專利名稱：用于分析和成像三維體數(shù)據(jù)集合的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及三維(“3D”)體數(shù)據(jù)集合(volume data set)的成像。更具體地，本發(fā)明涉及3D體數(shù)據(jù)集合中結(jié)構(gòu)的快速可視化和分析。
背景技術(shù)：
很多研究領(lǐng)域需要三維(“3D”)體數(shù)據(jù)集合的分析和成像。例如，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，使用CAT(計算機(jī)軸向斷層掃描)掃描儀或核磁共振成像設(shè)備來產(chǎn)生患者身體一些部位的“圖像”或診斷圖像。掃描儀或MRI設(shè)備產(chǎn)生要被成像或顯示的3D體數(shù)據(jù)集合，從而醫(yī)學(xué)人員可以分析圖像并做出診斷。
在涉及地球科學(xué)的很多研究領(lǐng)域中也應(yīng)用三維體數(shù)據(jù)集合。地震探測是一種用于探索地球地下地質(zhì)的方法。地下爆破或地震激發(fā)類似于低頻聲波、在地球表面以下傳播并由地震儀檢測的地震波。地震儀記錄地震波的到達(dá)時間，包括直射波和反射波。已知爆破或地震的時間和地點(diǎn)，就可以計算通過地球內(nèi)部的波的傳播時間，并用以測量在地球內(nèi)部的波的速度。類似的技術(shù)可以被用于近海石油和天然氣的勘探。在近?？碧街校４现曉春退滤犉?。例如，由像氣球爆裂一樣工作的充氣設(shè)備產(chǎn)生低頻(如，50Hz)聲波。聲波由海底下面的巖層反彈，并由水聽器拾音。以這種方式，反射波“映射”了諸如斷層、地層褶曲和穹隆等儲存石油的地下沉積結(jié)構(gòu)。處理數(shù)據(jù)來產(chǎn)生包括在地理空間中特定位置(x、y、z)處的反射或地震振幅數(shù)據(jù)值的3D體數(shù)據(jù)集合。
3D體數(shù)據(jù)集合由“體素(voxel)”或體元素構(gòu)成。每個體素具有用于一些測量或計算特性的數(shù)值，例如，在此位置的體(volume)的地震振幅。產(chǎn)生3D體數(shù)據(jù)集合的圖像的一種傳統(tǒng)途徑是將3D體數(shù)據(jù)集合橫截為多個二維(“2D”)橫截面或切片。然后，作為2D切片的合成來構(gòu)建3D體數(shù)據(jù)集合的圖像。例如，通過按順序從后到前層疊2D切片，然后合成完整的圖像來產(chǎn)生3D體數(shù)據(jù)集合的圖像。當(dāng)合成進(jìn)行時，用戶看到一層一層構(gòu)建的圖像。盡管當(dāng)合成圖像進(jìn)行時用戶可以看到體的內(nèi)部組織或結(jié)構(gòu)，但通常傳統(tǒng)的切片和合成技術(shù)很慢，尤其當(dāng)使用非常巨大的3D體數(shù)據(jù)集合時。此外，合成技術(shù)用無關(guān)信息混雜了用戶的觀看區(qū)域，并干擾用戶準(zhǔn)確可視化并解釋3D體數(shù)據(jù)集合內(nèi)在特征的能力。
已經(jīng)為石油和天然氣工業(yè)特別研究出用于成像3D地震數(shù)據(jù)集合的計算機(jī)軟件。這種傳統(tǒng)的計算機(jī)程序的示例有德克薩斯，休斯頓，ParadigmGeophysical公司提供的VoxelGeo，Landmark Graphics公司提供的SeisWorks和EarthCube，以及GeoQuest公司提供的IESX。這種傳統(tǒng)的計算機(jī)軟件具有使用戶不能快速且準(zhǔn)確可視化并解釋3D地震數(shù)據(jù)集合內(nèi)在特征的大量缺陷。傳統(tǒng)用于可視化并解釋3D地震數(shù)據(jù)的計算機(jī)程序運(yùn)算全部3D地震數(shù)據(jù)體。因此，每次進(jìn)行改變，如改變透明性或不透明性設(shè)置，必須處理全部3D地震數(shù)據(jù)體，并重畫圖像。即使當(dāng)在高效率圖形超級計算機(jī)上運(yùn)行這樣的程序時，用戶仍很容易察覺在重畫圖像中的延遲或滯后。針對包含500兆字節(jié)的3D地震數(shù)據(jù)體，用于傳統(tǒng)計算機(jī)程序重畫全部圖像的時間需要30～45秒這個量級(分別為0.03到0.02幀每秒的幀速率)。在30～45秒延遲時間期間，用戶的思想不再集中在感興趣的特征上，使得難以完整并正確地分析地震數(shù)據(jù)。
一些傳統(tǒng)的3D地震解釋程序提供可視化并解釋全部3D地震數(shù)據(jù)體中的塊的能力。用戶通過菜單命令確定所選塊的坐標(biāo)。畫出所選塊的圖像。然后，如果需要，可以在這個位置旋轉(zhuǎn)所選塊。但是，為了觀看全部3D地震數(shù)據(jù)體中的不同塊，如為了遵循已經(jīng)被試驗(yàn)性確定的地質(zhì)特征，必須中斷圖像，輸入用于不同塊的新位置或坐標(biāo)，并畫出包含不同塊的新圖像。在所顯示圖像中的中斷使得用戶難以看到在已經(jīng)成像的全部3D地震數(shù)據(jù)體中的兩塊之間的連續(xù)性。這阻礙了用戶解釋并確定全部3D地震數(shù)據(jù)體的內(nèi)在地質(zhì)特征。此外，即使只明顯地顯示了全部3D地震數(shù)據(jù)體的塊，傳統(tǒng)的3D地震解釋程序繼續(xù)處理全部3D地震數(shù)據(jù)體以畫出圖像，從而減慢了向用戶顯示圖像。
傳統(tǒng)的3D地震解釋程序具有“自動拾取”和確定滿足體素選擇算法的點(diǎn)的能力。但是，這些程序通常迭代全部3D地震數(shù)據(jù)體以確定滿足體素選擇算法的點(diǎn)。即使在高速圖形超級計算機(jī)上，這仍然很耗費(fèi)時間。此外，傳統(tǒng)的3D地震解釋程序不具有從拾取的體素的集合中直接刪除的能力。從利用傳統(tǒng)3D地震解釋程序拾取的體素的集合中“刪去”點(diǎn)的唯一方法是重復(fù)調(diào)整用于體素選擇算法的選擇判據(jù)直到要刪去的點(diǎn)落到用于滿足體素選擇算法的顯示點(diǎn)的選擇判據(jù)之外。每次調(diào)整選擇判據(jù)，必須中斷圖像。這種迭代處理費(fèi)時，而且干擾用戶的可視化處理。
因此，本領(lǐng)域中需要克服上述缺陷的用于成像3D體數(shù)據(jù)集合的系統(tǒng)和方法。具體地，需要響應(yīng)用戶輸入、以用戶沒有可察覺的延遲或遲滯地觀察圖象中瞬時或?qū)崟r的改變的足夠快的速率重畫巨大的3D體數(shù)據(jù)集合的圖像的系統(tǒng)和方法。需要允許用戶沒有中斷或可察覺地延遲或遲滯地、以連續(xù)方式交互地改變顯示的圖像的系統(tǒng)和方法。這樣的系統(tǒng)和方法將允許用戶更快、更準(zhǔn)確地解釋并確定3D體數(shù)據(jù)集合的內(nèi)在特征。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種利用3D采樣探針和其他交互工具分析和成像3D體數(shù)據(jù)集合的系統(tǒng)和方法。在本發(fā)明的一個方面中，提供了可以存儲在存儲裝置上的一種方法和計算機(jī)程序，用于成像包括多個體素的三維體數(shù)據(jù)集合，每個體素包括三維位置和數(shù)據(jù)字。數(shù)據(jù)字可以代表物理現(xiàn)象，如，與地球體(geobody)內(nèi)的具體位置相關(guān)的振幅信號。所述方法可以包括建立至少一個三維采樣探針的步驟，其中三維采樣探針與三維體數(shù)據(jù)集合尺寸相同或是三維體數(shù)據(jù)集合的子集。三維采樣探針具有探針面平面和反探針面平面。其他步驟可以包括在探針面平面中產(chǎn)生多個控制點(diǎn)，使得所述多個控制點(diǎn)在探針面平面上定義一條或多條線，并從探針面平面上的一條或多條線向反探針面平面延伸帶狀部分。最好由一條或多條線形成帶狀部分的邊。所述方法的另一步驟可以包括在帶狀部分和三維采樣探針相交的三維位置處選擇性成像代表物理現(xiàn)象的數(shù)據(jù)字。
所述方法還可以包括以下步驟在探針面平面上編輯多個控制點(diǎn)從而重新定義一條或多條線，以及，從探針面平面上的一條或多條線向反探針面平面延伸相應(yīng)的重新定義的帶狀部分。所述編輯步驟還可以包括如下功能刪除多個控制點(diǎn)中的一個或多個、改變多個控制點(diǎn)中的一個或多個的位置以及在多個控制點(diǎn)中加上一個或多個控制點(diǎn)。
在一個優(yōu)選實(shí)施例中，帶狀部分垂直于探針面平面，而且?guī)畈糠挚梢詮奶结樏嫫矫嫜由斓椒刺结樏嫫矫?。如果需要，可以通過多個控制點(diǎn)編輯形成帶狀部分的邊緣的一條或多條線，以構(gòu)成多條開放直線或閉合線幾何圖形。帶狀部分最好包括多個平面。帶狀部分可以與探針的每個側(cè)面平行或不平行。
在涉及跟蹤如地質(zhì)斷層等具體物理現(xiàn)象的本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例中，所述方法可以包括如下步驟將探針面平面定位在三維體數(shù)據(jù)集合中的第一位置處，并在探針面平面上形成用于跟蹤由三維體數(shù)據(jù)集合描述的物理現(xiàn)象的控制點(diǎn)的第一集合。另一步驟可以包括在控制點(diǎn)的第一集合之間插值以定義第一樣條曲線。其他步驟可以包括將探針移動到三維體數(shù)據(jù)集合中的第二位置、在探針面平面上形成用于跟蹤物理現(xiàn)象的控制點(diǎn)的第二集合、以及在其間插值使得控制點(diǎn)的第二集合定義第二樣條曲線。另一步驟可以包括在第一樣條曲線和第二樣條曲線之間插值代表物理現(xiàn)象的三維表面。
所述方法還允許顯示所述表面與控制點(diǎn)的第一集合和控制點(diǎn)的第二集合相交處的插值表面。本發(fā)明的優(yōu)勢是，第一樣條曲線、第二樣條曲線和隨后的樣條曲線是由曲線組成的。
另外的步驟可以包括如下的重復(fù)處理將探針移動到三維體數(shù)據(jù)集合中的第三位置，在探針面平面上形成用于跟蹤物理現(xiàn)象的控制點(diǎn)的第三集合，在控制點(diǎn)的第三集合之間插值以定義第三樣條曲線，并在第一樣條曲線、第二樣條曲線和第三樣條曲線之間插值用于進(jìn)一步定義代表物理現(xiàn)象的三維表面。
如果想要，所述方法還可以包括在探針的各自位置的探針面平面上編輯代表性控制點(diǎn)。此外，所述方法可以包括在探針的各個位置顯示各個控制點(diǎn)之間的曲線連接(“v曲線”)。另一步驟可以包括在三維表面上顯示樣條曲線和v曲線。樣條曲線和v曲線形成同樣代表物理現(xiàn)象的三維網(wǎng)格。所述網(wǎng)格包括樣條曲線和v曲線間的多個交點(diǎn)。所述方法還可以包括在探針面平面上編輯當(dāng)前的控制點(diǎn)的集合，從而在當(dāng)前樣條曲線與先前樣條曲線之間整形所述表面和網(wǎng)格。
更好地，所述方法也可以包括如下步驟選擇多個交點(diǎn)中的一個，從而重新定位探針面平面以通過所選交點(diǎn)。所述方法也包括選擇控制點(diǎn)的集合中的一個，從而重新定位探針面平面以通過所選控制點(diǎn)的集合。
換種方式來說，所述方法的實(shí)施例可以包括如下步驟在三維體數(shù)據(jù)集合中的多個位置定位探針面平面，在每個探針面平面位置形成控制點(diǎn)的集合，使得每個控制點(diǎn)的集合定義相關(guān)的樣條曲線，重新定位探針面平面，以及在多個樣條曲線間插值以形成代表物理現(xiàn)象的三維表面。
本發(fā)明的一個特征是可以通過創(chuàng)建凸出3D采樣探針的多條線快速并方便地創(chuàng)建、重畫、編輯和移動通過3D采樣探針的帶狀部分?？梢砸耘c3D采樣探針的如x、y、z或笛卡兒坐標(biāo)系統(tǒng)的坐標(biāo)系統(tǒng)所成的角偏移量畫出所述的線。
本發(fā)明的另一特征是可以通過在3D采樣探針中的多個位置選擇感興趣的點(diǎn)來快速映射如用于示例地質(zhì)結(jié)構(gòu)等的3D體數(shù)據(jù)集合中的結(jié)構(gòu)，所述點(diǎn)之后可以被插值，以產(chǎn)生與所述結(jié)構(gòu)相關(guān)的網(wǎng)格或表面?？梢钥焖倬庉嬀W(wǎng)格，以及通過選擇網(wǎng)格交點(diǎn)可以將探針移動到所述表面上的不同點(diǎn)。
