päivitys Työraportti Jorma Nummela Pirjo Hellä Pauli Saksa Kesäkuu 2001

Transkriptio

1 Työraportti ROCK-CAD NTgeologisen mallinnusohjelmiston päivitys Jorma Nummela Pirjo Hellä Pauli Saksa Kesäkuu 200 POSIVA OY Töölönkatu 4, FIN-0000 HELSINKI, FINLAND Tel Fax

2 Työraportti ROCK-CAD NTgeologisen mallinnusohjelmiston päivitys Jorma Nummela Pirjo Hellä Pauli Saksa Kesäkuu 200

3 TEKIJÄ- ORGANISAATIO: Fintact Oy Hopeatie B Helsinki TILAAJA: Posiva Oy Töölönkatu Helsinki TILAUSNUMEROT: 9502/99/TIMO ja 962/00/HH POSIVAN TARKASTAJA: 2.L,(.,,Dt jti-cf Heikki HinkkJe: Posiva Oy KONSULTIN YHDYSHENKILÖ: Pauli Saksa Fintact Oy TYÖRAPORTTI 200-4: ROCK-CAD NTgeologisen mallinnusohjelmiston päivitys Kesäkuu 200 TEKIJÄT: \~L Jorma Nummela rfjo ~~?~~. Pirjo Hellä Pauli Saksa TARKASTAJA JA HYVÄKSY JÄ:

4 Työ r a p o r t t i ROCK-CAD NTgeologisen mallinnusohjelmiston päivitys Jorma Nummela Pirjo Hellä Pauli Saksa Fintact Oy Kesäkuu 200 Pesivan työraporteissa käsitellään käynnissä olevaa tai keskeneräistä työtä. Esitetyt tulokset ovat alustavia. Raportissa esitetyt johtopäätökset ja näkökannat ovat kirjoittajien omia, eivätkä välttämättä vastaa Posiva Oy:n kantaa.

5 Nummela, J., Hellä, P., Saksa, P ROCK-CAD NT - geologisen mallinnusohjelmiston päivitys. Helsinki, Finland: Posiva Oy. 60s. Työraportti TIIVISTELMÄ ROCK-CAD-mallinnusjärjestelmää on käytetty Posivan ydinjätteen loppusijoitukseen tähtäävissä tutkimuksissa kallioperän geologisten ominaisuuksien mallintamiseen ja tutkimusten suunnitteluun noin kymmenen vuoden ajan. Tutkimusalueiden kolmiulotteiset kalliomallit ovat olleet yhteenveto alueen kenttätutkimusten tuloksista ja tietämyksestä. Kalliomalleja on hyödynnetty tutkimusten suunnittelussa ja ne ovat toimineet esimerkiksi virtauslaskennan ja loppusijoitustilojen asemointitarkastelujen lähtötietona. Mallinnusohjelmisto on perustunut Parameter Technologyn Medusamallinnusjärjestelmään ja toiminut UNIX-käyttöjärjestelmässä. ROCK-CAD-mallinnusjärjestelmä on siirretty AutoCAD2000- ja PC/Windowsympäristöön. Nämä ovat käyttökustannuksiltaan merkittävästi halvemmat. Myös ohjelmistotuen ja kehityksen jatkuvuus on turvatumpi. Mallien siirrettävyys muihin järjestelmiin helpottuu, koska monet yleiset 3D-ohjelmistot lukevat AutoCADin tiedostoformaatteja. ROCK-CAD-mallinnusjärjestelmän vanhat ja aktiivisesti käytetyt ominaisuudet säilytettiin. Järjestelmän uudet toiminnat tehostavat mallin, kappaleiden ja niiden ominaisuuksien hallintaa, dokumentointiaja esitystapoja. Toiminnot ovat käytettävissä kuten AutoCADin omat komennot. Mallinnusjärjestelmä on laadittu siten, että sen kehitykselle on mahdollisimman vähän rajoituksia. ROCK-CAD-mallit luodaan tutkimusalueittain. Mallit muodostetaan kivilajeja ja rakenteita esittävistä geometrisistä kappaleista. Kappaleen ominaisuudet määrittävät sen tyypin, tiedon varmuustason sekä esitystavan. Mallityyppien tai kappaleitten ominaisuuksien määrää ei ole rajoitettu. Kappaleina on nimi ja uniikki tunnus. Varsinaiset mallit muodostetaan kokoonpanolistojen avulla. Kokoonpanot ovat aikaisempia kivilaji- ja rakennemalleja juostavampi tapa hallita mallia. Kappaleiden geometrian luontia varten on kehitetty AutoCADin vakiotyökaluja monipuolisemmat polyline- ja maastomallintajat. Kappaleitten mallinnus on entistä vuorovaikutteisempaa. Kairanreikä-ja kenttämittaustulosten esittämiseksi kehitetyt työkalut mahdollistavat aikaisempaa nopeamman ja monipuolisemman tiedonsiirron mallinnusjärjestelmään esimerkiksi TUTKA-arkistosta. Ohjelmiston päivityksen yhteydessä on Olkiluodon kalliomalli siirretty uuteen mallinnusjärjestelmään ja sen muodollinen oikeellisuus on tarkistettu. Avainsanat: geologia, 3D-mallinnus, kallioperän mallinnus, AutoCAD, ROCK-CAD

