基于径向基函数的区域地质体隐式拓扑重构与多尺度显式三维表达

Spatial analysis and numerical simulation based on regional three-dimensional (3D) geological body model, can accelerate research of deep geological structures, composition of earth materials and geological function process, and dramatically promote the ability of analysis, evaluation and prediction from geological survey results. There isn’t any automatic 3D modelling method which can totally honor multi-sourced heterogeneous regional geological survey data, and deal with constrained spatial relationships between complicated geological structures. It’s very difficult to reconstruct a large area 3D geological model with traditional explicit geo-modeling software, which needs a mass of manual interactions. .In order to realize topologically consistent implicit reconstruction and explicit multi-scale visualization, we intend to introduce radial basis function (RBF) and implicit surface interpolation technology in this project. The research content include: 1) regularization according to implicit RBF of multi-sourced heterogeneous geological survey data; 2) large-scale implicit surface equation solving method for multi-constraint geological interface based on compound RBFs; 3) multi-scale topological reconstruction and explicit 3D visualization of regional geological body based on iso-surface extraction; 4) prototype system development and practical application test..The achievements of this research are expected to provide serial 3D geological modeling algorithms and runnable modules for domestic 3D geological mapping software, enrich and develop new theory and methodologies of 3D geoscience modeling system, and promote further development of 3D Geographical Information Science and application in 3D geological modeling.

基于区域三维地质体模型的空间分析与数值模拟，可以推动深部地质结构、物质组成和地质作用过程研究，显著提升地质调查成果的分析、评价和预测能力。由于区域地质调查数据多源异构、地质结构形态与空间关系错综复杂，目前尚缺少针对多重数据约束的自动三维地质建模方法，导致大范围区域地质建模十分困难。本项目旨在突破传统显式交互建模方法效率与模型质量瓶颈，引入基于径向基隐函数的隐式曲面插值与拟合技术，实现区域地质体模型的隐式拓扑重构及多尺度显式表达。研究内容包括1）多源异构地质调查数据的径向基隐式建模规则化处理，2）基于复合径向基函数的大规模多约束地质构造曲面隐式方程求解，3）基于等值面提取的地质体多尺度拓扑重构与显式三维表达，4）原型系统开发与应用检验。通过此项研究，为我国三维地质填图软件提供建模算法支撑与业务模块，可望丰富和发展三维地学模拟系统的理论与方法，推动3DGIS在三维地质建模方面的进一步发展。

本项目面向我国区域三维地质填图和地质信息化的迫切需求，针对大范围区域地质体的浅表、快速三维建模问题，旨在突破显式交互三维建模方法流程复杂、效率低下、拓扑矛盾多的制约，引入基于径向基函数的地质构造曲面隐式造型技术以及多分辨率移动四面体网格可视化技术，研究支持多源异构地质调查数据的局部多约束三维建模方法，实现区域地质体模型的自动建模以及多分辨率拓扑一致表达，为我国公益性数字区域地质调查信息化软件平台提供三维建模算法支撑，为三维GIS、相关地学模拟应用软件研发提供新的思路和技术方法。. 主要研究内容包括：1）多源异构地质调查数据的径向基隐式建模规则化处理方法，2）基于复合径向基函数的大规模多约束地质构造曲面隐式方程求解，3）基于等值面提取的地质体多尺度拓扑重构与显式三维表达，4）区域地质体自动高效三维建模原型系统开发与应用。. 取得的主要研究成果包括：1）提出一种基于HRBF的多种约束隐式区域三维地质建模可视化流程与相关支撑算法；2）提出一种基于显隐式转换集成的局部复杂地质构造区域集成三维建模方法；3）提出一种基于HRBF与移动四面体的城市钻孔数据隐式三维地质建模方法；4）提出一种云环境下的在线隐式区域三维地质建模可视化与成果共享发布方法；5）探索并初步提出了基于露头影像和三维点云的地质构造特征提取与隐式三维建模方法；6）探索并初步提出了基于机器学习的典型地质构造反演与自动三维地质建模方法。. 本项目的理论成果将丰富和发展三维地理信息系统（3DGIS）与三维地学模拟系统（3DGMS）的理论与方法，推动3DGIS在三维地质建模方面的进一步深入发展；促进3DGMS与3DGIS的融合，提升我国大区域整体三维地质建模的研究水平，为三维地学建模相关软件的研发提供新的方法。. 本项目的技术成果将有助于提升地质调查成果的表达效果，提高三维数字地质填图工作效率，节约人员和经费开支，带来良好的社会效益和经济效益。