基于面-体布尔运算的断层切割矿体三维模型

针对矿体被断层面切割的地质现象，目前三维地质体建模往往是通过相邻地质剖面上的地质体轮廓线按三角网直线方式连接实现，断层面切割矿体的空间形态关系难以正确反映在三维可视化模型中。基于三角网格模型，提出了一种断层面切割矿体三维模型的面-体布尔运算算法。首先对矿体和切割矿体的断层面三角网格进行检测，构建拓扑关系；然后基于相交测试求得交线环；最后提取结果域多边形并进行三角剖分。针对断层面切割矿体形态进行了定量研究，分别定义了“获取断层面上的矿体”和“获取断层面下的矿体”两种切割算子，通过切割组合得到最终的切割结果，该算法避免了传统布尔运算中交线跟踪连接成环和点与多边形的包含测试等运算量较大的操作。以贵州省水银洞金矿床为例，结合地质解译和三维地质建模方法，采用该算法对矿床中与断层相交的矿体进行了切割运算。研究表明：基于布尔运算的断层切割矿体三维模型能够正确反映矿体与断层面之间的吻合关系，为研究断裂与矿化分布之间的定量关系提供了可靠依据。     

基于剖面的面体混合三维地质建模研究

三维地质建模与可视化是数字矿山的一项关键技术，对矿山生产、地学分析和资源评估具有重要的意义。以钻孔信息和地质剖面图为基础数据，提出了基于剖面的三维地质建模流程，建立了地质体的面模型及其相应的地质块段体模型，最终实现了“剖面-TIN-块段”（section-TIN-block）面体混合构模和科学计算可视化。对建模涉及的关键算法进行了研究：提出“切开-缝合”法解决了形状和顶点数目差异较大的相邻剖面轮廓线重构三维形体问题；研究了含岛屿多边形的三角剖分算法，解决了含有夹石或孔洞的复杂地质体构模问题。     

三维矿体表面建模中的三角剖分技术及其应用

介绍了如何根据勘探线剖面矿体边界线,用三角剖分方法逼近矿体表面,建立矿体三维可视化模型的技术。三维矿体表面建模技术主要包括勘探线剖面矿体边界线的圈定、相邻边界线之间三角剖分和单个边界线内部三角剖分等内容。针对矿体结构复杂的特点,提出应用“凸包投影法”和“凸点逐步消除法”,分别解决相邻凹多边形矿体边界线之间与单个凹多边形矿体边界线内部的三角剖分问题,从而建立起复杂矿体的三维可视化模型。应用研究表明：运用本文方法,根据矿区勘探数据,能够建立起符合实际的三维矿体表面模型。     

东周窑井田多尺度三维地质建模

构建了东周窑井田地质信息库；利用DepthInsight三维建模软件将东周窑井田作为研究对象，采用断层交切处理、“小层建模”、三角网格剖分、截断网格剖分等技术构建了东周窑井田多尺度三维地质模型。井田尺度模型以三维的形式概括性展示井田内的构造，并在此基础上采用克里金算法进行插值计算，预测出山4^#、5^#煤层中火成岩的分布；地震勘探区尺度模型揭示了此区域煤层形态以及构造特征，在此模型的基础上对8402、8403等8个规划工作面进行模拟，实现了地下构造可视化；工作面尺度模型是精度最高的模型，以8100工作面为例探索了工作面高精度三维地质建模及动态更新的方法。     

基于剖面的层状与非层状矿体的三维可视化研究

二维轮廓线重构三维表面是矿体几何建模的重要技术手段。对几种重构中可能出现的问题（轮廓对应问题和轮廓拼接）,提出了适合地质体剖面建模使用的轮廓线重构算法。基于剖面的三维地质建模流程,建立地质体的线框面模型及其相应的地质块体模型。     

地质体三维实体建模的数据预处理方法

研究了三维地质体实体建模对地质勘探数据的要求,结合三维地质体实体建模相关过程和操作,阐述了数据预处理的重要性。提出了数据预处理的数据检查、数据修正和建模辅助3个过程,并对这3个过程中的轮廓线自相交、轮廓线之间相交、任意简单多边形的重心计算算法、三维空间中的辅助标记添加等主要问题和相应解决算法进行了详细论述。实验结果表明,该些方法能够简化建模算法,具有很高的可操作性。     

复杂地质体的三维建模与可视化方法的研究

提出了一种以似三棱柱体为体元的三维地质构模改进算法,该算法能适用于复杂地质体(如含空洞、矿体、尖灭及断层的地质体)的三维建模,还可用于诸如矿井和巷道等地质特有现象的三维建模,实现了地质体的统一建模。借助于OpenGL三维图形库,可实现地质模型的三维可视化及地质模型的多面剖切,为挖掘3D地质模型信息提供强有力的支持。     