6 Nummela, J., Hellä, P., Saksa, P ROCK-CAD NT- revision of the geological modeling system. Helsinki, Finland: Posiva Oy. 60 p. Working Report ABSTRACT Posiva Ltd takes care of the research and development tasks related to disposal of spent nuclear fuel. ROCK-CAD modeling system has been used within the program for modeling the bedrock properties for about ten years. Three-dimensional models of the sites have summarized the results of field investigations and other geological knowledge. The models have been utilized in planning of further investigations and e.g. in flow modeling as well as in tentative repository siting. ROCK-CAD modeling system has been transferred from UNIX-based Medusa modeling to AutoCAD2000 and PC/Windows environment. This means lower operatienai costs and a more secure software support and development. The models have become more easily transferable, as many of the common 3D packages read AutoCAD file formats. Actively used functions of the previous ROCK-CAD modeling system have been revised. The new in-house developed functions enhance the management of the modeling project, objects and their properties, documentation and presentation. They operate similarly as built-in AutoCAD commands. The system has been revised in a way that future maintenance and development can be done easily. ROCK-CAD is a project based modeling system. The models consist of 3D volumetric objects describing lithological units and fractured zones. Properties describing the type, certainty level and presentation formats can be attached to objects. Each ohjeet has a name and a unique identification number. V arious themes, like lithological and, hydrological units can be presented. The actual models are composed by lists defining the objects and their relations. The composition lists are a flexible way to handle and modify the model for various purposes. Modeling tools, which enable to create more complex geometries than the built-in AutoCAD tools, have been developed. These include polyline and terrain modelers. The modeling of the objects can now be done more interactively. Tools for presenting various field investigation results have been developed in order to allow easier data import from e.g. the digital TUTKA-archive. The three-dimensional model of the Olkiluoto site has been transferred to the new modeling system and it has been validated. Keywords: geology, 3D-modeling, bedrock modeling, AutoCAD, ROCK-CAD

7 SISÄLLYSLUETTELO TIIVISTELMÄ ABSTRACT SISÄLLYSLUETTELO JOHDANT LÄHTÖTILAN NE UUSI MALLINNUSJÄRJESTELMÄ Yleistä Laitteisto ja ohjelmisto Projektin hallinta Objektit Yleiskuvaus objekteista Objektien geometria Objektien ominaisuudet Kokoonpanot Kairanreikien ja mittaustulosten 3D-esitykset Leikkaukset TESTAUS ESIMERKKI YHTEENVETO LÄHDELUETTELO LIITTEET LIITE KÄSITTEITÄ... 3 LIITE 2 ROCK-CAD NT - LYHYT KÄYTTÖOHJE LIITE 3 KAPPALEITTEN MÄÄRITTELY WINROCKY TIEDOSTOISSA LIITE 4 YHTEENVETO KOMENNOISTA... 59

8 JOHDANTO ROCK-CAD-kalliomallinnusohjelmistoa on hyödynnetty Suomessa suoritetuissa ydinjätteen loppusijoitustutkimuksissa 980-luvun lopulta alkaen (Saksa 995). ROCK-CADissä on mallinnetto tutkimusalueiden kivilajivaihtelua sekä rikkonaisuusrakenteiden esiintymistä. Kalliomalleja on laadittu useasta eri alueesta ja malleja on päivitetty uusien kenttätutkimuksien ja tulkintojen perusteella. Kalliomalli on tehostanut alueiden arviointia, ollut perusta tulkinta- ja mallinnustyön dokumentoinnille ja toiminut laskentaohjelmien (esim. pohjaveden virtaus) lähtötietona. ROCK-CAD on perustunut Computervisionin Medusa 3D-mallinnusohjelmistoon, jonka mallintajan ympärille on rakennettu oma sovellus eri ohjelmointikieliä käyttäen. Mallinnusjärjestelmä on toiminut UNIX-työasemalla (Solaris 2.x Sun Sparcstation). Koska UNIX-ympäristön laitteistot todettiin melko kalliiksi ja käytännössä myös Medusa-ohjelmiston kehitys oli pysähtynyt, alettiin pohtia siirtymistä PCympäristössä toimivaan mallinnusohjelmistoon. Tavallisten PC-koneiden teho oli noussut huimasti verrattuna ROCK-CADin käyttöönottoajankohtaan yli kymmenen vuotta sitten, mikä mahdollisti mallinnusjärjestelmän siirron PC:lle. Vuonna 997 käynnistettiin selvitys CAD-järjestelmistä, joiden ympärille uusi sovellus voitaisiin rakentaa. Vaihtoehtoina olivat SolidWorks, SolidEdge, MicroStation ja AutoCAD. Järjestelmien ominaisuuksia ja mahdollisuuksia verrattiin sekä teknisten erittelyiden perusteella että keskusteluilla maahantuojan/edustajan kanssa. SolidWorksin ja SolidEdgen piirto-ominaisuudet todettiin puutteellisiksi. Sekä MicroStation että AutoCAD puolestaan vastasivat hyvin asetettuja vaatimuksia ja teknisin perustein niistä olisi voitu valita kumpi tahansa. CAD-järjestelmäksi valittiin Autodesk Inc./ AutoCAD2000-ohjelmisto sen yleisyyden ja aineiston helpon siirrettävyyden takia. AutoCADin valinta määräsi käyttöjärjestelmäksi Microsoft WinNT:n ja sovelluskehitystyökaluksi Microsoft:n Visual C++ rev 6.0. Visual Basic olisi ollut ohjelmointikielenä myös mahdollinen, mutta se hylättiin hitauden ja mahdollisen ominaisuuksien ja tuen riittämättömyyden vuoksi. Myös tuotesuoja on helpommin varmistettavissa käytettäessä Visual C++-kieltä. Uuden mallinnusjärjestelmän haluttiin sisältävän ne vanhan järjestelmän toiminnot, jotka olivat olleet aktiivisesti käytössä. Mallinnusjärjestelmän muutostarpeita ja uusia toimintoja kartoitettiin haastattelemalla mallin käyttäjiä. Haastattelujen perusteella kaivattiin mm. digitaalisesti katseltavaa versiota mallista, nykyistä pienemmän mittakaavan objektien mukaanottoa, mallinnusprosessin ja lähtötietojen parempaa dokumentointia sekä liityntöjä esim. paikkatietojärjestelmiin (GIS) ja tietokantoihin, joista tärkeimpänä kenttätutkimusten arkisto ns. TUTKA-tietokanta. Tässä raportissa on kuvattu ROCK-CAD-mallinnusjärjestelmän siirron yhteydessä tehtyä ohjelmointityötä keskittyen erityisesti uusiin ja aikaisemmasta poikkeaviin toimintoihin. Käytetyt käsitteet ja ohjelmaympäristöön liittyvät termit on selitetty liitteessä. Mallinnusjärjestelmän päivitys on tehty Pasivan tilaamana tuotekehitysprojektina. Uuden ohjelmiston oikeudet ovat Posiva Oy:n omaisuutta.

