一種從構(gòu)建到Web三維展示的地質(zhì)體剖面方法

金益

摘 要：對(duì)地質(zhì)數(shù)據(jù)在三維空間中進(jìn)行空間分析，最終在Web端進(jìn)行展示能夠形象表達(dá)地質(zhì)體的地層信息及空間構(gòu)造特征，對(duì)于工程設(shè)計(jì)和決策具有十分重要的意義。本文提出了一種構(gòu)建到Web三維展示的地質(zhì)體剖面方法，即從表格形式的鉆孔數(shù)據(jù)出發(fā)，在ArcGIS三維中構(gòu)建地質(zhì)體以及地質(zhì)體剖面，最終結(jié)合CityEngine2012完成在Web端數(shù)據(jù)展示，模型與勘測(cè)場(chǎng)地地質(zhì)體的實(shí)際空間形態(tài)比較吻合，效果良好。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)體；剖面；ArcGIS；CityEngine

中圖分類號(hào)： TP317.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 引言（Introduction）

三維地質(zhì)建模是運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，在三維環(huán)境下將空間數(shù)據(jù)管理、地質(zhì)解譯、空間分析和預(yù)測(cè)、地學(xué)統(tǒng)計(jì)以及圖形可視化等工具結(jié)合起來(lái)，用于地質(zhì)分析的技術(shù)[1]。傳統(tǒng)方法是以二維圖的方式來(lái)表達(dá)地層信息空間分布，越來(lái)越不能滿足人們對(duì)地層認(rèn)識(shí)和空間分析的需求[2]。對(duì)地質(zhì)數(shù)據(jù)在三維空間中進(jìn)行空間分析，最終在Web端進(jìn)行展示能夠形象表達(dá)地質(zhì)體的地層信息及空間構(gòu)造特征，對(duì)于工程設(shè)計(jì)和決策具有十分重要的意義。本文提出了一種構(gòu)建到Web三維展示的地質(zhì)體剖面方法，即從表格形式的鉆孔數(shù)據(jù)出發(fā)，在ArcGIS三維中構(gòu)建地質(zhì)體以及地質(zhì)體剖面，最終結(jié)合CityEngine2012完成在Web端數(shù)據(jù)展示。

2 地質(zhì)體的構(gòu)建（Geological of construction）

2.1 鉆孔數(shù)據(jù)

現(xiàn)有的鉆孔數(shù)據(jù)為2D的點(diǎn)要素，它包括了一張內(nèi)容豐富的屬性表，其中就有高程值字段，此外還有所屬巖層名稱等，如圖1所示。如果不做三維展示，那就可以直接進(jìn)行TIN構(gòu)建了。若我們要將其進(jìn)行三維展示，就需要用到一個(gè)“依據(jù)屬性實(shí)現(xiàn)要素轉(zhuǎn)3D”工具，就可以根據(jù)自帶的高程屬性值，將2D數(shù)據(jù)輕松轉(zhuǎn)為3D數(shù)據(jù)了，如圖2所示。

2.2 分別構(gòu)建不同巖層的TIN模型

首先需要將不同巖層的鉆孔點(diǎn)篩選出來(lái)，這里用到的就是屬性表中自帶的“按屬性選擇”功能，如圖3所示。篩選過(guò)后，將點(diǎn)要素保存成為獨(dú)立的圖層，效果如圖4所示。

之后，即可以對(duì)不同的鉆孔圖層構(gòu)建TIN模型了。使用3D分析中的“創(chuàng)建TIN”工具，逐層生成各地質(zhì)層，如圖5所示。

2.3 生成地質(zhì)體

生成地質(zhì)層直接地質(zhì)體的方法是對(duì)各地質(zhì)層的TIN數(shù)據(jù)按照高度進(jìn)行拉伸，拉伸的對(duì)象就是各地質(zhì)層的平面覆蓋范圍[3]。因此我們要先計(jì)算出地質(zhì)層的覆蓋范圍。方法是使用3D分析工具中的“TIN范圍”即“TIN Domain”工具。有了地質(zhì)層的范圍之后，使用“在兩個(gè)面之間拉伸”工具，創(chuàng)建兩個(gè)地質(zhì)層之間的地質(zhì)體。在使用該工具的時(shí)候需要注意輸入的鄰接TIN和TIN范圍的選取。將所有地質(zhì)體都加載到同一個(gè)數(shù)據(jù)中，形成一個(gè)完整的地質(zhì)體數(shù)據(jù)，效果如圖6所示。

