基于似三棱柱體元地質三維建模方法

http://www.***.*** 基于imagis的三維建模方法研究1 陳玉萍，武文波 遼寧工程技術大學測繪與地理科學學院，遼寧阜新（123000） e-mail：clark929@sohu.com 摘要：作者首先對遙感影像進行幾何糾正和數(shù)字化，然后利用三維地理信息系統(tǒng)軟件 imagis3.0,對數(shù)字化地圖進行預處理、三維建模、紋理粘貼，建立了遼寧工程技術大學三 維景觀模型，實現(xiàn)了基于imagis的三維建模方法的研究，并就有關問題進行了討論。 關鍵詞：imagis；數(shù)字地圖；三維建模；紋理粘貼 1.引言 近年來隨著城市規(guī)劃、交通、旅游、政府決策等部門對現(xiàn)實世界真實表現(xiàn)需求的日益 增加,三維gis已成為國內外gis界的研究熱點。三維景觀圖以直觀的三維地形、地物代替了 抽象的地圖符號，這就使得地圖超出了傳統(tǒng)的地理信息符號化、空間信息水平化和

文章針對大尺度研究區(qū)域勘探范圍有限、不能直接基于勘探數(shù)據(jù)構建區(qū)域地質體三維結構模型的問題,提出了一種以平面地質圖為研究對象的地質體三維建模方法。此方法以平面地質圖為基礎,利用section軟件在dem模型(數(shù)字高程模型)約束下半自動繪制一系列圖切剖面圖,將二維剖面映射到三維空間,利用三維剖面上輪廓線的對應性和連續(xù)性構建地質體三維模型。通過廣西東平地區(qū)地質體三維模型構建實例,驗證了該方法的可行性。

我國是一個多高山、多丘陵的國家,傳統(tǒng)的鐵路地理信息系統(tǒng)(gis)多從二維的角度出發(fā),很難立體、全面的對鐵路周圍的地質情況進行真實反映.為了解決這個問題,本文提出了一種基于arcgismultipatch數(shù)據(jù)結構的三維建模方法.即從三維建模的角度出發(fā),結合arcgis的三維模塊以及三維gis在地質工程的應用,利用arcengine平臺對運用multipatch元素地質體進行三維建模.

不規(guī)則三角網(wǎng)(tin),廣義三棱柱(gtp)和四面體(ten)是廣泛應用于鉆井三維地質建模的數(shù)據(jù)模型。本文重點研究tin-gtp-ten混合建模方法,通過引入vtk作為可視化工具,利用vtk類庫中的相關建模函數(shù)以及其自身數(shù)據(jù)結構以點索引號集合來表達任意幾何體的特點,對基于鉆井數(shù)據(jù)的傳統(tǒng)三維地質建模過程作了一些改進。例如,通過在tin構造方法上添加頂點排序步驟,使tin拓撲信息更加豐富。簡化了gtp模型結構,使原來的6組拓撲關系只保留兩組,分別為修正的tin-gtp和gtp-頂點,其中修正的tin-gtp拓撲關系能實現(xiàn)gtp快速剖分為四面體,用于模型顯示和空間操作分析。此外,利用vtk提供的蝶形細分方法來得到更加精細的模型體。實驗表明,本文得到的tin-gtp-ten混合模型可以很好地完成整個模型系統(tǒng),也能實現(xiàn)線,面及體的快速查詢,模型數(shù)據(jù)的維護和更新也更為簡便。

對幾種三維空間數(shù)據(jù)模型進行了比較,總結了克里格(kriging)插值方法在三維地質體建模方面的種種優(yōu)點。在此基礎上,借助于gstl開源地質統(tǒng)計學庫和wxwidgets界面庫,在dev-cpp開發(fā)環(huán)境下開發(fā)了一個三維礦體數(shù)據(jù)的克里格插值系統(tǒng),為礦體的三維可視化提供了數(shù)據(jù)支持。該系統(tǒng)實現(xiàn)了kriging插值、變異函數(shù)擬合模型擬合程度的驗證—交叉驗證以及特定格式的結果輸出等功能。

