[发明专利]一种针对复杂矿体的开挖分析方法

说明书

技术领域

 本发明涉及地质勘探、空间信息处理及计算机技术，尤其是针对复杂矿体的开挖分析方法。

背景技术

地质问题已成为数字矿山、地下工程、环境工程、资源开发等的一个基础性问题。复杂矿体的建模及其开挖分析是解决地质问题的关键技术之一。由于地下景观的不可见性，在石油、煤炭、金属矿产、地下水等方面，在开采之前需要进行储量探测和分析，地质体开挖在地学应用分析中具有重要的现实意义。通过开挖分析方法实现地质体内部结构的可视化，为地质工作者在虚拟地质场景中提供观察到实际地质环境中无法了解的状况。通过各种形式对三维地质体进行开挖，可以更加清楚地显示地质体内部的各个细节，揭示地质体在空间的分布规律，从而为地质工作者更加准确地解释地质现象提供重要的科学手段。

现有技术方法主要是针对属性或体模型（如四面体、六面体、三棱柱体等）实现的开挖分析，由于组成的单元体形式单一、结构简单，其算法易于设计，也比较稳定，但数据量庞大，算法的时间复杂度和空间复杂度大。目前对于层状的、简单的矿体结构模型的开挖分析，算法相对成熟；而对于复杂的矿体结构模型，由于存在断层、透镜体、侵入岩等地质现象，损坏了地质结构的连续性，开挖算法十分复杂，且稳定性、健壮性较差，其结果主要是以线框模式呈现，即以开放的或闭合的曲线、多边形为开挖结果，真实感和显示效果较差。

发明内容

本发明的目的在于避免上述不足，提供一种针对复杂矿体结构，从不同方位、不同角度切割三维矿体结构模型，开挖感兴趣的区域，产生立体剖面图，形成栅状图等，使地质工作者易于观察，并结合地质体内部的地质构造形态、矿体内部的结构等地质特征，进行各种测量、计算、统计分析等，采用切割面及其组合形式实现开挖分析的方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案来实现：

一种针对复杂矿体的开挖分析方法，主要包括以下步骤：

1）建立复杂矿体结构模型，选择感兴趣的单层或多层结构，并对所选矿体结构模型进行识别分类，对其进行分类存储；

2）根据应用需要设置内外区域模式、立体剖面模式和栅状图模式；通过调用交互式工具，捕捉三维空间坐标信息，设计所需的位置、走向等参数，并计算切割面方程，如果存在多个切割面，则需要进行切割面组合，并实时生成相应的曲面；也可以从数据库中导入切割面的曲面，并存储到切割面缓冲区*pCutBuffer中；

3）实施碰撞检测，并进行曲面-曲面布尔运算，定义矿体结构模型为S1，切割面为S2，S1与S2可能的关系有不相交、相切、相交三种情况；

4）重构并优化区域Ω；

5）基于交线集合的属性特征自动识别，获取开挖区域的属性； 

6）测试切割面缓冲区*pCutBuffer是否为空，如果非空，转3）继续下一个切割面的处理；

7）对开挖区域属性进行纹理映射；

8）对开挖区域进行面积、体积、储量等计算。

所述的矿体结构分为：层状结构；包含透镜体、金矿、铁矿等结构；相邻结构及相交结构四种结构。

所述的内外区域模式主要设置区域的开放或闭合边界、各个切割面的高度和坐标、及走向、内外取值等参数；立体剖面模式主要设置一个切割面的位置及其切割方向、左右取值等参数；栅状图模式允许设置多个平行或相交的切割面的坐标位置等参数。

所述的碰撞检测是指基于包围球、轴向包围盒、方向包围盒、离散方向多面体等包围盒技术，检测S1与S2的相交区域，为相交区域和相交影响区域（记为Ω）建立动态包围树。

建立动态包围树的方法为：取最小单元三角形为构成曲面的网格单元，设第i个三角形的中心为：cⁱ = (pⁱ+qⁱ+rⁱ)/3，其中pⁱ,qⁱ,rⁱ是第i个三角形的顶点，Aⁱ是第i个三角形面积，A^H是所有三角形面积，则包围盒的中心为：

                                                                             

通过计算包围盒的中心以及轴向长度，可以动态建立S1与S2相交关系的包围树，以确定相交的包围盒。