9 5 2 LÄHTÖTILANNE Kymmenen vuoden aikana ROCK-CAD on kehittynyt vastaamaan ydinjätteen loppusijoitustutkitnusten kallioperän mallinnuksen tarpeita. Pääasialliset toiminnot ovat tiedon tallennus, kairanreikien radat, geologiset havainnot ja tulkinnat, maanpintareferenssit, tutkimusprojektin yleistiedot graafinen ja visuaalinen muokkaus ja tulkinta, maastomallien, tunneleiden, rikkonaisuusvyöhykkeiden, kivilajien yms. mallinnus & kokoonpano datan ja tulkintojen esittäninen erimuotoisissa tulosteissa mallien ja niiden sisältämien määretietojen välitys eteenpäin ROCK-CAD on toiminut UNIX-käyttöjärjestelmässä (SunOS/Solaris). Ohjelmisto on perustunut Parametric Technologyn Medusa NG -mallinnusjärjestelmään. Ohjelmisto on alunperin toteutettu käyttäen Medusan Supersyntax-tulkattua kieltä ja Cadohjelmiston tarjoamaa Fortran-rajapintaa. Lisäksi UNIX-tyyppisen käyttöjärjestelmän shellscriptit ovat olleet osa käyttöympäristöä. Myöhemtnässä vaiheessa Medusan tarjoama Bacis2-niminen käännettävä objektipohjainen kieli ja C/C++ olivat pääasialliset ohjelnointikielet. Ohjelmiston pitkän käyttöajan aikana sen toiminnallisuus on kehittynyt laajaksi. Yhteenveto ROCK-CAD-mallinnusjärjestelmän toiminnoista on esitetty kuvassa (Saksa 995). ROCK-CAD ---tjr>~ Co/le et and Kuva. ROCK-CAD-mallinnusjärjestelmän toiminnot (Saksa 995).

10 6

11 7 3 UUSI MALLINNUSJÄRJESTELMÄ 3. Yleistä Uusi mallinnusjärjestelmä toimii AutoCAD-ympäristössä, jonka normaali toiminnallisuus on koko ajan käytössä. Oma sovelluskehitys keskittyi mallinnusprojektin hallintaan, geometrialtaan monimutkaisten kappaleitten mallinnukseen, kappaleitten ominaisuuksien ja mallin kokoonpanon hallintaan, maastomallittajan luontiin, kairanreikien ja niissä tehtyjen tulosten esittämiseen sekä leikkausten ja koordinaatistojen käsittelyyn. Mallinnusjärjestelmää käytetään AutoCAD-istunnossa. Laaditut sovellukset ovat ohjelmakirjastoja, jotka latautuvat automaattisesti AutoCADin käynnistyessä. Uutta mallia varten luodaan mallinnusprojekti. Projektin tiedot on tallennettu määrättyyn hakemista- ja tiedostorakenteeseen, jolla on tietty minimimääritys. Varsinainen mallinnus tapahtuu AutoCAD-istunnossa ja työ voidaan jakaa kolmeen päätoimintoon: objektien luonti, kokoonpanojen luonti ja esitysten luonti Objektien luonti tarkoittaa kolmiulotteisten geometrioiden luontia, jotka kuvaavat rakenteita, kivilajeja tai muita tarkasteltavia kappaleita. Objekteihin liitetään lisäksi identifiointi- ja ominaisuustietoja. Objektiin voidaan liittää myös viitteet lähtötietoihin, joihin sen geometria- tai ominaisuustiedot perustuvat, esimerkiksi linkki järjestelmän ulkopuoliseen dokumenttiin. Kappaleitten 3D-geometrian mallinnukseen on kehitetty AutoCADin mallintamismahdollisuuksia täydentävät monipuolisemmat työkalut sekä maastomallintaja. Sen lisäksi mallinnusjärjestelmään kuuluu kairanreikien ja niiden eri ominaisuuksien 3D-esitykset. Kokoonpanolla tarkoitetaan joukosta objekteja luotua mallia, joka voi olla luonteeltaan pysyvä ja päivitettävä tai tilapäinen, vain tiettyyn tarkoitukseen (esimerkiksi esitys, jossa vain tietyt kappaleet mukana) luotu. Kokoonpano luodaan ja päivitetään listan perusteella. Lista on yksinkertainen luettelo kokoonpanoon kuuluvista objekteista. Joustava ja nopea kokoonpanon luonti tarkoittaa revisioinnin merkityksen kasvua. Esityksen luonnissa kokoonpano(t) tai yksittäiset objektit saatetaan haluttuun esitysasuun. Sovellus tarjoaa mahdollisuuden leikata kokoonpanomalleja ja luoda leikkauspinnoille ennalta määrätyt esitysasut Leikkauksia täydennetään lisäämällä niihin projisoidut kairanreiät viiva- tai pintaesityksinä. Halutun tyyppiset koordinaattiverkot tarvitaan paikannukseen. Mallinnusjärjestelmässä käytetään koordinaatistoa, jossa x-akselin positiivinen suunta on itään, y-akselin pohjoiseen ja z-akselin ylöspäin. Kaadesuunta lasketaan myötäpäivään pohjoisesta (0-360 ) ja kaade alaspäin xy-tasosta (0-90 ). Näiden määrittelyjen perusteella itään päin pystysuoraan kaatuvan rakenteen kaadesuunta on

