三维布局算法

1. 三维数据构成方法

(一)三维物探异常拟合数据体构成框图(见图3-77)

构建测区三维综合物探勘查数据体平台关键因素有以下几个方面:

1)建立科学可行的三维数据结构与空间网格化。

2)多元勘查信息数据的采集、处理、解译与数据格式归一化处理。

3)三维空间坐碰岩标点统一的地层铅核物理意义及属性解译。

图3-77 松散含水层综合物探勘查三维数据体构成框图

(二)勘查区网格化处理

勘查区网格化处理是构建空间三维数据结构的主要方法，在实施勘查区精细测量以后，可按照勘探程度和精度要求实施平面坐标数据的网格化处理，然后依据勘探深度离散设定一定精度的深度坐标的网格，进而形成XYZ空间坐标的立体信息数据网格数组，即A(x，y，z)代表该坐标点的含水层地质属性及空间定位(图3-78)。

(三)三维空间坐标点的地层解译

对于多元采集的松散含水层勘查数据信息，要进行多元数据格式的归一化约定和处理，需要对地下空间各坐标点的地球物理属性及地质含义统一处理，由于我们采集了各种方法多元的勘测数据笑激御，为此数据体系统约定以松散地层属性(如黏土层、细砂层、粗砂层和砾石层等地层分类属性)和地层的空间定位数据(如埋深、厚度等定位坐标)，各个坐标点数据结构见地下空间坐标点地层属性表3-8所示。

图3-78 综合物探三维数据体结构空间网格化示意图

表3-8 地下空间坐标点A(x，y，z)地层属性列表

图3-79 潮白河水源地河道中部的插值拟合三维地震数据体成像图

2. 如何建立城市三维模型

建立城市三维模型方法：

第一步：在arcsence中把建筑物的shp矢量图层，根据每栋楼的高度提起来，并转为3D图层转多面体。

第二步：利用各类软件下载整个城市的高精度DEM栅格文件，将栅格文件转为TIN格式。

第三步：根据整个城市的范围做一个底面图shp，并转为TIN格式。

第四步：将以上两个TIN文件作为上下两个面，拉伸出一个新的TIN文件作为城市地表模型。备注：此处拉伸步骤仅为部分功能做准备，如通视性等。若无此类需求，第二步地表模型已建立。

第五步：将第一步中的3D建筑物模型浮于地表TIN模型之上。

三维模型是物体的多边形表示，通常用计算机或者其它视频设备进行显示。显示的物体可以是现实世界的实体，也可以是虚构的物体。任何物理自然界存在的东西都可以用三维模型表示。

三维模型简介：

三维模型经常用三维建模工具这种专门的软件生成，但是也可以用其它方法生成。作为点和其它信息集合的数据，三维模型可以手工生成，也可以按照一定的算法生成。

尽管通常按照虚拟的方式存在于计算机或者计算机文件中，但是在纸上描述的类似模型也可以认为是三维模型。三维模型广泛用任何使用三维图形的地方。实际上，它们的应用早于个人电脑上三维图形的流行。许多计算机游戏使用预先渲染的三维模型图像作为sprite用于实时计算机渲染。

3. 地质体三维建模方法

在分析三维空间建模方面的国内外大量研究文献的基础上，目前主要有四种类型的建模方法：基于体的建模方法、基于面的建模方法、混合建模方法（表1-1）以及泛权建模方法。

表1-1 3D空间建模方法分类

1.基于体的建模方法

体模型基于3D空间的体元分割和真3D实体表达，体元的属性可以独立描述和存储，因而可以进行3D空间操作和分析。体元模型可以按体元的面数分为四面体（Tetrahedral）、六面体（Hexahedral）、棱柱体（Prismatic）和多面体（Polyhedral）等类型，也可以根据体元的规整性分为规则体元和不规则体元两个大类。建模方法如下：

（1）规则块体（Regular Block）建模；

（2）结构实体几何（CSG）建模；

（3）3D体素（Voxel）建模；

（4）八叉树（Octree）建模；

（5）针体（Needle）建模；

（6）四面体格网（TEN）建模；

（7）金字塔（Pyramid）模型；

（8）三棱柱（Tri-Prism，TP）建模；

（9）地质细胞（Geocellular）模型；

（10）不规则块体（Irregular Block）建模；

（11）实体（Solid）建模；

（12）3D Voronoi图模型；

（13）广义三棱柱（GTP）建模。

2.基于面的建模方法

基于面模型的建模方法侧重于3D空间实体的表面表示，如地形表面、地质层面、构筑物（建筑物）及地下工程的轮廓与空间框架。所模拟的表面可能是封闭的，也可能是非封闭的。基于采样点的TIN模型和基于数据内插的Grid模型通常用于非封闭表面模拟；而B-Rep模型和Wire Frame模型通常用于封闭表面或外部轮廓模拟。Section模型、Section-TIN混合模型及多层DEM模型通常用于地质建模。通过表面表示形成3D空间目标轮廓，其优点是便于显示和数据更新，不足之处由于缺少3D几何描述和内部属性记录而难以进行3D空间查询与分析。建模方法如下：

