土石混合体三维细观结构生成方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明提出一种土石混合体三维细观结构生成方法及系统，该方法包括：对块石进行三维扫描，并根据扫描结果构建块石几何模型；根据块石属性信息、块石形态信息和块石几何模型建立块石三维模型数据库；根据需要生成的土石混合体三维细观结构模型的基本信息从块石三维模型数据库中获取块石样本；根据需要生成的土石混合体三维细观结构模型的模型类型建立土石混合体边界模型；依据预设块石投放约束条件，从块石样本中选择块石向土石混合体边界模型中进行投放以生成土石混合体三维细观结构模型；渲染、展示并输出土石混合体三维细观结构模型。根据本发明的实施例能够方便地实现土石混合体三维细观的精细化建模与分析。
【专利说明】土石混合体三维细观结构生成方法及系统
【技术领域】
[0001]本发明特别涉及一种土石混合体三维细观结构生成方法及系统。
【背景技术】
[0002]土石混合体是自然界中广泛存在的一类复杂的岩土介质，也是地质工程、岩土工程中经常遇到的一类地质体。由于土石混合体内部超径块石的存在，使得其物理力学性质很难通过传统的室内或野外试验获取。土石混合体物理力学性质的研究一直以来是岩土工程界面临的难题。
[0003]随着数值计算技术的发展，数值试验为土石混合体物理力学性质的研究提供了新的技术支持。然而，在进行土石混合体的数值试验研究时，建立合理的细观结构模型是进行数值试验的关键一步。目前在土石混合体的细观结构模型建立方面，大都集中在二维模型方面，在三维结构模型生成方面为采用生成随机块石模型的方法。通过随机生成块石多面体构建土石混合体三维细观结构模型，虽然在一定程度上可以实现块石对土石混合体物理力学性质的影响分析，但是难以反应块石真实形态，从而影响分析结果的可靠性。
【发明内容】
[0004]本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
[0005]为此，本发明的第一个目的在于提出一种土石混合体三维细观结构生成方法。
[0006]本发明的第二个目的在于提出一种土石混合体三维细观结构生成系统。
[0007]为了实现上述目的，本发明的第一方面的实施例公开了一种土石混合体三维细观结构生成方法，包括以下步骤:对块石进行三维扫描，并根据扫描结果构建块石几何模型，其中，所述块石几何模型包括块石的点云数据和块石三维表面模型；根据块石属性信息、块石形态信息和块石几何模型建立块石三维模型数据库；根据需要生成的土石混合体三维细观结构模型的基本信息从所述块石三维模型数据库中获取块石样本，其中，所述基本信息包括粒度组成信息、块石属性信息和模型类型；根据需要生成的土石混合体三维细观结构模型的模型类型建立土石混合体边界模型；依据预设块石投放约束条件，从所述块石样本中选择块石向所述土石混合体边界模型中进行投放以生成土石混合体三维细观结构模型；以及渲染、展示并输出所述土石混合体三维细观结构模型。
[0008]另外，根据本发明上述实施例的土石混合体三维细观结构生成方法还可以具有如下附加的技术特征:
[0009]在一些示例中，所述根据需要生成的土石混合体三维细观结构模型的基本信息从所述块石三维模型数据库中获取块石样本，进一步包括:输入所述需要生成的土石混合体三维细观结构模型的粒度组成信息；根据所述粒度组成信息计算得到生成所述土石混合体三维细观结构模型所需的各粒组块石实际重量；根据所述各粒组块石实际重量计算得到生成所述土石混合体三维细观结构模型所需的各粒组样本块石重量，其中，所述各粒组样本块石重量大于所述各粒组块石实际重量；根据所述各粒组样本块石重量及块石属性信息从所述块石三维模型数据库中获取块石样本。
[0010]在一些示例中，所述预设块石投放约束条件包括:块石的空间方位约束、块石投放的合理性判定约束和块石粒度特性判定约束。
[0011]在一些示例中，所述对块石进行三维扫描，并根据扫描结果构建块石几何模型，进一步包括:以多个视角对块石进行扫描以得到所述块石在所述多个视角下的块石点云数据；对所述多个视角下的块石点云数据进行拼接；对拼接后的块石点云数据进行降噪以得到最终块石点云数据；根据所述最终块石点云数据构建所述块石三维表面模型。
