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地质是3D GIS技术的重要应用领域之一。从以油气资源开发、矿产资源勘探等为代表的特定专业应用，到以2003年国家决定开展新一轮针对城市的多参数立体地质调查工作为代表的基础地质应用，以GIS为基础的信息处理技术在地质领域内得到了广泛的应用。由于地下空间中的信息不能被人们直接观察，所以对地下空问信息的三维模型重建和可视化是上述工作中最基础的内容。在地质领域内，钻孔、地震等专业技术手段是获取地下空间信息的特有方法，囚而对地下空间信息进行三维建模的方法也特异于其他领域。同样，地下空间信息的可视化技术也有其区别于其他领域内相关技术的专业特点。以矢量和栅格为标志可将地学对象的三维模型划分结构模型(矢量)和属性模型(栅格)。对前者的可视化主要采用关于点、线、面的计算机图形学技术，对后者的可视化则主要采用体图形学技术。目前，计算机图形显示设备都是针对点、线、面等矢量模型的绘制来设计和实现的，使得针对体数据(三维栅格数据)的体图形学技术成为了学者们研究的重点。本文即丰要讨论地学三维属性模型的专业特点，并研究与其特点相适应的体绘制技术，具体内容可以分为如下几个方面：
(1)总结了地学三维属性场的专业特点和体绘制技术的发展现状。地质学的研究范围大可至整个地球，小可至单个岩体，相应的地学三维属性场的空问尺度范围也具有极大的可变性，并且其在空问各个方向上延伸的范围也可能极不成比例。更突出的是，地学属性场往往包含多个相互关联的属性变量，如多金属矿床中共生金属矿物的分布规律等，而且属性场具有不规则的边界。而在体绘制技术方面，在传统的直接体绘制与基于等值面的间接体绘制两种基本思想的基础一卜，近年来基于可编程GPU和硬件纹理映射技术的直接体绘制和非多边形形式等值面绘制方法是研究的热点。但是学者们的研究多关注于单变量属性数据的体绘制。
(2)关于多变量属性场体绘制方法的研究。针对地学属性场具有多属性变量的特点，本文讨论了一种设计多变量转换函数来实现多变量属性场体绘制的一般性方法。该方法的主要思想是将不同的属性变量映射到不同的颜色通道，为每个映射定义不同的映射函数。随后，讨论了通过三种有代表性的体绘制方法(Pre-Classification三维纹理映射方法、Post-Classification三维纹理映射方法和Pre-Integration直接体绘制方法)来实现该思想的具体问题。此外，还讨论了硬件纹理映射方法在地学属性场的不规则边界处插值时，因为采样率不足而导致可视化结果出现严重瑕疵的问题。针对该问题，对比分析了改变纹理映射插值方法、提高纹理分辨率，以及计算片断的“非空率”等几种解决方案。分析结果表明，计算片断“非空率”的方法能在结果质量和计算资源耗费之问取得平衡，是一种较优的方案。
(3)关于非多边形形式等值面绘制及其与直接体绘制集成的体绘制方法的研究。与直接体绘制方法相比，等值面方法更能有效地表达属性场的结构化信息。在人们不能直接观察地下空间的情况下，该方法对增强地下空问属性场的可视化效果具有重要意义。论文首先讨论了将非多边形任意等值面与直接体绘制方法集成在一趟绘制流程中的方法。随后，分析了Post—Classification方法绘制等值面的过程中，因为仅处理切片多边形上的片断而导致绘制的结果具有空洞的问题，提出了引入Pre—Integration方法中切片数据块思想的方法来解决该问题。此外，还讨论了半透明的直接体绘制效果与不透明的等值面绘制效果在可视化场景中对其它矢量模型的遮挡问题，提出了依据像素的最大alpha值动态修正深度缓冲区的方法来避免某些不正确的遮挡效果。
(4)地学属性场与专业相关的另一个特点是随时间变化，如油气资源在开采过程中的运移等，因此本文还讨论了时态地学属性场数据的存储组织与可视化应用问题。关于时态体数据的存储和压缩主要存在两大类方法：一类是将时间维与空间维分开处理(如TSP树技术)，一类是将时间维与空间维平等对待形成四维数据(如增量存储模型技术)。这些技术都以八叉树技术为基础，实现时态体数据的多分辨率存储模型。在此基础上，结合地学属性场具有多个属性变量的特点，本文提出了一种以一棵满八叉树为基础，将属性场空间信息与属性信息独立存储和压缩的方案，一方面能减少增量存储模型中对空间信息的冗余存储，另一方面也便于扩展属性场的属性结构(属性信息与空间信息的存储和更新都是独立执行的)，有利于数据的查询和更新。此外，对论文中涉及的三种典型体绘制方法在时态属性场可视化应用中的效果作了对比分析。实验结果表明，类Post—Classification的方法比类Pre—Classification的方法在处理时态体数据时具有更高的效率。分析其原因，则是类Post—Classification的方法利用硬件完成转换函数对属性场数据的映射，而类Pre—Classification的方法是用软件方法实现的，因而前者具有更高的效率。
最后，对论文的工作进行总结，并提出了未来工作的思路。