三维建模
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三维建模范文第1篇
中图分类号：TP317.4
文献标识码：A
文章编号：16727800（2017）004020503
0引言
SharpGL是进行三维显示的函数库，其运行环境与平台无关，能在Windows、Linux及Mac OS等操作系统上运行，故其在硬件、窗口及操作系统方面是相互独立的，SharpGL能不依赖于任何硬件或操作系统即可运行。SharpGL本身只定义了一个标准，因此只要符合定义标准的函数库，都可以称为SharpGL标准函数库。ATT、UNIX软件实验室、IBM等著名企业都采用OpenGL标准。SharpGL标准定义的函数库分为4个部分：SharpGL核心库、SharpGL实用库、SharpGL辅助库、SharpGL工具库。SharpGL函数库是一个实时渲染函数库，能够在短时间进行实时交互绘制。DirectX与其相似，但只能在Windows操作系统上执行。 C#是微软公司早在2000年就开始推出的一种高级编程语言，这种高级编程语言运行在.NET CLR环境上，并基于.NET Framework框架创作。C#是从C与C++语言派生出的，吸收了C与C++的优点，并弥补了C与C++的缺点，从而产生功能强大、类型安全、更简单的面向对象语言。C#代码框架具有面向对象、引用类等概念，几乎囊括所有软件开发与工程研究的最新成果。相比较C与C++而言，C#具有语法简单易学、配置与调制简单、程序开发周期短等优点，广泛应用于当今工程开发。本文将C#和SharpGL联合，开发三维物体模型程序以提高效率。
1SharpGL函数库
1.1SharpGL核心库
SharpGL动态链接库――核心库包含约115个可以被调用的函数，统一将函数名的前缀命名为gl。核心库函数用于常规图形处理，应用范围较广。同一个功能函数输入不同类型的参数，从基本的115个函数中派生出来的函数表达式约有300。
1.2SharpGL实用库
SharpGL动态链接库――实用库包含约43个可调用函数，统一将函数名的前缀命名为glu。SharpGL提供了丰富的绘图函数命令，但所有图形绘制都由点、线、面元素组合而成。glu函数通过调用核心库函数，为软件开发提供了相对简单的用法，可实现较为复杂的操作[1]。
1.3SharpGL辅助库
SharpGL动态链接库――辅助库包含约31个可调用函数，统一将函数名的前缀命名为aux。辅助库函数提供面向对象的数据输入输出处理、窗口操作以及绘制一些简单的三维物体。
〗1.4SharpGL工具库
SharpGL动态链接库――工具库包含约30个可调用函数，统一将函数名的前缀命名为glut。glut是不依赖于任何操作系统平台的SharpGL函数库，用途是隐藏不同操作系统接口难题。工具库函数以glut开头，提供更为复杂的绘图功能[2]。由于glut中的面向对象窗口管理函数不依赖任何运行环境，因此SharpGL中的工具库可以在各种操作系统中执行命令[3]。
2SharpGL建模环境创建
2.1添加SharpGL引用
在Visual Studio 2012中建立C#应用程序过程很简单：在Visual Studio 2012编译器环境中选择新建项目――Visual C#--Windows窗体应用程序，输入项目名称与解决方案名称，然后保存在适当路径位置，点击确定，就成功创建了WindowsForms应用程序。此时Visual Studio 2012会根据上一步的输入，自动创建一个程序命名空间、一个窗体组建 （Form1）以及程序的主入口函数 Main（string[] args）。 到此，Visual Studio 2012只是创建了应用程序主体，即编译环境，使用SharpGL还必须添加SharpGL的动态链接库引用。在C#中，引用是通过using关键字实现的，在编写代码窗口上部输入代码： using SharpGL； 至此，SharpGL的动态链接库引用工作完成，下一步工作就可使用SharpGL函数绘制三维物体模型了。
2.2创建SharpGL设备环境
