[发明专利]一种广义三棱柱空间数据模型的三维剖切方法

摘要

本发明公开了一种广义三棱柱(Generalized Tri-Prism)GTP空间数据模型的三维空间剖切方法。该方法通过分析GTP体元数据结构及其与切平面拓扑关系类型，构建剖切类型2级分类体系，针对每种剖切类型设计了可支持GTP任意切面多重剖切操作的“剖切后剩余多面图空间剖分方式”，并在多重剖切的基础上进一步实现空间开挖算法。本发明的方法适用于任何基于GTP空间数据模型构建的三维地质模型，可广泛应用于水文、工程、地矿、油藏勘探等领域的三维地质建模工作中。

主权项

一种广义三棱柱空间数据模型的三维剖切方法，包括如下几个步骤：1)设计广义三棱柱空间数据模型GTP体元的通用数据结构，将具有任意形态一个GTP体元，统一描述成一个六维向量(p0，p1，p2，p3，p4，p5)，其中p0、p1、p2代表GTP体元上三角面的三个顶点，p3、p4、p5表示下三角面的三个顶点；2)利用方程(1)定义一个切平面，Ax+By+Cz+D＝0      (1)其中：A、B、C分别是该平面的法向量在x，y，z轴的分量，D＝A*x0+B*y0+C*z0，x0，y0，z0表示位于该平面上的任意一点的三维坐标，由此任意一个切平面方程可由一个四维向量(A，B，C，D)表示；3)判断GTP体元位于剖切平面上的位置，如果切剖部分位于切平面上半部分，此时，将所有位于切平面上半部分的GTP体元从地质模型的体元集合中删除；4)对于与切平面有交点的GTP体元：分析GTP体元数据结构特征，基于切平面与GTP体元之间的拓扑关系，构建GTP体元与切平面空间位置关系种类的2级分类体系；5)依据以上分类体系，根据输入切平面的方程与GTP体元顶点坐标，可得出当前剖切类型，并由各交点所处棱边两端点的三维坐标，计算出切平面与GTP体元各交点P的三维坐标x、y、z，其计算公式为：$x=x0+(x1-x0)*\frac{D-I0}{M01}$$y=y0+(y1-y0)*\frac{D-I0}{M01}---\left(2\right)$$z=z0+(z1-z0)*\frac{D-I0}{M01}$式中，D＝A*px0+B*py0+C*pz0，px0，py0，pz0表示位于该平面上的任意一点的三维坐标，(x0，y0，z0)、(x1，y1，z1)表示棱边两端点的三维坐标值，I0＝A*x0+B*y0+C*z0，M01＝A(x1‑x0)+B(y1‑y0)+C(z1‑z0)；6)对经步骤5)剖切操作完成后GTP体元剩余部分所形成的多面体进行剖分，以维持空间数据模型一致性；针对每种剖切类型，将形态不定的剖切后剩余多面体剖分成若干四面体形态的GTP体元，再按照步骤3)中的分类体系再一次重复步骤4)和5)进行剖分操作；7)将多次单剖分操作进行组合，可实现空间开挖操作，其具体步骤为：构建组成复合切剖多面体一系列面片所属切剖平面的数组集合w；判断每一个平面方程与待复合剖切内部空间的位置关系；遍历w中的每一个切剖平面，针对每一个平面，根据其与待剖切空间的位置关系，分别对地质体模型进行两次保留部分不同的剖切操作，第一次剖切得到的结果作为下一个平面的剖切对象，第二次剖切得到的结果，则保存起来作为最后的开挖结果；8)判断当前GTP体元形态是否为体对象，为不影响可视化效果，将形态退化为三角面或者三维线段的GTP体元从地质模型的体元集合中删除；9)遍历GTP类型的三维地质模型中的每一个GTP体元，对每个体元均按照上述步骤1)至8)进行处理，即可得到最终的地质剖切结果。