测量数据的CAD建模与可视化研究
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摘要
地质勘探数据的处理及地质体结构的可视化是地球物理勘探的重要问题。本文以层状地质体为研究对象，主要研究了勘探得到的海量数据的处理、地质体数据模型的建立以及地质体结构的三维可视化问题。
文中首先介绍了可视化技术以及地质制图技术的发展，然后对地质构造可视化模型进行了研究，根据地质测量数据的特点，提出了三角形网和四边形网相结合的数据建模方法，最后通过图形接口绘制了地质研究所需的地质图件，构建了层状地质体三维可视化系统模型，并开发出了可以独立于任何软件平台使用的地质三维可视化软件系统。该系统由数据管理、数据处理以及图形显示三部分组成。在数据管理模块中，选用ADO数据库开发技术，结合使用Access数据库对数据进行分类管理与存储；在数据处理模块中，提出了利用MATLAB／VC~(++)联合编程的方案，通过使用MATLAB C／C~(++)数学函数库完成了反演数据的几何变换以及三维数据模型的建立；在图形显示模块中，以图形接口OpenGL作为绘图语言，在VC平台下进行开发，实现了二维地质图件和三维地质图件的绘制。论文最后以某铁矿的实测数据为例对软件进行了实验，得到了令人满意的结果。
本文以良好的可移植性、短周期性和实用性为原则，结合各种现有软件的优点及其相互之间的无缝集成，提出了自己的一套理论和方法，为地质领域的可视化做出了一定的贡献，并对其他领域的可视化发展有一定的促进作用。
Processing of the geological exploring data and the visualization of geological structure are important problems on geophysics exploration. With the stratumtous geological body as the object, The magnanimity data received from the geological exploring were processed first. A data model was presented for the geological body and the 3D visualization for the geological structure was mainly researched.
The development of the visualization technology and the geological drawing technique were first introduced in the paper. Then the geological structure visualization models were studied. Based on the characteristics of the geological exploring data, a method for establishing data model was presented, in which the triangle network was combined with the quadrangle network. At last, the geologic maps needed for geological research were drawn through the GDI(Graphics Device Interface) and the 3D visualization system model was established for stratumtous geological body. Base on the achievments mentioned above, a software system was developed which can be used independently without relying on any software platform. This system was composed of three parts including data management, data processing and graphical display. In the module of data management, the ADO programming technology was combined with Access database to sort and manage the data. In data processing module, the MATLAB and VC++ Co-programming scheme was presented in which the original data were
transformmed geometrically so that the 3D data model was established. The graphical display module was developed on the base of OpenGL and VC platform with which the 2D geological drawings and 3D geological drawings could be accomplished. In the end of the paper, an example was given with the measured data from an iron mine. The results shows that the software system is practical and satisfactory.
With the aims of good portability, short periodicity and practicability in the subject, the advantages of existing softwares were combined with together. A software system was developed with seamlessly integrating the existing softwares and the new written code. As a result, a practical system and method were pesented which could do it's bit for the visualization technology in geological field. In addition, it can also promote the development of visualization technology in other fields.
文中首先介绍了可视化技术以及地质制图技术的发展，然后对地质构造可视化模型进行了研究，根据地质测量数据的特点，提出了三角形网和四边形网相结合的数据建模方法，最后通过图形接口绘制了地质研究所需的地质图件，构建了层状地质体三维可视化系统模型，并开发出了可以独立于任何软件平台使用的地质三维可视化软件系统。该系统由数据管理、数据处理以及图形显示三部分组成。在数据管理模块中，选用ADO数据库开发技术，结合使用Access数据库对数据进行分类管理与存储；在数据处理模块中，提出了利用MATLAB／VC~(++)联合编程的方案，通过使用MATLAB C／C~(++)数学函数库完成了反演数据的几何变换以及三维数据模型的建立；在图形显示模块中，以图形接口OpenGL作为绘图语言，在VC平台下进行开发，实现了二维地质图件和三维地质图件的绘制。论文最后以某铁矿的实测数据为例对软件进行了实验，得到了令人满意的结果。
本文以良好的可移植性、短周期性和实用性为原则，结合各种现有软件的优点及其相互之间的无缝集成，提出了自己的一套理论和方法，为地质领域的可视化做出了一定的贡献，并对其他领域的可视化发展有一定的促进作用。
Processing of the geological exploring data and the visualization of geological structure are important problems on geophysics exploration. With the stratumtous geological body as the object, The magnanimity data received from the geological exploring were processed first. A data model was presented for the geological body and the 3D visualization for the geological structure was mainly researched.