使用SharpGL相关代码开发三维物体模型时，必须先建立绘制设备环境。先拖拉一个可视化组件，用于显示三维模型绘制。在Visual Studio 2012项目名称中添加一个组件，命名为SharpGLControl，然后为创建的组件类进行对象实例化，编写如下代码：
// Get the SharpGL object. SharpGL gl = SharpGLControl.SharpGL；
为了在SharpGLControl对象组件上绘制三维物体模型，必须先进行初始化设置，这一点与其它程序语言不同。SharpGLControl加载如下：
//Clear the color and depth buffer. gl.Clear（SharpGL.GL_COLOR_BUFFER_BIT | SharpGL.GL_DEPTH_BUFFER_BIT）； //Load the identity matrix. gl.LoadIdentity（）；
2.3建立SharpGL绘制环境
由于SharpGL直接使用绘制环境，与设备环境没有关联。因此，还需要建立一个SharpGL绘制环境，否则SharpGL函数不能调用。在SharpGLControl_SharpGLDraw中定义了绘制环境相关函数，无需重写这个函数就能直接调用。由于SharpGLControl_SharpGLDraw是由SharpGL类派生出来的，因而它具有Control类的全部属性和功能。 SharpGL具有多种函数，绘制环境如下：
// Get the SharpGL object. SharpGL gl = SharpGLControl.SharpGL； //Set the projection matrix. gl.MatrixMode（SharpGL.GL_PROJECTION）； //Load the identity. gl.LoadIdentity（）； //Create a perspective transformation. gl.Perspective（60.0f，（double）Width / （double）Height，0.01，100.0）； //Use the 'look at' helper function to position and aim the camera. gl.LookAt（-5，5，-5，0，0，0，0，1，0）； //Set the modelview matrix. gl.MatrixMode（SharpGL.GL_MODELVIEW）；
通过以上步骤操作，SharpGL绘制环境创建工作就全部完成，在这个程序代码环境中即可进行三维建模。SharpGL中创建的所有三维物体模型，如三维建筑物、家具、山峰等，都是用顶点描述的，因此三维物体模型绘制操作都可针对每个特征点进行计算，然后通过内核矩阵函数进行光栅化形成二维像素。SharpGL的另一个核心模块是矩阵算法变换，就是把三维物体模型转换为二维图像。
3三维建模算法
随着计算机技术的不断进步，在图像、VR、游戏系统、医疗系统等领域构造和使用的模型越来越复杂、越来越精细。这些复杂的物体模型，不但对计算机的处理速度以及存储容量提出了更高要求，而且成为实时绘制物体模型、通信传输的瓶颈，因此物体模型简化研究成为非常重要的科研课题。物体模型简化指在保持原有模型基本不畸变的条件下，采用适当的函数算法减少该物体模型的三角面数、边数、顶点数[3]。 三维物体模型因其表面凹凸不平，呈现一种连续变化的曲面，这种曲面无法用平面地D确切表示。单元三角形是三维物体模型的基本组建单元图，为真实表现三维物体模型，每个单元三角形需要包括3个顶点和单元三角形的法向量，以此确定一个最小单位表面，不管多么复杂的三维物体模型都可以化解成多个单元三角形组合。对于同一物体，三维物体模型上的单元三角形并非独立存在，而是所有单元三角形都是相互关联的，这些关联信息主要体现在以下两方面：①邻接关系即共边与共顶点；②同一个单元三角形，法向量相等、法向量共面。通过上述单元三角形之间的联系进行分类，即可组成不同的三维曲面模型。 三维物体模型三角网算法可通过两个步骤实现：①在三维物体模型包含的所有点云数据中搜索符合单元三角形条件的点，建立单元三角形；②判断搜索到的单元三角形是否有共边关系，如果满足条件，就将单元三角形添加到三维物体模型的表面，如果没有则进行其它搜索。 SharpGL算法类定义如下：