（1）TIN和Grid模型；

（2）边界表示（B-Rep）模型；

（3）线框（Wire Frame）模型；

（4）断面（Section）模型；

（5）断面-三角网混合模型；

（6）多层DEM建模。

3.混合建模方法

基于面模型的建模方法侧重于3D空间实体的表面表示，如地形表面、地质层面等，通过表面表示形成3D目标的空间轮廓，其优点是便于显示和数据更新，不足之处是难以进行空间分析。基于体模型的建模方法侧重于3D空间实体的边界与内部的整体表示，如地层、矿体、水体、建筑物等，通过对体的描述实现3D目标的空间表示，优点是易于进行空间操作和分析，但存储空间大，计算速度慢。混合模型的目的则是综合面模型和体模型的优点，以及综合规则体元与不规则体元的优点，取长补短。主要包括如下混合建模方法：

（1）TIN-CSG混合建模；

（2）TIN-Octree混合建模；

（3）Wire Frame-Block混合建模；

（4）Octree-TEN混合建模；

（5）GTP-TEN混合建模。

4.泛权建模方法

陈树铭认为地质三维领域中，地矿、石油的三维分析相对来说是比较简单的，相比之下工程地质、水文地质等的三维分析更复杂，比如说在地矿、石油领域应用克里格方法基本就可以分析，但是对于工程地质、水文地质分析来说，克里格方法基本是不可行的。他认为目前主要有三类地质三维重构算法，即剖面成面法、直接点面法，以及拓扑分析方法。在综合应用概率统计、模糊、神经网络、插值、积分等理论的基础上，构造了一种新算法（他称之为“泛权”算法），其核心思想就是能对任意M维的连续、非连续边界进行重构分析，并同时能耦合地模拟各种复杂背景因素的影响。

（1）剖面成面法。剖面成面法的基本思路是，在生成大量的地质剖面的基础上，再应用曲面构造法（趋势面法、DEM生成技术）来生成各个层面，进而来表达三维体。比如国外的三维地质分析软件GEOCOM就是采取此种思路的一个典型。具体的解决步骤如下：

①收集、整理原始地质资料，并进行柱状和综合分层；

②建立地质空间多参数数据库；

③根据以上资料，应用人工交互式的地质剖面生成软件平台，加上专家的人工干预生成各种各样的空间地质剖面；

④分别根据各已计算剖面的地层分布结果，加上专家的干预、分析参数的控制来生成各个地质曲面；

⑤建立地层空间曲面构架数据库；

⑥应用地质三维展示平台，基于地层空间曲面构架数据库、地质空间多参数数据库，来进行地质三维展示，三维切割分析、方量计算等功能。

（2）直接点面法。直接点面法的基本思路是，直接将原始的散状数据进行有效的分层，直接根据各个层面的标高，应用曲面构造法（趋势面法、DEM生成技术）来生成各个层面。比如国外的三维地质分析软件ROCKWARE就是采取此种思路的一个典型。其解决步骤基本同于剖面成面法，只是没有下文第3）步，但是地层曲面生成技术相对前者来说要更难一些。

（3）拓扑分析法。拓扑分析法的基本思路就是，基于各个层面的离散点，通过分析这些点的空间拓扑关系，构造地质体。目前来说进行拓扑分析基本采用六面体、四面体模型，或者是Delaunay四面体模型等。其与剖面成面法、直接点面法，在本质上没有什么区别，还是从离散的点出发去构造地质层面。

4. 三维点最短路径寻路算法求助

题目描述得不够清楚啊，若干个点就是能作为中途点的那些点么？

如果所有的点都能作为中途点，当然走直径，直接走A到B的直线。

否则，如果只有几个，只能用启发式或者广度搜索吧，因为还有可能根本就没有解。
如果中途点不多的话，可以直接从A出发，计算不超过L距离的那些中途点，然后以那些中途点为出发点，继续计算不超过L距离的点（走过的点就不计入），直到遇到B为止。这种方法就是广度搜索，在同一层距离最短的则为最短路径。
如果中途点过多，无法这样计算的话，限定范围。

5. 三维建模方法

在三维地质体建模过程中，地表模型的构建依托于数字地形模型（DTM）的生成，地下模型的构建是首先生成各地质体的三维线框，之后连接成实体进行一定的布尔运算得到。

（1）数字地形模型

数字地形模型的生成是利用一个任意坐标系，对连续地面选择x、y、z坐标点进行的一个简单统计表示。或者说，DTM就是地形表面形态属性信息的数字表达，是带有空间位置特征和地形属性特征的数字描述。

