(1)數據收集、整理和檢查。包括剖面數據、鉆孔數據的預處理以及剖面數據和鉆孔數據的配準。並通過Mapgis格式的華北底圖，提取地表散亂點的信息。此外，還收集了渤海海域的海底數據。
(2)將數據導入建模系統軟件建立模型。將剖面數據、鉆孔數據、地表離散點數據和渤海海底數據導入工區，按照壹定的建模順序依次建立各個模型元素。
(3)根據導入的數據，整理出對應關系，依次建立各種地質體。根據上述建模過程中生成的地質元素，建立地質體模型。
(4)檢驗和校準。檢查並驗證已建立的三維可視化模型。如果有錯誤，重復前面的步驟並修改模型。
(1)導入配置文件數據
剖面圖是地質專業人員根據工作需要和鉆井資料繪制的地層剖面圖。需要註意的是，剖面圖未必是地質情況的真實反映，但它包含了技術人員的推理和經驗，可以說是最接近地層情況的反映。profile的存儲格式因不同技術團隊使用的軟件不同而不同，圖形存儲的文件格式也不同，主要包括MAPGIS圖形數據格式和AUTOCAD圖形數據格式。本系統的數據輸入可以離開這兩個圖形文件數據接口。具體來說，如果是MAPGIS圖形格式，可以將圖形數據轉換成MAPGIS純文本文件數據格式，然後讀入系統進行恢復。如果是AUTOCAD圖形數據格式，可以將DWG圖形文件格式轉換成DXF標準圖形文件格式讀入系統。MAPGIS和AUTOCAD也可以混合輸入。比如需要給剖面圖添加巖性顏色，可以在MAPGIS中調用剖面圖，制作巖性顏色區域文件，然後輸出MAPGIS明碼文件，就可以解決剖面圖的剖面數據輸入問題。對於三維建模系統，該方法可以很好地解決地下含水層的表達問題。
MAPGIS純文本文件包括兩種文件，即。沃爾和。DXF檔案。的。WAL文件記錄了測線名稱、線段數和測點坐標，以及。DXF文件記錄了剖面上的點和線的信息。通過讀取這兩個文件和壹些變換，可以導入剖面信息，在工區設置剖面(工區用來在三維地質體中劃定壹個要研究的區域，三維地質體是壹個有頂面、底面和四個面的立方體。所有的階層、部分等。用戶關心的將包含在這個多維數據集中。)。從讀取剖面線上每個點的位置信息。WAL文件，並且每兩個相鄰的點可以確定壹個面。圖5-93顯示了將輪廓引入工作區域。
導入檔案信息後，用戶可以觀察和分析檔案上的各種信息。剖面是生成地層、斷層、透鏡體等的主要數據源之壹。用戶需要從剖面圖中提取地層線、斷層線和透鏡體線，用於以後生成各種地質元素，並可以根據地質專家的要求添加、修改和刪除這些線信息。
圖5-93剖面圖被導入到工作區域。
1.拿起故障線
在拾取故障線路時，首先在樹節點上選擇壹個區段，並選擇拾取故障線路功能，然後可以使用鼠標左鍵在該區段上拾取合適的線路來控制故障的產生。拾取後，應指定拾取的多段線所屬的斷層。同樣可以完成在縱斷面上添加斷層線的功能。增加故障線路時，應根據專家意見合理增加，以便更好地控制故障的產生。當我們選擇壹條斷層線時，我們可以對其進行編輯。如圖5-94所示。
2.拿起地層線
拾取地層線時，先在樹節點上選擇壹個剖面，然後旋轉觀察每個剖面上的信息，確定哪些線屬於同壹個地層，確定後再拾取剖面上的線。拾取後，應設置每條線所屬的地層，以便以後生成地層時識別。同樣，可以完成在剖面圖中添加地層線的功能。增加壹條地層線時，應根據專家意見合理增加，以合理控制地層形態。因為剖面圖是在平面上繪制的，所以會有壹些誤差，在導入的剖面圖中顯示出來，相同的地層線無法匹配，對生成的地層會有影響，需要編輯。系統根據需要提供這樣的功能。首先在樹中選擇壹個地層線節點，選擇編輯地層線功能，即可完成地層線的編輯操作。如圖5-95所示。