public class Vertex public class Triangle ...... public class Mesh public void Compute（List set）
三维物体模型的噪点数据，必须去除点云数据的离群孤立点，编写相关算法，设定除噪阈值。阈值参数为噪声点阈值，小于这个值的点会删除，否则就参与计算。 其它相关定义如下： 定义1：三维物体模型中任意两个单元三角形共边，则称这两个单元三角形相邻； 定义2：三维物体模型中任意两个单元三角形共顶点，则称这两个单元三角形相接； 定义3：如果存在一组单元三角形具有相接关系，且两个单元三角形法向量相等，则这一组单元三角形在同一平面上； 定义4：如果存在一组单元三角形具有相接关系，且两个单元三角形的法向量处于某个平面上，则这组单元三角形在同一个柱面上。
4建模关键环节
4.1SharpGL渲染流程
在使用SharpGL绘制过程中，需要完成的加载任务有：设置各种缓存，如颜色、深度等，加载场景物体表面贴膜纹理，设置光照与阴影模式，建立景物显示列表、图像质量和材料性质等[4]。SharpGL渲染步骤如下： ①输入三维物体模型要渲染的点的云数据等相关信息；②设置摄像头的位置和视角，调整视觉角度，把三维物体模型安置到三维场景合适的位置；③设置投影光照位置、方向、颜色、类型等属性； ④设置三维物体模型颜色、纹理贴图等材质参数； ⑤将上述三维信息转化为二维图像。 SharpGL另一个重要模块是三维矩阵模块，据此进行三维物体模型的移动、旋转和缩放。
三维建模范文第2篇
我所教授的学生是数控专业三年级的学生，他们已经学过《机械制图》、《机械基础》等专业基础课程，也学习了《数控编程》、《Master CAM》等专业课。特别是经过了数控加工实习，对三维建模及简单的编程加工有一定认识。
本次授课班级是除了正常的中职学习以外，还参加了十月份的成人高考，准备进入大专继续学习。总体来说，学习积极性是比较高的，有部分同学基础较好，在其它软件的学习中已接触了三维建模，已经学会了三维建模的常规操作，但也有少部分同学可能认为反正准备读大专了，对这门选修课的学习不以为然。
二、教学内容分析
1.教材：由凌萃祥主编高教出版社出版的CAD/CAM实训指导——UG软件应用实例。
2.内容分析：本课程是一门选修课，周课时只有二节，而且是在该班参加了十月的成人高考后才开始讲授。开设该课程的目的：一是成考语、数、英课程结束后的补充；二是让数控专业的学生多学一门有关的软件。在本节课前，学生才上了二次课。初步学会了UG2.0简单二维图形绘图操作，在三维建模中刚学习了建立长方体及开矩形通槽的方法。本次课的学习内容就是在此基础上继续学习与三维建模有关的操作，如开定位尺寸要求较高的槽、开孔、建圆柱及镜像等基本操作，为接下来较复杂的三维建模打下基础。
因该班学生是从开学后第八周才开始学习，学时比较紧张，学生二维线架学习不够扎实，在讲授时不能完全按照教材的内容顺序进行，因此对教学内容进行了重组，在三维建模中先学习建立较简单的实体，讲解常用的三维建模基本操作，使内容由浅入深，从易到难，循序渐进，以任务引领教学。
三、教学目标
1.认知目标：通过老师的教学活动及学生的实践活动，学生能在UG2.0软件中建立简单的三维立体。2.能力目标：通过学习，学生不单会用UG2.0软件进行建模，还可以与已学的其它软件三维建模的方法作比较，选择一个较适合的软件重点学习，更好地适应今后的工作。3.情感目标：在本课程的学习中，学生在教师的教学活动，自己的动手绘制实践活动过程里，能做到老师边讲学生边做，不断地使学生体验到成功的快乐，以此激发学生的学习兴趣，增强他们学习的自信心。
四、教学策略设计
通过实例复习旧课任务引领，引入新课的教学内容学生思考启发式讲解学生思考、练习、反馈老师归纳、总结学生综合练习。
五、教学重点与难点
1.重点：不同的建模操作都涉及到定位方式及定位参数。
2.难点：随着外形愈复杂，如何选择合适的建模方法及建模次序。
六、教学媒体
在计算机实验室利用“多媒体广播教学系统”的转播功能，实时转播教学活动，方便快捷，提高教学效率。同时把整个建模操作连示范作图的文档发到学生机上，让做的快的学生可以看着示例先做，而理解较慢的学生也可以在看完老师的操作后继续慢慢理解，直到操作成功为止，这对于个别学习能力弱的学生，又是一个学习的机会。
