一种从构建到Web三维展示的地质体剖面方法

2015-05-30 02:05金益
软件工程 2015年9期
关键词:图层绘制剖面

金益

摘 要:对地质数据在三维空间中进行空间分析,最终在Web端进行展示能够形象表达地质体的地层信息及空间构造特征,对于工程设计和决策具有十分重要的意义。本文提出了一种构建到Web三维展示的地质体剖面方法,即从表格形式的钻孔数据出发,在ArcGIS三维中构建地质体以及地质体剖面,最终结合CityEngine2012完成在Web端数据展示,模型与勘测场地地质体的实际空间形态比较吻合,效果良好。

关键词:地质体;剖面;ArcGIS;CityEngine

中图分类号: TP317.4 文献标识码:A

1 引言(Introduction)

三维地质建模是运用计算机技术,在三维环境下将空间数据管理、地质解译、空间分析和预测、地学统计以及图形可视化等工具结合起来,用于地质分析的技术[1]。传统方法是以二维图的方式来表达地层信息空间分布,越来越不能满足人们对地层认识和空间分析的需求[2]。对地质数据在三维空间中进行空间分析,最终在Web端进行展示能够形象表达地质体的地层信息及空间构造特征,对于工程设计和决策具有十分重要的意义。本文提出了一种构建到Web三维展示的地质体剖面方法,即从表格形式的钻孔数据出发,在ArcGIS三维中构建地质体以及地质体剖面,最终结合CityEngine2012完成在Web端数据展示。

2 地质体的构建(Geological of construction)

2.1 钻孔数据

现有的钻孔数据为2D的点要素,它包括了一张内容丰富的属性表,其中就有高程值字段,此外还有所属岩层名称等,如图1所示。如果不做三维展示,那就可以直接进行TIN构建了。若我们要将其进行三维展示,就需要用到一个“依据属性实现要素转3D”工具,就可以根据自带的高程属性值,将2D数据轻松转为3D数据了,如图2所示。

2.2 分别构建不同岩层的TIN模型

首先需要将不同岩层的钻孔点筛选出来,这里用到的就是属性表中自带的“按属性选择”功能,如图3所示。筛选过后,将点要素保存成为独立的图层,效果如图4所示。

之后,即可以对不同的钻孔图层构建TIN模型了。使用3D分析中的“创建TIN”工具,逐层生成各地质层,如图5所示。

2.3 生成地质体

生成地质层直接地质体的方法是对各地质层的TIN数据按照高度进行拉伸,拉伸的对象就是各地质层的平面覆盖范围[3]。因此我们要先计算出地质层的覆盖范围。方法是使用3D分析工具中的“TIN范围”即“TIN Domain”工具。有了地质层的范围之后,使用“在两个面之间拉伸”工具,创建两个地质层之间的地质体。在使用该工具的时候需要注意输入的邻接TIN和TIN范围的选取。将所有地质体都加载到同一个数据中,形成一个完整的地质体数据,效果如图6所示。

3 构建地质体剖面(Geological cross-section of

construction )

地质体剖面是由切面片和地质体相交计算而得来的,因此,需要先绘制切面。绘制切面的方法是先绘制二维视角的切面,然后通过拉伸,将切面拉伸成三维形式的切面,最后转化为三维格式的切面片,具体步骤如下。

3.1 生成切面片

创建带有Z值的polygon要素,开始编辑之后绘制面要素。绘制完成后在图层属性中,选择按照一定高度拉伸,形成切面片,如图7所示。

然后使用“3d图层转要素类”即“3D Layer to Feature Class”工具将二维数据转换为MultiPatch格式。

3.2 剖面体的构建

对切面片和地质体应用相交计算,使用“3D相交工具”,即可得出相交的剖面体,如图8所示。

4 Web三维地质体展示(Web 3D display of

geological profile)

CityEngine中可以读取ArcGIS数据库,因此,只要以上生成的数据存在GDB中,即可导入到CityEngine中,并进行Web三维展示。

4.1 数据导入CityEngine

在CityEngine中新建一个场景,选择与数据相同的坐标系。打开新的场景之后,选择导入File GDB数据,CityEngine将会自动读取File GDB中的数据并将数据添加到场景中,如图9所示。

4.2 设置地质体颜色

添加进来的数据默认是没有进行颜色渲染的,因此我们需要在规则中按照地质层的类别给不同的地质层赋予颜色。CityEngine中支持直接从数据的属性中读取地质类型,因此完成这一过程很简单,我们只要写好赋予不同地质层的颜色即可。具体规则如下。

4.3 发布Web三维地质体

选中要发布到web端的地质体和地质剖面体,选择export models,在弹出窗口中选择导出的类型为CityEngine Web Scene,然后指定导出路径:导出完成之后,在所指定的路径中就多了3ws文件及日志文件,如图10所示。

右键点击3ws文件,选择open with→3D Web Scene Viewer。整个场景将自动在浏览器中打开。此处要注意CityEngine的web 3d是基于OpenGL的,所以必须使用支持OpenGL的浏览器打开。图11是在Chrome中浏览地质剖面体的示例。

5 结论(Conclusion)

本文提出的方法完成了从表格数据到二维地质空间数据的展现、三维地质体及地质体的剖面分析、三维地质体及剖面的Web端展示,所建立的模型能够比较准确符合勘测场地地质体实际空间形态,取得较好效果。由于地质现象的复杂性与理论研究的限制,目前还不能提供完善的基于单纯钻孔数据的断层面、褶皱体等复杂地质结构的建模[4],此方面尚需进一步研究。

参考文献(References)

[1] 张渭军,王文科,翁晓鹏.基于三棱柱体的三维地质体可视化

研究[J].工程地质学报,2006,14(5):715-720.

[2] 贺怀建,等.三维地层模型中地层划分的探讨[J].岩土力学,

2002,23(5):637-639.

[3] 芮小平,等.基于VRML的三维地质体可视化研究[J].计算机

工程与应用,2003,(6):44-45.

[4] 王李管,何昌盛,贾明涛.三维地质体实体建模技术及其在工

程中的应用[J].金属矿山,2006(2):58-62.

作者简介:

金 益(1980-),女,硕士, 讲师.研究领域:虚拟现实与三维

设计.

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