三維地質(zhì)模型與可視化技術(shù)研究的國內(nèi)外文獻綜述（1）國內(nèi)研究現(xiàn)狀自20世紀80年代以來,對于三維立體地質(zhì)結(jié)構(gòu)建模的深入研究才逐漸開始引起我國三維地質(zhì)建模學者和有關(guān)專家的高度重視,其重要的的標志是對EarthVision這一軟件進入國內(nèi)并開始應用于國內(nèi)地質(zhì)行業(yè)領(lǐng)域。由于三維地質(zhì)建模與可視化這一技術(shù)在國內(nèi)的興起,國內(nèi)的許多科研機構(gòu)和大學分別在各自不同的專業(yè)應用領(lǐng)域?qū)θS地質(zhì)建模與可視化的軟件開發(fā),三維地質(zhì)建模與可視化技術(shù)的理論等方面進行了大量的研究和探索,分別對三維地質(zhì)建模與可視化這一技術(shù)提出了許多具有針對性的建模及可視化的方法。由于三維地質(zhì)建模學的技術(shù)在不同研究范圍和領(lǐng)域的特殊性而導致了研究中側(cè)重點不一樣,因此在建模的方法,可視化技術(shù),等軟件的開發(fā)方面也就具有了多種多樣的方式方法。例如以下幾個方面的研究就具有一定的代表性：（1）在水利工程三維地質(zhì)模型方面，如天津大學開發(fā)的“水利水電工程地質(zhì)三維建模與分析系統(tǒng)”，這套系統(tǒng)是以O(shè)penGL和OpenNURBS技術(shù)為核心而研制出來的。（2）在城市地質(zhì)工程三維地質(zhì)模型方面，如同濟大學的朱合華教授開發(fā)的“城市地下空間的三維地質(zhì)體模擬與可視化操作系統(tǒng)”對在城市地質(zhì)領(lǐng)域的三維模型可視化領(lǐng)域提供了一種先進的技術(shù)手段。（3）在煤礦開采工程三維地質(zhì)模型方面，如中國礦業(yè)大學（北京）的曹代勇教授等開發(fā)的“煤田的三維地質(zhì)模型可視化分析系統(tǒng)”，這套系統(tǒng)是以O(shè)penGL切片合成法技術(shù)為核心而研制出來的。除了上述專業(yè)生產(chǎn)建設(shè)領(lǐng)域外,國內(nèi)許多學者還在減災防災、油田的開發(fā)與維護和礦山開采等領(lǐng)域也進行了廣泛的探索與研究。但是由于我國三維建模軟件的研發(fā)和海外發(fā)達國家相比,軟件開發(fā)起步比較晚,已開發(fā)的產(chǎn)品在功能方面也不夠完善,尚處在摸索研發(fā)的階段。對于現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)的三維地質(zhì)建模軟件產(chǎn)品,部分產(chǎn)品僅僅具備部分三維分析功能,而且產(chǎn)品主要的功能集中在三維模型構(gòu)建及可視化等方面,但這一系列的產(chǎn)品也各自具有一定的特點，例如:(1)1999年北京大學開發(fā)的三維地質(zhì)信息系統(tǒng)平臺GSIS,GSIS系統(tǒng)提供多種模型建立方法,能較為迅速的完成三維復雜地質(zhì)模型的建立。該系統(tǒng)體系以矢量/柵格結(jié)合的三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ),可以比較好的反映三維地質(zhì)的對象和一些地質(zhì)現(xiàn)象,具備處理海量空間數(shù)據(jù)的能力。(2)由北京航空航天大學自主開發(fā)的3D-Grid大型三維可視化地質(zhì)建模軟件,3D-grid軟件擁有原始剖面數(shù)據(jù)的導入、鉆孔數(shù)據(jù)的管理、斷面層建模、地層數(shù)據(jù)的建模、透鏡體建模、斷塊建模和多種豐富的可視化功能。3D-Grid的三維模型能夠直觀準確,能夠按照一定的原始資料反映地質(zhì)學模型的真實性和現(xiàn)狀。