專利名稱：礦產(chǎn)資源評價信息的三維可視化方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于地理信息系統(tǒng)地圖制圖范疇，特別是涉及一種適用于礦產(chǎn)資源評價領(lǐng)域區(qū)域地表、地球物理、地球化學(xué)找礦信息提取和綜合分析成果表達(dá)的三維可視化方法及
其裝置。
背景技術(shù)：
礦產(chǎn)資源預(yù)測評價是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要大量對區(qū)域地質(zhì)、地球物理、地球化學(xué)、遙感等信息進(jìn)行提取和綜合分析。利用計算機(jī)可視化技術(shù)，更好的表達(dá)其成果，有助于提高資源評價工作的效率。在資源評價工作中，存在著大量使用數(shù)字高程模型表示的成果數(shù)據(jù)。因此，研究數(shù)字高程模型的建模與可視化技術(shù)，并將其應(yīng)用與資源評價實際工作結(jié)合，是本發(fā)明的重點。數(shù)字地形模型是地形表面形態(tài)屬性信息的數(shù)字表達(dá)，是帶有空間位置特征和地形屬性特征的數(shù)字描述。數(shù)字地形模型中地形屬性為高程時稱為數(shù)字高程模型(Digital Elevation Mode，DEM)。高程是地理空間中的第三維坐標(biāo)。由于傳統(tǒng)的地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都是二維的，DEM的建立是一個必要的補(bǔ)充。DEM地表規(guī)則網(wǎng)格單元構(gòu)成的高程矩陣表示，廣義的DEM還包括等高線、三角網(wǎng)等所有表達(dá)地面高程的數(shù)字表示。在地理信息系統(tǒng)中，DEM是建立DTM(Digital Terrain Model，數(shù)字地形模型)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，其他的地形要素可由DEM直接或間接導(dǎo)出，稱為“派生數(shù)據(jù)”，如坡度、坡向。數(shù)字高程模型DEM的表示主要包括以下幾個方面1)數(shù)學(xué)方法用數(shù)學(xué)方法來表達(dá)，可以采用整體擬合方法，即根據(jù)區(qū)域所有的高程點數(shù)據(jù)，用傅立葉級數(shù)和高次多項式擬合統(tǒng)一的地面高程曲面。也可用局部擬合方法，將地表復(fù)雜表面分成正方形規(guī)則區(qū)域或面積大致相等的不規(guī)則區(qū)域進(jìn)行分塊搜索，根據(jù)有限個點進(jìn)行擬合形成高程曲面。2)圖形方法·線模式等高線是表示地形最常見的形式。其他的地形特征線也是表達(dá)地面高程的重要信息源，如山脊線、谷底線、海岸線及坡度變換線等。 點模式用離散采樣數(shù)據(jù)點建立是DEM建立常用的方法之一。數(shù)據(jù)采樣可以按規(guī)則網(wǎng)格采樣，可以是密度一致的或不一致的；可以是不規(guī)則采樣，如不規(guī)則三角網(wǎng)、鄰近網(wǎng)模型等； 也可以有選擇性地采樣，采集山峰、洼坑、隘口、邊界等重要特征點。在地理信息系統(tǒng)中，DEM最主要的三種表示模型是規(guī)則網(wǎng)格模型、等高線模型和不規(guī)則三角網(wǎng)模型。A、規(guī)則網(wǎng)格模型中，規(guī)則網(wǎng)格通常是正方形，也可以是矩形、三角形等規(guī)則網(wǎng)格。 規(guī)則網(wǎng)格將區(qū)域空間切分為規(guī)則的網(wǎng)格單元，每個網(wǎng)格單元對應(yīng)一個數(shù)值。數(shù)學(xué)上可以表示為一個矩陣，在計算機(jī)實現(xiàn)中則是一個二維數(shù)組。B、等高線模型表示高程，高程值的集合是已知的，每一條等高線對應(yīng)一個已知的高程值，這樣一系列等高線集合和它們的高程值一起就構(gòu)成了一種地面高程模型。等高線通常被存成一個有序的坐標(biāo)點對序列，可以認(rèn)為是一條帶有高程值屬性的簡單多邊形或多邊形弧段。由于等高線模型只表達(dá)了區(qū)域的部分高程值，往往需要一種插值方法來計算落在等高線外的其他點的高程，又因為這些點是落在兩條等高線包圍的區(qū)域內(nèi)，所以，通常只使用外包的兩條等高線的高程進(jìn)行插值。C、不規(guī)則三角網(wǎng)模型是另外一種表示數(shù)字高程模型的方法，它既減少規(guī)則網(wǎng)格方法帶來的數(shù)據(jù)冗余，同時在計算(如坡度)效率方面又優(yōu)于純粹基于等高線的方法。TIN 模型根據(jù)區(qū)域有限個點集將區(qū)域劃分為相連的三角面網(wǎng)絡(luò)，區(qū)域中任意點落在三角面的頂點、邊上或三角形內(nèi)。如果點不在頂點上，該點的高程值通常通過線性插值的方法得到(在邊上用邊的兩個頂點的高程，在三角形內(nèi)則用三個頂點的高程)。所以TIN是一個三維空間的分段線性模型，在整個區(qū)域內(nèi)連續(xù)但不可微。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一目的在于提供一種礦產(chǎn)資源評價信息的三維可視化方法及其裝置，用于通過數(shù)字高程模型的建模實現(xiàn)礦產(chǎn)資源評價領(lǐng)域區(qū)域地表、地球物理、地球化學(xué)找礦信息提取和綜合分析成果表達(dá)。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種礦產(chǎn)資源評價信息的三維可視化方法，其特征在于，包括A，根據(jù)離散點和原始等值線表示的找礦信息，通過離散點網(wǎng)格化生成網(wǎng)格模型；B，基于所述網(wǎng)格模型，應(yīng)用基于鄰邊和最短距離方式生成等值線，以及應(yīng)用彩色暈渲方式生成陰影地形柵格圖以及將所述陰影地形柵格圖與所述等值線進(jìn)行復(fù)合顯示得到立體等值線圖；C，對所述等值線，應(yīng)用基于相鄰邊界點和局部掃描線法進(jìn)行填充形成等值線填充區(qū)，以及應(yīng)用基于最小搜索圓平面多邊形域約束Delaimay三角剖分算法重建曲面模型。所述的礦產(chǎn)資源評價信息的三維可視化方法，其中，所述步驟A中，進(jìn)一步包括根據(jù)離散點和原始等值線表示的找礦信息，通過距離倒數(shù)法網(wǎng)格化或克里格插值法網(wǎng)格化生成所述網(wǎng)格模型。所述的礦產(chǎn)資源評價信息的三維可視化方法，其中，所述步驟B中，進(jìn)一步包括利用數(shù)學(xué)統(tǒng)計分析原理設(shè)置所述陰影地形柵格圖的顏色，并將所述等值線的數(shù)據(jù)疊加到所述陰影地形柵格圖上進(jìn)行復(fù)合顯示得到所述立體等值線圖。所述的礦產(chǎn)資源評價信息的三維可視化方法，其中，所述步驟B中，進(jìn)一步包括當(dāng)所述等值線具有相同高度時，優(yōu)先連接所述網(wǎng)格模型中網(wǎng)格單元鄰邊上的等值占 或當(dāng)所述等值線具有不同高度時，優(yōu)先連接所述網(wǎng)格模型中網(wǎng)格單元的最短等值邊。