交错断层四面体自适应网格分级细化研究

目前四面体自适应网格细化技术多集中于简单层状地质体的三维重构与表达分析,对结构复杂、数据不连续的含交错断层等地质体进行自适应网格细化时,易出现过度细化,导致断层区域的网格结构受到影响。为了提高含复杂断层四面体网格模型的精度,提出一种适用于交错断层的四面体自适应网格分级细化方法。首先,根据断层影响范围公式,自适应确定断层网格附近的细化范围;其次,构建四面体和四面体边的分级细分公式,确定细化范围内的四面体和四面体边的分级;然后,针对四面体网格细分时出现的多种情况,通过对边的升级处理,将细分的8种类型统一为3种类型;最后,在细化范围内,通过新增加顶点和原顶点重新连接四面体,改变网格的单元尺寸,生成高质量的网格模型。以内蒙古自治区某含交错断层露天煤矿的四面体网格模型为例,使用三维网格质量评估算法及FLAC3D模拟软件分析细化前后的网格模型,结果表明:细化后的网格模型失真值从0.3317降低到0.3061,表明网格的质量得到提升;在相同参数下,未细化模型的最大位移为1.16 m,稳定性系数为1.27,分级细化后模型的最大位移为1.29 m,稳定性系数为1.23;细化后模型的位移云图处于断层处,且能够体现断层分布特征和断层对边坡的影响规律,而未细化模型的位移云图的位置偏离断层中心,断层对边坡的影响效果不明显。

GTP模型中四面体的引入及其空间模型扩展

该文从空间拓扑概念出发,分析了基于广义三棱柱(GTP)模型建立空间实体间拓扑关系时的不足。针对GTP进行平面剖切时存在的缺陷,讨论了在GTP模型中加入新的几何元素———四面体作为辅助元素的必要性,并将空间实体的描述分为几何元素和实体元素两类。在此基础上,对原有GTP模型进行了改进,建立了几何元素和实体元素之间的拓扑关系,并有效地解决了空间实体的3D平面剖切问题。

海底电缆地震中二次定位法的探讨

在海底电缆地震勘探时,拖放的电缆往往不能下沉在设计位置。随着海底地震勘探的应用与发展,对资料精度的要求有所提高,必须对检波器电缆进行准确的定位。为此,利用地震采集到的直达波初至信息进行事后二次定位的问题,从方法上做了一些探讨。分析了空间三线交汇法的适用性和准确性,提出了近正四面体的选择原则和评价标准。模型实验证明,此方法具有一定的可行性和可靠性。

采用三维凸壳剖分的不动产单元空间建模方法

随着我国城市土地立体利用程度的增大,迫切需要土地权利的纵向表达,三维地籍(不动产)空间单元可较好地解决该问题.针对当前三维空间数据模型较难描述不规则不动产单元的问题,提出一种基于凸壳的三维空间数据模型的构建方法.首先分别构建整个产权体的凸壳和凹边界的凸壳;然后进行求交取反,并重点对凸壳的生成算法进行了改进,得到该产权体的三维模型.实验结果表明,该方法适合对不规则三维不动产单元模型的自动构建,可方便进行面元和体元(四面体)之间的集成和转换,同时满足表面建模和空间分析的需要.

一种新的基于体元剖分的软组织切割算法

切割是虚拟手术系统中需要表现的真实动作之一,真实感和实时性是衡量切割效果的关键·因此有必要研究一种新的基于体元剖分的软组织切割算法·该算法不同于以往的体元剖分算法,它将整个剖分过程分两步来完成:首先通过退化处理过程将不完全切割的四面体单元分解成多个完全切割的四面体单元;然后将切割情况进行分类,根据不同的切割情况分别进行相应的基元分解·实验表明,研究的新算法用于四面体单元的有限元模型,具有良好的切割处理效果·

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D elaunay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D elaunay法则.

空间球拓扑外联的岩心线骨架提取方法

在分析现有骨架提取算法的基础上,针对现有的岩心骨架提取方法中存在的效率较低、骨架连通性差等问题,提出了一种基于空间球外联的岩心线骨架提取的几何方法.该方法以CT扫描图像为基础进行模型重构,并用Delaunay算法剖分得到四面体实体模型.依据岩心结构的四面体模型的特点,通过寻找模型四面体的外接球之间的拓扑邻接关系,到岩心的骨架结构.通过等效计算,简化连接,得到单一的线骨架结构,保证了骨架结构与岩心结构的拓扑一致性.实验结果表明,文中方法可以保证骨架的连通结构,且不受模型边界质量的影响,适用于复杂的岩心形体结构,实现了岩心骨架的提取.