圖5-94拾取故障線
圖5-95拾取地層線
(2)導入鉆井數據
鉆孔資料主要包括深度、巖性、年齡等與地質構造有關的內容。共有240多個鉆孔，主要分布在黑河流域的平原地區。鉆孔數據已經裝訂成冊。為了滿足建模數據的要求，所有鉆孔都被輸入到地下水資源數據系統Access數據庫Gwexplore中。鉆井資料是地質技術人員在野外鉆井中記錄和整理的第壹手技術資料，對模型的生成起著直接或間接的校正作用。因此，有必要充分利用鉆井資料。實現了斷層鉆孔點、地層鉆孔點和透鏡體鉆孔點的加載和編輯功能。
1.導入鉆孔數據
導入鉆孔數據時，首先切換到鉆孔模型樹，選擇鉆孔集的根節點，然後選擇要導入的鉆孔數據文件，連接到數據庫。數據庫連接完成後，用戶可以選擇導入所有鉆井信息或單個鉆井信息，從而將鉆井信息加載到工作區。類似地，用戶也可以選擇斷開與鉆探數據源的連接。如圖5-96所示。
圖5-96引入鉆孔
2.編輯鉆孔數據
導入鉆孔信息後，用戶可以編輯鉆孔。首先，在屏幕上選擇壹個鉆孔。如果鉆孔信息不符合實際情況，右鍵刪除鉆孔。
導入鉆孔數據後，選擇壹個鉆孔，用戶可以在鉆孔上添加鉆孔點信息，設置鉆孔點所屬的地質元素類型，即斷層、地層或透鏡體，並制作地質元素名稱，如圖5-97所示，創建壹個鉆孔點，並指定鉆孔點信息屬於地層“第四含水層”。創建的鉆點將嚴格控制地質元素的生成。
圖5-97創建地層鉆孔點
(3)曲面建模
1.曲面的生成
生成表面的主要數據是由ARCINFO格式數據轉換而來的表面離散點數據。構成等高線的平面線段與其高程值壹壹對應，這樣就有了曲面的三維坐標集。系統輸入時，讀入組成等值線的點，即讀入每條線段的點，結合線段對應的高程值，形成生成模型所需的離散點，系統利用這些離散點進行插值生成曲面。因為數據多，離散點密度也大，MAPGIS平原文件存儲的數據容量達到150兆以上。如果將這些數據全部輸入系統進行插值生成地表，那麽在地表上生成的小三角形數量會相當大，會占用過多的計算機資源，對後續的模型構建影響很大。同時生成地表的速度較慢，效果不理想。所以要淡化這些離散點。細化的效果是減少等值線上的點數。因為等值線上有大量的點，所以按比例細化不會影響其精度。細化後，生成模型所需的離散點密度降低，離散點數量減少，生成地表的速度加快，地表的光滑度提高。對於地表上的壹些壞點，如高程過高或過低的點，即高程高於地表最高點或低於地表最低點，這些點是由於誤差或數據轉換造成的。使用這樣的點插值，地表的起伏會發生劇烈的變化，地表會粗糙不平，影響地表的平滑度。因此，這類點在輸入系統時需要剔除，即在系統輸入模塊中，用閾值來限制，剔除過高或過低的點，防止其參與建模。
將處理後的離散點數據作為控制點導入工作區域，利用DSI插值技術生成三角網，用於描述曲面形態。
2.加載表面信息
(1)地理信息數據。地理信息數據包含了河流、鐵路、公路、湖泊、城市等點、線、面的信息，對提升三維可視化模型的內涵，增強模型的顯示效果有著積極的作用。每壹個地理信息數據讀入後，利用OpenGL技術實現這些圖元在三維模型中的顯示狀態，同時給出相應的屬性信息內容。但建模系統目前不做GIS的分析功能，後續開發中會增強。
(2)遙感圖像。表面網格生成完成後，系統利用OpenGL的紋理映射技術將衛星圖像粘貼到表面，使得整個模型看起來更加逼真，效果更好。為了減少內存占用，衛星圖像被轉換成位圖圖像格式(。bmp)並在保證視覺分辨率的前提下讀入。
