地质工程复杂地质体三维建模与可视化研究

地质工程复杂地质体中的各种地质信息都可以看作是三维空间中的函数，利用各种野外实测资料分别建立相应的曲面拟合函数，进而利用计算机建立三维地质模型，达到直观地表达地质信息在工程岩土体中的分布规律、提高对地质规律的认识、指导地质工程项目的勘测施工及监测的目的，本文分析了复杂地质体三维建模与可视化研究的关键技术问题，并初步应用于向家坝某坝址区的三维地质建模中。     

基于似三棱柱构模的三维地质体的剖切

根据地质体的层状特征和钻孔数据的特殊性,采用似三棱柱体作为基本体元构建三维实体模型.对三维实体的剖切能显示实体的内部细节.基于对话框模式的交互方式,采用旋转平面法矢量的方法确定任意剖切平面,并提出多边形拼接实体剖切截面的方法.该方法加快了三维实体剖切截面的显示速度,并在实际工程项目中得到了具体应用.     

一种基于三棱柱体体元的三维地层建模方法及应用

传统的基于表面的数字模型在构建地层时会导致地层模型显示和分析的复杂化,例如在基于剖面的地层轮廓重建时,不同剖面之间轮廓线的分叉问题以及对应和拼接问题等。为了有效地显示在维层状地层的结构,建立了一种基于三棱柱体体元的数字地层模型,同时给出了相关的剖分算法,由于体元的引入,致使相应的剖面和切割算法得到了简化,并解决了工程地质中常见的层状地层模型任意剖面和任意切割的显示问题,也使工程中的多种操作可以在计算机上得到模拟,同时,还列举了基于该模型的相关应用。     

三维实体仿真建模的网格自动生成方法

有限元网格模型的生成与几何拓扑特征和力学特性有直接关系。建立网格模型时，为了更真实地反映原几何形体的特征，在小特征尺寸或曲率较大等局部区域网格应加密剖分；为提高有限元分析精度和效率，在待分析的开口、裂纹、几何突变、外载、约束等具有应力集中力学特性的局部区域，网格应加密剖分。为此，该文提出了基于几何特征和物理特性相结合的网格自动生成方法。该方法既能有效地描述几何形体，又能实现应力集中区域的网格局部加密及粗细网格的均匀过渡。实例表明本方法实用性强、效果良好。     

基于Kriging的三维地质体建模方法研究

对几种三维空间数据模型进行了比较,总结了克里格（Kriging）插值方法在三维地质体建模方面的种种优点。在此基础上,借助于GSTL开源地质统计学库wxWidgets界面库,在Dev-cpp开发环境下开发了一个三维矿体数据的克里格插值系统,为矿体的三维可视化提供了数据支持。该系统实现了Kriging插值、变异函数拟合模型拟合程度的验证一交叉验证以及特定格式的结果输出等功能。     

基于参数化技术的隧道三维建模方法

针对已有隧道三维建模方法缺少交互性和多样性的不足,提出了基于参数化建模技术的隧道三维建模与景观仿真方法。试验表明,该方法能够快速和有效的建立多种景观隧道三维模型,能将隧道三维设计与三维场景形象直观的表现出来,满足隧道三维建模快速、多样性和交互性的要求。     

煤矿地质三维可视化的研究与应用

利用SQL Server 2005为数据库,采用先进的TIN数字高程模型、VC＋＋面向对象技术和多媒体建模方法作为前台开发工具,利用不规则三角网Delaunay算法自动生成标准的TIN三角网地形,通过OpenGL强大的三维处理和显示引擎,实时、动态生成各种矿井实体,再现井上下真实的三维场景,构建三维可视化应用,实现了煤矿三维可视化系统。     

三维地质体重构中空间数据插值方法的研究

空间插值方法的选择是地质三维可视化当中能真实、准确的再现工程研究对象的关键要素。为此，本文针对建立三维地质体的体数据模型插值算法的特点，对各种常见空间插值方法的特点进行了比较分析。最后结合某矿区的实测勘探数据，采用Kriging方法进行了三维地质体的重构，取得了与工程现场较为一致的效果，证明了该方法在地矿领域的适用性。     

油田三维地质建模技术及其软件实现

针对油田地质工程的特点,将地层抽象为规则方格组成的集合,基于离散的地质钻孔信息,以规则网格法实现地层的几何建模;采用Kring插值法将离散钻孔内地层属性值插值得到各地层层面网格点处的地层属性值,提出根据网格点处属性值对空间任意点处的属性进行插值的形函数方法。开发油田地质建模软件GeoPetrel以实现三维地层的可视化、地质柱状图及地质剖面图的绘制等功能。     

Sweep造型法在管线三维可视化中的应用

管线三维可视化中的一个重要问题是如何根据管线中心线坐标计算得到管线表面顶点的坐标,难点在于管线转折处的表面处理。采用“sweep+mesh”的造型方法可生成整张连续的管道表面而不必在管线转折处做拼接处理。此方法通过在管线中心线各分段点上建立局部坐标系（标架）,计算得到分段点对应的管线表面顶点的坐标,并生成连续的mesh网格。为建立连续的标架,提出了对管线进行倒圆角及分段处理,再递推生成标架的方法。结果表明：管线表面顶点坐标正确,整个表面光滑连续。     

三维可视化建模方法在位场模拟中的应用

根据重磁位场正演模拟的要求,提出了一种基于截面的三维地质体可视化建模方法。该方法利用改进的最短对角线法构建截面间的地质体表面,改进的最短对角线法弥补了最短对角线法不能有效寻找起始点的缺陷,并能够处理任意角点数的截面之间的地质体表面构建。将其应用于重磁位场正演模拟可以使可视化数据结构和计算数据结构一致,简化了算法并提高了计算精度,因而提出的方法是一种有效实用的方法。     

