地震活断层探测地质体三维可视化设计

技术创新中文核心期刊《微计算机信息》（测控自动化）２００６年第２２卷第６－１期３６０元／年邮局订阅号：８２－９４６《现场总线技术应用２００例》ＧＰＳＧＩＳ地震活断层探测地质体三维可视化设计ＤｅｓｉｇｎｏｆＧｒｉｄＭｏｄｅｌｉｎｇａｎｄＶｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎＯｐｅｎＧＬｆｏｒＧｅｏｌｏｇｙｗｉｔｈＢｏｒｅｈｏｌｅｉｎｓｅｉｓｍｉｃａｃｔｉｖｅｆａｕｌｔｐｒｏｂｅ（１．上海工程技术大学；２．上海大学）陈强１刘学锋２ＣｈｅｎＱｉａｎｇＬｉｕＸｕｅｆｅｎｇ摘要：在地学研究领域涉及大量的三维建摸与可视化需求。

本文结合地震活断层探测工程实际需要，研究设计基于钻孔数据的地下地质体建模及三维可视化设计。

通过专业建模软件（ＲＭＳｃｏｍｍｏｎ）考虑断层数据分层建模得到地质体立体网格三维模型；运用ＯｐｅｎＧＬ在ＶＣ＋＋环境下实现所建模型的可视化。

关键词：立体网格三维模型；可视化；地层剖面；ＯｐｅｎＧＬ；ＧＩＳ中图分类号：ＴＰ２４２６文献标识码：ＡＡｂｓｔｒａｃｔ：３Ｄｇｒｉｄｍｏｄｅｌｉｎｇａｎｄｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎｐｌａｙｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｏｌｅｉｎｓｐａｔｉａｌｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｐａｐｅｒｇｉｖｅａｄｅｔａｉｌｄｅｓｉｇｎｆｏｒｇｅｏｌｏｇｙｂｏｄｙｉｎｔｈｅｓｕｂｊｅｃｔ，ＯｐｅｎＧＬａｎｄＶＣ＋＋ａｒｅｔｏｏｌｓｆｏｒｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆ３Ｄｇｒｉｄｍｏｄｅｌｆｒｏｍｓｅｉｓｍｉｃａｃｔｉｖｅｆａｕｌｔｐｒｏｂｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：３Ｄｇｒｉｄｍｏｄｅｌｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ；ｇｅｏｌｏｇｙｆｏｒｍａｔｉｏｎｐｒｏｆｉｌｅ；ＯｐｅｎＧＬ；ＧＩＳ文章编号：１００８－０５７０（２００６）０６－１－０２７０－０３地下地质体数字模型是空间信息研究的一部分。

依据钻井、地震探测揭示的地下第四系六个主要标志层（）的埋深和主要断裂参数，开展目标区第四系各标志层三维地层—构造框架建模和可视化，真实反映目标区地下第四系三维结构和被探测的主要断层的分布状态。

是地震活断层探测的重要研究目标之一。

由于地质体三维建模是一个非常专业的工程与科学问题，本文用专业建模软件ＲＭＳｃｏｍｍｏｎ创建地质体立体网格三维模型，文中不再述及。

本文重点描述三维可视化方案设计。

目标区地下三维第四系与构造建模和三维可视化两大模块，按照ＡｒｃＧＩＳ（美国ＥＳＲＩ公司地理信息系统软件）的数据组织方案组织数据，构建地下三维第四系地层－构造框架模型，模型数据体以Ｏｒａｃｌｅ数据库变长字段存储，并关联空间与属性信息。

通过ＳＤＥ、ＡＤＯ／ＯＤＢＣ／ＪＤＢＣ存取。

便于在ＡｒｃＧＩＳ平台上显示。

以ＡｒｃＧＩＳ的ＡＯ组件作为系统ＧＩＳ功能实现平台，以Ｏｒａｃｌｅ数据库系统作为系统数据库管理平台，并结合ＯｐｅｎＧＬ与ＶＣ＋＋技术进行三维可视化设计和开发。

１三维可视化实现方案三维可视化模块通过调用建模后存放在数据库中的模型数据体、参考数据库中的各类钻孔的层序地层、等时面埋深、上断点埋深、切割地层关系等数据，提供对目标区的真实、逼真的三维显示。

（１）单个标志层的三维表面模型（ＧＲＩＤ或ＴＩＮ模型）三维可视化可以直接利用ＡｒｃＧＩＳ提供的三维显示功能进行可视化显示，或在三维演示系统开发中调用ＡｒｃＧＩＳ的ＡＯ组件开发三维表面显示模块。

