CN118643703A - 一种面向地质体模型中非流形面的修复方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向地质体模型中非流形面的修复方法及其系统，属于地质体建模领域，该方法包括确定目标区域；获取目标区域的待检查地质体模型；获取描述三角网格各边关联的三角网格数量的待检查地质体模型的拓扑关系；根据待检查地质体模型的拓扑关系，判断待检查地质体模型中是否存在非流形面，若是，利用种子搜索算法将各非流形面分离为流形面，完成地质体模型中非流形面的修复，否则，结束流程。本发明解决了现有地质体模型非流形面检查修复技术存在的效率低、修复效果差、缺乏自动化检查修复能力以及无法兼顾模型几何精度和拓扑结构正确性的问题。

Description

一种面向地质体模型中非流形面的修复方法及其系统

技术领域

本发明属于地质体建模领域，尤其涉及一种面向地质体模型中非流形面的修复方法及其系统。

背景技术

在地质学研究中，地质体模型作为重要的数据载体，对于地质勘探、资源开发和灾害预测等领域具有不可替代的作用。然而，随着地质数据的不断积累和模型复杂度的提升，地质体模型在前端高效显示过程中面临的挑战也日益突出。模型轻量化处理作为解决这一问题的关键手段，对模型数据的完整性和准确性提出了更高要求。

地质体模型通常由大量的面片组成，这些面片在构建过程中可能因各种原因产生缺陷，其中非流形面问题尤为突出。流形是一个几何拓扑术语，指的是一个局部上类似于欧式空间的几何对象，在流形中，允许不相交的块存在于单个逻辑体中。非流形则与流形相对，非流形意味着所有不相交的块必须是它们自己的逻辑体，即它们不能合并成一个统一的、逻辑上连续的实体。在几何模型中，非流形面通常指的是不满足流形条件的区域，这些区域在几何和拓扑结构上存在缺陷，无法与欧式空间中的开圆盘建立一一对应的映射关系。这种缺陷不仅破坏了模型的几何完整性，还可能导致模型在拓扑结构上出现混乱，进而影响后续处理算法的准确性。

在地质体模型的动态剖切、简化和融合等操作中，非流形面的存在往往成为制约模型处理效率和质量的瓶颈。传统的非流形面检查和修复方法通常依赖于复杂的算法和耗时的计算，难以满足实际应用中对高效性和准确性的要求。此外，这些方法在处理复杂地质体模型时，往往难以兼顾模型的几何精度和拓扑结构的正确性，导致修复后的模型仍然存在质量问题。

因此，研究一种高效、准确的非流形面检查和修复提取方法，对于提升地质体模型的数据质量、优化模型轻量化处理流程具有重要意义。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种面向地质体模型中非流形面的修复方法及其系统解决了现有地质体模型非流形面检查修复技术存在的效率低、修复效果差、缺乏自动化检查修复能力以及无法兼顾模型几何精度和拓扑结构正确性的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种面向地质体模型中非流形面的修复方法，包括以下步骤：

S1、确定目标区域；

S2、获取目标区域的待检查地质体模型；

S3、获取描述三角网格各边关联的三角网格数量的待检查地质体模型的拓扑关系；

S4、根据待检查地质体模型的拓扑关系，判断待检查地质体模型中是否存在非流形面，若是，进入步骤S5，否则，结束流程；

S5、利用种子搜索算法将各非流形面分离为流形面，完成地质体模型中非流形面的修复。

进一步地，所述步骤S3具体为：遍历构成待检查地质体模型的三角网格的边，并分别对各边关联的三角网格进行编号，统计各边关联的三角网格的数量，得到待检查地质体模型的拓扑关系。

进一步地，所述步骤S4具体为：根据待检查地质体模型的拓扑关系，判断是否存在关联的三角网格的数量大于2的边，若是，则存在非流形面，进入步骤S5，否则，结束流程。

进一步地，所述关联的三角网格的数量大于2的边为奇异边；所述非流形面为奇异边关联的三角网格。

进一步地，所述步骤S5具体为：

S501、从待检查地质体模型中随机选择一个三角网格作为种子搜索三角网格；

S502、判断种子搜索三角网格的边中是否有关联的三角网格的数量为2的边，若是，直接进入步骤S503，否则，将种子搜索三角网格从待检查地质体模型中分离出来，并返回步骤S501从待检查地质体模型剩余的三角网格中选择新的种子搜索网格；