七、教学过程设计
开这两槽的顺序是要注意的，顺序搞错操作就会失败。8和14谁先开？根据开键槽的操作，如果先开宽14深4的槽，再开宽为8的槽时，放置平面较难选择，更重要的是不能在定位时选择垂直的定位方式，因此应先开窄的再开宽的。
开槽的操作与前面所述基本相同，不同之处是键的长度要控制好，要符合要求。定位需要二次定位，第一次中线定位与通槽相同，第二次长度方向定位要有所考虑，距离应为多少？为什么是零？
开宽为14的槽在输入参数时要按槽深输入，其余同上。
2.根椐对称图形特点将槽宽为8、14二槽进行镜像操作
首先NG2.0在镜像操作前必须建立一个对称面，然后将槽宽为8、14二槽作为特征镜像到对称位置。
①建立一个对称面（也叫镜像面）。操作：插入成形特征基准平面基准平面对话框选择三点建立平面用鼠标分别选择该平面的特征点（本图选择上长方体30长的二个中点及下长方体60长的中点）。
②镜像操作：点击插入特征操作引用镜像特征用鼠标选择要镜像的特征点击选择步骤中的镜像平面选择刚才建立的基准面确定。UG把孔、槽等看作特征，因此要选择镜像特征而不是镜像体。选择镜像特征时用鼠标选择图中两槽，如果看得懂也可以在部件中的特征列表中直接点选。通过点击顶视图图标可以检查全图的对称性。
③隐藏镜像基准平面。用于特征操作的镜像基准平面是不能删除的，只能隐藏。操作：编辑隐藏隐藏选择要隐藏的对象确定。
3.开R9的半圆孔
开孔的操作有二种：孔操作或建圆柱再用布尔运算中的差运算。
①孔。操作：孔简单输入孔有关参数（通孔的深度如何定）选择放置平面选择定位方式（垂直的）确定中心定位尺寸（孔作为刀具）确定水平定位尺寸（半圆孔如何定）。
②建立圆柱再用布尔运算。操作：圆柱直径、高度选择圆柱轴线方向输入直径、高度确定圆柱的原点布尔操作中选择减。选择圆柱的轴线方向要与后面的原点选择相对应，以保证高度为正值。
八、教学反思
三维建模范文第3篇
关键词：三维动画;建模;创新改进
中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1005-5312（2015）06-0119-01
从我国目前的三维动画制作过程，要想创建良好的三维模型，这是因为三维动画制作的首要目标就是要能够确保三维模型的质量。因为三维模型制作的质量将会直接影响到动画的质量，所以，建模方法可以说在三维动画的制作过程中占据着极其重要地位。从现阶段来看，我国三维动画制作领域中的建模方法有很多，其中主要是利用多边形的建模，面片建模以及变形球建模等方法，以下笔者就简要谈谈各种建模方法的创新改进措施。
一、多边形建模方法
多边形建模一般是适应于创建形状规则和无曲面的对象。在使用多边形的建模上，可以先创建基本的几何体，并且根据要求使用相应的编辑修改器适当调整或者改变某个物体的形状，又或者是通过布尔运算和放样以及曲面片的造型组合来构建对象，整体上构建多边形的建模，使其三维动画更加简单、便捷，但是，多边形的建模方法难以生成比较光滑的曲面。而对于我国创建好的模型来说，还可以通过适当调整建模参数来获得不同的分辨率模型，进而能够更好地适应虚拟化的场景，并能够实时进行显示的需要。另外，还可以通过利用这种方法确立相应的物体表面。在物体表面上应该要能够由直线构成，这种多边形的建模方法可以适应于室内设计和环境艺术设计等方面。
二、NURBS建模方法的运用
NURBS建模方法一般是适用于曲线组成的曲面，而且这种曲面所形成的立体化建模，可以进行适当的改进。总的来说，曲线控制点上可以对曲线的曲率、方向以及长短的方面进行有效控制。从另外一方面来看，NURBS建模方法根本上可以说是计算机图形学上的一个概念，NURBS建模方技术在近些年以来取得相当不错的成绩，在三维动画中经常使用这种建模方法，尤其是在创建光滑的、复杂的模型时候最为常见，并且这种NURBS建模方法在各个方面的领域运用极其广泛，同时，这种建模方法在细节上的逼真程度上具有其他建模方法不可比拟的优越度。但是，我们也应该要能够看到NURBS建模方法则必须要使用当前最为逼真的曲面片作为基本的建模单元，这样也就会在某种程度上限制了建模方法优势的发挥。其中，NURBS建模方法的不足之处主要体现在以下几个方面;其中，NURBS曲面仅仅只有几种拓扑的结构，这样就很难在制作拓扑结构的过程中进行细微的处理。例如带空洞的物体等。在另外一方面，NURBS曲面片的基本结构就是网格状，如果是模型上比较复杂，这样就会直接导致控制点的急剧增加，也很难在实际操作过程中对其进行控制。通常的NURBS建模方法是很难构建带有“分支”的物体结构，从而在某种程度上对三维动画技术形成了局限性。但是从模型的建构真实性上却具有很大的优势，例如现代化的汽车企业设计都是源于NURBS的建模方法，从而可以创建良好的平滑和流线型的表面。