三维可视化建模技术及其在地下采矿中的应用

矿山的地质现象,如矿体、地层、断裂、钻孔、井巷等,都是三维空间实体,对矿山的真三维实体进行空间分析,如复杂矿体、断层、褶皱等不连续体的真三维建模,已经成为矿山三维可视化技术前沿和攻关难点。似三棱柱体模型是三维可视化建模的基本模型之一,它不仅可以精确模拟地层或矿层的层面和内部,还可以有效表达断层、褶曲、空间、开挖边界等复杂构造形态。本文对似三棱柱体三维可视化建模方法进行了研究,根据似三棱柱体三维可视化建模方法及建模步骤,构建了某矿体的三维可视化模型,并利用Java3D API,初步实现了基于Web的矿体三维显示。     

基于梯度塑性理论的断层活化机理

基于梯度塑性理论,将断层视为内部连续、有厚度的地质体,分析断层带应变软化及其应变局部化问题。将梯度塑性理论引入断层带模型,得到了断层带沿倾向相对错动位移的理论表达式,定义了“断层带等效剪切刚度”;通过对上盘岩体的下边缘界面处单元体应力分析,得到上盘岩体沿断层倾向的相对错动位移并定义了“两盘岩体等效剪切刚度”。根据“断层带等效剪切刚度” 与“两盘岩体等效剪切刚度”的关系得到了断层活化的判据。结果表明：断层的活化不仅与断层内部地质体材料的性质 (断层内部地质体材料的脆性、内部结构尺寸) 有关,还与两盘岩石的特征参数(剪切弹性模量、泊松比)及包括断层倾向长度的最小岩层尺寸相关;断层内部地质体材料的内部参数越小、“两盘岩体等效剪切刚度”越小、断层内部地质体材料越脆及包括断层倾向长度的岩层最小尺寸越大,断层越易活化。     

基于径向基函数曲面的矿体隐式自动三维建模方法

矿体三维建模与可视化是矿山信息化与数字矿山的核心内容。目前国内外矿业软件普遍采用基于序列剖面或中段平面矿体边界多边形连接的显式矿体建模方法,建模过程需要大量人工交互且数据更新后模型重建困难。引入径向基隐函数,提出一种基于隐式曲面的矿体自动建模方法。该方法无需手工圈定矿体边界,直接基于钻孔化验数据进行空间插值,自动构建矿体三维模型曲面,并能针对夹石体自动单独建模;作为建模参数,边界品位重新设定后可自动更新重建矿体三维模型。针对某矿山数据进行了不同边界品位的矿体自动建模实验,与显式方法建模结果对比表明,基于径向基函数隐式曲面的矿体建模方法自动化程度高、模型光滑且无拓扑错误,可为国内数字矿山与地学三维软件的研发提供新方案。     

河北迁安二马铁矿床三维地质建模研究及应用

在历年生产勘探获得的地质、测量、勘探工程、地质编录、取样与化验等地质原始资料的基础上，构建了基于Surpac软件的二马铁矿床三维地质模型。通过对三维建模结果的综合分析，并结合二马铁矿床成矿控制规律研究结果，对S1000~S1400勘探线深部矿体进行了成矿预测，为矿山接替资源预测提供了新途径。建立的二马铁矿床地表模型、断层模型、地层模型、矿体模型实现了矿区矿床的三维可视化，完整准确地表达出了地下地质体的空间位置关系以及矿岩信息，为矿床开采以及生产动态管理提供了基础。     

基于整体法的断层三维地质建模

结合数据的特点和整体法的优点,采用整体法构建断层模型,利用普通克里金插值算法进行地质曲面的重构,指定剖面位置并对三维地质体进行切割,显示出断层在三维地质体中的大致位置,通过断层数据调整断层位置,完成断层三维地质体的构建。工程实践表明,该方法效果良好。     

断层约束下的插值算法

在地质层面建模和等值线的网格化中,网格节点插值是一个不可逾越的过程。断层约束下的插值算法研究,对带断层的地质层面建模和等值线绘制有重要的意义。目前在多数情况下断层信息不全,一般仅有断层的平面投影信息,没有高程、断距、倾角等信息,这不利于带断层的地质层面建模和等值线图绘制。本文提出了一种断层约束下的插值方法,该方法是对断层轨迹法的有效改进。算法仅需断层的平面位置信息,能有效地解决断层约束时的高程插值问题。最后,通过算例验证了该算法的有效性。     

基于HOOPS的矿体三维可视化建模关键技术研究

为了快速有效地开发三维矿体建模软件,引进三维图形引擎库Hoops,采用windows编程语言VC++开发了矿体三维实体可视化软件系统,重点研究了基于Hoops的矿体实体可视化建模过程中所涉及的关键技术:三维数据组织管理、基于勘探线剖面的矿体边界线三角剖分和三维地质体自动剖切。实例应用表明,该系统性能稳定,能够准确地模拟实际矿体的三维结构及分布情况。     

