具体实施方式

为了更清楚的理解该发明的内容，将结合附图和实施例详细说明。

本发明涉及的一种多层地壳结构三维打印建模生成方法，其流程如图1所示，包括：界面数据转换步骤，将三维建模过程中空间坐标轴X、Y、Z三个方向的数据单位进行统一，再将描述地形及地壳结构界面起伏的界面数据按照统一后的数据单位进行转换，得到多个地壳界面的规范化数据；三维顶/底界面模型生成步骤：根据多个地壳界面的规范化数据得到各个地壳顶界面和底界面规则网格的三维曲面几何模型，将规则网格的三维曲面几何模型进行三角剖分，得到三角网形式的顶部界面和底部界面三维曲面几何模型；三维剖面模型生成步骤：将各个地壳顶界面和底界面之间所围成的侧面或剖面区域，在同一比例尺下进行三角剖分，得到四个三维侧面或剖面几何模型；三维封闭地壳结构模型生成步骤，通过对之前步骤得到的地壳三维顶、底界面三维曲面几何模型以及侧面或剖面几何模型融合处理来构建三维封闭地壳结构模型，并将三维封闭地壳结构模型作为数据对象生成STL数据体，制作三维打印模型。本发明针对解决三维地学模型建模尤其是地壳三维模型构建中的从几何界面数据描述到三维实体模型数据表达的快速建模过程，在统一的顶、底界面同比例尺条件下，通过三维顶、底界面及剖面模型的生成，实现封闭地壳结构模型的生成，为三维打印提供模型数据保障。

一、具体地，在界面数据转换步骤中，可理解为包括三维建模数据统一步骤和界面数据转换步骤。

三维建模数据统一步骤：将三维建模过程中空间坐标轴X、Y、Z三个方向的数据单位进行统一，也就是按照合适的比例建模。

界面数据转换步骤：是将描述地形及地壳结构界面起伏(通常是按照经度(Lon.)、纬度(Lat.)和高度或深度(H)来描述界面起伏的)的界面数据依据上述步骤统一后的数据单位在符合比例尺要求的情况下进行转换，得到多个地壳界面的规范化数据。也就是说，对这些界面数据进行转换(或者说是变换)，得到“变换数据”描述，在这种数据符合特点的比例尺要求，这样依次对界面1、界面2至界面i，完成多个地壳界面的数据规范化工作。

二、在三维顶/底界面模型生成步骤中，根据多个地壳界面的规范化数据得到各个地壳顶界面和底界面规则网格的三维曲面几何模型，如图2所示的示意图，这个规则网格的曲面模型通常为四边形，通过对规则四边形网格的三维曲面几何模型进行三角剖分(或者说是三角化，三角元剖分)，可以得到“三角元剖分”结果，即得到三角网形式的顶部界面和底部界面三维曲面几何模型；这种三角网描述形式，可以以不同精度来无限逼近一个三维空间的曲面几何形态。

三、在三维剖面模型生成步骤中，将各个地壳顶界面和底界面之间所围成的侧面或剖面区域在同一比例尺下进行三角剖分，在经过上述两部分工作之后，可以得到多个不同地壳界面的几何模型。但是这些界面之间彼此并不封闭，不能构成一个封闭的几何体。这个部分流程工作，需要对由顶界面和底界面之间所围城的侧面或剖面生成几何模型。如图3所示的示意图，要求在同一个比例尺下，将地壳模型1的“顶界线1”和“底界线1”之间的区域用三角形进行剖分，该区域即地壳结构的侧面或剖面，通过对侧面或剖面的三角剖分依次得到四个侧面或剖面的“三角元剖分”结果——四个三维侧面或剖面几何模型。

四、在三维封闭地壳结构模型生成步骤中，是将上述步骤得到的地壳三维顶、底界面三维曲面几何模型以及侧面或剖面几何模型一起来共同构建三维封闭地壳结构模型，作为数据对象生成STL数据体，制作三维打印模型。优选地，封闭地壳结构模型包括“上地壳模型”、“下地壳模型”和“上地幔模型”，由上到下，底界面与顶界面相互重合，共同构成三维地壳模型对象。通过上述各步骤的配合工作，可以将离散的地壳界面起伏i，通过三角元形式实现闭合的数据对象表面表述，故提供一种由多个几何界面生成封闭几何模型的数据方法，最后可以生成STL数据体，直接用于三维打印模型的制作。

