Цифровая модель обнажения

Рис. 1. Пример цифровой модели обнажения, Вудсайд-Каньон, Юта, США. Вверху: обзор модели DOM в виде цветного облака точек (A) и текстурированной модели (B). Увеличенная область, отмеченная красным, показана на C и D. Внизу: цветное облако точек (C) и текстурированная модель (D), видимая с более близкого расстояния.

A цифровая модель обнажения (DOM ), также называемая виртуальной моделью обнажения, представляет собой цифровое трехмерное представление поверхности обнажения, в основном в виде текстурированной многоугольной сетки.

DOM, позволяющей интерпретировать и воспроизводимые измерения различных геологических характеристик, например ориентация геологических поверхностей, ширина и толщина слоев. Количество идентифицируемых и измеримых геологических объектов во многом зависит от разрешения и точности модели обнажения.

Использование методов дистанционного зондирования позволяет этим 3D-моделям покрывать труднодоступные участки, например стены обрыва высотой несколько метров. Тот факт, что геологическая интерпретация может выполняться на экране, также в недоступных областях, где использование обычных методов полевых исследований может быть небезопасным, и большой объем данных, который можно собрать за относительно короткое время, являются ключевыми преимуществами использования DOM. Географическая привязка цифровых моделей обнажений позволяет интегрировать их с другими пространственными данными, например результаты цифрового геологического картирования или ГИС.

В качестве альтернативы фотореалистичным текстурированным моделям 3D цифровые модели обнажений могут быть представлены облаком точек, окрашенным спектральными (RGB) данными с соответствующих изображений. Такое представление модели поверхности точно описывает топографию обнажения, но из-за ее дискретного характера часто бывает трудно интерпретировать (см. Рисунок 1.). Текстурирование цифровых полигональных моделей обнажений с изображениями улучшает модели с помощью непрерывных данных высокого разрешения и, следовательно, упрощает геологическую интерпретацию.

• 1 Методы создания
  • 1.1 Цифровая модель поверхности обнажения
  • 1.2 Цифровые изображения
  • 1.3 Текстура отображение
• 2 Визуализация
• 3 Цифровые модели обнажений и фотопанели
• 4 Данные, извлекаемые из цифровых моделей обнажений
• 5 Дополнительные данные
• 6 Приложения
• 7 См. также
• 8 Ссылки
• 9 Внешние ссылки

Создание текстурированных DOM можно разделить на три основных этапа:

• создание модели поверхности обнажения;,
• предварительная обработка и регистрация изображений, покрывающих обнажение,
• наложение текстуры.

Для достижения требуемого разрешения и точности модели данные в основном собираются с земли (наземной) или с вертолетной платформы (мобильное отображение ). Воздушные и спутниковые данные также могут быть интегрированы, но в основном в качестве дополнительных наборов данных для областей обнажения, где отсутствуют данные с близкого расстояния.

Цифровая модель поверхности обнажения

Создание цифровой модели поверхности обнажения состоит из выполните следующие шаги:

1. Сбор данных

Цифровые данные, необходимые для создания модели поверхности обнажения, могут быть получены, как в случае цифровых моделей рельефа, с помощью лазерного сканирования или реконструировано из множества изображений, взятых из множества ракурсов, с использованием структуры на основе методов движения или стереозрения. Неполный список пакетов программного обеспечения, позволяющих моделировать на основе изображений, можно найти здесь.

Модели, созданные с помощью вышеупомянутых методов, могут иметь сопоставимый масштаб и уровень детализации. Независимо от применяемого метода первичные результирующие данные аналогичны: 3D (X, Y, Z) координаты большого количества точек в форме облака точек, описывающих поверхность обнажения.

2. Объединение облаков точек и пространственная привязка

Облака точек, полученные с разных точек зрения, необходимо объединить и зарегистрировать в единой системе координат (вместе с изображениями). В процессе регистрации вычисляется трехмерное преобразование между общими частями двух облаков точек. Параметры трехмерного преобразования могут быть найдены на основе соответствующих точек в двух облаках точек, сопоставления поверхностей, а в случае мобильного картографирования, поддерживаемого GNSS и INS, с помощью метод прямой ориентации датчика

В процессе пространственной привязки облака точек вычисляется трехмерное преобразование между локальной системой координат проекта и геодезической системой координат. Для выполнения этого действия требуются минимум три точки, которые могут быть расположены в облаке точек, и их координаты в геодезической системе известны (измерены с использованием методов съемки или GNSS ).

3. Очистка и прореживание облака точек

Независимо от методологии сбора данных, полученное облако точек обычно фильтруется и очищается от нежелательных объектов, например растительности. В зависимости от обнажения может потребоваться уменьшение общей плотности облака точек. сложность поверхности и размер набора данных.

4. Трехмерная триангуляция и оптимизация треугольной сетки

Для обеспечения возможности текстурирования модели редактируемое облако точек преобразуется в нерегулярную триангулированную сеть (треугольная сетка ). Правильная триангуляция трехмерных данных - нетривиальная задача из-за потенциальных теней сканирования, растительности, резких изменений топографии и случайных ошибок. Поэтому часто требуется дополнительное редактирование и оптимизация сетки для улучшения оборудования. угловатость, решение проблем топологии или переориентация перевернутых нормалей поверхности.

