利用3dsmax進行地形地質圖三維建模*

吳永忠

(貴州水利水電職業(yè)技術學院，貴州 貴陽 551416)

1 概述

目前，地形地質圖的三維建模在石油、礦山、水利、市政道路等行業(yè)都有應用[1]，并且涌現(xiàn)出gocad、surfer、ITsCAD、autoCAD 3dcivil等許多優(yōu)秀的3D地質建模軟件。隨著工程建設的發(fā)展，三維地質建模由于其空間任意方向觀察的可視化，能夠幫助地質工作者解決許多復雜的地質構造問題，也能夠與地質平面圖件制圖相結合，快速地把立體模型轉化成平面圖件，所以三維地質建模被廣大地質工作者越來越多的認可與使用[2]。

目前三維地質建模需要大量數(shù)據支撐，需要設置很多邊界條件，操作復雜，地質界面也多是根據數(shù)據擬合推斷，使得建立地質模型既費時費力，又不能隨時按照地質工作要求隨時修改分析[3]。簡易與快速制作三維地質模型就非常必要[4]。廣大地質工作者也迫切希望能夠有一種方法創(chuàng)建地質三維模型，像使用CAD繪圖軟件一樣簡單易用。

3dsmax是一款非常優(yōu)秀的三維建模軟件，經過多年的發(fā)展，其功能非常強大，應用廣泛。同時其操作簡單，經過渲染的三維模型效果非常逼真。該軟件常常用于室內設計、三維動畫的制作等等。在地質上，由于地表地形地貌的復雜性和不規(guī)則性，用3dsmax直接建模非常困難，所以該軟件幾乎沒有被應用于地質建模方面?；?dsmax軟件的使用的廣泛性和穩(wěn)定性，本文就基于3dsmax的三維地質建模進行初步探討。

2 基本思路

地形地質圖的三維建模，主要從兩個方面進行，首先是地表地形地貌的建模，這是地質建模的最重要的部分即地表建模部分。用3dsmax進行地表地形地貌的建模是非常困難的事情，其繪制地形等高線的速度精度遠不及CAD軟件，所以這也是這個軟件在地質上應用不廣的原因。這部分工作，我們可以利用CAD繪圖軟件完成，然后導入3dsmax之中即可。其次是地下地質構造的建模。地下地質構造多為面和體，用3dsmax創(chuàng)建非常方便。以前地質建模多數(shù)是根據鉆孔資料或多個地質剖面，推延地下[5]。本文另辟蹊徑，從地表地質構造與地下地質構造的關聯(lián)性，以地表的地形地質圖為基礎，推延至地下獲得地下地質構造，再通過地下地質構造的合理性，反推地表，來解釋地表地質構造的可行性，這樣就可以很好地解決平面圖和立體空間的相互矛盾問題，使地質成果更加合理。以下以某地形地質圖為例，詳述3dsmax建模的方法和過程。

3 三維地形地質圖建模的方法

3.1 用CAD對光柵地形地質圖進行矢量化

矢量化地形地質圖是三維建模的基礎，用CAD軟件對地形地質圖光柵圖紙進行矢量化，對等高線賦值。矢量化地形圖，要考慮水平與垂直地形圖的比例尺的協(xié)調性，避免在轉化成三維圖形時，地形失真。

地形地質圖在矢量化過程中，要建立不同的圖層。特別是地形等高線要單獨構建圖層。地層界線、斷層等其他地質要素都要單獨構建圖層，這樣在導入3dsmax中時可以根據需要分層導入，也就是只導入地形地貌數(shù)據(圖1)，其他數(shù)據就不用考慮。

圖1 導入矢量化地形圖Fig.1 Importing the vectorized topographic map

3.2 用3dsmax創(chuàng)建三維地形模型

三維地形建模是三維地質建模的主要部分，在3dsmax中，通過“導入”，鏈接AutoCAD文件，選擇等高線圖層，附加該文件，就把地形等高線在3dsmax中打開了，此時等高線已經按照不同高程顯示了。在3dsmax選中等高線，打開“創(chuàng)建”“復合對象”，找到里面的“地形”按鍵，即可把CAD地形圖轉化為三維地形圖，3dsmax會將等高線間填充覆蓋形成高低起伏的地形面(圖2)。

圖2 將等高線覆蓋成地形曲面Fig.2 Covering the contour lines with terrain surface

3.3 在三維地形上將地形地質圖的平面圖貼圖

將平面地形地質圖轉成光柵圖片，按圖區(qū)修剪另存。打開3dsmax材質編輯器，選中一個材質球，點擊漫反射-位圖-選中要插入的光柵圖，然后打開修改按鈕，選中要貼圖的地形模型，再找到修改按鈕下UVW貼圖，點擊選中。然后返回材質編輯器，點擊將材質指定給選定對象，再點擊在視口中顯示明暗處理材質，地形地質圖就被貼在三維地形模型上了(圖3)，此時地表地質構造特征也表現(xiàn)在三維地形模型的起伏曲面上了。

