三维地质建模及可视化研究

地质三维可视化是正确认识地质构造的重要手段,能为矿藏及各种地质现象描述提供科学的依据．本文研究了三维地质的建模方法,提出了一种快速构建地层的三角网格算法,给出了相应的数据结构定义,并在VC 6．0下实现了该算法．借助于0PenGL库及提出的算法,实现了地层剖切显示及地层缝合成地质体,达到了地质三维可视化的目的,并成功地将算法应用于实际的工程项目,取得了很好的效果．     

适应于3维非结构化网格数据场的切片可视化技术研究

针对３维非结构化网格数据场出现的各种网格单元，设计了相应的直边４面体化剖分方案，并在此基础上提出了一种关于非结构化网格数据场的切片可视化方法，简化了切平面与网格单元间相交多边形的计算，保证了各相交多边形的自然合法性．实践表明：所用的直边４面体化剖分方案同样适用于等值面构造技术     

面向矿区复杂地质体的四面体生成算法

地质学及矿山研究对象主要特点是结构复杂、非均质、各向异性，四面体网格生成面临的关键技术难题是生成的四面体网格必须保证各个单一地质体边界的一致性．为解决以上问题，本文提出了一种基于面扩展的快速Delaunay四面体网格生成的分治算法，算法首先将地质模型分解为多个简单地质体，利用给定的边界数据样点将这些单一地质体边界进行三角剖分，然后从边界三角形开始递归生成各个简单地质体的四面体网格，最后再将各个简单地质体网格合并为一体．本算法生成的四面体网格可保证多个地质体边界一致，避免四面体单元重叠，且大部分四面体网格符合Delaunay法则．     

多相流数值模拟中复杂地质体网格剖分实现技术

考虑到复杂地质体的网格化剖分建模技术对多相流体数值模拟精准度的影响,提出了基于布点法构建任意多边形、任意约束的PEBI(Perpendicular bisection)多约束、交互式网格剖分实现技术与网格生成算法。网格生成过程包括五个方面:布点;三角剖分;查找不合格三角形,调整点布局;生成泰森多边;进行拓扑重构,生成二维、三维PEBI网格。剖分过程中将直井、水平井、断层等各种约束分别概化为点、线、区约束,基于泰森多边形的拓扑重构,完成PEBI网格的生成。将剖分算法耦合到作者前期开发的可视化建模软件TOUGHVISUAL上,并应用于几种典型复杂情况下地质体网格剖分建模,应用结果显示了本文方法的科学实用性和操作简便性。     

截面的相关体元搜索算法及应用

实现了任意平面和立方体网格相截，简捷地得到了截面和立方体网格的所有交点，在此基础上，提出了相关体元搜索算法，该算法能够快速地搜索出所有与截面相交的体元，减少了所有体元和截面进行求交判断的计算量．在科学计算可视化中得到很好地应用．     

基于VTK的三维地层可视化探讨

地层可视化是地质工程中急需解决的一个热点问题.在研究VTK体系结构的基础上,探讨了VTK支持下地层可视化技术,结合Microsoft Visual Studio .NET 2005和VTK.Net,采用规则网格三棱柱模型,开发了三维地层可视化系统.研究表明,以VTK为三维可视化工具来进行地层的三维可视化的途径是可行的,在可视化性能以及可视化效果等方面均有较好的效果.     

适应于3维非结构化网络数据场的切片可视化技术研究

针对３维非结构化网格数据场出现的各种网格单元，设计了相应的直边４面体化剖分方案，并在此基础上提出了一种关于非结构化网格数据场的切片可视化，简化了切平面与网格单元间相交多边形的计算，保证了各相交多边形的自然合法性。     

三维地质模型可视化中直接三维交互的实现

人机交互是可视化系统中不可缺少的组成部分，三维交互的技术关键是建立屏幕二维坐标与三维空间坐标的对应关系．基于改进三棱柱3D地质模型，在其可视化过程中采用几何变换方法，并借鉴OpenGL的选择、反馈等技术，实现了矿床地质模型的直接三维交互操作，提高了3D地质建模软件的易用性与灵活性．     

STL实体的有限差分网格高效剖分算法

为实现对形状复杂薄壁铸件进行精确、合理的网格剖分,建立一种高效的STL实体有限差分网格剖 分算法,基于切片线扫描原理,阐述了对多STL文件格式实体进行网格剖分的处理过程,并编制了有限差分 网格剖分程序．程序采用动态数据结构、优化的奇异点处理技术以及先剖分后容错的方法进行三维有限差分 网格剖分．通过应用实例证明了该程序能够快速地对复杂形状STL实体装配体进行三维非均匀有限差分网 格剖分．该网格剖分算法具有计算速度快、变步长、奇异点优化处理和STL文件容错处理的特点,剖分过程简 捷迅速,节省计算机资源,剖分结果精确,实用性强     

一种新的平面点集三角剖分算法

平面点集的三角剖分是计算机图形学中一个比较基本的算法,它的用途非常广泛．本文提出了一个平面点集的三角剖分算法,该方法是一种简单、实用、通用的三角剖分算法,并且给出了该算法在有限元网格中得到的剖分效果分析．     

有限体积法及其在盆地模拟中的应用

运移聚史的模拟是盆地模拟中最重要的部分,也是迄今为止技术上最薄弱的环节。由于其数学模型的复杂性,长期以来,寻找稳定,收敛的算法来求解运移运移聚集史模型一直是运移聚集史模拟的热点。在此提出的将直交平分网络法和有限体积法相结合的方法,不仅具有有限差分法格式简单,计算量小,保持网块内物质守衡的优点,而且具有限元法处理复杂边界条件的优势。实际应用表明：将直交平分网格法,有限体积法和变网格技术结合能有效模拟三维油气二次运移聚集过程。     

基于边特征的点云数据区域分割

为了提高反求工程建模的效率,提出了一种基于空间栅格的区域分割方法.该方法采用二次抛物面模型计算散乱数据点的曲率,利用空间栅格结构建立散乱点的拓扑关系,根据栅格中数据点与栅格中心点的相对位置计算栅格曲率以及相邻栅格间的曲率差值,由曲率差函数判别并抽取边特征栅格.通过特征栅格的空间位置与曲面栅格的连通性实现了空间散乱数据的区域分割. 工程应用实例表明: 该方法能够直接处理点云数据而无需构建三角网格,具有运算简单,稳定性高等特点.可有效解决具有曲率突变性的点云数据的区域分割及特征提取问题.     

