矿床三维地质混合建模与属性插值技术的研究及应用.pdf

中南大学 博士学位论文 矿床三维地质混合建模与属性插值技术的研究及应用 姓名荆永滨 申请学位级别博士 专业采矿工程 指导教师王李管 20101202 中南大学博士学位论文 摘要 摘要 矿床三维地质建模是数字矿山软件系统的基础和核心功能，通过矿山 复杂地质数据构建真实的矿床三维地质环境，包括地层、断层、矿体等对 象的三维模型和地质属性变量的预测。进而采用三维可视化的采矿地质环 境，为矿区地质属性变量的空间变化分析、资源管理，矿山设计、生产计 划编制以及采掘活动的灾变过程分析等提供直观、逼真的开放式基础数据 源。 国外的矿业发达国家，诸如澳大利亚、加拿大和美国等，开发的矿床 三维地质建模相关的软件遍布全球。包括国内多个科研院所、大型矿山也 购买了此类软件进行应用和研究。这些软件不仅价格昂贵，而且在国内的 推广应用中存在一些缺陷。我国在具有自主知识产权的矿床三维地质建模 软件的开发方面，起步落在了矿业发达国家的后面，一方面是经济和组织 上的原因，另一方面是软件开发本身具有相当的难度。随着国内矿业的复 苏和数字矿山建设的需求，开始出现了一些国产的矿床三维地质建模软件， 本文的研究即是结合这一契机，在中南大学数字矿山研究中心与长沙迪迈 信息科技有限公司合作开发的D I M I N E 数字矿山软件系统开发过程中展 开的。通过借鉴国内外在三维数据模型、复杂地质体建模、属性插值等方 面的研究成果，实现了表面模型建模、离散模型建模和属性插值中的关键 技术，并通过在矿山中的应用实例显示了这些方法的实用性和创新性。论 文的主要研究工作如下 1 通过分析现有的三维数据模型，提出表面模型加离散模型的矿床三 维混合数据模型以及混合模型的构建流程。 2 提出将多种原始地质数据抽象为钻孔数据，以自行设计的数据表模 块对其进行存储和管理。研究了钻孔三维模型的计算方法和混合数据结构 存储方式。提出并实现基于钻孔三维模型的矿体真厚度计算方法以及矿体 边界圈定的算法。研究了勘探线剖面图从二维变换至三维坐标的方法。 3 论述了基于轮廓线表面重建的轮廓线贴面优化方法，提出基于小波 分解的多分辨率贴面算法，在低分辨率轮廓线上应用轮廓线贴面优化算法， 然后逐次添加顶点实施局部优化得到新表面。提出基于中轴线法的过渡轮 廓线构造方法，交互式解决分支问题。提出基于方向包围盒层次树的表面 模型之间的布尔运算算法，通过布尔运算实现表面模型之间的相互吻合。 l 中南大学博士学位论文摘要 4 提出复杂形态块段模型的建模方法，以强制细分的八叉树结构存储 传统的边界细分块段模型，使用方向包围盒碰撞检测算法进行相交判断， 采用改进的F e i t o ．T o 仃e s 法进行内外的判断。介绍了德洛内四面体剖分的 原理，采用网格生成器T e t G e n 实现表面模型的四面体剖分从而构建四面 体模型。 5 介绍了对三维地质属性数据进行探索性数据分析的原理和应用。采 用定向搜索棱柱的点对搜索方法计算实验变异函数，研究了各种变异函数 理论模型和交互式拟合的方法。对几何各向异性模型的套合进行研究，给 出将几何各向异性模型变换为各向同性模型的坐标变换方法以及变换矩 阵的计算。 6 论述了插值过程中临近数据的搜索方法，提出八分圆的空间分扇区 搜索方法，并添加最小工程数量为约束条件。采用三维网格建立样品的索 引，加快了临近数据搜索的速度。论述了距离幂次反比法和几种克立格立 格方法的原理，并给出了计算方法和算法实现。研究了克立格负权重的修 正方法和交叉验证方法。 7 以某铜矿矿床为例，准确地建立了钻孔三维模型、断层表面模型、 矿床表面模型和块段模型，并对铜品位实施克立格插值，验证了本文论述 的各种算法。以某铜矿开采方案选择的数值计算模型为例，建立地层表面 模型和采场表面模型，对其实施约束德洛内四面体剖分，从而生成复杂地 质条件下岩体工程开挖的准确数值计算模型。 关键词数字矿山，矿床三维建模，混合模型，属性插值 H A BS T R A C T 3 Dg e o l o g i c a lm o d e l i n go fm i n e r a l 【印o s i ti st h e 如n d a m e n t a la n dc o r e 如n c t i o no fd i g i t a lm i n es o 脚a r es y s t e m ．T h er e a l3 Dg e 0 1 0 9 i c a le I Ⅳi r o n m e n t o fm i n e r a ld e p o s i t ，i n c l u d i n g3 Dm o d e l so fs t r a t u m ，f 扎l t s ，o r e b o d i e se t c ．a n d p r e d i c t i o no fg e o l o g i c a lv 撕a b l e sw a s e s t a b l i s h e dt h r o u 曲c o m p l e Xg e o l o g i c a l d a t ao fm i n e ．