（２）多个标志层的三维体视化建模模型可视化需要借助体绘制技术实现，其实现过程可用图１所示的流程图表示。

图１三维体绘制技术实现流程三维体绘制算法很多，光线投射算法是一种图象空间序的基本体绘制算法，其性能稳定、结构简单、易于实现且图象质量最好。

算法能够为每个体素指定颜色和不透明度，使每个体素都对最终图象有所贡献，因此有利于保存图象的细节信息。

由于光线投射算法的这些特点，许多可视化软件和工具包都提供了该算法的可视化功能，本项目采用光线投射算法实施体数据模型的可视化。

其算法流程如图２所示。

陈强：博士后副教授国家８６３高科技项目：基于ＳＩＧ框架的（上海）城市空间信息应用服务系统（２００２ＡＡ１３４０２００３）２７０－－邮局订阅号：８２－９４６３６０元／年技术创新ＧＰＳＧＩＳ《ＰＬＣ技术应用２００例》您的论文得到两院院士关注图２基于光线投影算法的体数据可视化解决方案（３）三维体数据模型的剖面显示解决方案体绘制技术侧重于三维数据场的整体结构显示，体数据剖面显示技术则可从任一方向（水平、垂直、栅状）的剖面上实现体数据模型内部结构显示。

剖面显示技术源于计算机图形学的基本裁剪算法，在对三维体数据场进行剖面显示时，根据体数据类型的不同，可分为基于规则体数据的剖面显示与基于不规则体数据的剖面显示。

本文依据体数据建模软件提供的体数据模型，采用基于不规则体数据的剖面显示技术实现任一方向的剖面显示。

（４）通用三维图形交互显示解决方案图３基于ＡｒｃＢａｌｌ技术的通用三维交互视口操作技术图４基于辅助线的通用三维交互定位操作技术为真实反映地质数据在三维空间的分布，除了采用体视化技术手段以外，用户还需对数据场空间某个感兴趣的局部区域进行操作，因此，三维交互功能是地学三维可视化系统中的一个重要组成部分，包括对三维视口进行平移、旋转、开窗放大、缩小、前后移动、三维交互定位等。

本文采用基于ＡｒｃＢａｌｌ技术的通用三维交互视窗操作技术，实现三维视窗的平移、旋转、开窗放大、缩小、前后移动（图３），采用基于辅助线的通用三维交互定位操作技术，实现在三维空间中的任意定位（图４）。

２三维可视化系统开发方案（１）系统体系结构（见图５、６）图５当前阶段系统采用的Ｃ／Ｓ体系结构图６系统扩展建议采用的多层体系结构（２）系统数据库开发方案三维显示模块是以数据库应用为中心的，同时需要使用中间件技术，在客户端界面方面要求图形化和操作的简易，根据这些条件，系统数据库采用Ｏｒａｃｌｅ９Ｉ和ＳＤＥ（美国ＥＳＲＩ公司地理信息系统软件）技术。

Ｏｒａｃｌｅ数据库支持变长字段的存储，适用于大型数据库管理系统开发。

ＳＤＥ可看成是一个连续的空间数据模型，借助这一模型，可用关系型数据库（ＲＤＢＭＳ）管理空间数据。

在ＲＤＢＭＳ中融入空间数据后，ＳＤＥ可以提供对空间、非空间数据进行高效率操作的数据库服务。

由于ＳＤＥ采用的是客户／服务器体系结构，大量用户可同时并发地对同一数据进行操作。

ＡｒｃＳＤＥ提供了应用程序接口（ＡＰＩ），开发人员可将空间数据检索和分析功能集成到他们的应用工程中去。

使用ＳＤＥ有以下诸多好处：＊为任何支持的客户应用提供空间数据服务；＊通过ＴＣＰ／ＩＰ横跨任何同构或异构网络；＊提供从基于文件的系统到ＲＤＢＭＳ管理数据系统的平滑升迁；＊以一种连续的，无缝的数据库管理大型地理要素；＊通过标准的ＡＰＩ提供查询，检索函数的开放存取；２７１－－技术创新中文核心期刊《微计算机信息》（测控自动化）２００６年第２２卷第６－１期３６０元／年邮局订阅号：８２－９４６《现场总线技术应用２００例》ＧＰＳＧＩＳ＊真正的ｃｌｉｅｎｔ／ｓｅｒｖｅｒ计算环境；＊跨越Ｉｎｔｅｒｎｅｔ提供公开的空间数据访问。

