Cyfrowy model odkrywki

An example of a digital outcrop model, Woodside Canyon, Utah, USA.
Rysunek 1. Przykład cyfrowego modelu odkrywki, Woodside Canyon, Utah, USA. U góry: przegląd DOM w postaci kolorowej chmury punktów (A) i teksturowanego modelu (B). Obszar zaznaczony na czerwono w powiększeniu pokazano w C i D. Dół: Kolorowa chmura punktów (C) i teksturowany model (D) widziane z bliższej odległości.

Cyfrowy model odkrywki ( DOM ), zwany także wirtualnym modelem odkrywki , to cyfrowa trójwymiarowa reprezentacja powierzchni odkrywki , najczęściej w formie teksturowanej siatki wielokątów .

DOM pozwalają na interpretację i powtarzalny pomiar różnych cech geologicznych, np. orientacji powierzchni geologicznych, szerokości i grubości warstw. Ilość możliwych do zidentyfikowania i zmierzenia cech geologicznych w dużym stopniu zależy od rozdzielczości i dokładności modelu wychodni.

Wykorzystanie technik teledetekcji pozwala tym modelom 3D objąć obszary trudno dostępne, np. kilkumetrowe ściany klifu. Fakt, że interpretacja geologiczna może być dokonywana na ekranie, również w niedostępnych obszarach, gdzie konwencjonalne metody badań terenowych mogą być niebezpieczne, oraz duża ilość danych, które można zebrać w stosunkowo krótkim czasie, to kluczowe zalety wykorzystania DOM-ów. georeferencyjnych pozwalają na integrację z innymi danymi przestrzennymi, np. wynikami cyfrowego kartowania geologicznego czy GIS .

Alternatywnie do fotorealistycznych modeli teksturowanych, cyfrowe modele 3D odkrywek mogą być reprezentowane przez chmurę punktów pokolorowaną danymi widmowymi (RGB) z odpowiednich obrazów. Takie odwzorowanie modelu powierzchni dokładnie opisuje topografię wychodni, ale ze względu na swój dyskretny charakter jest często trudne do interpretacji (patrz ryc. 1.). Teksturowanie cyfrowych wielokątnych modeli odkrywek za pomocą obrazów wzbogaca modele o ciągłe dane o wysokiej rozdzielczości, a tym samym ułatwia interpretację geologiczną.

Techniki tworzenia

Tworzenie teksturowanych DOMów można podzielić na trzy główne etapy:

W celu uzyskania wymaganej rozdzielczości i dokładności modelu dane pozyskiwane są najczęściej z ziemi (naziemne) lub z platformy śmigłowcowej ( mapping mobilny ). Dane lotnicze i satelitarne mogą być również zintegrowane, ale głównie jako uzupełniające zestawy danych dla obszarów odkrywek, w których brakuje danych z bliskiej odległości.

Cyfrowy model powierzchni odkrywki

Stworzenie cyfrowego modelu powierzchni odkrywki składa się z następujących kroków:

