一种基于断层面的四面体网格自适应分级细化方法技术

本发明专利技术提供一种基于断层面的四面体网格自适应分级细化方法，涉及计算机图形学领域和四面体网格模型细分领域，该方法首先根据地层数据建立四面体网格模型和断层面三角形网格模型，然后根据断层面自适应确定细化范围，确定范围内的四面体集；通过四面体与断层面之间的距离关系确定四面体网格的细分级数及边的细分级数；最后根据四面体边的级数对四面体网格进行分级自适应细化。该方法突破了现有的含断层三维边坡网格自适应细化存在的缺陷，优化了断层面附近的网格模型。了断层面附近的网格模型。了断层面附近的网格模型。

【技术实现步骤摘要】
一种基于断层面的四面体网格自适应分级细化方法


[0001]本专利技术涉及计算机图形学领域和四面体网格模型细分领域，尤其涉及一种基于断层面的四面体网格自适应分级细化方法。

技术介绍

[0002]断层结构面对矿岩三维空间分割的复杂性导致含断层区域事故频发，因此含断层区域的三维实体建模成为数值模拟的关键。如何充分利用网格自适应细化方法，对断层处的网格进行更精细化的生成，是一个急需研究和解决的问题。
[0003]目前普遍采用的自适应网格细化(AMR)方法中，主要是通过添加或删除节点来直接构造新的网格，以获得所需的网格分辨率。这一方法，由于所依据的网格模型数据太大，细化后往往无法提供精确的网格模型，对自适应网格细化的效率和成本产生较大的影响。为提高自适应网格细化效果和降低细化成本，很多学者和工程技术人员在网格划分和细化算法等方面已经做了很多研究。例如，Peraire和Li Xiangrong等人，使用基于各向异性前沿推进网格生成技术的自适应重新网格划分；Inria等人根据各向异性Delaunay进行自适应重新划分网格；Rivara根据最长边细化算法，Liu和Joe根据affine变换控制分割顺序进行连续二等分细分。这些研究由于技术的限制，均未涉及到通过基于断层面对四面体网格进行自适应分级细化，来提高网格自适应细化方法的效率。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于断层面的四面体网格自适应分级细化方法，对含断层面四面体网格进行细化，提高断层面附近的网格精度。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：一种基于断层面的四面体网格自适应分级细化方法，包括以下步骤：
[0006]步骤1：建立四面体网格模型和断层面网格模型；
[0007]步骤1.1：对地层数据进行四面体剖分建立四面体网格模型；
[0008]步骤1.2：建立断层面网格模型，得到网格面顶点集；
[0009]使用Delaunay三角剖分方法建立断层面网格模型，得到断层面网格顶点集P＝{p0,p1,
…
,p
g
,
…
,p
q
}，其中p
g
为第g个断层面网格顶点，g∈[0,q]，q为断层面网格顶点的总数；
[0010]步骤2：确定细化范围及范围内的四面体集，具体方法为：
[0011]步骤2.1：根据断层的影响范围确定细化范围R；
[0012]断层的影响范围由断层类型和断层长度决定。断层影响范围与断层长度的相关性服从幂函数分布形式，随着断层规模的增大，断层影响带宽度也随之增加，但增加幅度随断层规模的变大而逐渐降低，不同类型的断层存在一个断层影响带宽度阈值，以平移断层的对称分布为参照，影响范围取断层上盘的最大影响带宽度，因此细化范围R以断层为中心向
两侧扩展，宽度取断层上盘最大影响带宽度；
[0013]步骤2.2：在断层的细化范围R内，得到四面体网格集T＝{t0，t1，
…
，t
i
，
…
，t
n
}，其中t
i
为第i个四面体网格，i∈[0，n]，n为四面体网格总数；得到四面体中心点集C＝{c0，c1，
…
，c
i
，
…
，c
n
}，其中c
i
为第i个四面体中心点集，i∈[0，n]；得到四面体网格的顶点集V＝{v0，v1，
…
，v
j
，
…
，v
m
}，其中v
j
为第j个四面体网格的顶点，j∈[0，m]，m为四面体网格的顶点总数；得到四面体边集E＝{e0，e1，
…
，e
r
，
…
，e
k
}，其中e
r
为第r条四面体边，r∈[0，k]，k为四面体边总数；
[0014]步骤3：确定四面体网格的细分级数G
i
，具体方法为：
[0015]步骤3.1：计算四面体集到断层面网格的最短距离，公式如下：
[0016][0017]式中D
i
为第i个四面体元素中心点到断层面的最短距离，i∈[0，n]，n为四面体中心点总数，p
g
为第g个断层面网格顶点，q为断层面网格顶点的总数；
[0018]步骤3.2：计算四面体网格的级数G
i
，细分级数计算公式如下：