本發(fā)明的另一特征是，當(dāng)用戶交互地移動3D采樣探針通過3D體數(shù)據(jù)集合時，“快速”重畫3D采樣探針表面上的圖像，從而用戶觀察到與3D采樣探針的運(yùn)動實(shí)時變化的圖像。類似地，當(dāng)用戶交互地移動3D采樣探針通過3D體數(shù)據(jù)集合時，以“快速”改變的透明度來體繪制(volume render)3D采樣探針，從而用戶觀察到與3D采樣探針的運(yùn)動實(shí)時變化的圖像。
本發(fā)明的另一特征是用戶可以交互地改變3D采樣探針的形狀或尺寸，使得“快速”重畫3D采樣探針表面上的圖像，從而用戶觀察到與3D采樣探針的運(yùn)動實(shí)時變化的圖像。類似地，用戶可以交互地改變3D采樣探針的形狀或尺寸，使得以“快速”改變的透明度來體繪制3D采樣探針，從而用戶觀察到與3D采樣探針的形狀或尺寸變化實(shí)時變化的圖像。
本發(fā)明的另一特征是用戶可以交互地旋轉(zhuǎn)3D采樣探針，使得“快速”重畫3D采樣探針表面上的圖像，從而用戶觀察到與3D采樣探針的旋轉(zhuǎn)實(shí)時變化的圖像。類似地，用戶可以交互地旋轉(zhuǎn)3D采樣探針，使得以“快速”改變的透明度來體繪制3D采樣探針，從而用戶觀察到與3D采樣探針的旋轉(zhuǎn)實(shí)時變化的圖像。
本發(fā)明的另一特征是通過用戶從圖像中直接刪除落入特定數(shù)值范圍的選中點(diǎn)，可以創(chuàng)建并操作消除器3D采樣探針。
本發(fā)明的一個優(yōu)勢是用戶可以操作3D采樣探針，交互地穿越3D體數(shù)據(jù)集合以連續(xù)地跟隨并成像某一特征。
本發(fā)明的另一優(yōu)勢是用戶可以沒有中斷或可察覺延遲或遲滯地、以連續(xù)的方式交互地改變所顯示的圖像。這一點(diǎn)允許用戶更快、更準(zhǔn)確地解釋和確定3D體數(shù)據(jù)集合的內(nèi)在特征。
本發(fā)明的另一優(yōu)勢是用戶可以交互地整形3D采樣探針以匹配地質(zhì)特征的形狀，從而使用戶能夠更好地可視化和確定地質(zhì)特征的范圍。
本發(fā)明的另一優(yōu)勢是它可以用來可視化并解釋較大的的3D地震數(shù)據(jù)體。本發(fā)明可以用來快速并準(zhǔn)確地確定鉆孔位置。本發(fā)明可以更好地用來急劇減少3D地震項(xiàng)目的循環(huán)時間，推動來自現(xiàn)有油井的產(chǎn)量，以及定位額外的儲量。


參照附圖描述了本發(fā)明。在附圖中，相似的參考數(shù)字指示相同或功能相似的元件。此外，參考數(shù)字的最左邊的位表示參考數(shù)字第一次出現(xiàn)的附圖。
圖1示出了用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的軟件或程序的一個實(shí)施例；圖2示出了本發(fā)明的3D采樣探針程序的一個實(shí)施例的方框圖；圖3示出了作為數(shù)據(jù)值的函數(shù)描述不透明度的曲線；圖4示出了描述用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的一個實(shí)施例的流程圖；圖5示出了用于改變?nèi)笔√结樀囊粋€實(shí)施例的流程圖；圖6示出了用于創(chuàng)建額外的探針的一個實(shí)施例的流程圖；圖7示出了用于移動探針的一個實(shí)施例的流程圖；圖8示出了用于整形探針的一個實(shí)施例的流程圖；圖9示出了用于在3D空間中旋轉(zhuǎn)探針的一個實(shí)施例的流程圖；圖10示出了用于在固定位置旋轉(zhuǎn)探針的一個實(shí)施例的流程圖；
圖11示出了用于執(zhí)行自動拾取或種子選擇的一個實(shí)施例的流程圖；圖12示出了適合于使用本發(fā)明的計算機(jī)系統(tǒng)的一個實(shí)施例；圖13示出了適合于使用本發(fā)明的計算機(jī)系統(tǒng)的另一實(shí)施例；圖14示出了適用于使用本發(fā)明的示例性計算機(jī)系統(tǒng)的進(jìn)一步的細(xì)節(jié)；圖15描述了本發(fā)明的三個不透明探針，其中兩個探針相交；圖16描述了本發(fā)明的三個探針數(shù)據(jù)探針、透明切割探針和體繪制探針；圖17按照本發(fā)明描述了星形的帶狀部分；圖18示出了用于產(chǎn)生圖17的帶狀部分的系統(tǒng)的方框圖；圖19按照本發(fā)明描述了由3D體數(shù)據(jù)集合描述的代表物理現(xiàn)象的三維網(wǎng)格和三維表面；以及圖20示出了用于產(chǎn)生圖19的網(wǎng)格和表面的系統(tǒng)的方框圖。
具體實(shí)施例方式
概述本發(fā)明涉及一種利用三維(“3D”)采樣探針分析和成像3D體數(shù)據(jù)集合的系統(tǒng)和方法。3D體數(shù)據(jù)集合包括“體素”或體元素。每個體素是體(volume)內(nèi)的采樣或點(diǎn)?？梢砸?x，y，z，數(shù)據(jù)值)的形式表示每個體素，其中“x，y，z”表示體內(nèi)點(diǎn)的3D位置，以及“數(shù)據(jù)值”是在體內(nèi)的特定點(diǎn)的一些測量或計算屬性的數(shù)值或物理參數(shù)。例如，適用于本發(fā)明的3D體數(shù)據(jù)集合為3D地震數(shù)據(jù)。可以以(x，y，z，振幅)表示3D地震數(shù)據(jù)中的每個體素，以振幅對應(yīng)于在特定(x，y，z)位置的反射聲波的振幅。
可以以(x，y，z，數(shù)據(jù)值)的體素形式表示的任何形式的信息都適用于本發(fā)明。除了地震數(shù)據(jù)，來自石油和天然氣工業(yè)的示例包括來自精密間隔的鉆井日志的信息、重力和磁場、遙感數(shù)據(jù)和側(cè)向掃描聲納圖像數(shù)據(jù)。其他的地質(zhì)或物理信息也可能包括溫度、壓力、飽和度、反射率、聲學(xué)阻抗和速度。
本發(fā)明的另一應(yīng)用是用于采礦。例如，本發(fā)明可以用以可視化并解釋地質(zhì)和地球物理數(shù)據(jù)以定位采礦位置，定位并跟蹤要開采的沉積物，或定位并跟蹤將影響采礦操作的如斷層等地質(zhì)特征。本發(fā)明同樣有用于清理有毒、危險或其他類型的廢物的應(yīng)用。例如，本發(fā)明可以用以可視化并解釋在具體位置處代表地理范圍和廢物分布的數(shù)據(jù)。這種可視化和解釋對于排序多個位置的清理以及對于研究針對具體位置的清理方案都是有用的。
本發(fā)明也可以與石油和天然氣工業(yè)之外的信息一起使用。例如，本發(fā)明可以用于在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的分析和成像，其中從CAT(計算機(jī)軸向斷層掃描)掃描儀或核磁共振成像(MRI)程序獲得體素的數(shù)據(jù)值元素。
為了解釋和示例，下面將利用3D地震數(shù)據(jù)作為3D體數(shù)據(jù)集合詳細(xì)描述本發(fā)明。但是，可以理解的是，本發(fā)明無論如何不限制于使用3D地震數(shù)據(jù)。
本發(fā)明具體用作用于解釋3D地震數(shù)據(jù)的可視化工具。如這里所用，術(shù)語“可視化”表示在用戶的思想中構(gòu)建3D體數(shù)據(jù)集合中內(nèi)在表現(xiàn)出的物理或地質(zhì)特征或物理參數(shù)的三維圖像。這種物理特征或參數(shù)通常由如掃描3D體數(shù)據(jù)集合的一系列橫截面等傳統(tǒng)的處理3D數(shù)據(jù)集合的方式是不明顯的，因?yàn)閷τ谟脩粜枰来芜M(jìn)行思維重建，以在頭腦中“成像”三維特征。由于這種思維重建，難以在用戶間交流和共享相同的3D圖像。例如，在辨認(rèn)或分析地形的二維(“2D”)等高線地圖的每個人的頭腦中不需要出現(xiàn)該地形相同的3D思維圖像。通過利用3D計算機(jī)繪圖，用戶可以可視化、交流和共享3D體數(shù)據(jù)集合的相同3D圖像。通過可視化3D地震數(shù)據(jù)，一組地質(zhì)學(xué)家、地球物理學(xué)家和工程師可以解釋可視化的數(shù)據(jù)，以做出勘探和生產(chǎn)決策，如鉆井位置和井道。
為了完成可視化功能，本發(fā)明利用紋理映射(texture mapping)和體繪制(volume rendering)的計算機(jī)圖形技術(shù)?！凹y理映射”意味著將2D圖片或圖像包裹或映射到2D或3D的物體上。例如，可以把人物照片紋理映射到咖啡杯上。
術(shù)語“體繪制”或“體成像”表示以向觀察者傳遞物體的三維屬性的方式繪制三維物體，即使觀察者可能正在觀看二維顯示器或屏幕。計算機(jī)圖形技術(shù)使用著色、照明和濃淡處理技術(shù)來向觀察者的思想傳遞高或低、后或前、亮或暗等?？梢愿淖兺敢暬蛞朁c(diǎn)，使得觀察者可以看到3D物體的全部側(cè)面。體繪制通常包括一些類型的透明度/不透明度(不透明度＝1-透明度)控制，使得3D物體的特定部分更透明，從而允許觀察者“看穿”物體的外表面而觀察其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明通過使用“采樣探針”，這里也稱為“探針”或“探針對象”，能夠快速可視化并分析非常大的3D體數(shù)據(jù)集合。正如下面更加詳細(xì)解釋的那樣，本發(fā)明的采樣探針具有多種屬性，其中之一是通常作為要可視化和分析的整個3D體數(shù)據(jù)集合的3D子體(sub-volume)創(chuàng)建采樣探針。
在整個3D體數(shù)據(jù)集合中，用戶可以交互地創(chuàng)建、塑造、指定大小和移動多個采樣探針。在采樣探針的表面上進(jìn)行紋理映射、或在采樣探針中以多種透明度體繪制采樣探針和整個3D體數(shù)據(jù)集合的交集。如這里所用，術(shù)語“交互的”或“交互地”表示以用戶沒有可察覺的延遲或遲滯地觀察到圖像中的瞬時或?qū)崟r變化的足夠快的速度，響應(yīng)用戶輸入改變或重畫圖像。具體地，至少大約10到15幀每秒的幀速率足以獲得這里所述的交互成像。例如，當(dāng)用戶如通過利用“鼠標(biāo)”的“點(diǎn)擊并拖動”等移動采樣探針時，用戶觀察到在采樣探針表面上的紋理與采樣探針的運(yùn)動“實(shí)時”改變。當(dāng)采樣探針改變形狀、大小或位置時，在成像紋理中或利用不同的透明度、體繪制屬性，沒有用戶可察覺的延遲或遲滯。以這種方式，用戶可以交互地移動采樣探針通過整個3D體，而且更容易且有效地可視化并解釋由整個3D體數(shù)據(jù)集合所代表的地理空間中出現(xiàn)的特征和物理參數(shù)。系統(tǒng)描述可以利用硬件、軟件或者它們的組合實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，以及可以在計算機(jī)系統(tǒng)和其他處理系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。在圖1中示出了用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的軟件或程序結(jié)構(gòu)100的一個實(shí)施例。在程序結(jié)構(gòu)100底部的是操作系統(tǒng)102。合適的操作系統(tǒng)102包括，例如，UNIX操作系統(tǒng)、或者微軟公司的Windows NT、或者作為相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員所清楚的其他操作系統(tǒng)。
菜單和視窗軟件104位于操作系統(tǒng)102之上。菜單和視窗軟件104用以提供多種菜單和窗口，以推進(jìn)與用戶的交互作用，并獲得用戶的輸入和指令。菜單和視窗軟件104可以包括，例如，Microsoft WindowsTM、X WindowSystemTM(麻省理工的注冊商標(biāo))、以及MOTIFTM(Open SoftwareFoundation公司的注冊商標(biāo))。正如相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員所清楚的那樣，也可以使用其他菜單和視窗軟件。
