[发明专利]一种基于地质图切剖面的三维地层建模方法

权利要求书

1.一种基于地质图切剖面的三维地层建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、对图切剖面进行编辑，完成建模所需要的基本参数的设定；对图切剖面进行编辑的流程包括：(1)通过标定空间定位点将剖面平面坐标转换为地质空间三维坐标；(2)通过地层属性填充获得地层参数信息；(3)通过地层边界追踪获得地层的轮廓边界；该步骤中，对于追踪得到地层边界点，采用了投影处理，以消除由于栅格图像显示分辨率影响带来的边界点追踪误差，确保追踪得到的地层轮廓边界与原始地层轮廓边界的一致性，其中，所述投影处理包括以下步骤：

(a)将地层轮廓线进行简化，删除轮廓直线上的冗余点，然后将每两个点组成轮廓线段{L_k}(k＝1,2,..N)，轮廓线段数为N；

(b)选定一个追踪得到的地层边界点P_i(i＝1,2,…,M)，计算该点到所有轮廓线段的距离集合{D_ik}(k＝1,2,..N)；

(c)从距离集合{D_ik}中找出最小距离的线段L_j，将边界点P_i投影到线段L_j上，得到P_ij，将P_i替换为P_ij作为新的地层边界点；

(d)重复步骤(b)、(c)，将所有地层边界点投影到地层轮廓线上；

(e)对投影后的地层边界轮廓线进行简化，删除直线上的冗余点，完成地层边界追踪；

S2、对地层边界及内外区域进行离散采样，并分别设定地层内部、地层边界以及地层外各自的采样点属性值，然后将所有图切剖面采样点转换成空间三维坐标点，组合成空间离散点集合；该步骤包括以下步骤：

S2-1、设定一个采样间隔step，并沿地层轮廓线边界进行边界点采样，得到地层边界点集合B1，并对集合中所有点属性值设为1；

S2-2、设定一个指定大小的剖分网格M×N，将图切剖面进行二维网格剖分，并记录每个网格中心点坐标，得到剖点集合B2；

S2-3、对集合B2中的点进行地层内外判别，若点在地层多边形内，则该点的属性值设置为1，否则置为0；

S2-4、对集合B1、B2中的所有点进行空间坐标转换，将平面坐标点转换成地质空间坐标点；

S2-5、将转换后的空间坐标点及其属性值放入散乱点数据集合{p_i}(i＝1,2,…,N),，得到地层采样后的离散空间点数据，完成采样；

S3、对三维空间离散点进行插值计算，生成三维空间地层属性数据场；该步骤中，以逆多元二次径向基函数作为插值函数，采用径向基函数插值算法，进行三维离散点空间插值，生成三维空间地层属性数据场；径向基函数形式如下：

其中Z₀是待估测的插值点值，w_i是相应点的权值，||p_i-p₀||是p_i与p₀之间的距离；是逆多元二次函数；

插值计算过程如下：

(f)计算距离矩阵{D_ij}(i＝1,2,…,N,j＝1,2,…,N)，

(g)采用高斯消元法结合OpenCL多线程加速技术，计算逆距离矩阵D^-1；

(h)计算权系数矩阵W，Z_j是第j个离散点P_j的地层属性值；

(i)计算属性场值，三维空间中任意位置的场值S4、从三维地层属性数据场中进行等值面提取，获得地层的三维轮廓表面；该步骤中，采用Marching Cubes算法从地层三维属性数据场中提取等值面作为地层的三维表面轮廓，其过程如下：

(j)从三维网格数据中选取相邻8个点组成六面体；

(k)给定等值面值V0，对六面体中的每个节点状态值Vi进行判别，若ViV0，该节点状态设为1；否则设为0；i＝1,2,…,8；

(l)根据节点状态序列，按照顺序组合成二进制字节，得到六面体单元构型表索引值T_i(0≤T_i≤255)；

(m)根据构型索引值T_i，从构型表中检索出对应的棱边节点状态组合，计算棱边节点状态为0和1的等值面在棱边的交点坐标P(x,y,z)，计算公式为：

p(x,y,z)＝p_1(x,y,z)+(v-v1)/(v2-v1)*(p_2(x,y,z)-p_1(x,y,z))

式中，p(x,y,z)是待求交点坐标，v是待计算等值面值；p₁、p₂是棱边两节点坐标，v1、v2是两节点属性值；

(n)根据构型表索引值T_i，从构型表中检索出对应的三角形顶点及连接顺序，组合成封闭的三角形面；

(o)遍历所有网格单元，重复步骤(j)～(n)，得到目标地层表面轮廓的所有三角面；

S5、重复步骤S2～S4，获得所有地层的三维轮廓表面，然后执行步骤S6；

S6、将所有地层三维轮廓表面进行空间拼接，完成三维地层建模。