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第1章 绪论 1

1.1虚拟地质建模与可视化的含义 1

1.2虚拟地质建模与可视化的重要意义 2

1.3国内外研究现状与发展趋势 4

1.3.1三维地质模型设计 5

1.3.2三维地质建模体系结构 9

1.3.3可视化设计环境 10

1.3.4应用进展 12

1.3.5面临的关键难题 14

1.4虚拟地质建模与可视化系统设计 15

1.4.1设计目标 15

1.4.2虚拟地质环境组成 15

1.4.3系统体系结构 15

第2章 数学基础与理论方法 17

2.1基本原理 17

2.1.1基本概念 17

2.1.2基本几何定义 18

2.1.3相关准则 18

2.2基本几何算法 20

2.2.1几何定位 20

2.2.2凸壳 23

2.2.3 Voronoi图 24

2.2.4二维Delaunay三角化 25

2.2.5 Delaunay四面体化 29

2.3实体集合运算 32

2.3.1 Boolean运算 32

2.3.2曲面求交运算 33

2.4空间插值方法 37

2.4.1三次样条插值函数 37

2.4.2 B样条函数曲线及曲面插值 39

2.4.3反向距离加权插值 40

2.4.4 Kriging插值 40

2.4.5离散光滑插值 42

2.4.6神经网络插值 45

第3章 空间数据模型 47

3.1空间数据模型基础 47

3.1.1空间数据模型 47

3.1.2几何元素定义 48

3.2空间数据模型分类 49

3.3模型设计方法 51

3.3.1线框表达模型 51

3.3.2表面表达模型 52

3.3.3实体模型 55

3.3.4混合模型 58

3.4地质体空间几何模型 60

3.4.1超体元实体模型 60

3.4.2断层数学模型 61

3.4.3褶皱几何模型 64

3.5空间属性模型 65

第4章 基于多源数据集成的三维地质建模 67

4.1概述 67

4.1.1基于剖面的建模 67

4.1.2基于层面的建模 68

4.2体系结构 68

4.3地质数据特点及分类 71

4.3.1地质数据特点 71

4.3.2地质数据分类 71

4.3.3数据处理策略 73

4.4多源数据集成技术 73

4.4.1集成技术的方式 73

4.4.2多源数据集成流程 74

4.4.3面向源集成 74

4.4.4面向对象集成 82

4.4.5多源数据集成实例 83

4.5实体建模方法 83

4.5.1基本方法概述 83

4.5.2基于对象的空间几何模型 84

4.5.3基于体分割的多层次三维拓扑模型 86

4.5.4三维建模设计策略 92

4.6空间信息质量检测模型 96

4.6.1概述 96

4.6.2质量检测模型设计 97

4.6.3不确定性分析 98

4.6.4数据的不完整性 99

4.6.5逻辑的不一致性 100

4.6.6误差检测与分析校正 102

4.6.7质量标准与评估 103

4.6.8实例分析 104

第5章 虚拟地质模拟环境设计与实现 107

5.1虚拟现实系统特征 107

5.2模拟环境架构 108

5.2.1硬件环境 108

5.2.2软件环境 109

5.3可视化技术方法 110

5.3.1可视化的含义 110

5.3.2三维地质模型可视化的表现形式 110

5.3.3虚拟环境中可视化设计流程 111

5.3.4数据场可视化方法 112

5.3.5面向特征的驾驭式可视化方法 114

5.4场景渲染技术 115

5.4.1渲染技术概述 115

5.4.2光照模型 116

5.4.3透明度设计 117

5.4.4纹理映射 118

5.5模拟方法 120

5.5.1虚拟地质场景中模拟方法 120

5.5.2静态模拟 121

5.5.3动态模拟 121

5.5.4实时绘制 123

5.6检测技术 124

5.6.1碰撞检测技术 124

5.6.2片断测试技术 125

5.7交互式体系结构 126

5.7.1交互式体系结构框架 126

5.7.2面向对象的交互式图形编辑工具 127

5.7.3空间交互式体插值技术 128

5.7.4面向对象的空间数据选择和拾取设计方案 129

5.7.5虚拟漫游交互设计 130

第6章 空间地质数据可视化分析 131

6.1基本方法概述 131