基本圖形庫106位于菜單和視窗軟件104之上?；緢D形庫106是用于3D計算機(jī)繪圖的應(yīng)用程序接口(API)。由基本圖形庫106執(zhí)行的功能包括，例如，幾何與光柵(raster)圖元、RGBA或顏色索引模式、顯示列表或快速模式、觀察與建模變換、照明和陰影、隱藏表面移除、阿爾發(fā)合成(半透明)、抗混疊、紋理映射、模糊效果(霧化、羽化、模糊)、反饋與選擇、蠟版、以及累積緩沖。
特別優(yōu)選的基本圖形庫106為加利福尼亞州，芒廷維尤市，SiliconGraphics公司(“SGI”)提供的OpenGL。OpenGL是不依賴于硬件、窗口和操作系統(tǒng)的多平臺工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。OpenGL被設(shè)計為可以從C、C++、FORTRAN、Ada和Java程序設(shè)計語言調(diào)用。OpenGL執(zhí)行上述列出的用于基本圖形庫106的每項(xiàng)功能。OpenGL中的一些命令指定要繪出的幾何對象，而其他命令控制如何處理對象。OpenGL狀態(tài)的全部元素，甚至紋理存儲器和幀緩存器的內(nèi)容，都可以通過使用OpenGL的客戶應(yīng)用程序獲得。OpenGL和客戶應(yīng)用程序可以在相同或不同的機(jī)器上操作，因?yàn)镺penGL是網(wǎng)絡(luò)透明的。在這里作為參考的《0penGL程序設(shè)計指南》(ISBN0-201-63274-8)和《OpenGL參考手冊》(ISBN0-201-63276-4)中更詳細(xì)地描述了OpenGL。
視覺模擬圖形庫108位于基本圖形庫106之上。視覺模擬圖形庫108是用于創(chuàng)建實(shí)時、多重處理的3D視覺模擬圖形應(yīng)用的API。視覺模擬圖形庫108提供將如照明、材質(zhì)、紋理和透明度等圖形庫狀態(tài)控制函數(shù)捆綁在一起的功能。這些函數(shù)跟蹤狀態(tài)以及隨后可以進(jìn)行繪制的顯示列表的創(chuàng)建。
特別優(yōu)選的視覺模擬圖形庫108為加利福尼亞州，芒廷維尤市，SGI提供的IRIS Performer。IRIS Performer支持上述的OpenGL圖形庫。IRISPerformer包括兩個主庫，libpf和libpr，和四個附屬庫，libpfdu、libpfdb、libpfui和libpfutil。
IRIS Performer的基礎(chǔ)是性能繪制庫libpr，基于GeoSet提供高速繪制功能和利用GeoState提供圖形狀態(tài)控制的低級庫。GeoSet是將相同類型的圖形圖元(如，三角形或四邊形)分組在一個數(shù)據(jù)對象中的可繪制幾何形狀的集合。GeoSet本身不包含幾何圖形，只包含指向數(shù)據(jù)陣列和索引陣列的指針。因?yàn)镚eoSet中的全部圖元是相同類型的，而且具有相同的屬性，所以以最大硬件速度執(zhí)行大多數(shù)數(shù)據(jù)庫的繪制。GeoState提供用于GeoSet的圖形狀態(tài)定義(如，紋理或材質(zhì))。
位于libpr之上的是libpf，提供優(yōu)化利用多重處理硬件的高性能多重處理數(shù)據(jù)庫繪制系統(tǒng)的實(shí)時視覺模擬環(huán)境。數(shù)據(jù)庫實(shí)用程序庫libpfdu提供用于定義3D對象的幾何和外觀屬性的函數(shù)，共享狀態(tài)和材質(zhì)，以及從獨(dú)立多邊形輸入產(chǎn)生三角形帶。數(shù)據(jù)庫程序庫1ibpfdb利用libpfdu、libpf和libpr的程序以輸入大量工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫格式的數(shù)據(jù)庫文件。libpfui是用戶接口庫，為用戶接口(C和C++程序設(shè)計語言)提供用于寫入處理組件的構(gòu)件塊。最后，libpfutil是實(shí)用程序庫，提供用于實(shí)現(xiàn)如多通道選項(xiàng)支持等任務(wù)和圖形用戶接口(GUI)工具的例行程序。
使用IRIS Performer和OpenGLAPI的應(yīng)用程序通常在為實(shí)時3D視覺模擬進(jìn)行的準(zhǔn)備中執(zhí)行如下步驟1.初始化IRIS Performer；2.指定圖形管道的數(shù)目，選擇多重處理配置，以及按照需要指定硬件模式；3.初始化所選的多重處理模式；4.初始化幀速率，以及設(shè)置幀擴(kuò)展策略；5.按照要求創(chuàng)建、配置并打開窗口；以及6.按照要求創(chuàng)建并配置顯示通道。
一旦應(yīng)用程序通過執(zhí)行上面的步驟1到6已經(jīng)創(chuàng)建了圖形繪制環(huán)境，然后應(yīng)用程序通常每幀一次地重復(fù)主模擬循環(huán)。
7.計算動態(tài)性能，更新模型矩陣，等；8.延遲到下一幀時間；9.執(zhí)行等待臨界視點(diǎn)更新；10.繪出幀。
本發(fā)明的3D采樣探針程序110位于視覺模擬圖形庫108之上。程序110以相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員所知的方式與由視覺模擬和圖形庫108、基本圖形庫106、菜單和視窗軟件104以及操作系統(tǒng)102執(zhí)行的函數(shù)相互作用，并利用這些函數(shù)。
更好地以面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計語言編寫本發(fā)明的3D采樣探針程序110，以允許創(chuàng)建并使用對象和對象功能性。特別優(yōu)選的面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計語言是C++。在執(zhí)行本發(fā)明當(dāng)中，程序110創(chuàng)建一個或多個探針“對象”。如上所述，由程序110創(chuàng)建并使用的探針對象這里也被稱為采樣探針或探針。程序110操作探針對象使其具有如下屬性。
探針與較大的3D體的子體(sub-volume)相對應(yīng)。具體地，探針定義了小于用于3D體數(shù)據(jù)集合的體素的完整數(shù)據(jù)集合的子集?？梢耘渲锰结樢缘扔谟糜?D體數(shù)據(jù)集合的體素的完整數(shù)據(jù)集合，或者與用于3D數(shù)據(jù)集合的體素的完整數(shù)據(jù)集合共同延伸，但是當(dāng)探針與子體相對應(yīng)，而且定義小于用于3D體數(shù)據(jù)集合的體素的完整數(shù)據(jù)集合的子集時，最好地執(zhí)行了本發(fā)明的功能性。例如，地震數(shù)據(jù)的3D體數(shù)據(jù)集合可以包含從500MB(兆字節(jié))到大約10GB(千兆字節(jié))或更多的數(shù)據(jù)。2,500平方公里地理空間的典型3D地震數(shù)據(jù)包含大約8GB的數(shù)據(jù)。用于500MB地震數(shù)據(jù)集合的本發(fā)明的探針將更好地包含大約10～20MB的數(shù)據(jù)。
通過利用作為較大的3D體的子體的探針，顯著地減少了用于圖像的每一幀的必須處理和重畫的數(shù)據(jù)的數(shù)量，從而增加了可以重畫圖像的速度。三維立方體的體積與三維立方體的邊長的三次方或“立方”成比例。同樣地，3D體數(shù)據(jù)集合中的數(shù)據(jù)的數(shù)量與它尺寸的三次方或“立方”成比例。因此，較大的3D體的子體中的數(shù)據(jù)的數(shù)量將與較大的3D體中的數(shù)據(jù)的數(shù)量的“立方根” 成比例。這樣，本發(fā)明的探針中的數(shù)據(jù)的數(shù)量將與它作為子體的3D體中的數(shù)據(jù)的數(shù)量的“立方根” 成比例。通過只須處理與探針的子體相關(guān)的數(shù)據(jù)的子集，本發(fā)明可以以用戶沒有可察覺的延遲或遲滯地觀察到圖像中的瞬時或?qū)崟r變化的足夠快的速度，響應(yīng)用戶輸入重畫圖像。
可以交互地在形狀和/或大小上改變、以及可以交互地在較大的3D體內(nèi)移動本發(fā)明的探針。當(dāng)正在形狀和/或大小上改變探針時，或者當(dāng)正在移動探針時，可以交互地不透明地畫出或紋理映射探針的外部幾何形狀或表面。當(dāng)正在形狀和/或大小上改變或移動探針時，可以以變化的透明度畫出或體繪制探針，從而展示探針的內(nèi)部結(jié)構(gòu)或特征。
本發(fā)明的3D采樣探針可以具有任意形狀，包括具有一個或更多直角的矩形和不具有直角的非矩形。本發(fā)明的3D采樣探針可以具有正交或垂直的平面作為外表面(如，正方形或長方形)，平行平面作為外表面(如，平行四邊形)或彎曲的外表面(如，球形、橢圓形或圓柱面)。本發(fā)明不限于任何具體形狀的3D采樣探針。本發(fā)明的3D采樣探針可以具有任意形狀，如用戶確定的地質(zhì)特征的形狀。例如，當(dāng)用戶移動3D探針通過3D地震數(shù)據(jù)體時，可以由用戶可視化并確定地質(zhì)特征。用戶可以交互地整形3D采樣探針，以匹配地質(zhì)特征的形狀，從而使用戶能夠更好地可視化和確定這種地質(zhì)特征的范圍。
可以利用探針插入另一探針，而且可以成像兩個探針的交叉部分?？梢岳锰结榿硪勒辗N子選擇算法加亮數(shù)據(jù)。也可以利用探針來依照種子選擇算法“擦除”或刪除數(shù)據(jù)。下面將更詳細(xì)地解釋這些屬性。
圖2示出了3D采樣探針程序110的一個實(shí)施例的方框圖。程序110包括用戶接口模塊(UIM)210、圖形處理模塊(GPM)220和體采樣模塊(VSM)230。3D體數(shù)據(jù)集合被描述為數(shù)據(jù)體240，這里也稱為3D體。UIM210和GPM220通過雙向通道212通信。GPM220通過通道222向VSM230發(fā)送指令和數(shù)據(jù)請求。UIM210通過通道214相VSM230發(fā)送指令和請求。UIM210通過通道216與數(shù)據(jù)體240相互作用。
通過數(shù)據(jù)通道234向VSM230傳送來自數(shù)據(jù)體240的體素數(shù)據(jù)。VSM230通過數(shù)據(jù)通道232向GPM220傳送數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)體240以相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員眾所周知的方式存儲3D體數(shù)據(jù)集合。例如，用于數(shù)據(jù)體240的格式可以由兩部分組成，由與數(shù)據(jù)集合的大小一樣長的數(shù)據(jù)體跟隨的體(volume)頭。體頭通常包含在指定序列中的信息，如數(shù)據(jù)集合的文件路徑(位置)、大小、x、y和z方向的尺寸、用于x、y和z軸的注釋、用于數(shù)據(jù)值的注釋等。數(shù)據(jù)體是字節(jié)的二進(jìn)制序列，一個或多個字節(jié)每數(shù)據(jù)值，可以以如下方式排序。第一字節(jié)是在體位置(x，y，z)＝(0，0，0)處的數(shù)據(jù)值。第二字節(jié)是在體位置(1，0，0)處的數(shù)據(jù)值，第三字節(jié)是在(2，0，0)處的數(shù)據(jù)值，等等。當(dāng)取盡x維度時，然后增加y維度，以及最后增加z維度。本發(fā)明并不以任何方式限制用于數(shù)據(jù)體240的具體數(shù)據(jù)格式。
用戶接口模塊210處理用戶接口也接收來自用戶的命令、指令和輸入數(shù)據(jù)。UIM210通過用戶可以通過其選擇多種選項(xiàng)和設(shè)置的多個菜單、或者通過鍵盤選擇、或者通過如“鼠標(biāo)”等一個或多個用戶操作的輸入設(shè)備、或者3D定點(diǎn)設(shè)備與用戶連接。當(dāng)用戶操作輸入設(shè)備來移動、指定大小、塑造等3D采樣探針時，UIM210接收用戶輸入。