為了使遙感影像與生成的地表格網擬合良好，位置更加準確，系統采用三點坐標定位的方法對影像進行校正。修正方法是從圖中選取三個點，保證它們不在同壹條直線上，分別記為P1、P2、P3。用戶需要知道這三個點的真實坐標值，才能選擇那些標註的地理點。我們假設圖片貼在地上時這三個點的坐標是老_P1，老_P2，老_P3，而真實坐標是新_P1，新_P2，新_P3。根據最小二乘法原理，可以得到壹個變換矩陣M。
用矩陣m變換圖片的四個頂點就可以得到校正後的圖片，圖5-98所示為加載了地理信息和遙感影像的地表。
圖5-98信息加載後的表面形貌
3.網格尺寸的確定
模型構建的地質體，如地表、地層、斷層、透鏡體等，都是通過網格連接起來形成面，並被面包圍。模型的最小單元是壹個小三角形，三角形的數量直接影響模型的精度和系統運行的速度。
壹般來說，如果生成的模型三角網格過大，模型表面粗糙，模型不精細，甚至無法表達表面的形態特征。如果網格過小，網格密度高，在這些三角形上的運算占用了大量的系統資源，使得計算機處理的數據量急劇增加，從而使機器運行緩慢。如果離散點數據量過多或過少，都會使模型表面更加復雜，無法表達模型表面的整體特征。因此，在建立模型時，有必要選擇合適的網格尺寸。
通過實踐，曲面的網格尺寸為50 ~ 200 m，網格間距較好，可以協調統壹機器速度和曲面平滑度。壹般在模型初始構建時，選擇200m的網格間距，機器速度高。如果需要劃分建模區域，比如黑河流域模型，在小流域模型構建完成後，選擇50m的網格間距生成地表，這樣地表就精細了。
由於地層和斷層在剖面上用線段建模，系統會自動加密這些線段上的離散點，網格間距選擇100 ~ 200 m，對地層和斷層的形成影響很小，在精細度上滿足要求。由於其面積較小，鏡頭要求精度適中，因此50 ~ 100 m的網格尺寸即可滿足需要。
對於柵格數據，如遙感圖像，可以根據模型顯示的精度調整空間分辨率。壹般100 ~ 300 dpi就夠了。800兆以上的精細遙感影像可根據需要生成BMP、JPG等圖形格式，保證像素精度，減少內存占用。
(4)截面建模
1.截面的生成
在剖面建模之前，首先要導入剖面圖、鉆孔、斷層線等信息。根據導入的剖面、斷層線和鉆井信息，生成模型的斷層。斷層的生成有兩種方式，即根據剖面上的斷層剖面線和根據離散點數據。
剖面導入三維建模軟件系統後，對剖面上的斷層線進行分析，選出屬於同壹斷層的剖面斷層線，然後通過細分和插值生成斷層。如圖5-99所示。
圖5-99基於截面上斷層線的斷層生成
斷層也可以由導入的離散點生成，或者鉆孔導入到三維建模軟件系統後，通過在井眼軌跡上指定斷層上的鉆孔點，然後進行細分和插值來生成斷層。如圖5-100所示。
圖5-100基於離散點的故障生成
2.編輯該部分
生成斷層後，您可以編輯斷層邊界並使用控制點來編輯斷層，更改斷層平面的形狀，以及通過修改屬性框中的內容來編輯斷層的屬性。如圖5-101所示。
圖5-101從離散點生成故障
修改地質體信息是地質體的重要功能之壹。在課題組的地質體模型的數據結構中，輸入可以是點集和折線集，但折線集也表現為有序點集。所以點的編輯修改是壹切編輯修改的基礎。由於難以解決“坐標變換”這壹計算機圖形學中的基本問題的深度問題，只能依靠生成的三角網格曲面來實現空間點沿平面和垂直面的“位置坐標”編輯，即標量編輯。標量編輯用於解決“坐標變換”的深度問題，實現獨立於三角網格曲面的空間點的編輯。
