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(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)值模擬計(jì)算方法的發(fā)展，目前進(jìn)行地學(xué)機(jī)理與過(guò)程模擬的基本思路是對(duì)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(jì)算方法完成計(jì)算模擬，故有限元網(wǎng)格是開(kāi)展地學(xué)機(jī)理與過(guò)程模擬的基礎(chǔ)。同時(shí)，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(jiàn)，有限元網(wǎng)格在地學(xué)機(jī)理與過(guò)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(jì)算精度等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，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(kāi)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(diǎn)，同時(shí)由于地學(xué)研究對(duì)象通常具有邊界復(fù)雜、約束條件多等特點(diǎn)，針對(duì)地學(xué)研究對(duì)象的六面體網(wǎng)格生成問(wèn)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(duì)六面體網(wǎng)格的需求，促進(jìn)以數(shù)值計(jì)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(kāi)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(duì)常見(jiàn)地學(xué)實(shí)體模型，研究了三維空間對(duì)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(duì)象自身特點(diǎn)，對(duì)傳統(tǒng)柵格法進(jìn)行擴(kuò)展，基于地學(xué)研究實(shí)體表面模型（含約束條件），通過(guò)設(shè)計(jì)幾何特征識(shí)別及約束處理機(jī)制，使其能顧及實(shí)體邊界特征及內(nèi)部約束點(diǎn)、約束線、約束面、約束洞等約束特征，在實(shí)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?jī)?yōu)化算法提高網(wǎng)格生成質(zhì)量。

4、r>　　(2)開(kāi)展了基于Voronoi圖的三維實(shí)體中軸生成研究，首先從三維實(shí)體中采樣，然后計(jì)算采樣點(diǎn)集的Voronoi圖，最后利用兩個(gè)與采樣范圍及密度無(wú)關(guān)的過(guò)濾條件從生成的Voronoi圖中挑選出分布于實(shí)體中軸附近的Voronoi子集，實(shí)現(xiàn)三維實(shí)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(diǎn)，引入水平集方法思想，將地學(xué)實(shí)體表面三角網(wǎng)模型作為數(shù)據(jù)源，以結(jié)合距離場(chǎng)的各級(jí)水平（前沿水平等值