摘要:對地質(zhì)工程的復雜地質(zhì)體中各項地質(zhì)信息的探測是一項較為復雜的工程，其中包括了對地表地形、地下水位、地層界面以及風化帶分布等相關的力學參數(shù)和數(shù)據(jù)等，而利用地質(zhì)體可視化研究技術來進行勘測能夠更好的達到要求的效果，本文主要就這一內(nèi)容進行了詳細的論述說明，以供參考。
關鍵詞:地質(zhì)工程:地質(zhì)體可視化技術，三維建模
目前地質(zhì)工程中采用的地理信息系統(tǒng)通常都是利用二維的地表地物無數(shù)和屬性信息來進行表現(xiàn)的，而要將其擴展到真三維包含地下地質(zhì)結(jié)構的地質(zhì)信息系統(tǒng)依然存在著一定的難度。 通過對地質(zhì)工程項目中不同階段內(nèi)容的分析和研究也可以看出，整個工程的周期相對較長并且有著一定的復雜性，這樣就會存在大量的地質(zhì)信息資料，而利用三維模型圖形圖像來進行管理相對以往的數(shù)據(jù)庫以及圖表等要更加有效。 在建立地質(zhì)工程復雜地質(zhì)體的三維模型時，還需要對巖層界面以及結(jié)構面組合關系等內(nèi)容進行詳細的分析，從而利用可視化的技術來對反映出地質(zhì)結(jié)構的整體面貌，地質(zhì)工作者也可以對地質(zhì)工程中的巖層以及地質(zhì)活動規(guī)律進行更好的勘探和檢測。
1 復雜地質(zhì)體可視化技術的應用分析
在利用三維建模軟件 TITAN 勘測時需要明確三維建模軟件的基本應用原理，同時在建立鎮(zhèn)三維實體模型的過程中也需要通過平行的剖面數(shù)據(jù)來對三維空間的復雜性狀物進行整理和開發(fā)。 目前應用的三維建模軟件都是由北京東方泰坦科技有限公司開發(fā)的，其中三維建模軟件 TITAN 屬于地學綜合信息系統(tǒng)中的一項重要組建，整個組件也是框架建模中的一個重要部分，其中主要組成部分有以下幾方面內(nèi)容：首先，剖面的數(shù)據(jù)處理模塊、建立剖面數(shù)據(jù)以及為建立三維實體模型提供一系列平行剖面組成的框架數(shù)據(jù)等等，并且數(shù)據(jù)剖面是由多邊形、環(huán)形以及點元素來構成的。 其次，在處理對應關系模塊時，要建立起不同模塊之間的相對應的關系，其中包括了剖面之間、多邊形之間、點之間等等內(nèi)容，建立三維實體模型剖面對應關系也需要在建立建模元素或自薦的三維空間中建立起相應的聯(lián)系。 最后，模型處理模塊在建立實體模型模塊時候要利用剖面數(shù)據(jù)以及剖面劍的對應關系來建立起三維實體模型，這樣在對模型進行任意切割、計算面積以及對體積的處理上也要按照標準的要求來進行。 利用三維建模軟件來進建模時可以將三維建模以及圖形處理引擎緊密的聯(lián)系在一起，這樣適用的范圍就會更加廣泛。 同時，針對一些相對專業(yè)的地質(zhì)內(nèi)容建模還需要填充一些新的專業(yè)模塊，比如地質(zhì)工程模塊等等。 而相比其他國家的三維建模軟件，我國在針對復雜地質(zhì)體建模與分析的針對性上還存在著一定的不足，這樣在進行專業(yè)性的地質(zhì)工程中就體現(xiàn)不出特殊性，因此還需要對其進行進一步的分析和研究，從而加以改進和完善。
2 地質(zhì)工程復雜地質(zhì)體三維建模和可視化的關鍵技術問題分析
2.1 離散數(shù)據(jù)的插值與擬合地質(zhì)信息的插值和擬合函數(shù)要根據(jù)實際勘測數(shù)據(jù)建立，實測數(shù)據(jù)越豐富精確，得到的地質(zhì)模型越能夠真實描繪出這些信息的空間分布規(guī)律。 對于不同的地質(zhì)信息，需采用不同的擬合函數(shù)。 地表地形測量數(shù)據(jù)（X 坐標、Y 坐標和地表高程Z）、地下水位埋深測量信息（地下水位測點地表 X 坐標、Y 坐標和水位埋深 h） 等的曲面圖形生成可歸結(jié)為雙自變量離散數(shù)據(jù)的插值和擬合。