T h e3 Dg e o l o 西c a le n v i r o I l l l l e n tp r o v i d e saV i s u a la n dr e a l i s t i c o p e nd a t as o u r C eo fm i n e r a ld 印o s i tf o rs p a t i a la n a l y s i so fg e o l o g i c a lV a r i a b l e s ， r e s o u r c em a n a g e m e n t ，m i n ep l a I l l l m g ，m m ed e s l g n ， m m ep l 猢m g2 u l d a n a l y s i so fc a t a s t r o p h ep r o c e s si nm i n i n ga C t i V i t i e s ． S o 胁a r ep a C k a g e sw i t h3 Dg e o l o g i c a lm o d e l i n g 如n c t i o no fd 印o s i th a v e b e e nd e v e l o p e di nc o u n t r i e s ，s u c ha sA m s 仃a l i a ，C a n a d a ，a n dA m 嘶c a ，w h i c h a r ea d V a n c e di nm i n i n gi n d u s t ⅨT l l e s es o R w a r ep a c k a g e sa r eu s e da no V e r t h ew o r d ．M a l l _ yc o l l e g e s ，i n s t i t u t e sa n dl a 玛es c a l em i n ei nC h i n a h a v eb o u g h t t h e mf o ra p p l i c a t i o na n dr e s e a r C h ．H o w e v e r ，t h e s es o R w a r ep a c k a g e sa r eV e 巧 e x p e n s i v ea n da l s Oh a V es o m ed r 抓，b a c k s ．0 恤c o u n t 】ys t 狐e dI a t eo nt h e s o f 阿a r ed e v e l o p m e n t ，e x p e c tf o rt h er e a s o no fe c o n o m ya n do 玛a n i z a t i o n ，t h e g r e a td i f f i c u l t yi nd e v e l o p i n gi st h em a i nr e a s o n ．W i t ht h er e c o v e 巧o fm i n i n g i n d u s t 眄a n dr e q u i r e m e n to fd i g i t a lm i n e ，s o m eh o m e m a d es o R w a r ep a c k a g e s w i m3 Dg e o l o g i c a lm o d e l i n g 如n c t i o no fd 印o s i tb e g i nt o 印p e 孤W i t ht h i s 0 1 p o r m n i 戗t h er e s e a r C ho ft h i st h e s i sw a sc a r 巧o u tu n d e r t h ed e V e l o p i n go f D I M I N Ed i g i t a lm i n es O 脚a r es y s t e m ．T h r o u g hu s i n gt h ep r e v i o u sr e s e a r c h r e s u l t sf o rr e f - e r e n c e ，k e yt e c h n i q u e si nm o d e l i n gm e t h o d sO fs u r f a c em o d e l ， d i s c r 就em o d e la n da t t n b u t em t e 印o l a t l o n w e r e l I n p l e m e n t e d ． t m a l l y 一一 JJ- -●●●●●1⋯1 a p p l i c a t i o ne x 锄p l e su t i l i z i n gt h e s et e c l l n i q u e ss h o w e d t h ep r a c t i c a b i l i t ya n d i I l l l o v a t i o n ．