我国对三维地质体模拟与可视化研究起步较晚,但做了大量的有益探索。国内一些大学和科研机构的学者积极从事这方面的研究,并取得了一定的成果。如中国科学院地质与地球物理研究所的张菊明、地理科学与资源研究所的龚建华、中国矿业大学的吴立新、武强、北京航空航天大学的杨钦、中国地质大学的吴冲龙、孟小红、北京市勘察设计研究院的陈树铭等都提出了自己的观点或开发出了自己的原型系统。国内与水有关的应用状况也处于起步发展阶段,如1997年底,三峡工地首次使用LYNX进行了船闸区工程地质环境3D建模和开挖土石方测算。在2003年,研制成功了黄河三维可视地理信息系统。2004年,西安地质矿产研究所和中国地质大学(武汉)对鄂尔多斯盆地进行地下水三维可视化项目的研究。另外,市场上也有一些从事三维建模方面开发的公司,如泰坦公司、理正公司、中地公司等。比较著名的软件产品有:GeoView、LeadingGIS、GeoMO3D、GEOVISION、AutoDig、MapGis、VRMap、TITAN 3D、GeoTools等,在地下水系统建模方面,主要是一些大学和科研机构进行开发和研究,但还未见到有关的产品资料和信息。下面主要对典型的软件产品与开发工作进行简单介绍。
(一)GEOVIEW
武汉地大坤迪科技有限公司的产品,是一个三维可视化的大型地学信息系统软件平台,它的功能建立于基层单位(数据采集点)、可对各种地学数据进行收集、存贮、管理、处理和使用的基础信息系统和综合性技术系统。该系统的设计以地质矿产点源信息系统理论框架为指导,由前期资料搜集、野外数据采集、室内数据综合整理和三维空间分析等4个子系统组成。可应用于建筑、水利、水电、道路、隧道、矿山、机场、港口、地下铁路、海底隧道、地下洞室、矿山开发等领域。
(二)LeadingGIS
理正地质地理信息系统,是北京理正公司的产品,可实现地表以下三维可视化地质建模的大型应用软件,可以将大量分散、独立的勘探资料有效地综合管理,形成对该地区地质信息汇总,可以利用平面图形、三维图形查看该地区的地质分布状况,为该地区的规划、建设等提供有效的地质信息,并且可以分析地下矿藏及地下水资源分布,为国家水资源利用、管理及矿产开发提供定量的数据分析手段。LeadingGIS主要由9个子系统组成:系统维护子系统、数据处理子系统、坐标系管理子系统、图形符号管理子系统、地形图管理子系统、工程应用子系统、工程查询子系统、三维子系统、图档资料管理子系统。
(三)GeoMO3D
中国矿业大学的地质体三维模拟与可视化系统,以Windows作为软件开发平台,以SQL Server为数据库支撑,利用Visual C++和OpenGL从底层开发。该系统的基本功能由数据集成、三维建模、可视制图、统计分析、工程设计和数据共享服务共6大板块组成。GeoMo3D的数据驱动原理为:它以真实钻孔数据为空间基本控制,以地层等高线/等值线数据为层面建模辅助,以三维地震、地球物理、地球化学数据及其他数据为模型细化配合。算法原理为:基于GTP体元的拓扑描述与体元剖切,以及基于多层DEM的强约束Delaunay TIN生成与曲面剖切。GeoMo3D提供了基于GTP和基于多层DEM两种可选建模方式,灵活方便;三维建模过程的可操作性强(无断层时自动构模,单断层,双断层时交互处理,复杂切割时地质解译);可以方便地处理褶曲、分叉、尖灭、相变、地层缺失等复杂地质情况;可以灵活方便地制作钻孔柱状图、三维模型图、2D剖面图、组合剖面图(篱笆图)和各类专题图;提供了快速缩放、旋转和平移等基本的可视化操纵功能。
(四)GeoVision
它是中国科学院遥感应用研究所以龚建华为首的研究组进行虚拟地理环境和地学三维可视化方面研究开发成果,基于Windows NT和三维图形库OpenGL开发的地学三维可视化系统。该系统是应用Visual C++和OpenGL开发的计算机软件系统,它可把数字高程模型、遥感图像、土地利用类型、交通空间分布等合成并转化为可视的三维图像,同时以此为三维界面,可进行数据查询、剖面分析、坡度/坡向/土石方计算、地学时空模型计算模拟等。通过它可进行:空间数据的预处理、多样的空间可视化、GIS迭加分析、地学空间数据分析、地学模型分析等功能。
(五)AutoDig
北京市勘察设计研究院的陈树铭等应用IDL语言从事三维工程地质GIS方面的研究。开发出了三维地质分析系统AutoDig,它能够直接对简单的地质数据,或其他带层次性的数据实现科学的、完整的三维建模;同时也提供真三维显示功能,不仅能对三维体实现任意的旋转、放大、缩小,而且能实现交互式的真三维切割功能。可以在三维数字化空间数据的基础上进行区域规划研究、地下水分布规律、矿体分布规律及储量计算等更深入的研究分析。
(六)MapGIS
MapGIS为中国地质大学中地公司开发的工具型地理信息系统软件。该软件是国家科学技术部向全国推荐的国产地理信息系统软件平台。它使用简单,在国产GIS软件市场上占有较好的市场份额。它具有如下特点:①海量无缝图库管理:提供建立图库、修改、删除及图库漫游等一系列操作;提供图幅输入、显示、修改等功能;图幅接边、图幅提取功能操作简单,可靠性高。②高性能的空间数据库管理:Client/Server结构,多用户访问管理;动态外挂数据库的联结;多媒体属性库管理;完善的安全机制。③完备的空间分析工具:可实现空间叠加分析,属性数据分析,DEM分析,网络化功能,TIN模型分析,三维绘制功能,多源图像分析与处理等。④方便的二次开发:支持C++、VB、Delphi、ActiveX等集成开发环境;可提供API函数层、C++类层、ActiveX控件层。近两年来,该公司推出了三维建模软件系统,在市场上具有一定的影响。
(七)TITAN 3D
泰坦公司的三维建模软件,由于泰坦公司具有深厚的地学软件开发背景和加拿大地学软件公司阿波罗集团的支持,该软件具有一定的影响。
虽然国外在三维地质建模方面开发的软件不少,但由于这些软件普遍价格较高,并且受到具体地质条件等客观条件的限制,在中国也没有得到普及;同时,从国内大多数可视化建模软件的调研情况来看,主要研究成果侧重于石油或矿产等行业,还没有见到专门对地下水系统建模的软件环境介绍。而纵观地下水三维可视化领域,该领域的技术正处于急速发展之际,全国各区域的地质三维可视化工作将是不远的现实。但当前,既没有成熟的软件可供使用,又没有可供参考的建模案例,这就要求有人去探索研究——找出适合于国情及专业特色的地下水系统建模道路,开发出构建地下水三维地质模型的平台。