所述的礦產(chǎn)資源評價信息的三維可視化方法，其中，進(jìn)一步包括應(yīng)用基于Douglas-Pecuker的等值線標(biāo)注方式標(biāo)注所述等值線的步驟。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供一種礦產(chǎn)資源評價信息的三維可視化裝置，其特征在于，包括網(wǎng)格模型生成模塊，用于根據(jù)離散點和原始等值線表示的找礦信息，通過離散點網(wǎng)格化生成網(wǎng)格模型；等值線生成模塊，連接所述網(wǎng)格模型生成模塊，用于基于所述網(wǎng)格模型，應(yīng)用基于鄰邊和最短距離方式生成等值線；立體等值線圖模塊，連接所述網(wǎng)格模型生成模塊、所述等值線生成模塊，用于基于所述網(wǎng)格模型，應(yīng)用彩色暈渲方式生成陰影地形柵格圖以及將所述陰影地形柵格圖與所述等值線進(jìn)行復(fù)合顯示得到立體等值線圖；等值線填充模塊，連接所述等值線生成模塊，用于對所述等值線應(yīng)用基于相鄰邊界點和局部掃描線法進(jìn)行填充形成等值線填充區(qū)；曲面模型重建模塊，連接所述等值線生成模塊，用于對所述等值線應(yīng)用基于最小搜索圓平面多邊形域約束Delaimay三角剖分算法重建曲面模型。所述的礦產(chǎn)資源評價信息的三維可視化裝置，其中，所述網(wǎng)格模型生成模塊根據(jù)離散點和原始等值線表示的找礦信息，通過距離倒數(shù)法網(wǎng)格化或克里格插值法網(wǎng)格化生成所述網(wǎng)格模型。所述的礦產(chǎn)資源評價信息的三維可視化裝置，其中，所述立體等值線圖模塊利用數(shù)學(xué)統(tǒng)計分析原理設(shè)置所述陰影地形柵格圖的顏色， 并將所述等值線的數(shù)據(jù)疊加到所述陰影地形柵格圖上進(jìn)行復(fù)合顯示得到所述立體等值線圖。所述的礦產(chǎn)資源評價信息的三維可視化裝置，其中，所述等值線生成模塊當(dāng)所述等值線具有相同高度時，優(yōu)先連接所述網(wǎng)格模型中網(wǎng)格單元鄰邊上的等值點；或當(dāng)所述等值線具有不同高度時，優(yōu)先連接所述網(wǎng)格模型中網(wǎng)格單元的最短等值邊。所述的礦產(chǎn)資源評價信息的三維可視化裝置，其中，還包括等值線標(biāo)注模塊，用于對所述等值線應(yīng)用基于Douglas-Pecuker的等值線標(biāo)注方式進(jìn)行標(biāo)注。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益技術(shù)效果在于本發(fā)明實現(xiàn)了對礦產(chǎn)資源評價領(lǐng)域區(qū)域地表、地球物理、地球化學(xué)找礦信息提取和綜合分析成果表達(dá)，其通過對礦產(chǎn)勘查過程中獲得的網(wǎng)格數(shù)據(jù)和原始等值線數(shù)據(jù)，利用交互陰影顯示、創(chuàng)建陰影地形柵格圖、柵格圖與矢量圖復(fù)合顯示和曲面模型三維可視化等技術(shù)，實現(xiàn)了基于以上兩種模型的三維顯示，同時還實現(xiàn)了兩種模型之間的相互轉(zhuǎn)換。


圖1是本發(fā)明的礦產(chǎn)資源評價信息的三維可視化方法流程圖；圖2是本發(fā)明的暈渲光照原理圖；圖3是本發(fā)明的立體等值線算法流程圖；圖4a、圖4b是本發(fā)明的等值線追蹤?quán)忂厓?yōu)先；
圖5c-圖證是本發(fā)明的等值線距離最短優(yōu)先；圖6是本發(fā)明的標(biāo)注首尾確定；圖7a_圖7d是本發(fā)明的標(biāo)注朝向；圖8是本發(fā)明的截斷等值線；圖9是本發(fā)明的等值區(qū)的追蹤；圖10是本發(fā)明的剖分過程中出現(xiàn)的封閉點和封閉邊；圖11是本發(fā)明的多邊形中任一凸頂點P及鄰邊的最小搜索圓；圖12是本發(fā)明的網(wǎng)格單元鏈表結(jié)構(gòu)；圖13是本發(fā)明的AB邊的最小搜索圓；圖14是本發(fā)明的多邊形中任意鄰邊及其搜索圓；圖15是本發(fā)明的AACB的約束圓；圖16是本發(fā)明的彩色暈渲圖與等值線復(fù)合顯示；圖17是本發(fā)明的復(fù)合顯示輸出；圖18是本發(fā)明的由等值線重構(gòu)曲面模型；圖19是本發(fā)明的生成等值線區(qū)；圖20是本發(fā)明的等值線標(biāo)注；圖21是本發(fā)明的礦產(chǎn)資源評價信息的三維可視化裝置結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式有關(guān)本發(fā)明的詳細(xì)說明及技術(shù)內(nèi)容，配合

如下。如圖1所示，是本發(fā)明的礦產(chǎn)資源評價信息的三維可視化方法流程圖，該方法流程具體包括如下步驟步驟S101，根據(jù)離散點和原始等值線表示的找礦信息，可以通過離散點網(wǎng)格化生成網(wǎng)格模型；步驟S102，基于網(wǎng)格模型，應(yīng)用彩色暈渲技術(shù)，生成陰影地形柵格圖與等值線復(fù)合顯示的立體等值線圖；步驟S103，基于網(wǎng)格模型，應(yīng)用基于鄰邊和最短距離的技術(shù)，生成等值線；步驟S104，應(yīng)用基于Douglas-Pecuker的等值線標(biāo)注技術(shù)，標(biāo)注等值線；步驟S105，應(yīng)用基于相鄰邊界點和局部掃描線法，形成等值線填充區(qū)；步驟S106，基于等值線，應(yīng)用基于最小搜索圓平面多邊形域約束Delaimay三角剖分算法技術(shù)，重建曲面模型。以上6個步驟中包括的6個方面的功能，可以完全滿足資源評價找礦信息的成果表達(dá)，提高成果的可視化效果。下面對該方法中的六個步驟進(jìn)行詳細(xì)描述上述步驟SlOl中，根據(jù)離散點和等值線表示的找礦信息，可以通過離散點網(wǎng)格化生成網(wǎng)格模型。目前，不規(guī)則分布數(shù)據(jù)的網(wǎng)格化方法有空間域網(wǎng)格化法，頻率域網(wǎng)格化法等?？臻g域網(wǎng)格化法主要有線性插值法、最小曲率法、等效源法、趨勢面擬合(多元二次函數(shù)法)、反距離加權(quán)平均法、樣條函數(shù)法、離散光滑插值法、普通克里格法等，這些方法均有各自的理論和特點，并得到了廣泛的應(yīng)用。本發(fā)明擬實現(xiàn)的網(wǎng)格化內(nèi)插方法主要包括兩種局部插值算法，分別是距離倒數(shù)法、克里格插值法等。該步驟SlOl中，讀入離散點數(shù)據(jù)，根據(jù)所選擇算法生成DEM網(wǎng)格模型。上述步驟S102中，基于網(wǎng)格模型，應(yīng)用彩色暈渲技術(shù)，生成陰影地形柵格圖與等值線復(fù)合顯示的立體等值線圖。在傳統(tǒng)地貌暈渲圖的基礎(chǔ)之上，利用數(shù)學(xué)統(tǒng)計分析原理，設(shè)置柵格圖顏色，同時將等值線數(shù)據(jù)疊加到原有柵格圖上，復(fù)合顯示成礦信息，提高傳統(tǒng)等值線可視化表達(dá)效果。制圖工作者為了增加丘陵和山地地區(qū)描述高差起伏的視覺效果而發(fā)展了許多有關(guān)的制圖技術(shù)，其中最成功的一種是“陰影立體法”，即地貌暈渲法。用這種技術(shù)繪制的圖件看起來效果很好，但費用太高，暈渲的質(zhì)量和精度很大程度上取決于制圖工作者的主觀意識和技巧。