12 8 90 ja kaade 90 ja suoraan länteen päin kaatuvan rakenteen kaadesuunta on puolestaan Laitteisto ja ohjelmisto ROCK-CAD NT -versio toimii PC:ssä Windows NT käyttöjärjestelmässä. Sovellus on rakennettu AutoCAD2000-mallinnusohjelman ympärille, joten kaikkia AutoCADin ominaisuuksia on mahdollisuus hyödyntää. Sovelluskehitys tapahtui MSNisual C++(rev6.0) ja Autodeskin ylläpitämän ObjectARX-ympäristön avulla. Sovelluskehityksen tuloksena syntyi joukko ohjelmistomoduuleita (Taulukko ). Suurin osa ohjelmistomoduuleista on AutoCAD-istunnossa ladattavia ja käytettäviä DLL-kirjastoja, jotka sisältävät istunnossa annettavia komentaja ja muita funktioita. Tietyt mallinnusjärjestelmän osat toimivat kuitenkin AutoCAD-järjestelmän ulkopuolella. DLL-kirjastot voivat sisältää toisissa moduuleissa määriteltyjä komentaja. Helpoin tapa määritellä ladattavat kirjastot on listata ne acad.rxtiedostossa, jota voidaan editoida AutoCAD-istunnon ulkopuolella millä tahansa tekstinkäsittelyohjelmalla. Taulukko. Laaditut ohjelmistomoduulit ja niiden toiminta. BooiSets Fnt_d Fnt 2g Fnt 4a Fnt 5a Fnt 7c Fnt 7 Fnt 7c Fnt 9b Reflector AutoCAD:n ulkopuolella toimiva listojen käsittely ympäristö leikkaus ja leikkaukseen liittyvien koordinaatistojen hallinta projektiympäristö, nimien hallinta, muutlujataulut koordinaatiston esitys leikkaustietojen tallennus, rasterin asetus kairanreiän esitys ACIS-rajapinta ja polylinemallintajan ydin RockCad-mallintajan toteutus (RCModel) maastomallintaja heijastajien käsittely 3.3 Projektin hallinta Yksi mallinnusprojekti kerrallaan voi olla aktiivisena. Projektihakemiston nuru asetetaan systeemimuuttujassa RCPROJECT. Mallinnusprojektiin kuuluu tietyt pakolliset osat, jotka ovat mallinnusprojektin alihakemistoina. Nämä on esitetty taulukossa 2. Hakemistojen määrä ei ole rajoitettu. Jos esimerkiksi halutaan uusia mallityyppejä, teemoja, jo olemassa olevien kivilaji- ja rakennemallien lisäksi, niitä voidaan vapaasti luoda. Kappaleiden geometria on tallennettu omiin tiedostoihinsa ja ominaisuudet taulukoitu.

