一种基于邻域作用力的地质六面体网格平滑方法技术

本发明专利技术公开了一种基于邻域作用力的地质六面体网格平滑方法，包括以下步骤：遍历三维六面体模型每个顶点；判断顶点是否需进行平滑处理；对需平滑的顶点，将共有该顶点的邻域六面体网格根据属性值划分为不同的体块，属性值相同的网格属于同一体块；将每个体块看作磁铁的“同极”，各同极对顶点具有相斥的作用力，作用力采用基于重力模型的空间相互作用力模型进行度量，计算顶点在各体块单独作用力下的移动方向和距离；进而计算顶点在所有体块合力作用下沿x轴、y轴、z轴三个方向的移动分量；从而获取顶点最终的平滑位置。本发明专利技术在平滑过程中既保持了网格原有的三维拓扑关系，又降低了三维地质区域边界表达的锯齿效应，使平滑结果符合实际的地质现象。

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.

【技术实现步骤摘要】
一种基于邻域作用力的地质六面体网格平滑方法
本专利技术涉及三维地质体网格平滑方法领域，尤其是一种基于邻域作用力的地质六面体网格平滑方法。
技术介绍
真三维地质体建模的模型体元通常采用六面体、四面体、棱柱体等，其中，六面体网格具有组织形式规则、网格单元数量及重划分次数较少、计算效率高等优点，在三维地质体、油藏体建模中应用广泛，并被大多数商业地质建模、油藏建模和数值模拟软件所支持。然而，这种源自矩形网格的体元在对三维区域边界进行离散化网格表达时存在锯齿效应。高精度的精细地质模型可以降低锯齿效应的影响、提高表征精度，但即使对于一个中等规模的地质体或油藏体，精细的地质表征往往具有百万级甚至千万级的网格规模，受限于实际实现技术，精细地质模型和油藏数值模拟器可以支持的网格规模之间存在着较大差距，对三维网格进行粗化就是将精细地质模型粗化到油藏数值模拟器能够接受的网格规模。然而粗化后的六面体体元较大，对圈闭、油层等区域边界的表达由于锯齿效应的存在不符合实际的地质现象，影响模型的描述精度、可视化效果及后期模拟计算的准确性。对于六面体模型边界锯齿现象，可以采用边界网格重构或加密方法解决，这种方式可以构造出精细的边缘形状，如图1所示，右图对边界面上凹凸不平的六面体网格进行加密和重构，达到了精细的平滑效果，但对于地质六面体模型组织结构来说，这种方法打乱了原有结构的规则行列网格检索方式，为查找和数值模拟计算增加了难度。另一种解决途径通过适当移动六面体的顶点进行平滑，这种方式只能进行粗略的平滑，难以刻画精细的边缘形状，但保留了原有的网格组织形式，网格数和顶点数均没有发生改变。目前对于网格顶点平滑，经典的平滑算法包括Laplacian平滑、Taubin平滑、平均曲率法等。Laplacian平滑的核心是将网格内部节点的位置移动到与该节点共面节点组成的多面体的体心处，算法简单。Taubin算法在Laplacian算法的基础上引入了滤波器及权系数，可抑制拉普拉斯算子引起的变形收缩。平均曲率法则遵循曲面曲率变化均匀即为光滑的原则。上述方法各有优缺点，不少学者亦在此基础上进行了大量的优化改进，但是对于三维地质网格模型，这些平滑方法在应用时会产生一些问题。三维地质网格模型不同于其他建筑或工具的三维模型。图1所示为某工程零件的三维六面体网格模型，这类模型所有网格属性相同，只需对表面因形状产生的锯齿进行平滑。而地质网格模型，模型表面并不需要平滑，模型内部因为网格属性值不同发生的锯齿现象需要平滑，若分别将相同属性值的网格提取出来对表面进行平滑，平滑后的拓扑关系可能被破坏。综上所述，如何能借助三维六面体模型网格顶点坐标点阵的查找优势，避免破坏原有的网格结构，又能保证网格之间的三维拓扑关系，是三维地质体网格平滑的关键问题。
技术实现思路
本专利技术技术解决问题：为解决现有技术存在的不足，提供一种基于邻域作用力的地质六面体网格平滑方法，在平滑过程中既保持了网格原有的三维拓扑关系，又降低了三维地质区域边界表达的锯齿效应，使平滑结果符合实际的地质现象。为实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案：一种基于邻域作用力的地质六面体网格平滑方法，遍历三维六面体模型每个顶点，判断顶点是否需进行平滑处理，对需平滑的顶点，将共有该顶点的邻域六面体网格根据属性值划分为不同的体块，属性值相同的网格属于同一体块，将每个体块看作磁铁的“同极”，各体块对顶点具有相斥的作用力，作用力采用基于重力模型的空间相互作用力模型进行度量，计算顶点在各体块单独作用力下的移动方向和距离，进而计算顶点在所有体块合力作用下沿x轴、y轴、z轴三个方向的移动分量，从而获取顶点最终的平滑位置。