[发明专利]一种地下环境三维可视化漫游技术

说明书

技术领域

本发明涉及一种地下环境三维可视化漫游技术，具体说是一种利用计算机程序对地下环境进行三维渲染来实现漫游的技术。

技术背景

随着地质勘探技术的不断发展和完善，人类对地下地下环境的探知需求日益增强，如何将大量的勘探数据转化成人们能看得到的三维虚拟场景已经成为目前研究的热点。

传统的地理信息表达主要有两种，第一种是采用剖面图进行表达，如横截面图、纵剖面图等；第二种是采用平行投影原理将地理信息投影到两个以上的平面上进行组合来表达。以上两种地理信息表达方式主要有两个缺点，其一是剖面图和投影组合图表达的是二维的信息，无法完整的表示出地质体结构所具有的三维空间信息；其二是剖面图和投影组合图不够形象直观，传递的信息量有限，通过二维图来挖掘具有三维空间特征的地质信息比较困难。

在过去的时间里，有学者基于地质体三维模型构建方法提出了三维可视化系统，比如祁民等提出一种基于地球物理场数据的地质体三维可视化系统，通过编程将地球物理场数据转化成地质三维模型，该系统可实现对模型的多种操作，如平移、放缩旋转、切割等。该系统的特点是将数据还原为三维模型并可实现多种三维操作，不足之处是只能从外表观察模型，不能从模型内部观察地质信息。

发明内容

本发明的目的在于提供一种地下环境三维可视化漫游技术，以解决场景漫游中不能充分显示地层与构筑物空间位置信息的问题。

为了实现发明目的，采用的技术方案如下：

一种地下环境三维可视化漫游技术，包括如下步骤：

(1)利用现有三维软件工具建立地下构筑物模型，将模型空间信息导入数据库，利用图形硬件对构筑物模型进行绘制；

(2)将地层初始化为三棱柱体并对三棱柱进行编号，将编号添加为索引值，同时将边界上的三棱柱水平投影至边界平面上，形成模型边界，通过图形硬件对边界进行绘制；

(3)根据当前视点所在位置高度，识别相应地层并获取对应的三棱柱分组索引值，根据索引值搜索三棱柱体并添加入显示链表；

(4)通过三维图形编程接口编辑绘制程序，利用图形硬件对视点前方的三棱柱体进行半透明渲染绘制。

(5)通过改变视点位置和视线角度来更新场景绘制实现三维地下环境漫游。

附图说明

图1为本发明的实施方式流程图；

图2为组成地层模型的三棱柱体；

图3为地下环境三维漫游场景。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

本发明主要通过计算机软件实现，包括下列步骤：

(1)创建地下构筑物模型，利用现有三维软件工具，如3D Max、AutoCAD等，对地下构筑物进行精细建模，模型以二进制数据的形式存储于文件中，可随时调用。

(2)将平面区域三角形网格在竖直方向向地层分界面投影，构造为地层三棱柱，并对同一层的地层三棱柱进行编号，将编号添加为索引值，同时将边界上的三棱柱水平投影至边界平面上，形成模型的包围边界，通过图形硬件对边界进行绘制。

(3)通过函数获取当前视点的位置高度，利用高度值识别对应的地层分组索引值，根据索引值搜索三棱柱并且添加入显示链表。

(4)通过三维图形编程接口，如OpenGL，利用编程语言编绘制程序，由图形硬件对视点前方的三棱柱体进行半透明渲染绘制。

(5)通过改变视线角度和视点位置，用户可观看不同位置的地层和地下构筑物，不断更新绘制的场景，从而实现三维地下环境漫游。

本发明应用在高速公路空间地理信息可视化管理系统(HSIVS)的研制中。应用过程如下：

1、根据工程单位提供的施工图纸，用三维工具软件对地下构筑物进行精细建模，建立模型数据库。

2、根据工程单位提供的钻孔资料，建立钻孔信息数据库；

3、提取工程所在区域的钻孔坐标数据和土层信息，并对各钻孔的地层信息进行预处理：

3a、将地层主层号与亚层号相结合作为地层层序，即层序＝主层号*10+亚层号，并将地层信息按层深从小到大排序；

3b、计算每个钻孔中各种地层的层顶和层底坐标。

4、在上述钻孔信息预处理的基础上，运用空间插值算法生成三角网格，将三角网格在竖直方向的投影形成三棱柱体，从而建立三维地层：

5、对地下构筑物和地层进行渲染绘制，改变视点位置和视线角度，实现三维地下环境漫游。