(3)由中國地質(zhì)大學(武漢)國土資源信息系統(tǒng)研究所自主開發(fā)設(shè)計的Geo-View系統(tǒng)三維建模模擬系統(tǒng),能夠?qū)λ枰獦?gòu)建的三維模型進行三維動態(tài)模擬、盆地演化、構(gòu)造應力場及金屬成礦作用等地質(zhì)過程的模擬。(4)由天津大學水利工程仿真與安全實驗室開發(fā)的VisualGeo三維地質(zhì)建模與可視化軟件系統(tǒng),這一系統(tǒng)的主要應用領(lǐng)域是在水電廠大壩工程的地質(zhì)建模和水利工程的施工模擬仿真等水利設(shè)施的建筑工程建設(shè)及前期規(guī)劃中。(5)武漢中地數(shù)碼科技公司研發(fā)的MAPGIS-TDE三維數(shù)據(jù)模型處理平臺，其包含四個重要部分分別為：三維模型的快速構(gòu)建、數(shù)據(jù)的建模及管理、三維空間的繪制以及進行三維實體分析，MAPGIS-TDE三維數(shù)據(jù)模型處理平臺還集成了地面上層、地面下層的三維空間數(shù)據(jù)模型的處理能力，可以同時處理從二維到三維，從矢量數(shù)據(jù)到柵格數(shù)據(jù)等多種三維空間數(shù)據(jù)模型，并提供多種多樣的三維模型、數(shù)據(jù)管理及顯示的工具和其它接口。這些軟件提供了地上城市、地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)等的三維模型與可視化方面的能力，為我國在三維建設(shè)領(lǐng)域提供了一批優(yōu)秀的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)軟件,不僅提升了我國在三維地質(zhì)建設(shè)領(lǐng)域的能力也為其他各個行業(yè)提供了有效的技術(shù)服務。（2）國外研究現(xiàn)狀三維地質(zhì)建模理論的提出和發(fā)展與地質(zhì)統(tǒng)計學的發(fā)展緊密相聯(lián),而地質(zhì)統(tǒng)計學的發(fā)展得益于20世紀50、60年代D.G.Krige和G.Matheron對克里金技術(shù)和地質(zhì)統(tǒng)計學的開創(chuàng)性研究[6]。三維地質(zhì)建模的概念最早是由加拿大SimonW.Houlding于1993年提出的,但對三維建模理論的研究由來已久,CarlYoungman,MolenaarMarien,FritschD,AaperJ.F,MolenaarM,TurnerA.K,ThomasR.Fihsher,Rongx-ingli等人又進行了大量的研究,主要包括空間數(shù)據(jù)的模型與結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)的三維可視化、三維矢量化地圖的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等方面,為三維地質(zhì)模型可視化理論做出貢獻[8]。美國副總統(tǒng)戈爾于1996年提出了＂數(shù)字地球＂概念開始，各個行業(yè)的數(shù)字化理念開始大量涌現(xiàn)。在地質(zhì)行業(yè)，澳大利亞地質(zhì)學家Carr也在同一時間提出了＂玻璃地球＂的概念[9]。經(jīng)過多年的發(fā)展在90年代陸續(xù)有穩(wěn)定的三維地質(zhì)模型產(chǎn)品的問世，并不斷發(fā)展、成熟。經(jīng)過多年的發(fā)展，目前國外主要發(fā)達國家在三維地質(zhì)模型與可視化技術(shù)上的發(fā)展相當?shù)某墒欤粌H在專業(yè)領(lǐng)域方面為礦山、油氣開采，地震研究等提供最為先進的技術(shù)支撐也為整個國家地下領(lǐng)域安全建設(shè)等方面提供了可視化、預測、管理等先進的技術(shù)服務。