一种从构建到Web三维展示的地质体剖面方法

摘 要：对地质数据在三维空间中进行空间分析，最终在Web端进行展示能够形象表达地质体的地层信息及空间构造特征，对于工程设计和决策具有十分重要的意义。本文提出了一种构建到Web三维展示的地质体剖面方法，即从表格形式的钻孔数据出发，在ArcGIS三维中构建地质体以及地质体剖面，最终结合CityEngine2012完成在Web端数据展示，模型与勘测场地地质体的实际空间形态比较吻合，效果良好。

关键词：地质体；剖面；ArcGIS；CityEngine

中图分类号： TP317.4 文献标识码：A

1 引言（Introduction）

三维地质建模是运用计算机技术，在三维环境下将空间数据管理、地质解译、空间分析和预测、地学统计以及图形可视化等工具结合起来，用于地质分析的技术[1]。传统方法是以二维图的方式来表达地层信息空间分布，越来越不能满足人们对地层认识和空间分析的需求[2]。对地质数据在三维空间中进行空间分析，最终在Web端进行展示能够形象表达地质体的地层信息及空间构造特征，对于工程设计和决策具有十分重要的意义。本文提出了一种构建到Web三维展示的地质体剖面方法，即从表格形式的钻孔数据出发，在ArcGIS三维中构建地质体以及地质体剖面，最终结合CityEngine2012完成在Web端数据展示。

2 地质体的构建（Geological of construction）

2.1 钻孔数据

现有的钻孔数据为2D的点要素，它包括了一张内容丰富的属性表，其中就有高程值字段，此外还有所属岩层名称等，如图1所示。如果不做三维展示，那就可以直接进行TIN构建了。若我们要将其进行三维展示，就需要用到一个“依据属性实现要素转3D”工具，就可以根据自带的高程属性值，将2D数据轻松转为3D数据了，如图2所示。

2.2 分别构建不同岩层的TIN模型

首先需要将不同岩层的钻孔点筛选出来，这里用到的就是属性表中自带的“按属性选择”功能，如图3所示。筛选过后，将点要素保存成为独立的图层，效果如图4所示。

之后，即可以对不同的钻孔图层构建TIN模型了。使用3D分析中的“创建TIN”工具，逐层生成各地质层，如图5所示。

2.3 生成地质体

生成地质层直接地质体的方法是对各地质层的TIN数据按照高度进行拉伸，拉伸的对象就是各地质层的平面覆盖范围[3]。因此我们要先计算出地质层的覆盖范围。方法是使用3D分析工具中的“TIN范围”即“TIN Domain”工具。有了地质层的范围之后，使用“在两个面之间拉伸”工具，创建两个地质层之间的地质体。在使用该工具的时候需要注意输入的邻接TIN和TIN范围的选取。将所有地质体都加载到同一个数据中，形成一个完整的地质体数据，效果如图6所示。

3 构建地质体剖面（Geological cross-section of

construction ）

地质体剖面是由切面片和地质体相交计算而得来的，因此，需要先绘制切面。绘制切面的方法是先绘制二维视角的切面，然后通过拉伸，将切面拉伸成三维形式的切面，最后转化为三维格式的切面片，具体步骤如下。

3.1 生成切面片

创建带有Z值的polygon要素，开始编辑之后绘制面要素。绘制完成后在图层属性中，选择按照一定高度拉伸，形成切面片，如图7所示。

然后使用“3d图层转要素类”即“3D Layer to Feature Class”工具将二维数据转换为MultiPatch格式。

3.2 剖面体的构建

对切面片和地质体应用相交计算，使用“3D相交工具”，即可得出相交的剖面体，如图8所示。

4 Web三维地质体展示（Web 3D display of

geological profile）

CityEngine中可以读取ArcGIS数据库，因此，只要以上生成的数据存在GDB中，即可导入到CityEngine中，并进行Web三维展示。

4.1 数据导入CityEngine

在CityEngine中新建一个场景，选择与数据相同的坐标系。打开新的场景之后，选择导入File GDB数据，CityEngine将会自动读取File GDB中的数据并将数据添加到场景中，如图9所示。

4.2 设置地质体颜色

添加进来的数据默认是没有进行颜色渲染的，因此我们需要在规则中按照地质层的类别给不同的地质层赋予颜色。CityEngine中支持直接从数据的属性中读取地质类型，因此完成这一过程很简单，我们只要写好赋予不同地质层的颜色即可。具体规则如下。

4.3 Web三维地质体

选中要到web端的地质体和地质剖面体，选择export models，在弹出窗口中选择导出的类型为CityEngine Web Scene，然后指定导出路径：导出完成之后，在所指定的路径中就多了3ws文件及日志文件，如图10所示。

右键点击3ws文件，选择open with3D Web Scene Viewer。整个场景将自动在浏览器中打开。此处要注意CityEngine的web 3d是基于OpenGL的，所以必须使用支持OpenGL的浏览器打开。图11是在Chrome中浏览地质剖面体的示例。

5 结论（Conclusion）

本文提出的方法完成了从表格数据到二维地质空间数据的展现、三维地质体及地质体的剖面分析、三维地质体及剖面的Web端展示，所建立的模型能够比较准确符合勘测场地地质体实际空间形态，取得较好效果。由于地质现象的复杂性与理论研究的限制，目前还不能提供完善的基于单纯钻孔数据的断层面、褶皱体等复杂地质结构的建模[4]，此方面尚需进一步研究。

参考文献（References）

[1] 张渭军，王文科，翁晓鹏.基于三棱柱体的三维地质体可视化

研究[J].工程地质学报，2006，14（5）：715-720.

[2] 贺怀建，等.三维地层模型中地层划分的探讨[J].岩土力学，

2002，23（5）：637-639.

[3] 芮小平，等.基于VRML的三维地质体可视化研究[J].计算机

工程与应用，2003，（6）：44-45.

[4] 王李管，何昌盛，贾明涛.三维地质体实体建模技术及其在工

程中的应用[J].金属矿山，2006（2）：58-62.

作者简介：

金 益（1980-），女，硕士， 讲师.研究领域：虚拟现实与三维

设计.