Die vorliegende Arbeit befasst sich mit dem Einsatz der Computergraphik als Hilfsmittel zur
Entwicklung, Überprüfung und Dokumentation geologischer Modellvorstellungen. Die Entwicklung von
Programmen zur Modellierung und räumlichen Visualisierung geologischer Grenzflächen bildete dabei
einen Schwerpunkt, die Anwendung der Verfahren auf unterschiedliche geologische Situatioen
einen anderen.
Der Ablauf der Modellierungen, d. h. welche der entwickelten Programme mit welcher Zielsetzung eingesetzt werden, richtet sich nach der Datengrundlage und ist im Zusammenhang mit den unterschiedlichen Ansätzen dokumentiert. Tiefenlinienpläne von Horizontgrenzen und Abfolgen parallel verlaufender geologischer Schnitte waren in dieser Arbeit zwei der wichtigsten Ausgangspunkte zur geometrischen Modellierung. Ergänzend wurden Methoden entwickelt, um räumliche Lagebeziehungen auf der Basis verschiedener weiterer Datenquellen zu visualisieren. Beispiele sind neben Grubenrissen auch Datensätze zur Lokation und Stärke von Erdbeben und geomagnetische Messungen. Die Gesamtheit der Programme deckt ein breites Spektrum zur Visualisierung so verschiedener Phänomene wie der Verteilung von Hypozentren und das magnetische Erscheinungsbild keltischer Grabhügel ab.
Alle entwickeleten Modelle bestehen aus einer Kombination von Dreiecksnetzen, die meist den Verlauf von Grenzflächen nachzeichnen. Sie repräsentieren dann geologische Horizonte, Störungen, Ausschnitte aus der Geländeoberfläche oder Stollen- und Streckenbegrenzungen im Bergwerk. Dreiecksnetze werden auch eingesetzt, um z. B. Erdbebenherde als Würfel zu symbolisieren, deren Grösse sich proportional zur aufgezeicheneten Magnitutde verhält.
Zur Modellierung der geologischen Grenzflächen wurden verschiedene Triangulationsverfahren kombiniert. Die Triangulation zwischen Schnitten und die Triangulation von Punktwolken wurden um spezielle Verfahren ergänzt. Im Vordergrund standen dabei die Möglichkeiten zur interaktiven Beeinflussung der Triangulation. Dazu gehörten die Vorgabe von Verbindungen zwischen Schnitten und verschiedene Kriterien zur Steuerung der Dreiecksvermaschung. Mit den Verfahren lassen sich unregelmässig begrenzte Flächen approximieren. Die entworfenen Benutzeroberflächen der Programme erlauben eine graphische Interaktion bei der geometrischen Modellierung.
Die Ergebnisse der Modellierung werden in einem Programmsystem visualisiert, das sich aus einem Graphikprogramm zur Darstellung der Geometrien und verschiedenen Steuerungsprogrammen zusammensetzt. Grundlegende Vorarbeiten dazu wurden in der letzten Dekade am Geologischen Institut in Freiburg geleistet. Die an Kommandos orientierte Visualisierung wird durch die graphischen Benutzeroberflächen vereinfacht. Ziel der Entwicklungen war eine Programmumgebung zur intuitiven, interaktiven Visualisierung. Die Steuerungsprogramm decken unterschiedliche Funktionsgruppen ab: die Modellpositionierung, die Vergabe von Darstellungsattributen (Transparenz, Farbe), das Clipping des Modellraums und die Animation von Zeitschrittfolgen.
Die Anwendug der Verfahren zur Modellierung und Visualisierung wird in drei Teilen dokumentiert. Der erste Teil umfasst Modelle geologischer Strukturen. Dargestellt sind gefaltete Horizonte und Störungen im Schweizer Faltenjura, Strukturen an der Grenze zweier tektonischer Einheiten im zentralen Apennin, Horizonte im Bereich von Salzstrukturen in Norddeutschland und verschiedene Schichtfolgen, die im Zusammenhang mit Kohlenwasserstoff-Vorkommen erkundet wurden.
Im zweiten Teil wird die Visualisierung der Ergebnisse numerischer Simulationen geologischer Prozesse behandelt. Demonstriert werden die Möglichkeiten der Animation von Simulationsergebnissen indem Zustände verschiedener Zeitschritte abwechselnd dargestellt werden. Das graphische Postprozessing bezieht sich auf Daten einer Transportsimulation im Bereich eines Aquifers und auf Ergebnisse eines Experiments zur numerischen Simulation von Gesteinsdeformationen.
Im dritten Teil werden verschiedene Modelle vorgestellt. Die Visualisierung zur Lage der Kruste-Mantel Grenze unter Deutschland und Umgebung ist ergänzt um die Hypozentren von Erdbeben aus einem Zeitraum von 10 Jahren. Mit der Visualisierung eines Grubengebäudes werden Methoden dokumentiert, die zur räumlichen Darstellung des Verlaufs von Strecken und Stollen, auf der Grundlage von Grubenrissen, entwickelt wurden. Das letzte Modell in diesem Abschnitt zeigt Möglichkeiten zur Visualisierung magnetischer Erkundungen an zwei Beispielen auf.
Zur Datenvorberitung der Modellierungen sind verschiedene Programme entwickelt worden, deren Vorstellung zum letzten Abschnitt der vorliegenden Arbeit überleitet. Graphische Editoren werden verwendet um digitalisierte Pläne und Schnitte zu bearbeiten. Andere Präprozessing-Schritte umfassen die Projektion geographischer Koordinaten. Eine Reihe von Konvertierungs- und Hilfsprogrammen vermittelt zwischen den unterschiedlichen Niveaus auf dem Weg zu darstellbaren Dreiecksnetzen. Spezielle Konzepte wurden implementiert, um ausgedehnte Datensätze über den Verlauf von Störungsbahnen zu organisieren und zwischen zwei kommerziellen Programmsystemen auszutauschen. Zusätzliche Hilfsprogramme ermöglichen die Darstellung von Richtungen und bewerten Datensätze darüberhinaus nach grundlegenden Verfahren der Zirkularstatistik. Abschliessend werden Aspekte zur Entwicklungsumgebung vorgestellt, wobei Programmierkonzepte, verwendete Libraries und Systeme im Vordergrund stehen.
Im Anhang ist eine Kurzdokumentation aller bearbeiteten Programme zusammengestellt. Als Ergänzung findet sich eine Auflistung der Kommandosprache des Visualisierungssystems, die -in Kommandogruppen untergliedert- jeweils kurzgefasste Erläuterungen zu den Funktionen enthält. Abschliessend wurde ein Glossar angefügt, in dem einige der verwendeten 'computertechnischen' Begriffe erläutert sind.