本發(fā)明涉及三維地質模型可視化領域，尤其涉及一種復雜三維地質模型局部體素化方法及設備。

背景技術：

1、三維地質模型在地質勘探、礦產(chǎn)資源開發(fā)、環(huán)境保護等領域具有重要應用價值。通過鉆孔、剖面圖等地質勘察資料構建的地質表面模型可以直觀地表達地層的空間結構，但對于地質空間內部的非均質性、非連續(xù)性以及地質學內涵則表達不足。而將地質結構模型精細剖分成體素模型可以對地質體內部屬性非均一致性的表達和屬性參數(shù)值動態(tài)變化的模擬，更加精細地展示地質體內部屬性參數(shù)的空間分布和變化規(guī)律。由于地質模型的復雜性以及收集到的場數(shù)據(jù)通常是在特定的空間范圍，所以對地質模型進行局部高效的精細剖分，進而構建局部地質體素模型更加貼合實際生產(chǎn)需求，具有重要的應用價值。然而，現(xiàn)有的模型體素化方法在主要存在以下問題：

2、三維地質模型體素化過程通常需要對大量數(shù)據(jù)進行處理，特別是在高分辨率的情況下，計算量和存儲需求急劇增加，導致數(shù)據(jù)量大的模型體素化效率低下?；趯哟伟鼑泻桶瞬鏄涞瓤臻g結構的體素化方法，在一定程度上可以提升相交檢測效率，進而降低整個體素化的過程計算復雜度，但在處理復雜地質結構時，計算復雜度仍然很高且這些空間結構的緊密性較差，需要消耗大量內存存儲這些空間結構。

3、傳統(tǒng)的體素化方法在相交檢測階段，包圍盒結構簡單，在處理拓撲形態(tài)復雜的地層單元時容易出現(xiàn)構造不夠緊密、地層信息丟失等問題。

4、一些復雜地質結構模型(如斷層、空洞)在體素化過程中難以準確表示。現(xiàn)有的體素填充如光柵化、掃描線等方法在填充這些復雜地質結構模型時，體素化效率較高，但是缺乏對這些復雜的地質結構進行判定的過程，導致體素錯誤填充，使得最終構建的體素模型精度較低，無法滿足用戶使用需求。

技術實現(xiàn)思路

1、有鑒于此,本發(fā)明的目的在于提供一種復雜三維地質模型局部體素化方法及設備，用于解決傳統(tǒng)的體素化方法設計的包圍盒結構簡單，體素填充缺乏對復雜地質結構的判定，導致體素模型精度較低的問題。

