1 激光掃描

? ? ? ? 工程實踐中，我們經(jīng)常面對各種形態(tài)各異、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的地質(zhì)體。傳統(tǒng)的地質(zhì)調(diào)查測量方法往往難以滿足對精細建模數(shù)據(jù)的需求，這限制了我們對工程地質(zhì)體進行準(zhǔn)確分析和數(shù)值模擬，進而影響了我們對地質(zhì)體穩(wěn)定性的判斷。然而，在測量領(lǐng)域的不斷發(fā)展中，三維激光掃描技術(shù)已經(jīng)嶄露頭角，成為一項引人矚目的新興測繪技術(shù)。這項技術(shù)在多個工程應(yīng)用領(lǐng)域展現(xiàn)出了令人振奮的技術(shù)優(yōu)勢。作為一種獲取空間數(shù)據(jù)的有力手段，三維激光掃描技術(shù)可以迅速、高效地將被測對象的表面幾何特征轉(zhuǎn)化為點云數(shù)據(jù)。如圖1三維地質(zhì)掃描模型所示。

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? ? ? ? 通過這種技術(shù)，我們能夠更準(zhǔn)確地捕捉地質(zhì)體的細節(jié)，包括那些難以通過傳統(tǒng)方法獲取的微小變化。這不僅為工程分析提供了更豐富的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，也為數(shù)值模擬的可靠性提升提供了新的可能性。因此，三維激光掃描技術(shù)正在逐漸改變地質(zhì)工作者的工作方式，為我們提供更為全面和精確的地質(zhì)信息，從而為工程項目的成功實施提供更堅實的基礎(chǔ)，如下圖2所示。?

? ? ? ? ?通過激光掃描生成的.obj文件，往往具有一下缺陷：

1.掃描文件并非實體化模型，可以直接劃分網(wǎng)格

2.掃描文件常非目標(biāo)物件的物件被識別，并且難以避免

3.掃描文件常有漏洞、空洞等未識別區(qū)域

4.掃描文件識別區(qū)域往往呈非規(guī)則圖形，幾何形態(tài)復(fù)雜

? ? ? ? 綜上所屬，需要對三維激光掃描結(jié)果文件進行二次處理，流程如下圖3所示：?

2 犀牛建模與Griddle2.0實體網(wǎng)格建立

? ? ? ? ?Rhino是美國Robert McNeel & Assoc開發(fā)的PC上強大的專業(yè)3D造型軟件，它可以廣泛地應(yīng)用于三維動畫制作、工業(yè)制造、科學(xué)研究以及機械設(shè)計等領(lǐng)域。它能輕易整合3DS MAX 與Softimage的模型功能部分，對要求精細、彈性與復(fù)雜的3D NURBS模型，有點石成金的效能。能輸出obj、DXF、IGES、STL、3dm等不同格式，并適用于幾乎所有3D軟件，尤其對增加整個3D工作團隊的模型生產(chǎn)力有明顯效果，故使用3D MAX、AutoCAD、MAYA、Softimage、Houdini、Lightwave等3D設(shè)計人員不可不學(xué)習(xí)使用。

? ? ? ? Rhino，中文名稱犀牛，是一款超強的三維建模工具。不過不要小瞧它，它包含了所有的NURBS建模功能，用它建模感覺非常流暢，所以大家經(jīng)常用它來建模，然后導(dǎo)出高精度模型給其他三維軟件使用。如圖4犀牛建模模型示意圖所示

? ? ? Griddle?2.0是犀牛建模軟件Rhino的一個插件，它提供了一個靈活且強大的網(wǎng)格生成工具。網(wǎng)格是由一系列交錯的水平線和垂直線組成的二維結(jié)構(gòu)，可以用于創(chuàng)建復(fù)雜的曲面、建筑物和其他形狀。Griddle?2.0插件允許用戶在Rhino中使用各種算法和參數(shù)來生成網(wǎng)格，并且可以根據(jù)需要進行調(diào)整和優(yōu)化。如圖5 Griddle2.0插件示意圖所示

GInt——面網(wǎng)格相交器

Gsurf——重新劃分面網(wǎng)格

GVol——非結(jié)構(gòu)化體網(wǎng)格生成

GHeal——面網(wǎng)格修復(fù)工具

GExtract——面網(wǎng)格抽取工具

GExtend——面網(wǎng)格延伸工具

詳情可看本人投稿《Griddle1.0/2.0軟件分享》一文（https://www.bilibili.com/read/cv25208005 出處：bilibili）

