基于CATIA的三维地质建模及可视化应用研究

第４６卷第１９期　
２　０　１　５年１　０月　
人　民　长　江　

Ｙａｎｇｔｚｅ　Ｒｉｖｅｒ　Ｖｏ１．４６．Ｎｏ．１９　Ｏｃｔ．．２０１５　

文章编号：１００１—４１７９（２０１５）１９—０１０１—０４　

基于ＣＡＴＩＡ的三维地质建模及可视化应用研究　

苏小宁，王　野，韩　旭，马丹旋　
（长江岩土工程总公司（武汉），湖北武汉４３００１０）　
摘要：目前在工程地质勘察行业中，基于ＣＡＴＩＡ软件的三维地质建模技术已日趋成熟，利用ＣＡＴＩＡ软件对三　
维地质模型进行展示及汇报，其可视化表达方法可多样化，如材质、航片渲染、飞行虚拟漫游等，但其表达效果　
从视觉角度来说还存在不足。而将ＣＡＴＩＡ地质模型转化成ＩＧＳ或ＳＴＬ格式文件，导入３ＤＳ　ＭＡＸ，借助３ＤＳ　
ＭＡＸ强大的动画制作及渲染功能，来实现三维地质模型的虚拟漫游，其可视化效果对于三维模型来说是一种　
很好的提升。基于ＣＡＴＩＡ及３ＤＳ　ＭＡＸ软件，结合某隧道工程，重点阐述利用各种软件的优势功能创建三维　
模型，并沿隧道主体纵剖面综合动态表达隧道地质模型内部空间技术的研究与应用。　
关键词：ＣＡＴＩＡ；３ＤＳ　ＭＡＸ；地质模型；可视化；虚拟漫游　
中图法分类号：ＴＰ３９ｌ　文献标志码：Ａ　ＤＯＩ：１０．１６２３２／ｊ．ｃｎｋｉ．１００１—４１７９．２０１５．１９．０２４　

随着计算机技术的飞速发展，三维地质建模技术　越来越受到地学界的重视，并成为地质可视化技术的　一个热点。目前国内许多勘察单位已经逐步开展了三　维地质建模工作，且建模技术也日趋成熟，市场上基于　Ｗｉｎｄｏｗｓ建立三维地质模型的主要软件有ＣＡＴＩＡ、ＧＯ—　ＣＡＤ、３ＤＳ　ＭＡＸ、ＳｕｒｐａｃＶｉｓｉｏｎ、ＰＣ—Ｍｉｎｅ、Ｍｉｎｅｍａｐ等。　这些软件在很大程度上推动了三维空间建模技术方法　及可视化的研究，各软件对于三维地质建模各有优缺　点，其模型的表达效果如何合理利用且相互结合，更好　地展现三维地质模型的形态、样貌及地质内容，对提高　地质勘察成果质量，增强企业的市场竞争力，具有重要　的现实意义。　本文选取ＣＡＴＩＡ及３ＤＳ　ＭＡＸ两种软件，基于某　隧道工程制作三维地质模型，并沿隧道线路方向对模　型进行浏览，表达地质模型内外空间的地质形态及内　容。对于ＣＡＴＩＡ建立的三维模型，可实现工程勘察成　果的可视化，工程三维协同设计，工程数字化建设施工　及维护的全生命周期管理；而由于３ＤＳ　ＭＡＸ软件本身　无法直接利用地质资料建立满足生产需求的三维地质　模型，因此将ＣＡＴＩＡ地质模型转化成ＩＧＳ或ＳＴＬ格式　文件，导人３ＤＳ　ＭＡＸ，并补充完善导入后模型缺失或　遭破坏的点面元素，然后充分发挥３ＤＳ　ＭＡＸ在动画、　图形渲染方面的强大功能，对模型从视觉方面进行调　
整，以达到更好的仿真立体效果。　

