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三維建模范文第1篇

關(guān)鍵詞：SharpGL；C#；動態(tài)鏈接庫；三維建模

中圖分類號：TP317.4

文獻標識碼：A

文章編號：16727800（2017）004020503

0引言

SharpGL是進行三維顯示的函數(shù)庫，其運行環(huán)境與平臺無關(guān)，能在Windows、Linux及Mac OS等操作系統(tǒng)上運行，故其在硬件、窗口及操作系統(tǒng)方面是相互獨立的，SharpGL能不依賴于任何硬件或操作系統(tǒng)即可運行。SharpGL本身只定義了一個標準，因此只要符合定義標準的函數(shù)庫，都可以稱為SharpGL標準函數(shù)庫。ATT、UNIX軟件實驗室、IBM等著名企業(yè)都采用OpenGL標準。SharpGL標準定義的函數(shù)庫分為4個部分：SharpGL核心庫、SharpGL實用庫、SharpGL輔助庫、SharpGL工具庫。SharpGL函數(shù)庫是一個實時渲染函數(shù)庫，能夠在短時間進行實時交互繪制。DirectX與其相似，但只能在Windows操作系統(tǒng)上執(zhí)行。 C#是微軟公司早在2000年就開始推出的一種高級編程語言，這種高級編程語言運行在.NET CLR環(huán)境上，并基于.NET Framework框架創(chuàng)作。C#是從C與C++語言派生出的，吸收了C與C++的優(yōu)點，并彌補了C與C++的缺點，從而產(chǎn)生功能強大、類型安全、更簡單的面向?qū)ο笳Z言。C#代碼框架具有面向?qū)ο蟆⒁妙惖雀拍睿瑤缀跄依ㄋ熊浖_發(fā)與工程研究的最新成果。相比較C與C++而言，C#具有語法簡單易學、配置與調(diào)制簡單、程序開發(fā)周期短等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于當今工程開發(fā)。本文將C#和SharpGL聯(lián)合，開發(fā)三維物體模型程序以提高效率。

1SharpGL函數(shù)庫

1.1SharpGL核心庫

SharpGL動態(tài)鏈接庫――核心庫包含約115個可以被調(diào)用的函數(shù)，統(tǒng)一將函數(shù)名的前綴命名為gl。核心庫函數(shù)用于常規(guī)圖形處理，應(yīng)用范圍較廣。同一個功能函數(shù)輸入不同類型的參數(shù)，從基本的115個函數(shù)中派生出來的函數(shù)表達式約有300。

1.2SharpGL實用庫

SharpGL動態(tài)鏈接庫――實用庫包含約43個可調(diào)用函數(shù)，統(tǒng)一將函數(shù)名的前綴命名為glu。SharpGL提供了豐富的繪圖函數(shù)命令，但所有圖形繪制都由點、線、面元素組合而成。glu函數(shù)通過調(diào)用核心庫函數(shù)，為軟件開發(fā)提供了相對簡單的用法，可實現(xiàn)較為復雜的操作[1]。

1.3SharpGL輔助庫

SharpGL動態(tài)鏈接庫――輔助庫包含約31個可調(diào)用函數(shù)，統(tǒng)一將函數(shù)名的前綴命名為aux。輔助庫函數(shù)提供面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)輸入輸出處理、窗口操作以及繪制一些簡單的三維物體。

〗1.4SharpGL工具庫

SharpGL動態(tài)鏈接庫――工具庫包含約30個可調(diào)用函數(shù)，統(tǒng)一將函數(shù)名的前綴命名為glut。glut是不依賴于任何操作系統(tǒng)平臺的SharpGL函數(shù)庫，用途是隱藏不同操作系統(tǒng)接口難題。工具庫函數(shù)以glut開頭，提供更為復雜的繪圖功能[2]。由于glut中的面向?qū)ο蟠翱诠芾砗瘮?shù)不依賴任何運行環(huán)境，因此SharpGL中的工具庫可以在各種操作系統(tǒng)中執(zhí)行命令[3]。

2SharpGL建模環(huán)境創(chuàng)建

2.1添加SharpGL引用

在Visual Studio 2012中建立C#應(yīng)用程序過程很簡單：在Visual Studio 2012編譯器環(huán)境中選擇新建項目――Visual C#--Windows窗體應(yīng)用程序，輸入項目名稱與解決方案名稱，然后保存在適當路徑位置，點擊確定，就成功創(chuàng)建了WindowsForms應(yīng)用程序。此時Visual Studio 2012會根據(jù)上一步的輸入，自動創(chuàng)建一個程序命名空間、一個窗體組建 （Form1）以及程序的主入口函數(shù) Main（string[] args）。 到此，Visual Studio 2012只是創(chuàng)建了應(yīng)用程序主體，即編譯環(huán)境，使用SharpGL還必須添加SharpGL的動態(tài)鏈接庫引用。在C#中，引用是通過using關(guān)鍵字實現(xiàn)的，在編寫代碼窗口上部輸入代碼： using SharpGL； 至此，SharpGL的動態(tài)鏈接庫引用工作完成，下一步工作就可使用SharpGL函數(shù)繪制三維物體模型了。

2.2創(chuàng)建SharpGL設(shè)備環(huán)境

使用SharpGL相關(guān)代碼開發(fā)三維物體模型時，必須先建立繪制設(shè)備環(huán)境。先拖拉一個可視化組件，用于顯示三維模型繪制。在Visual Studio 2012項目名稱中添加一個組件，命名為SharpGLControl，然后為創(chuàng)建的組件類進行對象實例化，編寫如下代碼：

