基于矢量閉合的三維建模方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于矢量閉合的三維建模方法，具體包括以下步驟：獲取種子點(diǎn)形成區(qū)域網(wǎng)格、利用斷層Delaunay三角網(wǎng)插值算法擬合斷層曲面和利用層位Delaunay三角網(wǎng)插值算法和補(bǔ)充插值算法擬合層位曲面。本發(fā)明的基于矢量閉合的三維建模方法通過(guò)引入Delaunay三角網(wǎng)預(yù)處理種子數(shù)據(jù)，使得應(yīng)用Kriging插值時(shí)效率更高；同時(shí)，采用直接求取交點(diǎn)的方法，避免了人工繪制斷層交線(xiàn)的繁瑣工序，提高了建模精度，使得到的模型能夠做到矢量閉合。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于矢量閉合的三維建模方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于建?！炯夹g(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基于矢量閉合的三維建模方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在地質(zhì)物探領(lǐng)域內(nèi)，地質(zhì)層面重構(gòu)是構(gòu)造成圖和構(gòu)造建模等應(yīng)用的基礎(chǔ)。隨著相關(guān)理論的研究發(fā)展，曲面重構(gòu)技術(shù)也得到了快速發(fā)展。地質(zhì)層面重構(gòu)的基本任務(wù)是將二維或三維工區(qū)的構(gòu)造解釋數(shù)據(jù)作為控制點(diǎn)，擬合出滿(mǎn)足地質(zhì)規(guī)則約束的地質(zhì)層面模型。曲面重構(gòu)的基本方法有兩種:一是基于TIN(不規(guī)則三角網(wǎng))模型的曲面重構(gòu)方法；二是基于數(shù)據(jù)內(nèi)插的Grid (柵格)模型的曲面重構(gòu)方法。針對(duì)含逆掩斷層的復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造層面重構(gòu)仍存在著許多難題。主要表現(xiàn)在:斷層構(gòu)造引起的地質(zhì)界面的不連續(xù)性導(dǎo)致的地質(zhì)層面重構(gòu)時(shí)的插值難度較大；不連續(xù)區(qū)域的曲面邊界(斷層與層位的交線(xiàn))難以確定。由于交線(xiàn)多邊形(斷層與層位的交線(xiàn)形成的多邊形)是斷層區(qū)域地層重構(gòu)的關(guān)鍵條件，因此該方法重構(gòu)的層面質(zhì)量不高。文獻(xiàn)則直接將交線(xiàn)多邊形作為已知條件對(duì)層位進(jìn)行基于邊界約束的曲面重構(gòu)，未給出獲得交線(xiàn)多邊形的具體方法。矢基于TIN模型的曲面重構(gòu)方法思路是將原始控制點(diǎn)(或稱(chēng)種子點(diǎn))構(gòu)建成空間三角網(wǎng)，利用三角網(wǎng)的三角形面片擬合曲面的局部區(qū)域，從而實(shí)現(xiàn)三角網(wǎng)對(duì)曲面的整體表達(dá)。目前，二維平面任意域約束的Delaunay三角自動(dòng)剖分問(wèn)題已經(jīng)得到較好地解決，并且有效的運(yùn)用到了基于離散采樣點(diǎn)的曲面重構(gòu)問(wèn)題中。在地質(zhì)領(lǐng)域內(nèi)，逆掩斷層等復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造的存在，導(dǎo)致了層面在空間上出現(xiàn)重疊區(qū)域。針對(duì)含逆掩斷層復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造層面的Delaunay三角網(wǎng)構(gòu)建問(wèn)題，楊欽等在文獻(xiàn)中提出了重疊域限定的Delaunay三角剖分算法。