5.4.3 模型的颜色与纹理
在工程地质三维模型中,颜色是一个非常重要的物理特征,它可以明显地表现出不同层位之间、地层和断层之间的关系以及其他重要的地质结构面,尤其是在地质构造非常复杂的情况下。一般可简单地用颜色显示地质体,但为了更真实地反映实际地质情况,更多地采用表面纹理(Texture)来表现各种地质结构。
表面纹理的描绘用于表示细微的凹凸不平的物体表面,如岩石表面、布纹等。由于将这种细微的表面凹凸表达为数据结构不仅非常困难,而且无必要(因为通常只是为了逼真的视觉效果),因此可以用一种特殊的算法来模拟,将纹理逼真地显示出来,满足感官的观察需要。
Blinn在1978年提出,用扰动物体表面法线方向的方法来模拟表面凹凸纹理的真实感显示效果。该方法对原表面上的法线方向附加一个扰动函数,此函数使得原来法线方向的光滑、缓慢的变化方式变得剧烈而短促,通过光照形成了表面凹凸粗糙的显示效果。
令物体原表面为Q(u,v),Qu和Qv分别是Q沿u、v方向的偏导量;扰动函数为P(u,v),扰动后物体的新表面S(u,v)定义为
式中:
为Q(u,v)的法向量。
对式(5.7)中的u、v分别求偏导函数,由于扰动函数P很小,忽略余项有
式中:Su、Sv、Pu、Pv分别表示S(u,v)、P(u,v)对u、v求偏导函数。
记
为S(u,v)的法向量,可表示为两个偏导向量Su和Sv的叉积,则有
式(5.9)中的后两项为原表面法向量N⇀的扰动因子。使用
代替
进行光照模型计算,能在光滑的表面上显示出凹凸不平的纹理。任何有偏导数的函数都可以用做纹理扰动函数,不同的扰动函数控制生成不同的纹理。
在水利水电工程地质三维模型中,依据实际的工程地质描述,并结合水利水电工程制图标准,对于地层结构体、岩脉侵入体、大坝等进行纹理描绘,而其他地质结构如断层、错动带、风化卸荷带、地下水位线以及深裂缝等则用标准颜色醒目地表达。彩图5.2给出了锦屏一级工程地质模型中各类地质结构表示的颜色和纹理图例。