  1. Akwizycja danych
Cyfrowe dane potrzebne do stworzenia modelu powierzchni wychodni można uzyskać, podobnie jak w przypadku cyfrowych modeli wysokościowych , ze skaningu laserowego lub zrekonstruować z wielu obrazów pobranych z wielu widoków przy użyciu technik strukturalnych z ruchu lub widzenia stereoskopowego . Niepełną listę pakietów oprogramowania umożliwiających modelowanie oparte na obrazach można znaleźć tutaj .
Modele wykonane wyżej wymienionymi metodami mogą zapewniać porównywalną skalę i poziom szczegółowości. Niezależnie od zastosowanej metody, pierwotne dane wynikowe są podobne: współrzędne 3D (X,Y,Z) dużej liczby punktów, w postaci chmury punktów , opisującej powierzchnię odkrywki.
2. Scalanie chmur punktów i georeferencje
Chmury punktów uzyskane z różnych perspektyw należy scalić i zarejestrować w jeden układ współrzędnych (wraz z obrazami). W procesie rejestracji obliczana jest transformacja 3D pomiędzy wspólnymi częściami dwóch chmur punktów. Parametry transformacji 3D można znaleźć na podstawie odpowiadających sobie punktów w dwóch chmurach punktów, dopasowania powierzchniowego, a w przypadku mapowania mobilnego wspieranego przez GNSS i INS , przy użyciu metody bezpośredniej orientacji czujnika
W procesie georeferencji chmury punktów Transformacja 3D jest obliczana między lokalnym układem współrzędnych projektu a geodezyjnym układem współrzędnych . Do wykonania tej czynności wymagane są co najmniej trzy punkty, które można zlokalizować w chmurze punktów i znane są ich współrzędne w układzie geodezyjnym (pomierzone metodami geodezyjnymi lub GNSS ) .
3. Oczyszczanie i decymacja chmury punktów
Niezależnie od metodologii pozyskiwania danych, powstała chmura punktów jest zwykle filtrowana i oczyszczana z niepożądanych obiektów, np. roślinności. Może być wymagane zmniejszenie ogólnej gęstości chmury punktów w zależności od złożoności powierzchni odkrywki i rozmiaru zbioru danych.
4. Triangulacja 3D i optymalizacja siatki trójkątów
W celu umożliwienia teksturowania modelu, edytowana chmura punktów jest przekształcana w nieregularną sieć triangulowaną ( trójkątną siatkę ). Prawidłowa triangulacja danych 3D nie jest trywialnym zadaniem ze względu na potencjalne cienie skanowania, roślinność, ostre zmiany topografii i przypadkowe błędy. Dlatego często wymagana jest dodatkowa edycja i optymalizacja siatki, aby poprawić równokątność, rozwiązać problemy z topologią lub zmienić orientację odwróconych normalnych powierzchni.

Obrazy cyfrowe

  1. Rejestracja obrazu
Tworzenie teksturowanych modeli 3D wymaga zdefiniowania relacji między wszystkimi wierzchołkami siatki trójkątów a odpowiadającymi im punktami obrazu. Aby znaleźć tę zależność, można zastosować warunek kolinearności , ale muszą być znane parametry orientacji wewnętrznej i zewnętrznej obrazu.
Wewnętrzne (wewnętrzne) parametry orientacji kamery pochodzą z procesu kalibracji kamery .
Gdy podczas zbierania danych wykorzystywany jest skaning laserowy, kamera jest najczęściej sztywno połączona ze skanerem, a jej orientacja względem skanera jest dokładnie mierzona. W takich przypadkach parametry orientacji zewnętrznej (zewnętrznej) można łatwo odzyskać dla wszystkich obrazów za pomocą transformacji 3D. W innym przypadku możliwe jest ustalenie parametrów orientacji zewnętrznej kamery na podstawie znanych współrzędnych minimum trzech punktów na trójwymiarowym modelu powierzchni odkrywki oraz na obrazie.
W przypadku trójwymiarowego modelu powierzchni odkrywki pochodzącego z modelowania fotograficznego parametry orientacji obrazu wewnątrz i na zewnątrz mogą być obliczane przez oprogramowanie do modelowania.
2. Wstępny wybór obrazu i równoważenie kolorów
W zależności od zastosowanego podejścia do renderowania (patrz następna sekcja ) może być potrzebny wstępny wybór obrazów najbardziej odpowiednich do mapowania tekstur.
Jeśli obrazy użyte w końcowym procesie teksturowania zostały uzyskane w różnych warunkach oświetleniowych, a kolory odpowiednich cech widocznych na różnych obrazach znacznie się różnią, może być wymagana regulacja kolorów obrazu.

Mapowanie tekstur

różne algorytmy mapowania tekstur , np.: teksturowanie pojedynczego obrazu, mieszanie kolorów tekstur lub teksturowanie zależne od widoku. Często stosuje się podejście do teksturowania pojedynczego obrazu ze względu na jego prostotę i wydajność.