其基本思路是利用斷層多邊形對(duì)重疊區(qū)域進(jìn)行分割，確保每一區(qū)域形成一個(gè)基于限定邊約束的Delaunay三角網(wǎng)剖分問(wèn)題?；跀?shù)據(jù)內(nèi)插的Grid(柵格網(wǎng))模型曲面重構(gòu)方法思路是在層面投影的二維空間進(jìn)行規(guī)則的網(wǎng)格劃分，并在網(wǎng)格點(diǎn)所在的位置進(jìn)行空間插值，通過(guò)網(wǎng)格內(nèi)三角剖分，實(shí)現(xiàn)曲面的整體表達(dá)。此種模型更適合于控制點(diǎn)(或稱(chēng)種子點(diǎn))分布不均勻的情況。該方法將問(wèn)題分解為:針對(duì)每一個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)(X，y)搜索其插值所需控制點(diǎn)的問(wèn)題和已知控制點(diǎn)集合V = {vlx, y, z, v2x, y, z,…，vnx, y, z}計(jì)算網(wǎng)格點(diǎn)(x，y)的z值問(wèn)題。對(duì)于前一個(gè)問(wèn)題可以根據(jù)與待插值點(diǎn)的距離和方位進(jìn)行搜索，并且可以附加其他約束條件。第二個(gè)問(wèn)題可以利用反比距離加權(quán)、樣條、多項(xiàng)式擬合等方法進(jìn)行計(jì)算，在地質(zhì)物探領(lǐng)域內(nèi)，通常利用Kriging插值方法效果比較好。目前針對(duì)包含正斷層、逆斷層、垂直斷層及多重?cái)鄬拥膹?fù)雜地質(zhì)構(gòu)造層面重構(gòu)仍存在著許多難題，主要表現(xiàn)在:斷層構(gòu)造引起的地質(zhì)界面的不連續(xù)性導(dǎo)致地質(zhì)層面重構(gòu)時(shí)的插值難度較大，同時(shí)由于層位網(wǎng)格點(diǎn)沒(méi)有鋪滿(mǎn)整個(gè)測(cè)網(wǎng)網(wǎng)格，并且只在測(cè)網(wǎng)網(wǎng)格點(diǎn)上存在插值點(diǎn)，所以在復(fù)雜邊界區(qū)域未能形成閉合，而形成了鋸齒狀，這樣便會(huì)導(dǎo)致不連續(xù)區(qū)域的曲面邊界(斷層與層位的交線(xiàn))難以確定。由于交線(xiàn)多邊形(斷層與層位的交線(xiàn)形成的多邊形)是斷層區(qū)域地層重構(gòu)的關(guān)鍵條件，因此在現(xiàn)有技術(shù)中通常會(huì)采用人工繪制曲面邊界交線(xiàn)多邊形。這種方法存在兩個(gè)缺點(diǎn):一是繪制過(guò)程過(guò)于繁瑣，二是繪制出的曲面邊界交線(xiàn)多邊形精度不高，進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致重構(gòu)的層面質(zhì)量不高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決以上問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種基于矢量閉合的三維建模方法。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種基于矢量閉合的三維建模方法，包括以下步驟:
[0005]S1.獲取斷層解釋數(shù)據(jù)種子點(diǎn)和層位解釋數(shù)據(jù)種子點(diǎn)，進(jìn)行區(qū)域劃分，形成區(qū)域網(wǎng)格；
[0006]S2.根據(jù)斷層Delaunay三角網(wǎng)插值算法，擬合斷層曲面，具體包括以下步驟:
[0007]S21.根據(jù)步驟SI中的斷層解釋數(shù)據(jù)種子點(diǎn)形成空間Delaunay三角網(wǎng)；
[0008]S22.利用空間Delaunay三角網(wǎng)內(nèi)的每個(gè)三角形及其相鄰三角形的斷層數(shù)據(jù)種子點(diǎn)，對(duì)三角形內(nèi)的網(wǎng)格點(diǎn)進(jìn)行Kriging插值；