具体包括以下步骤：步骤一：根据三维六面体模型网格顶点坐标集合依次遍历三维模型每个顶点，及共用该顶点的邻域六面体网格；对于每个顶点，进行下面步骤二至步骤七处理；步骤二：对当前顶点的不同情况进行判断以决定是否进行平滑处理，对需平滑的顶点进行下面步骤三至步骤七处理，并忽略不需要平滑处理的顶点；步骤三：计算当前顶点各邻域六面体网格质心坐标；步骤四：将属性值相同的邻域六面体网格看作同一体块，则当前顶点的邻域六面体网格根据其属性值可分为多个体块，并根据各体块包含的邻域六面体网格质心坐标计算各个体块的质心坐标；步骤五：根据当前顶点和各体块的坐标位置，以及各体块包含的邻域六面体网格个数，采用基于重力模型的空间相互作用力模型计算当前顶点在各体块单独作用力下的移动方向及距离；步骤六：在获取各体块单独作用力下移动方向和距离的基础上，计算当前顶点在所有体块合力作用下沿x轴、y轴、z轴三个方向的移动分量；步骤七：根据x轴、y轴、z轴三个方向的移动分量计算当前顶点最终的平滑位置。进一步的，所述步骤二中，对当前顶点的不同情况进行判断以决定是否进行平滑处理，包括以下五种情况：1、若顶点为三维模型边界面上的点，统计共用该顶点的邻域六面体网格在边界面上的属性值分布情况，若邻域六面体网格属性值均相同，则认为属性分布是均质的，不进行平滑处理；若属性值不相同，在二维边界面上采用上述的步骤三至步骤七进行顶点平滑处理；2、若顶点为三维模型的角点或边点，则不进行平滑处理；3、若顶点为被人工标注过的断层、尖灭等不需要进行平滑的特征点，则不进行平滑处理；4、若顶点在三维模型内部，且邻域六面体网格属性值均相同，则认为属性分布是均质的，不进行平滑处理；5、若顶点在三维模型内部，且邻域六面体网格属性值不相同，则采用上述的步骤三至步骤七进行顶点平滑处理。进一步的，所述步骤三中，计算当前顶点各邻域六面体网格质心坐标方法为：对于每个邻域六面体网格，设该六面体网格8个顶点的坐标为(xi,yi,zi)，其中i＝1,2,…,8，i为顶点序号，网格质心坐标为(xc,yc,zc)，质心坐标计算公式为：进一步的，所述步骤四中，将属性值相同的邻域六面体网格看作同一体块，则当前顶点的邻域六面体网格根据其属性值可分为多个体块，根据各体块包含的邻域六面体网格质心坐标计算各体块质心坐标方法为：设当前顶点的邻域六面体网格可分为多个体块{Bk}，k表示体块序号，每个体块Bk的质心坐标为(Xk,Yk,Zk)，体块Bk包含的邻域六面体网格个数为nk，体块Bk内各邻域六面体网格的质心坐标为其中i表示体块Bk包含的邻域六面体网格序号，i＝1,2,…,nk，则体块Bk质心坐标计算公式为：进一步的，所述步骤五中，根据当前顶点和各体块的坐标位置，以及各体块包含的邻域六面体网格个数，采用基于重力模型的空间相互作用力模型计算当前顶点在各体块单独作用力下的移动方向及距离，具体步骤为：1、将当前顶点的每个体块看作磁铁的“同极”，各同极对顶点具有相斥的作用力，作用力采用基于重力模型的空间相互作用力SIM模型(SpatialInteractionModel)进行度量。设当前顶点为v，顶点v坐标位置为(xv,yv,zv)，体块Bk质心坐标为(Xk,Yk,Zk)，k表示体块序号，顶点v质量为Mv，体块Bk质量为Mk，体块Bk对顶点v的相斥作用力向量为：式中，G、α分别为引力常数和质量指数，这里取1；为体块Bk中心到顶点v连线向量，体块中心取质心；β为距离指数，亦取1。方向由确定，方向向量计算公式为：2、对于每个取G＝α＝β＝1，由运动定律本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于邻域作用力的地质六面体网格平滑方法，其特征在于,包括以下步骤：步骤一：根据三维六面体模型网格顶点坐标集合依次遍历三维模型每个顶点，及共用所述顶点的邻域六面体网格；对于每个顶点，进行下面步骤二至步骤七处理；步骤二：对当前顶点的不同情况进行判断，以决定是否进行平滑处理，对需平滑的顶点进行下面步骤三至步骤七处理，并忽略不需要平滑处理的顶点；步骤三：计算当前顶点各邻域六面体网格质心坐标；步骤四：将属性值相同的邻域六面体网格看作同一体块，则当前顶点的邻域六面体网格根据其属性值分为多个体块，并根据各体块包含的邻域六面体网格质心坐标计算各个体块的质心坐标；步骤五：根据当前顶点和各体块的坐标位置，以及各体块包含的邻域六面体网格个数，采用基于重力模型的空间相互作用力模型计算当前顶点在各体块单独作用力下的移动方向及距离；步骤六：在获取各体块单独作用力下移动方向和距离的基础上，计算当前顶点在所有体块合力作用下沿x轴、y轴、z轴三个方向的移动分量；步骤七：根据x轴、y轴、z轴三个方向的移动分量计算当前顶点最终的平滑位置。