此外，還采用了“三維空間矢量點”的編輯功能。“三維空間矢量點”是指工區的三維點不僅包含“位置坐標”的概念，還賦予每個點壹個“方向矢量”。這樣就很容易對方向上的空間點進行編輯，我們稱之為“三維空間矢量點編輯”。這個編輯功能在本系統中很多地方都要用到，比如編輯剖面上的控制點，編輯地層上的控制點，編輯光源矢量等等。光源矢量的編輯效果如圖5-102所示。
圖5-102光源矢量編輯功能
3.定義部分關系
建模時，需要確認工區內兩條相交斷層的相交關系，即哪個是主平面，哪個是切面。通過定義它們的關系，主斷層面可以剪切輔助斷層面。在定義主斷層面時，壹般選擇相對較高且長於剖切面投影面的斷層面，以便系統快速建立剖面網格。
定義了故障的主輔關系後，選擇“更新故障”功能，生成切割故障。圖5-103顯示了定義故障關系後重新生成的故障效果。
圖5-103定義故障關系
(5)地面建模
1.地面層的主要內容
三維地質結構模型中的地層由地層中的若幹圖元和圖元集組成，包括:
(1)地層頂面:由已知的地層數據離散點擬合的地質面。
(2)地層離散點集:地層等值線上的離散點。
(3)地層井點集:是鉆井所鉆地層頂面上的井點。
(4)地層控制點集:指用戶在建模過程中可以手動添加到模型中的點，這些點將在地層生成過程中約束地層形狀，用戶可以通過編輯這些點來改變地層形狀。
(5)地層上的斷層線集合:是地層頂面上被各種斷層切割的斷層線集合。
(6)地層等高線集:是根據地層頂面深度在地層頂面上繪制的壹組等值線。
(7)地層斷塊:地層被斷層切割撕裂後形成的有頂、有底、有周界的閉合地質體。
我們在建模的時候，要根據這些數據來建立地平面。地層可以相互交叉，這就導致了地層形態的復雜性。有時壹個地層會在與其他地層的交匯處缺失，產生所謂的尖滅、侵入、透鏡狀等現象。接下來，我們將具體討論每個地層現象的建模方法。
2.層狀地層
層狀地層是最簡單的地層形式，沒有裂縫，不與其他地層切割。它只是壹個單壹的曲面。在這種情況下，可以使用簡單的細分和插值算法來構建地平面。具體來說，通過簡單的三角剖分得到三角網格，然後從剖面圖中已有的離散點數據和地層線數據中提取離散點集，以三角網格中的每個頂點為基礎進行插值，得到起伏的地形。我們這裏使用的生成連續曲面的方法是通過將平面細化成網格，並插值三角形網格的頂點來生成曲面。曲面的平滑度和精細度由網格的密度決定。
根據上述特點，設計了復合法表示曲面，即以矩形網格作為計算面，以三角形網格作為顯示面，兩個網格協同表示連續曲面。矩形網格和三角形網格表示同壹個表面。矩形網格用於查詢計算，表示的面比實際面大，因為它只作為背景網格不參與顯示，不關心面的邊界。
3.透鏡狀地層建模
透鏡體的生成有兩種方式，即根據導入的地球物理等值線數據，或者根據剖面上透鏡體的線元素。生成透鏡體的頂面後，需要編輯透鏡體的消失線來改變透鏡體的大小，使用控制點來調整透鏡體的形狀，修改屬性框來編輯透鏡體的屬性，提取透鏡體表面的等高線圖。
(1)生成透鏡體的頂面。生成透鏡體，需要先生成透鏡體的頂面，然後根據導入的等值線離散點數據進行離散點處理，再進行有限細分插值或輪廓線元素生成透鏡體的頂面。如圖5-104所示，透鏡體的頂面是通過在截面上選擇截面的線元素生成的。
(2)定義透鏡體的消失線。生成透鏡的頂面後，可以根據實際數據信息定義透鏡的尺寸。通過在頂面上定義透鏡體的消失線來設置透鏡體的尺寸。如圖5-105所示:
(3)生成透鏡體。定義了透鏡體的消失線後，就可以生成透鏡體了。可以通過屬性框設置生成鏡頭的屬性信息，包括其顯示方式、顏色、圖元大小等與視覺顯示和參數相關的屬性項。圖5-106顯示了生成的透鏡體。