6.2立体剖面及栅状图的计算与表示 131

6.2.1计算方法 132

6.2.2空间切割类型 132

6.2.3算法实现 133

6.3开挖操作与分析 134

6.3.1开挖应用需求分析 134

6.3.2基于SSI的开挖算法 135

6.3.3基于四面体的开挖算法 135

6.4等值线及其填充分析方法 137

6.4.1由等高线提取DEM模型 137

6.4.2根据网格模型产生等值线 138

6.5三维空间体积与储量计算 139

6.5.1常规储量计算方法 140

6.5.2体积计算方法 141

6.5.3基于地质体模型的储量计算 141

6.6空间数据分层查询结构 142

6.6.1分层查询结构框架 142

6.6.2多维数据库设计 142

6.6.3查询方法 143

6.7多维数据分析 145

第7章 系统设计与实现 148

7.1系统设计策略 148

7.2系统体系结构 149

7.3系统功能模块 150

7.3.1空间数据处理 152

7.3.2实体建模设计 152

7.3.3可视化设计 153

7.3.4空间数据分析 153

7.3.5专业模型接口 154

7.4空间类库设计方法 154

7.4.1空间类体系结构 154

7.4.2空间对象类 154

7.4.3数学模型支撑类 157

7.4.4模型构建与应用类 157

7.4.5图形类 157

7.4.6主调模块及辅助类 157

7.5类的设计 158

7.5.1类及其关联类图 158

7.5.2类的继承与派生 159

7.6算法研究与分析 160

7.6.1算法概述 160

7.6.2多值面网格模型的生成算法 161

7.6.3区域递归分割算法 165

7.6.4可变三角化算法 167

7.7接口设计 168

7.7.1用户接口 168

7.7.2外部接口 168

7.7.3内部接口 169

7.8系统出错处理 169

7.9系统环境与性能 170

7.9.1系统环境 170

7.9.2系统性能 170

第8章 GeoSIS三维地质建模可视化系统研发与应用 173

8.1 GeoSIS建模流程 173

8.2研究区域概况 175

8.3区内地质特征 176

8.3.1地层特征 176

8.3.2构造特征 178

8.3.3水系特征 179

8.4数据结构及其预处理 179

8.4.1钻孔数据 179

8.4.2地质边界 181

8.4.3 DEM数据 181

8.4.4断层数据 182

8.4.5褶皱数据 184

8.4.6层面数据 185

8.4.7剖面CAD设计 185

8.4.8辅助数据 188

8.5三维地质模型构建 188

8.5.1多源数据集成与处理 188

8.5.2层面模型建立 188

8.5.3实体模型重构 190

8.6三维模型空间分析与应用 191

8.6.1三维地质模型一体化显示 191

8.6.2空间信息分析 194

8.6.3空间信息查询 195

8.7典型案例分析 198

8.7.1地质勘探区 198

8.7.2矿区 213

8.7.3油田区 220

第9章 GeoGSS地下水模拟可视化设计 222

9.1应用背景 222

9.2系统可视化设计方法 222

9.3系统开发环境 224

9.4典型案例分析 224

第10章 GeoUSS地下水渗流场模拟可视化系统研发与应用 227

10.1系统体系架构 228

10.1.1地下水动态仿真环境 228

10.1.2地下水仿真流程 229

10.1.3关键算法 231

10.2基本原理与方法 232

10.2.1单元基函数 232

10.2.2流速计算 233

10.2.3流径点坐标计算 234

10.3地下水渗流场动态模拟 234

10.3.1虚拟开采条件下流场模拟 235

10.3.2地下水水位动态模拟 235

10.3.3特征提取 236

10.3.4流线生成与动态跟踪 237

10.4数据管理 239

10.4.1拓扑结构 239

10.4.2存取管理模式 240

10.5三维动态可视化分析与发布 241

10.5.1 VR可视化分析 241

10.5.2三维Web发布 242

10.6典型案例分析 243

10.6.1数据集成与管理 243

10.6.2水文地质模型导入与重构 244

10.6.3可视化分析与预测 248

参考文献 255