數(shù)字地圖特別是數(shù)字地形圖(主要指DEM)投入生產(chǎn)并加以應(yīng)用后，地貌暈渲便能自動、精確地實現(xiàn)。自動暈渲的原理是基于“地面在人們眼里看到的是什么樣子、用何種理想的材料來制作、以什么方向為光源照明方向”等模式。制圖輸出時，如果用灰度級和連續(xù)色調(diào)技術(shù)表示明暗程度，得到的成果看起來與航空像片十分相似。規(guī)則網(wǎng)格數(shù)值地形模型基本上具有與影像圖類似的資料結(jié)構(gòu)，只要將高程值轉(zhuǎn)換成灰度值，就可以產(chǎn)生一幅影像圖，并可以在一般的影像軟件下，顯示地形的高低起伏。若再考慮日照明暗度的效果，則可進(jìn)一步加強(qiáng)影像的立體感與真實感。類似這樣的具有明暗效果的影像圖一般稱之為明暗圖。若在做高程值對灰度值轉(zhuǎn)換時，采用三原色對應(yīng)關(guān)系及彩色影像格式，即成圖即為彩色，而這樣的影像圖則稱之為彩繪明暗圖。一張彩繪明暗圖一般為一張平面圓，若加以透視投影，也可以是一張三維的透視圓。本算法核心介紹了數(shù)值地形模型的資料結(jié)構(gòu)，彩繪明暗圖的制作原理，并舉例說明彩繪明暗圖在地質(zhì)解釋上的應(yīng)用。 由于電腦處理技術(shù)可以通過不同的日照方向、不同的觀看方向、不同的顏色值給予以及不同的高度值垂直夸張倍率等選擇，以突出地形的特征，可以提高地質(zhì)解釋的正確性，所以是一種值得推薦的方法。在真真的世界里，對于一個表面起伏的物體，可以利用入射光線所造成的明暗效果來加強(qiáng)它的影像對比。對于代表地形起伏的數(shù)值地形模型而言，也可以利用明暗效果來加強(qiáng)它的立體感。物體表面的明亮度(illumination)是由散射(diffuse)、鏡面反射 (specularcomponent)及背景亮度(ambient term)三者組合而成。對于崎嶇不平的地球表面而言，鏡面反射一項是不重要的，而背景亮度則是個常數(shù)，故地表的明暗度主要是散射一項的貢獻(xiàn)。許多學(xué)者認(rèn)為，在處理地表的明暗度問題時，僅考慮散射一項即可(Weibleand Heller, 1991 ；Zhou, 1992) 0而對于散射問題，可使用蘭勃特定律(Lambert ‘ s law)來處理，即地表的反射光強(qiáng)度與特定點的切面位置直接相關(guān)。其次利用蘭伯特定律來做每一個相元的明暗調(diào)配。即，利用反射光強(qiáng)度I，與太陽入射角θ成正比關(guān)系，來給予相元亮度值。I = I0kcos θ其中，Itl代表光強(qiáng)，k代表反射系數(shù)。入射角θ的余弦又可以用單位向量(η · i) 的點積來表示，即入射角θ及單位向量η及i的關(guān)系請參考圖2，其中，η為通過地表面上任意一點 P切面上的法向量，i為從P點指向光源的單位向量，與入射光向量方向正好相反。由上可知，若θ角為0度，則反射光最強(qiáng)。反之，若θ角等于90度，則反射光強(qiáng)度為零。若θ角大于90度，則為背光情形。在彩繪明暗圖的應(yīng)用上，通常假定單一光源即可獲得良好效果。但如為模擬真實的地形與地貌時，則通常還須考慮背景亮度及陰影效果，尤其是對于地形陡峻的山區(qū)而言， 陰影常為一種明亮的現(xiàn)象。不過，在地質(zhì)圖用上陰影將使影像變黑而喪失了該處的實本質(zhì)故并不適合采用。背景亮度的考慮倒可使背光面不致全黑，值得采用。關(guān)于任意一點切面單位法向量η的取得，可以在該點分別在χ方向及在y方向?qū)Φ匦蚊鎓 (X，y)做偏微分，取得斜率&及3/7辦，則此切面在χ正方向及y正方向上的單位切向量Vx與Vy分別為V^ =<1, 0，df/dx>、=<0，1，df/dy>切面法向量N為N = Vjt X vy=<-df Ιδχ,-df Idy,\>通過上述地貌暈渲方法可以得到一幅黑白暈渲圖。為了進(jìn)一步提高可視化效果， 可以事先在Z方向的分布特征與某一特定顏色之間的建立轉(zhuǎn)換關(guān)系，在繪制暈渲圖時，將Z 方向?qū)?yīng)的顏色繪制出來形成彩色地貌暈渲圖。這里使用了區(qū)域礦產(chǎn)資源評價中經(jīng)常使用的設(shè)置異常下限的方法，建立Z值與顏色之間的對應(yīng)關(guān)系。具體內(nèi)容如下設(shè)所有采樣點的均值為E，方差為σ 2，Zi為某個具體的采樣點的值，
Zj € (-οο,￡ + 2σ2] Zi &(Ε + 2σ\Ε + 3σ2]< z( e (Ε + 3σ2,Ε + 4σ2] Zi Β(Ε + 4σ2,Ε + 5σ2]
Zi e (￡· + 5σ2,+οο)如上面的公式，當(dāng)Zi屬于不同的數(shù)值區(qū)間時，Zi對應(yīng)不同的顏色。這樣通過統(tǒng)計分析值著色就形成了一張彩色地貌暈渲圖。將彩色地貌暈渲圖與等值線復(fù)合顯示是柵格數(shù)據(jù)與矢量數(shù)據(jù)的復(fù)合顯示，關(guān)鍵技術(shù)是解決兩個圖層的坐標(biāo)變換問題。其中，彩色地貌暈渲圖可以作為屏幕上的底層圖片進(jìn)行顯示，同時，在相同范圍內(nèi)，利用已有的二維圖形學(xué)技術(shù)，將矢量數(shù)據(jù)顯示在屏幕上。其中等值線圖的生成方法參見步驟S103。上述步驟S102對彩色地貌暈渲圖與等值線圖復(fù)合顯示生成立體等值線的具體算法流程如圖3所示，包括如下步驟步驟S300，開始生成立體等值線；步驟S301，通過數(shù)值插值進(jìn)行數(shù)據(jù)網(wǎng)格胡，生成網(wǎng)格模型，具體請參見步驟S101 ；步驟S302，計算太陽陰影，對網(wǎng)絡(luò)模塊進(jìn)行地貌暈渲處理，得到一幅黑白暈渲圖；步驟S303，采用統(tǒng)計值著色方法對得到的黑白暈渲圖進(jìn)行處理，得到一張彩色地貌暈渲圖；步驟S304，采用等值線生成算法生成等值線；步驟S305，將彩色地貌暈渲圖與等值線進(jìn)行復(fù)合顯示，實現(xiàn)三維可視化復(fù)合顯示；
步驟S306，結(jié)束。上述步驟S103中，基于網(wǎng)格模型，應(yīng)用基于鄰邊和最短距離的技術(shù)，生成等值線。該步驟S103中，提出一種不同于之前等值線生成算法的方法，基于網(wǎng)格數(shù)據(jù)快速生成等值線。該步驟S103中，讀入網(wǎng)格模型，設(shè)置需要生成的等值線的級數(shù)，追蹤等值線。等值(高)線作為表面形態(tài)的一種表現(xiàn)手段，其應(yīng)用已經(jīng)普及到整個地學(xué)領(lǐng)域，它為地形分析、工程設(shè)計等提供了重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和分析手段，對其進(jìn)行研究有重要的意義。 等值線的生成一般可以分為基于規(guī)則網(wǎng)格模型和基于不規(guī)則三角網(wǎng)模型生成等值線兩類方法。這兩類方法各自存在優(yōu)缺點。基于網(wǎng)格數(shù)據(jù)生成等值線速度快、生成等值線更加均勻；不足之處是在追蹤過程中需要避免等值線相交的情況，這增加了算法處理的復(fù)雜性。而基于不規(guī)則三角網(wǎng)模型雖然避免了追蹤等值線的二義性，但是在生成等值線時首先需要將地面上離散的采樣點數(shù)據(jù)按優(yōu)化組合的方法連接成相互連續(xù)的三角面，三角面頂點就是離散點或離散點的插值，因此增加了算法的時間復(fù)雜度。