三、细分曲面技术的建模运用
一般来说，细分曲面技术在整体上提升了建模的能力。从某种程度上看，细分曲面技术在很大程度上可以有效改进建模方法上的弊病，而且细分曲面技术在很大程度上可以有效改进我国三维动画建模的不足之处，在片面建模上看，细分曲面技术作为一种独立的模型，其主要的发展主要是从多边形逐渐衍生而来的。同样的，细分曲面技术的网格可以任意改变形状，所以，可以很容易构建各种拓扑结构，使其能够始终保持曲面良好的光滑性，细分曲面技术另外一个重要特点就是进行“细分”，这就是要不仅仅要能够在物体局部上增加细节，不需要对物体整体上增加复杂性，这样就能够有效维持和增加细节物体上的光滑性。而细分曲面建模在任务部分的建模上经常被采用。
从整体上看，随着我国计算技术日渐成熟，我国三维动画市场的不断拓展，利用三维动画建立相应的模型来进一步促进各个领域的发展，这已经成为当前三维动画建模发展的趋势。为此，为了能够更好地促进我国三维动画建模能够紧跟时展的潮流，这就必须要对各种建模方法进行改革和摸索，才能更好地促进我国三维动画建模事业的发展。所以，本文笔者就简要介绍几种不同的建模方法，针对不同建模方法的优势进行探索，选择适合自身的建模方法逐渐成为大众的共识。那么，如何有效地选择相应的三维软件和建模技术来体现出各自独具特色的角色模型，以及如何有效的选择高效、准确、合理地运用的运用各种不同建模技术，这是值得我们三维动画建模人员需要不断进行探索的内容。逐步认识到各种建模方法的优势和不足之处，灵活运用各种建模方法。只有这样，才能更好地促进我国三维动画建模的发展，促进我国社会经济的稳步前行。
参考文献：
[1]徐红霞，杨艳.软件开发方法中的增量模型在三维动画建模中的应用[J].电脑开发与应用，2011（08）.
三维建模范文第4篇
国外三维地质建模和可视化研究发展较快。加拿大阿波罗科技集团公司推出的三维建模与分析软件MicroLYNX，通过对离散点采样、钻探采样和探槽采样等空间数据的处理，产生剖面、块和面等模型，确定矿藏分布和等级变化并计算矿藏储量。加拿大GemcomSoftwareInternationalInc.公司开发的Gemcom软件通过钻孔、点、多边形等数据，利用实用的图形编辑和生成工具，显示钻孔孔位分布，运用不规则三角网建立表面和实体模型，运用多义线圈闭岩层和矿体边界进行储量和品位分析，提供了交互操作功能并允许用户根据自己的经验和专家知识勾画地质模型，实现任意剖面切割任意角度观察和实体与实体或实体与表面的交切与布尔运算等。国外软件主要是瞄准采矿工程，能够较好地满足采矿工程活动中的矿产资源勘探和评价、地下矿井和露天矿坑设计和规划、矿产资源管理和采矿生产管理等需求。美国Kinetix公司开发的3DStudioMAX，Alias/Wavefront公司开发的Maya和微软公司开发的Softimage等大众化的三维建模软件，在构建工业和建筑模型与动画制作方面有其独到之处，但交互查询的功能较弱，与工程勘测数据库结合并应用于工程地质三维建模方面还有较大距离。
张菊明等对风化带分布、多层地层等地质信息的可视化和断层错断岩层的表达和显示的算法[1,2]进行了较为深入的研究，为工程地质三维可视化软件的开发准备了数学基础，并借助AutoCAD平台实现了复杂三维地质图形的显示。国内的灵图VRMap地理信息系统软件有较强的地形模拟和地表地物的查询功能，但不是真三维的地质建模工具。北京东方泰坦科技有限公司开发TITAN三维建模软件，基于框架建模的思想，利用平行或基本平行的剖面数据，建立起三维空间复杂形状物体的真三维实体模型，但目前只是初步的三维建模与图形处理的引擎，在面向具体专业时，需要添加或扩充专业模块，比如工程地质专业模块等。
