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各种模型的优缺点

时间:2022-02-01 百科知识 版权反馈
【摘要】:Geocellular的实质是Voxel模型的变种,可以形成逼近实际界面的三维体元空间剖分,但需要做大量空间数据内插工作。所有用于地质建模的模型优缺点见表3 3。非规则体元模型虽然是真三维的,也可以适应复杂地质体建模,但模型更新比较困难,拓扑关系描述方面还有待继续完善。
各种模型的优缺点_地学三维可视化

1.关于面元模型

基于面元模型的三维地质空间建模方法侧重于三维地质空间实体的表面表示。

(1)基于来样点的TIN模型和基于数据内插的Grid模型,通常用于非封闭表面模拟,而B-Rep模型和Wire Frame模型通常用于封闭表面或外部轮廓模拟。

(2)Section模型、Section-TIN混合模型及Multi-DEMS模型通常用于地质建模。通过表面表示形成三维空间目标轮廓,其优点是便于显示和数据更新,不足之处是由于缺少三维几何描述和内部属性记录而难以进行三维空间查询与空间分析,更无法进行开采开挖设计。

2.基于规则体元的三维模型

基于规则体元模型的建模方法侧重于三维空间实体的边界与内部的整体表示,通过使用规则体元对体的描述来实现三维地质目标的空间表示。

(1)CSG-Tree在描述结构简单的三维物体时十分有效,但对于复杂不规则三维地物(尤其是地质体)很不方便,且效率也大大降低。

(2)Voxel虽然结构简单、操作方便,但表达空间位置的几何精度低,且不适合于表达和分析地质实体之间的空间关系。

(3)Needle用于单一地层建模比较有效,对于复杂多地层则难以适应。

(4)Octree在医学、生物学、机械学等领域已得到成功应用,但在矿床地质建模中有较大的局限性。

(5)Regular Block用于属性渐变的三维空间(如浸染状金属矿体)建模较有效,但对于有边界约束的沉积地层、地质构造和开挖空间的建模则必须不断降低单元尺寸,从而引起数据急速膨胀。

因此,Voxel、Octree模型比较适合无采样约束的面向场物质(如重力场、磁场)的连续空间建模,而Needle和Regular Block则一般只适用于较简单的地质体建模。规则体元的优点是易于进行空间操作和分析,但存储空间大、计算速度慢。

3.基于不规则体元的三维模型

基于非规则体元模型的建模方法也是侧重于三维空间实体的边界与内部的整体表示,但通过使用非规则体元对体的描述来实现三维地质目标的空间表示。

(1)TEN虽然可以描述实体内部,但算法设计较复杂。

(2)Pyramid类似于TEN模型,只不过是用四个三角面片和一个四边形封闭形成的金字塔状模型来实现对空间数据场的剖分,由于其数据维护和模型更新困难,一般很少采用。

(3)TP的前提是三条棱边相互平行,因而不能基于实际的偏斜钻孔来构建真三维地质模型,也难以处理复杂地质构造。

(4)Geocellular的实质是Voxel模型的变种,可以形成逼近实际界面的三维体元空间剖分,但需要做大量空间数据内插工作。

(5)Irregular Block的优势是可以根据地层空间界面的实际变化进行模拟,但对数据密度有较高要求。

(6)Solid虽然适合具有复杂内部结构(如复杂断层、褶皱和节理等精细地质结构)的建模,但人工交互工作量巨大,需要极大的工作耐心。

(7)3DVoronoi图可适用于海洋、大气、水体及金属矿体建模,对于含界面约束的建模则难以适应。

(8)GTP是一种普适性的三维地质空间模型,尤其对以钻孔数据为数据源的区域地质建模、城市地质建模、工程地质建模、井田地质建模和煤矿床建模具有显著优势。

(9)角点网格模型和PEBI模型适合于有复杂断层的油田油藏模拟(或成藏模拟),PEBI网格比角点网格更具有灵活性,但在网格划分时,PEBI网格考虑的限制条件更复杂些。

相对于规则体元模型而言,非规则体元模型对复杂地质实体及其边界多变性的适应能力大大提高,存储空间得以降低,让空间査询、空间分析更为方便,但也增加了空间操作的复杂度

所有用于地质建模的模型优缺点见表3 3。

4.关于混合与集成模型

混合模型由于是面元模型和体模型(或是规则体元与非规则体元)的混合,因而可以发挥各自的优点,取长补短。如Octree-TEN混合建模虽然可以解决地质体中断层或结构面等复杂情况的建模问题,但空间实体间的拓扑关系不易建立。

5.综合比较

综上分析可见,现有三维地质空间建模方法存在以下基本问题。

(1)面元模型虽然可以较方便地实现地层可视化和模型更新,但它不是真三维的,也不描述三维拓扑关系,更无法进行开采开挖设计。

(2)规则体元模型虽然是真三维的,模型更新也比较方便,但难以适应复杂地质体建模,且几乎不描述拓扑关系。

(3)非规则体元模型虽然是真三维的,也可以适应复杂地质体建模,但模型更新比较困难,拓扑关系描述方面还有待继续完善。

(4)混合建模和集成建模方法虽然理论上探讨较多,但实现难度大,许多技术难点尚未突破。

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