（2）三维线框模型

三维线框模型的构建主要是采用TIN技术（不规则三角网模型）中的Voronoi图与Delaunay三角形算法。其基本原理为:首先依据收集到的地质勘测等资料确定地质结构面的空间关系，利用空间求交得到地质结构缝合面;然后，为了确定各剖切面，剖切生成各地质结构面与建模范围边界面的交线;最后，利用Delaunay三角网建立地表、边界剖切面和底面的TIN模型，将各TIN模型拼合即可建立所需的三维地质模型。

TIN是表示数字高程模型（DEM）方法的一种，它的优点是既减少了规则格网方法带来的数据冗余，又在计算效率方面优于纯粹基于等高线的方法。由于地质体的复杂形态不是规则的几何体可以描述的，所以就需要一种更加灵活和简便的方法来建立复杂地质体，TIN正是基于这一需求提出的。这种表面模型扩展了计算机图形学中的模型，可以满足地质制图的基本要求，进而进行体积估算、切制剖面、表面渲染、三维显示等操作，是三维实体模型建立的基础。

（3）线框模型布尔运算

这种运算是在建立复杂地质体时主要对实体与实体或者实体与面之间的相交关系进行交、差、并等的运算，实现对不同实体的拼合或切割，从而得到所需的实体模型。在建模实际中，两个实体剖面之间是按照直线的方式连接三角网的，但是若遇到断层呈曲面或断层破碎带，断层体和地质体之间的吻合关系很难体现，所以为了建立更切合实际的地质体只有通过线框模型的布尔运算来实现。一般在建模过程中，按照三维软件所提供的基本布尔运算功能，对实体进行不同的布尔运算组合，即可以得到需要的地质实体。

6. 　三维Delaunay算法

将Delaunay剖分算法推广到三维具有重要意义。三维Delaunay剖分构成的Delaunay四面体是进一步构成任意块体的中间工具。三维空间的四面体对于三维射线追踪非常方便。三维Delaunay算法基本原理与二维Delaunay算法十分相似，但编制起来更为复杂。它也要用一个n×8维数组记录四面体构成点和相邻四面体信息，它大致也分为以下几步：

（1）判断哪些四面体的外接球包含新加入的点；

（2）将这些四面体汇总到一块，形成一个凸多面体；

（3）找到这多面体外表面，用一个二维三角形相邻关系数组记录下来；

（4）由多面体表面的三角形与新加入的点构制新四面体，用一个三维四面体数据结构数组，存贮新形成的四面体信息；

（5）用新四面体信息去更新原来总的四面体数据结构信息。

其中第（3）步是比二维Delaunay剖分复杂。待修改的四面体的外表面不再能够用环表示，而要用一个二维Delaunay三角形数据结构来表示。这种三角形的相邻关系要从原四面体的数据结构关系中去寻找。A、C面是多面体的外表面。B是其内表面须寻找A的一个棱的相邻三角形B，从B找到下一个四面体，再从四面体上找到与B三角形棱相邻的面C。

在三维Delaunay算法中，在通过外接球找到所有待修改的四面体后，将其排成一个待修改四面体数据结构数组，将待修改四面体的所有面全部排列起来，其中包含各个四面体的相互公共面和这些四面体组成的多面体的外表面，构成一个关于面的数据结构数组。从这个数据结构中删去相互相邻的三角形面，这样就构成了外表面的数据结构数组。

三维Delaunay剖分时，我们总利用三角形网格中的数量关系，来检查所形成的四面体的正确性。如果待删四面体数目为T，外表面三角形的数目为F，则

地质模型计算机辅助设计原理与应用

7. 三维仿真模拟如何实现精益工厂布局

从传统工厂布局向三维仿真精益工厂布局的转变，要从以下9个步骤进行推进：
1、PQ分析：根据产品的销售预测，分析未来1年的产品产量占比情况，然后依据2/8原则，进行分类；旁磨
2、产品工艺汪启咐分析：将步骤1得到的产品按照制造工艺、工艺路径进行产品分类；
3、产能分析：对步骤2中各类产品结合C/T、CO、DT等进行产能分析，得出各类产品单机产能；
4、产品物流动线分析：结合产品分类、存量、面积、运输距离、地理位置等进行物流路线分析，优化物流动线；
5、确定设备需求数量：综合产品分类、单机产能、物流动线图以及产品的市场销售预测情况，确定设备需求的种类及数量；
6、确定产线的数量：结合得出的设备种类和数量及产品的市场销售预测，确定其生产线的数量，并给出各条产线的产能对比；
7、制定初步布局方案：综合得出生产线数量，依据工厂实际面积及物理位置情况，制定出产线布局、工厂布局、整体物流动线图、机器清单等；
8、优化布局：将其他部门的活动与初步布局方案进行整体优化，得到最终优化布局；
9、数据对比：从生产车间面积、过困纯程存量、生产前置时间、单间产品运送距离等进行现状与新方案对比；
10、三维布局仿真：根据以上步骤获取的数据信息进行三维产线仿真，并对产线生产节拍、产能、设备利用率和物流运输线路做出合理分析；