基于OpenGL的地質三維可視化研究

封靈

摘 要：將可視化的圖形軟件OpenGL應用到地質行業中，通過對鉆孔數據的處理、Kriging插值等，利用Visual C++語言環境，完成OpenGL模型的映射，經過圖像的增強和完善，構建一種三維可視化模型。

關鍵詞：OpenGL；地質；三維可視化

中圖分類號：TP31 文獻標識碼：A

1 概述

三維可視化是一種被廣泛應用在地質和地球物理研究中的可以將各種地質現象及地質特征立體地、形象地描述和顯示的一種解釋工具。OpenGL則是應用最為廣泛的、功能強大的、使用方便的開放圖形庫。在地質方面的研究中，有TIN模型、曲面近似模型、和三維軟件等繪制方法，其中，OpenGL是較為常見的三維繪制方法。本文關于地質三維可視化的研究是以OpenGL為基礎，進行地質三維可視化的研究，可以直觀地表現地質狀況，為地下空間的合理開發利用提供了有效的技術支持。

2 OpenGL框架與原理

OpenGL（Open Graphics Library）有美國SGI公司研發的三維圖形庫，是一種可以生成二維和三維圖像的抽象應用程序接口（API），可以從點、線、面等三個角度構建二維物體和三維物體模型，同時還兼有變換、光照、色彩、動畫、紋理映射等模塊處理影像。OpenGL有很著跨平臺、應用廣泛、高質量、高性能以及穩定性高等特點，此外，最大的特點是與硬件系統無關。

OpenGL從指定頂點開始，將點、線、圖像等基本幾何圖元構建可以通過數學描述的三維模型，利用程序、紋理和光照等條件完成色彩的填充，然后通過光柵化將模型中的顏色轉換為圖像像素，最后把像素值寫入幀緩沖區。

3 地質三維可視化模型的構建

3.1 基本流程

基于OpenGL的地質三維可視化模型是以鉆孔數據為基礎，通過對數據的處理和參數的設置建立模型，利用OpenGL模型的映射過程，進行渲染、投影變換、視口變換以及紋理映射等操作完成可視化。

3.2 模型的構建

3.2.1 模型數據及處理

模型中需要實際鉆孔和一些經過專家統計和經驗值得到的虛擬的鉆孔數據。水文地質柱狀圖中需提供鉆孔坐標、分層、地層單位、每層的巖性及其詳述和終孔深度等內容。

3.2.2 參數設置

將模型數據分析整理之后，繪制做空的平面二維和三維散點圖。然后通過網格化處理和Kriging插值方法，對鉆孔數據進行處理。通過插值獲取的數據進行擬合，得到多個DEM影像，可以顯示出三維空間的地層分布。

3.3.3 OpenGL實現地質三維可視化

地質三維數學模型的構建是可視化過程中最為重要的步驟，影響著可視化的效果。模型的映射就是通過OpenGL模型對數據進行轉化，把三維地質模型中的數據轉化為基本幾何對象。渲染和模型變化過程可以增強可視化的效果。

3.3.4 Kriging誤差分析

Kriging誤差分析的計算方程式為：

（1）

通過變換可得到普通Kriging方差為：

（2）

可獲取每個網格點的Kriging估值誤差：

（3）

偏差及平均值計算公式為：

ei=Zi-Zi* （4）

（5）

3.4 模型的構建

按照面向對象與結構化相結合、模型與可視化分離、界面友好等原則，利用Visual C++為計算機語言進行模型的構建，實現可視化操作。

根據已有數據得到的3D圖像如圖1所示。

4 研究展望

在構建地質三維可視化模型的過程中，只利用了鉆孔數據以及虛擬的鉆孔數據，所以，還需要提供更多的實際地質數據來完善、補充模型的基本數據。在模型的構建方面，可以利用多模型擬合處理，會互補模型中存在的弊端。

參考文獻

[1]劉敏鶯，黃文騫.基于OpenGL 的地形三維可視化[J].海洋測繪， 2002，22（02）：26-29.

[2]陳鋼花，鄭孝強.基于OpenGL的三維可視化在地質勘探中的應用[J].勘探地球物理進展，2005，28（06）：428-431.

[3]鄧寅生，曲鵬舉，龐玉娟.基于OpenGL的地質體三維可視化系統開發[J].微計算機信息，2007，23（03）：225-226，254.