13 ~ Taulukko 2. Mallinnusprojektin hakemistarakenne ja tärkeimmät tiedostotyypit. päähakemista hakemisto tiedosto selite <projekti> projektihakemista bin projektikohtaiset rutiinit kairaus kairanreikien tiedot <krname>.xyz kairanreiän ratatiedosto <krname>.<dsp> reikä- ja teemakohtainen kuvaustiedosto Objects RCKappaleiden tiedostot <Rcld>.sat ACIS/SAT -muotoinen talienne objektin geometriasta <Rclabel>.pln polyline-muotoinen talienne objektin geometriasta - olemassa vain, jos malli on tehty polyline-tyypisenä Objects dwg Tallenteet objektien luonnista <RCLabel>.dwg Talienne AutoCAD-istunnosta, jossa objekti on luotu, dokumentoi lähtötietoja rocky hakemisto on varattu kappaleitten lähtötietojen tallennuspaikaksi <RCLabel>.roc rocky-muotoinen talienne objektista <RCLabel>.nrf rocky-muotoinen talienne objektista (uudempi) <RCLabel>.lsp lisp-muotoinen määrittely objektista, tuottaa objektin AC-istunnossa polylinemallinnuksen avulla. <RCLabel>.dsc katkaistu kartio -tyyppinen kappalemäärittely <RCLabel>.dtm maastomallintajalle tarkoitettu pinnankuvaus sys järjestelmän tarvitsemat/ylläpitämät tiedot Label.dat luettelo käytössä olevista objektien nimistä ja vastaavista ld-tunnuksista crcld sisältää viimeksi käytetyn ld-tunnuksen; seuraava oletetaan vapaaksi <RCLabel>.var muutlujataulun tallennustiedosto th teemaan liittyvät tiedot th2 teemaan 2 liittyvät tiedot Projektiympäristön hallinta on ratkaistu taulukoimaila projektia koskevat perustiedot, kuten mallinnettavan alueen rajaus, ja tallentamalla ne aihepiireittäin tiedostoihin. Ympäristömuuttujien arvot voivat olla myös linkkejä toisiin muuttujiin tai taulukoihin. Parametrien arvoja voidaan muuttaa joko tekstieditorilla tai AutoCADistunnossa käyttöliittymän välityksellä. 3.4 Objektit 3.4. Yleiskuvaus objekteista Objektit ovat tilavuuskappaleita, joilla on määrätty tunnus, geometria ja sen lisäksi ominaisuuksia, esimerkiksi kivilajityyppi tai rakenteen varmuusluokka. Jokaisella kappaleella on uniikki tunnusnumero (Rcld), joka annetaan ohjelmallisesti kappaletta

14 0 luotaessa. Sen lisäksi kappaleella on käyttäjän valitsema nimi (RcLabel). Objektien ominaisuuksien ja versioiden hallinta perustuu kappaleiden tunnuslukuun ja nimeen. Mallinnusjärjestelmän kannalta kappale on määritelty, kun sen geometria on tallennettu SAT-formaatissa tiedostoon <Rcld>.sat sekä sen tunnusnumero ja nimi./sys!label.dat-tiedostoon. Tilavuuskappaleet esittävät tyypillisesti yhtenäisen geologisen ominaisuuden sisältävää tilavuutta, esim. rakenne tai kivilaji. Kappaleet voivat muodostua myös useammasta erillisestä osasta. Mallinnusjärjestelmään on mahdollista määritellä uusia kappaletyyppejä esiin tulevien tarpeiden mukaan Objektien geometria Objektit ovat geometrialtaan AutoCADin tilavuuskappaleita ja ne luodaan AutoCADistunnossa joko AutoCADin omien tilavuusmallien tai laadittujen polyline- tai maastomallintajan avulla. Mallintajia käsitellään tarkemmin myöhemmin. Kappaleen geometriaa määriteltäessä AutoCAD-ikkunassa voidaan lähtötietoina esittää: kairanreikiä ja niissä tehtyjen mittausten ja niiden tulkintojen tuloksia, kartat ja kuvat todellisilla pinnoilla (esim. mittausten tuloskartta asetettuna oikeaan mittaustasoon), tunnelit ja kuilut ja niistä saadut kuvat, tulkinnan tuloksena syntyneet 2D- tai 3D-mallikappaleet ( esim. VSP- Ja tutkaheij astaj at), piste- ja viivakohtainen havainto- ja kontrollitieto sekä aiemmin mallinnetut objektit. AutoCAD-istunto, jossa kappale luodaan, tallennetaan tiedostoon <RcLabel>.dwg. Tallennettu dwg-tiedosto dokumentoi kappaleen mallinnukseen käytetyn lähtötiedon sekä määrittelyyn käytetyt pisteet. AutoCADin mallintamistavat Mallinnukseen voidaan käyttää kaikkia AutoCADin sisältämiä mahdollisuuksia. AutoCADin vakiotyökaluilla voidaan kuitenkin luoda varsin yksinkertaisia 3Dkappaleita. V akiotyökaluja voidaan siten käyttää vain rajallisesti geologisten vapaamuotoisten kappaleitten mallinnukseen. Tärkein AutoCADin ominaisuus mallinnuksessa on mahdollisuus kappaleitten leikkausten ja yhdistelmien luontiin. Näiden avulla yksinkertaisistakin alkioista voidaan rakentaa monimutkaisia geometrioita. AutoCADin vakiotyökaluilla luotuihin tilavuuskappaleisiin voidaan aina liittää ROCK-CADin tarvitsemat objektin tunnus ja nimi, joten vakiotyökaluja käyttäenkin voidaan luoda mallinnusjärjestelmän mukaisia kappaleita. Winrocky-mallintaja ROCK-CAD-järjestelmään on ollut mahdollista määritellä kappaleita myös mallinnusjärjestelmän ulkopuolella ns. rocky-tiedostoissa. Mallintaja päivitettiin winrocky-ohjelmaksi. Se lukee kappaleita geometriset määrittelyt tiedostoista ja muuntaa ne AutoCADin lukemaan muotoon (plmodel-komentoja sisältävä lisptiedosto). Kappaleitten määrittelyt on kuvattu kappaletyypeittäin liitteessä 3.