[0012]在一些示例中，利用非接触式结构光三维扫描装置对所述块石进行三维扫描以得到所述块石点云数据。
[0013]本发明第二方面的实施例公开了一种土石混合体三维细观结构生成系统，包括:块石三维表面模型生成模块，用于对块石进行三维扫描，并根据扫描结果构建块石几何模型，其中，所述块石几何模型包括块石的点云数据和块石三维表面模型；块石三维模型生成模块，用于根据块石属性信息、块石形态信息和块石几何模型建立块石三维模型数据库；块石样本提取模块，用于根据需要生成的土石混合体三维细观结构模型的基本信息从所述块石三维模型数据库中获取块石样本，其中，所述基本信息包括粒度组成信息、块石属性信息和模型类型；土石混合体边界模型生成模块，用于根据需要生成的土石混合体三维细观结构模型的模型类型建立土石混合体边界模型；土石混合体三维细观结构模型生成模块，用于依据预设块石投放约束条件，从所述块石样本中选择块石向所述土石混合体边界模型中进行投放以生成土石混合体三维细观结构模型；以及可视化模块，用于渲染、展示并输出所述土石混合体三维细观结构模型。
[0014]另外，根据本发明上述实施例的土石混合体三维细观结构生成系统还可以具有如下附加的技术特征:
[0015]在一些示例中，所述块石样本提取模块用于:根据输入的所述需要生成的土石混合体三维细观结构模型的粒度组成信息计算得到生成所述土石混合体三维细观结构模型所需的各粒组块石实际重量；根据所述各粒组块石实际重量计算得到生成所述土石混合体三维细观结构模型所需的各粒组样本块石重量，其中，所述各粒组样本块石重量大于所述各粒组块石实际重量；根据所述各粒组样本块石重量及块石属性信息从所述块石三维模型数据库中获取块石样本。
[0016]在一些示例中，所述预设块石投放约束条件包括:块石的空间方位约束、块石投放的合理性判定约束和块石粒度特性判定约束。
[0017]在一些示例中，所述块石三维表面模型生成模块用于:以多个视角对块石进行三维扫描以得到所述块石在所述多个视角下的块石点云数据；对所述多个视角下的块石点云数据进行拼接；对拼接后的块石点云数据进行降噪以得到最终块石点云数据；根据所述最终块石点云数据构建所述块石三维表面模型。
[0018]在一些不例中，所述块石三维表面模型生成模块包括:非接触式结构光三维扫描装置，用于对所述块石进行三维扫描以得到所述块石点云数据；计算机，用于对所述多个视角下的块石点云数据进行拼接和去噪以得到最终块石点云数据，并根据所述最终块石点云数据构建所述块石三维表面模型。
[0019]根据本发明的实施例，能够方便地获取块石真实的三维形态模型，并在此基础上建立土石混合体三维细观结构模型，并实现土石混合体三维细观结构模型的三维可视化展示、存储，为土石混合体物理力学数值试验研究与分析提供支持。
[0020]相较于现有技术，本发明的实施例在对土石混合体三维细观结构建模时，米用非接触量测的方法构建真实的块石三维表面模型，能够反映块石的真实形态；然后根据块石三维模型数据库及所要生成的土石混合体三维细观结构模型的粒度组成特征和块石属性，生成块石样本，并采用计算机随机模拟的方式生成土石混合体三维细观结构模型。同时，所建立的土石混合体三维细观结构模型，可以进行渲染、剖切等查询操作，同时也可直接存储为通用数据格式用于数值试验研究。本发明实施例，大大提高了所生成的土石混合体三维细观结构模型的精细化程度，使得所生成的土石混合体三维细观结构模型更加能够真实地反映实际模型，从而使得在此基础上开展的物理力学性质数值试验研究更加可靠与合理。
[0021]本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1是根据本发明一个实施例的土石混合体三维细观结构生成方法中块石三维表面模型(即块石三维形态)的获取装置的示意图；
[0023]图2是根据本发明一个实施例的土石混合体三维细观结构生成方法中用于保存块石三维模型的块石三维模型数据库系统构架图；
[0024]图3是根据本发明一个实施例的土石混合体三维细观结构生成方法中生成块石样本的流程图；
[0025]图4是根据本发明一个实施例的土石混合体三维细观结构生成方法的详细流程图；以及