另外，基于三角網(wǎng)生成等值線形態(tài)受原始數(shù)據(jù)疏密程度的影響很大。在網(wǎng)格等值線追蹤過程中，最為重要的是解決等值線追蹤過程中的二義性問題。 因為二義性會導(dǎo)致等值線的相交。算法具體如下(1).相同高度等值線交叉問題當(dāng)網(wǎng)格單元的四條邊上都有等值點時，有可能出現(xiàn)相同高度等值線相交的問題。 假定左下角網(wǎng)格頂點低于等值線，右下網(wǎng)格頂點高于等值線，等值線不通過網(wǎng)格頂點，那么優(yōu)先連接網(wǎng)格單元鄰邊上的等值點即可避免相同高度的等值線相交。(2).不同高度等值線交叉問題在一個網(wǎng)格單元內(nèi)，只有相同高度等值線有可能出現(xiàn)交叉的情況下，才有可能出現(xiàn)不同高度等值線交叉的問題。鄰邊連接優(yōu)先不能確保不同高度等值線之間不交叉，下圖 4中(d)和(e)兩種情況有可能導(dǎo)致不同高度等值線相交。如果在鄰邊連接優(yōu)先的前提下，再考慮最短等值邊連接優(yōu)先，那么相同高度等值線和不同高度等值線之間都不會出現(xiàn)交叉現(xiàn)象。在情況(g)中，如果ala2是最短等值邊， 那么在1^2和b3都存在的情況下，最短等值邊優(yōu)先連接得到的等值邊是blM和b3b4，這是合理的等值邊連接，其它情況下的連接總是不合理的。在情況(h)中，如果a2a3是最短等值邊，那么在bl和1^2都存在的情況下，最短等值邊優(yōu)先連接得到的等值邊是l32b3和blb4， 這是合理的等值邊連接，其它情況下的連接總是不合理的。即使最短等值邊也有可能不唯一，鄰邊連接優(yōu)先和最短等值邊連接優(yōu)先規(guī)則能夠有效地保證所有等值邊連接的合理性。上述步驟S104中，應(yīng)用基于Douglas-Pecuker的等值線標(biāo)注技術(shù)，標(biāo)注等值線。數(shù)字地圖自動標(biāo)注是目前地圖制圖自動化的重要部分，標(biāo)注是一項十分復(fù)雜的工作，要考慮標(biāo)注的正確性、合理性、均勻性等。而讓計算機(jī)來代替大腦完成這些工作更需要 “系統(tǒng)工程”的方法。隨著自動化的迅猛發(fā)展，國外已建立了地圖數(shù)據(jù)處理和自動化制圖系統(tǒng)，實現(xiàn)了自動生產(chǎn)等高線圖。在我國，這項工作也已開展，但是從實用化角度看仍存在許多問題，特別標(biāo)注仍是一個有待解決的問題，故設(shè)計出一個更加人性化的自動標(biāo)注算法是很有必要的。事實上，對于等高線圖的等高線高程標(biāo)注，在許多地形圖繪制軟件中，一般都是采用“線化”標(biāo)注的方法實施，即人工畫出一條線，然后分別在這條線與等高線相交的地方標(biāo)注。而一些地形圖繪制軟件雖然具有自動標(biāo)注的功能，但是等高線高程標(biāo)注排列和分布都有不確定性，而且有時會出現(xiàn)一條等高線上的標(biāo)注跨越多條等高線的情況。從以上這些問題出發(fā)，依據(jù)人們的讀圖習(xí)慣提出了一種新的等高線高程自動標(biāo)注算法，并將這個算法應(yīng)用于地理信息系統(tǒng)軟件的等高線生成和處理模塊中。該步驟S 104中，使用Douglas-Pecuker算法，對等值線進(jìn)行標(biāo)注，主要包括以下六個步驟41、標(biāo)注預(yù)選位置的確定；42、標(biāo)注的起、末點的確定；43、標(biāo)注密度的限定；44、標(biāo)注屏幕輸出屬性的初步確定；45、標(biāo)注跨越多條等高線或超越圖幅的處理；46、標(biāo)注字頭朝向的處理；可以在生成等值線的同時確定等值線左右的高低關(guān)系， 從而確定標(biāo)注的方向。依據(jù)人們的讀圖習(xí)慣，等高線高程標(biāo)注位置一般不宜選在等高線的頭或尾，因此標(biāo)注位置點應(yīng)在按點排列順序的m點之后，n-m點(η為等高線點數(shù)，m為設(shè)置的某一數(shù)值) 之前。標(biāo)注位置點的確定，需要在等高線m點和n-m點之間依次取出等高線特征點之間的平緩線段，進(jìn)行以下幾項判斷和處理41、標(biāo)注預(yù)選位置的確定預(yù)先設(shè)定一個標(biāo)注所在平緩曲線AB的最小長度閾值d(d值一般設(shè)為標(biāo)注的兩倍長度，可根據(jù)具體的地形特征而相應(yīng)的變化)，順序計算每兩個端點之間所有折線段的長度之和Sum，若Sum彡d，則不標(biāo)注。否則將兩個端點之間等高線上的中間位置M點(M點可能與等高線上的頂點重合，M點使得AM和BM間折線的長度最接近)選為預(yù)選點。42、標(biāo)注的起、末點的確定標(biāo)注起、末的點C、D標(biāo)注的起、末點的確定是指根據(jù)標(biāo)注的長度和M點的位置確定標(biāo)注存在于等高線的哪兩點之間，這兩個點是M點向A和B分別搜索到的與M點的折線長度大于標(biāo)注長度的二分之一的第一個點。CM與MD的折線長度大于標(biāo)注長度的二分之一。43、標(biāo)注密度的限制為了使一條等高線上的標(biāo)注的密度或平坦區(qū)域的標(biāo)記密度不至于過大，要把已標(biāo)注了的預(yù)選點的坐標(biāo)調(diào)出，判斷該點與這些點的距離是否大于限定的數(shù)值，若都滿足這個要求的話，則說明該標(biāo)注預(yù)選點滿足標(biāo)注密度要求。標(biāo)注密度的限制還可以通過選擇需要輸出的高程值進(jìn)行控制，因為有時并不需要所有等高線的高程都進(jìn)行標(biāo)注。44、標(biāo)注屏幕輸出屬性的初步確定如圖7所示標(biāo)注的屬性計算需要分四種情況，括號內(nèi)的數(shù)字代表它們的走向，等高線的走向是1到4。標(biāo)注傾斜角α的計算，需要先求C、D兩點的屏幕坐標(biāo)下斜率的絕對值k ；再根據(jù)C、D兩點的走向(如圖7所示C、D的走向有四種情況)確定斜率的符號，如圖73、(1所示，1^ = 1^，如圖713、(3，1^ = -1^最后用反正弦函數(shù)求得(1 =arctg(k)。標(biāo)注的預(yù)選點位置只確定了標(biāo)注的中點位置，還需要確定標(biāo)注的四個頂點的位置。Pl是標(biāo)注的起始位置，等高線高程的標(biāo)注范圍即P1P2P3P4這個四邊形。標(biāo)注的起點Pl可由M點屏幕坐標(biāo)Pl ·χ和Pl *y、屏幕坐標(biāo)系下標(biāo)注的長width和寬height (但也可以根據(jù)具體的地形特征而相應(yīng)的變化標(biāo)注的字體和大小)、以及標(biāo)注的傾斜角α斜率計算得到，如式(1)所示。 Ρ2、Ρ3和Ρ4的屏幕坐標(biāo)由它們與Pl的屏幕相對位置求出。45、標(biāo)注跨越多條等高線或超越圖幅的處理依據(jù)人們的讀圖習(xí)慣，一般不應(yīng)該在等高線較密的地方標(biāo)注高程。因此，可規(guī)定標(biāo)注寬度上通過數(shù)條等高線就不適應(yīng)于標(biāo)注，以防發(fā)生讀圖錯誤。但這可根據(jù)具體的地形特征而相應(yīng)的變化。將上面標(biāo)注的Ρ1、Ρ2、Ρ3和Ρ4四頂點的屏幕坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為實際坐標(biāo)后，選擇合適的插值方法依據(jù)鄰近的等高線上點進(jìn)行插值得出這四個頂點的高程ζ。