T h em a i ns t u d Vw o r k sa r ea sf o l l o w 1 B ya n a l y z i n gt h ee x i s t i n g3 Dd a t am o d e l s ，3 Dh y b r i dd a t a m o d e l c o n s i s t so fs u r f a c em o d e la n dd i s c r e t em o d e lt od e s c r i b i n gd 印o s i tw a s p r o p o s e d ．F u r t h e m o r e ，m ej c l o wo fe s t a b l i s h i n gh y b r i dm o d e l w a sp r e s e n t e d ． 2 T h eI n u l t i ．s o u r C ee 【p l o r a t i o nd a t aw a sa b s t r a c tt ob o r e h o l ed a t a ，a n d t h ed a t as t o r a g em e t h o du s i n gt a b l ed e s i g n e df o rb o r e h o l ew a sp r o p o s e d ．T h e c a l c u l a t i o nI n e t h o da n dh y b r i dd a t as t m c t u r eo f3 Db o r e h o l em o d e lw e r e l I I 中南大学博十学位论文 A B S T R A C T a n a l y z e d ．T h e n ， t h ea u t o m a t i co r e b o d yd e l i n e a t i o n a l g o r i t l l I I l f o rs i n g l e b o r e h o l eb a s e do n3 Db o r e h o l em o d e lw a si m p l e m e n t e d ．A p p r o a C ht oc o n v e r t t h es e C t i o n a ld r a w i n gt o3 Dc o o r d i n a t e sw a sa l s op r o p o s e d ． 3 T i l i n gm e t h o df o rs u 如c er e c o n s t r u c t i o nb a s e do nc o n t o u rl i n e sw a s e x p o u n d e d ．M u l t i - r e s o l u t i o nt i l i n gm e t h o dw a sp r o p o s e d ．I nt h i sm e t h o d ， t i l i n go fl o w e rr e s o l u t i o nc o n t o u rl i n ei su s e dt oc o n s t r u c tat i l i n gf o rt h em l l r e s o l u t i o nc o m o u rl i n e ．T h eb r a n c hp r o b l e mo fs u 尥c er e c o n s t m c t i o nw a s s o l V e db yu t i l i z i n gt r a n s i t i o nl i n ec a l c u l a t e dt h r o u g hm e d i a la x i s a l g o r i t h m ． A l g o r i t h mf o rB o o l e a no p e r a t i o n so ns u r f a c em o d e l sb a s e do nO B Bt r e ew a s p r e s e m e d ． 4 R o b u s tc r e a t i o nm e t h o do fb l o c km o d e l 疔o mc o I n p l e xo r e b o d ym o d e l w a sp u tf o r w a r d ．