2、本發(fā)明提供了一種復雜三維地質模型局部體素化方法，包括步驟：

3、s1：獲取三維整體地質模型，對三維整體地質模型進行預處理以及使用局部邊界框進行局部選取，獲得待體素化的局部三維地質模型；

4、s2：通過對局部三維地質模型進行地層單元的劃分，構建層級混合包圍盒；

5、s3：根據(jù)體素分辨率獲取局部邊界框體素集合，通過局部邊界框體素集合與層級混合包圍盒進行相交檢測，獲得局部體素集合；

6、s4：通過局部體素集合與局部三維地質模型表面的三角網(wǎng)格進行相交檢測，獲得局部三維地質模型的表面體素模型；

7、s5：通過局部體素集合填充局部三維地質模型內的各地層單元，獲得局部三維地質模型的內部體素模型；

8、s6：由表面體素模型和內部體素模型，共同構成局部三維地質模型的最終體素模型。

9、優(yōu)選的，步驟s1具體為：

10、s11：通過三維圖形系統(tǒng)生成三維整體地質模型，將三維整體地質模型導入圖像處理單元進行渲染，獲得渲染場景；

11、s12：在渲染場景下，選取將要進行體素化的局部區(qū)域，獲得局部三維地質模型。

12、優(yōu)選的，步驟s2具體為：

13、s21：將局部三維地質模型沿z軸劃分為多個地層單元；

14、s22：將地層單元p的三角網(wǎng)格的頂點集合記為p，計算獲得p的所有頂點分別在x軸、y軸和z軸上的平均值μx，μy，μz，計算公式為：

15、

16、其中，n為頂點的總數(shù)，i為頂點的編號；

17、s23：計算獲得x軸和y軸之間的協(xié)方差σxy，計算公式為：

18、

19、同理計算獲得協(xié)方差σxx、σyy、σzz、σyz和σxz，由各協(xié)方差構建協(xié)方差矩陣c，其表達式為：

20、

21、s24：頂點集合p中第i個頂點的向量表示為：則向量集合a表示為：

22、

23、其中，ai,bi,ci為第i個頂點的向量坐標；

24、s25：對協(xié)方差矩陣c作譜分解，獲得特征值λ1，λ2和λ3，且λ1>λ2>λ3；λ1，λ2和λ3對應的特征向量為

25、s26：計算獲得地層單元p的方向矩陣、半軸長和中心坐標；

26、方向矩陣rp的表達式為：

27、半軸長sp的表達式為：

28、

29、中心坐標cp的表達式為：

30、

31、s27：由方向矩陣rp、半軸長sp和中心坐標cp構建地層單元p的包圍盒；

32、s28：采用表面積啟發(fā)式算法對地層單元p的包圍盒進行逐級劃分；

33、s29：重復步驟s22至s28，獲得所有地層單元的包圍盒，由各地層單元的包圍盒組成層級混合包圍盒。

34、優(yōu)選的，步驟s3具體為：

35、s31：提取局部邊界框體素集合中的某一個體素，若該體素與層級混合包圍盒相交則將該體素放入局部體素集合，否則剔除該體素；

36、s32：重復步驟s31直至遍歷局部邊界框體素集合中的所有體素，獲得局部體素集合。

37、優(yōu)選的，步驟s4具體為：

38、s41：提取局部體素集合中的某一個體素，若該體素與局部三維地質模型表面的三角網(wǎng)格相交，則將該體素標記保留為表面體素，否則剔除該體素；

39、s42：重復步驟s41直至遍歷局部體素集合中的所有體素，獲得所有的表面體素，由各表面體素構成表面體素模型。

40、優(yōu)選的，步驟s5具體為：

41、s51：提取局部三維地質模型內的地層單元p，地層單元p共包含j個平面；

42、s52：對局部體素集合在j個平面內的各體素進行法向量一致性檢測，保留在局部三維地質模型內部的體素；

43、s53：重復步驟s51至s52直至遍歷所有地層單元，由所有在局部三維地質模型內部的體素構成內部體素模型。

44、優(yōu)選的，步驟s52具體為：

45、s521：獲取與體素q最近的局部三維地質模型表面的三角網(wǎng)格q，構建體素q射向三角網(wǎng)格q的射線；

46、s522：若射線與三角網(wǎng)格q的內表面相交，則表明體素q位于局部三維地質模型的內部，保留體素q；

47、若射線與三角網(wǎng)格q的外表面相交，則表明體素q位于局部三維地質模型的外部，剔除體素q；

48、s523：重復s521至s522，遍歷局部體素集合在j個平面內的各體素。

49、一種復雜三維地質模型局部體素化設備，包括：處理器及存儲介質；所述處理器加載并執(zhí)行存儲介質中的指令及數(shù)據(jù)用于實現(xiàn)所述的復雜三維地質模型局部體素化方法。

50、本發(fā)明具有以下有益效果：

51、將局部三維地質模型劃分為多個地層單元，根據(jù)各地層單元的方向特征構建各地層單元的包圍盒，將各包圍盒組合成層級混合包圍盒，層級混合包圍盒在處理三維地質模型時相較于單一層次包圍盒展現(xiàn)出更好地包裹性能和更快的構建速度，為提高體素化過程中的相交檢測提供了良好的結構基礎；

52、在構建局部三維地質模型的內部體素模型過程中增加了法向量一致性檢測，可以判斷種子體素是否真正屬于地質模型的內部，能有效判斷諸如局部地質模型內部出現(xiàn)的空洞、斷裂等特殊地質結構，從而避免錯誤的體素填充，有效提升地質模型局部體素化的精度。