（３）系统开发工具选择方案对于ＷＥＢ查询系统使用ＪＳＰ和ＪＡＶＡＢｅａｎ技术，选择ＪＡＶＡ的开发工具，其中ＪＤＥＶＥＬＯＰＥＲ是比较优秀的。

对于底层的通讯系统，由于对硬件操作和算法的要求，采用ＶＩＳＵＡＬＣ＋＋进行开发。

系统ＧＩＳ功能实现借助ＡｒｃＧＩＳ的ＡＯ组件。

体数据的三维可视化采用面向开发的可视化工具ＯｐｅｎＧＬ。

ＯｐｅｎＧＬ是一个国际标准图象处理软件包。

由于它的无平台性，使之可以在任何操作系统上运行，并且是免费的。

它在虚拟三维上的表现一直得到广大图像处理专家的一致好评。

使用ＯｐｅｎＧＬ将使得模块更好的完成以下功能：＊能在三维显示时加入光照，提供阴影效果；＊能在三维显示时提供雾化效果；＊提供对地层（包括断层）数据的面显示和体显示及其混合显示；通过使用ＯｐｅｎＧＬ开发包，可以让模块提供更加逼真的虚拟三维显示效果。

３三维可视化效果展示（图７）图７三维可视化预期效果展示４创新与结束语本文作者创新点是将ＯｐｅｎＧＬ、ＧＩＳ、Ｗｅｂ信息系统技术融合服务于地震活断层探测，为社会、经济服务具有创新与重大的现实意义。

体现国家的创新服务经济建设主战场的精神。

参考文献：［１］陈军，邬伦，数字中国地理空间基础框架，北京，科学出版社，２００３［２］陆斌，王小强，基于平面图象实现三维仿真场景的技术方法研究，微计算机信息，２００４（３）作者简介：陈强（１９６５．１－），男，博士后，副教授；研究方向：三维地学建模、可视化信息系统设计。

刘学锋（１９６８．２－），博士后，教授，研究方向：地理信息系统Ａｕｔｈｏｒｂｒｉｅｆｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ：Ｃｈｅｎｑｉａｎｇ（１９６５．１－）ｍａｌｅ，ｐｏｓｔｄｏｃｔｏｒ，ｖｉｃｅｐｒｏｆｅｓｓｏｒ，ｍａｊｏｒｉｎ３Ｄｇｅｏｌｏｇｙｍｏｄｅｌｉｎｇ，ｃｏｍｐｕｔｅｒｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ．Ｌｉｕｘｕｅｆｅｎｇ（１９６８．２－）ｐｏｓｔｄｏｃｔｏｒ，ｐｒｏｆｅｓｓｏｒ，ｒｅｓｅａｒｃｈｉｎＧＩＳ（投稿日期：２００５．１０．１５）（修稿日期：２００５．１１．２０）（接９１页）直接启动６号线，以此类推其他的各种组合启动顺序。

３结束语本工程在自动控制方面理论上是成熟的，技术上是可行的，在与生产工艺结合方面是完全可靠。

经过一年多的生产运行，本系统安全方便、稳定可靠、自动化程度高，确保了港口生产的顺利进行，煤场除尘效果明显改善，达到了环保要求。

参考文献：［１］杨宁，赵玉刚．集散控制系统及现场总线．北京：北京航空航天大学出版社，２００３，９：１０￣１５［２］陈培民．石材磨机的ＰＬＣ控制系统．［Ｊ］．微计算机信息，２００５，２：４２－４３［３］孙毅，程晓荣．ＰＬＣ接入技术及其网络管理模式与功能设计．河北大学学报（自然科学版），２００４年０５期［４］ＳｃｈｎｅｉｄｅｒＣｏｍｐａｎｙ，ＭｏｄｉｃｏｎＣｏｎｃｅｐｔＶ２．１，２００３，２：５１￣５９作者简介：亓跃峰，男，出生于１９７２年１０月，汉族，硕士，讲师。

研究方向：自动控制理论与应用。

Ｅｍａｉｌ：ｌｉｕｙａｎｙａｎ＠ｙｓｕ．ｅｄｕ．ｃｎＡｕｔｈｏｒｂｒｉｅｆｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ：ＱｉＹｕｅｆｅｎｇ，ｍａｎ，ｗａｓｂｏｒｎｉｎＡｕｇ．１９７２．ＨｅｒｅｃｅｉｖｅｄｔｈｅＭ．Ｓ．ｄｅｇｒｅｅｉｎＣｉｒｃｕｉｔｓａｎｄＳｙｓｔｅｍｆｏｒｍＹａｎｓｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｉｎ２００４．Ｈｅｉｓｉｎｔｅｒｅｓｔｅｄｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｏｆａｕｔｏｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｏｒｙａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．（０６６００４河北秦皇岛燕山大学信息科学与工程学院）亓跃峰（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｓｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＹａｎｓｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＱｉｎｈｕａｎｇｄａｏＨｅｂｅｉ，０６６００４）Ｑｉ，Ｙｕｅｆｅｎｇ（投稿日期：２００５．１０．１０）（修稿日期：２００５．１１．２１）２７２－－。