面向地矿的三维空间之面元模型

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表面模型

TIN、Grid:最常用的表面构模技术是基于实际采样点构造TIN。TIN方法将无重复点的散乱数据点集按某种规则(如Delaunay规则)进行三角剖分,形成连续但不重叠的不规则三角网,并以此来描述三维物体的表面;而Grid模型则是考虑到采样密度和分布的非均匀性,经内插处理后形成规则的平面分割网格。这两种表面模型一般用于地形表面构模,也可用于层状矿床构模。

边界表示模型:B-Rep

B-Rep模型采用实体的边界来表达实体,将空间对象分解为点、线、面和体4类元素的集合,每一类元素由几何数据、类型标志及相互之间的拓扑关系组成,三维实体用它的边界来表示,同时通过空间拓扑关系建立各边界之间的关系。

这种模型既有利于三维地层—构造格架内部实体的各种空间位置和拓扑关系的保持,也有利于进一步对三维灾害地质体模型进行矢量剪切分析和过程演化模拟。

线框(Wire Frame)模型

线框构模技术实质是把目标空间轮廓上两两相邻的采样点或特征点用直线连接起来,形成一系列多边形,然后把这些多边形面拼接起来形成一个多边形网格来模拟三维物体的表面。某些系统则以TIN来填充线框表面,如DataMin。当采样点或特征点成沿环线分布时,所连成的线框模型也称为相连切片 (LinkedSlices)模型,或连续切片模型。

如图:

序列断面模型

断面构模技术实质上是传统地质制图方法的计算机实现,即通过平面图或剖面图来描述矿床,一记录地质信息。其特点是将三维问题二维化,简化了程序设计。但是断面模型对所描述对象的表达是不完整的,往往需要通过与其他构模配合使用,同时由于采用的是非原始数据而存在误差,其构模精度一般难以满足工程要求。

如图:

多层DEM模型

首先基于各地层的界面点按DEM的方法对各个地层进行插值或拟合,然后根据各地层的属性对多层DEM进行交叉划分处理,形成空间中严格按照岩性为要素进行划分的三维地层模型的骨架结构。在此基础上,引入地下空间中的特殊地质现象、人工构筑物等点、线、面、体对象,完成对三维地下空间的完整剖分。

如图:

Solid模型

采用多边形网格来精确描述地质和开挖边界,同时采用传统的块体模型来独立地描述形体内部的品味或质量的分布,既可以保证边界建模的精度,又可简化体内属性表达和体积计算。

①Lynx的Solid模型原理

以加拿大Lynx系统中提供的三维元件建模(3D component modeling)技术为代表,该技术以用户熟悉和真实的地质或开挖形态为基础,以交互式模拟生成由地质分表面(sub-surface)或开挖边界面构成的三维形体,称为元件(component)。元件不仅表示一个形体,也表示封闭的体积以及形体中的地质特征分布。相邻元件相连成组即为一个地质单元或一个开挖单元。Solid模型适合描述具有复杂内部结构的断层、褶皱和节理等精细地质结构。

缺点:缺乏实体之间、体元之间以及体元几何要素之间拓扑关系的表达,相邻边界需要重复数字化,空间查询和分析功能很弱,而且操作繁琐,对于具有复杂内部结构的三维实体,人工交互工作量大,需要耐心细致的工作。

②面向对象的Solid模型

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作者:,GIS爱好者。
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