// Get the SharpGL object. SharpGL gl = SharpGLControl.SharpGL；

為了在SharpGLControl對象組件上繪制三維物體模型，必須先進行初始化設(shè)置，這一點與其它程序語言不同。SharpGLControl加載如下：

//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繪制環(huán)境

由于SharpGL直接使用繪制環(huán)境，與設(shè)備環(huán)境沒有關(guān)聯(lián)。因此，還需要建立一個SharpGL繪制環(huán)境，否則SharpGL函數(shù)不能調(diào)用。在SharpGLControl_SharpGLDraw中定義了繪制環(huán)境相關(guān)函數(shù)，無需重寫這個函數(shù)就能直接調(diào)用。由于SharpGLControl_SharpGLDraw是由SharpGL類派生出來的，因而它具有Control類的全部屬性和功能。 SharpGL具有多種函數(shù)，繪制環(huán)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）；

通過以上步驟操作，SharpGL繪制環(huán)境創(chuàng)建工作就全部完成，在這個程序代碼環(huán)境中即可進行三維建模。SharpGL中創(chuàng)建的所有三維物體模型，如三維建筑物、家具、山峰等，都是用頂點描述的，因此三維物體模型繪制操作都可針對每個特征點進行計算，然后通過內(nèi)核矩陣函數(shù)進行光柵化形成二維像素。SharpGL的另一個核心模塊是矩陣算法變換，就是把三維物體模型轉(zhuǎn)換為二維圖像。

3三維建模算法

隨著計算機技術(shù)的不斷進步，在圖像、VR、游戲系統(tǒng)、醫(yī)療系統(tǒng)等領(lǐng)域構(gòu)造和使用的模型越來越復雜、越來越精細。這些復雜的物體模型，不但對計算機的處理速度以及存儲容量提出了更高要求，而且成為實時繪制物體模型、通信傳輸?shù)钠款i，因此物體模型簡化研究成為非常重要的科研課題。物體模型簡化指在保持原有模型基本不畸變的條件下，采用適當?shù)暮瘮?shù)算法減少該物體模型的三角面數(shù)、邊數(shù)、頂點數(shù)[3]。 三維物體模型因其表面凹凸不平，呈現(xiàn)一種連續(xù)變化的曲面，這種曲面無法用平面地D確切表示。單元三角形是三維物體模型的基本組建單元圖，為真實表現(xiàn)三維物體模型，每個單元三角形需要包括3個頂點和單元三角形的法向量，以此確定一個最小單位表面，不管多么復雜的三維物體模型都可以化解成多個單元三角形組合。對于同一物體，三維物體模型上的單元三角形并非獨立存在，而是所有單元三角形都是相互關(guān)聯(lián)的，這些關(guān)聯(lián)信息主要體現(xiàn)在以下兩方面：①鄰接關(guān)系即共邊與共頂點；②同一個單元三角形，法向量相等、法向量共面。通過上述單元三角形之間的聯(lián)系進行分類，即可組成不同的三維曲面模型。 三維物體模型三角網(wǎng)算法可通過兩個步驟實現(xiàn)：①在三維物體模型包含的所有點云數(shù)據(jù)中搜索符合單元三角形條件的點，建立單元三角形；②判斷搜索到的單元三角形是否有共邊關(guān)系，如果滿足條件，就將單元三角形添加到三維物體模型的表面，如果沒有則進行其它搜索。 SharpGL算法類定義如下：

public class Vertex public class Triangle ...... public class Mesh public void Compute（List set）

三維物體模型的噪點數(shù)據(jù)，必須去除點云數(shù)據(jù)的離群孤立點，編寫相關(guān)算法，設(shè)定除噪閾值。閾值參數(shù)為噪聲點閾值，小于這個值的點會刪除，否則就參與計算。 其它相關(guān)定義如下： 定義1：三維物體模型中任意兩個單元三角形共邊，則稱這兩個單元三角形相鄰； 定義2：三維物體模型中任意兩個單元三角形共頂點，則稱這兩個單元三角形相接； 定義3：如果存在一組單元三角形具有相接關(guān)系，且兩個單元三角形法向量相等，則這一組單元三角形在同一平面上； 定義4：如果存在一組單元三角形具有相接關(guān)系，且兩個單元三角形的法向量處于某個平面上，則這組單元三角形在同一個柱面上。

4建模關(guān)鍵環(huán)節(jié)

4.1SharpGL渲染流程

在使用SharpGL繪制過程中，需要完成的加載任務(wù)有：設(shè)置各種緩存，如顏色、深度等，加載場景物體表面貼膜紋理，設(shè)置光照與陰影模式，建立景物顯示列表、圖像質(zhì)量和材料性質(zhì)等[4]。SharpGL渲染步驟如下： ①輸入三維物體模型要渲染的點的云數(shù)據(jù)等相關(guān)信息；②設(shè)置攝像頭的位置和視角，調(diào)整視覺角度，把三維物體模型安置到三維場景合適的位置；③設(shè)置投影光照位置、方向、顏色、類型等屬性； ④設(shè)置三維物體模型顏色、紋理貼圖等材質(zhì)參數(shù)； ⑤將上述三維信息轉(zhuǎn)化為二維圖像。 SharpGL另一個重要模塊是三維矩陣模塊，據(jù)此進行三維物體模型的移動、旋轉(zhuǎn)和縮放。

三維建模范文第2篇

我所教授的學生是數(shù)控專業(yè)三年級的學生，他們已經(jīng)學過《機械制圖》、《機械基礎(chǔ)》等專業(yè)基礎(chǔ)課程，也學習了《數(shù)控編程》、《Master CAM》等專業(yè)課。特別是經(jīng)過了數(shù)控加工實習，對三維建模及簡單的編程加工有一定認識。

