滑坡可视化技术.doc

近年来，随着计算机软硬件、计算机图形学和图形图像处理技术的不断发展，地质体和地形的三维建模及其可视化技术得到了快速发展。通过可视化软件，将数字地面模型与三维地质模型相结合，建立滑坡三维可视化实体模型，再现滑坡的逼真显示，从而从整体上更直观、综合地对滑坡地质灾害进行可视化分析研究，除此之外，还可派生出坡度图、平面等高线图、纵(横)断面图以及通视图、三维立体透视图、彩色图等各种产品。 滑坡体地质可视化模型 三维地质模型可视化研究是当前数学地质、水文工程地质等研究的前沿和热点，也是快速、适时地再现地质体三维信息及综合分析的有效途径。 1、滑坡三维地质模型的构建 三维地质模型的构建主要有以下几个步骤：从原始地质资料中获取地质信息(包括测绘信息和勘探信息等)，将其录入数据库，再对数据转换并做预处理，然后进行数据映射、绘制三维图形。 构建三维模型的方法可以分为表面建模法和实体建模法两大类，主要包括： (1)三维规则网格法 三维规则网格法是将研究空间剖分为多个规则的网格，然后用相应的网格描述地质体，该方法是二维规则网格法在三维空间中的延伸，针对被规则剖分的空间，可以建立简单的数据结构和运用简单的算法。 (2)TIN表面法 TIN(Triangular Irregular Networks)法是一种利用不规则三角形面片建立地质模型的方法，常采用Delaunay三角剖分。通过在数据点之间构造不规则三角形面片，建立形态上较为完美和功能上较为完善的三角形网络。 (3)四面体法 四面体法是2.5维TIN表面法向三维空间的延伸。在三维空间中，三个点可以形成一个三角平面，多个三角平面可以构成地质体的表面。同样，四个点可以形成一个四面体，多个四面体可以构成地质实体。 2、三维地质模型的可视化 将建立的三维地质模型进行一系列的光照、着色、纹理、渲染等细化处理，即可实现三维地质模型的可视化。可视化地质模型的表现方式主要有如下几种： (1)三维景观方式：允许从不同角度、不同方位和不同距离观察地质构造三维模型的表面。 (2)掀盖层三维景观方式：在三维景观的基础上，掀开上覆的盖层穿透地质体的一些部分看到内部的地质界面。 (3)动态三维景观方式：可以任意对地质体进行旋转、摆动、漫游、视景变换等操作。 (4)切面方式：假相切开地质模型，看到地质模型内部的水平或垂直切面上的地质构造形态。 滑坡体地形可视化模型 在各种数字的地形表达方式中，数字地面模型(DEM)是最直观、最精确可靠的表达方式。它是对某一种或多种地面特性空间分布的数字描述的模拟，是叠加在二维地理空间上的一维或多维地面特性的向量空间。从最一般的形式上看，数字地面模型包括平面和地形起伏两种数据，并且从其本身导出的数据如坡度、坡向、可视性也包含在其中。 数字地面模型有多种表达形式，主要包括规则矩形格网与不规则三角形格网。目前，最常用的是不规则三角形格网(TIN)模型，因其能较好地顾及地貌特征点、线，表示复杂地形表面更精确，且由于大部分三维显示设备的显示速度只与三角形数据量有关，而几乎与三角形大小无关，从而大幅度提高了显示的速度。 1、滑坡三维地形模型的建立 数字地面模型建立的过程是：原始数据通过人工输入或扫描仪、数字化仪输入到系统中，经数据处理(过滤、细化、内插)，转换为三维矢量数据，进一步生成表面模型TIN，然后把TIN 内插，生成高精度的数字地面模型。再经纹理、光照等图像渲染操作，生成形象逼真的滑坡数字地形模型。 不规则三角形格网TIN是用一系列的互不交叉、互不重复的三角形逼近地形表面。它直接利用测区内野外实测的地形特征点(离散点)构造出邻接的三角形而组成的格网结构。TIN构造的过程是将邻近的三个离散点连接成初始三角形，再以这个三角形的每个边为基础连接邻近离散点，组成三角形，新的三角形的边又是作为连接其他离散点的基础，如此下去，直到所有的三角形的边都无法再扩展成新的三角形，且所有离散点都包含在三角形的顶点中。 内插是数字地面模型的核心问题，它贯穿在DEM的生产、质量控制、精度评定和分析应用等各个环节。DEM内插就是根据若干相邻参考点的高程求出待定点上的高程值。任意一种内插方法都是基于原始地形起伏的连续光滑性。 2、滑坡三维地形的可视化 真实感的可视化模型的生成需要根据光源的位置和颜色、地形的形状和方位、地面的光谱特性等计算画面中每一点的颜色灰度。对一个三维地面模型进行可视化应主要具有以下功能：多角度多方位观察、缩放、漫游、旋转、任意选定路线的飞行或地面行驶效果的动态显示等；以及用一定的光照模拟光线射到地面产生形象逼真的视觉效果，经明暗处理将经过细分的DEM描绘成具有深度的灰度浓淡图像，使得地形的各种起伏特征一目了然。 将三维地质模型与数字地面模型相结合实现滑坡的可视化，不仅可以直观地模拟滑坡形态，还可以进行与滑