A no c t r e ew i mf o r C es u b d i v i s i o na st h ed a t as t m c t u r eo f b l o c km o d e lw i t hs u b d i v i s i o nb l o c k so nt h eb o u n d a r y O B Bc o l l i s i o nd e t e c t i o n a l g o r i t h m w a su s e df o r c e l e b r a t i n gt h ei n t e r s e c t t e s ta 1 1 dF e i t o ．T b r r e s a l g o r i t h mw a su s e df o ri n c l u s i o nt e s tb e t w e e nb l o c ka n ds u r f - a c em o d e l ．T h e t h e o r e mo fD e l a u n a yt e t r a h e d r a l i z a t i o nw a sd e s c r i b e da 1 1 dt e t r a h e d r a lm o d e l w a so b t a i n e db yt e t r a h e d r a l i z i n gs u r f a c em o d e lw i t hT ．e t G e nm e s h g e n e r a t o r ． 5 T h em e t h o do fe x p l o r a t o 巧d a t aa n a l y s i sw a sd e s c 舶e da n di n 乜．o d u c e d t oa n a l y z et h e3 Dg e O l O g i c a la t t 曲u t ed a t a ．T h es t r a t e g yo fd i r e c t i o n a ls e a r c h p d s mu s e df o rp a i r - w i s es e a r C hi ne x p e m e n tv a r i o g r a mc a l c u l a t i o nw a s d i s c u s s e d ．S e v e r a lt h e o 巧V a r i o 伊a mm o d e lw e r es t u d i e da n di n t e r a c t i v ef i t t i n g m e t h o dw a sp r e s e n t e d ．T h en e s ts t m c t u r ev a r i o g r 啪m o d e lo fg e o m e t r i c a n i s o t r o p i cv a r i o g r a m sw a sd i s c u s s e d ．F u r t h e n n o r e ，t h ec a l c u l a t i o nm e t h o d f o rr c d u c i n g a n i s o 仃o p y t o i s o t r o p yb y al i n e a rt r a l l s f o m a t i o no fm e c O O r d i n a t e sw a sp r e s e n t e d ． 6 T h es e a r C hs t r a t e g yo fn e i g h b o rd a d af o ri n t e 印o l a t i o nw a sd i s c u s s e d ． T h eo c t 锄ts e a r c hm e t h o dw a s i m p r o v e dw i mm i n i m u m I m m b e ro fb o r e l h o l e 弱 c o n s t r a i nc o n d i t i o n ．I n d e xo fs a m p l ed a t aw a sb u i l tw i t h i na3 D 研df o r s p e e d i n gu pt h en e i g h b o rd a t as e a r c hp r o c e s s ．T 1 1 eI D Wa n d 姘g i n gm e t h o d w e r ee x p o u n d e da n dt h e i ri m p l e m e n t i o n p r o c e s s e sw e r ep r e s e m e d ．C o r r e c t i n g o fn e g a t i V ek r i g i n gw e i g h t sa n dc r o s sv a l i d a t i o nw e r e i n v e s t i g a t e d ． 