一種三維地震數(shù)據(jù)固定軸向切片動(dòng)態(tài)判斷體繪制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于油氣及煤層氣地震勘探與開(kāi)發(fā)領(lǐng)域，具體涉及一種三維地震數(shù)據(jù)固定 軸向切片動(dòng)態(tài)判斷體繪制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著地震處理、解釋軟件的發(fā)展，三維可視化技術(shù)在地震勘探中的應(yīng)用不斷擴(kuò)大。 地震勘探精度的逐年提高，產(chǎn)生的三維地震疊前數(shù)據(jù)體也從幾十GB上升到幾百GB，并逐年 上升，從而給地震疊前海量數(shù)據(jù)的三維可視化顯示帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)-如何改變傳統(tǒng)的數(shù)據(jù) 組織方式，高效、實(shí)時(shí)的進(jìn)行地震數(shù)據(jù)體繪制，已成為科研工作者急需解決的難題。
[0003] 體繪制使用大量足夠小的體素（Voxel)作為繪制的基本單位，例如四面體和六面 體體素，組合成需要表達(dá)的地質(zhì)體。由于體素單元足夠小，可以認(rèn)為每個(gè)體素具有單一的屬 性，所以這種模型可以用來(lái)表達(dá)非均勻的地質(zhì)體。將三維地質(zhì)體劃分成若干個(gè)體素，空間位 置以X，y，z表示，在X軸上分割L個(gè)單元，在y軸上分割成M個(gè)單元，在z軸上分割成N個(gè) 單元。地質(zhì)體可用L*M*N個(gè)體素來(lái)表示，這些體素按照自身的空間位置組合，即構(gòu)成研究對(duì) 象的三維形態(tài)?？臻g上每一個(gè)體素均具有某一類屬性值（如振幅值），并以數(shù)值型數(shù)據(jù)來(lái) 表示。三維地震數(shù)據(jù)是規(guī)則數(shù)據(jù)場(chǎng)，即在X，y，z三個(gè)方向上，網(wǎng)格點(diǎn)之間的距離均相等，所 以無(wú)需給出各個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的空間坐標(biāo)，只需給出三維網(wǎng)格某一角點(diǎn)的空間位置和某一數(shù)據(jù)點(diǎn) 的序號(hào)，即可以根據(jù)網(wǎng)格間距所對(duì)應(yīng)的距離求出該點(diǎn)的空間位置。以體素為基礎(chǔ)的體可視 化中，每個(gè)數(shù)據(jù)采樣點(diǎn)被轉(zhuǎn)換成一個(gè)體素。體素是一個(gè)三維對(duì)象，它的尺寸近似等于面元間 的間距和采樣間隔。每個(gè)體素有一個(gè)對(duì)應(yīng)于原三維數(shù)據(jù)體的值，一個(gè)RGB(紅色，綠色和藍(lán) 色）顏色值和一個(gè)不透明度。所以，每個(gè)地震道轉(zhuǎn)換成了一個(gè)體素隊(duì)列。
[0004] 在繪制過(guò)程中，體素始終保持著繪制初期所需的一切信息，包括顏色等級(jí)，透明度 等，能夠很好地反映地質(zhì)構(gòu)造整體特征和內(nèi)部細(xì)節(jié)。體繪制算法能產(chǎn)生三維數(shù)據(jù)場(chǎng)的整體 圖像，包括每一個(gè)細(xì)節(jié)，并具有圖像質(zhì)量好，便于并行處理等優(yōu)點(diǎn)。其主要問(wèn)題是，計(jì)算量很 大，計(jì)算時(shí)間較長(zhǎng)。在體繪制的發(fā)展過(guò)程中，盡管現(xiàn)在計(jì)算機(jī)的計(jì)算速度、內(nèi)存容量以及其 它圖像加速設(shè)備的發(fā)展日新月異，但是對(duì)于龐大的體數(shù)據(jù)，體繪制速度始終難盡如人意。為 了解決這種狀況，研究人員們基于現(xiàn)有的硬件環(huán)境，根據(jù)各種應(yīng)用的具體需求，在生成的圖 像質(zhì)量和繪制速度之間尋求可能的最佳方案，使繪制速度盡量滿足用戶的要求，同時(shí)保證 一定的圖像質(zhì)量，由此，形成了許多不同的體繪制算法。
[0005] 目前常用的體繪制算法本質(zhì)有兩種，一種是將體切成若干面片，之后利用正常渲 染管線的面繪制功能模擬體繪制效果，另一種是基于圖像空間的ray marching，從視點(diǎn)發(fā) 射射線穿過(guò)每個(gè)像素，迭代計(jì)算射線與體數(shù)據(jù)的交點(diǎn)，生成各像素的最終顏色信息。
