直接体绘制技术在地质体三维可视化中的应用研究

将直接体绘制技术应用于地质体三维可视化,首先对原始钻孔数据进行插值、网格化等预处理得到满足直接体绘制需要的规则体数据,从而建立反映地层分布的地质体三维标量数据场;然后用直接体绘制技术绘制三维地质体,避免了体元建模方法中在对地质体进行剖切等操作时必须要解决的剖面与体元之间复杂的判断求交等过程。采用该方法实现了对某地区地质体的三维可视化。     

基于似三棱柱体体元的三维地质体漫游技术

本文简要介绍了一种新的三维地学空间构模方法-似三棱柱(STP法).用它作为基本体元来实现三维地质体的可视化,该方法首先将原始钻孔数据经过预处理形成各个地层上下对应的三角网格高程数据,然后连接相邻地层上下对应的网格形成似三棱柱.在此体元上对三维地质体漫游技术中大量使用到的直线、平面与似三棱柱体元的求交算法做了一定的研究,最终借鉴OpenGL的功能,实现了三维地质体的几种钻孔虚拟漫游的操作.     

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.     

三维地层Tin模型剖切的改进算法

地层Tin(Triangulated Irregular Network)剖切是实现三维地质建模和分析的关键算法。通过分析实际地层剖切分析的特点,采用虚拟现实中碰撞检测的层次包围盒方法改进原来三角网格检测的算法。首先建立剖切面和Tin的矩形包围盒树,通过坐标轴投影法快速实现矩形包围盒的碰撞检测,然后对检测到可能发生相交的三角形进行交点计算,详细分析所得交点的不同位置的情况,对Tin进行裁剪分边和重构得到剖切后的模型,最后阐述算法实现的主要数据结构和展示剖切的效果。     

综合录井井下三维地层可视化建模研究与实现

针对综合录井井下地层特点,采用多层DEM三维可视化模型对地下地质环境进行三维描述,实现综合录井三维地层实时显示.将三维坐标投影转换到二维坐标系中,采用二维Delaunay剖分改进算法构建Delaunay三角网;探讨了剖分后的不规则三角网(TIN)到格网的转换和插值以及通过格网DEM构建三维地层;介绍了根据选择的剖切面方程生成地质体的剖面.系统采用VC++6.0和OPENGL图形接口作为开发平台,可以从任意的角度对剖切开的三维地质体进行观察和分析也能够从任意的角度对三维地质体整体进行观察、缩放和剖切等操作.     

基于似三棱柱体体元的三维地质体漫游技术

本文简要介绍了一种新的三维地学空间构模方法—似三棱柱(STP法)。用它作为基本体元来实现三维地质体的可视化,该方法首先将原始钻孔数据经过预处理形成各个地层上下对应的三角网格高程数据,然后连接相邻地层上下对应的网格形成似三棱柱。在此体元上对三维地质体漫游技术中大量使用到的直线、平面与似三棱柱体元的求交算法做了一定的研究,最终借鉴OpenGL的功能,实现了三维地质体的几种钻孔虚拟漫游的操作。     

油气储层垂向折面剖切及二三维可视化研究

针对三维油气藏模型剖切及剖面图可视化,给出了解决方案包括以下部分:设计了适用于多种油藏模型文件的统一数据模型及接口;三维油气藏模型剖切,剖切的思想是将六面体每个面及剖切线所在的面划分为三角形,利用三角形两两相交的算法求取交线段,并形成油藏剖面;简要描述了井轨迹的压缩算法及井轨迹投影到油藏剖面的方法;最后讨论了三维剖面的二维展布方法。算法通过编程实现,并利用实际油气藏模型进行测试,测试结果表明,算法及流程可行性强,并具有灵活、高效等优点。     

