工程地质中基于OpenCASCADE的地表和地层三维建模

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1、地质学刊第38卷第3期doi：10．3969／j．issn．1674—3636．2014．03．451工程地质中基于OpenCASCADE的地表和地层三维建模孟鹏燕1⋯。徐元进h2，王欣南2，张华安2(1．中国地质大学(武汉)数学地质遥感地质研究所，湖北武汉430074；2．中交第二公路勘察设计研究院有限公司，湖北武汉430052)摘要：为了更加直观和准确地分析工程地质中的地质信息，通过对比分析传统三角网建模方法的优缺点，展示了OpenCASCADE曲面建模技术在三维模型中的连续程度、光滑度、细腻度

2、等方面的优势。利用该技术建立三维地表和地层层面模型，并通过地层层面的求交和缝合技术完成了地层层间实体模型构建。基于OpenCASCADE几何造型库在vC++平台下实现了地表、地层模型的三维可视化和场景控制功能。通过桥梁工程地质的实例应用，结果表明：三维地表地层模型的应用可以有效提高工程建设中地质分析和地质解译的直观性和可靠性。关键词：工程地质；OpenCASCADE；地形；地层；三维可视化中图分类号：TP391．9文献标识码：A文章编号：1674—3636(2014)03—0451—060引言在工程

3、地质中，地质信息的直接表达多借助于地表地形和地下地层，而地表地形和地下地层的显示和分析都局限于二维图，但二维图所包含的信息量有限，描述一定的空间位置关系需要多张二维图(徐元进等，2007)，对直接、全面、准确分析工程设施周围地表自然形态和地下地质情况造成一定的困难(朱大培等，2001)。三维图形的应用使传统二维静态平面地形和平面地层向虚拟三维空间方向发展，实现工程设施周围地表地形及地下地层的三维模拟，能够最大限度地增强工程地质分析的直观性和准确性，这对实际工程设计和建设具有重要的参考意义。利用三维图

4、表达工程地质的地表地形和地下信息得到了很多专家学者的重视。许国等(2013)利用GOCAD建立的三维地质可视化模型成功应用于水电岩土工程中；朱良峰等(2012)提出了工程地质空间多场耦合构模技术，并在三维地质建模和可视化的实例应用中取得了良好的效果；徐文杰等(2007)使用CAD软件完成了云南某高速公路周围工程地质体的三维模型；熊祖强等(2007a)采用TIN模型，借助GIS技术，开发了工程地质三维建模及分析系统；李建华等(2003)提出了一种面向对象的三维矢量与栅格混合模型，对工程地质研究的主要对

5、象进行了三维空间建模。从以上研究可以看出，三维模型及其可视化技术已成为工程地质应用的重要手段。本研究使用开源的三维造型引擎OpenCASCADE(OCC)，进行工程地质中相关功能的开发。OCC是由法国MatraDatavision公司推出的面向对象的图形开发包，并提供针对三维图形开发处理的多种算法，多用于解决CAD系统、仿真应用程序、三维建模程序等的三维几何造型问题。OCC拥有强大的三维建模功能，并提供了点、线、面、体和复杂形体的显示和交互操作，利用OCC可实现纹理、光照、图元填充、渲染等图形操作和

6、放大、缩小、旋转等动态操作(丁伟等，2010)。利用OCC三维图形建模技术，结合工程设施实例——桥梁工程，模拟了桥梁周围地表地形和地下地层三维模型，并在VC++环境下开发了相应的三维可视化平台。这项研究的独特之处是利用高度逼真的曲面模拟技术建立连续、光滑、细腻的地形和地层层面表面模型，在相同数据量的基础上，这是传统的三角网建模技术难以做到的。收稿日期：2014—06—16；编辑：侯鹏飞基金项目：国家自然科学基金资助项目(41072246)，中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(CUGl20116)

7、作者简介：孟鹏燕(1988一)，男，硕士研究生，主要研究方向为计算机软件、遥感地质，E-mail：meng_pengyan@sina．tom452地质学刊2014年9月1地表三维模拟三维地表模型模拟多基于数字地面模型(DTM)。DTM是描述地面特征空间分布有序数值阵列，带有空间位置特征和地表属性特征描述。DTM可通过地表等高线及地表属性多边形信息，采用适当等高线内插拟合方法，生成真实表述地表实际特征的数字高程模型(DEM)(万建华等，2005)。利用区域DEM数据和地表已知点高程，对地表进行三维构建

8、。1．1高程插值地表高程数据除了地形图中的DEM外，还有野外实测高程数据。野外数据一般都是桥梁附近钻孔实测的地表高程值，因而具有点间距小、范围小、精度较高的特点。为确保三维地表模型模拟的真实性，首先获取地形图中的DEM值，然后使用精度较高的野外实测地形高程数据对地形图中相同范围的DEM值进行数据合并，得到地表离散高程点数据。1．2地表三维模型构建地表离散高程点数据中，DEM数据以等高线为基准进行获取，用等高线获取的DEM数据有2个较为明显的缺点：一个是等高线的台阶痕迹