[发明专利]一种基于结构体矩阵的砂岩三维真实模型重构方法

权利要求书

1.一种基于结构体矩阵的砂岩三维真实模型重构方法，包括以下步骤：

步骤1、选定需建模型的砂岩块体，制作具有一定尺寸的圆柱体或长方体标准试件，运用X-射线成像设备获取砂岩标准试件几何拓扑结构图像数据；

步骤2、将获取的砂岩几何拓扑结构图像数据转换成离散3D数字化矩阵：

其特征是：

步骤3、运用Chan-Vese模型将步骤2获得的砂岩数字矩阵进行精准的两相分割，计算获得的砂岩两相数字矩阵；

步骤4、建立结构体矩阵模式库：采用3D扫描模板对砂岩两相数字化矩阵进行顺时针数据扫描，提取砂岩微观结构的二进制模式、中心体素单元和像素坐标，并将提取的数据由二进制转化为十进制存储在结构体矩阵中；

步骤5、计算中心体素单元的分布概率，利用概率密度分布函数确立未知中心体素单元相状态，补充建立的结构体矩阵模式库，确立对应的中心体素单元模式和坐标信息；

步骤6、运用结构体矩阵反演得到的几何拓扑结构数据进行线性插值，获得表征砂岩两相微观结构的点坐标和方向矩阵；

将得到的点坐标和方向矩阵进行可视化显示，获得砂岩两相微观结构的三维数字化重构模型。

2.根据权利要求1所述的砂岩三维真实模型重构方法，其特征是，在步骤2中，离散的3D数字化矩阵为：

式中：I_DM为包含砂岩几何拓扑结构特征的3D离散数字化矩阵；f为数字化矩阵体素单元；gl为矩阵单元强度值，它由像素灰度值GI决定，x，y，z为成像坐标系中在x轴、y轴和z轴方向的坐标；N为矩阵维度。

3.根据权利要求2所述的砂岩三维真实模型重构方法，其特征是，在步骤3中，所述砂岩两相数字矩阵为：

式中：为砂岩两相的3D数字化矩阵，f_b为数字化体素单元：f_b＝0时，体素单元代表孔隙或空隙，f_b＝1时，体素单元代表固体基质。

4.根据权利要求3所述的砂岩三维真实模型重构方法，其特征是，在步骤4中，所述结构体矩阵为：

A_struct＝{XOY＝(A_Sub-pattern),XOZ,YOZ}

式中：A_struct为结构体矩阵；XOY＝(A_Sub-pattern)为在XOY平面获取的子结构体矩阵模式库A_sub-pattern，其表达式为：

A_Sub-pattern＝[S₁＝(B-pattern,Counters,Coordination ID,D-pattern,Counters,Coordination ID)；S₂；…S_M]

式中，S为一个完整模式库；M为模式库个数，分别有S₁、S₂…S_M；B-pattern、Counters、Coordination ID、D-pattern分别为二进制模式单元、中心体素单元相的计数次数、坐标信息和十进制模式；X0Z、YOZ模式库与XOY结构类型相同。

5.根据权利要求4所述的砂岩三维真实模型重构方法，其特征是，在步骤6中，所述线性插值表达式为：

式中：P为计算体素单元的坐标；R为计算体素单元的方向矢量；Γ为等值面值；F₀为体元中被赋值为状态0的顶点单元；F₁为体元中被赋值为状态1的顶点单元；P₀,R₀分别为几何拓扑结构数据中相为0时的任意一点坐标和方向矢量，P₁,R₁分别为几何拓扑结构数据中相为1时的任意一点坐标和方向矢量。