Цифровые изображения

1. Регистрация изображения

Создание текстурированных 3D-моделей требует определения взаимосвязи между всеми вершинами треугольной сетки и соответствующими точками изображения. Условие коллинеарности может использоваться для нахождения этой взаимосвязи, но для изображения необходимо знать параметры внутреннего и внешнего ориентирования.

Параметры внутренней (внутренней) ориентации камеры являются получено из процесса калибровки камеры.

Когда во время сбора данных используется лазерное сканирование, камера в основном жестко соединена со сканером, и ее ориентация относительно сканера точно измеряется. В таких случаях параметры внешнего (внешнего) ориентирования могут быть легко получены для всех изображений с помощью трехмерного преобразования. В противном случае можно установить параметры ориентации внешней камеры на основе известных координат минимум трех точек на трехмерной модели поверхности обнажения и изображении.

В случае трехмерной модели поверхности обнажения, полученной из фотомоделирования, параметры ориентации внутреннего и внешнего изображения могут быть вычислены с помощью программного обеспечения для моделирования.

2. Предварительный выбор изображения и балансировка цвета

В зависимости от применяемого подхода к визуализации (см. Следующий раздел ) может потребоваться предварительный выбор изображений, наиболее подходящих для наложения текстуры.

Если изображения, используемые в процессе окончательного текстурирования, были получены при разных условиях освещения и цвета соответствующих элементов, видимых на разных изображениях, значительно отличаются, может потребоваться настройка цвета изображения .

Отображение текстуры

Существуют различные алгоритмы наложения текстуры, например: текстурирование одиночного изображения, смешивание цветов текстуры или текстурирование в зависимости от вида. Подход с текстурированием одного изображения часто используется из-за его простоты и эффективности.

Визуализация больших текстурированных 3D-моделей по-прежнему проблематична и сильно зависит от оборудования. Трехмерная природа DOM (несколько значений для каждой позиции X, Y) приводит к форме данных, которые не подходят для ввода в большинство географических информационных систем. Однако существует несколько готовых пакетов программного обеспечения для визуализации, которые также позволяют выполнять геологическую интерпретацию и измерения:

• Lime от Virtual Outcrop Group
• RiSCAN PRO от Riegl
• Sirovision от CAE Mining
• ShapeMetrix3D от 3G Software Measurement; также позволяет извлекать модель поверхности из нескольких изображений
• 3DM Analyst от Adamtech; также позволяет извлекать модель поверхности из нескольких изображений
• Геологическая студия виртуальной реальности Манчестерского университета
• SketchUp от Google; Не предназначен для работы с большими моделями с множеством текстурных материалов.

Фотопанель - это мозаика из нескольких изображений, обычно используемых в геологии для документации обнажений и ссылки на свойства геометрических объектов. Масштаб таких фотопанелей приблизительно установлен для оценки размеров различных геологических объектов. Однако эти меры обычно содержат ошибки, связанные с искажением, возникающим при преобразовании трехмерных обнажений в плоскость двухмерного изображения, и с неточностью ручного процесса сшивания изображений.

Из-за их трехмерной природы. цифровые модели обнажений обеспечивают правильные и точные измерения характеристик, перечисленных в следующем разделе.

Рисунок 2. Пример геологической интерпретации цифровой модели обнажений вблизи Грин-Ривер, штат Юта, США. Размеры показанной части обнажения: высота ~ 350 м, длина ~ 1,1 км.

• 3D-линии, представляющие, например:
  • контакты клиноформ
  • русловые тела и осадочные структуры
  • фации контакты
  • трещины
  • разлом
  • разграничение залегающих элементов
  • стратиграфические горизонты
  • локальные осадочные образования, например приливные пучки
• углы простирания и падения
• толщина и ширина осадочных отложений
• состав материала
• наблюдение различных факторов, изменяющихся на расстоянии

Анализ цифровых моделей обнажений может быть улучшен с помощью большого количества цифровых данных с географической привязкой, например:

• аэрофотоснимков
• спутниковых изображений
• цифровых моделей местности
• топографических карт
• геологические карты и разрезы
• сейсмические изображения
• данные гравитации
• магнитные данные
• данные, полученные с помощью георадара.
• гиперспектральных изображений
• скважины данные керна
• каротажные диаграммы
• данные, полученные в результате цифрового геологического картирования

Использование данных без географической привязки с DOM возможно, но требует больше работы для размещения вспомогательных данных относительно DOM.

• Использование DOM для характеристики аналога обнажений (т. Е. Геологических формаций, похожих на подземные формации, содержащих ресурсы, такие как углеводороды) в областях с ограниченной доступностью или слишком высокими затратами на получение данных
• Геологическое моделирование
  • более детальное понимание геологических процессов
  • улучшение модели коллектора с помощью измерений с высоким разрешением
  • улучшение понимания подземных горных пород
  • входные данные для геологического моделирования полученные непосредственно из DOM
• Повышенная нефтеотдача
• Цели обучения: DOM, доступные до производственной поездки, позволяют студентам ознакомиться с местоположением и дают возможность впоследствии проверить некоторые из обсуждаемых тезисов.

• Сбор 3D-данных и реконструкция объектов
• Фотограмметрия
• Моделирование и рендеринг на основе изображений
• Геологическое моделирование
• Цифровое геологическое картирование

• Virtu al Outcrop Geology Group
• Geospatial Research Ltd.
• Son of Blaze Canyon, Book Cliffs, Utah из группы BYU PRISM