7 A nc o p p e rd 印o s i tw a st o o ka sa ne x a 舶叩l e ，t h e3 Db o r e h o l em o d e l ， s u r f a c em o d e l so ff I a u l t sa n dd 印o s i t ，b l o c km o d e lw e r ee s t a b l i s h e da c C u r a t e l y a n dm e r e b yV e r i f i e dt h ea l g o r i t h m so ft h i st h e s i s ．A n o t h e re x 锄p l ew 硒 Ⅳ 中南大学博士学位论文 A B S T R A C T n u m e r i c a lm o d e lf o rs e l e c t i o nm i n i n gs c h e m eo fc e r t a i nc o p p e rm i n e ．S u r f a c e m o d e l so fs t r a t u ma n ds t o p e sw e r ec o n s t m c t e da n dt e t r a h e d r a l i z e dt og e n e r a t e t h en u m e r i c a lm o d e lf o re x c a v a t i o no fr o c km a s su n d e rc o l n p l e xg e o l o g i c a l b o d y ． K E YW o R D S d i g i t a lm i n e ，3 D m i n e r a ld 印o s i tm o d e l i n g ，h y b r i dm o d e l ， 砌b u t ei n t e 印o l a t i o n V 中南大学博士学位论文第一章绪论 1 ．1 研究背景与意义 第一章绪论 可视化技术是综合计算机图形学、计算机图像处理与分析技术等，将数据转 换为在屏幕上显示的图形或图像，并进行人机交互处理的理论、方法和技术。最 初的可视化技术应用于把科学数据信息转变为直观的、以图像或图形表示的、随 时间和空间变化的物理现象呈现在科学研究人员面前，使他们能够观察、模拟和 计算。近些年来，计算机硬件性能快速发展，计算机运算速度迅猛提高，计算机 图形学中用硬件实现了许多重要的图像处理和图形生成算法，因而三维可视化技 术得以发展并广泛的应用于科学研究、工程、医学、军事、经济等各个领域【l 卅。 三维可视化技术可以再现三维世界中的物体，可以用三维图形表示复杂的信息。 三维可视化技术使人能够在三维图形世界中直接对具有形体的信息进行操作，和 计算机直接交流。三维可视化技术将人和机器的力量以一种直觉而自然的方式加 以融合，这种革命性的变化将改变人们的工作方式，并极大地提高工作效率。 在人们对计算机可视化技术研究的长期过程中，形成了许多的三维可视化工 具。其中，C p e I l G L C I p 髓G 1 ．a p h i c sL i b r a r y 是S G I 公司推出的三维图形库， o p e n G L 已被认为是高性能图形和交互式视景处理的标准，目前在计算机市场占 领导地位的大公司都采用了o p e I l G L 图形标准。 O Ⅳ O p e I lI n V e n t o r 是S G I 公司开发的基于O p e l l G L 的面向对象三维图形 软件开发包，主要用在U n i 】【操作系统下。T G S 公司将O Ⅳ由U 1 1 i x 系统移植到 W i n d o w s 操作系统。之后S Ⅱ订公司开发的C o i n 3 D0 Ⅳ可以同时在U n i 【和 W i n d o w s 下使用。O Ⅳ是由一系列的对象模块组成的，通过利用这些对象模块， 开发人员能够以最小的编程代价，开发出能充分利用强大的图形硬件特性的程序。 V ，r K T h e Ⅵs u a l i z a t i o nT o o l 鼬t 是由Ⅺ细a r e 公司开发的跨平台的开源可 视化工具包，适合几乎所有的可视化领域。v n 是基于面向对象思想设计和实 现的，包括C H 内核和T c l 、P 、胁0 n 、J a V a 等多个语言封装接口。V T K 比o p e I l G L 高一个层面，因此在创建图形或可视化应用方面更加方便简单【5 】。 H O O P S 是建立在o p 朗G L 、D i r e c t 3 D 等图形编程接口之上的更高级别的开 发平台，由美国T S A 公司开发并由T S A 和s p a t i a l 公司负责发布和提供技术支持。 H O O P S 能够为软件开发人员提供高质量的模型显示、便捷的人机交互、包括 o p e n G L 和D i r e C t 3 D 在内的多种渲染管道的支持、高级渲染、2 D 图形的矢量化 输出、动画、动态干涉检查以及图形数据流化处理等，此外H O O P S 中还内嵌了 中南人学博十学位论文第一章绪论 多边形优化和大模型处理等技术，能够大大提高三维可视化的性能。