[0026]图5是根据本发明一个实施例的土石混合体三维细观结构生成方法的流程图。
【具体实施方式】
[0027]下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0028]以下结合附图描述根据本发明实施例的土石混合体三维细观结构生成方法及系统。
[0029]图5是根据本发明一个实施例的土石混合体三维细观结构生成方法的流程图。如图5所示，根据本发明一个实施例的土石混合体三维细观结构生成方法，包括如下步骤:
[0030]步骤S501:对块石进行三维扫描，并根据扫描结果构建块石几何模型，其中，块石几何模型包括块石的点云数据和块石三维表面模型。
[0031]具体地，块石几何模型可通过如下方式得到:
[0032]1、以多个视角对块石进行扫描以得到块石在多个视角下的块石点云数据；对多个视角下的块石点云数据进行拼接。
[0033]2、对拼接后的块石点云数据进行降噪以得到最终块石点云数据。
[0034]3、根据最终块石点云数据构建块石三维表面模型。
[0035]通过步骤I至3，可以将最终块石点云数据和块石三维表面模型组成块石几何模型。
[0036]在本发明的一个实施例中，可利用非接触式结构光三维扫描装置对块石进行三维扫描以得到块石点云数据。在该实例中，非接触式结构光三维扫描装置包括但不限于:三维激光扫描仪、三位光栅扫描仪和三维结构光扫描仪中的一种。
[0037]作为一个具体的例子，如图1所示，是本发明实施例的方法所采用的块石三维表面模型(即块石三维形态)的获取装置的示意图。其中，该装置主要包括计算机1、非接触式结构光三维扫描仪2。其中非接触式结构光三维扫描仪2可以为三维激光扫描仪、三维光栅扫描仪等三维结构光扫描仪器。
[0038]在该示例中，调整专用支架3使其满足被扫描块石4的尺寸要求，通过调整块石4(即颗粒)的放置位置确保放置稳定，不会晃动和滑动。非接触式结构光三维扫描仪2与计算机I连接。开启非接触式结构光三维扫描仪2，并通过计算机I控制其进行扫描，待扫描完毕一次后，缓慢旋转专用支架3到一定角度(一般旋转角度在90度左右即可)，然后再次进行扫描，直到块石三维表面全部被扫描完为止。
[0039]对不同角度扫描得到的块石点云数据进行拼接，并删除与块石无关的点云信息(例如:专用支架的点云数据以及其它的周围环境噪点)，确保只留下块石本身的块石点云数据，得到最终块石点云数据22。
[0040]步骤S502:根据块石属性信息、块石形态信息和块石几何模型建立块石三维模型数据库。
[0041]如图2所示，是根据本发明一个实施例的土石混合体三维细观结构生成方法中用于保存块石三维模型的块石三维模型数据库系统构架图。该系统应用于计算机装置10中，该计算机装置10包括通过数据总线连接的存储器11、处理器12、输入设备13和显示设备
14。计算机装置10可以是服务器、台式电脑、笔记本电脑等。块石三维模型数据库系统20的数据库可以采用MySQUOracle等实现，块石三维模型主要包括块石几何模型21、块石属性信息31及块石形态信息41。
[0042]块石几何模型21，用于录入并存储上述扫描得到的最终块石点云数据22及重建后的块石三维表面模型23。块石三维表面模型23是根据最终块石点云数据22构建三角形网格，从而实现块石三维表面模型的重建。
[0043]块石属性信息31，用于录入并存储诸如:块石的产地32、岩性33、成因34及密度35等用于描述块石属性的数据信息。
[0044]块石形态信息41，用于计算并存储诸如:块石的长轴尺寸42、中轴尺寸43、短轴尺寸44、表面积45及体积46等块石的几何形态数据信息。
[0045]步骤S503:根据需要生成的土石混合体三维细观结构模型的基本信息从块石三维模型数据库中获取块石样本，其中，基本信息包括粒度组成信息、块石属性信息和模型类型。
[0046]具体地，可通过如下方式得到块石样本:
[0047]1、输入需要生成的土石混合体三维细观结构模型的粒度组成信息。
[0048]2、根据粒度组成信息计算得到生成土石混合体三维细观结构模型所需的各粒组块石实际重量。