１　ＣＡＩＴＡ三维建模及可视化　
ＣＡＴＩＡ不仅可以绘制出地质体的几何形态以及　
空间分布，而且可以对其进行着色、光照、渲染及绘制　
纹理、材质等操作，使三维模型更具真实感；同时，可以　
采取３６０。旋转、飞行等方法从不同角度、不同方位和　
不同距离观察三维地质模型，方便处理褶曲、分叉、尖　
灭、相变、地层缺失等复杂地质情况；可以灵活方便地　
提取钻孔虚拟岩芯、三维模型图、２Ｄ剖面图，把握整体　
宏观趋势；允许多层次、多细节地揭示地质界面、构造　
界面以及断块等地质现象。通过对三维地质模型的剥　
离、选择、提取等操作，表现三维模型的局部特征，便于　
观察和掌握不同层面、不同构造、不同细节地质数据的　
空间分布及其变化规律。　
利用ＣＡＴＩＡ软件创建三维地质曲面模型，其简易　
流程如图１所示。　
１．１　ＣＡＴＩＡ曲面地形建模　
根据该隧道工程涉及的区域范围，提取平面地形　
数据，建立三维地形曲面模型。在ＤＳＥ（数字化外形　
编辑）模块中导人地形数据生成点云，并对点云数据　

收稿日期：２０１５—０８—２０　
作者简介：苏小宁，男，工程师，主要从事水利水电工程地质勘察、三维地质建模工作。Ｅ—ｍａｉｌ：ｓｕｘｉａｌｉｎ＠ｃｊｗｓｊｙ．ＣＯＢ．ｃｎ　
１０４　人　民　长　江　２０１５年　
面视觉效果突出，且在动态浏览方面比图６更加灵活、　流畅。　图８三维模型动态浏览效果　在三维地质建模方面，ＣＡＴＩＡ软件可根据各工程　地质勘察阶段提供的地形精度确定精度与之对应的地　形模型，参考地质测绘、钻孔、二维剖面等勘察成果，建　立满足协同设计、施工等要求的三维地质模型。其模　型主要应用于二维剖面切割、开挖方量计算、开挖稳定　计算等应用与研究。当然，在ＣＡＴＩＡ中，运用主体纵　剖面剖开地质模型，利用材质、航片渲染及虚拟飞行漫　游等手段，可深入观察模型内部地质空间构造、地层分　布等，模型地表及外侧亦可达到初步仿真模拟效果，但　其真实性和动画动态浏览在交流展示过程中，从视觉　效果来看依然存在不足，而３ＤＳ　ＭＡＸ则可凭借其强大　的仿真功能，在上述不足中起到关键性的补充作用。　ＣＡＴＩＡ模型经过格式转换导入３ＤＳ　ＭＡＸ，快速生成三　维模型，再通过渲染及动画制作，即可达到逼真的模型　
仿真展示效果。因此，综合运用ＣＡＴＩＡ和３ＤＳ　ＭＡＸ　
构建三维模型，完成其可视化应用，既可满足生产设计　
要求，又能达到良好的仿真效果，在实际工程项目操作　
过程中承上启下起到关键性的作用。　

４　结语　
针对传统的地质信息模拟与表达方法的缺陷，借　
助计算机和科学计算可视化技术，三维地质建模直接　
从三维空间的角度去理解和表达地质体与地质环境，　
可以解决工程地质空间信息的损失与失真，二维制图　
过程繁杂及信息更新困难等问题。而一个好的三维地　
质模型是进行力学分析的基础，有利于提高资源利用　
的信息化程度，便于实现系统管理和资源共享，实现分　
析成果的空间表达，易于增强可视性，对工程决策和科　
学管理具有重要意义。因此，当务之急是进一步探索　
利用各软件平台进行三维地质建模中模型的应用及仿　
真途径。　
参考文献：　
［１］　韩旭，冯明权．基于ＣＡＴＩＡ　Ｖ５的三雏地质建模应用教程［Ｍ］．武　
汉：中国地质大学出版社，２０１４．　
［２］　毕海龙．关于３ｄｓ　ｍａｘ软件建模方式的探究［Ｊ］科技风，２００８，　
（１７）．　
（编辑：赵凤超）　

Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　３　Ｄ　ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｍｏｄｅｌｉｎｇ　ａｎｄ　ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＣＡＴＩＡ　
，　
ＳＵ　Ｘｉａｏｎｉｎｇ，ＷＡＮＧ　Ｙｅ，ＨＡＮ　Ｘｕ，ＭＡ　Ｄａｎｘｕａｎ　
（Ｃｈａｎｇｆｉａｎｇ　Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏｒｐ．（Ｗｕｈａｎ），Ｗｕｈａｎ　４３００１０，Ｃｈｉｎａ）　
Ａｂｓｔｒａｃｔ：　Ｉｎ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｇｅｏｌｏｇｙ　ｓｕｒｖｅｙ，３　Ｄ　ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｍｏｄｅｌｉｎｇ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＣＡＴＩＡ　ｉｓ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌｌｙ　ｐｏｐｕｌａｒ．Ｔｈｅ　３　Ｄ　ｇｅｏ　
ｌｏｇｉｃａｌ　ｍｏｄｅｌ　ｃａｎ　ｂｅ　ｄｉｓｐｌａｙｅｄ　ａｎｄ　ｒｅｐｏｒｔｅｄ　ｂｙ　ＣＡＴＩＡ，ｂｙ　ｗｈｉｃｈ，ｔｈｅ　ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ　ｍｏｄｅ　ｏｆ　ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｃａｎ　ｂｅ　ｄｉｖｅｒｓｉｆｉｅｄ，　
ｓｕｃｈ　ａｓ　ｔｈｅ　ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　ｖｉｒｔｕａｌ　ｆｌｙｉｎｇ　ａｎｄ　ｒｏａｍｉｎｇ；ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅ　ｖｉｓｕａｌ　ｅｆｆｅｃｔ　ｉｓ　ｕｎｓａｔｉｓｆｙｉｎｇ．Ｉｆ　ｔｈｅ　ＣＡＴＩＡ　ｍｏｄｅｌ　ｉｓ　ｔｒａｎｓ。　
ｆｏｒｍｅｄ　ｔｏ　ＩＧＳ　ｏｒ　ＳＴＬ　ｆｉｌｅ　ａｎｄ　ｉｍｐｏｒｔｅｄ　ｔｏ　３　ＤＳ　ＭＡＸ，ｔｈｅ　ｖｉｒｔｕａｌ　ｒｏａｍｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　３　Ｄ　ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｍｏｄｅｌ　ｃａｎ　ｂｅ　ｒｅａｌｉｚｅｄ　ｂｙ　ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　
ｓｔｒｏｎｇ　ａｎｉｍａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ　ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ　ｏｆ　３　ＤＳ　ＭＡＸ，ａｎｄ　ｔｈｅ　３　Ｄ　ｍｏｄｅｌ　ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｅｆｆｅｃｔ　ｉｓ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ．Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　
ＣＡＴＩＡ　ａｎｄ　３　ＤＳ　ＭＡＸ　ａｎｄ　ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ　ｗｉｔｈ　ａ　ｔｕｎｎｅｌ　ｐｒｏｊｅｃｔ，ｔｈｅ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ａｒｅ　ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄ，ａ　３　Ｄ　ｍｏｄｅｌ　
ｉｓ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｔｕｄｙ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｔｈａｔ　ｄｙｎａｍｉｃａｌｌｙ　ｅｘｐｒｅｓｓｅｓ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒｉｏｒ　ｓｐａｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｍｏｄ＿　
ｅｌ　ａｌｏｎｇ　ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ　ｓｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｕｎｎｅｌ　ａｒｅ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．　
Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：　ＣＡＴＩＡ；３　ＤＳ　ＭＡＸ；ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｍｏｄｅｌ；ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ；ｖｉｒｔｕａｌ　ｒｏａｍｉｎｇ