(4)編輯鏡頭體。系統自動生成的透鏡體有時不能完整準確地表達實際的形態特征，需要在其頂面或底面添加控制點進行調整，通過人工手段改變控制點的空間位置。重新生成透鏡體，讓控制點參與透鏡體上下表面的重新生成，這樣可以更好的改變透鏡體的局部形態。
圖5-104生成透鏡體的頂面
圖5-105定義了透鏡頂端的消失線。
圖5-106生成的透鏡體
具體操作是在地質模型樹窗口中打開要編輯的透鏡體上下的“控制點集”節點，然後選擇主菜單“透鏡體”下的“編輯控制點”功能項，通過鼠標在透鏡面需要調整的位置添加控制點，然後編輯添加的控制點重新生成透鏡體，透鏡體的形狀就會發生變化。
(5)鏡頭上下輪廓線的提取。在生成透鏡體之後，可以提取其頂面和底面的輪廓。
操作時，選擇鏡頭上方或下方樹節點下的“等值線集”項提取等值線，選擇主菜單“鏡頭”下的“生成等值線”菜單項提取該面的等值線。等值線的間隔、標註高程、間隔和等值線顏色由技術人員在屬性框中自行定義。
4.侵入地層建模
如果兩個地層有侵入，其中壹個就會有壹個閉合的“洞”，我們的細分算法可以處理這種情況。
在地下水的地質構造中，有許多侵入巖的地質構造，是深部巖漿向上運移，侵入圍巖而未達到地表而形成的蘑菇狀、脈狀巖石。建模時需要對這類地質體進行詳細的分析和處理。但是有壹個共同點，都可以算是無分層模型。作為壹個小的子地質體，將這個子地質體建模，然後讀入到總模型中，這樣就可以實現模型的整體展示。地質體的建模將在下壹節介紹。
5.地層編輯
生成地層後，可以根據實際需要編輯地層上的控制點，局部改變地層的形狀，也可以通過修改屬性框的內容來編輯地層的屬性。
階層形成後，不可能完整準確地表達階層的起伏。需要添加地層控制點進行調整，通過手動拖動改變控制點的位置，然後讓控制點參與地層的再生，可以更好的改變地層的局部形態。如圖5-107所示。(a)圖中使用了“3D空間向量點編輯”功能。
圖5-107圖層編輯
6.定義階層之間的關系
地平面與斷層相交後，地層會在與斷層相交處移動，形成破碎地層。裂縫地層的生成可以通過自動生成和手動設置來實現。自動生成是指三維建模軟件系統根據斷層兩側地層離散點的空間分布，自動計算斷層兩側的變形。圖5-108是自動生成的斷層地層:
圖5-108撕裂地層的自動生成
人工設置是通過人為設置斷層距離和變形方向來生成破碎地層。圖5-109為人工設置的裂縫地層。
圖5-109人工生成的斷裂地層
7.生成地層等值線
生成地層後，三維建模軟件系統可以繪制用戶指定的含水層頂/底面的等值線。該功能可以有效解決等值線穿越斷層的問題，繪制等值線的結果可以以用戶認可的形式提交給用戶。該函數對於工程應用來說是壹個非常實用的函數。
選擇指定地層的“生成等值線”功能，提取該地層的等值線。等值線的間距、標記間隔和等值線顏色由技術人員在屬性框中自行定義。如圖5-110所示。
(6)地質體建模
該算法在已知地平面和斷層面的情況下，采用變形場的方法來構造地質體。根據變形場建模的思想，所有的地質元素都是在逐漸斷裂的情況下變形為當前的形狀，因此地質體的周圍邊緣也是由初始形狀變形的。初始地層與斷層面相交形成的邊界具有形狀簡單的特點。壹般只有四個拐點，初始地層的邊界容易求解。因此，可以用通常的方法得到初始地層的邊界，然後將變形場逐步施加到初始邊界上，就可以得到當前狀態下的地層體的邊界。生成地層的具體算法如下:
圖5-110地面等高線提取
(1)首先構建地層初始網格和地層初始外圍網格；