[0049]3、根据各粒组块石实际重量计算得到生成土石混合体三维细观结构模型所需的各粒组样本块石重量，其中，各粒组样本块石重量大于各粒组块石实际重量。
[0050]4、根据各粒组样本块石重量及块石属性信息从块石三维模型数据库中获取块石样本。
[0051]更为具体地，如图3所示，是根据本发明一个实施例的土石混合体三维细观结构生成方法中生成块石样本的流程图。结合图2和3，包括以下步骤:
[0052]步骤S10，输入需要生成土石混合体模型的基本信息(即输入需要生成的土石混合体三维细观结构模型的粒度组成信息)，包括粒度组成(即粒度组成信息)、块石属性信息(即块石产地、岩性、成因等)和模型类型等。其中，粒度组成，可以是块石的粒度级配、粒度分布函数等；块石属性，可以从已有块石数据库中的信息中选择获取，其中的一种或多种组合；模型类型，可以是规则的几何模型，例如:正六面体、圆柱体等，也可以是通过外部导入的任意形状的模型文件。
[0053]步骤S12，根据上述输入的粒度组成信息，计算得到所要生成的土石混合体试样模型所需各个粒组块石的实际重量(即土石混合体三维细观结构模型所需的各粒组块石实际重量)。
[0054]步骤S13，根据上述计算得到的各个粒组块石的实际重量信息，计算在生成土石混合体模型时所需要的各粒组的样本块石重量(即土石混合体三维细观结构模型所需的各粒组样本块石重量)。一般而言，为保证样本的合理性，块石样本总量为实际所需重量的
1.5?2倍。
[0055]步骤S14，根据上述计算得到的各粒组样本块石重量信息及块石属性信息，从块石三维模型数据库系统20中随机抽取相应的块石模型(即块石样本)，并保证所提取的每个粒组的块石总重量不小于所需要的样本重量，同时记录各个块石样本的粒径、重量等几何信息。所述块石的粒径，应为块石中轴尺寸。在从块石三维模型数据库20中随机抽取块石模型时，一方面可以直接从数据库系统20中提取得到样本块石模型，也可通过对数据库系统20中已有块石模型进行缩放的方式得到块石模型。需要说明的是，当数据库系统20中某粒组块石数量小于样本所需块石数量时，可以从其它形态相似的块石粒组中提取块石模型，然后经过等比例缩放的方式得到所需粒组的块石模型。
[0056]步骤S504:根据需要生成的土石混合体三维细观结构模型的模型类型建立土石混合体边界模型。
[0057]步骤S505:依据预设块石投放约束条件，从块石样本中选择块石向土石混合体边界模型中进行投放以生成土石混合体三维细观结构模型。其中，预设块石投放约束条件包括但不限于:块石的空间方位约束、块石投放的合理性判定约束和块石粒度特性判定约束。
[0058]具体而言，结合步骤S504和步骤S505，如图4所示，是根据本发明一个实施例的土石混合体三维细观结构生成方法的详细流程图。该方法包括:
[0059]步骤S21，根据步骤SlO得到需要生成土石混合体模型的模型类型，建立土石混合体试样的边界几何模型(即土石混合体边界模型)。
[0060]步骤S22，根据上述建立的土石混合体边界模型、各粒组块石实际重量及所生成的块石样本，在土石混合体边界模型进行块石投放。主要包括确定块石的空间方位、块石投放的合理性判定及块石粒度特性判定。
[0061]在上述示例中，块石空间方位是对块石进行随机投放时所需要的，包括块石投放时的形心坐标和产状。在进行块石投放时，以块石的形心为参考点，根据块石所要投放出的形心坐标及块石的空间产状，对块石模型进行平移和旋转变换。形心坐标(Cx，Cy，Cz)可以通过下式随机生成:
[0062]Cx = Xmin+ (Xmax-Xmin) X Rand1 ；
[0063]Cy = ymin+ (ymax-ymin) X Rand2 ；
[0064]Cz = zmin+ (zmax-zmin) X Rand3。
[0065]其中:xmin,Xmax为土石混合体边界模型的边界在X方向的最小值和最大值；ymin，ymax为土石混合体边界模型的边界在Y方向的最小值和最大值；zmin, Zmax为土石混合体边界模型的边界在X方向的最小值和最大值；RandpRand2及Rand3均为[0,1]范围内均勻分布的随机数。
[0066]块石产状为块石最长轴的倾向(Dip)和倾角(Dia)，可以通过下式随机生成:
[0067]Dip = Dipmin+ (Dipmax-Dipmin) XRand4 ；
[0068]Dia = Diamin+(Diamax-Diamin) X Rand5 X 90。。
[0069]其中山丨口—和Dipniax分别为所设定的生成块石长轴倾向分布范围，其值在O?360°范围内；Diamin和Diamax分别为所设定的生成块石长轴倾角分布范围，其值在O?90°范围内；Rand4及Rand5均为[0，I]范围内均匀分布(或其它分布，如正态分布等)的随机数。
[0070]在本实施例中，块石投放的合理性判定是对块石进行随机投放时是否满足基本的客观实际情况进行的判定，包括是否在土石混合体边界模型内及不与已有块石相交两个方面进行的判定。在土石混合体边界模型内的判定，为在投放块石时保证块石几何模型位于所要生成的试样边界模型范围内。不与已有块石相交的判定，为在投放新的块石时保证不与已经投放好的块石模型相交。
[0071]在本实施例中，如果所投放的块石模型不满足所述合理性判定，则重新随机生成块石空间方位，并对块石进行重新投放，直到满足合理性判定条件为止。对于同一可块石，如果累积投放失败的次数超过一个上限(一般可设为5000次)，则放弃该块石的投放，并重新从块石样本中选择新的块石进行投放。
[0072]进一步而言，粒度特性判定的目的是在对块石进行随机投放时，保证每个粒组累积投放成功的块石重量不超过本粒组实际重量。同时，为了保证投放的合理性，在块石投放时，先投放粒径大的块石，然后依次投放粒径小的块石。
[0073]步骤S506:渲染、展示并输出所述土石混合体三维细观结构模型。
[0074]具体而言，如图4所示，包括:
[0075]步骤S23，对所生成的土石混合体三维细观结构模型可视化查询，主要包括块石信息查询和三维可视化查询两个功能模块。
[0076]在该示例中，块石信息查询，主要包括生成土石混合体三维细观结构模型的粒度组成查询和块石空间产状查询，用于验证和分析所生成的土石混合体三维细观结构模型的粒度组成、块石空间产状是否满足输入条件的要求。
[0077]进一步地，三维可视化查询，可采用三维可视化技术实现颗粒三维模型的渲染、剖切、平移、旋转及缩放等三维展示功能。
[0078]步骤S24,将建立的土石混合体三维细观结构模型保存输出成*.Stl或*.gts等数据格式，以便可以用其它软件，如CAD、CAM等软件进行查看和展示，并为数值计算分析提供丰吴型支持。
[0079]根据本发明实施例的土石混合体三维细观结构生成方法，能够方便地获取块石真实的三维形态模型，并在此基础上建立土石混合体三维细观结构模型，并实现土石混合体三维细观结构模型的三维可视化展示、存储，为土石混合体物理力学数值试验研究与分析提供支持。
[0080]相较于现有技术，本发明的方法在对土石混合体三维细观结构建模时，采用非接触量测的方法构建真实的块石三维表面模型，能够反映块石的真实形态；然后根据块石三维模型数据库及所要生成的土石混合体三维细观结构模型的粒度组成特征和块石属性，生成块石样本，并采用计算机随机模拟的方式生成土石混合体三维细观结构模型。同时，所建立的土石混合体三维细观结构模型，可以进行渲染、剖切等查询操作，同时也可直接存储为通用数据格式用于数值试验研究。本发明实施例的土石混合体三维细观结构生成方法，大大提高了所生成的土石混合体三维细观结构模型的精细化程度，使得所生成的土石混合体三维细观结构模型更加能够真实地反映实际模型，从而使得在此基础上开展的物理力学性质数值试验研究更加可靠与合理。
[0081]本发明的进一步实施例还提供了一种土石混合体三维细观结构生成系统，包括:块石三维表面模型生成模块，用于对块石进行三维扫描，并根据扫描结果构建块石几何模型，其中，所述块石几何模型包括块石的点云数据和块石三维表面模型；块石三维模型生成模块，用于根据块石属性信息、块石形态信息和块石几何模型建立块石三维模型数据库；块石样本提取模块，用于根据需要生成的土石混合体三维细观结构模型的基本信息从所述块石三维模型数据库中获取块石样本，其中，所述基本信息包括粒度组成信息、块石属性信息和模型类型；土石混合体边界模型生成模块，用于根据需要生成的土石混合体三维细观结构模型的模型类型建立土石混合体边界模型；土石混合体三维细观结构模型生成模块，用于依据预设块石投放约束条件，从所述块石样本中选择块石向所述土石混合体边界模型中进行投放以生成土石混合体三维细观结构模型；以及可视化模块，用于渲染、展示并输出所述土石混合体三维细观结构模型。