本次授課班級是除了正常的中職學習以外，還參加了十月份的成人高考，準備進入大專繼續(xù)學習。總體來說，學習積極性是比較高的，有部分同學基礎(chǔ)較好，在其它軟件的學習中已接觸了三維建模，已經(jīng)學會了三維建模的常規(guī)操作，但也有少部分同學可能認為反正準備讀大專了，對這門選修課的學習不以為然。

二、教學內(nèi)容分析

1.教材：由凌萃祥主編高教出版社出版的CAD/CAM實訓指導——UG軟件應(yīng)用實例。

2.內(nèi)容分析：本課程是一門選修課，周課時只有二節(jié)，而且是在該班參加了十月的成人高考后才開始講授。開設(shè)該課程的目的：一是成考語、數(shù)、英課程結(jié)束后的補充；二是讓數(shù)控專業(yè)的學生多學一門有關(guān)的軟件。在本節(jié)課前，學生才上了二次課。初步學會了UG2.0簡單二維圖形繪圖操作，在三維建模中剛學習了建立長方體及開矩形通槽的方法。本次課的學習內(nèi)容就是在此基礎(chǔ)上繼續(xù)學習與三維建模有關(guān)的操作，如開定位尺寸要求較高的槽、開孔、建圓柱及鏡像等基本操作，為接下來較復雜的三維建模打下基礎(chǔ)。

因該班學生是從開學后第八周才開始學習，學時比較緊張，學生二維線架學習不夠扎實，在講授時不能完全按照教材的內(nèi)容順序進行，因此對教學內(nèi)容進行了重組，在三維建模中先學習建立較簡單的實體，講解常用的三維建模基本操作，使內(nèi)容由淺入深，從易到難，循序漸進，以任務(wù)引領(lǐng)教學。

三、教學目標

1.認知目標：通過老師的教學活動及學生的實踐活動，學生能在UG2.0軟件中建立簡單的三維立體。2.能力目標：通過學習，學生不單會用UG2.0軟件進行建模，還可以與已學的其它軟件三維建模的方法作比較，選擇一個較適合的軟件重點學習，更好地適應(yīng)今后的工作。3.情感目標：在本課程的學習中，學生在教師的教學活動，自己的動手繪制實踐活動過程里，能做到老師邊講學生邊做，不斷地使學生體驗到成功的快樂，以此激發(fā)學生的學習興趣，增強他們學習的自信心。

四、教學策略設(shè)計

通過實例復習舊課任務(wù)引領(lǐng)，引入新課的教學內(nèi)容學生思考啟發(fā)式講解學生思考、練習、反饋老師歸納、總結(jié)學生綜合練習。

五、教學重點與難點

1.重點：不同的建模操作都涉及到定位方式及定位參數(shù)。

2.難點：隨著外形愈復雜，如何選擇合適的建模方法及建模次序。

六、教學媒體

在計算機實驗室利用“多媒體廣播教學系統(tǒng)”的轉(zhuǎn)播功能，實時轉(zhuǎn)播教學活動，方便快捷，提高教學效率。同時把整個建模操作連示范作圖的文檔發(fā)到學生機上，讓做的快的學生可以看著示例先做，而理解較慢的學生也可以在看完老師的操作后繼續(xù)慢慢理解，直到操作成功為止，這對于個別學習能力弱的學生，又是一個學習的機會。

七、教學過程設(shè)計

開這兩槽的順序是要注意的，順序搞錯操作就會失敗。8和14誰先開？根據(jù)開鍵槽的操作，如果先開寬14深4的槽，再開寬為8的槽時，放置平面較難選擇，更重要的是不能在定位時選擇垂直的定位方式，因此應(yīng)先開窄的再開寬的。

開槽的操作與前面所述基本相同，不同之處是鍵的長度要控制好，要符合要求。定位需要二次定位，第一次中線定位與通槽相同，第二次長度方向定位要有所考慮，距離應(yīng)為多少？為什么是零？

開寬為14的槽在輸入?yún)?shù)時要按槽深輸入，其余同上。

2.根椐對稱圖形特點將槽寬為8、14二槽進行鏡像操作

首先NG2.0在鏡像操作前必須建立一個對稱面，然后將槽寬為8、14二槽作為特征鏡像到對稱位置。

①建立一個對稱面（也叫鏡像面）。操作：插入成形特征基準平面基準平面對話框選擇三點建立平面用鼠標分別選擇該平面的特征點（本圖選擇上長方體30長的二個中點及下長方體60長的中點）。

②鏡像操作：點擊插入特征操作引用鏡像特征用鼠標選擇要鏡像的特征點擊選擇步驟中的鏡像平面選擇剛才建立的基準面確定。UG把孔、槽等看作特征，因此要選擇鏡像特征而不是鏡像體。選擇鏡像特征時用鼠標選擇圖中兩槽，如果看得懂也可以在部件中的特征列表中直接點選。通過點擊頂視圖圖標可以檢查全圖的對稱性。

③隱藏鏡像基準平面。用于特征操作的鏡像基準平面是不能刪除的，只能隱藏。操作：編輯隱藏隱藏選擇要隱藏的對象確定。

3.開R9的半圓孔

開孔的操作有二種：孔操作或建圓柱再用布爾運算中的差運算。

①孔。操作：孔簡單輸入孔有關(guān)參數(shù)（通孔的深度如何定）選擇放置平面選擇定位方式（垂直的）確定中心定位尺寸（孔作為刀具）確定水平定位尺寸（半圓孔如何定）。

②建立圓柱再用布爾運算。操作：圓柱直徑、高度選擇圓柱軸線方向輸入直徑、高度確定圓柱的原點布爾操作中選擇減。選擇圓柱的軸線方向要與后面的原點選擇相對應(yīng)，以保證高度為正值。