草绘3维人体建模的模板形变方法

目的 采用草绘交互方式直接构造3维人体模型是当前人体建模研究的重要课题之一.提出一种草绘3维人体建模的模板形变方法.方法 针对输入的草图,首先,采用关节点定位方法获取草图中的人体关节点,根据人体结构学约束识别人体骨架结构,通过解析人体轮廓草图获取人体草图特征;其次,通过骨架模板和外观轮廓模板形变,将草图特征映射到3维人体模型,实现3维人体建模.结果 草图解析方法能有效提取草图特征,通过模板形变方法生成3维人体模型,并在模型上保持草图特征;能适应不同用户的绘制习惯,且生成的3维人体模型可用于人体动画设计.结论 提出一种草绘3维人体建模的模板形变方法,支持用户采用草绘方式进行3维人体模型设计,方法具有良好的用户适应性,对3维动画创作具有重要意义.     

实时交互的带浮雕纹理的三维模型构建方法

为了快速生成带浮雕纹理的三维模型,提出一种实时交互的浮雕纹理模型构建方法。方法分两步：第一步,将生成浮雕的源模型或图像转换为初始深度图,并进一步转换为梯度图,再通过梯度域的压缩、过滤,求解线性方程重建出整体连续的浮雕深度图;第二步,借助基于网格求交的浮雕纹理映射算法将浮雕深度图贴在目标模型表面,并通过移动、旋转、缩放等操作实时在目标模型三维空间上修改浮雕效果,最终重建目标模型网格,生成浮雕纹理模型。实验表明,所提方法可快速实现在一个目标模型上生成凹浮雕、凸浮雕、多浮雕等效果,所得模型无需经过其他处理,可直接应用于3D打印,打印效果较好。     

A method of 3D modeling and codec

3D modeling and codec of real objects are hot issues in the field of virtual reality. In this paper, we propose an automatic registration two range images method and a cycle based automatic global registration algorithm for rapidly and automatically registering all range images and constructing a realistic 3D model. Besides, to meet the requirement of huge data transmission over Internet, we present a 3D mesh encoding/decoding method for encoding geometry, topology and attribute data with high compression ratio and supporting progressive transmission. The research results have already been applied successfully in digital museum. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 60533070, 60773153), the Key Grant Project of Chinese Ministry of Education (Grant No. 308004), the Project of Chinese Ministry of Science and Technology (Grant No. 2006BAK12B09), and the Project of Beijing Municipal Science and Technology Commission (Grant No. Z07000100560714)     

基于ArcGlobe 的三维数字校园建模与仿真

数字校园是数字城市的缩影,是虚拟校园建设的支撑平台。在综合分析现 有三维数字校园建设的基础上,以山东科技大学青岛校区为例,引入ArcGlobe 软件,讨论 了数字校园建设的数据来源与处理方法、三维校园仿真的技术流程、不同起伏度的地面三维 模型的构建方法、地物景观模型的构建技术等。给出了三维校园仿真的具体实现方法,采用 LOD 和动态纹理匹配技术提高了三维建筑物加载和绘制的速度。论文给出的数字校园仿真 与建模的方法对正在开展的数字校园与数字城市建设具有较强的指导意义。     

浅析3D动漫造型协同创新设计方法

动漫造型的设计是一项依赖于脑力、创造力以及想象力的活动,能够体现出知识经济的特点,其中需要交互式的图形系统和分析计算为主的计算机辅助设计系统,这样才能为设计人员提供工具,实现人机交互．但是这并不能为设计人员的创造性思维有所帮助,也不能支持协同设计。本文首先对3D动漫造型的发展情况进行简述,之后分析3D动漫造型协同创新设计研究现状,结合现状提出3D动漫造型协同创新设计方法,从而引发动漫产业在国际市场上的发展,保证期发展前景的广阔性。     

面向影视动画的真实感三维人脸快速建模算法

针对影视动画领域,利用LS_5000型三维激光扫描仪,提出了一套真实感三维人脸快速建模算法。只需输入真实演员人脸的三维扫描点云和未定标的照片,以及极少的人工交互,即可生成虚拟演员真实感的三维人脸模型（包括几何模型、纹理模型和面向动画的可变模型）。实验结果表明,算法输出的模型简洁规范,可直接应用于实际的影视动画制作,提高了人脸模型建模效率。     

Parallel decoupled terminal-edge bisection method for 3D mesh generation

We present a practical and stable algorithm for the parallel refinement of tetrahedral meshes. The algorithm is based on the refinement of terminal-edges and associated terminal stars. A terminal-edge is a special edge in the mesh which is the longest edge of every element that shares such an edge, while the elements that share a terminal-edge form a terminal star. We prove that the algorithm is inherently decoupled and thus scalable. Our experimental data show that we have a stable implementation able to deal with hundreds of millions of tetrahedra and whose speed is in between one and two order of magnitude higher from the method and implementation we presented (Rivara et al., Proceedings 13th international meshing roundtable, 2004).Maria-Cecilia Rivara and Carlo Calderon's work was partially supported by Fondecyt 1040713.Andriy Fedorov’s work is supported in part by ITR #ACI-0085969, and NGS #ANI-0203974.Nikos Chrisochoides’s work is supported in part by NSF Career Award #CCR-0049086, ITR #ACI-0085969, NGS #ANI-0203974, and ITR #CNS-0312980.     

基于VRML技术的水利工程三维地形景观生成

以水利工程行业常用的专业地形图为基础,讨论了水利工程格网DEM的构建和地形景观的生成方法,并结合VRML技术,实现了水利工程三维地形景观可视化方法。