四個高程值中的Pl (Ρ4)、Ρ2 (Ρ3)的ζ值之差的絕對值除以等高距就可以得到標(biāo)注寬度上通過的等高線的條數(shù)。而且有些等高線圖是在一定的邊界區(qū)域內(nèi)的，等高線的標(biāo)注不應(yīng)該跨越等高線的圖幅，可以通過點在多邊形內(nèi)的算法進(jìn)行判斷標(biāo)注的四個頂點是否在圖幅范圍內(nèi)。46、標(biāo)注字頭朝向的處理雖然也有一些讀者只要求標(biāo)注輸出的方向與X軸的交角在-Y Y (Y角可以根據(jù)讀者的要求而變化)之間。但是依據(jù)人們的一般讀圖習(xí)慣，即等高線標(biāo)注的字頭方向應(yīng)是面向高處(山頭或山脊)的，其注記時應(yīng)考慮坡度和坡向。比較標(biāo)注的Ρ1(Ρ4)，Ρ2(Ρ3)的 ζ值之差就可以知道字頭朝向，依據(jù)上述的計算方法，等高線圖就不需要滿足等高線是按左高右低的方向生成(沿等高線采集的數(shù)據(jù)也由軟件重新排列，使之滿足左高右低)的條件， 適用于各類算法生成的等高線。如果字體方向是面向高處的，就不需要修改；否則將原Pl 的值賦值給Ρ3，原Ρ2的值賦值給Ρ4，原Ρ3的值賦值給Pl，原Ρ4的坐標(biāo)值賦值給Ρ2，傾斜角α = α+180°。算法提供相應(yīng)的限值，可供讀者選擇滿足他們要求的輸出。做完以上的判斷和處理后，將確定可以輸出的高程標(biāo)注的信息記錄到標(biāo)注的屏幕位置表和標(biāo)注的合理預(yù)選點信息表。等高線高程標(biāo)注在等高線圖上，等高線如何處理呢？ 一般軟件采用若標(biāo)注起、末點在等高線離散點中的順序分別為c、d，則原等高線變?yōu)橛? c，d η的二條等高線的作法。但這種作法改變了等高線的結(jié)構(gòu)，而且有時會出現(xiàn)C、D點和等高線標(biāo)注之間出現(xiàn)很大的間隔(如圖8a所示)。本發(fā)明采用等高線與標(biāo)注判交的方法，在畫等高線的同時，判斷等高線的相鄰兩點間的連線是否應(yīng)該繪出。計算時把M點也看作等高線上的一點，會使判交比較簡單。其基本思想是如果當(dāng)前點落在標(biāo)注內(nèi)且其前一個點在標(biāo)注外，則將等高線畫至這兩個點的連線與等高線標(biāo)注的交點；如果當(dāng)前點落在標(biāo)注內(nèi)且其前一個點也在標(biāo)注內(nèi)則不畫這一段等高線；如果當(dāng)前點落在標(biāo)注外且前一個點在標(biāo)注外則畫這一段等高線；如果當(dāng)前點落在標(biāo)注外且前一個點在標(biāo)注內(nèi)，則畫這兩個點與標(biāo)注的交點到這個點這一段等高線。這種做法即不會改變等高線的結(jié)構(gòu)，也能使標(biāo)注更加美觀，如圖8b所示。上述步驟S105中，應(yīng)用基于相鄰邊界點和局部掃描線法，形成等值線填充區(qū)。該步驟S105中，提出一種新的基于邊界和等值線數(shù)據(jù)生成區(qū)的算法，該算法巧妙運用網(wǎng)格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，解決了生成等值區(qū)過程中識別洞這一主要算法瓶頸。等值線的填充主要包括兩種情況需要處理，即對閉合等值線的處理和對開等值線的處理。如圖9所示，其中AO，B0，CO，DO，E0，F(xiàn)0，GO，H0，AO點構(gòu)成生成等值線網(wǎng)格數(shù)據(jù)的
邊界，是一條封閉曲線；圖9中數(shù)字1 7代表生成等值線的編號，其中，1 4為開等值線； 5 7為閉合等值線圖中pi p3是閉合等值線上的點；圖中A，B，C，D，E，F(xiàn)，G，H為開等值線上的端點，同時也是在等值線數(shù)據(jù)邊界上的點，即在生成等值線時插入到邊界上的。(1).對開等值線進(jìn)行填充對于開等值線的填充主要可以根據(jù)開等值線與邊界的交點。主要算法思想i)將 A，B，C，D，E，F(xiàn)，G，H，AO, BO, CO, DO, E0, F0, GO, HO 按照逆時針方向排序；ii)從左下角開始，如圖9中AO點，找到第一個未使用的插入點，如圖9中A點； 若沒有找到，則轉(zhuǎn)到ν;iii)由A點沿邊界找到下一個插入點；即在圖9中由A- > BO- > B，如果找到的插入點與起始點，如圖9中A，B不在同一條等值線上，則回到ii ；如果A，B在同一條等值線上，則轉(zhuǎn)到iv。iv)記錄當(dāng)前的填充區(qū)，如圖9中弧段1與ABOB構(gòu)成一個等值區(qū)，回到ii ；ν)保存所有等值區(qū)；(2).對閉合等值線進(jìn)行填充對于閉合等值線的填充主要包括兩方面的內(nèi)容，首先確定閉合等值線之間的包含關(guān)系，其次，確定由閉合等值線填充的區(qū)與由開曲線填充的區(qū)之間的包含關(guān)系；i)將每個閉合等值線填充成區(qū)；ii)將所有的閉合區(qū)進(jìn)行排序；iii)計算閉合區(qū)的包含關(guān)系；iv)計算閉合區(qū)與開曲線填充區(qū)的閉合關(guān)系；最終，可以將原有的各條等值線填充成為等值區(qū)。上述步驟S106中，基于等值線，應(yīng)用基于最小搜索圓平面多邊形域約束Delaimay 三角剖分算法技術(shù)，重建曲面模型。該步驟S106中，讀入矢量線文件，主要包括地質(zhì)、測量、物探、化探等以矢量格式保存的線數(shù)據(jù)，自動重構(gòu)該矢量線文件所代表的表面模型。針對找礦信息數(shù)據(jù)所代表的連續(xù)曲面重構(gòu)是進(jìn)行三維顯示的基礎(chǔ)。本發(fā)明不僅提供了網(wǎng)格生成曲面的方法，同時，提出了一種利用不相交的線模型重構(gòu)曲面的方法。本發(fā)明中的基于等值線的局面重構(gòu)技術(shù)核心是一種新的基于邊優(yōu)先的二維多邊形域任意散亂數(shù)據(jù)的約束Delaimay三角剖分算法。算法結(jié)合網(wǎng)格分塊技術(shù)，提出了基于最小搜索圓的點搜索思想，并證明了該思想的正確性，有效地提高了搜索“第三點”的速度。算法中散亂數(shù)據(jù)可以是任意復(fù)雜的折線、封閉多邊形環(huán)及離散點。另外，在三角剖分過程中， 實時地去掉封閉點和封閉邊，極大地加快了構(gòu)網(wǎng)速度，實現(xiàn)了平面多邊形域散亂數(shù)據(jù)的快速約束Delaunay三角化。(1).基本概念定義1封閉邊(Occluded Edge)在三角剖分過程中，邊界邊已經(jīng)被三角化或是非邊界邊已經(jīng)被兩個三角形所共用，該邊在后續(xù)三角化過程中將不起作用，此類邊稱作封閉邊。如圖10中的AB、BC、AP等邊。定義2封閉點(Occluded Point)在三角剖分過程中，一些邊界點或是約束區(qū)域內(nèi)部的非邊界點已經(jīng)在當(dāng)前邊界環(huán)的外部區(qū)域，該點在后續(xù)三角化過程中將不起作用，此類點稱作封閉點。如圖10中的A、B、P點。定義3點角(Point Angle)當(dāng)該點為封閉點時，與該點相連的三角形中，以該點為頂點的內(nèi)角和。若該點為邊界點，如圖10中點A、B、C、D等點，其初始點角分別為Z FAB、 Z ABC、Z B⑶、Z⑶E ；若該點為非邊界點(離散點和非封閉折線上的點)，如圖10中點G、 P，其初始點角均初始化為2 π。