地质体三维可视化研究与系统实现

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1、华东师范大学硕士学位论文地质体三维可视化研究与系统实现姓名：戴晟申请学位级别：硕士专业：地图学与地理信息系统指导教师：张超20080501摘要随着计算机技术、图形显示技术的飞速发展以及数字城市建设的不断深入，人们在掌握和管理各种地表信息的同时，也需要对地下各类信息，如地质信息、地下构筑物和管线信息等进行有效管理。其中地质信息的采集与管理在城市建设过程中尤为重要。各城市因其所处地质带的不同而受到不同程度的地震、地面沉降、滑坡、岩溶塌陷等地质灾害的威胁，为此，很多城市根据已有的地质资料开展了地质灾害的预警和防治工作

2、；同时在很多建设领域，如城建工程、地下工程、水电工程、交通工程、环境工程、资源开发等都需要以地质数据为支撑，这就迫切需要借助地理信息系统及其它相关技术来管理、分析和显示地质信息。然而，由于地质体的复杂性和不确定性，现有的二维GIS软件很难对其进行数据管理和二维表达。而要将复杂且海量的地质数据直观地展现给用户，就必须采用地质建模技术、三维可视化技术、数据库技术等建立一个真三维的地质信息可视化与管理系统，为城市建设、发展和管理提供基于三维地质数据的信息服务：便于有效地管理和监控地质资源；并辅助地震系统研究地质构造的

3、发展及演变。本文基于作者在导师承接的杭州市科技局、地震局课题——“目标区地下三维第四系与构造框架建模与可视化"(HZZFCG．2005．A7)——中的工作，结合作者对地质体三维可视化的一些思考，从地质体三维可视化建模方法、计算机三维可视化原理、地质体三维可视化系统的总体构架和功能构架，以及地质体三维可视化关键技术等方面对地质体三维可视化进行了较为系统的探索，并最终实现了通用的地质体三维可视化系统。概括起来，论文主要涉及以下六章内容：第一章阐述地质体三维可视化与系统开发的研究意义、研究现状以及研究方法。第二章将探

4、讨地质体三维可视化模型的建模方法。首先，作者将提出地质体建模的一般过程。在此基础上讨论空间曲面拟合方法。然后，作者将使用当前流行的地理信息系统软件ArcGIS进行地质三维表面建模，指出ArcGIS地质建模的不足之处，并进而讨论基于表面模型的地质体模型生成方法。最后将利用石油地质行业成熟的地质建模软件PetI．el建立地质体模型。第三章将重点讨论计算机三维可视化的原理。在地质体模型建立之后，要将这些三维的模型数据显示在计算机二维屏幕上，需要进行很多工作。在此过程中将涉及多个坐标系统，如模型坐标系、世界坐标系、观察

5、坐标系等，还将涉及地质体模型如何在这些坐标系中进行转换。此外，本章还将讨论当前三维可视化中的热点技术——层次细节模型(LevelofDetail，LOD)，并提出其在地质体三维可视化中的实现方案。地质体三维可视化研究与系统实现第四章将对地质体三维可视化系统进行设计。作者将首先对地质体三维可视化系统的功能需求进行讨论。在此基础上进行系统总体设计，提出系统的总体框架与功能构架。最后对系统进行详细设计，给出系统对象模型图。第五章是对地质体三维可视化系统的实践。在系统实现过程中，作者遇到了一系列的开发难题，如全局视图下

6、大数据量地质模型的载入、局部视图下地质模型的载入、六面体模型切割算法，使用鼠标仿真三维跟踪球的旋转等。这些开发难题也就构成了系统开发中的关键技术。作者将分别对这些关键技术进行讨论，给出相应的解决方案。最后，将基于以上的各种理论与方法实现地质体三维可视化系统。第六章对论文进行了总结和展望，提出进一步工作的重点与难点。总的来说，作者认为论文主要有以下几方面的贡献：(1)根据已有的研究成果，并结合作者在建模实践中的工作，总结出了地质体三维建模的一般方法，内容包括空间曲面拟合插值、空间曲面剖分、空间曲面拓扑关系建立、三

7、维地层网格剖分，属性建模等。(2)利用ArCGIS、Petrcl等软件对地质三维建模进行实践，从数据准备、模型生成、模型三维显示以及模型数据输出等方面给出了地质三维模型建立的具体操作方法。(3)基于离散LoD的基本原理，提出了适用于非三角形面片构成的地质体模型的LoD方法，在一定程度上解决了海量地质数据模型的实时渲染问题。(4)在分析了地质体三维可视化系统功能需求的基础上，提出了地质体三维可视化系统的总体框架以及功能构架。对系统进行了详细设计，给出了系统的对象模型图，从而为类似的研究与系统开发提供了一个切实可行

8、的参考依据。(5)在地质体三维可视化系统的开发实践中，总结了地质体三维可视化系统开发过程中的关键技术，如全局视图下大数据量地质模型的载入、局部视图下地质模型的载入、六面体模型切割算法以及使用鼠标仿真三维跟踪球的旋转等，并给出了相应的解决方案。(6)对地质体三维可视化系统进行了开发实践，实现了地质体三维可视化系统的一些主要功能，包括：1)模型数据与属性数据的管理功能；2)一般三维显示功能