現(xiàn)在將描述由UIM210執(zhí)行的主要功能。用戶通過UIM210輸入一個和多個3D體數(shù)據(jù)集合(由數(shù)據(jù)體240表示)的標(biāo)識以用于成像和分析。當(dāng)使用多個數(shù)據(jù)體時，用于每個數(shù)據(jù)體的數(shù)據(jù)值代表用于相同地理空間的不同物理參數(shù)和屬性。作為示例，多個數(shù)據(jù)體可以包括地質(zhì)體、溫度體和水飽和度體。可以以(x，y，z，地震振幅)的形式表示地質(zhì)體中的體素?？梢砸?x，y，z，℃)的形式表示溫度體中的體素?？梢砸?x，y，z，％飽和度)的形式表示水飽和體中的體素。由這些體中的每個中的體素確定的物理或地理空間是相同的。但是，對于任意特定空間位置(x0，y0，z0)，將在地質(zhì)體中包含地震振幅，在溫度體中包含溫度，以及在水飽和度體中包含水飽和度。
用戶通過UIM210輸入信息來創(chuàng)建一個或多個3D采樣探針。這些信息包括探針的大小、形狀和初始位置。這些信息也可以包括如顏色、照明、陰影和透明度(或不透明度)等成像屬性。通過調(diào)整作為數(shù)據(jù)值的函數(shù)的不透明度，數(shù)據(jù)體的特定部分更透明，從而允許觀察者看穿表面。圖3中示出了示例性的不透明度曲線300。不透明度300描述了作為數(shù)據(jù)值的函數(shù)的不透明度(1-透明度)。正如本領(lǐng)域的技術(shù)人員清楚的那樣，具有較大不透明度(較少透明度)的數(shù)據(jù)值將掩蓋具有較低不透明度(較多透明度)的數(shù)據(jù)值的成像或顯示。相反地，具有較少不透明度和較大透明度的數(shù)據(jù)值將允許具有較大不透明度和較低透明度的數(shù)據(jù)值的成像或顯示。
UIM210從用戶接收輸入，用于指定大小和塑造3D采樣探針。如下面更詳細(xì)描述的那樣，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，用戶通過點(diǎn)擊探針上的“指定大小標(biāo)簽”，并沿一個或多個方向?qū)μ结樀某叽邕M(jìn)行改變來改變探針的形狀和/或大小。UIM210從用戶接收輸入來在數(shù)據(jù)體中移動3D采樣探針的位置或定位。在優(yōu)選實(shí)施例中，用戶操作鼠標(biāo)“點(diǎn)擊”要移動的探針的表面，然后移動鼠標(biāo)來移動探針通過由數(shù)據(jù)體定義的地理空間。
UIM210從用戶接收輸入來執(zhí)行“自動拾取”處理。在自動拾取處理中，根據(jù)選擇算法來選擇數(shù)據(jù)點(diǎn)(體素)。在優(yōu)選實(shí)施例中，選擇算法基于3D數(shù)據(jù)體內(nèi)的種子點(diǎn)。然后，選擇算法選擇滿足以下條件的數(shù)據(jù)點(diǎn)(i)滿足選擇判別式或算法(例如，具有在指定濾波范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)值)；以及(ii)與種子點(diǎn)之間具有連通性或與種子點(diǎn)相連。通過UIM210，提示用戶在3D體中確定種子點(diǎn)，以及確定選擇算法所用的數(shù)據(jù)值的濾波范圍來“拾取”所選的點(diǎn)。更好地，種子點(diǎn)位于3D采樣探針之一內(nèi)。
UIM210也從用戶接收關(guān)于所顯示的圖像的內(nèi)容的輸入。例如，用戶更好地可以選擇所顯示的圖像的內(nèi)容。所顯示的圖像的內(nèi)容可以只包括3D采樣探針，即，它與3D體的交叉部分。此外，3D采樣探針可以與或不與定義探針的外部幾何圖形的邊框一起顯示。代替地，所顯示的圖像可以包括3D采樣探針，以及占用背景xz、yz和xy平面的數(shù)據(jù)，和/或占用所顯示的3D采樣探針的外部3D體的數(shù)據(jù)。
為了執(zhí)行前述功能，UIM210向體采樣模塊230發(fā)送請求以加載或附加用戶確定的這些3D體數(shù)據(jù)集合。UIM210通過通道212與執(zhí)行顯示和成像的圖形處理模塊220進(jìn)行通信。
現(xiàn)在將描述GPM220執(zhí)行的主要功能。GPM220以顏色、照明、陰影、透明度和其他用戶所選的屬性處理用于成像3D采樣探針的數(shù)據(jù)。為了實(shí)現(xiàn)這種處理，GPM220利用通過上述基本圖形庫106和視覺模擬圖形庫108可用的函數(shù)。用戶可以選擇(通過UIM210)只顯示已經(jīng)創(chuàng)建的一個或多個3D采樣探針。代替地，用戶可以選擇顯示一個或多個3D采樣探針，以及探針外部的3D數(shù)據(jù)體，即，在3D體數(shù)據(jù)中不與任何被顯示的3D采樣探針相交的體素。被顯示的3D采樣探針這里也被稱為“活動的探針”。
GPM220處理UIM210從用戶接收到的整形和移動請求。GPM220依照用戶選擇的屬性(顏色、照明、陰影、透明度等)畫出整形后的3D采樣探針。當(dāng)用戶輸入用于3D采樣探針的形狀改變時，以用戶能夠?qū)崟r觀察足夠快地重畫具有所選屬性的圖像。類似地，GPM220依照用戶選擇的屬性(顏色、照明、陰影、透明度等)在新位置或新定位畫出3D采樣探針。當(dāng)用戶移動3D采樣探針通過3D體時，以用戶能夠?qū)崟r觀察足夠快地重畫具有所選屬性的3D采樣探針的圖像。
GPM220處理UIM210接收到的“自動拾取”請求。GPM220將成像依照選擇算法在3D體內(nèi)選擇的點(diǎn)。代替地，GPM220將“擦除”依照選擇算法在3D體內(nèi)選擇的點(diǎn)。
為了執(zhí)行前述功能，GPM220通過通道212與UIM210進(jìn)行通信，從而以所選的屬性成像或顯示用戶請求的信息。GPM220通過通道222向體采樣模塊(VSM)230發(fā)送數(shù)據(jù)請求，從數(shù)據(jù)體240獲得所需數(shù)據(jù)。
VSM230的主要功能是在GPM220的請求下從數(shù)據(jù)體240提取適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)。VSM230通過通道222從GPM220接收數(shù)據(jù)請求。VSM230從數(shù)據(jù)體240提取所需數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)通道232向GPM220傳送數(shù)據(jù)用于處理和顯示。VSM230也通過通道214從UIM210接收指令來加載或附加用戶確定的3D數(shù)據(jù)體。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖4，示出了描述用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的一個實(shí)施例的流程圖400。在步驟402中示出了開始或初始化處理。在步驟402中，用戶指定要使用的一個和多個數(shù)據(jù)體(240)。從磁盤將指定的3D體數(shù)據(jù)集合加載到主存儲器中(下面將更詳細(xì)地描述適用于執(zhí)行本發(fā)明的硬件的描述)。創(chuàng)建并畫出缺省3D采樣探針。缺省3D采樣探針是任意大小和形狀的指定的3D體的子體。本發(fā)明并不限制于用于缺省3D采樣探針的任何具體大小和形狀。
作為本發(fā)明的示例，缺省3D采樣探針可以是正方形(在x、y和z方向具有相等的尺寸)。為了畫出正方形的缺省3D采樣探針，首先畫出邊框幾何圖形位于z軸上的一條邊。然后由VSM 230從數(shù)據(jù)體240提取數(shù)據(jù)來畫出正方形缺省3D采樣探針與3D體(數(shù)據(jù)體240)的交叉部分的圖像。具體地，對應(yīng)于在xz、yz和xy平面中正方形缺省3D采樣探針與3D體的交叉部分提取數(shù)據(jù)。然后由VSM230向GPM220發(fā)送這些數(shù)據(jù)，從而將其紋理映射到邊框上以提供正方形缺省3D采樣探針的圖像。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，在開始步驟402中(除了缺省3D采樣探針之外)也成像或顯示占用xy、yz和xy平面本身的數(shù)據(jù)，以及占用缺省3D采樣探針外部的3D體的數(shù)據(jù)。代替地，可以執(zhí)行開始步驟402，從而不顯示或成像占用xy、yz和xy平面的數(shù)據(jù)，或占用缺省3D采樣探針外部的3D體的數(shù)據(jù)。更好地，執(zhí)行本發(fā)明，使得用戶可以有選擇性地顯示或不顯示占用xy、yz和xy平面的數(shù)據(jù)，以及占用缺省3D采樣探針外部的3D體的數(shù)據(jù)。
在步驟404中，UIM210等待響應(yīng)用戶輸入或請求。通過適用于計算機(jī)的用戶輸入設(shè)備，包括但不限于鍵盤、鼠標(biāo)、操縱桿、跟蹤球、滾動球、滾動點(diǎn)、或其他類型的合適的指示設(shè)備等接收用戶輸入。更好地，用戶輸入設(shè)備包括使用戶能夠“點(diǎn)擊”具體的顯示圖像，并將顯示圖像“拖動”到另一位置的鼠標(biāo)或其他類似的設(shè)備。這種用戶輸入設(shè)備允許用戶移動和整形顯示的探針。這種用戶輸入設(shè)備也允許用戶激活下拉菜單，并選擇用于顏色、陰影、照明和透明度屬性的多種選項(xiàng)。鍵盤也可以用來輸入與所選屬性相關(guān)的信息。
參考數(shù)字406大體上代表本發(fā)明可以執(zhí)行的多種功能。依賴于用戶的輸入，可以獨(dú)立或同時執(zhí)行這些功能。例如，可以同時移動(函數(shù)430)和旋轉(zhuǎn)(函數(shù)450)探針。當(dāng)執(zhí)行以參考數(shù)字406標(biāo)識的功能時，以用戶能夠?qū)崟r觀察足夠快地重畫3D采樣探針的圖像?，F(xiàn)在將描述參考數(shù)字406標(biāo)識的每項(xiàng)功能。
如果用戶想改變?nèi)笔√结?，那么?zhí)行函數(shù)410。通過流程圖連接符5A在圖5中示出了執(zhí)行函數(shù)410的步驟。在步驟502中，由用戶通過UIM210輸入對缺省探針的變化。例如，對缺省探針的變化可以是形狀或大小、位置、或者如顏色、陰影、照明和透明度等屬性的變化。
在步驟504中，UIM210向GPM220發(fā)送請求以畫出改變后的缺省探針。在步驟506中，GPM220從VSM230請求用于改變后的缺省探針的數(shù)據(jù)。在進(jìn)行這一請求中，如果需要移動缺省探針，GPM220將調(diào)用函數(shù)430；函數(shù)440以整形缺省探針；以及函數(shù)450或460以旋轉(zhuǎn)缺省探針。下面將更詳細(xì)地描述前述函數(shù)。
響應(yīng)GPM220在步驟506中根據(jù)用戶已經(jīng)選擇的屬性做出的請求，VSM230從數(shù)據(jù)體240提取數(shù)據(jù)。如果用戶選擇的不透明度設(shè)置是全部數(shù)據(jù)值都是不透明的，那么VSM230提取的數(shù)據(jù)將限制于改變后的缺省探針的表面。由于選擇了不透明，用戶將不可能看到改變后的缺省探針的內(nèi)部，所以VSM230只提取與改變后的缺省探針的表面或外部相對應(yīng)的數(shù)據(jù)。在步驟508中，GPM220處理VSM230提取的數(shù)據(jù)用于改變后的缺省探針的表面，并通過依照用戶選擇的屬性在表面上進(jìn)行紋理映射來畫出改變后的缺省探針。通過只提取用戶可以看到的數(shù)據(jù)，可以更快地畫出改變后的缺省探針的圖像，因?yàn)樾枰幚磔^少的數(shù)據(jù)，即，不處理與改變的缺省探針的“內(nèi)部”相對應(yīng)的數(shù)據(jù)。
代替地，如果用戶選擇的不透明度設(shè)置是一些數(shù)據(jù)值是不透明的而一些數(shù)據(jù)值是透明的，那么VSM230提取的數(shù)據(jù)將包括與改變的缺省探針的整個體相對應(yīng)的數(shù)據(jù)。因?yàn)檫x擇了不透明和透明，用戶將可以看到改變的缺省探針的內(nèi)部，所以VSM230將提取與改變后的缺省探針的整個體相對應(yīng)的數(shù)據(jù)。在這種情況下，在步驟508中GPM220處理VSM230提取的數(shù)據(jù)，并通過依照用戶選擇的屬性進(jìn)行體繪制來畫出改變后的缺省探針。