在三角剖分過程中，隨著頂點的點角減小，頂點便趨于封閉點；當(dāng)點角為0時，頂點成為封閉點。定義4最小搜索圓(Minimum Search Circle)以當(dāng)前基邊的中點為圓心，半徑為當(dāng)前基邊邊長的1.5倍的圓，稱為當(dāng)前基邊的最小搜索圓。該半徑稱最小搜索半徑 (Minimum Search Radius)。如圖11中AP邊的最小搜索圓，圓心是M點，半徑|MH| = 1. 5X AP U定理1平面任意簡單多邊形在最小搜索圓的約束下一定能三角化。證明因為任意一個多邊形至少存在一個凸頂點。圖11中凸頂點P，取連接P點的兩條邊AP、PB，顯然Β點一定在AP邊的左側(cè)。不妨設(shè)IAPI彡|PB|，取AP的中點M，以Μ 為圓心，半徑為1.5Χ IAPI畫圓，則圓Μ內(nèi)至少存在Β點(Ι.5Χ|ΑΡ| > |ΜΒ |)，即能保證邊ΑΡ、ΡΒ能被成功剖分。圖11中圓M中還包含點G，此時根據(jù)可見性知連接點P和G，得到 AAPG。若還存在其他點，總可以找到一個三角形，其內(nèi)部不包含其他點，去掉該新生成的三角形，剩下的多邊形同理也一定能被三角剖分。定理2平面多邊形域內(nèi)任意嵌入約束點、邊、環(huán)，在最小搜索圓的約束下一定能三角化。證明根據(jù)定理1可知，簡單多邊形內(nèi)加上離散點顯然一定能被三角化。若多邊形內(nèi)部存在折線或洞(內(nèi)邊界環(huán))，同定理1證明，取一個凸頂點P和其左右相鄰的兩個頂點 Α、Β連接成一個ΔΑΡΒ，若ΔΑΡΒ內(nèi)部不存在其他的點，則去掉該三角形。若存在其他點，取其中一點與ΑΡ(|ΑΡ|彡IPBD連接成一個三角形，合法性判斷同定理1。顯然存在一個合法三角形，同理去掉該三角形，剩下的多邊形域同理也一定能被三角剖分。在二維多邊形域不存在離散點數(shù)據(jù)的特殊情況下，定理1保證了三角剖分的可行性。同時，在二維多邊形域存在任意復(fù)雜約束數(shù)據(jù)的情況下，定理2也保證了三角剖分的可行性。(2).算法思想本算法主要基于傳統(tǒng)的邊優(yōu)先的生長算法，在生長過程中增加約束條件，完成約束Delaimay三角剖分。傳統(tǒng)的生長算法就是基于新邊在大量離散點中查找滿足 DT (Delaunay Triangulation，三角化)的“第三點”，這樣需花費大量時間。本發(fā)明采用分塊技術(shù)，利用網(wǎng)格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來存儲平面離散數(shù)據(jù)，并結(jié)合最小搜索圓，這樣減少了搜索“第三點”的范圍，提高了構(gòu)網(wǎng)速度。在剖分過程中動態(tài)去掉封閉點和封閉邊，可以使算法的效率大大提高。最后通過LOP (Local Optimization Procedure，局部優(yōu)化算法)對三角網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化，得到最優(yōu) CDT (Constrained Delaunay Triangulation,約束三角化)。i)建立離散數(shù)據(jù)網(wǎng)格索引建立網(wǎng)格索引的目的就是使不規(guī)則離散點“規(guī)則化”。建立網(wǎng)格索引的基本思路是把離散點放到大小相同的網(wǎng)格中，把約束邊放到其所跨越的網(wǎng)格中。設(shè)當(dāng)前離散數(shù)據(jù)包含 η個離散點的矩形包圍盒的面積為S，則可以計算單位面積上點分布的平均密度P =n/S。
利用離散點的平均密度就可以估計離散點間的平均距離d 二 。在實際應(yīng)用中，可將d擴(kuò)大適當(dāng)倍數(shù)作為網(wǎng)格大小的參照，根據(jù)經(jīng)驗值，每個網(wǎng)格內(nèi)離散點數(shù)目的期望值為9，則可以確定網(wǎng)格的期望大小為3dX3d。每個網(wǎng)格單元的結(jié)構(gòu)如圖12，包含兩個頭指針，兩頭指針分別鏈接網(wǎng)格內(nèi)部點指針和跨越或在網(wǎng)格內(nèi)部邊的指針。所有點都保存在PointsHead鏈表里面，每個結(jié)點包含該點的初始化信息。點數(shù)據(jù)用鏈表保存，初始化時對每個點都賦予一個ID，唯一標(biāo)示該點，這樣在后續(xù)判斷相同點計算中可以避免很多浮點運算。所有邊都保存在LinesHead鏈表里面，每個結(jié)點包含指向PointsHead鏈表里面的兩個點結(jié)點以及邊的類型與拓?fù)湫畔?。用雙向鏈表存儲可以實現(xiàn)直接刪除和插入邊的操作。在對數(shù)據(jù)預(yù)處理時，點定位到網(wǎng)格很簡單， 邊定位到所跨越的網(wǎng)格單元，可以通過RayTracing技術(shù)快速計算得到。每個網(wǎng)格均記錄與其相關(guān)聯(lián)的邊，在后續(xù)判斷可見性計算中可以迅速找到局部包圍盒內(nèi)部的約束邊，這樣使得可見性判斷時相交檢測計算量大大降低。ii)計算 DT 點在基于邊構(gòu)網(wǎng)時，如圖13中約束邊AB、BC，此時P與C都在AB邊的左側(cè)，但是顯然此時P點是符合DT的“第三點”，C點肯定是首先被搜索到的點，做一個AABC的外接圓， P點肯定在該外接圓內(nèi)，重新計算網(wǎng)格包圍盒，再利用螺旋式搜索，這樣找到P點花費的時間很多。本發(fā)明利用最小搜索半徑，可以計算得到圖13虛線所示網(wǎng)格包圍盒，此時只有C 點在包圍盒內(nèi)，直接連接AC邊，生成AABC，不外擴(kuò)網(wǎng)格包圍盒。在包圍盒內(nèi)尋找“第三點” 時，首先計算哪些網(wǎng)格在當(dāng)前基邊的左側(cè)，只要計算每個網(wǎng)格的4個角頂點與基邊的位置關(guān)系，若整個網(wǎng)格完全在基邊的右側(cè)，則不計算該網(wǎng)格內(nèi)的點，而不是窮舉包圍盒內(nèi)所有網(wǎng)格內(nèi)的點，這樣可以節(jié)省不必要的計算。計算邊可見性時，只要對當(dāng)前網(wǎng)格包圍盒內(nèi)的網(wǎng)格所鏈接的邊進(jìn)行相交檢測，因為構(gòu)造當(dāng)前三角形的新邊不可能跨出其包圍盒。在利用最小搜索圓三角剖分過程中，存在一些短邊在最小搜索圓內(nèi)找不到“第三點”的情況，根據(jù)定理1、2，上述情況不會影響后續(xù)三角剖分，所以跳過該邊不做任何處理， 接著處理后續(xù)邊。同時，按下述定理3，只有在連續(xù)鄰邊共線且附近沒有離散點時，才會連續(xù)跳過基邊不處理，其他情況下均能找到“第三點”與當(dāng)前基邊構(gòu)成三角形，所以該方法不會降低三角剖分效率。定理3平面任意簡單多邊形中，分別以不共線兩鄰邊為基邊構(gòu)造最小搜索圓，至少有一個搜索圓內(nèi)存在“第三點”。證明圖14中取相鄰兩邊AB、BC，設(shè)1 = AB |，L = BC |，分別以基邊AB、BC中點 M、N為圓心作搜索圓，其搜索圓半徑分別設(shè)為r、R，r = 1.5X |AB = 1.51，R= 1.5X |BC =1.5L。分以下2種情況分析1.當(dāng)L>1或L<1時，圓N內(nèi)至少存在A點或圓M內(nèi)至少存在C點；2.當(dāng)L = 1時，以BC為基邊，設(shè)Z ABN= Φ (O ^ Φ < π )，由最小搜索圓定義知
