一种三维目标体表面重构方法研究与实现

摘要

三维目标体的表面重构及其可视化在环境、地质、医疗、航空等许多领域中都非常重要。比如在地质解释过程中,针对地下石油、砂体等矿产的识别及探测,三维目标体表面重构具有非常重大的意义。本文以地质研究领域中的三维地质体为例,对三维目标体表面的重构展开了研究。
　　目前,针对该研究课题的主要解决方法可分两大类:一类是以标量形式表达目标体的方法,如商业软件petrel表达目标体的主要方法是以体透视的形式直接可视化地震数据体:另一类是以矢量形式表达目标体的方法,如用三角面近似表达目标体的表面。目前这些方法的主要思路是:首先,依次应用属性范围分析方法和人工选择种子点的种子点追踪方法将目标体的散点从三维地震数据中提取出来;然后,根据目标体散点,利用标量形式或者矢量表面形式表达目标体;最后还可以在三维环境下对目标体表面进行编辑等人机交互操作。
　　在目前现有的解决方法中,往往存在以下问题:首先,在进行目标体属性范围分析后,采用人工选择种子点的种子点追踪方法提取地质目标体散点,往往对地震数据和属性范围分析的准确度具有较强的依赖性。当地震数据噪声多,属性范围分析不准确时,种子点追踪方法得出的目标体散点噪声含量较多,目标体轮廓不清晰,不易辨认,这将直接影响到目标体表面的重构效果;其次,因为各个研究领域中的数据一般会具有某些属于自己领域的特征和规律,在重构过程中,结合专家的经验进行人工操作是非常重要的,但是在三维环境下进行人机交互存在不好定位、不易操作等问题。针对以上问题,本文提出了一种新的三维目标体表面重构及可视化方案,并将该方案应用到了地质解释工程项目中,得到了比较理想的效果。本文主要完成了以下工作:
　　1、针对第一个问题,本文提出了一种新的针对三维地质目标体的提取方案。在经过属性范围分析后,本方案先利用区域生长策略、空间密度分析和属性相似度分析三种方法计算目标体散点的可信度,再应用D-S证据理论方法把这三种方法得到的目标体散点的可信度进行融合,从而建立目标体散点的不确定性场,最后通过求等值面的方式,把目标体表面从这个场中提取出来。
　　2、在实现人机交互前,需要对三维不确定性场进行可视化,方便用户观察、分析不确定性场,从而便捷地发现需要进行人机交互的区域。因此,针对不确定性场的可视化,本文采用可视化不确定性场中的一系列等值面来进行不确定性场的可视化。而针对在三维环境下进行人机交互不易操作的问题,本文采用在二维环境下实行人机交互的方法,具体做法是:先将三维不确定性场数据做成对应的二维切片;再将需要进行人机交互的切片抽取出来,对该切片进行编辑、修改等人工操作;最后再把修改好的二维切片代替原来未修改的二维切片,从而得到理想的目标体表面。因此,本文提出了一套二维人机交互与不确定性可视化相结合的三维目标体可视化方案。
　　3、在上述基础上,本文设计并实现了三维目标体表面重构及可视化系统,并将该系统应用于地质解释工程项目中,得到了较理想的效果。

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第一章绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外相关研究现状

1.3本文主要工作与贡献

1.4论文结构

第二章不确定性分析原理

2.1引言

2.2 D-S证据理论的基本原理

2.3 D-S证据理论的冲突证据处理方法

2.4本章小结

第三章基于三维地质目标体的不确定性场建模方法

3.1引言

3.2地质目标体散点不确定性的度量

3.3基于地质目标体的不确定性场的建模方法

3.4实验结果与分析

3.5本章小结

第四章基于二维人机交互的三维目标体可视化方法

4.1引言

4.2基于透明度的包围体可视化方法

4.3基于二维切片的人机交互

4.4实验结果与分析

4.5本章小结

第五章三维目标体表面重构及可视化系统的设计与实现

5.1引言

5.2系统的总体设计目标

5.3系统功能分析

5.4系统的总体框架设计

5.5系统开发工具与环境

5.6系统功能模块设计与实现

5.7效果展示

5.8本章小结

第六章结论

6.1工作总结

6.2工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果