【技术特征摘要】
1.一种基于邻域作用力的地质六面体网格平滑方法，其特征在于,包括以下步骤：步骤一：根据三维六面体模型网格顶点坐标集合依次遍历三维模型每个顶点，及共用所述顶点的邻域六面体网格；对于每个顶点，进行下面步骤二至步骤七处理；步骤二：对当前顶点的不同情况进行判断，以决定是否进行平滑处理，对需平滑的顶点进行下面步骤三至步骤七处理，并忽略不需要平滑处理的顶点；步骤三：计算当前顶点各邻域六面体网格质心坐标；步骤四：将属性值相同的邻域六面体网格看作同一体块，则当前顶点的邻域六面体网格根据其属性值分为多个体块，并根据各体块包含的邻域六面体网格质心坐标计算各个体块的质心坐标；步骤五：根据当前顶点和各体块的坐标位置，以及各体块包含的邻域六面体网格个数，采用基于重力模型的空间相互作用力模型计算当前顶点在各体块单独作用力下的移动方向及距离；步骤六：在获取各体块单独作用力下移动方向和距离的基础上，计算当前顶点在所有体块合力作用下沿x轴、y轴、z轴三个方向的移动分量；步骤七：根据x轴、y轴、z轴三个方向的移动分量计算当前顶点最终的平滑位置。2.根据权利要求1所述的基于邻域作用力的地质六面体网格平滑方法，其特征在于：所述步骤二中，对当前顶点的不同情况进行判断以决定是否进行平滑处理，包括以下五种情况：(1)若顶点为三维模型边界面上的点，统计共用该顶点的邻域六面体网格在边界面上的属性值分布情况，若邻域六面体网格属性值均相同，则认为属性分布是均质的，不进行平滑处理；若属性值不相同，在二维边界面上进行顶点平滑处理；(2)若顶点为三维模型的角点或边点，则不进行平滑处理；(3)若顶点为被人工标注过的断层、尖灭不需要进行平滑的特征点，则不进行平滑处理；(4)若顶点在三维模型内部，且邻域六面体网格属性值均相同，则认为属性分布是均质的，不进行平滑处理；(5)若顶点在三维模型内部，且邻域六面体网格属性值不相同，则进行顶点平滑处理。3.根据权利要求1所述的基于邻域作用力的地质六面体网格平滑方法，其特征在于：所述步骤三中，计算当前顶点各邻域六面体网格质心坐标方法为：对于每个邻域六面体网格，设该邻域六面体网格8个顶点的坐标为(xi,yi,zi)，其中i＝1,2,…,8，i为顶点序号，网格质心坐标为(xc,yc,zc)，质心坐标计算公式为：4.根据权利要求1所述的基于邻域作用力的地质六面体网格平滑方法，其特征在于：所述步骤四中，将属性值相同的邻域六面体网格看作同一体块，则当前顶点的邻域六面体网格根据其属性值可分为多个体块，根据各体块包含的邻域六面体网格质心坐标计算各体块质心坐标方法为：设当前顶点的邻域六面体网格分为多个体块{Bk}，k表示体块序号，每个体块Bk的质心坐标为(Xk,Yk,Zk)，体块Bk包含的邻域六面体网格个数为nk，体块Bk内各邻域六面体网格的质心坐标为其中i表示体块Bk包含的邻域六面体网格序号，i＝1,2,…,nk，则体块Bk质心坐标计算公式为：5.根据权利要求1所述的基于邻域作用力的地质六面体网格平滑方法，其特征在于：所述步骤五中，根据当前顶点和各体块的坐标位置，以及各体块包含的邻域六面体网格个数，采用基于重力模型的空间相互作用力模型计算当前顶点在各体块单独作用力下的移动方向及距离，具体步骤为：(1)将当前顶点的每个体块看作磁铁的同极，各同极对顶点具有相斥的作用力，作用力采用基于重力模型的空间相互作用力SIM模型(SpatialInteractionM...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海起，刘玉，彭佳琦，陈冉，桂丽，翟文龙，费涛，闫滨，车磊，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东,37