Wyobrażanie sobie

Wizualizacja dużych teksturowanych modeli 3D jest nadal nieco problematyczna i w dużym stopniu zależna od sprzętu. Trójwymiarowy charakter DOM-ów (wiele wartości dla każdej pozycji X, Y) skutkuje formą danych, która nie nadaje się do wprowadzania do większości systemów informacji geograficznej. Istnieje jednak kilka gotowych pakietów oprogramowania do wizualizacji, które umożliwiają również interpretację i pomiary geologiczne:

  • Pracownia Geologiczna Wirtualnej Rzeczywistości firmy VRGeoscience Limited
  • Stratabox autorstwa Imaged Reality
  • Lime przez Virtual Outcrop Group
  • Sirovision firmy CAE Mining
  • RiSCAN PRO firmy Riegl
  • ShapeMetrix3D firmy 3G Software & Measurement; pozwala również na ekstrakcję modelu powierzchni z wielu obrazów
  • Analityk 3DM firmy Adamtech; pozwala również na ekstrakcję modelu powierzchni z wielu obrazów
  • SketchUp od Google; Nie jest przeznaczony do obsługi dużych modeli z wieloma materiałami teksturowanymi
  • CloudCompare Open Source przetwarzanie chmur punktów i siatek.

Cyfrowe modele odkrywek a fotopanele

Fotopanel to mozaika kilku obrazów, powszechnie stosowana w geologii do dokumentacji wychodni i odniesienia do właściwości obiektów geometrycznych. Skala takich paneli fotograficznych jest ustalana w przybliżeniu w celu oceny wielkości różnych form geologicznych. Jednak pomiary te zwykle zawierają błędy związane ze zniekształceniami powstającymi podczas przekształcania odsłonięć 3D w płaszczyznę obrazu 2D oraz z niedokładnością ręcznego łączenia obrazów . [ potrzebne źródło ]

Ze względu na swoją trójwymiarową naturę cyfrowe modele odsłonięć zapewniają prawidłowe i dokładne pomiary cech wymienionych w następnej sekcji .

Dane możliwe do wyodrębnienia z cyfrowych modeli odkrywek

An example of a digital outcrop model with geological interpretations, near to Green River, Utah, USA.
Rycina 2. Przykład interpretacji geologicznej cyfrowego modelu odkrywki w pobliżu Green River, Utah, USA. Wymiary pokazanej części wychodni: wysokość ~350 m, długość ~1,1 km.
  • Linie 3D reprezentujące np.:
    • kontakty clinoform
    • korpusy kanałów i struktury osadowe
    • styki facjalne
    • złamania
    • wada
    • wytyczenie funkcji wypełnienia
    • horyzonty stratygraficzne
    • lokalne cechy sedymentacyjne, np. wiązki pływowe
  • kąty uderzenia i zanurzenia
  • miąższość i szerokość jednostek osadowych
  • skład materiału
  • obserwacja różnych czynników zmieniających się wraz z odległością

Dane uzupełniające

Analiza cyfrowych modeli odkrywek może zostać wzbogacona o szeroką gamę cyfrowych danych georeferencyjnych , np.:

Używanie danych bez georeferencyjnych danych z DOM jest możliwe, ale wymaga więcej pracy, aby ustawić dane pomocnicze względem DOM.

Aplikacje

  • Wykorzystanie DOM do charakterystyki analogów wychodni (tj. formacji geologicznych podobnych do formacji podpowierzchniowych zawierających zasoby typu węglowodory) na obszarach o ograniczonej dostępności lub koszt pozyskania danych jest zbyt wysoki
  • Modelowanie geologiczne
    • lepsze zrozumienie procesów geologicznych w dokładnej skali
    • wzbogacenie modelu zbiornika o pomiary o wysokiej rozdzielczości
    • pogłębić wiedzę na temat podpowierzchniowych formacji skalnych
    • dane wejściowe do modelowania geologicznego pochodzące bezpośrednio z DOM-ów
  • Ulepszone odzyskiwanie oleju
  • Cele dydaktyczne: DOM-y dostępne przed wyjazdem w teren umożliwiają studentom zapoznanie się z lokalizacją oraz umożliwiają późniejszą weryfikację niektórych tez dyskusji.

Zobacz też

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Digital_outcrop_model&oldid=1086464017 ”