八、教學反思

三維建模范文第3篇

關(guān)鍵詞：三維動畫;建模;創(chuàng)新改進

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1005-5312（2015）06-0119-01

從我國目前的三維動畫制作過程，要想創(chuàng)建良好的三維模型，這是因為三維動畫制作的首要目標就是要能夠確保三維模型的質(zhì)量。因為三維模型制作的質(zhì)量將會直接影響到動畫的質(zhì)量，所以，建模方法可以說在三維動畫的制作過程中占據(jù)著極其重要地位。從現(xiàn)階段來看，我國三維動畫制作領(lǐng)域中的建模方法有很多，其中主要是利用多邊形的建模，面片建模以及變形球建模等方法，以下筆者就簡要談?wù)劯鞣N建模方法的創(chuàng)新改進措施。

一、多邊形建模方法

多邊形建模一般是適應(yīng)于創(chuàng)建形狀規(guī)則和無曲面的對象。在使用多邊形的建模上，可以先創(chuàng)建基本的幾何體，并且根據(jù)要求使用相應(yīng)的編輯修改器適當調(diào)整或者改變某個物體的形狀，又或者是通過布爾運算和放樣以及曲面片的造型組合來構(gòu)建對象，整體上構(gòu)建多邊形的建模，使其三維動畫更加簡單、便捷，但是，多邊形的建模方法難以生成比較光滑的曲面。而對于我國創(chuàng)建好的模型來說，還可以通過適當調(diào)整建模參數(shù)來獲得不同的分辨率模型，進而能夠更好地適應(yīng)虛擬化的場景，并能夠?qū)崟r進行顯示的需要。另外，還可以通過利用這種方法確立相應(yīng)的物體表面。在物體表面上應(yīng)該要能夠由直線構(gòu)成，這種多邊形的建模方法可以適應(yīng)于室內(nèi)設(shè)計和環(huán)境藝術(shù)設(shè)計等方面。

二、NURBS建模方法的運用

NURBS建模方法一般是適用于曲線組成的曲面，而且這種曲面所形成的立體化建模，可以進行適當?shù)母倪M。總的來說，曲線控制點上可以對曲線的曲率、方向以及長短的方面進行有效控制。從另外一方面來看，NURBS建模方法根本上可以說是計算機圖形學上的一個概念，NURBS建模方技術(shù)在近些年以來取得相當不錯的成績，在三維動畫中經(jīng)常使用這種建模方法，尤其是在創(chuàng)建光滑的、復雜的模型時候最為常見，并且這種NURBS建模方法在各個方面的領(lǐng)域運用極其廣泛，同時，這種建模方法在細節(jié)上的逼真程度上具有其他建模方法不可比擬的優(yōu)越度。但是，我們也應(yīng)該要能夠看到NURBS建模方法則必須要使用當前最為逼真的曲面片作為基本的建模單元，這樣也就會在某種程度上限制了建模方法優(yōu)勢的發(fā)揮。其中，NURBS建模方法的不足之處主要體現(xiàn)在以下幾個方面;其中，NURBS曲面僅僅只有幾種拓撲的結(jié)構(gòu)，這樣就很難在制作拓撲結(jié)構(gòu)的過程中進行細微的處理。例如帶空洞的物體等。在另外一方面，NURBS曲面片的基本結(jié)構(gòu)就是網(wǎng)格狀，如果是模型上比較復雜，這樣就會直接導致控制點的急劇增加，也很難在實際操作過程中對其進行控制。通常的NURBS建模方法是很難構(gòu)建帶有“分支”的物體結(jié)構(gòu)，從而在某種程度上對三維動畫技術(shù)形成了局限性。但是從模型的建構(gòu)真實性上卻具有很大的優(yōu)勢，例如現(xiàn)代化的汽車企業(yè)設(shè)計都是源于NURBS的建模方法，從而可以創(chuàng)建良好的平滑和流線型的表面。

三、細分曲面技術(shù)的建模運用

一般來說，細分曲面技術(shù)在整體上提升了建模的能力。從某種程度上看，細分曲面技術(shù)在很大程度上可以有效改進建模方法上的弊病，而且細分曲面技術(shù)在很大程度上可以有效改進我國三維動畫建模的不足之處，在片面建模上看，細分曲面技術(shù)作為一種獨立的模型，其主要的發(fā)展主要是從多邊形逐漸衍生而來的。同樣的，細分曲面技術(shù)的網(wǎng)格可以任意改變形狀，所以，可以很容易構(gòu)建各種拓撲結(jié)構(gòu)，使其能夠始終保持曲面良好的光滑性，細分曲面技術(shù)另外一個重要特點就是進行“細分”，這就是要不僅僅要能夠在物體局部上增加細節(jié)，不需要對物體整體上增加復雜性，這樣就能夠有效維持和增加細節(jié)物體上的光滑性。而細分曲面建模在任務(wù)部分的建模上經(jīng)常被采用。

從整體上看，隨著我國計算技術(shù)日漸成熟，我國三維動畫市場的不斷拓展，利用三維動畫建立相應(yīng)的模型來進一步促進各個領(lǐng)域的發(fā)展，這已經(jīng)成為當前三維動畫建模發(fā)展的趨勢。為此，為了能夠更好地促進我國三維動畫建模能夠緊跟時展的潮流，這就必須要對各種建模方法進行改革和摸索，才能更好地促進我國三維動畫建模事業(yè)的發(fā)展。所以，本文筆者就簡要介紹幾種不同的建模方法，針對不同建模方法的優(yōu)勢進行探索，選擇適合自身的建模方法逐漸成為大眾的共識。那么，如何有效地選擇相應(yīng)的三維軟件和建模技術(shù)來體現(xiàn)出各自獨具特色的角色模型，以及如何有效的選擇高效、準確、合理地運用的運用各種不同建模技術(shù)，這是值得我們?nèi)S動畫建模人員需要不斷進行探索的內(nèi)容。逐步認識到各種建模方法的優(yōu)勢和不足之處，靈活運用各種建模方法。只有這樣，才能更好地促進我國三維動畫建模的發(fā)展，促進我國社會經(jīng)濟的穩(wěn)步前行。

參考文獻：

[1]徐紅霞，楊艷.軟件開發(fā)方法中的增量模型在三維動畫建模中的應(yīng)用[J].電腦開發(fā)與應(yīng)用，2011（08）.

