基于OpenGL的地质三维可视化研究

1 概述

三维可视化是一种被广泛应用在地质和地球物理研究中的可以将各种地质现象及地质特征立体地、形象地描述和显示的一种解释工具。OpenGL则是应用最为广泛的、功能强大的、使用方便的开放图形库。在地质方面的研究中，有TIN模型、曲面近似模型、和三维软件等绘制方法，其中，OpenGL是较为常见的三维绘制方法。本文关于地质三维可视化的研究是以OpenGL为基础，进行地质三维可视化的研究，可以直观地表现地质状况，为地下空间的合理开发利用提供了有效的技术支持。

2 OpenGL框架与原理

OpenGL（Open Graphics Library）有美国SGI公司研发的三维图形库，是一种可以生成二维和三维图像的抽象应用程序接口（API），可以从点、线、面等三个角度构建二维物体和三维物体模型，同时还兼有变换、光照、色彩、动画、纹理映射等模块处理影像。OpenGL有很着跨平台、应用广泛、高质量、高性能以及稳定性高等特点，此外，最大的特点是与硬件系统无关。

OpenGL从指定顶点开始，将点、线、图像等基本几何图元构建可以通过数学描述的三维模型，利用程序、纹理和光照等条件完成色彩的填充，然后通过光栅化将模型中的颜色转换为图像像素，最后把像素值写入帧缓冲区。

3 地质三维可视化模型的构建

3.1 基本流程

基于OpenGL的地质三维可视化模型是以钻孔数据为基础，通过对数据的处理和参数的设置建立模型，利用OpenGL模型的映射过程，进行渲染、投影变换、视口变换以及纹理映射等操作完成可视化。

3.2 模型的构建

3.2.1 模型数据及处理

模型中需要实际钻孔和一些经过专家统计和经验值得到的虚拟的钻孔数据。水文地质柱状图中需提供钻孔坐标、分层、地层单位、每层的岩性及其详述和终孔深度等内容。

3.2.2 参数设置

将模型数据分析整理之后，绘制做空的平面二维和三维散点图。然后通过网格化处理和Kriging插值方法，对钻孔数据进行处理。通过插值获取的数据进行拟合，得到多个DEM影像，可以显示出三维空间的地层分布。

3.3.3 OpenGL实现地质三维可视化

地质三维数学模型的构建是可视化过程中最为重要的步骤，影响着可视化的效果。模型的映射就是通过OpenGL模型对数据进行转化，把三维地质模型中的数据转化为基本几何对象。渲染和模型变化过程可以增强可视化的效果。

3.3.4 Kriging误差分析

Kriging误差分析的计算方程式为：

（1）

通过变换可得到普通Kriging方差为：

（2）

可获取每个网格点的Kriging估值误差：

（3）

偏差及平均值计算公式为：

ei=Zi-Zi* （4）

（5）

3.4 模型的构建

按照面向对象与结构化相结合、模型与可视化分离、界面友好等原则，利用Visua C++为计算机语言进行模型的构建，实现可视化操作。

根据已有数据得到的3D图像如图1所示。

4 研究展望

在构建地质三维可视化模型的过程中，只利用了钻孔数据以及虚拟的钻孔数据，所以，还需要提供更多的实际地质数据来完善、补充模型的基本数据。在模型的构建方面，可以利用多模型拟合处理，会互补模型中存在的弊端。

[1]辜蔚君.关于人力资源数字化转型中数据管理工作的思考[J].厦门科技, 2023(1):43-47.