基于Delaunay構(gòu)網(wǎng)的城市三維地層信息系統(tǒng)核心技術(shù)研究與應(yīng)用.pdf

1、數(shù)字地層是數(shù)字城市的重要組成部份,在"數(shù)字地層"基礎(chǔ)上建立土木工程一體化分析平臺(tái)是數(shù)字城市、土木工程建設(shè)中勘測(cè)、設(shè)計(jì)、分析一體化的體現(xiàn).建立三維城市地層信息系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)數(shù)字地層的有效途徑.全文以三角形、四面體單純形體為基本元素,Delaunay三角化算法為主線(xiàn),對(duì)三維地層信息系統(tǒng)中的可視化建模、數(shù)據(jù)模型、插值算法、可視化與空間分析、工程應(yīng)用等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了全面、系統(tǒng)、創(chuàng)造性的研究.1.該文首先對(duì)地層信息系統(tǒng)的模塊框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了功能分析與設(shè)

2、計(jì).在確定地層信息系統(tǒng)的基本功能的基礎(chǔ)上將該系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)、專(zhuān)業(yè)建模子系統(tǒng)、可視化子系統(tǒng)、空間分析子系統(tǒng)、專(zhuān)業(yè)應(yīng)用子系統(tǒng)等基本模塊并對(duì)每個(gè)模塊結(jié)構(gòu)框架進(jìn)行分析與設(shè)計(jì).2.基于單純形體(2D中的三角形,3D中的四面體)的結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格對(duì)于自然物體建模非常有意義和有效,因?yàn)樗鼈円院?jiǎn)單的邊界(2D中的邊,3D中的三角形)為填充任意邊界提供了極大的靈活性.Delaunay算法因其眾多優(yōu)點(diǎn)而成為網(wǎng)格剖分的主流算法,該算法是該文實(shí)現(xiàn)三維地層建模

3、的核心算法.3.三維地層建模是SIS中的關(guān)鍵技術(shù).該文提出了地層2D豎直剖面模型、2.5D疊層TIN模型、3D真三維TEN模型.這三種模型在構(gòu)模方法、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、可視化表達(dá)等諸多層面上得到了有機(jī)的統(tǒng)一,具有充分利用計(jì)算機(jī)、適應(yīng)性強(qiáng)、便于可視化等特點(diǎn).將地質(zhì)勘探中的地層數(shù)據(jù)抽象為離散點(diǎn)源信息,設(shè)計(jì)了鉆孔的二分拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu),基于Delaunay算法實(shí)現(xiàn)了上述2D、2.5D、3D模型的建立,該建模方法能初步處理斷層、尖滅等突變信息.4.數(shù)據(jù)模型

4、與結(jié)構(gòu)是3D GIS研究的基本課題.論文采用面向?qū)ο蟮姆椒ò鸦谄史值膯渭冃螖?shù)據(jù)模型與傳統(tǒng)的GIS數(shù)據(jù)模型結(jié)合在一起,提出并建立了一個(gè)便于繼承、組合、多態(tài)的較完整的三維數(shù)據(jù)模型與結(jié)構(gòu)---面向?qū)ο蟮膯渭冃纹史峙cGIS一體化三維數(shù)據(jù)模型.5.插值算法常用于擬合空間離散數(shù)據(jù)點(diǎn),該文采用三角形細(xì)化來(lái)逼近平滑曲面從而實(shí)現(xiàn)地層模型的細(xì)化建模.基于分片多項(xiàng)式插值法,實(shí)現(xiàn)基于TIN的空間數(shù)據(jù)平面插值算法與二元五次C1連續(xù)插值算法.采用學(xué)者姜壽山提出的

5、分片有理插值法,實(shí)現(xiàn)了基于任意拓?fù)涞目臻g三角形的G1連續(xù)插值算法.6.3D SIS中各類(lèi)信息的直觀表達(dá)體現(xiàn)于可視化.采用通用三維圖形可視化平臺(tái)實(shí)現(xiàn)三維地層信息系統(tǒng)中可視化功能,在系統(tǒng)框架的集成上采用面向?qū)ο蟮募夹g(shù)實(shí)現(xiàn)可視化平臺(tái)與系統(tǒng)的無(wú)縫連接,并對(duì)其進(jìn)行了初步設(shè)計(jì).7.空間分析是3D SIS生命力的體現(xiàn).論文基于面與四面體整體剖切的拓?fù)潢P(guān)系,完成了三維地層的任意四面體剖切操作與可視化.基于多邊形面與四面體整體、局部剖切的拓?fù)潢P(guān)系實(shí)現(xiàn)了面