一種基于鄰域作用力的地質六面體網格平滑方法技術

本發明專利技術公開了一種基于鄰域作用力的地質六面體網格平滑方法，包括以下步驟：遍歷三維六面體模型每個頂點；判斷頂點是否需進行平滑處理；對需平滑的頂點，將共有該頂點的鄰域六面體網格根據屬性值劃分為不同的體塊，屬性值相同的網格屬于同一體塊；將每個體塊看作磁鐵的“同極”，各同極對頂點具有相斥的作用力，作用力采用基于重力模型的空間相互作用力模型進行度量，計算頂點在各體塊單獨作用力下的移動方向和距離；進而計算頂點在所有體塊合力作用下沿x軸、y軸、z軸三個方向的移動分量；從而獲取頂點最終的平滑位置。本發明專利技術在平滑過程中既保持了網格原有的三維拓撲關系，又降低了三維地質區域邊界表達的鋸齒效應，使平滑結果符合實際的地質現象。

A mesh smoothing method of geological hexahedron based on neighborhood force

The invention discloses a geological hexahedral mesh smoothing method based on neighborhood force, which comprises the following steps: traversing the three-dimensional hexahedral model of each vertex vertex; judging if needs to be smoothed; smoothing vertices, will share the vertices of hexahedral mesh according to the attribute values into different blocks, the same attribute value one belongs to the grid blocks; each block as a magnet, with the \homopolar\ homopolar repulsion force on the vertex, using gravity model force space interaction model based on the measurement and calculation of vertex in each block separately under the force of the moving direction and distance; then calculate all vertices in the block under the action of force along the X axis, Y axis, Z axis three direction of the mobile component; thus smoothing the final vertex position acquisition. In the process of smoothing, the original three-dimensional topological relation of the grid is maintained, and the sawtooth effect expressed in the boundary of the three-dimensional geological region is reduced, so that the smooth result conforms to the actual geological phenomenon.

【技術實現步驟摘要】
一種基于鄰域作用力的地質六面體網格平滑方法
本專利技術涉及三維地質體網格平滑方法領域，尤其是一種基于鄰域作用力的地質六面體網格平滑方法。
技術介紹
