本發(fā)明涉及一種基于稀疏剖面地質(zhì)輪廓線的地質(zhì)面三維重建技術(shù)。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有基于剖面數(shù)據(jù)的三維重建方法比較多，但是在用于稀疏剖面地質(zhì)輪廓線的地質(zhì)面三維重建時，性能并不理想，會出現(xiàn)大量的長三角形、自相交和非流形等問題。其主要原因是因為地質(zhì)剖面數(shù)據(jù)采集的特殊性，如剖面距離過長、地質(zhì)層情況復雜多變，造成了重建的地質(zhì)面的效果不佳，從而影響地質(zhì)面重建的準確性和精度，從而影響后續(xù)地質(zhì)模型三維重建的精度和可靠性。因此，如何解決稀疏剖面地質(zhì)輪廓線的地質(zhì)面三維重建的準確性和精度，避免出現(xiàn)大量長三角形、網(wǎng)格自相交和曲面非流形等問題，已經(jīng)成為目前地質(zhì)面三維重建中一個亟待解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是要提供一種基于稀疏剖面地質(zhì)輪廓線的地質(zhì)面三維重建方法，解決復雜地質(zhì)輪廓線的三維重建問題。

為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明公開一種基于稀疏剖面地質(zhì)輪廓線的地質(zhì)面三維重建方法，包括以下步驟：

S1.地質(zhì)層輪廓線長度計算：計算每個剖面上每個地質(zhì)層輪廓線總長度；

S2.采樣點計算：設(shè)定輪廓線上采樣點個數(shù)N，采用輪廓線總長度除以采樣點個數(shù)來獲得采樣步長，依據(jù)此步長沿著輪廓線進行采樣，即可獲得每個采樣點；依次對各個剖面上同屬一個地質(zhì)層上一一對應(yīng)的輪廓線進行采樣，獲得每條輪廓上的采樣點。

S3.構(gòu)建對應(yīng)點集：根據(jù)S2的采樣方法，可以確保同屬于一個地質(zhì)面上的輪廓線上的采樣點數(shù)目一致；按照地質(zhì)剖面的順序，將這些屬于同一一對應(yīng)的采樣點進行排序，構(gòu)建對應(yīng)N個采樣點集。

S4.采樣點集的剖面間插值：對S3步驟中獲得的N個采樣點集中每個點集進行插值，插值的疏密程度視實際需要而定，插值方法一般采用線性插值方法，根據(jù)插值方法的計算獲得每個采樣點集插值后的新點集。

S5.三維重建：連接每個對應(yīng)點陣的相鄰點的連線，然后根據(jù)構(gòu)成的多變形情況進行分類重建。

上述方法中，步驟S2中包含如下步驟：

S21.根據(jù)實際需要，設(shè)定采樣點個數(shù)N，N的設(shè)定原則為：如果要求重建的地質(zhì)面越柔順越光滑，則采樣點越多，但同時重建的三角面片越多，重建的模型越重；

S22.計算采樣步長：將輪廓線總長度除以(N-1),即可獲得采樣步長；

S23.獲得采樣點：從輪廓線首個點開始，嚴格沿著輪廓線生長方向，按照S22計算的步長進行依次采樣，直至末點。

上述方法中，步驟S4的目的在于避免出現(xiàn)長三角形和三角形的自相交問題，具體插值的點數(shù)量和方法選擇原則為：對重建的地質(zhì)面精度要求越高，插值點數(shù)越多，后續(xù)重建的模型越重；對地質(zhì)面的光滑性要求高，則采用線性插值，插值點越多。

上述方法中，步驟S5包括如下步驟：

S51.用直線段連接SN個點集合中的對應(yīng)點和相鄰點；

S52.針對獲得四邊形采用最短對角線原則，獲得三角網(wǎng)格；

S53.針對獲得三邊形則保持不變；

S54.針對獲得的n(n大于等于5)邊形，則在采樣點連線上取中點，依次用直線段連接該中點與不在該直線段上的多邊形頂點(n-2)，即可將該n邊形分割為n-1個三角形。

本發(fā)明的有益效果：首先采用線性插值的方法，沿各個地質(zhì)層輪廓線方向進行采樣，細化輪廓線，獲得更多的輪廓點，同時保證屬于同地質(zhì)層的輪廓線上的采樣點一致；然后再對相鄰層間的對應(yīng)點層間進行插值，獲得更多的中間層數(shù)據(jù)；這樣可以獲得更為細化的、存在對應(yīng)關(guān)系的點云數(shù)據(jù)；最后再采用對應(yīng)點對連接的方法構(gòu)建n邊形，再進行分類重建獲得三維模型。從而解決了現(xiàn)有的基于稀疏斷面數(shù)據(jù)地質(zhì)層三維重建中造成的網(wǎng)格過大、退化、自相交等問題，同時本方法的計算簡單，效率高。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一種基于稀疏剖面數(shù)據(jù)的地質(zhì)層三維重建流程圖。