15 Rocky-tiedostoja käytetään vain syöttötiedostoina. Luettaessa kappale AutoCADiin rocky-tiedostosta kappaleelle annetaan tunnus ja se tallennetaan sat-formaattiin. Tämän jälkeen kappaleen geometriaan tehdyt muutokset eivät päivity rockytiedostoon, koska muutokset voivat olla sellaisia, ettei kappale enää ole rockymäärittelyjen mukainen. Polyline-mallinnus AutoCADin mallintajaa on täydennetty toiminnalla, jossa kappale määritellään 3dmurtoviivojen avulla. Viivoja on oltava vähintään kaksi kappaletta ja pisteitä kussakin viivassa yhtä monta. Pisteiden ei tarvitse olla samassa tasossa. Pisteet annetaan kussakin viivassa samassa järjestyksessä "ruuvi kiinni" -periaatteen mukaisesti eli katsottaessa edellisen viivan suunasta kohti seuraavaa kiertävät pisteet myötäpäivään (Kuva 2A). Jos pisteet annetaan vastakkaiseen suuntaan saadaan objekti, jonka tilavuus on negatiivinen ja joka ei siten ole mallintajan mukainen validi kappale. Viivoja voi olla useampia eikä niiden tarvitse välttämättä olla geometriselta sijainniltaan peräkkäisiä. Esimerkiksi juomalasi voidaan mallintaa neljällä murtoviivalla, jotka kuvaavat lasin ulkopohjaa, ulkoreunaa, sisäreunaa sisäpohjaa (Kuva 2B). Vastaava kappale voidaan tehdä myös AutoCADin vakiotyökaluilla, mutta silloin tarvitaan aina boolean-operaatioita. Juomalasi voitaisiin tehdä joko tekemällä pohjalevy ja lasin reuna erikseen ja muodostamaha niiden yhdistelmä, tai kahden sisäkkäisen sylinterin leikkauksena. Polyline-mallintaja on siten paljon nopeampi ja joustavampi tapa muodostaa "sisään potkaistuja" ja vapaamuotoisia kappaleita. Polyline-mallintaja mahdollistaa myös kiertyneiden kappaleiden luonnin, mikä AutoCADin vakiotyökaluilla on monesti mahdotonta. Kappaletta määrittelevien peräkkäisten murtoviivojen suunta saa poiketa toisistaan korkeintaan 90. Kappaleita, joissa muutokset ovat suurempia, esimerkiksi kaarevat ja mahdollisesti kiertyneet teoriassa kahden poikkileikkauksen määrittämät kappaleet (Kuva 2C), voidaan kuitenkin tehdä kopioimalla määrittelyviivoja annetulle radalle. Määrittelyviivan suunta lasketaan viivan ensimmäisen, toisen ja viimeisen pisteen perusteella ja peräkkäisten viivojen suunta tarkistetaan ohjelmallisesti. Lisäksi tarkistetaan myös, ettei viivassa ole päällekkäisiä pisteitä - kahden pisteen välisen etäisyyden pitää olla suurempi kuin nolla, ja että kaikissa viivoissa on yhtä monta pistettä. Polyline-mallintaja muodostaa 3D-tilavuuskappaleen generoimalla peräkkäisten määrittelyviivojen toisiaan vastaavien segmenttien väliin neljän pisteen määrittämän pinnan, joka muodostuu kahdesta kolmiosta. Jos nämä pisteet eivät ole samassa tasossa eivät myöskään syntyneet kolmiot ole samassa tasossa. Liian suuri poikkeama tasosta aiheuttaa ongelmia kappaleen käsittelyssä ja esityksissä. Sen vuoksi poikkeaman ollessa suurempi kuin annettu maksimiarvo, generoidaan kummankin viivasegmentin puoliväliin uusi piste. Näin ollen pinta on määritelty kuudella pisteellä ja neljällä kolmiolla. Lisäpisteitä generoidaan kunnes peräkkäiset kolmiot poikkeavat tasosta korkeintaan annetun maksimiarvon verran.

16 2 "'.-.:..., ~ z A) k:._x B) z y X C) Kuva 2. Polyline-mallintajalla luotuja kappaleita: A) pisteiden kiertosuunnan merkitys, B) neljällä murtoviivalla määritelty juomalasin muotoinen kappale ja C) kaareva kappale.

17 3 Mallintajan toteutuksessa on pyritty ennen kaikkea nopeuteen ja joustavuuteen. Mallintajan tulee asettaa mahdollisimman vähän rajoituksia kappaleitten geometrialle. Tämän kääntöpuolena on, että kappaleitten oikeellisuuden ohjelmallinen tarkastus on jätetty vähemmälle. Ohjelman käyttäjän tuleekin huolehtia mallinnettujen kappaleitten tarkastuksesta. Tämä on kuitenkin helppo tehdä AutoCADin omilla tarkastuskomennoilla, esim. kysymällä kappaleen tilavuutta. Pol yline-mallintaj aa voidaan käyttää interaktii visesti AutoCAD-istunnossa valitsemalla määrittelyviivoiksi ruudulta AutoCADin 3d-polyline-elementtejä. Sen lisäksi kappaleen määrittelyt voidaan lukea tiedostosta, jonka alussa on yhden murtoviivan pisteiden lukumäärä sekä sen jälkeen pisteiden koordinaatit peräkkäisinä jaksoina. Maastomallinnus AutoCADin mallintajassa voidaan vapaat 3D-pinnat esittää ns. 3dmesh-verkoilla. Niissä pinta muodostuu säännöllisestä verkosta, jossa verkon solmukohtien x-ja y koordinaatit ovat vakioetäisyyden päässä toisistaan (kuva 3). Monipuolisempi maastomallintaja on kalliomallinnusjärjestelmässä kuitenkin välttämätön, sillä harvoin pinnan määrittävä pistejoukko on jakautunut tasaisesti. ROCK-CAD NT - järjestelmään kehitettiin tunnettuun Delaunay-kolmioverkkoon perustuva maastomallittaja. Maastomallintajaa voidaan käyttää topografian mallinnuksen lisäksi myös vapaasti muotoiltujen kappaleiden työstämisessä. Yleinen käyttökohde on useassa reiässä havaitun, laiva-asentoisen kappaleen mallinnus. 3dmesh Delaunay-kolmioverkko Kuva 3. Pintojen 3D-esitys AutoCADin 3Dmesh-verkolla ja Delaunayn kolmioverkolla.

