基于CATIA的地质模型可视化仿真技术应用研究

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)长江水利委员会长江岩土工程总公司 作者:韩旭

  采用CATIA 软件进行三维地质建模,目前已成为水利水电行业的热点之一。通过三维可视化仿真地质模型,不仅可以更直观地表达出复杂的地质信息,而且会显著地提高工程的设计效率以及后期施工的服务水平。重点阐述了基于CATIA V5 软件的三维地质模型的创建过程、航片渲染、材料应用以及虚拟漫游等关键技术的应用研究。

  近年来,随着三维可视化技术的发展,基于地质体三维重构与可视化表达分析的三维地质建模技术也日趋发展成熟,三维可视化地质模型也正逐步替代传统的平剖面图纸,由平面地质转向三维地质时代。

  目前,国内外流行的三维设计软件很多,如CATIA、3DS MAX、Inventor、MAYA、Cinema 4D、LightWave3D 等。其中CATIA 是由法国Dassault Systemes 公司开发的集CAD,CAM,CAE 于一体的三维设计系统,被广泛应用于航空航天、汽车制造、造船、机械制造、电子电器、消费品等行业。

  2003 年,加拿大QUEBEC 电力公司成功地将CATIA 软件应用于地质重构、大坝设计、厂房设计和机电设备安装,并建立起水电站三维设计的标准环境。目前,该软件凭借其强大的功能,已成功应用于水利水电行业各个专业,并可实现行业内各专业间的三维协同设计。

  本文基于CATIA V5 软件,重点阐述三维地质模型的创建过程、航片渲染、材料应用以及虚拟漫游等关键技术的应用研究。

1、三维地质模型的建立

  三维地质模型的建立过程包括地形模型的建立和地质模型的建立,整个创建过程的简易流程如图1 所示。

CATIA 三维地质模型创建流程

图1 CATIA 三维地质模型创建流程

  1.1、地形模型的建立

  (1) 首先对测量地形图进行分析、整理,关闭无用的图层,通过二次开发工具提取地形数据,保存为* .asc 格式文件。

  (2) 在Digitized Shape Editor 工作台下,导入地形数据,生成地形云点,然后进行分析检查,删除错误云点。

  (3) 选择Mesh Creation 命令,将地形云点自动转成网格面,然后对网格面进行分析、修补,形成完整的地形网格面。

  (4) 在Quick Surface Reconstruction 工作台下,选取适当的参数,将地形网格面转成地形曲面。

  (5) 在地形曲面范围内创建凸台,再用地形曲面对其进行分割或布尔运算,即可建立起三维地形模型。

  1.2、地质模型的建立

  (1) 原始资料导入。首先对地质平面图、剖面图及柱状图进行分析、整理,在创成式外形设计工作台上,利用地质工具菜单将地质图件分别导入,并根据点和线段的地质属性对其进行分类。

  (2) 创建覆盖层模型。在Digitized Shape Editor工作台上,利用地质平剖面图覆盖层界线及钻孔数据,生成覆盖层底面;在Quick Surface Reconstruction 工作台上,将覆盖层网格底面转成曲面;再用覆盖层曲面分割地形模型,即可生成覆盖层模型。

  若覆盖层地表地形相对比较平缓,也可以先采用Surfer 软件,利用地质平剖面图覆盖层界线及钻孔数据,生成覆盖层底面等值线图,输出等值线图的网格数据,再导入CATIA 即可生成覆盖层的底面。

  (3) 创建断层模型。先将平面图断层界线投影到地表,再根据导入的剖面断层界线,结合断层产状,沿断层界线生成断层曲面,再用断层曲面切割地形模型,生成断层模型。地层模型的创建过程和断层模型基本相同。

  (4)在装配设计工作台下,将上述的每个模型零件都装配到一起,即可创建出完整的三维地质模型。

5、结语

  以CATIA 软件为平台,不仅可以实现复杂地质环境水利工程的三维可视化地质建模,而且可以通过CATIA 自身的渲染、应用材料、虚拟漫游等功能,全面地展示地质模型的三维效果,帮助工程技术人员更加直观地了解和查询工程区域的地形地质信息,从而提高工程设计的效率以及后期施工的服务水平。

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