目前有1 7 0 多个商业应用程序是基于H O O P S 开发出来的【制。 使用这些可视化工具，研究人员只需要将重点放在其所在领域内的三维数据 模型的构建上，便可以快速的开发出专业的应用程序。在矿业工程领域，随着“数 字矿山”战略的提出，矿山地质对象三维可视化建模及相应的矿山数字化软件系 统的研究与开发成为了当前的热点【7 0 0 1 。矿床三维地质建模是矿山数字化软件系 统中的基础功能模块。通过矿山复杂地质数据构建真实的矿山三维地质环境，包 括地层、断层、矿体等三维模型以及地质变量的预测。进而采用三维可视化的采 矿地质环境，为矿区地质变量空间变化分析、资源管理，矿山设计、采掘设计、 生产计划编制以及采掘活动的灾变过程分析提供直观、逼真的开放式基础数据源。 2 0 世纪7 0 年代开始，国外开发了一批具有三维地质建模功能的矿山专业软 件，加拿大b ，1 1 【公司的b ，1 1 【和M i c r o l y l l 【，加拿大G e I I l C o m 公司的S u r p a c ，澳 大利亚M i 凹0 m i n e 公司的M i c r o m i n e ，澳大利亚M a p t e k 公司的V u l c 锄，英国 D a t a m i n e 公司的D a t 锄i n eS t l l d i o ，美国M i n t e c 公司的M i n 岱i 星蛳等。2 0 世纪9 0 年代末，国外的商业矿山软件开始进入中国。1 9 9 7 年北京有色研究设计总院将 D a t 锄i n e 引入中国，并在安徽铜陵冬瓜山铜矿应用。1 9 9 8 年，江西铜业集团公 司从M i n t e c 公司引进M i n e s i 曲t 软件。S m p a c 在9 0 年代进入中国，在金川集团、 首钢矿业等地方应用。 国内方面，对于矿床三维可视化地质建模软件的研究开始于2 0 世纪8 0 年代 初，长沙有色冶金设计院、中南工业大学、东北大学、中国矿业大学、北京科技 大学、中国地质大学、西安煤炭设计院等单位开发一些具备不同程度可视化与三 维建模功能的矿山软件系统。在建模算法与可视化技术上都取得了一大批可喜的 成果，但从总体上来说，并没有形成成熟的软件系统，与国外先进水平还有一定 的差距【1 1 - 1 3 1 。 因此，矿床三维地质建模相关的算法与技术是现在一个很重要的研究方向， 尤其是能够将其应用于具有自主知识产权的商业软件的开发，通过市场竞争，促 使其逐渐成熟，从而加速数字矿山建设的进程。国家8 6 3 计划将“数字化采矿关 键技术与软件的开发’’设置为资源环境技术领域的重点项目，中南大学也为此成 立了数字矿山研究中心。 本文对于矿山三维地质混合建模与属性插值算法的研究是基于中南大学数 字矿山研究中心与长沙迪迈信息科技有限公司合作开发的D I M I N E 数字矿山软 件系统开展的。通过研究如何的利用矿山复杂的地质数据进行三维地质建模与属 性插值，从而为开发矿山数字化软件的三维地质建模模块提供技术支撑。D I M I N E 数字矿山软件系统已经应用在国内包括有色、黑色、黄金等不同类型的矿山企业、 2 中南大学博士学位论文第一章绪论 设计院及大专院校，通过不断的交流和信息反馈，使得本文的研究逐步趋于完善。 1 ．2 三维地质建模研究现状分析 三维地质建模是起源于矿山对于矿石资源管理和采矿设计的需求而发展起 来的计算机辅助设计技术。之后，随着计算机技术的快速发展和三维造型技术的 不断进步，三维地质建模技术也持续融合各种先进技术，在地质、矿山领域得到 进一步的扩展。三维地学建模 3 DG e o s c i e I l c e sM o d d i n g 的概念最早由加拿大 的H o u l d i n gS W 在1 9 9 4 年提出的，是在三维环境下运用计算机技术将空间数据 管理、地质解译、空间数据分析和预测、地学统计、实体内容分析以及图形可视 化等技术结合起来进行地学分析的的一门新兴交叉学科【1 4 】。此后，国内外学者在 不同的应用领域中，对三维地学建模进行了许多研究和探索，并提出了相应的三 维数据模型和建模方法来描述地下空间的三维对象。 1 ．2 ．1 三维数据模型 三维数据模型是关于三维空间数据组织的概念和方法，反映了自然世界中空 间对象的几何形态及对象间的拓扑关系，是三维地学建模研究和开发的基础。由 于自然世界的复杂和专业领域的特殊，国内外学者对三维空间数据模型的研究向 其所在的专业领域各自深入发展，因而难以形成一个较为通用的三维数据模型。 现有的三维数据模型因为研究领域具体描述对象的特点或功能要求的不同而各 具特色。 M e a 曲e r 对于几何物体建模提出基于八叉树编码的三维数据模型【1 5 】。C 砌s o n 基于地质学中地下空间结构的三维概念，提出了单纯复形模型。