医学图像3维重建模型的虚拟剖切算法

对医学图像体数据及重构几何模型进行虚拟剖切,可以方便地看到内部的组织,便于观察和诊断,可用于医疗放射治疗规划.针对医学图像重建的表面几何模型,提出了对模型进行平面剖切、立体开窗及任意交互切割的算法.平面剖切和开窗是用剖切面或剖切体对重建模型施以剖切,在剖切面上生成边序列及顶点序列;由此边序列和顶点序列生成封闭的边界轮廓,确定各轮廓的包含关系;对封闭轮廓包围的截面区域进行Delaunay三角剖分,得到完整的剖切后的表面模型.任意交互切割过程是交互生成切割路径,确定切割边界,并沿切割边界对表面模型进行切割.实验结果证明了本文算法的有效性.采用本文算法可得到良好的虚拟剖切效果.     

基于剖面的三维有限元可视化方法研究

提出了一种三维不规则数据场的任意形状截面快速剖切算法。该算法利用有限元网格共边的特点实现相交的单元体快速查找并有效减少求交计算次数。讨论了任意剖切面上的彩色云图生成方法。研究了在多剖切面的基础上,实了不规则数据场的体绘制。实践证明,该方法快速有效,效果良好。     

全三维气辅成型数值模拟结果的任意剖切显示

任意剖切显示是全三维气辅成型过程数值模拟后处理的重要技术。通过研究四 面体单元与剖切平面的空间位置关系,提出了一种基于纯空间几何解析的任意剖切面求取以 及在剖切面上高质量绘制场数据分布彩色云图的方法,即通过遍历确定“有效单元”、类过滤 交点求解,以及物理量插值与颜色映射求得剖切面上的物理场量,然后采用OpenGL 技术实 现任意剖切面上场数据分布彩色云图的绘制与显示。实例验证表明,该方法能准确、清晰地 绘制出气辅成型过程中任意剖切平面上物理量的分布,有助于工程技术人员更加有效地理解 和分析模拟结果。     

3D discrete rotations using hinge angles

In this paper, we study 3D rotations on grid points computed by using only integers. For that purpose, we investigate the intersection between the 3D half-grid and the rotation plane. From this intersection, we define 3D hinge angles which determine a transit of a grid point from a voxel to its adjacent voxel during the rotation. Then, we give a method to sort all 3D hinge angles with integer computations. The study of 3D hinge angles allows us to design a 3D discrete rotation and to estimate the rotation between a pair of digital images in correspondence.     

基于倾斜摄影的三维模型单体化方法研究

利用三角面片的可分割性质,解决倾斜摄影数据的三维模型可分离单体化问题。该方法首先绘制切割多边形,确定单体化模型边界,然后使用包围盒方法进行求交检测,获得需要切割的三角面片。之后计算求交检测所得三角面片与切割多边形的交点,然后详细分析切割多边形与三角面片相交时的不同相交情形,并针对不同的相交情形采用不同的切割方法。最后,对相交区域三角面片进行裁切并重构,再纹理重构并实现多细节分层后得到分离的单体化模型。实验结果表明,该方法可有效实现倾斜摄影三维模型的分离单体化。     

基于三维表面模型的任意切割算法*

通过对三维表面模型进行切割,人们可以方便地观察物体的内部结构。针对三维表面模型,提出了一种任意切割算法。任意切割过程首先是交互生成切割曲线,生成切割面;然后通过切割面对表面模型进行切割,在切割面上生成交线序列;再由交线序列与切割面边界生成封闭的边界轮廓,确定各边界轮廓间的包含关系;最后对边界轮廓包围的截面区域进行Delaunay三角剖分并着色,得到完整的剖面。实验结果证明了该算法的有效性和可行性。     

A strategy of automatic hexahedral mesh generation by using an improved whisker-weaving method with a surface mesh modification procedure