[0009]S23.構(gòu)建網(wǎng)格點(diǎn)之間的邊結(jié)構(gòu)關(guān)系；
[0010]S24.連接三角形形成斷層曲面；
[0011]S3.根據(jù)層位Delaunay三角網(wǎng)插值算法和補(bǔ)充插值算法，擬合層位曲面，具體包括以下步驟:
[0012]S31.對(duì)斷層多邊形進(jìn)行初始化處理，并將斷層多邊形的解釋數(shù)據(jù)種子點(diǎn)由矢量轉(zhuǎn)為標(biāo)量；
[0013]S32.根據(jù)步驟SI中的層位解釋數(shù)據(jù)種子點(diǎn)形成空間Delaunay三角網(wǎng)，刪除穿越斷層網(wǎng)格的三角形；
[0014]S33.利用空間Delaunay三角網(wǎng)內(nèi)的每個(gè)三角形及其相鄰三角形的斷層數(shù)據(jù)種子點(diǎn)，對(duì)三角形內(nèi)的網(wǎng)格點(diǎn)進(jìn)行Kriging插值；
[0015]S34.構(gòu)建網(wǎng)格點(diǎn)之間的邊結(jié)構(gòu)關(guān)系；
[0016]S35.根據(jù)補(bǔ)充插值算法，生成邊界封閉的層位曲面。
[0017]進(jìn)一步地，上述步驟S35根據(jù)補(bǔ)充插值算法，生成邊界封閉的層位曲面具體包括以下步驟:
[0018]S351.判斷補(bǔ)充插值點(diǎn)與已插值點(diǎn)的連線(xiàn)是否與與斷層網(wǎng)格相交；
[0019]S352.若補(bǔ)充插值點(diǎn)與已插值點(diǎn)的連線(xiàn)與與斷層網(wǎng)格相交，則將補(bǔ)充插值點(diǎn)放入邊結(jié)構(gòu)關(guān)系中；
[0020]S353.若補(bǔ)充插值點(diǎn)與已插值點(diǎn)的連線(xiàn)與與斷層網(wǎng)格不相交，則將補(bǔ)充插值點(diǎn)放入層位網(wǎng)格中；
[0021]S354.連接層位網(wǎng)格點(diǎn)和三角形頂點(diǎn)，生成邊界封閉的層位曲面。
[0022]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明的基于矢量閉合的三維建模方法通過(guò)引入Delaunay三角網(wǎng)預(yù)處理種子數(shù)據(jù),使得應(yīng)用Kriging插值時(shí)效率更高；同時(shí),采用直接求取交點(diǎn)的方法，避免了人工繪制斷層交線(xiàn)的繁瑣工序，提高了建模精度，使得到的模型能夠做到矢量閉合。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1是本發(fā)明的基于矢量閉合的三維建模方法流程示意圖。
[0024]圖2是本發(fā)明的層位區(qū)域網(wǎng)格示意圖。
[0025]圖3是本發(fā)明的補(bǔ)充插值算法示意圖。
[0026]圖4是本發(fā)明的矢量閉合層位曲面模型俯視圖。
[0027]圖5是本發(fā)明的矢量閉合層位曲面模型正視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0028]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0029]如圖1所示，為本發(fā)明的基于矢量閉合的三維建模方法流程示意圖。一種基于矢量閉合的三維建模方法，包括以下步驟:
[0030]S1.獲取斷層解釋數(shù)據(jù)種子點(diǎn)和層位解釋數(shù)據(jù)種子點(diǎn)，進(jìn)行區(qū)域劃分，形成區(qū)域網(wǎng)格。
[0031]通過(guò)對(duì)斷層解釋數(shù)據(jù)種子點(diǎn)和層位解釋數(shù)據(jù)種子點(diǎn)進(jìn)行邏輯上的區(qū)域劃分，形成規(guī)格的斷層網(wǎng)格和層位網(wǎng)格。