优选地，在三维剖面模型生成步骤之后，还包括几何界面精度平衡步骤，通过对地形的三角剖分降低精度，对地壳内部界面的三角剖分提高精度，将不同精度的几何界面平衡化。

需要说明的是，三角剖分可以用于逼近任意曲面，而地壳界面起伏从地表地形到深部的Moho面都是一种曲面对象，一般都采用规则节点网格或四边形网格来描述界面起伏，要想实现三维打印，必须要进行由规则节点到三角元形式的数据转换工作，这部分工作的目的除了在于要满足STL模型文件格式要求外，还可以实现对地壳界面起伏的逼近控制，比如一般地表地形与地壳界面起伏的探测精度相差较大，地形由于可以直接测量，精度很高，可以达到m或cm的量级，而地壳内部界面都是由一些地球物理方法推测或反演得到，精度要低于地形探测几个量级，因此，为了更好地将这些不同精度的几何界面更加有效地统一描述，本发明设计方法通过采用三角剖分算法配合几何界面精度平衡步骤对地形的三角剖分降低一些精度，对地壳内部界面的三角剖分提高一些精度，将不同精度的几何界面平衡化，这种精度平衡化的工作采用三角元剖分算法更加高效。

本发明提供了一种数据转化方法或接口，为地壳内部界面的几何描述，到三维打印封闭模型的生成提供了一种快捷方法，通过采用三角剖分算法并将不同精度的几何界面平衡化，能够将不同精度的几何界面更加有效地进行统一描述，并在统一的顶、底界面同比例尺条件下，通过三维顶、底界面及侧面或剖面模型的生成，实现封闭地壳结构模型的生成，是将离散的地壳界面起伏，通过三角元形式实现闭合的数据对象表面描述，并生成STL数据体直接用于三维打印模型的制作，为三维打印提供了模型数据保障。

本发明还涉及一种多层地壳结构三维打印建模生成系统，该系统与上述的多层地壳结构三维打印建模生成方法相对应，可理解为是实现上述多层地壳结构三维打印建模生成方法的系统，该系统优选结构如图4所示，包括依次连接的界面数据转换模块、三维顶/底界面模型生成模块、三维剖面模型生成模块和三维封闭地壳结构模型生成模块，还优选包括几何界面精度平衡模块，几何界面精度平衡模块分别连接三维顶/底界面模型生成模块和三维剖面模型生成模块。

界面数据转换模块：将三维建模过程中X、Y、Z三个方向的数据单位进行统一，再将描述地形及地壳结构界面起伏的界面数据按照统一后的数据单位进行转换，得到多个地壳界面的规范化数据；该描述地形及地壳结构界面起伏的界面数据优选为经度、纬度和深度；三维顶/底界面模型生成模块：根据多个地壳界面的规范化数据得到各个地壳顶、底界面规则网格的三维曲面几何模型，将规则网格的三维曲面几何模型进行三角剖分，得到三角网形式的顶、底界面三维曲面几何模型；该规则网格的曲面模型优选为四边形曲面模型；三维剖面模型生成模块：将各个地壳顶、底界面之间所围成的侧面或剖面区域，在统一的顶、底界面同比例尺条件下进行三角剖分，得到四个三维侧面或剖面几何模型；几何界面精度平衡模块：通过对地形的三角剖分降低精度，对地壳内部界面的三角剖分提高精度，将不同精度的几何界面平衡化；三维封闭地壳结构模型生成模块：通过得到的地壳三维顶、底界面三维曲面几何模型以及侧面或剖面几何模型构建三维封闭地壳结构模型，其构建的三维封闭地壳结构模型优选包括上地壳模型、下地壳模型和上地幔模型，再将三维封闭地壳结构模型作为数据对象生成STL数据体，制作三维打印模型。

通过本发明多层地壳结构三维打印建模生成方法和系统，可以快速地将界面起伏几何描述，转化为三维打印STL数据模型，这对于快速应用三维打印技术生成地壳结构模型是十分重要的。很多地壳结构探测得到的界面起伏数据，应用本发明多层地壳结构三维打印建模生成方法和系统，可以快速地实现封闭几何三角元模型数据生成，并用于三维打印方式来描述地壳结构。

应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明创造，但不以任何方式限制本发明创造。因此，尽管本说明书参照附图和实施例对本发明创造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修改或者等同替换，总之，一切不脱离本发明创造的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明创造专利的保护范围当中。