面向地學(xué)研究的六面體網(wǎng)格生成方法研究.pdf

1、隨著計算機(jī)技術(shù)和數(shù)值模擬計算方法的發(fā)展，目前進(jìn)行地學(xué)機(jī)理與過程模擬的基本思路是對地理空間進(jìn)行二三維有限元網(wǎng)格離散，然后采用相關(guān)數(shù)值計算方法完成計算模擬，故有限元網(wǎng)格是開展地學(xué)機(jī)理與過程模擬的基礎(chǔ)。同時，有限元網(wǎng)格可支持緩沖區(qū)分析、疊加分析等傳統(tǒng)GIS空間分析，由此可見，有限元網(wǎng)格在地學(xué)機(jī)理與過程模擬及傳統(tǒng)GIS空間分析中扮演著十分重要的角色。三維有限元網(wǎng)格中，六面體網(wǎng)格在單元數(shù)量、自由度及計算精度等方面具有明顯優(yōu)勢，已成為應(yīng)用最廣泛的三

2、維網(wǎng)格之一，也是保證高效開展復(fù)雜地學(xué)研究的首選網(wǎng)格。然而，六面體網(wǎng)格生成一直是有限元等領(lǐng)域的難點，同時由于地學(xué)研究對象通常具有邊界復(fù)雜、約束條件多等特點，針對地學(xué)研究對象的六面體網(wǎng)格生成問題仍未得到很好的解決，這導(dǎo)致六面體網(wǎng)格特別是非結(jié)構(gòu)化六面體網(wǎng)格在地學(xué)研究中的應(yīng)用尚且不足。
　　為滿足相關(guān)地學(xué)研究對六面體網(wǎng)格的需求，促進(jìn)以數(shù)值計算方法為基礎(chǔ)的地學(xué)模擬及傳統(tǒng)GIS空間分析的進(jìn)一步發(fā)展，本文開展了面向地學(xué)研究的六面體網(wǎng)格生成方法研

3、究，針對常見地學(xué)實體模型，研究了三維空間對象的結(jié)構(gòu)化與非結(jié)構(gòu)化六面體網(wǎng)格生成，取得的主要成果如下:
　　(1)結(jié)合地學(xué)研究對象自身特點，對傳統(tǒng)柵格法進(jìn)行擴(kuò)展，基于地學(xué)研究實體表面模型（含約束條件），通過設(shè)計幾何特征識別及約束處理機(jī)制，使其能顧及實體邊界特征及內(nèi)部約束點、約束線、約束面、約束洞等約束特征，在實體三維空間合理的生成高質(zhì)量的六面體網(wǎng)格，提高傳統(tǒng)柵格法邊界擬合及約束處理能力，最后，采用網(wǎng)格質(zhì)量優(yōu)化算法提高網(wǎng)格生成質(zhì)量。

4、r>　　(2)開展了基于Voronoi圖的三維實體中軸生成研究，首先從三維實體中采樣，然后計算采樣點集的Voronoi圖，最后利用兩個與采樣范圍及密度無關(guān)的過濾條件從生成的Voronoi圖中挑選出分布于實體中軸附近的Voronoi子集，實現(xiàn)三維實體中軸生成，為非結(jié)構(gòu)化六面體網(wǎng)格生成算法做準(zhǔn)備。
　　(3)結(jié)合傳統(tǒng)柵格法及AFT法的算法優(yōu)點，引入水平集方法思想，將地學(xué)實體表面三角網(wǎng)模型作為數(shù)據(jù)源，以結(jié)合距離場的各級水平（前沿水平等值