[0032]S2.根據(jù)斷層Delaunay三角網(wǎng)插值算法，擬合斷層曲面，具體包括以下步驟:
[0033]S21.根據(jù)步驟SI中的斷層解釋數(shù)據(jù)種子點(diǎn)形成空間Delaunay三角網(wǎng)。
[0034]將斷層解釋數(shù)據(jù)種子點(diǎn)作為三角形頂點(diǎn)，形成空間Delaunay三角網(wǎng)，確定斷層曲面的插值范圍。
[0035]S22.利用空間Delaunay三角網(wǎng)內(nèi)的每個(gè)三角形及其相鄰三角形的斷層解釋數(shù)據(jù)種子點(diǎn)，對(duì)三角形內(nèi)的網(wǎng)格點(diǎn)進(jìn)行Kri ging插值。
[0036]計(jì)算空間Delaunay三角網(wǎng)內(nèi)的每個(gè)三角形內(nèi)包含的網(wǎng)格點(diǎn)，并利用該三角形及其相鄰三角形的斷層解釋數(shù)據(jù)種子點(diǎn)對(duì)該網(wǎng)格點(diǎn)進(jìn)行Kriging插值。
[0037]S23.構(gòu)建網(wǎng)格點(diǎn)之間的邊結(jié)構(gòu)關(guān)系。
[0038]構(gòu)建網(wǎng)格點(diǎn)之間的邊結(jié)構(gòu)關(guān)系，記錄該網(wǎng)格點(diǎn)與其他點(diǎn)的連接關(guān)系。
[0039]S24.連接三角形形成斷層曲面。
[0040]連接斷層網(wǎng)格內(nèi)的三角形，形成斷層曲面。
[0041]S3.根據(jù)層位Delaunay三角網(wǎng)插值算法和補(bǔ)充插值算法，擬合層位曲面，具體包括以下步驟:
[0042]S31.對(duì)斷層多邊形進(jìn)行初始化處理，并將斷層多邊形的解釋數(shù)據(jù)種子點(diǎn)由矢量轉(zhuǎn)為標(biāo)量。
[0043]S32.根據(jù)步驟SI中的層位解釋數(shù)據(jù)種子點(diǎn)形成空間Delaunay三角網(wǎng)，刪除穿越斷層網(wǎng)格的三角形，形成插值用的層位Delaunay三角網(wǎng)。
[0044]S33.利用空間Delaunay三角網(wǎng)內(nèi)的每個(gè)三角形及其相鄰三角形的斷層數(shù)據(jù)種子點(diǎn)，對(duì)三角形內(nèi)的網(wǎng)格點(diǎn)進(jìn)行Kriging插值。
[0045]計(jì)算空間Delaunay三角網(wǎng)內(nèi)的每個(gè)三角形內(nèi)包含的網(wǎng)格點(diǎn)，并利用該三角形及其相鄰三角形的層位解釋數(shù)據(jù)種子點(diǎn)對(duì)該網(wǎng)格點(diǎn)進(jìn)行Kriging插值。
[0046]S34.構(gòu)建網(wǎng)格點(diǎn)之間的邊結(jié)構(gòu)關(guān)系。
[0047]構(gòu)建網(wǎng)格點(diǎn)之間的邊結(jié)構(gòu)關(guān)系，記錄該網(wǎng)格點(diǎn)與其他點(diǎn)的連接關(guān)系。
[0048]S35.根據(jù)補(bǔ)充插值算法，生成邊界封閉的層位曲面。
[0049]如圖2所示，為本發(fā)明的層位區(qū)域網(wǎng)格示意圖。每個(gè)層位網(wǎng)格點(diǎn)都要記錄相鄰四個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)的可連點(diǎn)，由于層位面要鋪滿(mǎn)整個(gè)測(cè)網(wǎng)區(qū)域，所以除邊界點(diǎn)每個(gè)點(diǎn)都要在四個(gè)方向存在可連接的點(diǎn)且每個(gè)區(qū)域的邊界點(diǎn)只可能是工區(qū)邊界點(diǎn)或者與斷層相交的交點(diǎn)，如上圖中A點(diǎn)在沿著B(niǎo)方向上并未存在可連接的點(diǎn)，因此，此時(shí)利用已經(jīng)插出深度值的A點(diǎn)和其已經(jīng)確定的可連接點(diǎn)向外部擴(kuò)散兩周重新作為種子點(diǎn)，即白色和黑色位置上的點(diǎn)，對(duì)B點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)充插值。