非结构网格多段翼型绕流Euler及N—S方程数值模拟

描述二维非结构无粘网格和粘性网格的生成方法,对二维翼型绕流进行了Euler及N－S方程数值模拟,运用推进面方法,生成无粘网格,进一步结合推进层方法,生成粘性网格,应用中心有限体积法,采用B－L代数湍流模型,完成了对多段翼型流场的Euler方程和N－S方程的数值模拟计算,计算与实验结果对比表明,所采用的网格生成技术及流场计算方法是正确、有效的。     

定常线性薛定谔方程的一种高精度数值解法

针对定常线性薛定谔方程构建了一种高效、快速的数值解法——两网格有限体积元算法。将求解区域剖分成了粗、细两种网格，先在粗网格上求原问题的有限体积元解，再在细网格上求一个解耦问题的解。算例验证了该方法极大地提高了求解效率，理论上也证明了该解与原问题的有限体积元解有相同的收敛阶。     

三维非定常分区覆盖网格分支管路数值模拟

为了研究复杂气动系统中分支管路的分流特性，以三通分支为研究对象，将计算区域分成两个圆柱形区域，应用一般插值方法计算分区内边界的耦合条件，给出各分区外边界条件的处理方法，推导出无振荡中心差分的TVD计算模式，采用分区覆盖网格方法建立三维非定常有限体积数值计算模型，计算结果与试验数据对比表明：所应用的计算方法可以很好地模拟三通的内部流场，对研究分支管路的过流能力及其能量损失机理均具有重要的意义。     

基于网格化曲率聚类的点云分割

针对三维散乱点云数据,提出一种基于网格化曲率聚类的点云分割算法．首先对点云进行三维空间动态网格划分建立散乱数据点的拓扑关系,利用坐标转换法,在局部坐标系内拟合抛物面,进而求得高斯曲率、平均曲率等微分信息,然后基于聚类分析的思想利用高斯曲率和平均曲率的相似性进行点云数据的初始分割,再利用空间网格的拓扑关系检查和纠正完成点云数据的区域分割．该方法不需计算出每一个测量点的曲率值,从而提高了计算速度．     

基于三轴线性插补的的裁剪跟随方法

针对多层自动裁床片式裁刀的运动控制，提出了一种新型的裁刀跟随算法，通过普通运动控制器的三轴线性插补功能来实现任意二维曲线的插补跟随. 先将曲线按照精度要求离散为直线段，然后将裁片轨迹划分为若干直线组成的节段，以刀片围绕刀尖点的旋转运动实现节段内直线间的转接. 该算法重点考虑刀具形状参数的影响，过剪量可控. 误差分析和实验表明，该算法有效可行. 与已有的技术相比，具有插补跟随精度高，实现成本低的特点.     

基于主方向高斯映射的旋转面特征提取

为了从点云中准确提取几何特征参数，给出了旋转面特征提取算法.该算法对旋转面主方向映射到高斯球面，生成主方向高斯图像（PDGI）. 对高斯球进行均匀分割，生成一系列小立方栅格，并将高斯球上图像数据点分配到相应的立方栅格中.根据每个栅格中的图像数据点数，对栅格聚类分析，获得一组特征栅格，由这组特征栅格中的图像点来确定大圆所在的平面，从而根据平面法矢确定旋转轴方向.根据旋转面法矢和旋转轴方向，获得旋转轴的定位点，从而确定了旋转轴.并给出了旋转轴的优化方法.计算实例结果表明，该算法能够稳定、准确地提取出旋转面的几何特征参数.     

基于曲面表达的几何特性计算及其在船舶工程中的应用

船舶静力性能计算中主要涉及到与水线面、横剖面、排水体积和舱容等相关的几何特性计算,在阻力和适航性等性能计算中还要对湿表面积进行计算,以便在设计阶段对船体外形的优劣进行评估和分析,为线型的进一步优化提供依据.为了更精确地计算相关的船舶性能,文章提出了基于曲面表达的相关2D或3D几何体几何特性计算新方法.该方法首先将所表达的曲面离散成四边形或三角形单元,将空间区域分割成若干广义棱柱,再通过四边形、三角形和广义棱柱的几何特性的组合,分别计算界定平面、曲面或空间区域的几何特性.对解析曲面进行NURBS表达,对其截面积、局部表面积和体积及几何特性进行计算,其结果与解析法计算的精确解非常接近.将该方法具体应用于实船的相关计算,结果表明了其可行性、合理性和精确性.     

一种三维医学图像切割算法

采用一般的直接体绘制算法进行三维图像切割操作不能很好地满足实时交互的要求。提出一种基于剪切-弯曲方法的切割算法。该算法首先在中间图像平面上合成出被去除物体的掩码，并与变换到该平面上的切割面纹理图像一起，选择重采样那些在纹理图像以外的变化了的象素，最后采用弯曲变换产生最终三维图像。采用该方法可以减少对三维物体图像象素的合成计算，从而提高绘制速度。实验表明，该算法可以实时显示切割效果，且图像质量无明显变化。