The development of the visualization technology and the geological drawing technique were first introduced in the paper. Then the geological structure visualization models were studied. Based on the characteristics of the geological exploring data, a method for establishing data model was presented, in which the triangle network was combined with the quadrangle network. At last, the geologic maps needed for geological research were drawn through the GDI(Graphics Device Interface) and the 3D visualization system model was established for stratumtous geological body. Base on the achievments mentioned above, a software system was developed which can be used independently without relying on any software platform. This system was composed of three parts including data management, data processing and graphical display. In the module of data management, the ADO programming technology was combined with Access database to sort and manage the data. In data processing module, the MATLAB and VC++ Co-programming scheme was presented in which the original data were
transformmed geometrically so that the 3D data model was established. The graphical display module was developed on the base of OpenGL and VC platform with which the 2D geological drawings and 3D geological drawings could be accomplished. In the end of the paper, an example was given with the measured data from an iron mine. The results shows that the software system is practical and satisfactory.
With the aims of good portability, short periodicity and practicability in the subject, the advantages of existing softwares were combined with together. A software system was developed with seamlessly integrating the existing softwares and the new written code. As a result, a practical system and method were pesented which could do it's bit for the visualization technology in geological field. In addition, it can also promote the development of visualization technology in other fields.
引文
[1] 张生德，张时钟，门吉华。可视化技术及其在地质勘探中的应用浅析．地质勘探安全，4，2000：42—43．
[2] 唐荣锡，汪嘉业，彭群生。计算机图形学教程．北京：北京科学出版社，1996．
[3] 唐泽圣，周嘉玉，李新友。计算机图形学基础．清华大学出版社，1995
[4] 石教英，蔡文立。科学计算可视化算法与系统．科学出版社，1996
[5] 陈树铭。地质三维数字化探讨．工程地质地理信息系统研讨会论文集，7，2000
[6] 陈树铭，等。工程地质三维重构．国家计算机图形学与空间信息系统应用学术会议论文集，2001
[7] 陈树铭。三维地质数字化研究应用展望．第五届岩土工程实录交流会岩土工程实录集，9，2000
[8] 朱大培，牛文杰，杨钦，熊璋，陈其明。地质构造的三维可视化．北京航空航天大学学报，27(4)，2001：448—451．
[9] 黄文静，唐龙，唐泽圣。体绘制及三维交互技术在地质数据可视化中的应用．工程图学学报，3，1998：60—66．
[10] 朱小弟，李青元，曹代勇。基于OpenGL的切片合成法及其在三维地质模型可视化中的应用．测绘科学，26(1)，2001：30—32．
[11] 李培军。层状地质体的三维模拟与可视化．北京：地学前缘，增刊(7)，2000：271—277．
[12] 徐青．地形三维可视化技术的研究与实践：[学位论文]．郑州：郑州测绘学院，1995．
[13] 曹代勇，朱小弟，李青元。OpenGL在三维地质模型可视化中的应
用．中国煤田地质，12(4)，2000：20—23．
[14] 张俊霞。三维地形可视化及其实时显示方法概述．北京测绘，2，2001：6—9．
[15] 张剑秋，张福炎。地震层位信息三位可视化。石油地球物理勘探，33(1)，1998：119—124．
[16] 龚建华，林珲，肖乐斌，谢传节。地学可视化探讨．遥感学报，3(3)，1998：236—244．
[17] 程朋根，龚健雅。地质矿山中三维GIS数据模型的应用问题．矿山测量，2，1999：14—18．
[18] 徐永安，谭建荣，扬钦，陈其明。石油地质数据场的可视化．计算机工程与应用，4，1999：18—20．
[19] 王永明。地形可视化．中国图像图形学报，5(6)，2000：449—456．
[20] 李德仁，李清泉，一种三维GIS混合数据结构研究[J]，测绘学报，1997，26(2)，128—13