GTP模型中对角线引入的最小顶点标识(SVID)法

对角线是解决GTP模型平面剖切时产生空洞现象而引入的辅助构模元素。该文在分析GTP组成要素及对角线作用的基础上,提出了一种对角线的引入方法———最小顶点标识(SVID)法;并基于QuaPA编码原理论述了GTP顶点ID的编码步骤,给出了GTP模型引入对角线后在地质体三维平面剖切显示中的应用。

复杂多层介质电磁分析的几何建模及剖分技术

三维复杂介质结构高精度的几何建模和高质量的离散网格数据文件是应用体积分方程矩量法(VIE-MoM)分析其电磁问题的重要前提。借助商用CAD建模软件,针对复杂多层非均匀介质结构的特点,采取了一种由面到体的几何建模思路快速地建立其三维实体几何模型,有效地解决了非均匀介质突变表面上四面体网格的匹配问题,从而实现对实体模型的快速网格离散,获取高质量的四面体网格数据文件。对双层半球壳、双层直锥形、正切卵形天线罩等几种多层介质结构的建模和网格剖分实例表明,采用本文所述方法,在不同形状的介质交界面上都能够实现优良的网格匹配效果,可为VIE-MoM计算复杂多层介质电磁问题提供高质量的网格数据文件。

三维四面体网格模型在固体矿产储量估算中的研究与应用

矿体储量估算涉及到大量地质数据,传统的手工计算工作量大,计算繁琐。利用计算机以三维矿体模型为基础进行储量计算,可以有效提高矿产储量估算和管理的效率。在对当前几种常用三维矿体建模方法进行分析的基础上,选择四面体网格模型来进行矿体建模,并提出了一种基于约束的四面体网格的矿体储量计算方法。该方法的主要优点在于可以通过四面体网格模型,对矿体边界以及矿体内部品位分布等进行统一的管理,计算精度高。因此,该方法具有一定的理论研究意义和实际应用意义。

地层的四面体剖分及其数据对象的组织

为了对非连续地层内部进行有效地表达、分析,本文基于三棱柱模型对其进行四面体剖分。在对三维对象拓扑关系进行精心设计的基础上,利用面向对象的思想,对点、线、面、体在不同层次上进行逻辑分离,并提出对象管理器的概念进行针对性地组织、管理。采用适当的数据结构描述不同的空间对象及其拓扑关系,结合有效的索引方式加快拓扑对象唯一性匹配的过程,很大程度上提高了拓扑对象的生成速度及空间查询效率。最后,在对地层进行四面体剖分的实例中得到了正确的验证。

基于四面体的地质体可视化与剖分研究

地质体真三维建模是地学信息系统的核心问题之一。在分析现有三维建模方法的基础上,结合地质体特点,提出基于四面体的三维G IS数据模型,该模型以钻孔数据为原始数据,通过delaunay法则构建四面体,并对其进行剖切来描述地质体的内部结构,不仅精确模拟地层,有效表达复杂构造形态,而且可以描述具有复杂边界的空间实体。

一种基于四面体的三维不动产单元表达模型

基于边界模型构建的三维不动产单元模型,多侧重于不动产单元权属边界的表达,难以有效表达单元内部信息;基于面体混合模型构建的三维不动产单元模型,尽管可以实现不动产单元权属边界和内部信息的统一表达,但增加了模型复杂度,不利于系统实现。本文结合不动产测绘和登记数据特征,提出一种基于四面体的不动产单元表达模型,采用四面体填充的方式实现三维不动产单元内部信息的表达,同时在四面体建模过程中,通过不动产单元边界提取算法实现三维不动产单元边界信息的准确表达,并基于C++语言对该模型进行了软件实现。

利用DOA模型进行弹丸弹道轨迹估计

介绍了一种采用波达方向(DOA)对超音速弹丸的飞行弹道轨迹直线进行估计的算法,利用空间上间隔一定距离的3个正四面体传感器阵列,根据相关原理可以求出弹道激波到达各个阵列的方向,从而利用空间解析几何可以估计出弹道轨迹直线。

一种有效的四面体体元构建地质体模型的方法

在对地质体模型研究分析的基础上,提出了一种基于四面体体元构建地质体模型的方法。该方法把DEM地层看作是由四棱柱集构成,通过将四棱柱分解成四面体,利用四面体体元构建地质体模型,有效地简化了构建地质体模型的难度;实验证明了该方法的有效性。