真三維地質體建模的模型體元通常采用六面體、四面體、棱柱體等，其中，六面體網格具有組織形式規則、網格單元數量及重劃分次數較少、計算效率高等優點，在三維地質體、油藏體建模中應用廣泛，并被大多數商業地質建模、油藏建模和數值模擬軟件所支持。然而，這種源自矩形網格的體元在對三維區域邊界進行離散化網格表達時存在鋸齒效應。高精度的精細地質模型可以降低鋸齒效應的影響、提高表征精度，但即使對于一個中等規模的地質體或油藏體，精細的地質表征往往具有百萬級甚至千萬級的網格規模，受限于實際實現技術，精細地質模型和油藏數值模擬器可以支持的網格規模之間存在著較大差距，對三維網格進行粗化就是將精細地質模型粗化到油藏數值模擬器能夠接受的網格規模。然而粗化后的六面體體元較大，對圈閉、油層等區域邊界的表達由于鋸齒效應的存在不符合實際的地質現象，影響模型的描述精度、可視化效果及后期模擬計算的準確性。對于六面體模型邊界鋸齒現象，可以采用邊界網格重構或加密方法解決，這種方式可以構造出精細的邊緣形狀，如圖1所示，右圖對邊界面上凹凸不平的六面體網格進行加密和重構，達到了精細的平滑效果，但對于地質六面體模型組織結構來說，這種方法打亂了原有結構的規則行列網格檢索方式，為查找和數值模擬計算增加了難度。另一種解決途徑通過適當移動六面體的頂點進行平滑，這種方式只能進行粗略的平滑，難以刻畫精細的邊緣形狀，但保留了原有的網格組織形式，網格數和頂點數均沒有發生改變。目前對于網格頂點平滑，經典的平滑算法包括Laplacian平滑、Taubin平滑、平均曲率法等。Laplacian平滑的核心是將網格內部節點的位置移動到與該節點共面節點組成的多面體的體心處，算法簡單。Taubin算法在Laplacian算法的基礎上引入了濾波器及權系數，可抑制拉普拉斯算子引起的變形收縮。平均曲率法則遵循曲面曲率變化均勻即為光滑的原則。上述方法各有優缺點，不少學者亦在此基礎上進行了大量的優化改進，但是對于三維地質網格模型，這些平滑方法在應用時會產生一些問題。三維地質網格模型不同于其他建筑或工具的三維模型。圖1所示為某工程零件的三維六面體網格模型，這類模型所有網格屬性相同，只需對表面因形狀產生的鋸齒進行平滑。而地質網格模型，模型表面并不需要平滑，模型內部因為網格屬性值不同發生的鋸齒現象需要平滑，若分別將相同屬性值的網格提取出來對表面進行平滑，平滑后的拓撲關系可能被破壞。綜上所述，如何能借助三維六面體模型網格頂點坐標點陣的查找優勢，避免破壞原有的網格結構，又能保證網格之間的三維拓撲關系，是三維地質體網格平滑的關鍵問題。
技術實現思路
本專利技術技術解決問題：為解決現有技術存在的不足，提供一種基于鄰域作用力的地質六面體網格平滑方法，在平滑過程中既保持了網格原有的三維拓撲關系，又降低了三維地質區域邊界表達的鋸齒效應，使平滑結果符合實際的地質現象。為實現上述目的，本專利技術采用下述技術方案：一種基于鄰域作用力的地質六面體網格平滑方法，遍歷三維六面體模型每個頂點，判斷頂點是否需進行平滑處理，對需平滑的頂點，將共有該頂點的鄰域六面體網格根據屬性值劃分為不同的體塊，屬性值相同的網格屬于同一體塊，將每個體塊看作磁鐵的“同極”，各體塊對頂點具有相斥的作用力，作用力采用基于重力模型的空間相互作用力模型進行度量，計算頂點在各體塊單獨作用力下的移動方向和距離，進而計算頂點在所有體塊合力作用下沿x軸、y軸、z軸三個方向的移動分量，從而獲取頂點最終的平滑位置。具體包括以下步驟：步驟一：根據三維六面體模型網格頂點坐標集合依次遍歷三維模型每個頂點，及共用該頂點的鄰域六面體網格；對于每個頂點，進行下面步驟二至步驟七處理；步驟二：對當前頂點的不同情況進行判斷以決定是否進行平滑處理，對需平滑的頂點進行下面步驟三至步驟七處理，并忽略不需要平滑處理的頂點；步驟三：計算當前頂點各鄰域六面體網格質心坐標；步驟四：將屬性值相同的鄰域六面體網格看作同一體塊，則當前頂點的鄰域六面體網格根據其屬性值可分為多個體塊，并根據各體塊包含的鄰域六面體網格質心坐標計算各個體塊的質心坐標；步驟五：根據當前頂點和各體塊的坐標位置，以及各體塊包含的鄰域六面體網格個數，采用基于重力模型的空間相互作用力模型計算當前頂點在各體塊單獨作用力下的移動方向及距離；步驟六：在獲取各體塊單獨作用力下移動方向和距離的基礎上，計算當前頂點在所有體塊合力作用下沿x軸、y軸、z軸三個方向的移動分量；步驟七：根據x軸、y軸、z軸三個方向的移動分量計算當前頂點最終的平滑位置。