3 構(gòu)建地質(zhì)體剖面（Geological cross-section of

construction ）

地質(zhì)體剖面是由切面片和地質(zhì)體相交計(jì)算而得來(lái)的，因此，需要先繪制切面。繪制切面的方法是先繪制二維視角的切面，然后通過(guò)拉伸，將切面拉伸成三維形式的切面，最后轉(zhuǎn)化為三維格式的切面片，具體步驟如下。

3.1 生成切面片

創(chuàng)建帶有Z值的polygon要素，開(kāi)始編輯之后繪制面要素。繪制完成后在圖層屬性中，選擇按照一定高度拉伸，形成切面片，如圖7所示。

然后使用“3d圖層轉(zhuǎn)要素類”即“3D Layer to Feature Class”工具將二維數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為MultiPatch格式。

3.2 剖面體的構(gòu)建

對(duì)切面片和地質(zhì)體應(yīng)用相交計(jì)算，使用“3D相交工具”，即可得出相交的剖面體，如圖8所示。

4 Web三維地質(zhì)體展示（Web 3D display of

geological profile）

CityEngine中可以讀取ArcGIS數(shù)據(jù)庫(kù)，因此，只要以上生成的數(shù)據(jù)存在GDB中，即可導(dǎo)入到CityEngine中，并進(jìn)行Web三維展示。

4.1 數(shù)據(jù)導(dǎo)入CityEngine

在CityEngine中新建一個(gè)場(chǎng)景，選擇與數(shù)據(jù)相同的坐標(biāo)系。打開(kāi)新的場(chǎng)景之后，選擇導(dǎo)入File GDB數(shù)據(jù)，CityEngine將會(huì)自動(dòng)讀取File GDB中的數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)添加到場(chǎng)景中，如圖9所示。

4.2 設(shè)置地質(zhì)體顏色

添加進(jìn)來(lái)的數(shù)據(jù)默認(rèn)是沒(méi)有進(jìn)行顏色渲染的，因此我們需要在規(guī)則中按照地質(zhì)層的類別給不同的地質(zhì)層賦予顏色。CityEngine中支持直接從數(shù)據(jù)的屬性中讀取地質(zhì)類型，因此完成這一過(guò)程很簡(jiǎn)單，我們只要寫(xiě)好賦予不同地質(zhì)層的顏色即可。具體規(guī)則如下。

4.3 發(fā)布Web三維地質(zhì)體

選中要發(fā)布到web端的地質(zhì)體和地質(zhì)剖面體，選擇export models，在彈出窗口中選擇導(dǎo)出的類型為CityEngine Web Scene，然后指定導(dǎo)出路徑：導(dǎo)出完成之后，在所指定的路徑中就多了3ws文件及日志文件，如圖10所示。

右鍵點(diǎn)擊3ws文件，選擇open with→3D Web Scene Viewer。整個(gè)場(chǎng)景將自動(dòng)在瀏覽器中打開(kāi)。此處要注意CityEngine的web 3d是基于OpenGL的，所以必須使用支持OpenGL的瀏覽器打開(kāi)。圖11是在Chrome中瀏覽地質(zhì)剖面體的示例。

5 結(jié)論（Conclusion）

本文提出的方法完成了從表格數(shù)據(jù)到二維地質(zhì)空間數(shù)據(jù)的展現(xiàn)、三維地質(zhì)體及地質(zhì)體的剖面分析、三維地質(zhì)體及剖面的Web端展示，所建立的模型能夠比較準(zhǔn)確符合勘測(cè)場(chǎng)地地質(zhì)體實(shí)際空間形態(tài)，取得較好效果。由于地質(zhì)現(xiàn)象的復(fù)雜性與理論研究的限制，目前還不能提供完善的基于單純鉆孔數(shù)據(jù)的斷層面、褶皺體等復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)的建模[4]，此方面尚需進(jìn)一步研究。

參考文獻(xiàn)（References）

[1] 張渭軍，王文科，翁曉鵬.基于三棱柱體的三維地質(zhì)體可視化

研究[J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào)，2006，14（5）：715-720.

[2] 賀懷建，等.三維地層模型中地層劃分的探討[J].巖土力學(xué)，

2002，23（5）：637-639.

[3] 芮小平，等.基于VRML的三維地質(zhì)體可視化研究[J].計(jì)算機(jī)

工程與應(yīng)用，2003，（6）：44-45.

[4] 王李管，何昌盛，賈明濤.三維地質(zhì)體實(shí)體建模技術(shù)及其在工

程中的應(yīng)用[J].金屬礦山，2006（2）：58-62.

作者簡(jiǎn)介：

金 益（1980-），女，碩士， 講師.研究領(lǐng)域：虛擬現(xiàn)實(shí)與三維

設(shè)計(jì).