18 4 Kuva 4. Esimerkki Delaunay-kolmioverkon luonnista. Kolmiointi on tehty samalle pistejoukolle, mutta oikean puoleisessa pistejoukossa osa pisteistä on rajaavia. Annetun mielivaltaisen 3D-pistejoukon Delaunay-kolmioverkko muodostetaan yhdistämällä lähekkäisiä pisteitä kolmioiksi siten, ettei yhdenkään kolmion sisään piirretyn ympyrän sisälle jää yhtään pistettä. Kolmiointi tehdään tasoon projisoidulle 2D-pistejoukolle, kolmas koordinaatti on tässä vaiheessa merkityksetön. Kullakin (x,y) pisteparilla voi olla vain yksi- z-arvo. Muodostettaessa pinta valmiiksi kolmioidusta pistejoukosta kolmas koordinaatti huomioidaan ja pinta kuvataan 3Dkolmio-elementillä. Osa pistejoukon pisteistä voidaan määrittää rajaaviksi, esimerkiksi saaren rantaviiva, jolloin syntyvä malli vastaa muodoltaan etukäteen annettua (Kuva 4). Lopuksi tilavuusmallille luodaan rajaavat pystyseinämät sekä xytason suuntainen pohjalevy. Pinnan määräämät pisteet annetaan luettelona tiedostossa. Pistejoukosta erotetaan reunaviivan tnääräävät pisteet. Pisteiden lisäksi annetaan pohjalevyn z-koordinaatti. Malli voidaan muodostaa pintamallina käyttäen AutoCADin 3Dface-elementtiä tai normaalina tilavuusmallina. Tiedostokoot ja käsittelyajat voivat kasvaa merkittäviksi pisteiden tnäärän kasvaessa, joten tarpeetonta tarkkuutta on vältettävä. Esimerkiksi 33 pistettä sisältävä tilavuustnalli on piirustustiedostona talletettuna n. 5.4 Mb, vastaava SA T- talienne puolestaan 8.2 Mb Objektien ominaisuudet Ominaisuudet kuvaavat esimerkiksi geometrisen kappaleen tyyppiä, esitysasua tai tiedon varmuustasoa. Ominaisuuksia voi olla useita kappaletta kohti. Osa ominaisuuksien arvoista voidaan määrätä luokan kautta, jolloin objektilla on luokkaominaisuus ja luokalla puolestaan esim. väriominaisuus. Objektien ominaisuudet annetaan taulukoissa objektien nimen mukaan (RCLabel). Ominaisuudet määrätään

19 5 objektin nimen eikä tunnuksen (Rcld) avulla, koska geometrian päivitys muuttaa aina tunnusta, mutta ominaisuudet eivät tällöin välttämättä muutu. Ominaisuustaulukot ovat yksinkertaisia kaksisarakkeisia taulukoita, joiden ensimmäisessä sarakkeessa on objektin tai luokan nimi ja toisessa ominaisuuden arvo. Kukin ominaisuustaulukko on tallennettu tiedostoon <property>. var, missä property on ominaisuuden nimi. Mallinnusjärjestelmä ei rajoita objektikohtaisten ominaisuuksien määrää. Otettaessa käyttöön uusia ominaisuuksia luodaan niitä varten uusi taulu, asetetaan ominaisuuden oletusarvo sekä ohjelmoidaan tarvittavat käsittelyrutiinit. Objektin ominaisuuksien arvot voidaan antaa joko suoraan editoimalla ominaisuustaulua tai antamalla ne interaktiivisesti. Ominaisuustietojen tarkistukseen voidaan käyttää esimerkiksi BoolSets-ohjelmaa, joka on laadittu yleistyökalu listamuotoisten tiedostojen käsittelyyn. Perinteinen ROCK-CADin käyttämä jako kivilaji-, rakenne- ja hydromalleihin toteutetaan nyt kokoonpanojen (ks. luku 3.5) ja esitysten määrittelyjen avulla. Näitä eri malleja kutsutaan nyt teemoiksi (discpline). Sama kappale voi kuulua useampaan teemaan, esimerkiksi rikkonaisuusvyöhyke voi kuulua sekä rakenne- että hydroteemaan. Tämä yksinkertaistaa mallin geometrian hallintaa ja päivitystä, koska yhdestä geometrialtaan samasta kappaleesta on olemassa vain yksi versio. Sekä rakenne- että hydroteemaan kuuluvalla kappaleella on molempia teemoja vastaavat ominaisuusmäärittelyt ja se esitetään leikkauskuvissa valitun teeman mukaan. 3.5 Kokoonpanot Kokoonpanoilla hallitaan objekteja eri esityksiä varten. Kokoonpanon voidaan ajatella vastaavan yhtä mallia. Esimerkiksi ROCK-CADin perinteinen kivilajimalli voidaan luoda kokoonpanoksi, jossa luetellaan kivilajikappaleet ikäjärjestyksessä. Vastaavasti rakennemalli voidaan luoda omana kokoonpanonaan. Kokoonpanot ovat kuitenkin huomattavasti joustavampia käsitellä kuin vanhan järjestelmän mallit. Niitä voidaan luoda tiettyä esitystarvetta tai vaikkapa yhtäkin leikkauskuvaa varten, jos siinä halutaan esittää vain tietyt kappaleet. Kokoonpanot tehdään käyttäen kokoonpanolistoja, joissa luetellaan kokoonpanoon kuuluvat objektit nimeltä (RCLabel). Listaan perustuen luodaan ohjelmallisesti AutoCADissä dwg-piirustus, malli. Piirustuksen mukana tallentuvat kappaleitten tunnukset (Rcld). Mikäli objektien geometria muuttuu, saadaan samaa kokoonpanolistaa käyttäen erilainen malli. Toisaalta vanhaan malliin voidaan palata dwgpiirustuksen kautta, koska siinä on objektit tallennettu yksikäsitteisillä tunnuksilla, jotka eivät muutu geometrian muuttuessa. Kokoonpanolistan avulla hallitaan myös kappaleitten ikäjärjestys. Kappaleet piirretään kokoonpanolistan mukaisessa järjestyksessä, nuorin ja päällimmäiselle tasolle tuleva kappale on listan viimeisenä. Huomattava on, että mallissa voi olla useita kappaleita päällekkäin, esimerkiksi toisiaan leikkaavat rakenteet tai eri ikäisiä kivilajikappaleita. Toisaalta voidaan luoda myös malleja, esimerkiksi pelkät kivilajijuonet sisältävä kokoonpano, joissa suurin osa mallinnustilavuudesta on tyhjää.