在三維地質(zhì)模型軟件方面國外科研機構(gòu)公司開發(fā)的主要的軟件如下表（1-1）：三維地質(zhì)模型與可視化軟件序號產(chǎn)品名稱國家及公司產(chǎn)品特性1GoCADPST油藏技術(shù)公司基于法國Nace大學的Mallet教授提出的離散光滑差值理論，核心功能是基于離散光滑差值技術(shù)實現(xiàn)的，GoCAD得到了國際地球物理勘探學會和歐洲地球物理勘探學會以及全球幾十家大公司的工程師和大學專家學者的支持，是在學術(shù)界內(nèi)公認的較好的三維地質(zhì)建模軟件之一[1]。2Petrel斯倫貝謝公司(美國)以三維地質(zhì)建模為中心的一體化油藏描述軟件主要面向油氣勘探的領(lǐng)域[2]。3MineSightMintec公司（美國）建立地質(zhì)模型和編制礦山生產(chǎn)計劃的綜合性計算軟件，集數(shù)據(jù)庫管理、地質(zhì)勘探、地質(zhì)建模、采礦計劃、采礦設(shè)計、產(chǎn)量估算、三維圖形設(shè)計處理等為一體的軟件，主要面向礦山開采等領(lǐng)域[3]。4EarthVisionDGI公司（美國）其具有快速建立復雜三維模型、儲層特征描述、儲量分析、模型校驗等，其構(gòu)造建模、復雜斷塊處理技術(shù)是世界一流的三維地質(zhì)模型軟件，主要面向三維地質(zhì)建模、分析及可視化領(lǐng)域的軟件系統(tǒng)可用于[4]。6SurpacVisionGemeon公司（加拿大）集成了地質(zhì)勘探信息管理、礦體資源模型建立、礦山生產(chǎn)規(guī)劃及設(shè)計、礦山測量及工程量驗算、生產(chǎn)進度計劃編制等功能，主要面向礦山開采等領(lǐng)域[5]。8DataMineStudioDataMine公司（英國）擁有地質(zhì)勘探、存儲風險評估、礦床建筑物模型、地下和露天開采工程設(shè)計等多種功能,以及生產(chǎn)過程控制與仿真，進度計劃的編制、結(jié)構(gòu)分析、場址選定,以及環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域等,在全球范圍內(nèi)都是具備行業(yè)領(lǐng)先水平的采礦技術(shù)。9VulcanMaptek公司（澳大利亞）具有形成三維立體模型，包括地質(zhì)工程、采礦工程、水庫工程、地震分析等方面的功能，主要面向地表及地下三維數(shù)據(jù)的處理[6]。10MicromineMicromine公司（澳大利亞）具有地質(zhì)勘查到礦山生產(chǎn)過程控制與管理的全過程，其中包括勘探數(shù)據(jù)解譯，構(gòu)建3D模型、資源評估和采礦設(shè)計、生產(chǎn)管理等功能，主要面向礦山開采等領(lǐng)域[7]。11地下結(jié)構(gòu)可視化系統(tǒng)國立先進科學技術(shù)產(chǎn)業(yè)研究所（日本）面向地下活動斷層結(jié)構(gòu)的查看，表現(xiàn)地殼和地幔，通過地震數(shù)據(jù)估算地下結(jié)構(gòu)的分布。表（1-1）三維地質(zhì)模型與可視化軟件2000年以來來世界主要發(fā)達國家在三維地質(zhì)模型與可視化技術(shù)上結(jié)合先進的三維地質(zhì)建模軟件進行了卓有成效的進步，主要包括的國家為美國、英國、加拿大、澳大利亞、日本，這些國家在三維地質(zhì)模型及可視化方面進行了多方面的嘗試與研究，制定了中長期的國家三維地質(zhì)模型與可視化計劃，并為國家的經(jīng)濟發(fā)展，科學研究提供了有力的技術(shù)支撐和研究思路。英國地質(zhì)調(diào)查局（BGS）在2000年至2005年之間，開展了DGSM項目和GOCAD軟件的，并設(shè)計了能夠存儲構(gòu)建模型的軟件，這是數(shù)字地球科學空間模型（DGSM）項目的一部分。在軟件方面，主要將精力集中在用于未來3D地質(zhì)模型構(gòu)建的主要軟件上。所建立的GOCAD將繼續(xù)用于主要基于與電纜測井和地震數(shù)據(jù)深井基巖地質(zhì)的構(gòu)建流域尺度模型。