三維建模范文第4篇

國外三維地質(zhì)建模和可視化研究發(fā)展較快。加拿大阿波羅科技集團公司推出的三維建模與分析軟件MicroLYNX，通過對離散點采樣、鉆探采樣和探槽采樣等空間數(shù)據(jù)的處理，產(chǎn)生剖面、塊和面等模型，確定礦藏分布和等級變化并計算礦藏儲量。加拿大GemcomSoftwareInternationalInc.公司開發(fā)的Gemcom軟件通過鉆孔、點、多邊形等數(shù)據(jù)，利用實用的圖形編輯和生成工具，顯示鉆孔孔位分布，運用不規(guī)則三角網(wǎng)建立表面和實體模型，運用多義線圈閉巖層和礦體邊界進行儲量和品位分析，提供了交互操作功能并允許用戶根據(jù)自己的經(jīng)驗和專家知識勾畫地質(zhì)模型，實現(xiàn)任意剖面切割任意角度觀察和實體與實體或?qū)嶓w與表面的交切與布爾運算等。國外軟件主要是瞄準采礦工程，能夠較好地滿足采礦工程活動中的礦產(chǎn)資源勘探和評價、地下礦井和露天礦坑設(shè)計和規(guī)劃、礦產(chǎn)資源管理和采礦生產(chǎn)管理等需求。美國Kinetix公司開發(fā)的3DStudioMAX，Alias/Wavefront公司開發(fā)的Maya和微軟公司開發(fā)的Softimage等大眾化的三維建模軟件，在構(gòu)建工業(yè)和建筑模型與動畫制作方面有其獨到之處，但交互查詢的功能較弱，與工程勘測數(shù)據(jù)庫結(jié)合并應(yīng)用于工程地質(zhì)三維建模方面還有較大距離。

張菊明等對風化帶分布、多層地層等地質(zhì)信息的可視化和斷層錯斷巖層的表達和顯示的算法[1,2]進行了較為深入的研究，為工程地質(zhì)三維可視化軟件的開發(fā)準備了數(shù)學基礎(chǔ)，并借助AutoCAD平臺實現(xiàn)了復雜三維地質(zhì)圖形的顯示。國內(nèi)的靈圖VRMap地理信息系統(tǒng)軟件有較強的地形模擬和地表地物的查詢功能，但不是真三維的地質(zhì)建模工具。北京東方泰坦科技有限公司開發(fā)TITAN三維建模軟件，基于框架建模的思想，利用平行或基本平行的剖面數(shù)據(jù)，建立起三維空間復雜形狀物體的真三維實體模型，但目前只是初步的三維建模與圖形處理的引擎，在面向具體專業(yè)時，需要添加或擴充專業(yè)模塊，比如工程地質(zhì)專業(yè)模塊等。

縱觀國內(nèi)外幾種軟件的研究與開發(fā)現(xiàn)狀，它們?yōu)楣こ痰刭|(zhì)三維建模與可視化打下了很好的技術(shù)基礎(chǔ)，提供了很寶貴的開發(fā)經(jīng)驗。但是，對于工程地質(zhì)專業(yè)的地質(zhì)體建模與可視化分析的針對性不強，不能夠很好地滿足工程地質(zhì)生產(chǎn)與研究的專業(yè)功能需要。因此本文將從分析工程地質(zhì)的三維建模和可視化的關(guān)鍵技術(shù)問題入手，簡單描述作者在工程地質(zhì)三維建模和可視化方面的初步開發(fā)研究成果。

2關(guān)鍵技術(shù)問題分析2.1離散數(shù)據(jù)的插值與擬合

工程地質(zhì)復雜地質(zhì)體中的各種地質(zhì)信息，包括地表地形、地下水位、地層界面、斷層、節(jié)理、風化帶分布、侵入體及各種地球物理、地球化學、巖土體的物理力學參數(shù)或數(shù)據(jù)的等值面(線)等，都可以看作是三維空間中的函數(shù)，它們的擬合函數(shù)要根據(jù)實際勘測數(shù)據(jù)建立，實測數(shù)據(jù)越豐富，越能夠真實描繪出這些信息的空間分布規(guī)律。地表地形測量數(shù)據(jù)、地下水位埋深測量信息等的單值曲面圖形生成可歸結(jié)為雙自變量離散數(shù)據(jù)的插值和擬合，多值曲面如倒轉(zhuǎn)褶皺和空間等值面等，則應(yīng)采用多參變量插值等其他一些較復雜的方法。空間曲面插值函數(shù)有以下構(gòu)造方法，如與距離成反比的加權(quán)方法(Shepard方法)，徑向基函數(shù)插值法(Multiquadric方法)[3]，平面彈性理論插值法[1,2]等，它們同樣適用于單個連續(xù)地層界面、地球物理勘探數(shù)據(jù)、地球化學勘探數(shù)據(jù)以及巖土體物理力學參數(shù)在地質(zhì)體空間的分布。