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3 數(shù)值模擬計算

? ? ? ? 為了方便導(dǎo)入Flac3d、3dec、Ansys等數(shù)值模擬軟件精準(zhǔn)定位所需區(qū)域，并對所需區(qū)域精準(zhǔn)賦參，需預(yù)先在建模過程中對網(wǎng)格進行劃分。本文使用犀牛建模軟件中的建模分割工具，預(yù)先繪制平面切割目標(biāo)模型，后利用模型分割平面，在模型中生成單一曲面，以達到讓軟件識別的目的，如圖6所示。

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? ? ? 導(dǎo)入模型：首先，將需要劃分節(jié)理面的三維模型導(dǎo)入犀牛建模軟件中。這可以是從地質(zhì)測繪數(shù)據(jù)中獲取的地質(zhì)體或其他物體模型。

選擇工具：在犀牛建模軟件中，選擇合適的工具來劃分模型的節(jié)理面。一般來說，可以使用繪制線條、平面剖分或其他相關(guān)工具來創(chuàng)建模型中節(jié)理面的標(biāo)記。

繪制節(jié)理面：使用選擇的工具在模型表面繪制節(jié)理面的標(biāo)記線。這些標(biāo)記線可以表示地質(zhì)體中的裂縫、層理或其他結(jié)構(gòu)性特征。

連接線條：在繪制標(biāo)記線后，可能需要使用軟件中的工具來連接這些線條，形成實際的節(jié)理面。這可能涉及到平面的剖分、曲線的連接或其他幾何操作。

調(diào)整參數(shù)：犀牛建模軟件通常提供了許多參數(shù)來控制模型的幾何特征。你可以根據(jù)需要調(diào)整這些參數(shù)，以確保節(jié)理面與模型的幾何形狀相匹配。

預(yù)覽和驗證：在劃分節(jié)理面完成后，使用軟件的預(yù)覽功能來查看模型的新幾何結(jié)構(gòu)。確保劃分的節(jié)理面符合預(yù)期，并且沒有出現(xiàn)意外的幾何問題。

保存和導(dǎo)出：一旦滿意，將劃分好的模型保存，并可能將其導(dǎo)出為需要的文件格式，以便在其他軟件中繼續(xù)進行分析、模擬或展示。

? ? ? ?需要注意的是，這只是一個一般性的步驟指南。具體的操作可能因犀牛建模軟件的版本、你的模型特點以及工程目的的不同而有所不同。在實際操作中，你可能需要參考犀牛建模軟件的用戶手冊或在線資源，以獲取更詳細的指導(dǎo)。

? ? ? ? Itasca公司由Charles Fairhurst 院士等-批杰出科學(xué)家創(chuàng)立, Charles Fairhurst 是巖石力學(xué)學(xué)科、和國際巖石力學(xué)學(xué)會創(chuàng)始人之一,被業(yè)界譽為巖石力學(xué)之父。技術(shù)團隊中超過50%的員工獲得博士學(xué)位,包括-批杰出的世界級專家,專家團隊目前在全球4個國家獲得5席院士席位，歷任國際巖石力學(xué)學(xué)會主席-屆、副主席兩屆。

? ? ? ?Itasca系列軟件巖土工程專業(yè)軟件,包括FLAC2D、FLAC3D、UDEC、3DEC、PFC2D、和PFC3D，這些程序的共同特點如下：

? ? ? ? 針對巖土體問題開發(fā)、但不限于巖土體問題 可以解決大變形、甚至幾何形態(tài)破壞問題 可以追蹤記錄破壞過程 多種巖土本構(gòu) 地質(zhì)結(jié)構(gòu)面模擬 真時間歷程動力模擬 地下水模擬 內(nèi)置外接程序語言滿足用戶特定要求

FLAC2D/FLAC3D 巖土體工程高級連續(xù)介質(zhì)力學(xué)分析軟件

UDEC/3DEC 高級非連續(xù)力學(xué)分析軟件

PFC2D/PFC3D 為類巖土材料和粒狀系統(tǒng)設(shè)計的2D/3D微觀力學(xué)離散元分析軟件

本文已導(dǎo)入3DEC軟件為例子示意，詳情參考圖7所示：

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