[0050]如圖3所示，為本發(fā)明的補(bǔ)充插值算法示意圖。在對(duì)B點(diǎn)進(jìn)行層位Delaunay三角網(wǎng)插值過(guò)后，如果AB兩個(gè)點(diǎn)所在的網(wǎng)格點(diǎn)上沒(méi)有斷層點(diǎn)或者通過(guò)計(jì)算AB兩個(gè)點(diǎn)連線(xiàn)和這兩個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)上的斷層點(diǎn)連線(xiàn)不相交，則把B點(diǎn)放入網(wǎng)格中并計(jì)算和周?chē)W(wǎng)格點(diǎn)的連接關(guān)系；如果AB兩個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)間該層位的連線(xiàn)和斷層點(diǎn)連線(xiàn)相交，則通過(guò)如下圖的剖面圖比例關(guān)系計(jì)算出交點(diǎn)C的深度值，其中A’和B’分別為斷層在這兩個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)上的位置。
[0051 ] 由于C點(diǎn)在AB兩個(gè)點(diǎn)網(wǎng)格的連線(xiàn)上，所以C點(diǎn)的X或者Y值與AB兩點(diǎn)相同，此處我們不妨假設(shè)此時(shí)A，B, C三個(gè)點(diǎn)的Y值相同，所以只要求出X和Z值即知道了 C點(diǎn)的坐標(biāo)值。根據(jù)上圖的比例關(guān)系可知:
[0052]AC，/AB” = AC/AB
[0053]又由AC/CB = AA’ /BB’ 可得:
[0054]AC/AB = AA，/ (AA，+BB，)
[0055]則有:
[0056]AC，/AB” = AA，/ (AA，+BB，)
[0057]求得:
[0058]AC，= AA，*AB”/(AA，+BB，)
[0059]C點(diǎn)的X坐標(biāo)即為A點(diǎn)的X坐標(biāo)加上AC’的值。同理可以求出CC’的值，繼而求出C點(diǎn)的Z值即深度值。
[0060]現(xiàn)在得到C點(diǎn)的坐標(biāo)值以后將C點(diǎn)放入網(wǎng)格中的交點(diǎn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，同時(shí)將AC兩點(diǎn)互相放入彼此的邊結(jié)構(gòu)關(guān)系中。再繼續(xù)對(duì)A點(diǎn)進(jìn)行其他方向判斷是否有點(diǎn)可以構(gòu)建連接關(guān)系，重復(fù)上述過(guò)程。
[0061]在A點(diǎn)四個(gè)方向的連接都計(jì)算出以后，繼續(xù)對(duì)其他點(diǎn)重復(fù)上述過(guò)程，直至遍歷所有網(wǎng)格點(diǎn)都在四個(gè)方向的連接點(diǎn)以后終止。邊界上的層位網(wǎng)格點(diǎn)可能只有2或者3個(gè)方向。
[0062]在該補(bǔ)充插值過(guò)程結(jié)束以后，通過(guò)層位網(wǎng)格點(diǎn)和所求出的交點(diǎn)生成層位平面。如圖4所示，為本發(fā)明的矢量閉合層位曲面模型俯視圖。如圖5所示，為本發(fā)明的矢量閉合層位曲面模型正視圖。本發(fā)明所求出的交點(diǎn)都嚴(yán)格處于斷層的連線(xiàn)上，交點(diǎn)連線(xiàn)構(gòu)成的邊界線(xiàn)嚴(yán)格的位于斷層面上，實(shí)現(xiàn)完全閉合，而不會(huì)出現(xiàn)傳統(tǒng)方法在斷層上繪制包絡(luò)形成封閉所出現(xiàn)的鋸齒狀。