2.2三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

工程地質(zhì)體一般是不規(guī)則形體，在計算機圖形學中曲線和曲面總是分別通過很多微小直線段和微小三角面逼近來模擬地層巖性界線和巖層曲面，即巖層界面（和地表曲線、地下水位面等地質(zhì)層面界線）和巖層曲面都分別是許多微小直線段和微小三角面的集合。地質(zhì)體三維空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是工程地質(zhì)三維建模和可視化的基礎(chǔ)，這就要求必須具備有效的分層的三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，能夠確保人機交互和查詢的實現(xiàn)。

2.3曲面求交

地質(zhì)體中存在大量各種層面，當出現(xiàn)地層不整合、斷層錯斷巖層、地層尖滅和地下水出露于河谷地表等情形時，就自然會遇到曲面間求交的問題；地質(zhì)體三維模型的上部邊界是地表曲面，通過數(shù)學方法擬合出的巖層面或地下水位面不應(yīng)超出地表曲面，即超出部分不應(yīng)顯示。同樣的，當顯示多層地層時，下面的每一巖層應(yīng)以其上一巖層為邊界。因此，為了可視化地層界面必須要解決地層面與地表、斷層面和其他地層面的求交問題。另一方面，在剖面圖成圖時，地質(zhì)界線的繪制是通過顯示剖面(平面)與各種地質(zhì)界面(曲面)求交所得出的交線。因此曲面求交包括地質(zhì)界面（層面）之間的相交，和地質(zhì)界面與剖面的相交兩類問題。

2.4三維拓撲結(jié)構(gòu)分析

從地質(zhì)學角度看，拓撲是地質(zhì)對象間關(guān)系的表格，拓撲表存儲層位間上覆、下伏和交切(被斷層切割后地層的拓撲表達)等的地層學關(guān)系及地質(zhì)空間位置關(guān)系。拓撲也可視為允許這些地質(zhì)關(guān)系合理儲存的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。例如，考慮多層地層，上一個巖層的底面和與其相鄰的下一個巖層的頂面是上下巖層這兩個實體的公共部分或共享邊界，它們之間的拓撲關(guān)系就是相鄰和同一的關(guān)系，在存儲數(shù)據(jù)時只存儲上一個巖層的底面或其相鄰的下一個巖層的頂面，即相鄰巖層的邊界曲面可以存為一個地層曲面，大大減少數(shù)據(jù)存儲量。評價地質(zhì)模型系統(tǒng)的優(yōu)缺點往往決定于描述地質(zhì)對象所用的拓撲結(jié)構(gòu)[4]。

2.5可視化技術(shù)

工程地質(zhì)復雜地質(zhì)體可視化，是利用計算機技術(shù)將工程勘測獲得的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換為形象直觀的便于進行交互分析的地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)空間形態(tài)的立體圖和剖面圖形，其基礎(chǔ)是工程數(shù)據(jù)和測量數(shù)據(jù)的可視化〔5〕。利用可視化技術(shù)可以從龐大的地質(zhì)勘測數(shù)據(jù)中構(gòu)造出地質(zhì)工程中對于邊破穩(wěn)定性和地下硐室變形破壞等起關(guān)鍵作用的巖層和結(jié)構(gòu)面，并顯示其范圍、走向和相互交切關(guān)系，幫助工程地質(zhì)人員對原始數(shù)據(jù)做出正確解釋，繼而為工程地質(zhì)分析具體問題提供決策支持。

3工程地質(zhì)三維可視化技術(shù)的初步開發(fā)與應(yīng)用3.1研究框圖

工程地質(zhì)復雜地質(zhì)體三維建模與可視化的研究框圖如圖1所示。

基于離散采樣數(shù)據(jù)的插值與擬合的思想，即將離散數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為連續(xù)曲線曲面,工程地質(zhì)復雜地質(zhì)體三維建模與可視化的過程是，從勘探數(shù)據(jù)庫中提取各種地質(zhì)信息的坐標位置及巖土體的物理力學參數(shù)，通過不同的擬合與插值函數(shù)得到地質(zhì)層面(曲面)和地質(zhì)實體的三維計算機圖形顯示，表達地質(zhì)信息在研究區(qū)域內(nèi)的分布規(guī)律。生成地質(zhì)巖層面和地質(zhì)實體后，實現(xiàn)從任意角度觀察建立的模型，實現(xiàn)根據(jù)指定的剖面走向、傾向和傾角生成垂直剖面。

3.2初步開發(fā)與應(yīng)用3.2.1工程勘測空間數(shù)據(jù)庫管理

在收集整理現(xiàn)場勘測數(shù)據(jù)后錄入金沙江某水電工程勘測空間數(shù)據(jù)庫各分項數(shù)據(jù)表，這些數(shù)據(jù)表不僅包括地質(zhì)信息的位置數(shù)據(jù)，更重要的是提供屬性數(shù)據(jù)。

以地層巖性數(shù)據(jù)表為例，要求錄入鉆孔編號、巖層起始深度、巖層終止深度、層厚、巖性（地層名稱）、地層代碼（地層年代）、巖層走向、巖層傾向、巖層傾角、接觸關(guān)系、地質(zhì)描述等數(shù)據(jù)。隨著工程勘測的進展，能夠方便地修改補充和管理勘測數(shù)據(jù)。圖2是工程勘測數(shù)據(jù)庫中鉆孔地層系統(tǒng)數(shù)據(jù)表的管理界面。

3.2.2三維瀏覽

通過孔口坐標和測量數(shù)據(jù)等的離散數(shù)據(jù)的擬合和插值法繪制壩址區(qū)的右岸地表曲面網(wǎng)格（圖3），進而可在三維圖形環(huán)境中進行虛擬現(xiàn)實瀏覽觀察（圖4）。

