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第1章 绪论1

1.1虚拟地质建模与可视化的含义1

1.2虚拟地质建模与可视化的重要意义2

1.3国内外研究现状与发展趋势4

1.3.1三维地质模型设计5

1.3.2三维地质建模体系结构9

1.3.3可视化设计环境10

1.3.4应用进展12

1.3.5面临的关键难题14

1.4虚拟地质建模与可视化系统设计15

1.4.1设计目标15

1.4.2虚拟地质环境组成15

1.4.3系统体系结构15

第2章 数学基础与理论方法17

2.1基本原理17

2.1.1基本概念17

2.1.2基本几何定义18

2.1.3相关准则18

2.2基本几何算法20

2.2.1几何定位20

2.2.2凸壳23

2.2.3 Voronoi图24

2.2.4二维Delaunay三角化25

2.2.5 Delaunay四面体化29

2.3实体集合运算32

2.3.1 Boolean运算32

2.3.2曲面求交运算33

2.4空间插值方法37

2.4.1三次样条插值函数37

2.4.2 B样条函数曲线及曲面插值39

2.4.3反向距离加权插值40

2.4.4 Kriging插值40

2.4.5离散光滑插值42

2.4.6神经网络插值45

第3章 空间数据模型47

3.1空间数据模型基础47

3.1.1空间数据模型47

3.1.2几何元素定义48

3.2空间数据模型分类49

3.3模型设计方法51

3.3.1线框表达模型51

3.3.2表面表达模型52

3.3.3实体模型55

3.3.4混合模型58

3.4地质体空间几何模型60

3.4.1超体元实体模型60

3.4.2断层数学模型61

3.4.3褶皱几何模型64

3.5空间属性模型65

第4章 基于多源数据集成的三维地质建模67

4.1概述67

4.1.1基于剖面的建模67

4.1.2基于层面的建模68

4.2体系结构68

4.3地质数据特点及分类71

4.3.1地质数据特点71

4.3.2地质数据分类71

4.3.3数据处理策略73

4.4多源数据集成技术73

4.4.1集成技术的方式73

4.4.2多源数据集成流程74

4.4.3面向源集成74

4.4.4面向对象集成82

4.4.5多源数据集成实例83

4.5实体建模方法83

4.5.1基本方法概述83

4.5.2基于对象的空间几何模型84

4.5.3基于体分割的多层次三维拓扑模型86

4.5.4三维建模设计策略92

4.6空间信息质量检测模型96

4.6.1概述96

4.6.2质量检测模型设计97

4.6.3不确定性分析98

4.6.4数据的不完整性99

4.6.5逻辑的不一致性100

4.6.6误差检测与分析校正102

4.6.7质量标准与评估103

4.6.8实例分析104

第5章 虚拟地质模拟环境设计与实现107

5.1虚拟现实系统特征107

5.2模拟环境架构108

5.2.1硬件环境108

5.2.2软件环境109

5.3可视化技术方法110

5.3.1可视化的含义110

5.3.2三维地质模型可视化的表现形式110

5.3.3虚拟环境中可视化设计流程111

5.3.4数据场可视化方法112

5.3.5面向特征的驾驭式可视化方法114

5.4场景渲染技术115

5.4.1渲染技术概述115

5.4.2光照模型116

5.4.3透明度设计117

5.4.4纹理映射118

5.5模拟方法120

5.5.1虚拟地质场景中模拟方法120

5.5.2静态模拟121

5.5.3动态模拟121

5.5.4实时绘制123

5.6检测技术124

5.6.1碰撞检测技术124

5.6.2片断测试技术125

5.7交互式体系结构126

5.7.1交互式体系结构框架126

5.7.2面向对象的交互式图形编辑工具127

5.7.3空间交互式体插值技术128

5.7.4面向对象的空间数据选择和拾取设计方案129

5.7.5虚拟漫游交互设计130

第6章 空间地质数据可视化分析131

6.1基本方法概述131

6.2立体剖面及栅状图的计算与表示131

6.2.1计算方法132

6.2.2空间切割类型132

6.2.3算法实现133

6.3开挖操作与分析134

6.3.1开挖应用需求分析134

6.3.2基于SSI的开挖算法135

6.3.3基于四面体的开挖算法135

6.4等值线及其填充分析方法137

6.4.1由等高线提取DEM模型137

6.4.2根据网格模型产生等值线138

6.5三维空间体积与储量计算139

6.5.1常规储量计算方法140

6.5.2体积计算方法141

6.5.3基于地质体模型的储量计算141

6.6空间数据分层查询结构142

6.6.1分层查询结构框架142

6.6.2多维数据库设计142

6.6.3查询方法143

6.7多维数据分析145

第7章 系统设计与实现148

7.1系统设计策略148

7.2系统体系结构149

7.3系统功能模块150

7.3.1空间数据处理152

7.3.2实体建模设计152

7.3.3可视化设计153

7.3.4空间数据分析153

7.3.5专业模型接口154

7.4空间类库设计方法154

7.4.1空间类体系结构154

7.4.2空间对象类154

7.4.3数学模型支撑类157

7.4.4模型构建与应用类157

7.4.5图形类157

7.4.6主调模块及辅助类157

7.5类的设计158

7.5.1类及其关联类图158

7.5.2类的继承与派生159

7.6算法研究与分析160

7.6.1算法概述160

7.6.2多值面网格模型的生成算法161

7.6.3区域递归分割算法165

7.6.4可变三角化算法167

7.7接口设计168

7.7.1用户接口168

7.7.2外部接口168

7.7.3内部接口169

7.8系统出错处理169

7.9系统环境与性能170

7.9.1系统环境170

7.9.2系统性能170

第8章 GeoSIS三维地质建模可视化系统研发与应用173

8.1 GeoSIS建模流程173

8.2研究区域概况175

8.3区内地质特征176

8.3.1地层特征176

8.3.2构造特征178

8.3.3水系特征179

8.4数据结构及其预处理179

8.4.1钻孔数据179

8.4.2地质边界181

8.4.3 DEM数据181

8.4.4断层数据182

8.4.5褶皱数据184

8.4.6层面数据185

8.4.7剖面CAD设计185

8.4.8辅助数据188

8.5三维地质模型构建188

8.5.1多源数据集成与处理188

8.5.2层面模型建立188

8.5.3实体模型重构190

8.6三维模型空间分析与应用191

8.6.1三维地质模型一体化显示191

8.6.2空间信息分析194

8.6.3空间信息查询195

8.7典型案例分析198

8.7.1地质勘探区198

8.7.2矿区213

8.7.3油田区220

第9章 GeoGSS地下水模拟可视化设计222

9.1应用背景222

9.2系统可视化设计方法222

9.3系统开发环境224

9.4典型案例分析224

第10章 GeoUSS地下水渗流场模拟可视化系统研发与应用227

10.1系统体系架构228

10.1.1地下水动态仿真环境228

10.1.2地下水仿真流程229

10.1.3关键算法231

10.2基本原理与方法232

10.2.1单元基函数232

10.2.2流速计算233

10.2.3流径点坐标计算234

10.3地下水渗流场动态模拟234

10.3.1虚拟开采条件下流场模拟235

10.3.2地下水水位动态模拟235

10.3.3特征提取236

10.3.4流线生成与动态跟踪237

10.4数据管理239

10.4.1拓扑结构239

10.4.2存取管理模式240

10.5三维动态可视化分析与发布241

10.5.1 VR可视化分析241

10.5.2三维Web发布242

10.6典型案例分析243

10.6.1数据集成与管理243

10.6.2水文地质模型导入与重构244

10.6.3可视化分析与预测248

参考文献255