[0006] 從最終渲染質(zhì)量來(lái)說(shuō)，ray marching的效果是最好的，它不存在切片的方向、邊界 處理問(wèn)題，也不存在紋理采樣的失真問(wèn)題，但ray marching并不適合大規(guī)模數(shù)據(jù)渲染，因?yàn)?ray marching基于屏幕空間，一次draw batch的基準(zhǔn)開(kāi)銷非常大，而目前市面的圖形繪制 硬件一般只允許一次掛接最多32個(gè)texture,這直接限制了 ray marching的大數(shù)據(jù)渲染能 力。
[0007] 對(duì)于切片繪制算法，從面片切分方式上又可以分為兩類，一類是延某個(gè)固定軸向 切片，另一種是動(dòng)態(tài)切片。固定軸向的切片是沒(méi)法提供用戶交互的渲染效果的，因?yàn)橛布?柵化本身的缺陷，無(wú)論從哪個(gè)方向切，總能找到某些失真的觀察角度。動(dòng)態(tài)切片則很好的 解決了這個(gè)問(wèn)題，它在程序?qū)嶋H繪制時(shí)根據(jù)當(dāng)前的相機(jī)位置，動(dòng)態(tài)的決定最佳的切片方向 (這通常是沿著視線的方向）。動(dòng)態(tài)切片對(duì)于每個(gè)數(shù)據(jù)塊都要實(shí)時(shí)的進(jìn)行切片生成并將生 成好的切片傳送到顯示設(shè)備，這對(duì)CPU的計(jì)算能力和顯存帶寬都增加了很大的負(fù)擔(dān)，因此 同樣不適合用于大規(guī)模的體繪制渲染。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的難題，提供一種三維地震數(shù)據(jù)固定 軸向切片動(dòng)態(tài)判斷體繪制方法，解決海量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)體繪制的難題，為油氣勘探工作者提供 一個(gè)更為精確的地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)，便于專業(yè)人員能對(duì)原始數(shù)據(jù)做出正確解釋，得到礦藏是否 存在、礦藏位置及儲(chǔ)量大小等重要信息。必將大大提高尋找油藏的效率，從而具有重大的經(jīng) 濟(jì)效益及社會(huì)效益。
[0009] 本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0010] -種三維地震數(shù)據(jù)固定軸向切片動(dòng)態(tài)判斷體繪制方法，包括：
[0011] 對(duì)三維地震數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，將原始數(shù)據(jù)分塊并轉(zhuǎn)換為多種分辨率；采用固定切 片、動(dòng)態(tài)選擇的方式來(lái)降低運(yùn)行時(shí)的計(jì)算開(kāi)銷和節(jié)省運(yùn)行時(shí)的顯存帶寬；采用固定切片、動(dòng) 態(tài)選擇的方式綜合固定切片和動(dòng)態(tài)切片兩種算法的優(yōu)點(diǎn)，在保證了繪制時(shí)計(jì)算開(kāi)銷極小的 情況下，達(dá)到非常高質(zhì)量的渲染效果。
[0012] 在場(chǎng)景裁剪時(shí)，采用層次空間劃分的樹(shù)形策略進(jìn)行三維地震數(shù)據(jù)的多分辨率分塊 處理，形成場(chǎng)景樹(shù)，并設(shè)置裁剪標(biāo)志，降低了繪制過(guò)程中加載的數(shù)據(jù)量；
[0013] 場(chǎng)景繪制時(shí)，利用所述場(chǎng)景樹(shù)及裁剪標(biāo)志進(jìn)行處理。
[0014] 所述固定切片、動(dòng)態(tài)選擇的方式具體如下：
[0015] 在初始化階段預(yù)生成多個(gè)方向的切片數(shù)據(jù)，在繪制時(shí)，只根據(jù)相機(jī)位置判斷出一 個(gè)最佳的繪制方向，選擇那個(gè)方向的切片數(shù)據(jù)即可，具體如下：
[0016] 在預(yù)處理階段對(duì)三維地震數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，生成X，Y，Z，-X，-Y，-Z六個(gè)方向的三角 形切片序列，并保存于顯存中；
[0017] 繪制時(shí)根據(jù)相機(jī)與待繪制分塊的位置關(guān)系動(dòng)態(tài)的選取一種方向作為當(dāng)前分塊的 分片方案，之后只需要調(diào)用預(yù)處理時(shí)已生成的此方向分塊切片序列進(jìn)行繪制即可。