[0082]在一些示例中，块石样本提取模块用于:根据输入的所述需要生成的土石混合体三维细观结构模型的粒度组成信息计算得到生成所述土石混合体三维细观结构模型所需的各粒组块石实际重量；根据所述各粒组块石实际重量计算得到生成所述土石混合体三维细观结构模型所需的各粒组样本块石重量，其中，所述各粒组样本块石重量大于所述各粒组块石实际重量；根据所述各粒组样本块石重量及块石属性信息从所述块石三维模型数据库中获取块石样本。
[0083]在一些示例中，所述预设块石投放约束条件包括:块石的空间方位约束、块石投放的合理性判定约束和块石粒度特性判定约束。
[0084]在一些不例中，块石三维表面模型生成模块用于:以多个视角对块石进行扫描以得到所述块石在所述多个视角下的块石点云数据；对所述多个视角下的块石点云数据进行拼接；对拼接后的块石点云数据进行降噪以得到最终块石点云数据；根据所述最终块石点云数据构建所述块石三维表面模型。
[0085]在一些示例中，块石三维表面模型生成模块包括:非接触式结构光三维扫描装置，用于对所述块石进行三维扫描以得到所述块石点云数据；计算机，用于对所述多个视角下的块石点云数据进行拼接和去噪以得到最终块石点云数据，并根据所述最终块石点云数据构建所述块石三维表面模型。
[0086]根据本发明实施例的土石混合体三维细观结构生成系统，能够方便地获取块石真实的三维形态模型，并在此基础上建立土石混合体三维细观结构模型，并实现土石混合体三维细观结构模型的三维可视化展示、存储，为土石混合体物理力学数值试验研究与分析提供支持。
[0087]相较于现有技术，本发明的系统在对土石混合体三维细观结构建模时，采用非接触量测的方法构建真实的块石三维表面模型，能够反映块石的真实形态；然后根据块石三维模型数据库及所要生成的土石混合体三维细观结构模型的粒度组成特征和块石属性，生成块石样本，并采用计算机随机模拟的方式生成土石混合体三维细观结构模型。同时，所建立的土石混合体三维细观结构模型，可以进行渲染、剖切等查询操作，同时也可直接存储为通用数据格式用于数值试验研究。本发明实施例的土石混合体三维细观结构生成系统，大大提高了所生成的土石混合体三维细观结构模型的精细化程度，使得所生成的土石混合体三维细观结构模型更加能够真实地反映实际模型，从而使得在此基础上开展的物理力学性质数值试验研究更加可靠与合理。
[0088]需要说明的是，本发明实施例的系统的具体实现方式与方法部分的具体实现方式类似，为了减少冗余，不做赘述。
[0089]在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0090]尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
【权利要求】
1.一种土石混合体三维细观结构生成方法，其特征在于，包括以下步骤: 对块石进行三维扫描，并根据扫描结果构建块石几何模型，其中，所述块石几何模型包括块石的点云数据和块石三维表面模型； 根据块石属性信息、块石形态信息和块石几何模型建立块石三维模型数据库； 根据需要生成的土石混合体三维细观结构模型的基本信息从所述块石三维模型数据库中获取块石样本，其中，所述基本信息包括粒度组成信息、块石属性信息和模型类型；根据需要生成的土石混合体三维细观结构模型的模型类型建立土石混合体边界模型； 依据预设块石投放约束条件，从所述块石样本中选择块石向所述土石混合体边界模型中进行投放以生成土石混合体三维细观结构模型；以及渲染、展示并输出所述土石混合体三维细观结构模型。