2.2 三維數(shù)據(jù)結(jié)構地質(zhì)工程地質(zhì)體一般是不規(guī)則形體， 在計算機圖形學中曲線和曲面總是分別通過很多微小直線段和微小三角面逼近，來模擬地層巖性界線和巖層曲面，即巖層界面（和地表曲線、地下水位面等地質(zhì)層面界線）和巖層曲面都分別是許多微小直線段和微小三角面的集合。 這就要求必須具備有效的分層的三維數(shù)據(jù)結(jié)構， 比如地質(zhì)工程地質(zhì)體空間中的點由有三位坐標分量表示，微小直線段由其兩個端點組成，地質(zhì)層面界線由所有屬于該邊界的微小直線段組成，而巖層曲面由微小三角面組成。 有效的三維數(shù)據(jù)結(jié)構能夠確保人機交互和查詢的實現(xiàn)。
2.3 曲面求交地質(zhì)體中存在大量各種層面，包括地表、地下水位面、地層層面等，當出現(xiàn)地層不整合、地層尖滅和地下水出露于河谷地表等情形時，就自然會遇到曲面間求交的問題；地質(zhì)體三維模型的上部邊界是地表曲面，通過數(shù)學方法擬合出的巖層面或地下水位面不應超出地表曲面，即超出部分不應顯示。 同樣的，當顯示多層地層時，下面的每一巖層應以其上一巖層為邊界。 因此，為了可視化地層界面必須要解決地層面與地表或其他地層面的求交問題。 另一方面，在剖面圖成圖時，地質(zhì)界線的繪制是通過顯示剖面（平面）與各種地質(zhì)界面（曲面）求交所得出的交線。 因此曲面求交包括地質(zhì)界面（層面）之間的相交，和地質(zhì)界面與剖面的相交兩類問題。
2.4 三維拓撲結(jié)構分析從地質(zhì)學角度看， 拓撲是地質(zhì)對象間關系的表格，拓撲表存儲層位間上覆、下伏和交切等的地層學關系及地質(zhì)空間位置關系。 拓撲也可視為允許這些地質(zhì)關系合理儲存的數(shù)據(jù)結(jié)構。 例如，考慮多層地層，上一個巖層的底面和與其相鄰的下一個巖層的頂面是上下巖層這兩個實體的公共部分或共享邊界，它們之間的拓撲關系就是相鄰和同一的關系，在存儲數(shù)據(jù)時只存儲上一個巖層的底面或其相鄰的下一個巖層的頂面，即相鄰巖層的邊界曲面可以存為一個地層曲面，大大減少數(shù)據(jù)存儲量。 評價地質(zhì)模型系統(tǒng)的優(yōu)缺點往往決定于描述地質(zhì)對象所用的拓撲結(jié)構。
3 復雜地質(zhì)體三維建模與可視化技術的初步開發(fā)與應用
3.1 地質(zhì)工程復雜地質(zhì)體三維建模與可視化的研究基于離散采樣數(shù)據(jù)的插值與擬合的思想， 即將離散數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為連續(xù)曲線曲面，地質(zhì)工程復雜地質(zhì)體三維建模與可視化的過程是，從勘探數(shù)據(jù)庫中提取各種地質(zhì)信息的坐標位置及巖土體的物理力學參數(shù)，通過不同的擬合與插值函數(shù)得到地質(zhì)層面（曲面）和地質(zhì)實體的三維計算機圖形顯示，表達地質(zhì)信息在研究區(qū)域內(nèi)的分布規(guī)律。 生成地質(zhì)巖層面和地質(zhì)實體后，實現(xiàn)從任意角度觀察建立的模型，實現(xiàn)根據(jù)指定的剖面走向、傾向和傾角生成垂直剖面。
3.2 初步開發(fā)工程勘測空間數(shù)據(jù)庫管理。 工程勘測空間數(shù)據(jù)庫在收集整理現(xiàn)場勘測數(shù)據(jù)后錄入各分項數(shù)據(jù)表，這些數(shù)據(jù)表不僅包括地質(zhì)信息的位置數(shù)據(jù)，更重要的是提供屬性數(shù)據(jù)。 以地層巖性數(shù)據(jù)表為例，要求錄入鉆孔編號、巖層起始深度、巖層終止深度、層厚、巖性（地層名稱）、地層代碼（地層年代）、巖層走向、巖層傾向、巖層傾角、接觸關系、地質(zhì)描述等數(shù)據(jù)。 隨著工程勘測的進展，能夠方便地修改補充和管理勘測數(shù)據(jù)。
4 結(jié)論
地質(zhì)工程復雜地質(zhì)體的三維建模與可視化研究對于地質(zhì)工程巖土體結(jié)構的研究、直觀表達地質(zhì)體信息在地質(zhì)工程巖土體中的分布規(guī)律和指導地質(zhì)工程項目的勘測施工都具有重要意義。 地質(zhì)工程巖土體是復雜的不規(guī)則形體， 存在各種地質(zhì)巖性層面和結(jié)構面，完全表達地質(zhì)信息及巖層和結(jié)構面間的位置、 相互切割和組合關系，地質(zhì)工程復雜地質(zhì)體的三維建模與可視化研究是大有作為的。
