基于数字高程数据的真实地形三维建模技术

概述：

在土木工程、水利工程等涉及到地形的工程数值计算中，如建筑物或构筑物基础的开挖卸荷计算、混凝土坝的抗震计算、海床与海上构筑物仿真计算等等，常常需要对地形进行建模，地形的几何模型与真实场地的贴合程度会影响最终的计算结果。帖子提供了一种基于数字高程数据（Digital Elevation Model，DEM）的真实地形建模方法，该方法建模精度可调，理论上可以无限接近现实世界中的真实地形，用户可以依据自己的算力和计算需求调整建模精度。经验证，最终创建的地形模型可以成功导入ABAQUS、STARCCM、ANSYS等软件，可以进行结构化或非结构化网格划分。

需要的软件和数据

需要的软件有：GLOBAL MAPPER和CATIA，需要的数据有：数字高程数据

生成目标地形高程点数据

这里以北京的数据数据为例讲解流程。首先将北京的数字高程数据导入GLOBAL MAPPER软件中，帖子采用的是分辨率为12.5m的数字高程数据，用户可以根据自己的需要选择其他分辨率的数据。效果如下图所示：

对数据进行裁剪，得到我们需要建模的数据，仅仅为了演示，随便选择一个小区域，如下图所示：

红色框框内部的栅格就是自己裁剪的目标地形。裁剪之后的效果如下图所示：

导出该区域的离散高程点坐标，依据自己的算力选择采样间距，采样间距越小建模精度越高，但是计算时间就会越长。采取的高程点数据如下图所示：

生成真实地形的实体模型

在CATIA软件中，将高程点坐标数据拟合成离散的三角面片组成的mesh数据，如下图所示：

将离散的mesh数据合成为整体的surface如下图：

最终形成的几何模型如下图所示：

网格划分

这里以导入ABAQUS软件进行网格划分，导入其他的软件有类似的操作。将几何模型导入ABAQUS如下图所示：

地表的栅格是CATIA将点云数据分块划分为mesh所致，在画网格之前先将地表的面片进行合并，合并后如下图所示：

下面可以画网格，在ABAQUS绘制的六面网格，Structed算法绘制，如下图所示：

Sweep算法绘制，如下图所示：

在ABAQUS绘制的四面网格如下图所示：

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