地学三维可视化与过程模拟第四章 地学信息的数据模型与建模.pptVIP

第四章地学信息的数据模型与地质体建模第四章地学信息的数据模型与建模第一节、地学信息的空间数据模型第二节、地学信息的属性数据模型第三节、三维地质体建模第一节地学信息的空间数据模型 三维地学信息系统中，空间数据模型是将现实地质环境中的物体及其属性转化到计算机虚拟场景中的数字表达方法， 是实现空间数据可视化显示与分析的基础和前提条件。 是地学信息可视化技术中的关键研究内容。 数据模型的表达方式及其精度直接影响到地学对象的可视化效果以及应用效果。一、空间数据模型基础1.空间数据模型 地学对象建模的核心技术是关于空间地质对象的三维表示方法。空间数据模型（SpatialDataModel,SDM)是对地下或地表物体在虚拟场景中的具体表达，是对物体的空间几何形状、空间位置、空间相互关联关系以及颜色、纹理等属性信息的表达与模拟，模型的准确描述为后续的设计与应用提供了重要的基础平台。现状 对数据模型的研究也成为地学对象建模技术的热点和难点问题。Steve认为矢量和栅格是两个主要的数据结构，在解决地质问题时，每种方式都具有其优点和不足黄上平等将三维GIS空间数据模型划分成基于镶嵌、基于矢量、混合型和分析型4种数据模型（黄上平、黄革新，1999）。GOCAD主要建立两类模型：几何模型和属性模型。几何模型包括基本元素点、线、三角形以及四面体等网格模型；几何模型建立之后，属性可以附加在三维数据场的所有位置上形成属性模型，实现属性的统计分析等操作。地学信息数据模型主要体现在3个方面的内容：①几何模型：描述物体的空间几何形态展布，包括在欧式空间中的形状、太小、位置等信息，由一系列三维顶点坐标组成；②拓扑模型：表达物体之间的相互关系，包括体间的宏观拓扑关系和体内的微观拓扑关系，通过定义点、线、面或体之间的类系实现拓扑模型的表达；③属性模型：反映物体的属性特征，如矿床内品位分布，储油构造中油、气、水及压力分布，富水性和质量级别等，通过将属性值分配给点、线、面或体，完成属性模型的建立。2.几何元素定义 在几何模型中，任何复杂形体都是由基本几何元素构造而成的。任何一个三维形体可由空间中的闭合曲面包围而成，每一个曲面可由一条或多条封闭曲线构成，而每一条曲线由一组有序的点确定，因此，点、线、面和体是构成几何模型的基本元素（黄蓉、常智勇，2009)。（1）点(vertex) 点是几何建模中最基本的几何元索，任何几何形体都可以用有序的点集来表示。用计算机存储、管理、输出形体的实质就是对点集及其相互连接关系的处理。点分为端点、交点、切点和孤立点等。 一维空间中点的坐标用一元组｛t｝表示； 二维空间中点的坐标用二元组{x,y}或{x(t),y(t)}表示； 三维空间中点的坐标用三元组｛x,y,z｝或｛x(t),y(t),z(t)｝表示。 在自由曲线和曲面（形状比较复杂，不能由二次方程描述的曲线和曲面）的描述中常用到3种类型的点，即控制点、型值点和插值点：①控制点又称为特征点，用于确定曲线和曲面的形状和位置，但相应曲线或曲面不—定经过控制点。②型值点用于确定曲线和曲面的位置与形状，且相应曲线或曲面一定经过型值点。③插值点是为提高曲线和曲面的输出精度，或为修改曲线或曲面的形状，在型值点或控制点之间插人的一系列点。（2）线（段）（segment) 线（段）是由一系列有序的点集组成，有方向性，可以是直线或曲线。曲线可用一系列控制点或型值点来描述，也可用显示、隐式或参数方程来描述。 仅有2个点的线段称为边，是两个邻面或多个邻面的交集。对于正则形体，一条边只能有两个相邻面；而对于非正则形体，一条边则可以有多个相邻面。线的起止点重合时，称其为环。环中的边不能相交，相邻两条边共享一个端点。环有内外、方向之分，确定面的最大外边界的环被称为外环，确定面中内孔或凸台边界的环被称为内环，外环各边按逆时针方向排列，内环各边按顺时针排列。因此，在面上沿一个环前进时，其左侧总是在面内，而右侧总是在面外。（3）面（face） 面是形体表面的一部分，由一个外环和若干个内环(可以没有内环)界定其范围，内环完全在外环之内。 面具有方向性，一般用外法矢量方向作为面的正向；反之，称为反向。该外法矢量方向通常由组成面外环的有向棱边按右手法则定义。 在几何造型系统中，面通常分为平面、二次曲面、柱面和双三次参数曲面等形式。 面的形状由面的几何信息来表示。平面可用平面方程来描述，曲面可用控制多边形或型值点来描述，也可用曲面方程（隐式、显式或参数形式）来描述。 （4）体（solid) 体是面的并集，是由有限个封闭的边界面围成的非零空间区域。为了保证几何造型的可