近年來gis技術作為關鍵的空間信息方法,被廣泛應用于地理信息相關的多門類行業(yè)。其中,礦山三維地質建模主要是在傳統(tǒng)三維地質建模的基礎上,吸收了大量先進的科學信息技術,并有效利用地質建模軟件構建出基于gis的多元化、多方法的新型三維地質建模方法,其能夠在一定程度上保持礦山數(shù)據(jù)在空間與時間上的統(tǒng)一,提高礦山管理的數(shù)字化程度,使其生產(chǎn)過程能夠更加的安全、可靠。本文主要圍繞應用gis的礦山三維地質建模方法進行了探討分析,以期能夠為相關工作人員的后續(xù)工作提供一些借鑒意義。

針對施工過程材料預定中繁瑣、重復且易錯的算量過程,基于vba技術開發(fā)了三維建模及輔助算量程序。該程序可通過autocad和excel數(shù)據(jù)交換實現(xiàn)半自動的拉伸、切割及局部調整,基于autocad圖紙構建真實尺寸建筑結構三維模型,通過對三維實體的選擇自動得出與體積、面積相關的工程量,包括開挖、回填土方量,墊層、結構混凝土以及防水工程等。該程序可在一定程度上減少重復工作量、提高計算精度,且建筑結構三維模型能給工程設計和施工人員以直觀認識,并形象地展示工程進度。

針對已有隧道三維建模方法缺少交互性和多樣性的不足,提出了基于參數(shù)化建模技術的隧道三維建模與景觀仿真方法。試驗表明,該方法能夠快速和有效的建立多種景觀隧道三維模型,能將隧道三維設計與三維場景形象直觀的表現(xiàn)出來,滿足隧道三維建?？焖?、多樣性和交互性的要求。

一，建模 1，閥體的建模 2，閥桿建模 3.彈簧 4，球頭 5，螺套 7，調節(jié)螺釘 8，手柄 9，膠墊 10，銷釘 二，裝配 1.添加組件，加入閥體 2.添加組件。加入閥桿，通過自動判斷中心軸和接觸約束閥桿 3，加入彈簧 4，加入膠墊和調節(jié)螺釘 5，加入手柄 6，添加組件，加入銷釘 7，添加球頭 8，添加螺套 本次上機自我評價： 期末的大作業(yè)圖紙是從圖書館照找到，也是選的比較簡單的一個手壓閥的三維實體 建模，總的來說，完成的很順暢。通過這次練習，這讓我對ug的使用更加的熟練。

工程地質三維建模對工程決策、地質分析預測及提高制圖效率有非常重要的意義。本文根據(jù)天津市臨港工業(yè)區(qū)工程地質層的特點,基于收集的工程地質鉆孔、剖面等多源數(shù)據(jù),運用gis技術和數(shù)據(jù)庫技術,采用多源數(shù)據(jù)耦合的簡單層狀地質體三維地質建模方法,建立了臨港工業(yè)區(qū)工程地質三維模型,實現(xiàn)了對天津市臨港工業(yè)區(qū)工程地質三維模型的可視化編輯分析、虛擬隧道漫游和科學管理,可為工業(yè)區(qū)的規(guī)劃管理和經(jīng)濟建設等方面提供有效服務支撐。

對鐵路地質三維建模方法進行總結,并探討鐵路地質三維建模思路。論述bentley平臺下的地質建模方法:將工程區(qū)域內的環(huán)境和鉆孔數(shù)據(jù)錄入bentley數(shù)據(jù)端,在bentley圖形端制作巖性分界面,然后對規(guī)則塊體進行切割,得到有體積的網(wǎng)格或者智能實體；最后給地質屬性賦值,得到鐵路三維地質體模型成品。研究表明,基于bentley平臺的地質體模型成品可以很直觀地表達巖層在三維空間下的分布狀態(tài),經(jīng)過屬性賦值后,可以輕松地查詢到巖層參數(shù),彌補了傳統(tǒng)二維設計在鐵路設計中的缺點和不足。