如果用戶想創(chuàng)建額外的探針，那么執(zhí)行函數(shù)420。本發(fā)明并不限于任何具體數(shù)目的活動探針。通過流程圖連接符6A在圖6中示出了執(zhí)行函數(shù)420的步驟。在步驟602中，由用戶通過UIM210輸入用于額外探針的形狀、大小、位置、屬性等。在步驟604中，UIM210向GPM220發(fā)送請求以畫出額外的探針。
在步驟606中，GPM220從VSM230請求用于額外探針的數(shù)據(jù)。以與上述用于改變?nèi)笔√结樝嗨频姆绞?，VSM230從3D或數(shù)據(jù)體240提取的數(shù)據(jù)將依賴于用戶為額外探針選擇的不透明度。如果用戶選擇的不透明度設(shè)置是用于額外探針的全部數(shù)據(jù)值都是不透明的，那么VSM230提取的數(shù)據(jù)將限制于額外探針的表面。代替地，如果用戶為額外探針選擇的不透明度設(shè)置是一些數(shù)據(jù)值是不透明的而一些數(shù)據(jù)值是透明的，那么VSM230提取的數(shù)據(jù)將包括與額外探針的整個體相對應(yīng)的數(shù)據(jù)。以這種方式，通過最小化必須要處理的數(shù)據(jù)的數(shù)量，可以更快地畫出額外探針。
在步驟608中，GPM220處理VSM230提取的數(shù)據(jù)用于額外探針，并或者通過紋理映射到額外探針的表面上，或者通過體繪制額外探針的整個體，依照用戶選擇的屬性畫出額外探針。
如果用戶想移動探針，那么執(zhí)行函數(shù)430。通過流程圖連接符7A在圖7中示出了執(zhí)行函數(shù)430的步驟。在步驟702中，用戶通過UIM210輸入用于探針的新位置。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，用戶通過點(diǎn)擊鼠標(biāo)或其他類型的合適的用戶輸入設(shè)備以將指針移動到要移動的探針的表面上來輸入探針的新位置。用戶通過沿任意方向移動鼠標(biāo)或其他合適的用戶輸入設(shè)備，從而沿軌跡拖動探針來改變探針的位置。
在步驟704中，UIM210向GPM220發(fā)送移動請求來在新位置畫出探針。GPM220從VSM230請求用于探針的新位置的數(shù)據(jù)。以與上述相似的方式，VSM230從數(shù)據(jù)體240提取的數(shù)據(jù)將依賴于用戶為正在移動的探針選擇的不透明度。如果用戶選擇的不透明度設(shè)置是用于正在移動的探針的全部數(shù)據(jù)值都是不透明的，那么VSM230提取的數(shù)據(jù)將限制于正在移動的探針的表面。代替地，如果用戶為正在移動的探針選擇的不透明度設(shè)置是一些數(shù)據(jù)值是不透明的而一些數(shù)據(jù)值是透明的，那么VSM230提取的數(shù)據(jù)將包括與正在移動的探針的整個體相對應(yīng)的數(shù)據(jù)。以這種方式，通過最小化必須要處理的數(shù)據(jù)的數(shù)量，可以在新位置更快地畫出探針。
在步驟708中，GPM220處理VSM230提取的數(shù)據(jù)用于正在移動的探針，并或者通過紋理映射到正在移動的探針的表面上，或者通過體繪制正在移動的探針的整個體，依照用戶選擇的屬性在新位置畫出探針。
當(dāng)用戶移動探針時，對于探針的每個新位置，以用戶觀察到以合適的紋理映射或體繪制的探針的圖像與探針的運(yùn)動“實(shí)時”改變的足夠快的速率重復(fù)步驟702到708。以用戶實(shí)時觀察的足夠快的幀速率重畫圖像。
如果用戶想整形探針，那么執(zhí)行函數(shù)440。如這里所用，術(shù)語“整形”表示沿任何方向?qū)?D采樣探針的尺寸的任何變化。例如，諸如通過沿x方向增加探針的大小，而沿y方向減小探針的大小，將正方形探針改變?yōu)殚L方形探針等，通過沿一個或多個方向改變大小可以改變或整形3D采樣探針的形狀。作為另一示例，通過將形狀從球形變化為長方形可以改變3D采樣探針的形狀。作為另一示例，通過分別沿x、y和z方向改變相等的大小可以依照本發(fā)明將正方形3D采樣探針(沿x、y和z方向具有相等的尺寸)整形為較大或較小的正方形探針。整形后的探針也具有正方形的形狀，但是為較大或較小的正方形。
通過流程圖連接符8A在圖8中示出了執(zhí)行函數(shù)440的步驟。在步驟802中，用戶通過UIM210輸入用于探針的新形狀和/或大小。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，用戶通過點(diǎn)擊鼠標(biāo)或其他類型的合適的用戶輸入設(shè)備以將指針抓到要進(jìn)行整形的探針的“指定大小標(biāo)簽”上來輸入探針的新形狀。如這里所用，“指定大小標(biāo)簽”表示探針表面上的指定區(qū)域。更好地以不同于顯示3D體數(shù)據(jù)集合的特征或物理參數(shù)所用的顏色的顏色顯示這個指定區(qū)域。當(dāng)抓住指定大小標(biāo)簽的指針時，操作鼠標(biāo)或用戶輸入設(shè)備改變指定大小標(biāo)簽位于其上的表面的尺寸或部分。當(dāng)達(dá)到想要的大小或形狀時，用戶再次點(diǎn)擊鼠標(biāo)或用戶輸入設(shè)備以從指定大小標(biāo)簽釋放指針。圖15和圖16中描述了指定大小標(biāo)簽。指定大小標(biāo)簽是沿探針的邊框幾何圖形，出現(xiàn)在探針表面上的小暗方塊。指定大小標(biāo)簽的位置不限于探針的邊框幾何圖形。用戶通過在指定大小標(biāo)簽上點(diǎn)擊鼠標(biāo)或其他合適的用戶輸入設(shè)備，拖動鼠標(biāo)直到將表面改變到想要的形狀，然后從指定大小標(biāo)簽釋放鼠標(biāo)來改變探針的形狀。如果需要，可以重復(fù)這種處理，利用探針上的其他指定大小標(biāo)簽知道將探針整形到想要的形狀。
對于相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員清楚的是，如何實(shí)現(xiàn)這種用于整形本發(fā)明的探針的指定大小標(biāo)簽。但是，可以理解的是，本發(fā)明并不限于使用用于整形探針的指定大小標(biāo)簽，而可以使用其他合適的方法。例如，用戶可以通過激活下拉菜單，或通過反復(fù)點(diǎn)擊鼠標(biāo)在形狀之間滾讀(scroll)，從大量的預(yù)設(shè)形狀(如，正方形、長方形、圓柱形、球形)中進(jìn)行選擇。
在步驟804中，UIM210向GPM220發(fā)送整形請求以畫出整形后的探針。在步驟806中，確定是否還需要更多的數(shù)據(jù)來畫出整形后的探針。例如，如果整形后的探針是“與”現(xiàn)有的探針的內(nèi)部“相一致”的形狀，那么不再需要數(shù)據(jù)，而且處理繼續(xù)到步驟810。代替地，如果整形后的探針是至少部分落在現(xiàn)有探針外部的形狀或大小，那么，在步驟808中，GPM220從VSM230請求需要用于整形后的探針的數(shù)據(jù)。以與上述相似的方式，VSM230從3D或數(shù)據(jù)體240提取的數(shù)據(jù)將依賴于用戶為正在整形的探針選擇的不透明度。如果用戶選擇的不透明度設(shè)置是用于正在整形的探針的全部數(shù)據(jù)值都是不透明的，那么VSM230提取的數(shù)據(jù)將限制于正在整形的探針的表面。代替地，如果用戶為正在整形的探針選擇的不透明度設(shè)置是一些數(shù)據(jù)值是不透明的而一些數(shù)據(jù)值是透明的，那么VSM230提取的數(shù)據(jù)將包括與正在整形的探針的整個體相對應(yīng)的數(shù)據(jù)。以這種方式，通過最小化必須要處理的數(shù)據(jù)的數(shù)量，可以以新形狀更快地畫出探針。
在步驟810中，GPM220處理VSM230提取的數(shù)據(jù)用于正在整形的探針，并或者通過紋理映射到正在整形的探針的表面上，或者通過體繪制正在整形的探針的整個體，依照用戶選擇的屬性以其新形狀畫出探針。
當(dāng)用戶改變探針的形狀時，以用戶觀察到以合適的紋理映射或體繪制的探針的圖像與探針的形狀“實(shí)時”改變的足夠快的速率重復(fù)步驟802到810。以用戶實(shí)時觀察的足夠快的幀速率重畫圖像。
如果用戶想在3D空間中旋轉(zhuǎn)探針，那么執(zhí)行函數(shù)450。在函數(shù)450中，改變對于3D體和探針都相同的3D方向，從而在空間中旋轉(zhuǎn)3D體和探針。通過流程圖連接符9A在圖9中示出了執(zhí)行函數(shù)450的步驟。在步驟902中，用戶通過UIM210輸入用于3D體和探針的新3D方向。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，用戶通過點(diǎn)擊鼠標(biāo)或其他類型的合適的用戶輸入設(shè)備以將指針抓到要旋轉(zhuǎn)的探針的軸上來輸入新方向。操作鼠標(biāo)或用戶輸入設(shè)備改變軸的方向。當(dāng)達(dá)到想要的方向時，用戶再次點(diǎn)擊鼠標(biāo)或用戶輸入設(shè)備以從軸上釋放指針。對于相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員清楚的是，如何實(shí)現(xiàn)這種方向上的改變。但是，可以理解的是，本發(fā)明并不限于以這種方式改變方向。例如，用戶可以通過激活下拉菜單，或通過反復(fù)點(diǎn)擊鼠標(biāo)在旋轉(zhuǎn)之間滾讀，從大量的旋轉(zhuǎn)(如，向左或向右旋轉(zhuǎn)90°；向左或向右旋轉(zhuǎn)45°，等)中進(jìn)行選擇。
在步驟904中，UIM210向GPM220發(fā)送在3D空間中旋轉(zhuǎn)請求以畫出旋轉(zhuǎn)后的探針。在步驟906中，GPM220從VSM230請求用于旋轉(zhuǎn)后的探針的數(shù)據(jù)。以與上述相似的方式，VSM230從數(shù)據(jù)體240提取的數(shù)據(jù)將依賴于用戶為正在旋轉(zhuǎn)的探針選擇的不透明度。如果用戶選擇的不透明度設(shè)置是用于正在旋轉(zhuǎn)的探針的全部數(shù)據(jù)值都是不透明的，那么VSM230提取的數(shù)據(jù)將限制于正在旋轉(zhuǎn)的探針的表面。代替地，如果用戶為正在旋轉(zhuǎn)的探針選擇的不透明度設(shè)置是一些數(shù)據(jù)值是不透明的而一些數(shù)據(jù)值是透明的，那么VSM230提取的數(shù)據(jù)將包括與正在旋轉(zhuǎn)的探針的整個體相對應(yīng)的數(shù)據(jù)。以這種方式，通過最小化必須要處理的數(shù)據(jù)的數(shù)量，可以以新方向更快地畫出探針。
在步驟908中，GPM220處理VSM230提取的數(shù)據(jù)用于正在旋轉(zhuǎn)的探針，并或者通過紋理映射到正在旋轉(zhuǎn)的探針的表面上，或者通過體繪制正在旋轉(zhuǎn)的探針的整個體，依照用戶選擇的屬性以新方向畫出探針。
當(dāng)用戶在3D空間中旋轉(zhuǎn)探針時，以用戶觀察到以合適的紋理映射或體繪制的探針的圖像與探針的方向“實(shí)時”改變的足夠快的速率重復(fù)步驟902到908。以用戶實(shí)時觀察的足夠快的幀速率重畫圖像。
如果用戶想旋轉(zhuǎn)探針，而將其固定在3D空間中，那么執(zhí)行函數(shù)460。在函數(shù)460中，與3D體的3D方向獨(dú)立地旋轉(zhuǎn)探針的3D方向，從而旋轉(zhuǎn)探針，而將其固定在由3D體的方向定義的3D空間中。以這種方式，可以以固定方向顯示用于活動的探針的背景平面，以及可以在背景平面中旋轉(zhuǎn)活動的探針。
通過流程圖連接符10A在圖10中示出了執(zhí)行函數(shù)460的步驟。在步驟1002中，用戶通過UIM210輸入探針的新3D方向。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，用戶，例如從“下拉”菜單中選擇旋轉(zhuǎn)而固定在空間中的選項(xiàng)。然后，用戶通過點(diǎn)擊鼠標(biāo)或其他類型的合適的用戶輸入設(shè)備以將指針抓到要旋轉(zhuǎn)的探針的軸上來輸入探針的新方向。操作鼠標(biāo)或用戶輸入設(shè)備改變軸的方向。當(dāng)達(dá)到想要的方向時，用戶再次點(diǎn)擊鼠標(biāo)或用戶輸入設(shè)備以從軸上釋放指針。相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員清楚如何實(shí)現(xiàn)這種方向上的改變。但是，可以理解的是，本發(fā)明并不限于以這種方式改變方向。例如，用戶可以通過激活下拉菜單，或通過反復(fù)點(diǎn)擊鼠標(biāo)在旋轉(zhuǎn)之間滾讀，從大量的旋轉(zhuǎn)(如，向左或向右旋轉(zhuǎn)90°；向左或向右旋轉(zhuǎn)45°，等)中進(jìn)行選擇。