進一步的，所述步驟二中，對當前頂點的不同情況進行判斷以決定是否進行平滑處理，包括以下五種情況：1、若頂點為三維模型邊界面上的點，統計共用該頂點的鄰域六面體網格在邊界面上的屬性值分布情況，若鄰域六面體網格屬性值均相同，則認為屬性分布是均質的，不進行平滑處理；若屬性值不相同，在二維邊界面上采用上述的步驟三至步驟七進行頂點平滑處理；2、若頂點為三維模型的角點或邊點，則不進行平滑處理；3、若頂點為被人工標注過的斷層、尖滅等不需要進行平滑的特征點，則不進行平滑處理；4、若頂點在三維模型內部，且鄰域六面體網格屬性值均相同，則認為屬性分布是均質的，不進行平滑處理；5、若頂點在三維模型內部，且鄰域六面體網格屬性值不相同，則采用上述的步驟三至步驟七進行頂點平滑處理。進一步的，所述步驟三中，計算當前頂點各鄰域六面體網格質心坐標方法為：對于每個鄰域六面體網格，設該六面體網格8個頂點的坐標為(xi,yi,zi)，其中i＝1,2,…,8，i為頂點序號，網格質心坐標為(xc,yc,zc)，質心坐標計算公式為：進一步的，所述步驟四中，將屬性值相同的鄰域六面體網格看作同一體塊，則當前頂點的鄰域六面體網格根據其屬性值可分為多個體塊，根據各體塊包含的鄰域六面體網格質心坐標計算各體塊質心坐標方法為：設當前頂點的鄰域六面體網格可分為多個體塊{Bk}，k表示體塊序號，每個體塊Bk的質心坐標為(Xk,Yk,Zk)，體塊Bk包含的鄰域六面體網格個數為nk，體塊Bk內各鄰域六面體網格的質心坐標為其中i表示體塊Bk包含的鄰域六面體網格序號，i＝1,2,…,nk，則體塊Bk質心坐標計算公式為：進一步的，所述步驟五中，根據當前頂點和各體塊的坐標位置，以及各體塊包含的鄰域六面體網格個數，采用基于重力模型的空間相互作用力模型計算當前頂點在各體塊單獨作用力下的移動方向及距離，具體步驟為：1、將當前頂點的每個體塊看作磁鐵的“同極”，各同極對頂點具有相斥的作用力，作用力采用基于重力模型的空間相互作用力SIM模型(SpatialInteractionModel)進行度量。設當前頂點為v，頂點v坐標位置為(xv,yv,zv)，體塊Bk質心坐標為(Xk,Yk,Zk)，k表示體塊序號，頂點v質量為Mv，體塊Bk質量為Mk，體塊Bk對頂點v的相斥作用力向量為：式中，G、α分別為引力常數和質量指數，這里取1；為體塊Bk中心到頂點v連線向量，體塊中心取質心；β為距離指數，亦取1。方向由確定，方向向量計算公式為：2、對于每個取G＝α＝β＝1，由運動定律本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于鄰域作用力的地質六面體網格平滑方法，其特征在于,包括以下步驟：步驟一：根據三維六面體模型網格頂點坐標集合依次遍歷三維模型每個頂點，及共用所述頂點的鄰域六面體網格；對于每個頂點，進行下面步驟二至步驟七處理；步驟二：對當前頂點的不同情況進行判斷，以決定是否進行平滑處理，對需平滑的頂點進行下面步驟三至步驟七處理，并忽略不需要平滑處理的頂點；步驟三：計算當前頂點各鄰域六面體網格質心坐標；步驟四：將屬性值相同的鄰域六面體網格看作同一體塊，則當前頂點的鄰域六面體網格根據其屬性值分為多個體塊，并根據各體塊包含的鄰域六面體網格質心坐標計算各個體塊的質心坐標；步驟五：根據當前頂點和各體塊的坐標位置，以及各體塊包含的鄰域六面體網格個數，采用基于重力模型的空間相互作用力模型計算當前頂點在各體塊單獨作用力下的移動方向及距離；步驟六：在獲取各體塊單獨作用力下移動方向和距離的基礎上，計算當前頂點在所有體塊合力作用下沿x軸、y軸、z軸三個方向的移動分量；步驟七：根據x軸、y軸、z軸三個方向的移動分量計算當前頂點最終的平滑位置。