借助autocad環(huán)境,基于objectarx研究快速地建立木線花紋模型。從規(guī)則二維花紋入手,通過嘗試將平面花紋中的點、線替換成簡單三維實體來建立三維模型。木線花紋不同于自然景物的模擬,建模方法主要是將平面花紋生成技術轉換到三維設計上來。

在solidworks環(huán)境下進行了蝸輪蝸桿三維設計研究,這對類似復雜曲面的零件設計具有實際意義。

三維地質建模與可視化是數(shù)字礦山的一項關鍵技術,對礦山生產(chǎn)、地學分析和資源評估具有重要的意義。以鉆孔信息和地質剖面圖為基礎數(shù)據(jù),提出了基于剖面的三維地質建模流程,建立了地質體的面模型及其相應的地質塊段體模型,最終實現(xiàn)了“剖面-tin-塊段”(section-tin-block)面體混合構模和科學計算可視化。對建模涉及的關鍵算法進行了研究:提出“切開-縫合”法解決了形狀和頂點數(shù)目差異較大的相鄰剖面輪廓線重構三維形體問題;研究了含島嶼多邊形的三角剖分算法,解決了含有夾石或孔洞的復雜地質體構模問題。

基于skyline的城市三維建模研究 自從戈爾提出“數(shù)字地球”的概念后,用數(shù)字形式表示地理空間成為熱點, 數(shù)字省市、數(shù)字城鎮(zhèn)已經(jīng)成為世界各國發(fā)達省市和地區(qū)21世紀的發(fā)展戰(zhàn)略,成為 爭先搶占科技、產(chǎn)業(yè)和經(jīng)濟的制高點之一。在構建數(shù)字城市的過程中,城市三維 景觀建模是一個重要的組成部分,是攝影測量與遙感、地理信息系統(tǒng)及計算機科 學等學科的研究內容之一。城市三維景觀的建立,將以全新的方式表達和處理地 理空間信息，在城市規(guī)劃、房地產(chǎn)開發(fā)、交通管理、旅游等領域起著重要的作用。 隨著信息化時代的迅速發(fā)展,人們對城市中各種三維信息的表達與處理日益 迫切,不僅需要表達單個建筑物或建筑物群體,還需要建立整個城市景觀模型,并 希望利用這些模型進行有關城市的規(guī)劃設計、應急指揮等工作。然而,由于快速 構建大規(guī)模三維模型較困難,城市三維建模受到數(shù)據(jù)資源不足的困擾。一方面, 規(guī)則、簡單的

本文利用影像上提取的直線信息建立建筑物的初始模型,根據(jù)已知的影像內外方位元素將初始模型投影到影像上,結合最鄰近直線廣義點平差迭代計算建筑物的位置參數(shù)與形狀參數(shù),實現(xiàn)建筑物的半自動三維重建。這種方法能夠減少運算量,提高建模效率與建模精度。然后基于建筑物模型內部約束,給出了詳細的帶約束條件的建筑物廣義點攝影測量平差模型,最后試驗驗證了其有效性。

針對于地表以下地質空間的研究,三維地質模型是一個可以有效、直接的研究方法。本文從鉆孔、剖面和散點三個角度對地質空間三維動態(tài)模型進行理論和構建方面的闡述,伴隨著三維gis技術的發(fā)展,為地質空間三維動態(tài)模型的深入提供了更廣闊的前景。