在步驟1004中，UIM210向GPM220發(fā)送旋轉(zhuǎn)而固定在空間中的請求以畫出旋轉(zhuǎn)后的探針。在步驟1006中，GPM220從VSM230請求用于旋轉(zhuǎn)后的探針的數(shù)據(jù)。以與上述相似的方式，VSM230從數(shù)據(jù)體240提取的數(shù)據(jù)將依賴于用戶為正在旋轉(zhuǎn)的探針選擇的不透明度。如果用戶選擇的不透明度設(shè)置是用于正在旋轉(zhuǎn)的探針的全部數(shù)據(jù)值都是不透明的，那么VSM230提取的數(shù)據(jù)將限制于正在旋轉(zhuǎn)的探針的表面。代替地，如果用戶為正在旋轉(zhuǎn)的探針選擇的不透明度設(shè)置是一些數(shù)據(jù)值是不透明的而一些數(shù)據(jù)值是透明的，那么VSM230提取的數(shù)據(jù)將包括與正在旋轉(zhuǎn)的探針的整個體相對應(yīng)的數(shù)據(jù)。以這種方式，通過最小化必須要處理的數(shù)據(jù)的數(shù)量，可以以新方向更快地畫出探針。
在步驟1008中，GPM220處理VSM230提取的數(shù)據(jù)用于正在旋轉(zhuǎn)的探針，并或者通過紋理映射到正在旋轉(zhuǎn)的探針的表面上，或者通過體繪制正在旋轉(zhuǎn)的探針的整個體，依照用戶選擇的屬性以新方向畫出探針。
當(dāng)用戶旋轉(zhuǎn)探針而將其固定在空間中時，以用戶觀察到以合適的紋理映射或體繪制的探針的圖像與探針的方向“實(shí)時”改變的足夠快的速率重復(fù)步驟1002到1008。以用戶實(shí)時觀察的足夠快的幀速率重畫圖像。
如果用戶想執(zhí)行“自動拾取”處理，那么執(zhí)行函數(shù)470。通過流程圖連接符11A在圖11中示出了執(zhí)行函數(shù)470的步驟。在步驟1102中，用戶通過UIM210輸入3D體的數(shù)據(jù)集合中的種子點(diǎn)和根據(jù)數(shù)據(jù)值的選擇判別式。更好地，種子點(diǎn)在定義了探針的體素的數(shù)據(jù)集合中。如下所述，這里，這樣的探針被稱為種子3D采樣探針或擦除器3D采樣探針。但是，種子點(diǎn)也可以在活動探針外部、定義了3D體的體素的集合中。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，用戶，例如，從“下拉”菜單中，選擇執(zhí)行自動拾取處理的選項(xiàng)。然后，用戶通過點(diǎn)擊鼠標(biāo)或其他類型的合適的用戶輸入設(shè)備以將指針抓到要想要的種子點(diǎn)上來選擇種子點(diǎn)。例如，通過圖形選擇區(qū)域，或者通過鍵入特定的數(shù)值，可以輸入選擇判別式。相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員清楚用戶如何輸入種子點(diǎn)和數(shù)據(jù)值的濾波范圍。
在步驟1104中，UIM210向GPM220發(fā)送自動選取請求以畫出旋轉(zhuǎn)后的探針。在步驟1106中，GPM220從VSM230請求選中點(diǎn)來成像。選中點(diǎn)是那些與種子點(diǎn)相連的點(diǎn)以及那些具有滿足選擇判別式的數(shù)據(jù)值的點(diǎn)。
在步驟1108中，GPM220處理VSM230提取的數(shù)據(jù)，以畫出選中點(diǎn)。更好地通過與用于描述3D體數(shù)據(jù)集合的特征或物理參數(shù)的那些顏色不同的顏色畫出選中點(diǎn)以突出選中點(diǎn)。代替地，可以執(zhí)行步驟1108以從圖像中“擦除”或刪除選中點(diǎn)。
以類似的方式，自動拾取函數(shù)470可以用以“擦除”或取消選定點(diǎn)。例如，諸如通過調(diào)用函數(shù)420創(chuàng)建額外探針等，定義擦除器3D采樣探針。定義根據(jù)數(shù)據(jù)值的“取消選定”判別式。確定滿足取消選定判別式的由自動拾取操作先前選擇的點(diǎn)作為用于取消選定的候選點(diǎn)。當(dāng)擦除器3D采樣探針移動通過3D體時，從圖像中刪除曲線選定的點(diǎn)，并以用戶實(shí)時觀察足夠快地重畫圖像。
一旦用戶初始化自動拾取函數(shù)470，就可以同時與例如移動函數(shù)430一起執(zhí)行。以這種方式，當(dāng)用戶移動探針時，以用戶觀察到具有選擇點(diǎn)的探針的圖像與探針的位置“實(shí)時”改變的足夠快的速率重復(fù)步驟1102到1108(和步驟702到708)。當(dāng)移動探針時，可以通過以合適的顏色畫出選中點(diǎn)來加亮選中點(diǎn)，從而當(dāng)移動通過3D體時，使自動拾取3D采樣探針起到“高亮顯示”的作用。代替地，當(dāng)移動探針時，可以從圖像中“擦除”或刪除由自動拾取操作先前選擇的點(diǎn)，從而當(dāng)移動通過3D體時，使探針起到“擦除器”或擦除器3D采樣探針的作用。在每個實(shí)施例中，以用戶實(shí)時觀察的足夠快的幀速率重畫圖像。
如果用戶想創(chuàng)建“帶狀部分”，那么執(zhí)行函數(shù)480。下面將參照圖17并通過圖18中的框圖連接符18A進(jìn)一步描述執(zhí)行函數(shù)480所需的步驟。
如果用戶想創(chuàng)建代表在3D體數(shù)據(jù)集合中發(fā)現(xiàn)的物理現(xiàn)象的“3D表面”，那么執(zhí)行函數(shù)490。下面將參照圖19并通過圖20中的框圖連接符20A進(jìn)一步描述執(zhí)行函數(shù)490所需的步驟。
在用戶想要執(zhí)行如更多探針(430)、整形探針(440)、創(chuàng)建帶狀部分(480)以及創(chuàng)建3D表面(490)等上述一個或多個功能的任何事件中，可以與一個或多個其他功能獨(dú)立地、或與一個或多個其他功能一同執(zhí)行每個功能。
現(xiàn)在參照圖12，示出了適于使用本發(fā)明的計算機(jī)系統(tǒng)的一個實(shí)施例。圖形超級計算機(jī)1210包含一個或多個中央處理單元(CPU)或處理器1212。超級計算機(jī)1210包含處理器1212可以訪問的隨機(jī)存取存儲器(RAM)1214。超級計算機(jī)1210也包含同樣訪問RAM1214的一個或多個圖形模塊1216。圖形模塊1216利用硬件(如專用圖形處理器)或硬件和軟件的組合執(zhí)行由圖形處理模塊220執(zhí)行的功能。用戶輸入設(shè)備1218允許用戶對圖形超級計算機(jī)1210進(jìn)行控制，并向圖形超級計算機(jī)1210輸入信息。
特別優(yōu)選的圖形超級計算機(jī)是加利福尼亞州，芒廷維尤市，SiliconGraphics公司提供的Onyx2 Infinite Reality系統(tǒng)，配置有八個處理器、三個圖形管道、16GB的主存儲器以及250GB的磁盤存儲器。這種圖形超級計算機(jī)具有可升級、高帶寬、低等待時間的體系結(jié)構(gòu)以在多圖形管道上提供高速繪制。也可以使用如加利福尼亞，帕洛阿爾托市的惠普公司或加利福尼亞州，芒廷維尤市的Sun Microsystems公司等其他供應(yīng)商提供的圖形超級計算機(jī)。
從圖形超級計算機(jī)1210向用于在屏幕1230上投影的多屏幕顯示系統(tǒng)1220發(fā)送形成要顯示的圖像的圖形數(shù)據(jù)。在圖12中示出的實(shí)施例中，使用了三臺投影儀。從用戶觀察屏幕1230上的圖像的角度，三臺投影儀包括左投影儀1240、中投影儀1250和右投影儀1260。盡管示出了三臺投影儀，本發(fā)明并不限于使用任何具體數(shù)目的投影儀。
投影儀1240在屏幕1230上具有投影區(qū)域，通常顯示在位于點(diǎn)1241和點(diǎn)1243之間的1242。投影儀1250在屏幕1230上具有投影區(qū)域，通常顯示在位于點(diǎn)1251和點(diǎn)1253之間的1252。投影儀1260在屏幕1230上具有投影區(qū)域，通常顯示在位于點(diǎn)1261和點(diǎn)1263之間的1262。投影區(qū)域1242和1252具有位于點(diǎn)1251和1243之間的交疊區(qū)域1244。類似地，投影區(qū)域1262和1252具有位于點(diǎn)1261和1253之間的交疊區(qū)域1264。將要顯示的圖形分為三個(左、中和右)交疊子圖像。通過同時投影三個交疊子圖像，增加用戶的視場超過例如在顯示器上或通過只使用一臺投影儀可以得到的視場。作為示例，使用圖12所示的三個交疊子圖像將視場增加到大約160°。交疊區(qū)域1244和1264每一個大約是5.3°。多屏幕顯示系統(tǒng)1220以眾所周知的方式計算交疊區(qū)域1244和1264，將三臺投影儀的圖像進(jìn)行邊緣混合以在屏幕1230上形成無縫圖像。英格蘭，倫敦，SEOS提供如Barco投影儀單元等合適的顯示和投影儀系統(tǒng)。
圖13示出適于使用本發(fā)明的計算機(jī)系統(tǒng)的另一實(shí)施例。在圖13所示的實(shí)施例中，圖形超級計算機(jī)1210配置有多處理器1212、RAM1214和兩個圖形模塊1216。在圖13中示出的適于在此實(shí)施例中使用的圖形工作站可以由Silicon Graphics公司或Sun Microsystems公司提供。每個圖形模塊1216與用于顯示的監(jiān)視器1320相連。監(jiān)視器1320更好地應(yīng)該是適用于顯示如圖15和圖16所示的圖形的彩色圖形監(jiān)視器。更好地，監(jiān)視器1320中的一個顯示3D采樣探針的圖形，而監(jiān)視器1320中的另一個顯示用以操作3D采樣探針程序110的多種菜單。圖13還示出了起到用戶輸入設(shè)備作用的鍵盤1330和鼠標(biāo)1332。
圖14中更詳細(xì)地示出了能夠執(zhí)行這里所述的功能性的計算機(jī)系統(tǒng)。計算機(jī)系統(tǒng)1402包括如處理器1404等一個或多個處理器。處理器1404與通信總線1406相連。按照這個示例性計算機(jī)系統(tǒng)描述了多種軟件實(shí)施例。在閱讀此說明書之后，相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)清楚的是，如何利用其他計算機(jī)系統(tǒng)和/或計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
計算機(jī)系統(tǒng)1402也包括主存儲器1408，更好地為隨機(jī)存取存儲器(RAM)，而且也可以包括輔助存儲器1410。例如，輔助存儲器1410可以包括硬盤驅(qū)動器1412和/或代表軟盤驅(qū)動器、磁帶驅(qū)動器、光盤驅(qū)動器等的可移動存儲驅(qū)動器1414。可移動存儲驅(qū)動器1414以眾所周知的方式從可移動存儲單元1418中讀取數(shù)據(jù)，或把數(shù)據(jù)寫入到可移動存儲單元1418中。可移動存儲單元1418代表由可移動存儲驅(qū)動器1414進(jìn)行讀寫的軟盤、磁帶、光盤等。正如所了解的那樣，可移動存儲單元1418包括已經(jīng)在其中存儲了軟件和/或數(shù)據(jù)的計算機(jī)可用存儲媒質(zhì)。
在另一實(shí)施例中，輔助存儲器1410可以包括用于允許將計算機(jī)程序或其他指令加載到計算機(jī)系統(tǒng)1402中的其他類似裝置。例如，這類裝置可以包括可移動存儲單元1412和接口1420。這樣的示例可以包括程序插入式片盒和插入式片盒接口(如視頻游戲設(shè)備中發(fā)現(xiàn)的那種)，可移動存儲器芯片(如EPROM或PROM等)和附屬的插口，以及允許從可移動存儲單元1422向計算機(jī)系統(tǒng)1402傳送軟件和數(shù)據(jù)的其他可移動存儲單元1422和接口1420。