圖2是地質(zhì)層剖面的輪廓線長度計算示意圖。

圖3是地質(zhì)層剖面的輪廓采樣點計算示意圖。

圖4是地質(zhì)層剖面的層間對應(yīng)點集示意圖。

圖5是對應(yīng)點集中相鄰點對的插值原理圖。

圖6是三維重建中出現(xiàn)的n邊形示意圖。

圖7是實三維重建中n邊形的三角剖分示意圖。

圖8是地質(zhì)層剖面輪廓圖。

圖9是地質(zhì)層剖面輪廓的三維重建結(jié)果圖。

具體實施方式

本發(fā)明的基本思路是：首先對某個剖面上的地質(zhì)層輪廓線進行采樣，獲得輪廓線上的采樣點，同時確保各剖面上同屬一地質(zhì)層的輪廓線上采樣點數(shù)目一致，構(gòu)建具有對應(yīng)關(guān)系的點集；然后，再對每個對應(yīng)的點集進行線性插值，構(gòu)建層間插值點；最后再進行三維重建，重建方法為用直線段連接相鄰采樣點和相鄰對應(yīng)點，劃分為三角形、四邊形和n(n大于等于3且n不等于4)變形，四邊形則根據(jù)最短對角線原則進行三角網(wǎng)劃分，對n>4的n邊形，則采用取其相鄰采樣點連線中點與不在該連線上的頂點進行直線段連接，將n變形劃分為n-1個三角形。在針對稀疏剖面輪廓的地質(zhì)層三維重建中，本發(fā)明的重建方法能夠避免網(wǎng)格退化、非流形等問題，重建算法簡單、效率高。

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。

如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7、圖8和圖9所示，本發(fā)明所述的方法的具體實施方案如下：

S1.地質(zhì)層輪廓線長度計算：計算每個剖面上每個地質(zhì)層輪廓線總長度；

如圖2所示的地質(zhì)層輪廓線為例，定義某條輪廓線的總長度為L，每段直線段的長度為li，則其中n為構(gòu)成該輪廓線的直線段數(shù)目。

S2.采樣點計算：設(shè)定輪廓線上采樣點個數(shù)N，采用輪廓線總長度除以采樣點個數(shù)來獲得采樣步長，依據(jù)此步長沿著輪廓線進行采樣，即可獲得每個采樣點；依次對各個剖面上同屬一個地質(zhì)層上一一對應(yīng)的輪廓線進行采樣，獲得每條輪廓上的采樣點。

如圖2所示的地質(zhì)層輪廓線為例，定義采樣點數(shù)目為N，則采樣步長為L/N,以輪廓的起點為第一個采樣點，沿著該輪廓線以每個步長為單位進行采樣，如圖3所示，遇到轉(zhuǎn)彎情況，則需要分段處理，如圖3所示的第二個采樣點的確定是根據(jù)(L/N)＝(L/N)1+(L/N)2。

S3.構(gòu)建對應(yīng)點集：根據(jù)S2的采樣方法，可以確保同屬于一個地質(zhì)面上的輪廓線上的采樣點數(shù)目一致；按照地質(zhì)剖面的順序，將這些屬于同一一對應(yīng)的采樣點進行排序，構(gòu)建對應(yīng)N個采樣點集。

如圖4所示M個剖面上同屬一個地質(zhì)層的輪廓線中的第j個采樣點為例，說明其構(gòu)造的對應(yīng)點集為P{P(1,j),P(2,j),…,P(i,j),…,P(M,j)}。

S4.采樣點集的剖面間插值：對S3步驟中獲得的N個采樣點集中每個點集進行插值，插值的疏密程度視實際需要而定，插值方法一般采用線性插值方法，根據(jù)插值方法的計算獲得每個采樣點集插值后的新點集。

下面以圖4所示的對應(yīng)點集P{P(1,j),P(2,j),…,P(i,j),…,P(M,j)}為例說明插值原理。

如分別在相鄰的剖面層間插入n個點，則意味著分別在P(i,j)和P(i+1,j)之間線性插值n的點，則定義插入點描述為P(i_k,j),0<k<n。則第k個插值點的坐標可以根據(jù)如下的公式計算。

以圖5所示分別在P(1,j)和P(2,j)對應(yīng)點之間進行線性插值，插值點數(shù)目為3個。

S5.三維重建：用直線段連接SN個點集合中的對應(yīng)點和相鄰點；S52.針對獲得四邊形采用最短對角線原則，獲得三角網(wǎng)格；針對獲得三邊形則保持不變；針對獲得的n(n大于等于5)邊形，則在采樣點連線上取中點，依次用直線段連接該中點與不在該直線段上的多邊形頂點(n-2)，即可將該n邊形分割為n-1個三角形。前面的步驟較為簡單，這里只對最后步的情況進行說明。如圖7所示的5邊形ABCP(1,j+1)P(1,j)為例，其中P(1,j+1)、P(1,j)為步驟2獲得采樣點，ABC為輪廓線的頂點。

首先，求P(1,j+1)P(1,j)的中點O，連接OA、OB和OC，這樣就把該五邊形劃分為4個三角形，處理結(jié)果如圖7所示。

采用上述方法，分別如圖8所示的對10層地質(zhì)層剖面數(shù)據(jù)進行三維重建，重建結(jié)果如圖9所示。

綜上所述，本發(fā)明實施例獲得較好的三維重建效果，不存在網(wǎng)格退化和自相交問題。

本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會意識到，這里所述的實施例是為了幫助讀者理解本發(fā)明的原理，應(yīng)被理解為發(fā)明的保護范圍并不局限于這樣的特別陳述和實施例。凡是根據(jù)上述描述做出各種可能的等同替換或改變，均被認為屬于本發(fā)明的權(quán)利要求的保護范圍。