纵观国内外几种软件的研究与开发现状，它们为工程地质三维建模与可视化打下了很好的技术基础，提供了很宝贵的开发经验。但是，对于工程地质专业的地质体建模与可视化分析的针对性不强，不能够很好地满足工程地质生产与研究的专业功能需要。因此本文将从分析工程地质的三维建模和可视化的关键技术问题入手，简单描述作者在工程地质三维建模和可视化方面的初步开发研究成果。
2关键技术问题分析2.1离散数据的插值与拟合
工程地质复杂地质体中的各种地质信息，包括地表地形、地下水位、地层界面、断层、节理、风化带分布、侵入体及各种地球物理、地球化学、岩土体的物理力学参数或数据的等值面(线)等，都可以看作是三维空间中的函数，它们的拟合函数要根据实际勘测数据建立，实测数据越丰富，越能够真实描绘出这些信息的空间分布规律。地表地形测量数据、地下水位埋深测量信息等的单值曲面图形生成可归结为双自变量离散数据的插值和拟合，多值曲面如倒转褶皱和空间等值面等，则应采用多参变量插值等其他一些较复杂的方法。空间曲面插值函数有以下构造方法，如与距离成反比的加权方法(Shepard方法)，径向基函数插值法(Multiquadric方法)[3]，平面弹性理论插值法[1,2]等，它们同样适用于单个连续地层界面、地球物理勘探数据、地球化学勘探数据以及岩土体物理力学参数在地质体空间的分布。
2.2三维数据结构
工程地质体一般是不规则形体，在计算机图形学中曲线和曲面总是分别通过很多微小直线段和微小三角面逼近来模拟地层岩性界线和岩层曲面，即岩层界面（和地表曲线、地下水位面等地质层面界线）和岩层曲面都分别是许多微小直线段和微小三角面的集合。地质体三维空间数据结构是工程地质三维建模和可视化的基础，这就要求必须具备有效的分层的三维数据结构，能够确保人机交互和查询的实现。
2.3曲面求交
地质体中存在大量各种层面，当出现地层不整合、断层错断岩层、地层尖灭和地下水出露于河谷地表等情形时，就自然会遇到曲面间求交的问题；地质体三维模型的上部边界是地表曲面，通过数学方法拟合出的岩层面或地下水位面不应超出地表曲面，即超出部分不应显示。同样的，当显示多层地层时，下面的每一岩层应以其上一岩层为边界。因此，为了可视化地层界面必须要解决地层面与地表、断层面和其他地层面的求交问题。另一方面，在剖面图成图时，地质界线的绘制是通过显示剖面(平面)与各种地质界面(曲面)求交所得出的交线。因此曲面求交包括地质界面（层面）之间的相交，和地质界面与剖面的相交两类问题。
2.4三维拓扑结构分析
从地质学角度看，拓扑是地质对象间关系的表格，拓扑表存储层位间上覆、下伏和交切(被断层切割后地层的拓扑表达)等的地层学关系及地质空间位置关系。拓扑也可视为允许这些地质关系合理储存的数据结构。例如，考虑多层地层，上一个岩层的底面和与其相邻的下一个岩层的顶面是上下岩层这两个实体的公共部分或共享边界，它们之间的拓扑关系就是相邻和同一的关系，在存储数据时只存储上一个岩层的底面或其相邻的下一个岩层的顶面，即相邻岩层的边界曲面可以存为一个地层曲面，大大减少数据存储量。评价地质模型系统的优缺点往往决定于描述地质对象所用的拓扑结构[4]。
2.5可视化技术
工程地质复杂地质体可视化，是利用计算机技术将工程勘测获得的数据，转换为形象直观的便于进行交互分析的地下地质结构空间形态的立体图和剖面图形，其基础是工程数据和测量数据的可视化〔5〕。利用可视化技术可以从庞大的地质勘测数据中构造出地质工程中对于边破稳定性和地下硐室变形破坏等起关键作用的岩层和结构面，并显示其范围、走向和相互交切关系，帮助工程地质人员对原始数据做出正确解释，继而为工程地质分析具体问题提供决策支持。
3工程地质三维可视化技术的初步开发与应用3.1研究框图
工程地质复杂地质体三维建模与可视化的研究框图如图1所示。
基于离散采样数据的插值与拟合的思想，即将离散数据转化为连续曲线曲面,工程地质复杂地质体三维建模与可视化的过程是，从勘探数据库中提取各种地质信息的坐标位置及岩土体的物理力学参数，通过不同的拟合与插值函数得到地质层面(曲面)和地质实体的三维计算机图形显示，表达地质信息在研究区域内的分布规律。生成地质岩层面和地质实体后，实现从任意角度观察建立的模型，实现根据指定的剖面走向、倾向和倾角生成垂直剖面。
3.2初步开发与应用3.2.1工程勘测空间数据库管理