摘 要：將可視化的圖形軟件OpenGL應用到地質行業中，通過對鉆孔數據的處理、Kriging插值等，利用Visual C++語言環境，完成OpenGL模型的映射，經過圖像的增強和完善，構建一種三維可視化模型。

關鍵詞：OpenGL；地質；三維可視化

中圖分類號：TP31 文獻標識碼：A

1 概述

三維可視化是一種被廣泛應用在地質和地球物理研究中的可以將各種地質現象及地質特征立體地、形象地描述和顯示的一種解釋工具。OpenGL則是應用最為廣泛的、功能強大的、使用方便的開放圖形庫。在地質方面的研究中，有TIN模型、曲面近似模型、和三維軟件等繪制方法，其中，OpenGL是較為常見的三維繪制方法。本文關于地質三維可視化的研究是以OpenGL為基礎，進行地質三維可視化的研究，可以直觀地表現地質狀況，為地下空間的合理開發利用提供了有效的技術支持。

2 OpenGL框架與原理

OpenGL（Open Graphics Library）有美國SGI公司研發的三維圖形庫，是一種可以生成二維和三維圖像的抽象應用程序接口（API），可以從點、線、面等三個角度構建二維物體和三維物體模型，同時還兼有變換、光照、色彩、動畫、紋理映射等模塊處理影像。OpenGL有很著跨平臺、應用廣泛、高質量、高性能以及穩定性高等特點，此外，最大的特點是與硬件系統無關。

OpenGL從指定頂點開始，將點、線、圖像等基本幾何圖元構建可以通過數學描述的三維模型，利用程序、紋理和光照等條件完成色彩的填充，然后通過光柵化將模型中的顏色轉換為圖像像素，最后把像素值寫入幀緩沖區。

3 地質三維可視化模型的構建

3.1 基本流程

基于OpenGL的地質三維可視化模型是以鉆孔數據為基礎，通過對數據的處理和參數的設置建立模型，利用OpenGL模型的映射過程，進行渲染、投影變換、視口變換以及紋理映射等操作完成可視化。

3.2 模型的構建

3.2.1 模型數據及處理

模型中需要實際鉆孔和一些經過專家統計和經驗值得到的虛擬的鉆孔數據。水文地質柱狀圖中需提供鉆孔坐標、分層、地層單位、每層的巖性及其詳述和終孔深度等內容。

3.2.2 參數設置

將模型數據分析整理之后，繪制做空的平面二維和三維散點圖。然后通過網格化處理和Kriging插值方法，對鉆孔數據進行處理。通過插值獲取的數據進行擬合，得到多個DEM影像，可以顯示出三維空間的地層分布。

3.3.3 OpenGL實現地質三維可視化

地質三維數學模型的構建是可視化過程中最為重要的步驟，影響著可視化的效果。模型的映射就是通過OpenGL模型對數據進行轉化，把三維地質模型中的數據轉化為基本幾何對象。渲染和模型變化過程可以增強可視化的效果。

3.3.4 Kriging誤差分析

Kriging誤差分析的計算方程式為：

（1）

通過變換可得到普通Kriging方差為：

（2）

可獲取每個網格點的Kriging估值誤差：

（3）

偏差及平均值計算公式為：

ei=Zi-Zi* （4）

（5）

3.4 模型的構建

按照面向對象與結構化相結合、模型與可視化分離、界面友好等原則，利用Visual C++為計算機語言進行模型的構建，實現可視化操作。

根據已有數據得到的3D圖像如圖1所示。

4 研究展望

在構建地質三維可視化模型的過程中，只利用了鉆孔數據以及虛擬的鉆孔數據，所以，還需要提供更多的實際地質數據來完善、補充模型的基本數據。在模型的構建方面，可以利用多模型擬合處理，會互補模型中存在的弊端。

參考文獻

[1]劉敏鶯，黃文騫.基于OpenGL 的地形三維可視化[J].海洋測繪， 2002，22（02）：26-29.

[2]陳鋼花，鄭孝強.基于OpenGL的三維可視化在地質勘探中的應用[J].勘探地球物理進展，2005，28（06）：428-431.

[3]鄧寅生，曲鵬舉，龐玉娟.基于OpenGL的地質體三維可視化系統開發[J].微計算機信息，2007，23（03）：225-226，254.

