基于八叉树的复杂地质体块段模型剖切方法.docx

第３９卷第１２期２０１４年１２月测绘科学ＳｃｉｅｎｃｅｏｆＳｕｒｖｅｙｉｎｇａｎｄ ＭａｐｐｉｎｇＶｏｌ．３９Ｎｏ．１２ Ｄｅｃ．基于八叉树的复杂地质体块段模型剖切方法李楠１，肖克炎１，陈析璆２，王浩２，３（１．中国地质科学 院 矿产资源研究所，北京 １０００３７；２．五矿勘查开发有限公司 ，北京 １０００４４； ３．中南大学 地球科学与信息物理工程学院，长沙 ４１００８３）摘 要：体的块段模型适合表示非均匀体数据的空间分布， 在矿山储量估算、 地 球 物 理、 大比例深边部成矿预 测等领域得到广泛应用。文章针对块段模型 剖 切 分 析 时， 体 素 数 据 量 大， 定 位、 求交和重构相交面效率低等问 题，提出了一种面向复杂地质体块段模型的剖切方法。 该方法应用八叉树和自定义体素关系表提高剖切算法效 率，同时，对剖切过程中的特殊情况进行了讨 论， 并使用一组实际地质体进行实验。 结 果 证 明， 本 算 法 高 效 且 具有良好的通用性。关键词：块段模型；三维空间分析；八叉树；移动立方格【中 图分类号】Ｐ２５８；ＴＰ３９１ 【文 献标识码】Ａ 【文 章编号】１００９－２３０７（２０１４）１２－００５１－０５１引言目前，矿体模型 的 体 形 建 模 方 法［１－３］主 要 包 括 块段构 模 法、 线 框 构 模 法、 表 面 构 模 法、 实 体 构 模法和断 面 构 模 法。 块 段模 型的主要特点是对矿 体内的不 均 匀 性 具 有 较 强 的 表 达 能 力， 并 且 易 于 实现矿体 的 定 量 计 算 和 空 间 分 析， 因 此 广 泛 应 用 于矿山储量 估 算 和 大 比 例 尺 三 维成矿预测等矿山 实际生产中。如武强［４］等使用四面体模型建立矿 区 复杂地质体；周志勇［５］等对矿区工程地质模型的 对 象及建模算法进行了详细阐述；毕林［６］、 荆永滨［７］ 等使用基于 八 叉 树 结 构［８］的 块段模型模拟复杂地 质体。地质体的剖 切 分析是三维空间分析在地学领 域的重要应用之一，如图１所示。其主要内容是由 一组平面， 这 组 面 既可以是两两相邻且不相交的 平面、也可以 是 相 互 独 立 平 面、 还可以是上述两 种情况的 复 合， 与 地质体的块段模型进行相交计 算，最终得 到 剖 切 面所在空间 位置上体形所表达 作者 简 介： 李 楠 （１９８０）， 男， 满 族，的地质属性。 通过上述剖切分析， 研 究 人 员 便 可 以详细观 察、 了 解 复 杂 且 非 均 质 结 构 物 体 内 部 的 组份、 构 造 和 形 状 等 信 息。 目 前， 三 维 体 形 模 型 剖切算法主要针对体形的表面模型。 如： 陈 俊 智 等［９］利 用 ＯｐｅｎＧＬ 的 裁 剪 面 机 制 从 视 觉 效 果 上 达 到剖面切割 的 效 果； 明 镜 等［１０］提 出 了 空 间 封 闭 三 角网剖切方 法 的 一 般 思 路； 周 翠 英 等［１１］实 现 地 质 体水平 和 垂 直 方向平面切割算法 等； 花 卫 华 等人［１２］提 出 的算法可以用不规则三角网 （ＴＩＮ）切 割 三维物体，灵活性较强。目前， 对于块段模型的剖切算法研究 较 少。 同时，块段模型剖切的主要问题是块段数据量大， 一般方法 难 以 满 足 体 素 的 查 找、 求 交 和 重 构 相 交 面所需花费的时间。针 对 上 述 问 题， 本 文 提 出 一 种 面 向 复 杂 地 质 体 块 段 模 型 的 剖 切 方法： ① 建 立北京人，副研究 员， 博 士， 研 究 方 向：块 段 模 型 的图 １ 块段模型剖切模型 地图制 图 与 地 理 信 息 工 程、 三 维 成 矿 预测等。 Ｅ－ｍａｉｌ：Ｓｕｐｅｒｌｎ１９８０＠１２６．ｃｏｍ收稿日期 ：２０１３－０３－３０基金项 目： 中央级公益性科研院所基本科研 业 务 费 项 目（Ｋ１３１６）； 国家科技支撑计划项目 （２００６ＢＡＢ０１Ａ０１）；８６３ 计划项目（２００６ＡＡ０６Ｚ１１４）八叉树索引结 构， 并查询得到所有经过剖切平面 的体素；②计 算 剖 切 平 面 与 体 素 的 交 点， 并 建 立 交点与体素边的 对 应 表 格； ③ 根 据 体 素 边 之 间 的 相邻关系表， 追踪 剖 切 平 面 与 体 素 的 相 交 线， 重 构相交面。 算法的 核心思想是通 过 建 立 八 叉 树 和 两个对照表提 高 剖 切 算 法 效 率。 同 时， 对 重 构 相 交面过 程中 出 现 的 一 些特殊情况提出 了 解 决 方５２测绘科学第 ３９卷法， 并使 用 一 组 地 质 体 的 块 段 模 型 进 行 仿 真 实验。２算法实现思路２．１ 基本概念本小节介绍