計算機(jī)系統(tǒng)1402也可以包括通信接口1424。通信接口1424允許在計算機(jī)系統(tǒng)1402和外部設(shè)備之間傳送軟件和數(shù)據(jù)。通信接口1424的示例可以包括調(diào)制解調(diào)器、網(wǎng)絡(luò)接口(如以太網(wǎng)卡等)、通信端口、PCMCIA插槽和PCMCIA卡等。通過通信接口1424傳送的軟件和數(shù)據(jù)可以是電、電磁、光信號1426形式的，或者是能夠被通信接口1424接收的其他信號形式的。通過信道1428向通信接口提供信號1426。信道1428攜帶信號1426，而且可以利用電線或電纜、光纖、電話線、便攜式電話鏈接、RF鏈接和其他通信信道來實(shí)現(xiàn)。
在本文件中，術(shù)語“計算機(jī)程序介質(zhì)”和“計算機(jī)可用介質(zhì)”大體上用來表示諸如可移動存儲設(shè)備1418、安裝在硬盤驅(qū)動器1412中的硬盤和信號之類的介質(zhì)。這些計算機(jī)程序產(chǎn)品是用于向計算機(jī)系統(tǒng)1402提供軟件的裝置。
在主存儲器1408和/或輔助存儲器1410中存儲計算機(jī)程序(也稱為計算機(jī)控制邏輯)。也可以通過通信接口1424接收計算機(jī)程序。當(dāng)執(zhí)行這些計算機(jī)程序時，使計算機(jī)系統(tǒng)1402能夠執(zhí)行這里所述的本發(fā)明的特征。具體地，當(dāng)執(zhí)行計算機(jī)程序時，使處理器1404執(zhí)行本發(fā)明的特征。因此，這些計算機(jī)程序代表計算機(jī)系統(tǒng)1402的控制者。
在利用軟件實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的實(shí)施例中，可以在計算機(jī)程序產(chǎn)品中存儲軟件，并利用可移動存儲驅(qū)動器1414、硬盤驅(qū)動器1412或通信接口1424將軟件加載到計算機(jī)系統(tǒng)1402中。當(dāng)處理器1404執(zhí)行控制邏輯(軟件)時，使處理器1404執(zhí)行這里所述的本發(fā)明的功能。
在另一實(shí)施例中，利用如特定用途集成電路(ASIC)等硬件部件，主要以硬件實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員將清楚如何實(shí)現(xiàn)這樣的硬件狀態(tài)機(jī)以執(zhí)行這里所述的功能。
在另一實(shí)施例中，利用硬件和軟件的組合實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。系統(tǒng)操作和結(jié)果現(xiàn)在，將利用包含地震數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)值代表地震振幅)的數(shù)據(jù)體240，描述本發(fā)明的操作和結(jié)果。用戶指定要用的具體地震數(shù)據(jù)體，將其從磁盤加載到主存儲器中。畫出缺省3D采樣探針。用戶指定用于地震振幅的顏色。同樣，可以選擇透明度。圖15中所示的三個探針都是不透明的，具有紋理映射到探針表面的探針與地震數(shù)據(jù)體的交叉部分。以示出的邊框幾何圖形顯示探針之一；沒有邊框幾何圖形地顯示另外兩個探針。
圖15示出了三個活動的探針。用戶已經(jīng)選擇了不顯示包含在背景平面中的數(shù)據(jù)和包含在活動探針的外部的剩余地震數(shù)據(jù)體中的數(shù)據(jù)。圖15中示出的兩個探針相互交叉，而且顯示兩個探針的交叉部分。以這種方式，用戶可以更容易地可視化和解釋地震數(shù)據(jù)體的內(nèi)在地質(zhì)特征。例如，由兩個淺色帶之間的深色帶表示的地質(zhì)特征，延伸通過較大相交的探針的表面，并“轉(zhuǎn)彎”延伸到垂直于它的較小相交的探針的表面上。相互移動探針、以及使探針相互交叉、并遍及地震數(shù)據(jù)體的能力，使用戶能夠更好地解釋和跟蹤這種地質(zhì)特征的范圍。
圖16描述了可以如何使用一個探針“切割”另一探針以在探針中創(chuàng)建“洞”。與圖15一樣，用戶已經(jīng)選擇了不顯示包含在背景平面中的數(shù)據(jù)和包含在活動探針的外部的剩余地震數(shù)據(jù)體中的數(shù)據(jù)。圖16描述了用戶可以為每個活動探針獨(dú)立選擇不透明度設(shè)置。圖16中示出的探針之一是不透明的，從而不可能看穿這個探針的表面。為了看到這個外部探針的內(nèi)部，必須以另一探針切割它。外部不透明探針被稱為“數(shù)據(jù)探針”。使用第二完全透明的“切割探針”來切出數(shù)據(jù)探針的3D子部分。因?yàn)榍懈钐结樖峭耆该鞯模趫D16中是不可見的。但是，出現(xiàn)完全透明的切割探針的事實(shí)通過可以看到數(shù)據(jù)探針的不透明內(nèi)表面的事實(shí)得到了證明。數(shù)據(jù)探針和切割探針的交叉部分的圖形是數(shù)據(jù)探針內(nèi)部的交叉表面。
圖16中示出了第三活動的探針。以示出的邊框幾何圖形顯示第三探針。以多種透明度體繪制第三探針，從而用戶可以看穿此探針的外表面，而觀察第三探針內(nèi)的地質(zhì)特征。如圖16所示，部分位于已經(jīng)由切割探針切掉的數(shù)據(jù)探針的3D子部分中體繪制第三探針。
圖16中示出的第三體繪制探針也包含通過種子拾取處理(函數(shù)470)選擇的選中點(diǎn)。已經(jīng)以向用戶突出它們的方式成像了選中點(diǎn)。作為連接點(diǎn)在圖16中示出了選中點(diǎn)。通過黑球在圖16中描述了種子點(diǎn)。
圖17按照本發(fā)明描述了帶狀部分1710的一個實(shí)施例。像探針一樣，帶狀部分是用于沿用戶定義的來回移動路線通過探針內(nèi)的3D體數(shù)據(jù)集合來顯示圖像的3D體可視化方法。這些來回移動路線有點(diǎn)像小甜餅成型機(jī)切過生面團(tuán)那樣切過3D體數(shù)據(jù)集合，從而這里被稱為小甜餅平面(cookieplane)，如小甜餅平面1712和1714等。帶狀部分可以以不必與3D體數(shù)據(jù)集合和/或探針的縱軸的方向相一致的方向顯示3D數(shù)據(jù)。用戶按照下面描述的處理產(chǎn)生帶狀部分1710。通過數(shù)字化控制點(diǎn)如控制點(diǎn)1716、1718和1720等定義來回移動線路或小甜餅平面，可以從被稱為“探針面平面”的探針的表面中選擇這些控制點(diǎn)。用戶可以創(chuàng)建如上所述的透明切割探針以與不透明的帶狀部分連接。代替地，如果需要，可以使探針是不透明的，而使帶狀部分是透明的。
可以利用這些控制點(diǎn)來產(chǎn)生多條線段，如線段1722、1724和1726等，這些線段共同被稱為像多邊形但可以閉合也可以不閉合的折線1728。因此，線段可以形成打開或閉合的線，從而可以產(chǎn)生單一或多個小甜餅平面。在優(yōu)選實(shí)施例中，沿垂直于探針面平面的方向投影數(shù)據(jù)顯示的區(qū)域，即，小甜餅平面，而且顯示的數(shù)據(jù)可以延伸到稱為“反探針面平面”的探針的反面。在創(chuàng)建帶狀部分之后，用戶可以利用鼠標(biāo)控制或鍵盤來選擇、移動、拖動或抓取控制點(diǎn)來實(shí)時編輯帶狀部分1710，以及沿小甜餅平面1712和1714顯示來自3D體數(shù)據(jù)集合的不同數(shù)據(jù)。除了編輯帶狀部分1710以觀察來自探針內(nèi)的3D體數(shù)據(jù)集合的不同數(shù)據(jù)之外，可以同時將整個帶狀部分1710和探針移動到不同的位置，以便觀察來自在先前位置的探針邊界外的3D體數(shù)據(jù)集合的不同數(shù)據(jù)。最好突出或以不同于其他控制點(diǎn)的顏色著色活動的控制點(diǎn)1720，以指示控制點(diǎn)1720處于用于如移動、刪除或下面進(jìn)一步描述的其他方面的編輯等操作的活動狀態(tài)。在初始化帶狀部分結(jié)構(gòu)之后，可以插入或刪除控制點(diǎn)。也可以保存帶狀部分的幾何圖形和方向，用于進(jìn)一步的研究工作。
圖18描述了用于如上所述以實(shí)時幀速率產(chǎn)生帶狀部分、用于本發(fā)明所示優(yōu)選實(shí)施例中的程序模塊的系統(tǒng)1810的方框圖。探針模塊1822提供用于繪制折線1728的初始環(huán)境。探針模塊1822向小甜餅(cookie)管理器1824提供如鼠標(biāo)點(diǎn)擊和按鍵等用戶活動數(shù)據(jù)。這樣，將如創(chuàng)建控制點(diǎn)、刪除控制點(diǎn)、移動控制點(diǎn)、移動整個探針之類的用戶活動數(shù)據(jù)輸入到系統(tǒng)1810中。
小甜餅管理器1824管理探針1822提供的用戶輸入數(shù)據(jù)。小甜餅管理器1824將如控制點(diǎn)相加、移動和刪除等適當(dāng)?shù)胤峙涞秸劬€模塊1826和小甜餅平面模塊1828。對于如插入控制點(diǎn)等一些類型的數(shù)據(jù)，小甜餅管理器1824從折線模塊1826接收數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳送到小甜餅平面模塊1828。
折線模塊1826與多點(diǎn)標(biāo)記模塊1832和多狀態(tài)模塊1830協(xié)力管理與折線1728相關(guān)的數(shù)據(jù)和相關(guān)控制點(diǎn)。提供折線1728主要用于視覺參考。折線模塊1826與多狀態(tài)模塊1830協(xié)力管理控制點(diǎn)的狀態(tài)。例如，在活動狀態(tài)中，可以移動或刪除控制點(diǎn)。更好地，突出如活動的控制點(diǎn)1720等活動的控制點(diǎn)。可以放大和縮小控制點(diǎn)以便更容易觀察。多點(diǎn)標(biāo)記模塊1832提供用于控制點(diǎn)的如加亮和多種顏色等視覺環(huán)境，從而操作者知道哪個點(diǎn)處于用于移動、刪除和其他方面的編輯的活動狀態(tài)中。多點(diǎn)標(biāo)記模塊1832也可以提供如指示鄰近活動的控制點(diǎn)1720等的文字。
小甜餅平面模塊1828向諸如小甜餅平面1712和1714等小甜餅平面的表面提供例如用于地質(zhì)數(shù)據(jù)的印版相關(guān)的紋理幾何圖形。小甜餅狀態(tài)模塊1834監(jiān)視小甜餅平面的狀態(tài)，使得可以移動和其他方面的編輯在活動狀態(tài)中的一個或多個小甜餅平面，而在非活動狀態(tài)中，不能進(jìn)行改變。
在系統(tǒng)1810的操作期間，探針模塊1822可以通知小甜餅管理器1824如標(biāo)記刪除，即，控制點(diǎn)刪除等事件的發(fā)生。然后，小甜餅管理器1824通知刪除標(biāo)記或控制點(diǎn)并將兩條邊線連成一條線的折線模塊1826，以及通知多點(diǎn)標(biāo)記模塊從多點(diǎn)標(biāo)記模塊1832保持的多點(diǎn)標(biāo)記的列表中移除刪掉的標(biāo)記。然后，小甜餅管理器1824和小甜餅平面模塊將兩個平面轉(zhuǎn)換為一個平面。
圖19描述了用于創(chuàng)建如地質(zhì)斷層表面等代表由3D體數(shù)據(jù)集合描述的物理現(xiàn)象的三維表面的本發(fā)明的一個實(shí)施例。事實(shí)上，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這種方法容易而且快捷地提供用于快速標(biāo)識的可視化和地質(zhì)斷層表面的解釋。但是，利用本發(fā)明的方法，也可以快速描述用于其他類型數(shù)據(jù)的其他類型表面。盡管下面更詳細(xì)地描述了此方法，大體上，本發(fā)明用以數(shù)字化控制點(diǎn)，如沿探針面1910的控制點(diǎn)1902、1904、1906和1908等。探針面1910的紋理表面的視覺檢查允許操作者在如可疑的斷層線等感興趣的結(jié)構(gòu)上視覺定位控制點(diǎn)。然后移動探針面1910，并數(shù)字化控制點(diǎn)的新集合。然后在初始點(diǎn)和新控制點(diǎn)之間插值表面1912?？梢院苋菀椎鼐庉嫽蛞苿涌刂泣c(diǎn)以上述的實(shí)時幀速率更準(zhǔn)確地定義可能是1912的表面?？梢灾貜?fù)這個處理直到表面解釋完成，此時可以保存表面1912。