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据需要生成的土石混合体三维细观结构模型的基本信息从所述块石三维模型数据库中获取块石样本，进一步包括: 输入所述需要生成的土石混合体三维细观结构模型的粒度组成信息； 根据所述粒度组成信息计算得到生成所述土石混合体三维细观结构模型所需的各粒组块石实际重量； 根据所述各粒组块石实际重量计算得到生成所述土石混合体三维细观结构模型所需的各粒组样本块石重量，其中，所述各粒组样本块石重量大于所述各粒组块石实际重量；根据所述各粒组样本块石重量及块石属性信息从所述块石三维模型数据库中获取块石样本。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设块石投放约束条件包括:块石的空间方位约束、块石投放的合理性判定约束和块石粒度特性判定约束。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述对块石进行三维扫描，并根据扫描结果构建块石几何模型，进一步包括: 以多个视角对块石进行扫描以得到所述块石在所述多个视角下的块石点云数据； 对所述多个视角下的块石点云数据进行拼接； 对拼接后的块石点云数据进行降噪以得到最终块石点云数据； 根据所述最终块石点云数据构建所述块石三维表面模型。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，利用非接触式结构光三维扫描装置对所述块石进行三维扫描以得到所述块石点云数据。
6.一种土石混合体三维细观结构生成系统，其特征在于，包括: 块石三维表面模型生成模块，用于对块石进行三维扫描，并根据扫描结果构建块石几何模型，其中，所述块石几何模型包括块石的点云数据和块石三维表面模型； 块石三维模型生成模块，用于根据块石属性信息、块石形态信息和块石几何模型建立块石三维模型数据库； 块石样本提取模块，用于根据需要生成的土石混合体三维细观结构模型的基本信息从所述块石三维模型数据库中获取块石样本，其中，所述基本信息包括粒度组成信息、块石属性信息和模型类型； 土石混合体边界模型生成模块，用于根据需要生成的土石混合体三维细观结构模型的模型类型建立土石混合体边界模型； 土石混合体三维细观结构模型生成模块，用于依据预设块石投放约束条件，从所述块石样本中选择块石向所述土石混合体边界模型中进行投放以生成土石混合体三维细观结构模型；以及 可视化模块，用于渲染、展示并输出所述土石混合体三维细观结构模型。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述块石样本提取模块用于: 根据输入的所述需要生成的土石混合体三维细观结构模型的粒度组成信息计算得到生成所述土石混合体三维细观结构模型所需的各粒组块石实际重量； 根据所述各粒组块石实际重量计算得到生成所述土石混合体三维细观结构模型所需的各粒组样本块石重量，其中，所述各粒组样本块石重量大于所述各粒组块石实际重量；根据所述各粒组样本块石重量及块石属性信息从所述块石三维模型数据库中获取块石样本。
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述预设块石投放约束条件包括:块石的空间方位约束、块石投放的合理性判定约束和块石粒度特性判定约束。
9.根据权利要求6-8任一项所述的系统，其特征在于，所述块石三维表面模型生成模块用于: 以多个视角对块石进行扫描以得到所述块石在所述多个视角下的块石点云数据； 对所述多个视角下的块石点云数据进行拼接； 对拼接后的块石点云数据进行降噪以得到最终块石点云数据； 根据所述最终块石点云数据构建所述块石三维表面模型。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述块石三维表面模型生成模块包括: 非接触式结构光三维扫描装置，用于对所述块石进行三维扫描以得到所述块石点云数据； 计算机，用于对所述多个视角下的块石点云数据进行拼接和去噪以得到最终块石点云数据，并根据所述最终块石点云数据构建所述块石三维表面模型。
【文档编号】G06T19/20GK104050717SQ201410302628
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年6月27日 优先权日:2014年6月27日
【发明者】徐文杰, 李澄清 申请人:清华大学