加拿大地質(zhì)調(diào)查局在2004年開展了利用表層地質(zhì)3D模型的向下平流時間評估巖石含水層的脆弱性：加拿大圣勞倫斯低地的案例研究。在魁北克西南部圣勞倫斯低地的1400km2區(qū)域上，測試了一種將地下水的脆弱性直接與3D地質(zhì)模型中的地下水向下預測時間（DAT）相關(guān)聯(lián)的含水層脆弱性評估方法。目的是評估區(qū)域性巖石含水層的脆弱性。澳大利亞地球科學局2004年開展了塔斯馬尼亞TASGO三維（3D）VRML模型構(gòu)建項目。塔斯馬尼亞州TASGO3D模型是塔斯馬尼亞州地質(zhì)結(jié)構(gòu)的模型。用戶可以打開和關(guān)閉數(shù)據(jù)層，以及通過旋轉(zhuǎn)，縮放和平移來操縱模型。美國地質(zhì)調(diào)查局（USGS）2005年開展了舊金山灣地區(qū)的USGS3-D地質(zhì)和地震速度模型，且提供了該地區(qū)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和物理特性的三維視圖，深度達45km（28英里）。此3D灣區(qū)模型的構(gòu)建是USGS地震災害計劃，3D模型結(jié)合了USGS，加利福尼亞地質(zhì)調(diào)查局和許多其他機構(gòu)100年的地表地質(zhì)制圖，以及數(shù)十年來對灣區(qū)巖石的地震特性的研究。這些新模型的其他一些重要應用包括：1）預測強烈的地面運動可能會破壞薩克拉曼多三角洲的建筑物和重要基礎(chǔ)設(shè)施或破壞堤防2）預測地面可能發(fā)生破壞性液化的地方3）更準確地定位地震4）定義地下水含水層的范圍，并建立地下污染物輸送模型圖（1-1）舊金山灣地區(qū)的USGS3-D地質(zhì)和地震速度模型美國地質(zhì)調(diào)查局于2018年構(gòu)建了具有三維水文地質(zhì)模型的亞利桑那州上圣克魯斯盆地里約熱內(nèi)盧和諾加萊斯四邊形的地質(zhì)框架和水文地質(zhì)模型。3D模型整合了水文地質(zhì)單元和斷層，以定義向諾加利斯和亞利桑那州最南端的周邊社區(qū)供水的含水層系統(tǒng)的幾何形狀，結(jié)構(gòu)和厚度。該成果包括一個由EarthVision3DViewer，軟件建成的三維模型，其效果圖見下圖（4）使用戶可以在3D空間中交互查看數(shù)據(jù)，以幫助解釋盆地幾何，結(jié)構(gòu)，地層和水文學的內(nèi)部復雜性。圖（1-2）亞利桑那州上圣克魯斯盆地里約熱內(nèi)盧和諾加萊斯四邊形的地質(zhì)框架和水文地質(zhì)模型下表（2）為信息的匯總，該信息主要收集與各國國家地質(zhì)調(diào)查局官方網(wǎng)站發(fā)布的資料及數(shù)據(jù)。2000年至2020年世界主流發(fā)達國家三維地質(zhì)模型及可視化成果年份成果國家/機構(gòu)2000年至2009年2000至2005設(shè)計了能夠存儲構(gòu)建模型的軟件，英國地質(zhì)調(diào)查局開發(fā)的新興的3D地質(zhì)勘測研究（GSI3D）軟件用于構(gòu)建較淺的第四紀等地質(zhì)模型。英國地質(zhì)調(diào)查局2004利用表層地質(zhì)3D模型的向下平流時間評估巖石含水層的脆弱性：加拿大圣勞倫斯洼地的案例研究。加拿大地質(zhì)調(diào)查局塔斯馬尼亞TASGO三維（3D）VRML模型構(gòu)建項目。澳大利亞地球科學公司2005舊金山灣地區(qū)的USGS3D地質(zhì)和地震速度模型，且提供了該地區(qū)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和物理特性的三維視圖。美國地質(zhì)調(diào)查局2006使用3DGeoModeller創(chuàng)建了西北PatersonOrogen的CottesloeSyncline地區(qū)的Paterson3DVRML模型。