針對傳統(tǒng)的建筑物建模方法需要大量人機交互操作,建模過程復雜和成本高的問題,該文提出一種參數(shù)化建筑物三維建模方法。首先,以高分辨率遙感影像和建筑物立面影像作為數(shù)據(jù)源,在遙感和gis軟件平臺的支持下,提取建筑物的底面邊界、高度、樓層數(shù)、層高和屋頂類型等空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù),并將其保存至gis空間數(shù)據(jù)庫。其次,提出基于拉伸、拆分、添加結構面過程的建筑物主體結構建模方案,并設計了模型自動生成算法。進一步,采用ruby面向對象語言,通過調用sketchup平臺的應用程序接口函數(shù),結合編程實現(xiàn)了建筑物的自動化建模。最后,開發(fā)了建筑物參數(shù)化建模插件。實際建模實驗成果表明:該方法能夠顯著降低建模人員勞動強度,提高建模效率。

隨著數(shù)字化測量的發(fā)展，三維激光掃描儀能夠快速地以多角度、高效、高精度方式獲取物體的表面三維數(shù)據(jù)，可以用于校園典型建筑物的三維建模。以云南師范大學呈貢校區(qū)內的國立西南聯(lián)合大學紀念碑和國立昆明師范學院紀念柱為典型建筑物三維建模對象，首先采用徠卡p40三維激光掃描儀采集它的三維點云信息，然后利用cyclone軟件對多站式點云數(shù)據(jù)進行拼接、統(tǒng)一化和去燥，將處理后的點云數(shù)據(jù)導入geornagicstudio軟件．對其進行封裝、孔洞填充、平滑等相關處理，構建其三維模型并對模型進行紋理映射，最終完成校園典型建筑物點云數(shù)據(jù)的三維模型構建。該三維建模流程方法對校園典型建筑物的三維建模可取得較好的效果。

傳統(tǒng)的二維展示方法已經(jīng)無法適應我國快速增長且結構日益復雜的電網(wǎng)建設與需求。隨著計算機，數(shù)據(jù)采集等技術的不斷進步，三維建模技術在電網(wǎng)中的應用日益廣泛。三維建模能夠直觀，可視化的展現(xiàn)電力設備，描述電力設備周圍的環(huán)境信息。本文結合相關工程經(jīng)驗，力圖從電網(wǎng)三維建模技術方法入手，提出一整套滿足行業(yè)應用需求的建模約束條件和構建方法。同時也對三維建模在電網(wǎng)中的應用進行了深入的探討，研究通過此次研究，將有助于今后電網(wǎng)領域三維建模的應用，同時提供理論及實踐依據(jù)，服務基于三維地理空間的電網(wǎng)信息化建設與管理。

介紹了數(shù)字城市的框架體系和三維城市模型的建模過程,探討了城市建筑物的csg建模方法。該方法先根據(jù)建筑物的特征抽取csg體素,然后將這些體素進行空間幾何變換和正則布爾運算,形成建筑物的三維空間幾何模型,進而表達建模過程和建筑物內部的空間拓撲關系。

三維地質建模是實現(xiàn)巖土勘察bim動態(tài)設計的關鍵,如何快速、高效地建立能直接應用于指導設計施工的三維地質模型,是工程實踐應用中的難點之一.以廈門第二東通道工程地質勘察項目為例,依據(jù)野外實測的地形測量數(shù)據(jù)及鉆孔、物探等地質數(shù)據(jù),利用civil3d強大的曲面功能,首先建立地形曲面和地層曲面單元;其次,利用civil3d中\(zhòng)"由曲面提取實體\"等工具,自地表而下逐層建立三維地質體,并整合生成最終的三維地質模型.此外,通過二次開發(fā)建立基于civil3d三維地質模型任意剖切補充模塊,實現(xiàn)了地質模型的任意剖切及柵格圖生成;同時,通過部件編輯器功能,針對沉管基槽進行開挖設計.工程應用結果表明,該建模方法便捷、直觀且高效,所形成的模型能直接應用于指導工程設計和施工.