r = R，在ΔΑΒΝ中由余弦定理得_4爐_^2COS4 <i 2，圓N內(nèi)至少存在A點。當(dāng)且僅當(dāng)
φ = J1時，|AN| = R，即兩鄰邊在同一直線上且長度相等時，圓Ν上至少存在Α點。iii)去封閉點和封閉邊隨著三角剖分的進(jìn)行，在剖分過程中會出現(xiàn)很多封閉點和封閉邊，這些數(shù)據(jù)對后續(xù)的剖分沒有任何作用，應(yīng)動態(tài)刪除這些冗余數(shù)據(jù)。對封閉點做刪除時，通過對每個點引入一個單邊計數(shù)，動態(tài)改變該計數(shù)器，若新邊已經(jīng)出現(xiàn)在相連邊中則計數(shù)器減1，否則計數(shù)器加1，當(dāng)計數(shù)器為0時則已經(jīng)封閉。但是這樣必須對該點所連接的所有邊記錄下來，每次都要遍歷所有相連邊，在空間和時間上都是很浪費的。本發(fā)明通過計算每個點的點角判斷該點是否為封閉點。首先計算所有點的初始點角，在剖分過程中，每連接一個三角形，分別更新三角形的3個頂點的點角。用當(dāng)前點的點角減去該點所在三角形中的頂點角。當(dāng)點角為 0時，則該點為封閉點，從所在網(wǎng)格的點鏈表中刪除該點索引。這樣避免遍歷所有相連邊，加快去封閉點的速度。對封閉邊做刪除時，首先初始化邊界邊的計數(shù)為1，其他邊(非封閉折線)的計數(shù)為0。剖分過程中，只要記錄該邊出現(xiàn)的次數(shù)，當(dāng)且僅當(dāng)計數(shù)為2時，該邊為封閉邊，從所關(guān)聯(lián)網(wǎng)格的邊鏈表中刪除該邊索引。i ν)三角網(wǎng)LOP優(yōu)化本發(fā)明利用最小搜索圓搜索方法實現(xiàn)三角化，最后得到的三角網(wǎng)中不能保證所有三角形都是最優(yōu)的，所以三角網(wǎng)必須優(yōu)化。本發(fā)明主要采用Lawson提出的LOP過程，理論上說不論何種算法生成三角網(wǎng)，只要用LOP過程進(jìn)行優(yōu)化，可以得到Delaimay三角網(wǎng)。但存在約束邊時，應(yīng)增加以下準(zhǔn)則若當(dāng)前邊是約束邊則不優(yōu)化；若當(dāng)前邊不是約束邊，交換對角線時，對應(yīng)對角線是約束邊則不優(yōu)化。在邊界環(huán)上可能出現(xiàn)不滿足DT的空圓準(zhǔn)則，圖 15中AABC的外接圓不為空，包含邊界點D。如果一個三角形的外接圓中不存在同時滿足從三角形三個頂點都理想可見的頂點，該準(zhǔn)則稱約束圓準(zhǔn)則，該三角形仍為DT。圖15中點 D在B處可見，但從A、C兩點處均不可見，仍然滿足約束圓準(zhǔn)則，所以AABC仍是DT。所以本發(fā)明按照以上優(yōu)化準(zhǔn)則即可實現(xiàn)平面域約束條件下最優(yōu)CDT。ν)算法步驟根據(jù)以上分析，該算法的具體步驟如下Stepl.預(yù)處理數(shù)據(jù)根據(jù)離散點的分布，分析計算網(wǎng)格單元的大小，并初始化每個網(wǎng)格單元。把離散點定位到對應(yīng)網(wǎng)格，記錄網(wǎng)格-點相互對應(yīng)關(guān)系，并初始化每個點的ID。根據(jù)每個點的類型初始化點角，若該點為非邊界點，則初始化該點的點角為。通過RayTracing技術(shù)，把每條邊定位到對應(yīng)網(wǎng)格，記錄網(wǎng)格-邊的相互對應(yīng)關(guān)系。 根據(jù)邊類型，若該邊是邊界邊，則初始化對應(yīng)邊界頂點的點角。Step2.基于邊優(yōu)先的三角化計算當(dāng)前基邊AB最小搜索圓的包圍盒，計算落在基邊左側(cè)的網(wǎng)格。若不存在點在當(dāng)前搜索圓內(nèi)，轉(zhuǎn)Mep3，否則遍歷里面的點，計算Z APB，按照該角度排序。取最大角的P 點，若滿足可見性則選為當(dāng)前的“第三點”。若不滿足則依次選擇次大角對應(yīng)的Pi點，同樣操作，直到滿足可見性條件為止，則該點選為當(dāng)前的“第三點”。更新當(dāng)前ΔΑΒΡ三邊的拓?fù)潢P(guān)系，并將ΔΑΒΡ加入三角形鏈表中。更新A、B、P三點的點角，若存在點角為0的封閉點，則把該點對應(yīng)的網(wǎng)格對該點的鏈接刪除。更新AB邊的計數(shù)，此時計數(shù)若為2，則直接在LinesHead鏈表中刪除該邊并刪除該邊對應(yīng)的網(wǎng)格對該邊的鏈接。在邊鏈表中查找AP邊是否出現(xiàn)過，若AP為新邊，則加入LinesHead鏈表中，并初始化該邊與其對用網(wǎng)格相關(guān)信息以及邊的計數(shù)。若AP為舊邊，則直接刪除該邊并刪除該邊對應(yīng)的網(wǎng)格對該邊的鏈接。對BP邊同(4)操作。Step3.若LinesHead鏈表不為空，循環(huán)取新基邊，轉(zhuǎn)乂印2 ；若為空，則轉(zhuǎn)乂印4。Step4.利用LOP及約束準(zhǔn)則對整個三角網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化。如圖21所示，是本發(fā)明的礦產(chǎn)資源評價信息的三維可視化裝置，該裝置200包括網(wǎng)格模型生成模塊21，用于根據(jù)離散點和原始等值線表示的找礦信息，通過離散點網(wǎng)格化生成網(wǎng)格模型。立體等值線圖模塊22，連接網(wǎng)格模型生成模塊21、等值線生成模塊23，用于基于網(wǎng)格模型，應(yīng)用彩色暈渲方式生成陰影地形柵格圖以及將陰影地形柵格圖與等值線進(jìn)行復(fù)合顯示得到立體等值線圖。等值線生成模塊23，連接網(wǎng)格模型生成模塊21，用于基于網(wǎng)格模型，應(yīng)用基于鄰邊和最短距離方式生成等值線。等值線填充模塊對，連接等值線生成模塊23，用于對等值線應(yīng)用基于相鄰邊界點和局部掃描線法進(jìn)行填充形成等值線填充區(qū)。曲面模型重建模塊25，連接等值線生成模塊23，用于對等值線應(yīng)用基于最小搜索圓平面多邊形域約束Delaimay三角剖分算法重建曲面模型。進(jìn)一步地，網(wǎng)格模型生成模塊21，根據(jù)離散點和原始等值線表示的找礦信息，通過距離倒數(shù)法網(wǎng)格化或克里格插值法網(wǎng)格化生成網(wǎng)格模型。進(jìn)一步地，立體等值線圖模塊22，利用數(shù)學(xué)統(tǒng)計分析原理設(shè)置陰影地形柵格圖的顏色，并將等值線的數(shù)據(jù)疊加到陰影地形柵格圖上進(jìn)行復(fù)合顯示得到立體等值線圖。進(jìn)一步地，等值線生成模塊23，當(dāng)?shù)戎稻€具有相同高度時，優(yōu)先連接網(wǎng)格模型中網(wǎng)格單元鄰邊上的等值點；或當(dāng)?shù)戎稻€具有不同高度時，優(yōu)先連接網(wǎng)格模型中網(wǎng)格單元的最短等值邊。該裝置200還包括等值線標(biāo)注模塊沈，用于對等值線應(yīng)用基于Douglas-Pecuker 的等值線標(biāo)注方式進(jìn)行標(biāo)注。因該裝置200是與礦產(chǎn)資源評價信息的三維可視化方法相對應(yīng)的裝置，所以上述三維可視化方法中所述的內(nèi)容同樣適應(yīng)于該裝置。