澳大利亞地球科學公司構(gòu)建了不來梅次流域3DVRML模型。澳大利亞地球科學公司2007阿肯色州的含水層系統(tǒng)的三維地質(zhì)框架模型。美國地質(zhì)調(diào)查局拉克蘭造山帶3DVRML模型構(gòu)建。澳大利亞地球科學公司2006至2009GAOB項目是在地下水測繪計劃，目標是對區(qū)域含水層進行評估，制作了基洛納/埃里森-伍德和卡拉馬卡湖山谷的3D地質(zhì)模型。加拿大地質(zhì)調(diào)查局2010至20202010日本國立先進工業(yè)科學技術(shù)研究院（AIST）發(fā)布了地下結(jié)構(gòu)可視化系統(tǒng)。日本AISTFlinFlon勘探營地的3D地質(zhì)模型構(gòu)建。加拿大地質(zhì)調(diào)查局2011從現(xiàn)有模型和未來計劃開發(fā)模型開始建立整體國家地質(zhì)模型（NGM）。英國地質(zhì)調(diào)查局2012愛達荷州國家實驗室以三個維度繪制玄武巖流和沉積夾層的分布圖，提供數(shù)據(jù)。并使用47個巖心孔的玄武巖樣品的古磁傾角和極性數(shù)據(jù)被用于創(chuàng)建INL南部地下的三維模型。美國地質(zhì)調(diào)查局2014對尚未發(fā)現(xiàn)的油氣資源俄克拉荷馬州西部和堪薩斯州，德克薩斯州北部和東南部的阿納達科盆地省的地質(zhì)資源價值評估，建立了一個26層3D地質(zhì)框架模型。2018亞利桑那州上圣克魯斯盆地里約熱內(nèi)盧和諾加萊斯四邊形的三維水文地質(zhì)模型的地質(zhì)框架。2019國家地殼模型計劃第1階段：美國西部的3D地質(zhì)框架。2020完成了新墨西哥里約熱內(nèi)盧地下水盆地的三維地質(zhì)框架模型的數(shù)字數(shù)據(jù)構(gòu)建。表（1-2）三維地質(zhì)模型及可視化成果結(jié)合近20年世界主要發(fā)達國家在三維地質(zhì)模型與可視化的發(fā)展歷程，將這一發(fā)展分為三個發(fā)展過程：第一個階段是為1993年至2000年,為三維地質(zhì)模型與其可視化理論概念的提出、三維地質(zhì)模型軟件的研發(fā)和三維模型與可視化理論的完善補充階段。第二階段2000年至2010年為局部小范圍的三維模型與可視化實現(xiàn)階段,多用于科學研究,服務于礦業(yè)等生產(chǎn)領(lǐng)域。第三個發(fā)展階段2010至今主要發(fā)展目標為構(gòu)架一個國家級別的大范圍三維地質(zhì)模型與可視化系統(tǒng),服務于全國級戰(zhàn)略安排,其不僅應用于科研及工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域,還將應用領(lǐng)域拓展到了國家安全,人民在工業(yè)及生產(chǎn)中日常生活的方方個面,成為保證國家社會整體運行的不可或缺的重要組成部分,且由于Web端的三維可視化技術(shù)的不斷發(fā)展,各主要發(fā)達國家相繼推出了部分地區(qū)、全國的基于Web端的三維地質(zhì)模型與可視化系統(tǒng),該系統(tǒng)的推出不僅對地質(zhì)數(shù)據(jù)信息科研成果的共享,發(fā)布、更新都具有更大的優(yōu)勢。世界各國的地質(zhì)調(diào)查機構(gòu)對與基于Web端的三維地質(zhì)模型與可視化技術(shù)越來越重視，紛紛推出了自己的基于Web端的三維地質(zhì)可視化系統(tǒng)。英國地質(zhì)調(diào)查局的uk3d，美國地質(zhì)調(diào)查局的三維地下水結(jié)構(gòu)分布研究，澳大利亞的基于X3D技術(shù)的Web端的三維地質(zhì)建模，日本國立先進工業(yè)科學技術(shù)研究所發(fā)布的地下結(jié)構(gòu)可視化系統(tǒng)。