[0063]本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)意識(shí)到，這里所述的實(shí)施例是為了幫助讀者理解本發(fā)明的原理，應(yīng)被理解為本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于這樣的特別陳述和實(shí)施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明公開(kāi)的這些技術(shù)啟示做出各種不脫離本發(fā)明實(shí)質(zhì)的其它各種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于矢量閉合的三維建模方法，其特征在于，包括以下步驟: .51.獲取斷層解釋數(shù)據(jù)種子點(diǎn)和層位解釋數(shù)據(jù)種子點(diǎn)，進(jìn)行區(qū)域劃分，形成區(qū)域網(wǎng)格； .52.根據(jù)斷層Delaunay三角網(wǎng)插值算法，擬合斷層曲面，具體包括以下步驟: .521.根據(jù)步驟SI中的斷層解釋數(shù)據(jù)種子點(diǎn)形成空間Delaunay三角網(wǎng)； . 522.利用空間Delaunay三角網(wǎng)內(nèi)的每個(gè)三角形及其相鄰三角形的斷層解釋數(shù)據(jù)種子點(diǎn)，對(duì)三角形內(nèi)的網(wǎng)格點(diǎn)進(jìn)行Kriging插值； .523.構(gòu)建網(wǎng)格點(diǎn)之間的邊結(jié)構(gòu)關(guān)系； .524.連接三角形形成斷層曲面； . 53.根據(jù)層位Delaunay三角網(wǎng)插值算法和補(bǔ)充插值算法，擬合層位曲面，具體包括以下步驟: . 531.對(duì)斷層多邊形進(jìn)行初始化處理，并將斷層多邊形的解釋數(shù)據(jù)種子點(diǎn)由矢量轉(zhuǎn)為標(biāo)量; .532.根據(jù)步驟SI中的層位解釋數(shù)據(jù)種子點(diǎn)形成空間Delaunay三角網(wǎng)，刪除穿越斷層網(wǎng)格的三角形； .533.利用空間Delaunay三角網(wǎng)內(nèi)的每個(gè)三角形及其相鄰三角形的斷層解釋數(shù)據(jù)種子點(diǎn)，對(duì)三角形內(nèi)的網(wǎng)格點(diǎn)進(jìn)行Kriging插值； .534.構(gòu)建網(wǎng)格點(diǎn)之間的邊結(jié)構(gòu)關(guān)系； .535.根據(jù)補(bǔ)充插值算法，生成邊界封閉的層位曲面。
2.如權(quán)利要求1所述的基于矢量閉合的三維建模方法，其特征在于:所述步驟S35根據(jù)補(bǔ)充插值算法，生成邊界封閉的層位曲面具體包括以下步驟: .5351.判斷補(bǔ)充插值點(diǎn)與已插值點(diǎn)的連線(xiàn)是否與與斷層網(wǎng)格相交； .5352.若補(bǔ)充插值點(diǎn)與已插值點(diǎn)的連線(xiàn)與與斷層網(wǎng)格相交，則將補(bǔ)充插值點(diǎn)放入邊結(jié)構(gòu)關(guān)系中； .5353.若補(bǔ)充插值點(diǎn)與已插值點(diǎn)的連線(xiàn)與與斷層網(wǎng)格不相交，則將補(bǔ)充插值點(diǎn)放入層位網(wǎng)格中； .5354.連接層位網(wǎng)格點(diǎn)和三角形頂點(diǎn)，生成邊界封閉的層位曲面。
【文檔編號(hào)】G06T17/05GK104200528SQ201410449265
【公開(kāi)日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年9月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月4日
【發(fā)明者】魯才, 李林超, 胡光岷 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)