20 6 3.6 Kairanreikien ja mittaustulosten 3D-esitykset Kallioperän mallinnuksen olennaisia lähtö- ja kontrollitietoja ovat eri kairanrei'issä tehdyt havainnot ja mittaukset. Lisäksi reikähavaintoja esitetään usein tuloskuvissa. Mallinnusjärjestelmässä kairanreikätietoja esitetään seuraavissa tiedostoissa: ratatiedosto (*.xyz) - radan x-, y- ja z-koordinaatit, ratatiedosto toimii muiden reikäesitysten geometrian pohjana, litologiatiedosto (*.<discipline> ), discipline on reikähavainnon tyyppi esimerkiksi geo (kivilajit), rak (rakenteet), sai (suolaisuus) - suuntaamattomat reikähavainnot, 3D-visualisointiformaatti (*.d3)- suunnatut reikähavainnot ja tuubiformaatti (*.3d) - esitysgeometria, jossa putken paksuus ja väri vaihtelevat syvyyden funktiona. Ratatiedostot ja havaintotiedostot muuttuvat melko harvoin, kun taas puhtaasti esitysgeometriaa sisältävä tuubimuotoinen tiedosto voi olla yhtä esitystä varten tuotettu. 3D-visualisointitiedostot ovat uusia, muut tiedostotyypit olivat käytössä jo vanhassa mallinnusjärjestelmässä. Uusi reikää leikkaavien suunnattujen havaintojen esitystapa sopii esimerkiksi reikätutkaheijastajien ja miksei yksittäisten rakojenkin esitykseen. Havainnot esitetään kiekkoina, vektoreina tai kolmioina. Kuvassa 5 on esimerkki reikähavaintojen esitystavoista. Tällaisia havaintoja on yleensä paljon ja lähtötiedot ovat yleensä jo valmiiksi taulukoitu. Tehokkaan tiedonkäsittelyn varmistamiseksi lähtötietotaulukko voidaan muokata AutoCAD-istunnon ulkopuolella ja lukea istuntoon tiedostosta ( <name>.d3). Taulukossa annetaan etenemä pitkin reikää, kaadesuunta ja kaade sekä väri ja paksuus. Tarvittavat koordinaattiarvot haetaan reiän ratatiedostosta. Erityisesti seismisten ja tutkan heijastusmittausten tuloksia (VSP-, HSP- ja tutkaheijastajat) varten on kehitetty reflector-moduuli. Heijastajat kuvataan kukin omassa tiedostossaan ( <reflector>.rfl) pintalapulla, joka määritetään neljän nurkkapisteen avulla. Pintalappu kuvaa aluetta, josta heijastajasta on saatu havaintoja. Tyyppiä rfl olevat mallit sopivat havaintojen, jotka eivät leikkaa reikää, esittämiseen. Sekä rfl-mallit että kiekkoina esitettävät kappaleet ovat esimerkki selvästi aikaisempaa pienempää mittakaavaa edustavista kappaleista. 3.7 Leikkaukset Leikkauksilla tarkoitetaan perinteisten 2D-leikkauskuvien tuottamista mallista. Niiden tarkoituksena on luoda täsmällinen esitys mallista halutulta tasolta. Leikkaustaso määritetään antamalla katselupiste ja katselusuunta joko vektorina tai kaade ja kaadesuunnan avulla. On myös mahdollista asettaa leikkaustaso kulkemaan tietyn kairanreiän kautta. Leikkauksissa voidaan esittää kerrallaan useampia kokoonpanoja tai yksittäisiä objekteja sekä kairanreikiä ja muuta oheisaineistoa kuten koordinaattiverkot tai kairanreikien etenemäasteikot. Koordinaattiverkkojen (gridit) ja kairanreikien 2D-esitysten hallintaan on laadittu omat käsittelyrutiinit