【技術特征摘要】
1.一種基于鄰域作用力的地質六面體網格平滑方法，其特征在于,包括以下步驟：步驟一：根據三維六面體模型網格頂點坐標集合依次遍歷三維模型每個頂點，及共用所述頂點的鄰域六面體網格；對于每個頂點，進行下面步驟二至步驟七處理；步驟二：對當前頂點的不同情況進行判斷，以決定是否進行平滑處理，對需平滑的頂點進行下面步驟三至步驟七處理，并忽略不需要平滑處理的頂點；步驟三：計算當前頂點各鄰域六面體網格質心坐標；步驟四：將屬性值相同的鄰域六面體網格看作同一體塊，則當前頂點的鄰域六面體網格根據其屬性值分為多個體塊，并根據各體塊包含的鄰域六面體網格質心坐標計算各個體塊的質心坐標；步驟五：根據當前頂點和各體塊的坐標位置，以及各體塊包含的鄰域六面體網格個數，采用基于重力模型的空間相互作用力模型計算當前頂點在各體塊單獨作用力下的移動方向及距離；步驟六：在獲取各體塊單獨作用力下移動方向和距離的基礎上，計算當前頂點在所有體塊合力作用下沿x軸、y軸、z軸三個方向的移動分量；步驟七：根據x軸、y軸、z軸三個方向的移動分量計算當前頂點最終的平滑位置。2.根據權利要求1所述的基于鄰域作用力的地質六面體網格平滑方法，其特征在于：所述步驟二中，對當前頂點的不同情況進行判斷以決定是否進行平滑處理，包括以下五種情況：(1)若頂點為三維模型邊界面上的點，統計共用該頂點的鄰域六面體網格在邊界面上的屬性值分布情況，若鄰域六面體網格屬性值均相同，則認為屬性分布是均質的，不進行平滑處理；若屬性值不相同，在二維邊界面上進行頂點平滑處理；(2)若頂點為三維模型的角點或邊點，則不進行平滑處理；(3)若頂點為被人工標注過的斷層、尖滅不需要進行平滑的特征點，則不進行平滑處理；(4)若頂點在三維模型內部，且鄰域六面體網格屬性值均相同，則認為屬性分布是均質的，不進行平滑處理；(5)若頂點在三維模型內部，且鄰域六面體網格屬性值不相同，則進行頂點平滑處理。3.根據權利要求1所述的基于鄰域作用力的地質六面體網格平滑方法，其特征在于：所述步驟三中，計算當前頂點各鄰域六面體網格質心坐標方法為：對于每個鄰域六面體網格，設該鄰域六面體網格8個頂點的坐標為(xi,yi,zi)，其中i＝1,2,…,8，i為頂點序號，網格質心坐標為(xc,yc,zc)，質心坐標計算公式為：4.根據權利要求1所述的基于鄰域作用力的地質六面體網格平滑方法，其特征在于：所述步驟四中，將屬性值相同的鄰域六面體網格看作同一體塊，則當前頂點的鄰域六面體網格根據其屬性值可分為多個體塊，根據各體塊包含的鄰域六面體網格質心坐標計算各體塊質心坐標方法為：設當前頂點的鄰域六面體網格分為多個體塊{Bk}，k表示體塊序號，每個體塊Bk的質心坐標為(Xk,Yk,Zk)，體塊Bk包含的鄰域六面體網格個數為nk，體塊Bk內各鄰域六面體網格的質心坐標為其中i表示體塊Bk包含的鄰域六面體網格序號，i＝1,2,…,nk，則體塊Bk質心坐標計算公式為：5.根據權利要求1所述的基于鄰域作用力的地質六面體網格平滑方法，其特征在于：所述步驟五中，根據當前頂點和各體塊的坐標位置，以及各體塊包含的鄰域六面體網格個數，采用基于重力模型的空間相互作用力模型計算當前頂點在各體塊單獨作用力下的移動方向及距離，具體步驟為：(1)將當前頂點的每個體塊看作磁鐵的同極，各同極對頂點具有相斥的作用力，作用力采用基于重力模型的空間相互作用力SIM模型(SpatialInteractionM...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王海起，劉玉，彭佳琦，陳冉，桂麗，翟文龍，費濤，閆濱，車磊，
申請(專利權)人：中國石油大學華東，
類型：發明
國別省市：山東,37