[发明专利]一种顾及褶皱的三维地质结构模型角点网格剖分方法

摘要

本发明提供了一种顾及褶皱的三维地质结构模型角点网格剖分方法，在三维地质结构模型的基础上，充分考虑了褶皱的空间形态特征和兰姆赛褶皱分类中等斜线的规定，以角点网格为空间体元数据模型，以地层结构体模型为层向控制，进行地质结构模型的角点网格剖分。通过趋势线和地质结构模型在XOY平面的投影范围，进行平面网格划分。对地质模型所包含褶皱的多值面地层进行空间旋转。垂向网格划分由曲面上投影点沿倾角等倾斜线方向按照一定步长生长得到，剖分完成后经逆矩阵变换复位。通过横纵向网格划分，计算得到对应点的空间坐标，依据坐标和拓扑信息构建空间体元模型并可视化显示，实现了顾及褶皱的三维地质结构模型到角点网格体元模型的转换。

主权项

一种顾及褶皱的三维地质结构模型角点网格剖分方法，其特征在于包括以下步骤：首先按空间轴向顺序依次获取地质结构模型的各层地层体模型，对于每层地层体模型，执行步骤(1)至步骤(9)；(1)平面格网划分：设置横向网格数目m和纵向网格数目n，根据地质结构模型在XOY平面上的投影的最大边界矩形，根据横向网格数目m、纵向网格数目n以及地质结构模型的趋势线对最大边界矩形进行平面网格划分，使划分的平面网格的横线和纵线分别与地质结构模型的趋势线的方向和趋势线的垂直方向一致，相邻两条趋势线之间的网格数目相同；(2)确定地层体模型的空间轴向：对于第i层地层体模型PHi，通过以下公式计算其上表面或下表面的平均法线方向$\stackrel{\→}{F}=\underset{1}{\overset{N}{\Σ}}\frac{s_k}{S}\×{\stackrel{\→}{f}}_k$其中，S为PHi曲面的表面积，即组成PHi曲面的所有三角面面积之和，s_k为第k个三角面的面积，N为三角面的数目，表示PHi曲面的所有三角面中第k个三角面的法线方向的单位向量，则最终求得的向量所表示的方向即为PHi的空间轴向；(3)确定旋转变换矩阵：运用右手系坐标，将PHi的空间轴向表示为将通过旋转变换矩阵M旋转至YOZ平面，所述旋转变换矩阵M为：其中，$cos\mathrm{\θ}=\frac{b}{\sqrt{a^2+b^2}},$$sin\mathrm{\θ}=\frac{a}{\sqrt{a^2+b^2}},$(4)地层体模型旋转：按照旋转变换矩阵M，将PHi上的所有数据点进行旋转，则对于PHi上的任一点P(x,y,z)，旋转后的点P′(x′,y′,z′)表示为(x′,y′,z′)＝(x,y,z)M；PHi旋转后为PHi′；(5)坐标投影：对m×n个平面网格点，依次进行垂直坐标投影，得到所有平面网格点与PHi′的上表面或下表面的交点，即投影点，如果没有交点，则该投影点的Z坐标设置为无效值，该投影点为无效的投影点，该投影点对应的原平面网格点无效；(6)网格有效性判定：对m×n个平面网格点，依次取相邻4个平面网格点，如果4个平面网格点均为有效值，则说明4个平面网格点构成的网格是有效的，否则为无效网格；(7)确定各投影点位置的倾角等斜线：以行优先开始计算，过每一行第一个投影点p_u,1做上表面的垂线，其中u∈[1,m]，求取与下表面的交点p′_u,1，初始化p_u,1与p′_u,1的连线为投影点p_u,1位置的倾角等斜线，对于其它任意一个有效的投影点p_u,v，v∈(1,n]，执行以下过程：确定投影点p_u,v处的法线方向，获取投影点p_u,v‑1位置的倾角等斜线与地层体模型PHi′的下表面的交点p′_u,v‑1，求取投影点p_u,v和交点p′_u,v‑1的连线与投影点处法线的夹角α，从投影点p_u,v和交点p′_u,v‑1的连线处开始，以设置步长的旋转角ω求取与地层体模型PHi′下表面的交点，总的旋转角度ω不超过2α，选取交点处法线与投影点p_u,v处法线最相近且距离最短的交点p′_u,v，投影点p_u,v与该交点p′_u,v的连线为该投影点p_u,v位置的倾角等斜线；(8)垂向格网划分：计算投影点p_u,v与交点p′_u,v之间的距离D，设PHi′的细分层数为t，则投影点p_u,v处的垂向格网划分时每一步的生长距离d＝D/t，然后从投影点p_u,v开始沿着直线p_u,vp′_u,v方向以距离d进行剖分，并依次记录新得到的点的空间坐标；对所有有效投影点执行完毕得到PHi′垂向格网划分后，按顺序存储的所有空间点坐标；(9)逆向旋转变换：该PHi′的所有垂向格网划分后的按顺序存储的所有空间点进行逆矩阵变换，以还原地层的真实形态和网格点的真实坐标，其逆向旋转的变换矩阵表示为：