本發(fā)明提出了一種礦產(chǎn)資源評價信息的三維可視化方法及其裝置，適用于礦產(chǎn)資源評價領(lǐng)域區(qū)域地表、地球物理、地球化學(xué)找礦信息提取和綜合分析成果表達(dá)與可視化技術(shù)，屬于地理信息系統(tǒng)地圖制圖范疇，主要用途針對礦產(chǎn)勘查過程中獲得的網(wǎng)格數(shù)據(jù)和原始等值線數(shù)據(jù)，利用交互陰影顯示、創(chuàng)建陰影地形柵格圖、柵格圖與等值線、地質(zhì)圖等矢量圖復(fù)合顯示和曲面模型三維可視化等技術(shù)，實現(xiàn)基于網(wǎng)格模型和三角網(wǎng)模型的三維顯示， 同時利用等值線實現(xiàn)兩種模型之間相互轉(zhuǎn)換。當(dāng)然，本發(fā)明還可有其它多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明做出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種礦產(chǎn)資源評價信息的三維可視化方法，其特征在于，包括A，根據(jù)離散點和原始等值線表示的找礦信息，通過離散點網(wǎng)格化生成網(wǎng)格模型；B，基于所述網(wǎng)格模型，應(yīng)用基于鄰邊和最短距離方式生成等值線，以及應(yīng)用彩色暈渲方式生成陰影地形柵格圖以及將所述陰影地形柵格圖與所述等值線進(jìn)行復(fù)合顯示得到立體等值線圖；C，對所述等值線，應(yīng)用基于相鄰邊界點和局部掃描線法進(jìn)行填充形成等值線填充區(qū)， 以及應(yīng)用基于最小搜索圓平面多邊形域約束Delaimay三角剖分算法重建曲面模型。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦產(chǎn)資源評價信息的三維可視化方法，其特征在于，所述步驟A中，進(jìn)一步包括根據(jù)離散點和原始等值線表示的找礦信息，通過距離倒數(shù)法網(wǎng)格化或克里格插值法網(wǎng)格化生成所述網(wǎng)格模型。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的礦產(chǎn)資源評價信息的三維可視化方法，其特征在于，所述步驟B中，進(jìn)一步包括利用數(shù)學(xué)統(tǒng)計分析原理設(shè)置所述陰影地形柵格圖的顏色，并將所述等值線的數(shù)據(jù)疊加到所述陰影地形柵格圖上進(jìn)行復(fù)合顯示得到所述立體等值線圖。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的礦產(chǎn)資源評價信息的三維可視化方法，其特征在于，所述步驟B中，進(jìn)一步包括當(dāng)所述等值線具有相同高度時，優(yōu)先連接所述網(wǎng)格模型中網(wǎng)格單元鄰邊上的等值點；或當(dāng)所述等值線具有不同高度時，優(yōu)先連接所述網(wǎng)格模型中網(wǎng)格單元的最短等值邊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的礦產(chǎn)資源評價信息的三維可視化方法，其特征在于，進(jìn)一步包括應(yīng)用基于Douglas-Pecuker的等值線標(biāo)注方式標(biāo)注所述等值線的步驟。
6.一種礦產(chǎn)資源評價信息的三維可視化裝置，其特征在于，包括網(wǎng)格模型生成模塊，用于根據(jù)離散點和原始等值線表示的找礦信息，通過離散點網(wǎng)格化生成網(wǎng)格模型；等值線生成模塊，連接所述網(wǎng)格模型生成模塊，用于基于所述網(wǎng)格模型，應(yīng)用基于鄰邊和最短距離方式生成等值線；立體等值線圖模塊，連接所述網(wǎng)格模型生成模塊、所述等值線生成模塊，用于基于所述網(wǎng)格模型，應(yīng)用彩色暈渲方式生成陰影地形柵格圖以及將所述陰影地形柵格圖與所述等值線進(jìn)行復(fù)合顯示得到立體等值線圖；等值線填充模塊，連接所述等值線生成模塊，用于對所述等值線應(yīng)用基于相鄰邊界點和局部掃描線法進(jìn)行填充形成等值線填充區(qū)；曲面模型重建模塊，連接所述等值線生成模塊，用于對所述等值線應(yīng)用基于最小搜索圓平面多邊形域約束Delaimay三角剖分算法重建曲面模型。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的礦產(chǎn)資源評價信息的三維可視化裝置，其特征在于，所述網(wǎng)格模型生成模塊根據(jù)離散點和原始等值線表示的找礦信息，通過距離倒數(shù)法網(wǎng)格化或克里格插值法網(wǎng)格化生成所述網(wǎng)格模型。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的礦產(chǎn)資源評價信息的三維可視化裝置，其特征在于，所述立體等值線圖模塊利用數(shù)學(xué)統(tǒng)計分析原理設(shè)置所述陰影地形柵格圖的顏色，并將所述等值線的數(shù)據(jù)疊加到所述陰影地形柵格圖上進(jìn)行復(fù)合顯示得到所述立體等值線圖。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的礦產(chǎn)資源評價信息的三維可視化裝置，其特征在于，所述等值線生成模塊當(dāng)所述等值線具有相同高度時，優(yōu)先連接所述網(wǎng)格模型中網(wǎng)格單元鄰邊上的等值點；或當(dāng)所述等值線具有不同高度時，優(yōu)先連接所述網(wǎng)格模型中網(wǎng)格單元的最短等值邊。
10.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的礦產(chǎn)資源評價信息的三維可視化裝置，其特征在于，還包括等值線標(biāo)注模塊，用于對所述等值線應(yīng)用基于Douglas-Pecuker的等值線標(biāo)注方式進(jìn)行標(biāo)注。
全文摘要
本發(fā)明有關(guān)于一種礦產(chǎn)資源評價信息的三維可視化方法及其裝置，其中該方法包括A，根據(jù)離散點和原始等值線表示的找礦信息，通過離散點網(wǎng)格化生成網(wǎng)格模型；B，基于所述網(wǎng)格模型，應(yīng)用基于鄰邊和最短距離方式生成等值線，以及應(yīng)用彩色暈渲方式生成陰影地形柵格圖以及將所述陰影地形柵格圖與所述等值線進(jìn)行復(fù)合顯示得到立體等值線圖；C，對所述等值線，應(yīng)用基于相鄰邊界點和局部掃描線法進(jìn)行填充形成等值線填充區(qū)，以及應(yīng)用基于最小搜索圓平面多邊形域約束Delaunay三角剖分算法重建曲面模型。本發(fā)明實現(xiàn)了對礦產(chǎn)資源評價領(lǐng)域區(qū)域地表、地球物理、地球化學(xué)找礦信息提取和綜合分析成果表達(dá)。
文檔編號G06T17/05GK102314711SQ20101022385
公開日2012年1月11日 申請日期2010年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月1日
發(fā)明者劉勇強(qiáng), 宋國璽, 李楠, 肖克炎, 鄒偉, 陰江寧, 陳學(xué)工, 馬金金 申請人:中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所