[21] 李慧莉，林燕，刘册扬。桥口油藏三维可视化地质模型的建立及应用．断块油气田，7(3)，2000：27—28．
[22] 李芳玉，陈传波，钟宝荣。基于OpenGL的地层模型三维可视化图形显示方法．江汉石油学院学报，23(1)，2001：20—21．
[23] 向传杰，朱玉文。一种高效的Delaunay三角网合并生成技术．计算机应用，22(11)，2002：34—36．
[24] 潘口红。逐行(列)扫描判定点集是否在多边形内部的算法．福建师范大学学报(自然科学版)，16(4)，2000：17—21．
[25] 周培德。平面点集三角剖分的算法．计算机辅助设计与图形图像学报，8(4)，1996：259—264．
[26] 韩丽。基于三角剖分的多边形填充技术．辽宁税务高等专科学校
学报，15(2)，2003：26—27．
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[28] 周培德，刘建，王立全。寻求多边形链顶点凸壳的算法．北京理工大学学报，23(1)，2003：75—77．
[29] 章孝灿，黄智才，戴企成，潘云鹤。GIS中基于拓扑结构和凸壳技术的快速TIN生成算法．计算机学报，25(11)，2002：1211-1218．
[30] 王青山，王家耀。GIS数据模型与实践研究．解放军测绘学院学报，15(4)，1998：296—302．
[31] 李青元。三维矢量结构 GIS 拓扑关系及其动态建立．测绘学报，26(3)，1997：235—240．
[32] 李青元，朱小弟，曹代勇。三维地质模型的数据模型研究．中国煤田地质，12(3)，2000：57—60．
[33] 曹代勇，李青元，朱小弟，周云霞。地质构造三维可视化模型探讨．地质与勘探，37(4)，2001：60—62．
[34] 李博轩。Visual C++6.0数据库丌发指南．北京：清华大学出版社，2000．
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[37] 王聪华。ADO访问数据库实例剖析．计算机应用研究，(5)，2002：159-160．
[38] 吴国芳，刘伟，等。ADO技术分析及应用．信息技术，(1)，2000：34-35．
[39] 张志涌，等。Matlab教程——基于6.x版本．北京：北京航空航天大学出版社，2000．
[40] 刘志俭，等。Matlab应用程序接口用户指南．北京：科学出版社，2000．
[41] Donald Hearn，M．Pauline Baker．Computer Graphics C Version， 2nd Edition，清华大学出版社，1998．
[42] The Math Works Inc. Matlab External Interfaces/API (version 6). http://www.mathwoarks.com, 2000.
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[44] 石波，等。VC与Matlab接口方法剖析．计算机工程，26(3)，2000：98-100．
[45] 储开颜，等。VC与Matlab的接口及其实现．计算机工程，26(12)，2000：165-167．
[46] 刘静，等。Malab／VC++／Access组合编程方法及其应用．计算机工程，27(3)，2001：23-24，113．
[47] 郭虹，等。VC++与Matlab混合编程技术研究．计算机工程，28(9)，2002：269-271．
[48] Davis Chapman著，骆长乐译。学用Visual C++6.O．北京：清华大学出版社，1999．
[49] 齐舒创作室。Visual C++6.0开发技巧及实例剖析．北京：清华大学出版社，2000．
[50] 郑莉，等。C++语言程序设计．北京：清华大学出版社，2001．
[51] Dayid J Krug linski，等。Visual C++6.0技术内幕(第五版)．北京：希望电子出版社，2000．
[52] Richard C．Leinecker Tom Archer，等。Visual C++6.0宝典．北
京：电子工业出版社，2000．
[53] Weo M，Neider J，Davis T．OpenGL Programming Guide[M]．Silicon Graphics INC., 1997．
[54] 吴斌，等。OpenGL编程实例与技巧．北京：人民邮电出版社，1999．
[55] 白建军，等。OpenGL三维图形设计与制作．北京：人民邮电出版社，1999．
[56] 向世明，等。OpenGL编程与实例．北京：电子工业出版社，1999．
[57] 武铁军，等。用OpenGL实现几何模型真实感图形显示．计算机工程与应用，(11)，1999：78—79．
[58] 霍家道，等。三角形格网地形数据及其OpenGL显示．应用科技，28(5)，2001：26—27．
[59] 刘才，等。利用Open GL实现医学图像三维表面重建．微型电脑应用，16(1)，2000：57—58，50．
[60] Alan Watt. 3D Computer Graphics, 2nd Edition. Addison-Wesley, 1993
[61] BE Choi, et al. Matrix Representation for NURBS Curves and Surface[J]. CAD 22(4). 1990: 235-240.
[62] Barry, J., Construction of Three-Dimentional Delaunay Triangulations Using Local Transformations, CAGD, Vol. 8,1991:123-142.
[63] Shi-Min Hu, Rou-Feng Tong, Tao Ju, Jia-Guang Sun. Approximate merging of a pair of Bezier curves. Computer-Afded Design, Vol. 33 2001:125-136.
[64] 李文尧。瞬变电磁法在有色金属矿勘查中的应用．云南地质，18(4)，1999：463-468．
[65] 裴民，赵栋伟，杨彬。如何使用Visual C~(++)6.0．机械工业出版社
[66] 李博轩。Visual C~(++)6.0数据库开发指南．清华大学出版社
[67] 白建军，朱亚平，梁辉，姚东。OpenGL三维图形设计与制作．北京：人民邮电出版社，1999．
[68] 廖朵朵，张华军．OpenGL三维图形程序设计．北京：星球地图出版社，1999
[69] 申志康．测量数据的可视化再现方法及应用研究．西安理工大学学位论文，2003
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