S503、基于边关联的三角网格的数量，将种子搜索网格的边划分为边界边和内部边；

S504、依次对各内部边所关联的三角网格进行内部边和边界边的划分，直至当前划分的边界边可以首尾相连成为封闭的流形；

S505、将当前划分的边界边围成的流形面从待检查地质体模型中分离出来，并返回步骤S501从待检查地质体模型剩余的三角网格中选择新的种子搜索网格。

进一步地，所述步骤S503中内部边关联的三角网格的数量为2；边界边关联的三角网格的数量为1或大于2。

本发明的有益效果为：本发明通过对三角网格和边的数量关系分析，实现了对非流形面的快速、准确识别和修复，从而为地质体模型的高效显示和精确处理提供有力支持，有助于提升地质体模型的数据处理效率，还能够保证修复后的模型在几何和拓扑结构上的正确性，为地质体模型的进一步应用提供可靠保障，解决了现有地质体模型非流形面检查修复技术存在的效率低、修复效果差、缺乏自动化检查修复能力、无法兼顾模型几何精度和拓扑结构正确性的问题。

一种面向地质体模型中非流形面的修复系统，包括数据获取模块、拓扑构建模块、非流形面提取模块和非流形面分离模块；

所述数据获取模块，用于获取目标区域的待检查地质体模型；

所述拓扑构建模块，用于遍历构成待检查地质体模型的三角网格的边，对各边关联的三角网格进行编号，并统计各边关联的三角网格的数量，得到待检查地质体模型的拓扑关系；

所述非流形面提取模块，用于根据待检查地质体模型的拓扑关系，提取奇异边和非流形面；

所述非流形面分离模块，用于利用种子搜索算法将各非流形面分离为流形面。

本发明的有益效果为：本发明通过对三角网格和边的数量关系分析，实现了对非流形面的快速、准确识别和修复，从而为地质体模型的高效显示和精确处理提供有力支持，有助于提升地质体模型的数据处理效率，还能够保证修复后的模型在几何和拓扑结构上的正确性，为地质体模型的进一步应用提供可靠保障，解决了现有地质体模型非流形面检查修复技术存在的效率低、修复效果差、缺乏自动化检查修复能力、无法兼顾模型几何精度和拓扑结构正确性的问题

附图说明

图1为本发明的方法流程图。

图2为本发明的系统结构图。

图3为本发明实施例中非流形面和奇异边示意图。

图4为本发明实施例中分离模块效果示意图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

实施例1

如图1所示，在本发明的一个实施例中，一种面向地质体模型中非流形面的修复方法，包括以下步骤：

S1、确定目标区域；

S2、获取目标区域的待检查地质体模型；

S3、获取描述三角网格各边关联的三角网格数量的待检查地质体模型的拓扑关系；

S4、根据待检查地质体模型的拓扑关系，判断待检查地质体模型中是否存在非流形面，若是，进入步骤S5，否则，结束流程；

S5、利用种子搜索算法将各非流形面分离为流形面，完成地质体模型中非流形面的修复。

所述步骤S3具体为：遍历构成待检查地质体模型的三角网格的边，并分别对各边关联的三角网格进行编号，统计各边关联的三角网格的数量，得到待检查地质体模型的拓扑关系。

所述步骤S4具体为：根据待检查地质体模型的拓扑关系，判断是否存在关联的三角网格的数量大于2的边，若是，则存在非流形面，进入步骤S5，否则，结束流程。

所述关联的三角网格的数量大于2的边为奇异边；所述非流形面为奇异边关联的三角网格。

本实施例中，遍历构成地质体模型的所有三角网格的边所关联的三角网格的数量，若某边关联三角网格数量大于2个，该条边为奇异边，该奇异边所关联的三角网格为非流形面，以此提取并标记待检查地质模型体中的所有的奇异边和非流形面。

所述步骤S5具体为：

S501、从待检查地质体模型中随机选择一个三角网格作为种子搜索三角网格；

S502、判断种子搜索三角网格的边中是否有关联的三角网格的数量为2的边，若是，直接进入步骤S503，否则，将种子搜索三角网格从待检查地质体模型中分离出来，并返回步骤S501从待检查地质体模型剩余的三角网格中选择新的种子搜索网格；