、胁e e l e r 将线框 模型 W i r e 仔锄e 和块段模型 B 1 0 c kM o d e l 结合起来表达矿体，由于块段模 型对于描述属性值的空间变化很有效，不适合描述空间形态，而线框模型对于表 面和形状的描述很有效，但不适合特征值的描述，二者的结合使矿体的内部属性 和外部形态都得到较好的表达【1 6 J 。M o l e n a a r 定义了由点、弧、边和面四种基本 元素组成的三维形式化矢量数据结构 3 D F D S 旧。H o u l d i n g 根据地质建模研 究了规则三维网格 R e g u l a r3 D 硎d ，不规则块体 I 仃e g u l a rB 1 0 C k 、断面 s e c t i o n a l 和体元 v o l u m e 数据结构。P i l o u k 等对基于四面体单元的三维数 据模型进行了研究【1 8 】。z l a t 锄o v a 提出应用于网络的简化三维数据模型 s S M ， 仅采用结点和面两种图元来表达点、线、面、体四种空间对象【1 9 】。C o o r S 研究了 用平面凸壳面来表达三维空间中面和体几何特征的城市三维数据模型 U D M 【2 0 】。 国内对于三维数据模型的研究起步较晚，从2 0 世纪9 0 年代开始逐渐开展。 韩国建对基于八叉树的矿床模型存储结构进行了研究【2 l 】。赵树贤基于线框模型对 3 中南大学博士学位论文第一章绪论 界面三角网模型进行了研究【2 2 1 。史文中对不规则三角网和八叉树 T I N ．0 c 仃e e 的混合数据模型进行了研究。李德仁研究了四面体网格和八叉树 O c 仃e e ．T E N 的混合数据模型【2 3 1 。龚健雅提出了矢量与栅格集成的面向对象的三维数据模型 【2 4 1 。李清泉等提出了用于城市的不规则三角网与构造立体几何 T I N ．C S G 的混 合数据模型，用于海洋、地质等的四面体网格和八叉树混合数据模型，以及一般 应用的矢量栅格混合数据模型【捌。李志林研究了基于不规则三角网和规则网格的 三维数据模型【2 6 1 。边馥苓等对面向对象的矢量栅格一体化的三维数据模型进行了 研究【2 7 】。程朋根等提出了适合地质勘探工程的矢量与栅格集成的面向对象混合三 维数据模型。张煌、龚健雅、吴立新、齐安文、程朋根等研究了基于三棱柱体 T P V 、 似 或广义 三棱柱体 Q T P v 的三维数据模型2 8 弓o 】。李建华对基于单元分解 表示 C E 、构造几何 C S G 和边界表示 B ．R 印 三种数据模型的矢量与栅 格混合的数据模型【3 。程朋根等提出一种基于多层D E M 与似三棱柱体元 Q T P V 的混合三维数据模型【3 2 1 。王恩德提出一种适于储量计算的基于钻孔数据的 S e c t i o n - G T P ．B l o c k 矢量栅格混合模型【蚓。李明等研究了矿体块段建模使用的三 维栅格数据结构【3 4 1 。毕林等对基于八叉树的复杂地质体块段模型进行了研耕3 5 1 。 综合目前存在的各种三维数据模型，从几何特征上可以将其分为三类面表 示的模型 S u 觑eR 印r e s e n t a t i o n 、体表示的模型 V o l 啪eR 印r e s e n t a t i o n 和 混合表示的模型 H y b r i dR 印r e s e l l t a t i o n f 3 ∞8 1 。 1 面表示的模型 面表示的模型侧重于三维空间实体的表面表示，如地形面、地层界面、断层 面和矿体外壳等，通常可以准确地表示复杂的实体形态，并且数据存储量远远小 于体元模型。主要的面表示的模型包括不规则三角网 T I N 、边界表示模型 B ．R 印 、线框模型、断面．三角网模型、数字高程模型 D E M 、形状模型 S h a p e 、N U R B S 曲面模型等。 不规则三角网 T r i 锄g u l a t e db T e g u l a rN e t 、 l ，o r k ，T I N ，它基于实际采样点和 特征点按照一定的规则来构造三角网，使这些离散点形成连续而不重叠的不规则 三角形面片网，以此来表示三维空间实体的表面。边界表示模型 B o l l I l d a r y 王泖r e s 肌t a t i o l l ’B ．R 印 使用相对简单的多边形和分段线性插值定义表面【3 1 1 ，这 种模型广泛应用于矿业相关领域的软件系统中【1 4 ．4 2 1 。线框模型是C A D ／C √蝴中 应用广泛的模型，采用一系列多边形，主要是三角形拼接起来形成一个多边形网 格来模拟三维对象。断面．三角网模型是将相邻剖面图上的同类地质界线用直线 连接，形成一系列三角面片，从而形成对象的表面形态。这种模型可以说是边界 模型的一种特殊情况，即多边形全部为三角形。 2 体表示的模型 4 中南大学博士学位论文 第一章绪论 体表示的模型将空间区域分解为一组基本单元，单元体通常为四面体、六面 体或三棱柱，每个体元具有已知的