所以當今基于Web端的三維地質(zhì)模型可視化系統(tǒng)成為各國地質(zhì)調(diào)查研究機構(gòu)重點發(fā)展的一個方向。我國國內(nèi)由中國地質(zhì)調(diào)查局開發(fā)的基于Web端的“透明雄安”三維地質(zhì)模型與可視化系統(tǒng)也經(jīng)過不斷開發(fā)即將上線為我國基于Web端的三維地質(zhì)模型與可視化這一領(lǐng)域補上空白。參考文獻[1]陳志龍.軟件工程中Web開發(fā)技術(shù)的應用與研究[J].計算機產(chǎn)品與流通,2019(05):24.[2]楊偉,王小鋒,李忠,陳旭.三維地質(zhì)建模技術(shù)在古水水電站中的應用[J].水力發(fā)電,2016,42(12):38-42+45.[3]趙亭.TITAN3DGeo-view在水利水電信息工程中的應用[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品,2011(02):10.[4]樊戎.基于OpenGL的三維管道內(nèi)壁的可視化研究[D].哈爾濱工程大學,2010.[5]康紅霞.基于ArcGIS的三維景觀建模技術(shù)研究[D].西安科技大學,2006.劉增寶,邊紅星,孟德茂,潘澤棟.煤礦綜合信息網(wǎng)絡(luò)三維管理系統(tǒng)的設(shè)計與應用[J].煤礦現(xiàn)代化,2016(03):90-92+94.[6]三維地質(zhì)模型研究[C]//國家安全地球物理叢書（十五）——絲路環(huán)境與地球物理.2019.[7]劉同文,于廣婷,張志進,宋冠涵.膠東金礦三維地質(zhì)建模技術(shù)研究[J].地礦測繪,2018,34(02):1-3.[8]楊青生.基于OpenGL的三維可視化研究[D].陜西師范大學.[9]李鑫.礦井水文監(jiān)測數(shù)據(jù)可視化網(wǎng)絡(luò)發(fā)布系統(tǒng)研究[D].西安科技大學,2008.[10]郭惟嘉,倪學東.采礦信息可視化集成技術(shù)研究[J].煤炭科學技術(shù),2002(07):25-27.[11]張院,劉殷,許苗娟,孫穎,鄭菲菲,宋國璽.北京三維地質(zhì)建模研究與實踐[J].工程勘察,2015,43(06):60-65.徐新山.基于WebGL的地質(zhì)體信息三維可視化[D].蘭州交通大學,2016.[12]李青元,張洛宜,曹代勇,董前林,崔揚,陳春梅.三維地質(zhì)建模的用途、現(xiàn)狀、問題、趨勢與建議[J].地質(zhì)與勘探,2016,52(04):759-767.[13]于潞,賈紹文,霍立平.基于WebGL的網(wǎng)絡(luò)3D虛擬訓練軟件設(shè)計與實現(xiàn)[J].儀表技術(shù),2017(02):40-42.[14][1]范明翔.HTML5的開發(fā)標準與功能特性研究[J].中國高新區(qū),2018(02):220.[15]呂志強.基于空間離散點的三維地質(zhì)體精細建模[D].西安科技大學,2010.[16]汪延彬,米成林,宋啟全,陳亮之,王婭妮.基于空間插值的耕地質(zhì)量差異性分析——以甘肅省白銀市為例[J].甘肅科技,2016,32(12):43-46.[17]張山山.地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)模型分析[J].測繪與空間地理信息,2018,41(09):8-11+15.[18]張明智,李義.MapReduce框架下空間大數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)規(guī)則分析方法[J].系統(tǒng)仿真學報,2018,30(03):840-845.[19]王想紅,屈紅剛,王占剛.基于Geo3DML的三維地質(zhì)模型數(shù)據(jù)管理研究[J].中國礦業(yè),2016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