圖3 將地形地質圖貼圖于地形表面Fig.3 Mapping the topographic-geological map to the terrain surface

3.4 地下地質構造形態(tài)的建模

地下地質構造往往與地表地質構造是相互聯(lián)系的，傾斜的面狀地質構造在地表的出露界線，在地形地質圖上會表現(xiàn)出“V”字型分布特征。我們在確定地下面狀地質構造的形態(tài)時，就是利用它在地表的表現(xiàn)來繪制其地下地質構造形態(tài)，再結合面狀構造等的產狀進一步繪制地下的地質構造(圖4)。

圖4 完成地下地層構造的創(chuàng)建Fig.4 Constructing the underground stratigraphic structures

4 三維地質模型在地質上的應用

三維地質模型的建立，可以使平面的地質條件表現(xiàn)出立體化，對于我們分析地下各個方向的地質構造特征，就成為了可能[6]。另外，我們可以選擇任意方向繪制其地質剖面圖，避免了平面圖分析可能出現(xiàn)的相互矛盾的問題。

4.1 繪制任意方向的圖切地質剖面

地質模型構建好之后，不光可以觀察地質構造的相互關系，還可以在地質模型上切制地質剖面(圖5)，繪制任意方向的地質剖面，解決了地形地質圖分析中圖切地質剖面圖相互矛盾的問題。地質剖面圖是平面圖分析的重要的手段之一，在平面圖繪制過程中，不同方向的地質剖面圖往往會存在方向和深度及相互關系矛盾的問題，用三維模型切制地質模型就很好地解決了這方面的問題。

圖5 繪制某一確定方向的地質剖面Fig.5 Mapping the geological profile in a given direction

在3dsmax中，找到創(chuàng)建-圖形-截面，選好截面位置，再到修改-截面找到截面，進行命名。截面線就自動生成了。

選擇截面線，另存為3ds文件，旋轉調整好剖面位置，然后導出為CAD文件，就可以在CAD中進一步編輯完善了。

4.2 觀察隱伏地質構造的合理性

對于地形地質圖中，局部出露的地質構造，在圖區(qū)其他部位地下也有分布，但常規(guī)平面圖分析可能不準確或有困難，通過三維模型的構建，就可以在地表以下分析其構造的相互關系，研究其地質構造的合理性了。

5 結論

目前，三維建模在工程建設、教育教學過程中得到了越來越多的應用，其技術也越來越成熟，基于專業(yè)性和技術性的融合也正在不斷展開。利用常規(guī)熟悉的軟件來開發(fā)三維地質模型，讓大多數(shù)工程建設人員也能簡便快捷創(chuàng)建三維地質模型，應用三維地質模型，也應是一個重要的方面[7]。

(1)利用3dsmax可以方便的創(chuàng)建地形模型和即時修改完善

3dsmax自帶地形建模工具，能夠方便的對某地區(qū)地形進行建模，其交互性好，可以根據地形圖中等高線表現(xiàn)的微地貌進行局部地形地貌的調整。這相較于利用坐標和高程數(shù)據網格建模的其他三維軟件，具有很大的方便性。

(2)能方便地創(chuàng)建產狀穩(wěn)定的傾斜巖層和水平巖層

根據地形地質平面圖的地質特征，3dsmax可以非常方便的創(chuàng)建傾斜巖層和水平巖層的地下地質界面，即直接根據地表的地質界線繪制出地下的地質界面，相較其他三維地質模型制作軟件利用地下高程數(shù)據來擬合地質界面，更方便更直接更準確。

(3)對曲面地質構造的創(chuàng)建，3dsmax也能很好地表現(xiàn)出來

根據地表地質構造的特征，合理延伸至地下，然后再與地表地質界線相擬合，就能把地下的地質界面與地表的地質界線較好地進行匹配，使地質體整體的表現(xiàn)更合理。

3dsmax進行三維地質建模，主要用于表現(xiàn)地下淺層的地質構造的建模，用于鉆孔數(shù)據較少時的地質構造建模，同時也可應用在地質教學和中小型工程建設之中。這一方法最大的優(yōu)點是簡便快速、直觀、易于操作，同時又能幫助分析許多復雜的地表地質現(xiàn)象的地下地質構造建模，對于解決相應的工程地質問題提供有益的幫助[8]。