One of the demands for three dimensional (3D) finite element analyses is the development of an automatic hexahedral mesh generator. For this problem, several methods have been proposed by many researchers. However, reliable automatic hexahedral mesh generation has not been developed at present. In this paper, a new strategy of fully automatic hexahedral mesh generation is proposed. In this strategy, the prerequisite for generating a hexahedral mesh is a quadrilateral surface mesh. From the given surface mesh, combinatorial dual cycles (sheet loops for the whisker-weaving algorithm) are generated to produce a hexahedral mesh. Since generating a good quality hexahedral mesh does not depend only on the quality of quadrilaterals of the surface mesh but also on the quality of the sheet loops generated from it, a surface mesh modification method to remove self-intersections from sheet loops is developed. Next, an automatic hexahedral mesh generator by the improved whisker-weaving algorithm is developed in this paper. By creating elements and nodes on 3D real space during the weaving process, it becomes possible to generate a hexahedral mesh with fewer bad-quality elements. Several examples will be presented to show the validity of the proposed mesh generation strategy.     

地质断层三维可视化模型的构建方法与实现技术

全面而系统地研究了地质断层三维可视化构模的原理、方法及实施过程.针对地质断层三维构模的特点与要求,设计了一种基于边界表示、面向地质实体并兼顾拓扑关系的三维矢量数据模型,以有效地组织和描述包含断层的复杂地质体几何结构模型.提出了断层与地层的统一构模技术,给出了在其实现过程中所遇到的关键问题(如断层面的推演拟合、地层层面重构、断层与地层的交切处理与局部重构)的解决方案.基于断层的属性、断层数据所反映的断层面的特征和质量,应用3种方法来拟合断层面.在地层层面重构时,考虑到了断层面在地层面网格加密、插值时的约束和屏蔽作用,实现了具有多值面的逆断层网格生成技术.应用三角网切割算法TRICUT来实现断层与地层的交切处理.通过北京奥运公园场区基岩地质模型中的断层构模实例验证了这些技术方法的有效性.     

光栅投影式3维照相系统中光栅投影仪的标定

提出了一种光栅投影式立体照相系统中光栅投影平面的标定方法。将光栅投影到已知目标平面,通过数字摄影得到光栅平面与目标平面相交的光栅图像。根据光栅图像记录的信息,在每条交线上提取两点,作为对应光栅平面拟合用的两点。按一定规律移动目标平面,即可得到每个光栅平面上若干对点。利用最小二乘法分别拟合出每个光栅平面的空间平面方程。     

基于八叉树和混合搜索树的地质曲面快速求交方法

为处理地质界面之间的空间相交关系,提出一种新的针对三角地质曲面的快速求交方法。该方法融合优化八叉树法和OBB搜索树方法,可以更快速准确地剔除远离交线的其他三角形。求交剩余的三角形得到交线,应用三角网局部重构和网格优化算法修正交线附近的三角网,最终分割交线两侧的地质曲面,完成2个地质曲面的离散化求交过程。与AABB、OBB和空间分解法相比,该方法在大数据量三角曲面求交中效率优势明显,可以快速准确处理地质模型构建和分析中的曲面求交问题,为三维地质模型自动化构建的实现提供有效支撑。     

All-hexahedral mesh generation via inside-out advancing front based on harmonic fields

The generation of hexahedral meshes is an open problem that has undergone significant research. This paper deals with a novel inside-out advancing front method to generate unstructured all-hexahedral meshes for given volumes. Two orthogonal harmonic fields, principal and radial harmonic fields, are generated to guide the inside-out advancing front process based on a few user interactions. Starting from an initial hexahedral mesh inside the given volume, we advance the boundary quadrilateral mesh along the streamlines of radial field and construct layers of hexahedral elements. To ensure high quality and uniform size of the hexahedral mesh, quadrilateral elements are decomposed in such a way that no non-hexahedral element is produced. For complex volume with branch structures, we segment the complex volume into simple sub-volumes that are suitable for our method. Experimental results show that our method generates high quality all-hexahedral meshes for the given volumes.