在收集整理现场勘测数据后录入金沙江某水电工程勘测空间数据库各分项数据表，这些数据表不仅包括地质信息的位置数据，更重要的是提供属性数据。
以地层岩性数据表为例，要求录入钻孔编号、岩层起始深度、岩层终止深度、层厚、岩性（地层名称）、地层代码（地层年代）、岩层走向、岩层倾向、岩层倾角、接触关系、地质描述等数据。随着工程勘测的进展，能够方便地修改补充和管理勘测数据。图2是工程勘测数据库中钻孔地层系统数据表的管理界面。
3.2.2三维浏览
通过孔口坐标和测量数据等的离散数据的拟合和插值法绘制坝址区的右岸地表曲面网格（图3），进而可在三维图形环境中进行虚拟现实浏览观察（图4）。
3.2.3三维地质立体图
利用工程勘测数据，建立了坝址区右岸三维立体地质图。该坝址区自上而下地层岩性组合为：第四系崩坡堆积物，侏罗系泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩，三叠系上统厚至巨厚层状细至中粒砂岩，三叠系上统薄至中厚层状粉细纱岩、粉砂岩，三叠系上统中厚至厚层状中粗砂岩。通过有限的工程勘测数据得出的立体图，能够较好地满足工程地质的精度。图5表达了该坝址区右岸三维地质图。
3.2.4三维可视化查询
通过图形与工程勘测数据库中的属性数据的链接，实现可视化查询地层岩性和其他工程地质信息，最终完成向三维地质信息系统的转变。图6是一简单的被断层错断的水平多层地层模型，通过模型的每个地层实体名称与数据表中的岩石名称字段对应链接，能够查询地层的岩性，地质年代，起止深度和地质描述等工程地质人员关心的地质信息。
4结论
(1)运用先进的可视化技术与交互图形技术建立数据库，存储和管理现场勘探实测和试验数据，建立工程地质体的三维模型，工程地质工作者可随着勘察或研究工作的不断深入细致，对研究(工作)区域随时补充信息来自动显示地质信息在研究(工作)区域内的分布，从而不断提高模型精度，并且利用模型反馈回来的信息及时发现已有勘察工作中的不足，从而及时修改勘察或研究工作方案，指导下一步勘探或研究工作的实施。
(2)工程地质三维建模与可视化的深入研究，可以充分利用已有现场勘探实测或试验数据，达到节约投资减少勘察或研究成本的目的。当现场勘探和试验数据资料不足情况下，通过对已有数据的插值与拟合到建立三维模型，可以推断和预测未知区域或研究较少区域的地质信息或岩土体物理力学参数的分布趋势，从而为减少勘探工作量提供科学的可靠的依据，达到节约花费，为生产或研究部门产生直接经济效益的目的。
(3)工程地质岩土体是复杂的不规则形体，存在各种地质岩性层面、结构面以及各种空间分布的地质与力学信息，完全表达地质信息的空间分布及岩层和结构面间的位置关系，工程地质三维建模与可视化研究是大有作为的。
参考文献：
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ZhangJuming.DesignandDisplayofthree-dimensionalgeologicalmodel,AdvancementofChinesemathematicalgeology.Beijing:PressofGeology,1995,158-167
[2]张菊明孙惠文刘承祚.局部间断拟合函数在地质曲面分析和显示中的应用,中国数学地质进展.北京:地质出版社，1995,14-23
ZhangJuming,SunHuiwen,LiuChengzuo.Applicationofpartiallydiscontinuousfittingfunctioninanalysisanddisplayofgeologicalcurvesurface,AdvancementofChinesemathematicalgeology.Beijing:PressofGeology,1995,14-23
[3]唐泽圣等.三维数据场的可视化.北京:清华大学出版社,1999,130-135
TangZesheng,etc.Visualizationofthree-dimensionaldatasets.Beijing:PressofTsinghuaUniversity,1999.130-135
[4]孟小红王卫民姚长利等.地质模型计算机辅助设计原理与应用.北京:地质出版社，2001,4-8.