3.2.3三維地質(zhì)立體圖

利用工程勘測數(shù)據(jù)，建立了壩址區(qū)右岸三維立體地質(zhì)圖。該壩址區(qū)自上而下地層巖性組合為：第四系崩坡堆積物，侏羅系泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖，三疊系上統(tǒng)厚至巨厚層狀細至中粒砂巖，三疊系上統(tǒng)薄至中厚層狀粉細紗巖、粉砂巖，三疊系上統(tǒng)中厚至厚層狀中粗砂巖。通過有限的工程勘測數(shù)據(jù)得出的立體圖，能夠較好地滿足工程地質(zhì)的精度。圖5表達了該壩址區(qū)右岸三維地質(zhì)圖。

3.2.4三維可視化查詢

通過圖形與工程勘測數(shù)據(jù)庫中的屬性數(shù)據(jù)的鏈接，實現(xiàn)可視化查詢地層巖性和其他工程地質(zhì)信息，最終完成向三維地質(zhì)信息系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變。圖6是一簡單的被斷層錯斷的水平多層地層模型，通過模型的每個地層實體名稱與數(shù)據(jù)表中的巖石名稱字段對應(yīng)鏈接，能夠查詢地層的巖性，地質(zhì)年代，起止深度和地質(zhì)描述等工程地質(zhì)人員關(guān)心的地質(zhì)信息。

4結(jié)論

(1)運用先進的可視化技術(shù)與交互圖形技術(shù)建立數(shù)據(jù)庫，存儲和管理現(xiàn)場勘探實測和試驗數(shù)據(jù)，建立工程地質(zhì)體的三維模型，工程地質(zhì)工作者可隨著勘察或研究工作的不斷深入細致，對研究(工作)區(qū)域隨時補充信息來自動顯示地質(zhì)信息在研究(工作)區(qū)域內(nèi)的分布，從而不斷提高模型精度，并且利用模型反饋回來的信息及時發(fā)現(xiàn)已有勘察工作中的不足，從而及時修改勘察或研究工作方案，指導下一步勘探或研究工作的實施。

(2)工程地質(zhì)三維建模與可視化的深入研究，可以充分利用已有現(xiàn)場勘探實測或試驗數(shù)據(jù)，達到節(jié)約投資減少勘察或研究成本的目的。當現(xiàn)場勘探和試驗數(shù)據(jù)資料不足情況下，通過對已有數(shù)據(jù)的插值與擬合到建立三維模型，可以推斷和預(yù)測未知區(qū)域或研究較少區(qū)域的地質(zhì)信息或巖土體物理力學參數(shù)的分布趨勢，從而為減少勘探工作量提供科學的可靠的依據(jù)，達到節(jié)約花費，為生產(chǎn)或研究部門產(chǎn)生直接經(jīng)濟效益的目的。

(3)工程地質(zhì)巖土體是復雜的不規(guī)則形體，存在各種地質(zhì)巖性層面、結(jié)構(gòu)面以及各種空間分布的地質(zhì)與力學信息，完全表達地質(zhì)信息的空間分布及巖層和結(jié)構(gòu)面間的位置關(guān)系，工程地質(zhì)三維建模與可視化研究是大有作為的。

參考文獻：

[1]張菊明.三維地質(zhì)模型的設(shè)計和顯示,中國數(shù)學地質(zhì)進展.北京:地質(zhì)出版社,1995,158-167

ZhangJuming.DesignandDisplayofthree-dimensionalgeologicalmodel,AdvancementofChinesemathematicalgeology.Beijing:PressofGeology,1995,158-167

[2]張菊明孫惠文劉承祚.局部間斷擬合函數(shù)在地質(zhì)曲面分析和顯示中的應(yīng)用,中國數(shù)學地質(zhì)進展.北京:地質(zhì)出版社，1995,14-23

ZhangJuming,SunHuiwen,LiuChengzuo.Applicationofpartiallydiscontinuousfittingfunctioninanalysisanddisplayofgeologicalcurvesurface,AdvancementofChinesemathematicalgeology.Beijing:PressofGeology,1995,14-23

[3]唐澤圣等.三維數(shù)據(jù)場的可視化.北京:清華大學出版社,1999,130-135

TangZesheng,etc.Visualizationofthree-dimensionaldatasets.Beijing:PressofTsinghuaUniversity,1999.130-135

[4]孟小紅王衛(wèi)民姚長利等.地質(zhì)模型計算機輔助設(shè)計原理與應(yīng)用.北京:地質(zhì)出版社，2001,4-8.

MengXiaohong,WangWeimin,YaoChangli,etc.PrincipleofComputer-aideddesignofgeologicalmodelanditsApplication.Beijing:PressofGeology,2001,4-8

三維建模范文第5篇

關(guān)鍵詞: 三維可視化 建模軟件 構(gòu)造

1、三維地質(zhì)建模技術(shù)的關(guān)鍵

1.1 建立三維構(gòu)造地質(zhì)模型的技術(shù)關(guān)鍵

構(gòu)造模型的建立主要由斷層模擬、三維網(wǎng)格化、建立地層格架三部分組成,它是三維地質(zhì)建模的基礎(chǔ),其精度直接影響到最終的模擬結(jié)果。在建模流程中, Petrel軟件定義斷層的方法很多,根據(jù)斷層polygon、地層解釋層面、輸入的構(gòu)造圖、fault stick、斷點都能生成斷層。薩北開發(fā)區(qū)斷層主要由測井解釋對比得到的斷點信息確定的,因此采用斷點信息來構(gòu)建斷層。利用斷點信息,通過make surface形成斷層面,斷面轉(zhuǎn)換成模擬斷面形狀的線,線轉(zhuǎn)換成模型中定義斷層形狀的Key Pillar。

斷層模型建好后,利用已建立的斷層和設(shè)置的邊界經(jīng)過Pillar網(wǎng)格化、make horizon、make zone三個步驟建立骨架模型。垂向上則利用地層對比結(jié)果,建立地層格架。

