2.4 三维地质建模软件简介
三维地质建模工具应具备以下几个基本能力：①需要一个适宜进行三维地质建模，并能表达地质对象的拓扑结构、几何结构以及属性信息的三维数据模型；②融合多源数据、构建复杂三维地质体的能力；③模型的动态更新能力；④三维分析及可视化能力。
目前国际上常用的三维建模和可视化软件平台有GOCAD、Earth Vision、ArcGIS 3D Analyst、GSI3D、Geo Modeller、GDM Multilayer、Isatis、Petrel和Surfer等，如表2-1所示。
表2-1 国际上常用的三维建模和可视化软件平台
（续表）
国内近20年在地质建模软件开发方面发展比较迅速，如Map GIS-TDE 三维处理平台、Quanty View 三维可视化地学信息系统平台、EV-Globe三维空间信息系统、GeoGlobe数据组织管理与可视化软件、VRMap三维地理信息系统软件、3D Grid 三维地质建模软件、DGSInfo 数字地质调查信息综合平台、Minesoft矿产地质勘查评价软件等。
本书建模使用的地质模型构建软件为GOCAD（Geological Object Computer Aided Design），作为石油、地质、物探、采矿等行业的标准三维地学模型软件，其具有非常强大的功能。自1989年GOCAD 研究计划提出，经历10年的发展，GOCAD 软件正式发行。由于其强大的三维模型构建和分析功能，该软件广泛应用于航天、环境等领域。GOCAD 软件区别于其他建模软件的特点主要有以下五点。
（1）实现了通用地球模型所设想的功能
GOCAD 软件使用标准工业（数据）转换格式，各种专业软件数据可以直接导入软件，同时GOCAD 内置了多种地球科学分支学科的数据处理和分析功能，提供统一强大的三维可视化平台，从而让研究人员实现交叉学科团队统一协作。通过GOCAD 中的流程自动化工具，使用者能够利用系统提供的向导，逐步实现地下构造的快速重建，无须经过烦琐的软件处理和数据转换。
（2）全三维、全拓扑
与现有通用的GIS软件不同，GOCAD 软件从数据结构、工作模式和功能设置方面都实现了真三维化，提供了非常全面的三维空间分析支持，同时，GOCAD采用了先进的三维空间场景渲染引擎，对复杂三维空间对象的渲染和显示效率远远高于一般三维模型软件。通过系统提供的虚拟现实接口，甚至能实时生成模拟地质构造环境，增强使用者对数据的操作和控制能力，提高研究人员对地质构造的认识水平。
GOCAD采用的三维矢量拓扑数据模型，从底层实现了对空间对象拓扑信息的存储和管理，并能够分析三维空间对象的拓扑关系，进行复杂曲面的交叉和切割等空间关系的计算。利用系统提供的整形工具，使用者能够对多种空间实体进行编辑操作，可以添加、修改、删除空间实体或实体子集，在编辑过程中，GOCAD能够实时重建或修改空间实体的拓扑关系。GOCAD 不仅支持空间对象的几何建模，还增加了属性建模的工具，使用者能够建立地质体或地下空间的地球物理、地球化学和地下流体等方面的专业模型。
（3）使用特殊的空间插值算法
在进行地质体建模时，需要利用具有不同可信度和不规则分布的复杂数据对地质体的几何形态和物性特征进行插值。经典CAD 软件虽然可以用来创造漂亮的模型，但它不考虑任何约束，因为设计CAD 方法的数学家们更注重提供交互模拟漂亮图形的工具，而较少考虑数据体本身的复杂性；另外，经典CAD方法只注意模拟物体的几何特性，并不关心它们的物理性质。在地质科学中，不能只追求好看，还要关注由已知信息引入的约束，要求同时模拟地质体的几何特性和物理性质，因为两者在很多情况下是相互联系的。因此，对于地质科学中的特殊需要，经典CAD方法是不适用的，必须寻求一类特殊的数学模拟方法。
针对经典CAD 方法的不足，GOCAD 软件开发了针对地质建模特点的插值算法，即DSI。DSI类似于解微分方程的有限元方法，用一系列具有空间实体几何和物理特性、相互连接的空间坐标点来模拟地质体，已知节点的空间信息和属性信息被转化为线性约束，引入模型生成的全过程，因此DSI适用于自然物体的模拟。DSI的基本内容是：对一个离散化的自然体模型，建立相互联络的网络，如果网络上的点满足某种约束条件，则未知节点的值可以通过解一个线性方程得到。
（4）具备良好的软硬件平台兼容性
GOCAD 实现了平台的无关性，可稳定运行于32位或64位操作系统，在Windows NT、UNIX 和Linux环境中具有类似的用户界面和相同的数据结构，使工作能够在个人计算机或高端图形工作站等各种平台顺利进行。
（5）拥有强大的地质统计分析功能
地质统计学是以区域化变量理论为基础，以变差函数为主要工具，研究那些在空间分布上既有随机性又有结构性，或有空间相关性和依赖性的自然现象的科学。GOCAD 软件提供了强大的地质统计分析模块：空间数据分析、克里金估计、序贯高斯模拟等。
在三维地质体建模领域，国际上还有一些比较先进的三维可视化系统，但因缺乏对地质体进行切割、变形等指向目标的操作功能，尚不能完全满足地质建模的需要。虽然不能说GOCAD 中的建模方法就一定代表着地质体建模的唯一的发展方向，但必须承认，GOCAD 在建模数字化方面已大大向前迈进了一步，为我们深入研究数字化建模开辟了道路。
【注释】
[1]详见http：//srtm.csi.cgiar.org/。
[2]详见http：//www.ersdac.or.jp/GDEM/E/1.html。