基于改进弹簧振子模型的软组织形变仿真

研究虚拟手术中软组织形变的特定性优化问题。传统弹簧振子模型由于采用线弹力方程及显示欧拉积分法求解,导致的真实性低、计算复杂、实时性差的问题。为解决形变动特性问题,提出一种改进弹簧振子模型的形变方法,采用四面体网格弹簧振子模型进行建模,并通过定义质点间弹簧的非线性弹力方程以及作用于质点的体积力方程,来减弱超弹性现象的发生,提高真实性。模型求解时,采用一种改进显式欧拉积分的动态局部算法来求解形变方程。实验结果表明,所提算法提高了形变仿真的真实性、实时性和稳定性,可为软组织形变动态仿真系统的设计提供参考。

基于GTP修正的R3DGM建模与可视化方法

将广义三棱柱(GTP)的辅助几何要素———对角线———修正为四面体,解决了R3DGM(真三维地学模型)中数据组织与几何要素的不一致和空间操作中的几何裂缝问题.修正后的GTP模型集成了TIN,GTP和四面体模型的优点,构建算法简单且空间操作无缝.R3DGM过程分3步进行:①根据钻孔孔口数据点与断层露头约束,按约束Delaunay法则生成地表不规则三角网(CD-TIN);②按地学推理规则,将CD-TIN中三角形沿钻孔迹线向下扩展生成GTP;③根据最小顶点标识法,将GTP模型转换成四面体.介绍了基于GTP修正构建的三维数字地质模型的任意平面剖切、虚拟开挖、空间查询等可视化方法.并结合北京CBD地下三维集成建模与空间操作,展示了模型构模及空间操作效果.

基于混合网格有限元的直流电阻率法三维正演研究

直流电阻率法因效率高、成本低等特点广泛应用于有色金属、煤田等矿产资源勘探和地质调查行业。但在井–地、地–井电阻率法勘探过程中,钻孔因素(井液电阻率和钻孔孔径)对不同探测模式下视电阻率响应的影响尚未明确,是否影响视电阻率资料的解释是值得探讨的一个问题。因此,提出采用混合网格有限元法实现直流电阻率三维正演。给出异常电位法满足的边值问题及有限元变分问题,应用三棱柱和四面体混合网格实现对计算区域的快速离散,并建立2种网格的线性插值基函数和单元系数矩阵;采用SSOR–PCG迭代算法求解异常电位满足的大型线性方程组,得到各观测点的响应。在保证计算精度的前提下,应用混合网格有效地离散钻孔地电模型,探讨钻孔因素对井–地、地–井观测方式视电阻率数据的影响特征。对于井–地观测方式:钻孔附近视电阻率受钻孔因素影响最大,严重影响视电阻率资料的合理解释,但随着测点收发距的增加,视电阻率响应逐渐趋于围岩电阻率;而且随着发射源深度的增加,钻孔对地表视电阻率响应的影响也逐渐减小。对于地–井观测方式:钻孔因素对浅部数据影响较大,对深部数据影响小,相比于井液电阻率,视电阻率响应更易受钻孔孔径的影响。直流电阻率法混合网格有限元三维正演算法的提出,对实际井–地、地–井电阻率法勘探具有理论指导意义,可结合钻孔信息进行正演模拟分析,选择合适的收发距,有效压制钻孔因素对实测资料的影响。

层状矿体等高线离散化后的四面体建模

基于不规则四面体的三维实体建模方法具有很多优点,但在层状矿体的建模中,该方法却不能准确地描述其层状界面。根据层状矿体建模数据的特点,先将层状矿体的等高线进行等距离散化,再建立不规则四面体三维实体模型,并为该方法设计由点、面和四面体组成的逻辑模型结构。该方法用VC++.net编程得以实现,并使用内蒙某煤矿的实际数据,建立了相应的矿床三维实体模型。实践表明,通过离散化等高线后建立的层状矿体四面体模型,能够准确反映出层状矿体的层状界面,实现对层状矿体的三维实体建模。

基于CT图像的牙齿3维实体模型建立

利用牙齿的CT断层图完成了3维实体模型建立。对间隔0.5mm、厚度1mm的每一层断层图像进行二值化、边界提取,并筛选出边界关键点;根据相邻4层边界关键点数据,采用3D-Delaunay四面体化算法,在两层之间生成3维单元实体;根据估算外法线向量与球心顶点向量的内积正负情况对每个单元实体的有效性进行检查;把全部有效实体单元进行3维实体布尔运算,得到牙齿的实体模型。实例证明这种方法简便有效。