[0019][0020]式中G
i
为第i个四面体网格的细分级数，i∈[0，n]，n为四面体网格总数，如果D
i
＞R则G
i
＝0；
[0021]步骤3.3：确定四面体边的细分级数H
r
，边的细分级数计算公式如下：
[0022][0023]式中H
r
为第r条边的细分级数，r∈[0，k]，k为四面体边的总数，G
i
为第i个四面体网格的细分级数，i∈[0，l]，l为含第r边的四面体网格数；
[0024]步骤4：对四面体网格分级自适应细化，遍历四面体集T＝{t0，t1，
…
，t
i
，
…
，t
n
}，根据每个四面体所包含边的细分级数对四面体进行分级细分，具体方法为：
[0025]步骤4.1：如果四面体边的细分级数大于0，添加该边的中点到顶点集V中；
[0026]步骤4.2：对于边的细分级数大于0的四面体，由新增加的顶点和原顶点重新连接四面体，新生成的四面体替换原四面体，并将新生成的四面体添加到四面体集T中；
[0027]步骤4.3：新生成边的细分级数等于原边的细分级数减1，并将新生成的边添加到边集E中；
[0028]步骤4.4：重复步骤4.1
‑
4.3，直到不存在四面体边级数大于零循环终止。
[0029]采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本专利技术提供一种基于断层面的四面体网格自适应分级细化方法，建立四面体网格模型和断层面网格模型，根据断层面自适应确定细化范围，确定范围内的四面体集；通过四面体与断层面之间的距离关系确定四面体网格的细分级数及边的细分级数；根据四面体边的级数对四面体网格进行分级自适应细化。该方法突破了现有的含断层三维边坡网格自适应细化存在的缺陷，优化了断层面附近的网格模型。
附图说明
[0030]图1为本专利技术实施例提供的一种基于断层面的四面体网格自适应分级细化方法的流程图；
[0031]图2为本专利技术实施例提供的对地层数据进行四面体剖分建立四面体网格模型结果图；
[0032]图3为本专利技术实施例提供的使用Delaunay三角剖分方法建立断层面网格模型结果图；
[0033]图4为本专利技术实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于断层面的四面体网格自适应分级细化方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：建立四面体网格模型和断层面网格模型；步骤2：确定细化范围及范围内的四面体集，通过断层影响范围表确定网格模型的细化范围R，在细化范围R内，得到四面体网格集T、四面体网格顶点集V、四面体边集E；步骤3：确定四面体网格的细分级数G
i
，确定四面体边的细分级数H
r
；步骤4：对四面体网格自适应分级细化，遍历四面体集，根据每个四面体所包含边的细分级数对四面体进行分级细分。2.根据权利要求1所述的一种基于断层面的四面体网格自适应分级细化方法，其特征在于：所述步骤1的具体方法为：步骤1：建立四面体网格模型和断层面网格模型；步骤1.1：对地层数据进行四面体剖分建立四面体网格模型；步骤1.2：建立断层面网格模型，得到网格面顶点集；使用Delaunay三角剖分方法建立断层面网格模型，得到断层面网格顶点集P＝{p0,p1,
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,p
g
,
…
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q
}，其中p
g
为第g个断层面网格顶点，g∈[0,q]，q为断层面网格顶点的总数。3.根据权利要求1所述的一种基于断层面的四面体网格自适应分级细化方法，其特征在于：所述步骤2的具体方法为：步骤2.1：断层的影响范围由断层类型和断层长度决定。断层影响范围与断层长度的相关性服从幂函数分布形式，随着断层规模的增大，断层影响带宽度也随之增加，但增加幅度随断层规模的变大而逐渐降低，不同类型的断层存在一个断层影响带宽度阈值，以平移断层的对称分布为参照，影响范围取断层上盘的最大影响带宽度，因此细化范围R以断层为中心向两侧扩展，宽度取断层上盘最大影响带宽度；步骤2.2：在断层的细化范围R内，得到四面体网格集T＝{t0,t1,
…
,t
i
,
…
,t
n
}，其中t
i
为第i个四面体网格，i∈[0,n]，n为四面体网格总数；得到四面体中心点集C＝{c0,c1,
…
，c
i
,
…
,c
n
}，其中c
i

【专利技术属性】
技术研发人员：陈应显，朱喆，周萌，李广贺，王东，贾兰，姜聚宇，张立国，
申请(专利权)人：辽宁工程技术大学，
类型：发明
国别省市：