MengXiaohong,WangWeimin,YaoChangli,etc.PrincipleofComputer-aideddesignofgeologicalmodelanditsApplication.Beijing:PressofGeology,2001,4-8
三维建模范文第5篇
关键词: 三维可视化 建模软件 构造
1、三维地质建模技术的关键
1.1 建立三维构造地质模型的技术关键
构造模型的建立主要由断层模拟、三维网格化、建立地层格架三部分组成,它是三维地质建模的基础,其精度直接影响到最终的模拟结果。在建模流程中, Petrel软件定义断层的方法很多,根据断层polygon、地层解释层面、输入的构造图、fault stick、断点都能生成断层。萨北开发区断层主要由测井解释对比得到的断点信息确定的,因此采用断点信息来构建断层。利用断点信息,通过make surface形成断层面,断面转换成模拟断面形状的线,线转换成模型中定义断层形状的Key Pillar。
断层模型建好后,利用已建立的断层和设置的边界经过Pillar网格化、make horizon、make zone三个步骤建立骨架模型。垂向上则利用地层对比结果,建立地层格架。
1.1.1校正斜井轨迹与斜井断点数据
由于斜井只有地面坐标和地下坐标,断点深度是测量深度,在二维上进行断点组合难度大且准确率低,所以在建立构造模型时,应用petrel软件内置的斜井轨迹校正程序,输入斜井的井斜角、方位角数据,建立斜井轨迹模型。对斜井的层面海拔深度进行校正,将测井解释层面深度回送到斜井井轨迹上,输出斜井轨迹数据,将对应层面点坐标及垂深进行校正。校正后使断点与斜井轨迹吻合,能准确反映出断点空间的真实位置,降低组合难度。
图1 斜井断点与轨迹
图2 lock to well top 示意图
1.1.2确保断层面穿过油层部位断点
结合断点平面上分布形态、断距变化的规律、断层面倾向和性质以及断层面两侧地层层位落差等,从上到下逐层将油层部分断点于相邻的Key Pillar进行锁定,确保断层平面在油层部位穿过断点。
1.1.3截断断层处理
断层空间组合一般包括相交与交叉断层和截断断层,相互截断的两条断层采取大断层截断小断层方法,即在断层的Key Pillars长短以及间距调整好的基础上,以大断层为主,运用断层截断工具,上截断、下截断或者交叉截断两个断层中对应的Key Pillar,将小断层附着到大断层上。
1.1.4断层附近构造异常处理方法
利用断层和层位产生HORIZON LINES,激活其控制点,调整层位在上下盘的位置直到合理,完成之后再做一次MAKE HORIZONS,使断层和层位接触关系按编辑结果重新计算,建立合理的断层边部构造。
1.2 建立三维相控属性地质模型的技术关键
1.2.1井所在网格值与单井单层属性曲线保持一致
利用scale up well log流程,对加载的单井孔隙度、渗透率、饱和度属性曲线数据进行离散化时采用最大值法,生成离散化属性模型。这样可保证井所在网格值与单井单层属性曲线保持一致。
1.2.2确定变异函数主方向
选择要模拟的沉积单元生成一张变差图,反映该沉积单元在平面上的变异性,由此确定主变程方向
1.2.3确定不同沉积微相控制下储层属性参数变成范围
受储层砂体沉积特征控制,储层属性参数的分布存在非均质性与各向异性,因此需要确定不同沉积环境下的不同沉积微相储层属性的主次方向以及垂向方向变程数据。
2 、三维地质模型在油田开发中的应用
2.1数字化油藏,展现三维形态
地质模型建立后,把地下的油藏形态进行了数字化,直观地反映出地层的构造形态,断层的倾向、走向、断层之间的相互关系,了解地层层位之间的接触关系。
2.2断点重组
断点数据在Petrel软件中的三维可视化,使过去抽象地按数据分析进行的断点组合直观化,从而降低了断点组合难度,并提高了准确度。从理论上讲,相同编号的断点应分布在同一平滑的曲面上,通过对14条断层的244个断点的反复分析判断后,发现绝大多数断点都在主断层面上,但有少数断点偏离主断层面分析其原因有以下几种情况:
2.2.1去除组合不当断点。例如1#井深820m处断点原来解释为71号断层的断点,经三维模型分析后,把这一个断点确定为孤立断点。
2.2.2修改断点归属。例如2#井井深1107m处断点,原归属724号断层,但三维显示该断点落在725号断层的断面上。经对比落实后,改为725号断层。
2.3利用模型生成各种地质图幅
根据建立的三维地质模型,生成了研究区的平面图,在平面图窗口(map windows)中,选中数据窗口中的井位(wells)、构造模型horizon中的某一层面以及所有断层模型(faults)和相应的层位,完成井位图、构造平面图等平面图的绘制,并可以在右键的setting中对显示效果进行调整,任意选择构造线的间隔深度,能够标识每条构造线的深度。
图3构造平面图
图4断层二维剖面图
3、结论
三维地质建模技术主要包括2个方面:三维构造地质模型与三维相控属性地质模型
总结出提高模型精度的技术方法,规范了Petrel软件建立三维地质模型的建模流程。
结合Petrel软件的三维显示功能,降低了断层断点组合难度,提高了断层模拟的精度。
(4) 通过Petrel软件地质图幅批量成图方法,解决手工绘制工作量大,成图速度慢的问题,提高地质图幅绘制效率。
参考文献:
1 吴胜和,等.储层建模.北京:石油工业出版社,1999