S503、基于边关联的三角网格的数量，将种子搜索网格的边划分为边界边和内部边；

S504、依次对各内部边所关联的三角网格进行内部边和边界边的划分，直至当前划分的边界边可以首尾相连成为封闭的流形；

S505、将当前划分的边界边围成的流形面从待检查地质体模型中分离出来，并返回步骤S501从待检查地质体模型剩余的三角网格中选择新的种子搜索网格。

所述步骤S503中内部边关联的三角网格的数量为2；边界边关联的三角网格的数量为1或大于2。

本实施例中，将关联三角网格数量为1和大于2个的边定义为边界边，其余边均定义为内部边，利用种子搜索算法将提取出的非流形面分离成为满足流形条件的面。

(1)随机选中一个三角网格作为种子搜索三角网格，遍历该三角网格的三条边所关联的三角网格的数量，将关联三角网格数量为1和大于2个的边定义为边界边，其余情况下定义为内部边。若当前读取的边为内部边，则跳过此边继续读取下一条边，若读取的边为边界边，则将该边界边存储至内存中。

(2)继续遍历种子搜索三角网格中为内部边的边所关联的三角网格的三条边，遍历方式同(1)，若当前读取的边为内部边，则跳过此边继续读取下一条边，若读取的边为边界边，则将该边界边存储至内存中。

(3)若内存中所存储的边界边可以首尾相连成为一个封闭的流行面，则将该流形面分离出来。

(4)随机从未遍历的三角网格中选取一个作为新的种子搜索三角网格，重复(1)—(3)步骤，直至待检查地质体模型数据中所有的三角网格均被遍历完成。

(5)至此，所有的非流形面已被全部分离为若干个独立的流形表面。

实施例2

如图2所示，本发明提供了一种面向地质体模型中非流形面的修复系统，包括数据获取模块、拓扑构建模块、非流形面提取模块和非流形面分离模块；

所述数据获取模块，用于获取目标区域的待检查地质体模型；

所述拓扑构建模块，用于遍历构成待检查地质体模型的三角网格的边，对各边关联的三角网格进行编号，并统计各边关联的三角网格的数量，得到待检查地质体模型的拓扑关系；

所述非流形面提取模块，用于根据待检查地质体模型的拓扑关系，提取奇异边和非流形面；

所述非流形面分离模块，用于利用种子搜索算法将各非流形面分离为流形面。

如图3所示，非流形面提取模块提取奇异边和非流形面的流程如下：

边CF所关联的三角网格有ΔBCF、ΔHCF、ΔQCF，共计三个三角网格，则边CF为一条奇异边，其所关联的三角网格为非流形面；边FP所关联的三角网格有ΔBFP、ΔOFP、ΔGFP，共计三个三角网格，则边FP为一条奇异边，其所关联的三角网格为非流形面。

本实施例中，非流形面分离模块采用种子搜索算法分离非流形面的详细步骤如下，以图4为例：

(1)将ΔABC作为种子三角形，遍历ΔABC三条边所关联的三角形的数量，将关联三角形数量为1和大于2个的边定义为边界边，其余情况定义为内部边。其中BC关联的三角形个数为2个，为内部边，而AB、AC两条边关联的三角形个数均为1个，为边界边，将边界边存入内存中。

(2)沿着步骤(1)中的内部边BC所关联的另一个三角形ΔBCF继续进行搜索，遍历ΔBCF三条边BC、CF、BF分别所关联的三角形的个数，其中BC、BF关联的三角形个数均为2个，为内部边，而CF关联的三角形个数为3个，为边界边，将边界边存入内存中。

(3)沿着步骤(2)中的内部边BF所关联的另一个三角形ΔBFP继续进行搜索，遍历ΔBFP三条边BF、FP、BP分别所关联的三角形的个数。其中BF所关联的三角形个数为2个，为内部边，而BP、FP所关联的三角形的个数分别为1个和3个，均为边界边，将边界边存入内存中。

(4)此时前序检查中标记出的边界边有AB、AC、CF、FP、BP，可以首尾相连成一个封闭表面，且不存在奇异边和非流形面。至此，将封闭表面ACFPB分离完成，清空内存中存储的边界边。