(2)根據斷層序列尋找當前斷層的剖面，直到地層中沒有新的裂隙為止；
(3)將斷層網格的副本記錄為A，通過地層切割將斷層網格A分割成多個地層圍邊，將層狀斷層網格復制為兩部分，壹部分是斷層左側地層裂隙的內圍邊，另壹部分是斷層右側地層裂隙的內圍邊；
(4)當斷層的變形場作用於地層及其外圍時，地層的表面網格變形，外圍網格變形；
(5)根據步驟(2)、(3)、(4)，作用於地層表面，得到地層的體積網格。
雖然在這個過程中有壹個地層與斷層相交的操作，但是這個操作可以保證連續地層與剖面的相交，所以穩定性高，初始地層的相交容易簡單。圖5-111至圖5-118為華北平原地質體模型。
(7)三維可視化方法
1.生成配置文件
首先我們切換到地質模型樹，展開3D模型的根節點，選擇剖面集節點，或者在剖面編輯菜單中選擇添加剖面的選項，然後在3D圖中繪制剖面線，右鍵完成。我們也可以直接讀取現有的配置文件。
下面我們可以編輯截面的屬性，比如修改截面線的坐標。首先選擇壹個截面，可以在截面編輯中選擇添加斷層線來創建斷層線。我們還可以選擇現有的斷層線，並在屬性框中修改其屬性。同樣，在“剖面編輯”菜單中，可以選擇添加地層線或透鏡體線來建立地層線或透鏡體線。圖5-119是壹面立體剖視圖。
該模型還可以生成網格狀剖面，如圖5-120所示。
圖5-111華北平原三維地質模型圖(附地表衛星圖片)
圖5-112華北平原三維地質模型(巖性設置)
圖5-113華北平原三維地質模型
圖5-114渤海水模型
圖5-第壹含水層組模型115
圖5-116第二含水層組模型
圖5-117第三含水層組模型
圖5-118第四含水層組模型
圖5-119三維地質模型剖面圖。
圖5-120網格剖面圖
2.生成剖面
因為在計算機圖形學輔助之前，地質學家和地質學家是通過二維剖面圖來分析地質構造的。現在，用計算機進行三維建模，目的是幫助他們建立他們的三維空間想象，從而實現從2D計劃到三維地質體模型的過渡。該模型使用基於Delaunay三角網格(前面介紹過)的剖面。
以下功能主要是對地質體進行單面切割、組合切割和挖掘。
圖5-剖面121的屬性框
(1)單面切割。首先我們在“可視化”中選擇“添加單面截面”，然後在三維圖中用鼠標畫出截面線，點擊右鍵就完成了。先做壹個剖面，被切割的地質體根據剖面的法向量與剖面兩邊法向量的夾角分為兩部分(正邊和負邊)。模型的缺省顯示邊是與截面的法向矢量的夾角小於90度(正邊)。您可以在剖面的屬性框中切換剖面以觀察另壹側，如圖5-121所示。
如圖5-122所示，是單面裁剪的效果圖:
圖5-122單面截面的效果
(2)組合切割。首先，我們在“可視化”中選擇“添加組合截面”，然後在3D圖中用鼠標畫出截面線，再點擊右鍵就完成了。
組合切割(多面切割)是在單面切割基礎上的改進。讓我們首先定義壹組多個截面(這個模型最多可以定義六個面)。首先可以根據截面集中的第壹個截面切割壹邊，保存，然後使第壹個截面無效，再切割第二個截面，保存使其有效，以此類推，直到所有截面都被切割，然後使前面的截面同時生效，這樣就可以生成壹個組合截面。
當然，就像單面切割壹樣，可以在屬性框中切換切割平面來觀察另壹面。
如圖5-123所示，是組合切割的應用效果圖:
圖5-123組合斷面效果。
3.生成挖掘體
首先我們在“可視化”中選擇“添加采礦體”，然後用鼠標在三維圖中畫出多線剖面線，點擊右鍵就完成了。
開挖切割是組合切割的特殊應用，開挖本身就是封閉的多面切割。
圖5-124是采礦應用效果圖:
圖5-124棱鏡開挖效果圖