摘 要：將可視化的圖形軟件OpenGL應用到地質行業中，通過對鉆孔數據的處理、Kriging插值等，利用Visual C++語言環境，完成OpenGL模型的映射，經過圖像的增強和完善，構建一種三維可視化模型。

關鍵詞：OpenGL；地質；三維可視化

中圖分類號：TP31 文獻標識碼：A

1 概述

三維可視化是一種被廣泛應用在地質和地球物理研究中的可以將各種地質現象及地質特征立體地、形象地描述和顯示的一種解釋工具。OpenGL則是應用最為廣泛的、功能強大的、使用方便的開放圖形庫。在地質方面的研究中，有TIN模型、曲面近似模型、和三維軟件等繪制方法，其中，OpenGL是較為常見的三維繪制方法。本文關于地質三維可視化的研究是以OpenGL為基礎，進行地質三維可視化的研究，可以直觀地表現地質狀況，為地下空間的合理開發利用提供了有效的技術支持。

2 OpenGL框架與原理

OpenGL（Open Graphics Library）有美國SGI公司研發的三維圖形庫，是一種可以生成二維和三維圖像的抽象應用程序接口（API），可以從點、線、面等三個角度構建二維物體和三維物體模型，同時還兼有變換、光照、色彩、動畫、紋理映射等模塊處理影像。OpenGL有很著跨平臺、應用廣泛、高質量、高性能以及穩定性高等特點，此外，最大的特點是與硬件系統無關。

OpenGL從指定頂點開始，將點、線、圖像等基本幾何圖元構建可以通過數學描述的三維模型，利用程序、紋理和光照等條件完成色彩的填充，然后通過光柵化將模型中的顏色轉換為圖像像素，最后把像素值寫入幀緩沖區。

3 地質三維可視化模型的構建

3.1 基本流程

基于OpenGL的地質三維可視化模型是以鉆孔數據為基礎，通過對數據的處理和參數的設置建立模型，利用OpenGL模型的映射過程，進行渲染、投影變換、視口變換以及紋理映射等操作完成可視化。

3.2 模型的構建

3.2.1 模型數據及處理

模型中需要實際鉆孔和一些經過專家統計和經驗值得到的虛擬的鉆孔數據。水文地質柱狀圖中需提供鉆孔坐標、分層、地層單位、每層的巖性及其詳述和終孔深度等內容。

3.2.2 參數設置

將模型數據分析整理之后，繪制做空的平面二維和三維散點圖。然后通過網格化處理和Kriging插值方法，對鉆孔數據進行處理。通過插值獲取的數據進行擬合，得到多個DEM影像，可以顯示出三維空間的地層分布。

3.3.3 OpenGL實現地質三維可視化

地質三維數學模型的構建是可視化過程中最為重要的步驟，影響著可視化的效果。模型的映射就是通過OpenGL模型對數據進行轉化，把三維地質模型中的數據轉化為基本幾何對象。渲染和模型變化過程可以增強可視化的效果。

3.3.4 Kriging誤差分析

Kriging誤差分析的計算方程式為：

（1）

通過變換可得到普通Kriging方差為：

（2）

可獲取每個網格點的Kriging估值誤差：

（3）

偏差及平均值計算公式為：

ei=Zi-Zi* （4）

（5）

3.4 模型的構建

按照面向對象與結構化相結合、模型與可視化分離、界面友好等原則，利用Visual C++為計算機語言進行模型的構建，實現可視化操作。

根據已有數據得到的3D圖像如圖1所示。

4 研究展望

在構建地質三維可視化模型的過程中，只利用了鉆孔數據以及虛擬的鉆孔數據，所以，還需要提供更多的實際地質數據來完善、補充模型的基本數據。在模型的構建方面，可以利用多模型擬合處理，會互補模型中存在的弊端。

參考文獻

[1]劉敏鶯，黃文騫.基于OpenGL 的地形三維可視化[J].海洋測繪， 2002，22（02）：26-29.

[2]陳鋼花，鄭孝強.基于OpenGL的三維可視化在地質勘探中的應用[J].勘探地球物理進展，2005，28（06）：428-431.

[3]鄧寅生，曲鵬舉，龐玉娟.基于OpenGL的地質體三維可視化系統開發[J].微計算機信息，2007，23（03）：225-226，254.