非连续煤层实体模型一体化构建技术研究

针对受断层切割影响而导致连续煤层模型难以构建问题,系统研究了复杂断层网络切割作用下非连续煤层模型一体化构建过程与方法、分析了断层数据类型,断层切割影响,揭示了断层与煤层模型构建之间的关系,提出了正断层错动处理、逆断层错层处理方法。研究结果表明:优选断层线作为断层建模数据,可实现复杂断层网络切削处理与模型构建;通过扩展初始煤层面,优化了断煤交线形态,解决了煤层与断层模型无缝拼接问题;通过调整断层与煤层接触关系,消除了数据重叠区域干扰。最终通过构建复杂断层网络模型、非连续煤层面模型,实现了非连续煤层实体模型的一体化构建。以扎哈淖尔露天矿三维地质模型构建为实例,验证了技术方法是可行性的。     

煤矿三维地质建模及应用研究

为表达复杂的煤矿地质构造形态,更准确地反映地质构造要素之间的空间关系,对煤矿三维地质建模及可视化应用进行了研究.按断层分块建模,用断层模型修正块段边界并合成完整的煤矿地质体模型,最终建立基于面模型的多层三维地质模型.在此基础上,应用OpenGL技术建立了实际应用的系统.应用结果表明,该系统可以有效地提高地质分析工作的直观性与准确性,对瓦斯灾害的预测及定位事故发生点具有较大的指导意义.     

基于无序导线数据的井巷三维自动建模新方法及其应用

本文为提出一种基于无序导线数据自动提取井巷结点的井巷三维自动建模方法，克服了现有井巷建模方法存在原始导线数据提取复杂，具有复杂斜坡道、竖井、多水平井巷难以进行数据集成，无法同步建模等问题。首先提出基于Bentley-Ottmann算法的三维空间线段求交算法，获取三维井巷各类结点单元信息；然后根据所求结点单元使用广度优先遍历算法进行标准化井巷网络图构建，形成井巷结点单元的空间几何结构；最后通过中线结点单元信息及邻接矩阵数据集，采用多源画线框算法构建基本三维井巷模型，并利用布尔运算技术处理井巷交岔点、竖井、斜坡道等复杂建模情况。结果表明：该算法可以通过无序导线快速生成任意方位三维井巷模型，并结合的多源画线框算法与布尔运算算法的优点提高了井巷结点建模连通性处理的速度和效果。本文的研究成果已经在甘肃某矿区采场稳定性安全监测平台得到应用，其自动化生成的井巷模型能够为安全监测数据分析提供实时的可视化信息服务。     

基于实体与块体混合模型的三维矿体可视化建模技术

研究了根据解释出的地质体边界线,在三维环境中构建矿体可视化模型的基本原理和建模方法。针对传统建模方法效率低下及程序实现复杂的问题,提出了线内长度等比法构建实体表面三角网的新方法,并对体模型约束下块体生成的关键算法进行了研究,基于BSP树结构的三维块体模型快速填充算法,适合于复杂矿体约束下大数量级块体的生成,已成功应用于多个数字矿山项目中。     

煤系地层三维地质模型精细化表达研究

三维地质体建模精细化已成为现阶段建模技术日渐重视的研究方向之一。模型贴图作为地质体模型精细化表达的重要技术手段,长期处于建模环节中被忽略的部分,仅能初步实现粗糙的贴图效果,且存在贴图变形扭曲、边界缝隙等问题丞待解决。本文以某煤矿地层模型为研究对象,建立基础纹理样本库并提出了一种基于机器学习的纹理样本库扩充方法,采用Delaunay三角剖分技术对三维地质体进行重构,提高了网格模型质量,并选用切线空间法线贴图与边界无缝处理技术进行三维地质体贴图研究。研究结果表明,通过三角剖分以及法线技术贴图的三维地质体比现有三维地质体贴图效果更加精细美观,大大提高了三维地质体模型的真实感,解决了边界不连续的问题。     

基于实测腰线数据的地下连通巷道精细建模方法

为充分利用实测腰线数据达到重构的巷道表面光滑、精细的目标,采用分区建模的方法,提出了一种基于实测腰线数据的地下巷道精细化重构算法:将实测的腰线根据底板中心线调整高程,得到巷道的底板边界线;基于顶板中心线,建立结点-路径网络拓扑关系图,同时提取该网络图中的连通路径,在路径和底板边界线间,分区构造局部断面轮廓线;提取相邻轮廓线间的空间网格,并对该空间网格进行曲面三角化;将巷道底板边界线分解为多个单调多边形后进行三角化;合并所有局部网格模型,生成内部连通的实体。应用实例表明:该算法可实现断面形状多样、拓扑关系复杂的地下连通巷道的三维模型重构实体,能较好地满足工程验收和采矿设计的需要。