(5)从剩余未遍历过的三角形中选取一个，如ΔQCF作为新的种子三角形，重复(1)——(4)步骤，依次遍历ΔQCF、ΔQFG、ΔGFP三个三角形中的三个边所关联的三角形的个数，将QC、CF、QG、FP、GP标记为边界边存储至内存中，其余均为内部边，5条边界边可以首尾相连成一个封闭表面，且不存在奇异边和非流形面。至此，将封闭表面QCFPG分离完成，清空内存中存储的边界边。

(6)继续从未遍历过的三角形中选取一个，如ΔCFH作为新的种子三角形，重复(1)—(4)步骤，依次遍历ΔCFH、ΔFHE、ΔFEO、ΔFPO四个三角形中的三个边所关联的三角形的个数，将CF、CH、HE、EO、PO、FP标记为边界边存储至内存中，其余均为内部边，6条边界边可以首尾相连成一个封闭表面，且不存在奇异边和非流形面。至此将封闭表面CHEOPF分离完成，清空内存中存储的边界边。

(7)至此，完成对非流形面的分离处理流程，分离后的效果如图4所示。

Claims (7)

1.一种面向地质体模型中非流形面的修复方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、确定目标区域；

S2、获取目标区域的待检查地质体模型；

S3、获取描述三角网格各边关联的三角网格数量的待检查地质体模型的拓扑关系；

S4、根据待检查地质体模型的拓扑关系，判断待检查地质体模型中是否存在非流形面，若是，进入步骤S5，否则，结束流程；

S5、利用种子搜索算法将各非流形面分离为流形面，完成地质体模型中非流形面的修复。

2.根据权利要求1所述面向地质体模型中非流形面的修复方法，其特征在于，所述步骤S3具体为：遍历构成待检查地质体模型的三角网格的边，并分别对各边关联的三角网格进行编号，统计各边关联的三角网格的数量，得到待检查地质体模型的拓扑关系。

3.根据权利要求1所述面向地质体模型中非流形面的修复方法，其特征在于，所述步骤S4具体为：根据待检查地质体模型的拓扑关系，判断是否存在关联的三角网格的数量大于2的边，若是，则存在非流形面，进入步骤S5，否则，结束流程。

4.根据权利要求3所述面向地质体模型中非流形面的修复方法，其特征在于，所述关联的三角网格的数量大于2的边为奇异边；所述非流形面为奇异边关联的三角网格。

5.根据权利要求1所述面向地质体模型中非流形面的修复方法，其特征在于，所述步骤S5具体为：

S501、从待检查地质体模型中随机选择一个三角网格作为种子搜索三角网格；

S502、判断种子搜索三角网格的边中是否有关联的三角网格的数量为2的边，若是，直接进入步骤S503，否则，将种子搜索三角网格从待检查地质体模型中分离出来，并返回步骤S501从待检查地质体模型剩余的三角网格中选择新的种子搜索网格；

S503、基于边关联的三角网格的数量，将种子搜索网格的边划分为边界边和内部边；

S504、依次对各内部边所关联的三角网格进行内部边和边界边的划分，直至当前划分的边界边可以首尾相连成为封闭的流形；

S505、将当前划分的边界边围成的流形面从待检查地质体模型中分离出来，并返回步骤S501从待检查地质体模型剩余的三角网格中选择新的种子搜索网格。

6.根据权利要求5所述面向地质体模型中非流形面的修复方法，其特征在于，所述步骤S503中内部边关联的三角网格的数量为2；边界边关联的三角网格的数量为1或大于2。

7.一种面向地质体模型中非流形面的修复系统，利用权利要求1-6任一所述的面向地质体模型中非流形面的修复方法，其特征在于，包括数据获取模块、拓扑构建模块、非流形面提取模块和非流形面分离模块；

所述数据获取模块，用于获取目标区域的待检查地质体模型；

所述拓扑构建模块，用于遍历构成待检查地质体模型的三角网格的边，对各边关联的三角网格进行编号，并统计各边关联的三角网格的数量，得到待检查地质体模型的拓扑关系；

所述非流形面提取模块，用于根据待检查地质体模型的拓扑关系，提取奇异边和非流形面；

所述非流形面分离模块，用于利用种子搜索算法将各非流形面分离为流形面。