[0018] 所述繪制時(shí)根據(jù)相機(jī)與待繪制分塊的位置關(guān)系動(dòng)態(tài)的選取一種方向作為當(dāng)前分 塊的分片方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0019] 設(shè)分塊中心到相機(jī)的向量為Vview,分塊局部空間內(nèi)六個(gè)方向的固定軸在世界空 間（世界空間對(duì)應(yīng)的是屏幕設(shè)備空間）中的方向?yàn)閂x，V-x，Vy，V-y，Vz，V-z，則上述六個(gè)向 量中與Vview夾角最小的向量所代表的軸向即為此分塊所采用的軸向。
[0020] 所述此分塊所采用的軸向是通過(guò)向量點(diǎn)積來(lái)確定的，具體如下：
[0021] 將Vview分別和Vx，V-x，Vy，V-y，Vz，V-z六個(gè)向量做點(diǎn)積，點(diǎn)積值最大的軸向即為 此分塊所采用的軸向。
[0022] 所述采用層次空間劃分的樹(shù)形策略進(jìn)行三維地震數(shù)據(jù)的多分辨率分塊處理，形成 場(chǎng)景樹(shù)具體如下：
[0023] 把三維地震數(shù)據(jù)按照不同的分辨率進(jìn)行分塊：
[0024] 根節(jié)點(diǎn)表示整個(gè)三維空間區(qū)域；
[0025] 將該整個(gè)三維空間區(qū)域分成8個(gè)大小相同的小區(qū)域，用其八個(gè)子女節(jié)點(diǎn)表示；
[0026] 對(duì)于每一個(gè)所述的小區(qū)域，繼續(xù)將其分成8個(gè)更小的區(qū)域；
[0027] 按此規(guī)則一直分割到不再需要分割或達(dá)到規(guī)定的層次為止，形成場(chǎng)景樹(shù)。
[0028] 所述設(shè)置裁剪標(biāo)志是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0029] 為場(chǎng)景樹(shù)的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)增加一個(gè)裁剪標(biāo)志，所述裁剪標(biāo)志有三種取值：完全在場(chǎng) 景中、部分在場(chǎng)景中、完全在場(chǎng)景外；
[0030] 從根節(jié)點(diǎn)遍歷場(chǎng)景樹(shù)，同時(shí)使用相機(jī)的平截頭體對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行裁剪；
[0031] 如果當(dāng)前節(jié)點(diǎn)完全在場(chǎng)景中，則它的子孫必定也在場(chǎng)景中，無(wú)需繼續(xù)遍歷；
[0032] 如果當(dāng)前節(jié)點(diǎn)完全在場(chǎng)景外，則它的子孫也必定在場(chǎng)景外，無(wú)需繼續(xù)向下遍歷；
[0033] 如果當(dāng)前節(jié)點(diǎn)部分在場(chǎng)景中，所述方法將繼續(xù)遍歷子節(jié)點(diǎn)直到遇到前兩種情況 (其子節(jié)點(diǎn)在場(chǎng)景中或場(chǎng)景外）或者葉子節(jié)點(diǎn)，如果是葉子節(jié)點(diǎn)將其作為完全在場(chǎng)景中的 節(jié)點(diǎn)進(jìn)行處理，這樣在繪制時(shí)本發(fā)明只需要處理所有被標(biāo)注為完全在場(chǎng)景中的節(jié)點(diǎn)即可。 [0034] 所述場(chǎng)景樹(shù)中，各個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)體積是相等的，如果剩余數(shù)據(jù)不夠分塊大小，用0 補(bǔ)齊。
[0035] 所述場(chǎng)景樹(shù)在讀入三維地震數(shù)據(jù)時(shí)被創(chuàng)建，而且在整個(gè)繪制過(guò)程中，它的結(jié)構(gòu)是 靜態(tài)的
[0036] 所述場(chǎng)景繪制時(shí)，利用所述場(chǎng)景樹(shù)及裁剪標(biāo)志進(jìn)行處理是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0037] 從根節(jié)點(diǎn)遍歷場(chǎng)景樹(shù)，當(dāng)遇到一個(gè)裁剪標(biāo)志為完全在場(chǎng)景內(nèi)的點(diǎn)時(shí)，首先檢查當(dāng) 前節(jié)點(diǎn)的體數(shù)據(jù)是否已載入，若已經(jīng)載入，