三维环境下边坡工程地质编录关键技术研究及系统开发

摘要

随着科学计算可视化技术和地质信息计算机模拟技术的快速发展，工程地质可视化的需求也日益迫切。数字地质编录信息系统，以摄影测量理论为基础，综合运用近景数字影像、数字图像处理和GIS等各种技术，实现了水电工程地质编录数据的采集、处理、管理、分析和成果输出一体化，提高了专业信息化和生产力水平。本文针对现有工程三维建模软件的不足，以水电工程中边坡开挖体为研究对象，在数字地质编录系统生成的空间数据的基础上，研究边坡地质编录三维可视化技术，主要研究内容及取得结果如下： (1)利用已有边坡角点数据，较好的生成了虚拟场景背景地形，探讨了多桩段边坡与其背景地形模型复合的方法，实现了水电工程中多桩段边坡及其背景地形建模。实际应用表明，该方法可以较好地描述边坡开挖体的空间分布及形态，符合实际应用的需求； (2)对空问上不可展的曲面坡和不规则坡，提出了一种满足工程应用要求的曲面坡建模方法，生成曲面坡展示影像并对其进行纹理映射；对不规则坡则使用数字地面模型技术建模，并应用其立面投影影像进行纹理映射； (3)由于MIPMAP技术需要耗费大量的内存，本文结合边坡三维场景的特点及编录时的要求，提出了利用 OpenGL 的拾取与反馈技术和纹理映射相结合的方法，实现场景的快速建立和漫游，解决了多桩段边坡大场景渲染效率同分析时需要的视觉效果的冲突问题； (4)根据真实感图形绘制技术及边坡场景的特点，本文实现了边坡真实感场景地动态浏览；同时设计和实现了边坡场景的实时漫游、场景动画、场景的快速定位，满足了对边坡三维场景观察和分析的需求； (5)借鉴金字塔策略，改进OpenGL 中的拾取与反馈机制，在查询时，先粗定位边坡，后逐步细定位网格，实现了基于OpenGL 的精密拾取，大大提高了量测的效率和精度，并运用于三维空间的查询中； (6)本文利用原始立体像对辅助产状量测和模拟场景下的真三维辅助产状量测方法，改进模拟结构面产状量算方法，解决了二维环境下线性地质特征无法数字编录和成果入库的问题； (7)在本文研究的基础上，结合工程地质编录三维可视化的技术需求，设计开发了一个面向生产应用的边坡地质编录三维可视化系统。

目录

文摘

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声明

第一章绪论

1.1研究背景

1.1.1数字地质编录技术

1.1.2三维可视化技术

1.1.3数字地质编录三维可视化技术需求

1.2研究现状

1.3研究目的及主要内容

1.3.1研究目的

1.3.2主要内容

1.4技术路线

1.5内容安排

第二章边坡三维虚拟场景建立的关键技术

2.1边坡空间建模方法

2.1.1平面坡建模

2.1.2曲面坡建模

2.1.3不规则坡建模

2.2边坡工程背景地形建模

2.3边坡与背景地形的模型复合

2.3.1平面及曲面边坡与背景地形的复合

2.3.2不规则坡与背景地形的复合

2.4边坡模型的真实纹理映射方法

2.4.1不同边坡真实纹理影像的生成方法

2.4.2边坡模型纹理映射方法

2.4.3选择性桩段增强纹理映射

2.5边坡模型的矢量信息绘制方法

2.5.1 DXF文件结构

2.5.2边坡矢量信息绘制

2.6本章小结

第三章边坡工程三维可视化及地质编录技术研究

3.1三维虚拟场景视图及其控制

3.1.1边坡三维场景视图变换方式的选取

3.1.2边坡观测场景的快速选取

3.1.3场景视点快速定位实现方法

3.1.4全方位边坡场景浏览方法

3.1.5场景动画自动生成

3.2三维虚拟环境下的边坡地质空间信息查询与量算方法

3.2.1场景坐标精确拾取方法

3.2.2编录信息查询浏览方法

3.2.3边坡模型三维空间量算基本算法

3.3三维环境下模拟结构面观测方法

3.3.1模拟结构面生成

3.3.2模拟结构面产状计算

3.4基于像对的结构面产状量测方法

3.5虚拟场景的真三维结构面产状辅助量测法

3.5.1立体视觉模型

3.5.2立体影像显示的投影算法

3.5.3边坡编录场景立体像对生成方法

3.5.4结构面产状的真三维辅助量测

3.6边坡三维建模及空间分析的精度

3.6.1边坡建模精度

3.6.2边坡影像展示图的精度

3.6.3场景坐标拾取及相关分析精度

3.7本章小结

第四章边坡工程三维可视化地质编录系统设计与开发

4.1系统设计

4.2系统工作流程

4.3系统结构及主要功能

4.4本章小结

第五章结论与展望

5.1结论

5.2研究展望

参考文献

致谢