1.1.1校正斜井軌跡與斜井斷點數(shù)據(jù)

由于斜井只有地面坐標和地下坐標,斷點深度是測量深度,在二維上進行斷點組合難度大且準確率低,所以在建立構(gòu)造模型時,應(yīng)用petrel軟件內(nèi)置的斜井軌跡校正程序,輸入斜井的井斜角、方位角數(shù)據(jù),建立斜井軌跡模型。對斜井的層面海拔深度進行校正,將測井解釋層面深度回送到斜井井軌跡上,輸出斜井軌跡數(shù)據(jù),將對應(yīng)層面點坐標及垂深進行校正。校正后使斷點與斜井軌跡吻合,能準確反映出斷點空間的真實位置,降低組合難度。

圖1 斜井斷點與軌跡

圖2 lock to well top 示意圖

1.1.2確保斷層面穿過油層部位斷點

結(jié)合斷點平面上分布形態(tài)、斷距變化的規(guī)律、斷層面傾向和性質(zhì)以及斷層面兩側(cè)地層層位落差等,從上到下逐層將油層部分斷點于相鄰的Key Pillar進行鎖定,確保斷層平面在油層部位穿過斷點。

1.1.3截斷斷層處理

斷層空間組合一般包括相交與交叉斷層和截斷斷層,相互截斷的兩條斷層采取大斷層截斷小斷層方法,即在斷層的Key Pillars長短以及間距調(diào)整好的基礎(chǔ)上,以大斷層為主,運用斷層截斷工具,上截斷、下截斷或者交叉截斷兩個斷層中對應(yīng)的Key Pillar,將小斷層附著到大斷層上。

1.1.4斷層附近構(gòu)造異常處理方法

利用斷層和層位產(chǎn)生HORIZON LINES,激活其控制點,調(diào)整層位在上下盤的位置直到合理,完成之后再做一次MAKE HORIZONS,使斷層和層位接觸關(guān)系按編輯結(jié)果重新計算,建立合理的斷層邊部構(gòu)造。

1.2 建立三維相控屬性地質(zhì)模型的技術(shù)關(guān)鍵

1.2.1井所在網(wǎng)格值與單井單層屬性曲線保持一致

利用scale up well log流程,對加載的單井孔隙度、滲透率、飽和度屬性曲線數(shù)據(jù)進行離散化時采用最大值法,生成離散化屬性模型。這樣可保證井所在網(wǎng)格值與單井單層屬性曲線保持一致。

1.2.2確定變異函數(shù)主方向

選擇要模擬的沉積單元生成一張變差圖,反映該沉積單元在平面上的變異性,由此確定主變程方向

1.2.3確定不同沉積微相控制下儲層屬性參數(shù)變成范圍

受儲層砂體沉積特征控制,儲層屬性參數(shù)的分布存在非均質(zhì)性與各向異性,因此需要確定不同沉積環(huán)境下的不同沉積微相儲層屬性的主次方向以及垂向方向變程數(shù)據(jù)。

2 、三維地質(zhì)模型在油田開發(fā)中的應(yīng)用

2.1數(shù)字化油藏,展現(xiàn)三維形態(tài)

地質(zhì)模型建立后,把地下的油藏形態(tài)進行了數(shù)字化,直觀地反映出地層的構(gòu)造形態(tài),斷層的傾向、走向、斷層之間的相互關(guān)系,了解地層層位之間的接觸關(guān)系。

2.2斷點重組

斷點數(shù)據(jù)在Petrel軟件中的三維可視化,使過去抽象地按數(shù)據(jù)分析進行的斷點組合直觀化,從而降低了斷點組合難度,并提高了準確度。從理論上講,相同編號的斷點應(yīng)分布在同一平滑的曲面上,通過對14條斷層的244個斷點的反復分析判斷后,發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)斷點都在主斷層面上,但有少數(shù)斷點偏離主斷層面分析其原因有以下幾種情況:

2.2.1去除組合不當斷點。例如1#井深820m處斷點原來解釋為71號斷層的斷點,經(jīng)三維模型分析后,把這一個斷點確定為孤立斷點。

2.2.2修改斷點歸屬。例如2#井井深1107m處斷點,原歸屬724號斷層,但三維顯示該斷點落在725號斷層的斷面上。經(jīng)對比落實后,改為725號斷層。

2.3利用模型生成各種地質(zhì)圖幅

根據(jù)建立的三維地質(zhì)模型,生成了研究區(qū)的平面圖,在平面圖窗口(map windows)中,選中數(shù)據(jù)窗口中的井位(wells)、構(gòu)造模型horizon中的某一層面以及所有斷層模型(faults)和相應(yīng)的層位,完成井位圖、構(gòu)造平面圖等平面圖的繪制,并可以在右鍵的setting中對顯示效果進行調(diào)整,任意選擇構(gòu)造線的間隔深度,能夠標識每條構(gòu)造線的深度。

圖3構(gòu)造平面圖

圖4斷層二維剖面圖

3、結(jié)論

三維地質(zhì)建模技術(shù)主要包括2個方面:三維構(gòu)造地質(zhì)模型與三維相控屬性地質(zhì)模型

總結(jié)出提高模型精度的技術(shù)方法,規(guī)范了Petrel軟件建立三維地質(zhì)模型的建模流程。

結(jié)合Petrel軟件的三維顯示功能,降低了斷層斷點組合難度,提高了斷層模擬的精度。

(4) 通過Petrel軟件地質(zhì)圖幅批量成圖方法,解決手工繪制工作量大,成圖速度慢的問題,提高地質(zhì)圖幅繪制效率。

參考文獻:

1 吳勝和,等.儲層建模.北京:石油工業(yè)出版社,1999