這樣，圖19公開的本發(fā)明的一個實(shí)施例提供了快速構(gòu)建三維表面或在3D體數(shù)據(jù)集合中發(fā)現(xiàn)的斷層的方法。在優(yōu)選實(shí)施例中，如上所述，使用3D探針。此方法包括構(gòu)建多個樣條曲線，如在初始化在探針面1910上顯示的數(shù)據(jù)時可以交互構(gòu)建的探針面1910上的樣條曲線1914等。利用與插值樣條曲線1916、1918和1920以相同方式創(chuàng)建的算法插值樣條曲線1914。產(chǎn)生樣條曲線和v曲線1922、1924和1926以形成網(wǎng)格。網(wǎng)格描繪出三維表面1912的輪廓。
為了構(gòu)建初始樣條曲線，如樣條曲線1914，用戶數(shù)字化控制點(diǎn)，如探針面1910上的控制點(diǎn)1902、1904、1906和1908。在這些控制點(diǎn)產(chǎn)生標(biāo)記，以及在控制點(diǎn)1902、1904、1906和1908之間插值樣條曲線1914?？梢栽谔结樏?910中移動控制點(diǎn)1902、1904、1906和1908，從而插值新的樣條曲線1914。一旦選擇了探針面1910，將其他探針表面變成透明的，以方便操作。此外，為了通過探針面1910觀察表面1912，也可以使選中的探針面1910變成不透明的。
然后用戶將探針面1910移動到另一位置，并選擇新的控制點(diǎn)。用戶通過選擇如交點(diǎn)1928或1930等網(wǎng)格交點(diǎn)，可以容易地在先前創(chuàng)建的樣條曲線間來回移動。當(dāng)創(chuàng)建額外的樣條曲線時，利用另一算法，也可以平滑而快速地插值v曲線。用戶最好以相同方式創(chuàng)建多條樣條曲線，而且如上所述以實(shí)時幀速率立即顯示插值的表面1912。
用戶可以停止探針并移動如控制點(diǎn)1902、1904、1906和1908等控制點(diǎn)，以調(diào)整如樣條曲線1914等各條樣條曲線的位置。當(dāng)在探針面1910上的當(dāng)前樣條曲線1914和先前樣條曲線1920之間平滑地插值表面1912時，如樣條曲線1916、1918和1920等所有其他樣條曲線都保持不變。表面1912的其余部分保持不變，除非用戶將探針面1910移動到如1920等另一樣條曲線，并處理編輯，從而整形在探針面平面1910上的當(dāng)前樣條曲線1920和先前樣條曲線1918之間的表面1912。
如果需要，可以在現(xiàn)有樣條曲線之間加上額外的樣條曲線。通過選擇如網(wǎng)格交點(diǎn)1928或1930等網(wǎng)格交點(diǎn)，或者通過選擇如控制點(diǎn)1902、1904、1906和1908等探針面上的控制點(diǎn)，用戶可以按照想要的那樣來回快速移動探針面1910。一旦選擇了網(wǎng)格交點(diǎn)，用戶可以移動如圖19所示的探針面1910內(nèi)的各個控制點(diǎn)，而且具有其樣條曲線和v曲線的表面1912將交互地跟隨這種移動。根據(jù)用戶的喜好，可以顯示或不顯示樣條曲線和v曲線。更好地，為了清楚，每次只顯示一個探針面1910。
圖20公開了模塊化系統(tǒng)2000，描述了用于執(zhí)行結(jié)合圖19所描述的功能的軟件。在一個實(shí)施例中，模塊化系統(tǒng)2000合并了很多與在用于產(chǎn)生帶狀部分的模塊化系統(tǒng)1810中使用的相同的模塊。這樣，這種設(shè)計方案可以提供能有效地執(zhí)行帶狀部分功能和表面貼圖功能的更一般的控制。例如，可以按照與產(chǎn)生帶狀部分相關(guān)的上述方式使用小甜餅?zāi)K2018、多標(biāo)記模塊2012和折線模塊2014。同樣地，探針模塊2010從而再次同樣類似于前面討論的折線觀察到的那樣，執(zhí)行如提供初始化繪制如樣條曲線1914等樣條曲線等前面所提到的功能。探針模塊2010向多個其他模塊提供如鼠標(biāo)點(diǎn)擊和按鍵等用戶活動數(shù)據(jù)。立方樣條模塊2016與如圖19所示的表面1912等可編輯表面或貼圖特征相關(guān)聯(lián)。立方樣條模塊2016、樣條管理器模塊2020、樣條曲線模塊2022和樣條表面模塊2024是與那些只在創(chuàng)建帶狀部分中使用的功能不相同的功能。樣條管理器2020執(zhí)行如創(chuàng)建或刪除表面、改變模式功能從創(chuàng)建表面到編輯表面以及讀寫功能等大量不同的功能。例如，樣條管理器2020可以關(guān)于諸如顏色、示出網(wǎng)格、標(biāo)記顏色之類的屬性讀寫表面屬性文件。樣條曲線模塊2022跟蹤樣條曲線，跟蹤邊界或創(chuàng)建狀態(tài)中的樣條曲線以及跟蹤對樣條曲線所做的改變。樣條表面模塊2024起到對插值得到的表面的變化進(jìn)行改變的功能。
通過利用本發(fā)明的系統(tǒng)和方法，地質(zhì)學(xué)家和地球物理學(xué)家可以更快、更準(zhǔn)確地可視化和解釋3D地震數(shù)據(jù)。這大量地減少了3D地震項(xiàng)目周期，提升來自現(xiàn)有礦場(油田)的產(chǎn)量，以及尋找更多的儲藏量。結(jié)論盡管上面已經(jīng)描述了本發(fā)明的多種實(shí)施例，可以理解的是指示作為示例展示并不限于這些實(shí)施例。因此，本發(fā)明的廣度和范圍不應(yīng)由任何上述示例性實(shí)施例限制，而應(yīng)當(dāng)依照包括所附權(quán)利要求及其等價物的本發(fā)明的精神來確定。
權(quán)利要求
1.一種用于成像三維數(shù)據(jù)體的方法，所述三維數(shù)據(jù)體包括多個體素，每個體素包括三維位置和數(shù)據(jù)字，所述數(shù)據(jù)字代表物理現(xiàn)象，所述方法包括建立至少一個三維采樣探針，其中所述至少一個三維采樣探針與所述三維數(shù)據(jù)體尺寸相同或是所述三維數(shù)據(jù)體的子集，所述至少一個三維采樣探針具有探針面平面中的探針面和反探針面平面中的反探針面；在所述探針面平面中產(chǎn)生多個控制點(diǎn)，所述多個控制點(diǎn)在所述探針面平面上定義一條或多條線；從所述探針面平面向所述反探針面平面延伸帶狀部分，由所述一條或多條線形成所述帶狀部分的一條邊；以及在所述帶狀部分和所述三維采樣探針相交的三維位置處選擇性地成像代表所述物理現(xiàn)象的數(shù)據(jù)字。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于還包括在所述面平面中編輯所述多個控制點(diǎn)，從而重新定義所述一條或多條線，以及從所述探針面平面向所述反探針面平面延伸另一重新定義的帶狀部分。
3.按照權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述編輯步驟還包括刪除所述多個控制點(diǎn)中的一個或多個。
4.按照權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述編輯步驟還包括改變所述多個控制點(diǎn)中的一個或多個的位置。
5.按照權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述編輯步驟還包括在所述多個控制點(diǎn)中加上一個或多個控制點(diǎn)。
6.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述帶狀部分垂直于所述探針面平面。
7.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述帶狀部分從所述探針面平面向所述反探針面平面延伸。
8.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述一條或多條線包括多條直線。
9.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述一條或多條線形成閉合線。
10.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述帶狀部分包括多個平面。
11.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述三維探針具有垂直于所述探針面平面的多個側(cè)面，所述帶狀部分與所述多個側(cè)面的每一個都不平行。
12.一種機(jī)器可讀程序存儲設(shè)備，包含機(jī)器可執(zhí)行指令程序以執(zhí)行用于成像三維數(shù)據(jù)體的方法步驟，所述三維數(shù)據(jù)體包括多個體素，每個體素包括三維位置和數(shù)據(jù)字，所述數(shù)據(jù)字代表物理現(xiàn)象，所述方法包括在所述三維數(shù)據(jù)體中顯示平面；在所述平面中產(chǎn)生多個控制點(diǎn)，所述多個控制點(diǎn)在所述平面上定義一條或多條線；從所述平面延伸帶狀部分，由所述一條或多條線形成所述帶狀部分的一條邊；以及在所述帶狀部分和所述三維數(shù)據(jù)體相交的三維位置處選擇性地成像代表所述物理現(xiàn)象的所述數(shù)據(jù)字。
13.按照權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于還包括在所述平面中編輯所述多個控制點(diǎn)，從而重新定義所述一條或多條線，以及從所述平面向相對平面延伸另一重新定義的帶狀部分。
14.按照權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于所述編輯步驟還包括刪除所述多個控制點(diǎn)中的一個或多個。
15.按照權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于所述編輯步驟還包括改變所述多個控制點(diǎn)中的一個或多個的位置。
16.按照權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于所述編輯步驟還包括在所述多個控制點(diǎn)中加上一個或多個控制點(diǎn)。
17.按照權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于所述帶狀部分垂直于所述平面。
18.按照權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于所述帶狀部分從所述探針平面向相對平面延伸。
19.按照權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于所述一條或多條線包括多條直線。
20.按照權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于所述一條或多條線形成閉合線。
21.按照權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于所述帶狀部分包括多個平面。
22.按照權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于平面是三維探針的面平面，所述三維探針同樣具有垂直于所述面平面的多個側(cè)面，定向所述帶狀部分使得其不平行于所述多個側(cè)面中的一個或多個。
23.一種用于成像三維數(shù)據(jù)體的方法，所述三維數(shù)據(jù)體包括多個體素，每個體素包括三維位置和數(shù)據(jù)字，所述方法包括在所述三維數(shù)據(jù)體中的第一位置處定位探針的面；在所述探針的所述面上形成控制點(diǎn)的第一集合，用于跟蹤由所述三維數(shù)據(jù)體描述的物理現(xiàn)象，控制點(diǎn)的所述第一集合定義第一樣條曲線；將所述探針的所述面移動到所述三維體中的第二位置；在所述探針的所述面上形成控制點(diǎn)的第二集合，用于跟蹤所述物理現(xiàn)象，控制點(diǎn)的所述第二集合定義第二樣條曲線；以及在所述第一樣條曲線和所述第二樣條曲線之間插值以定義代表所述物理現(xiàn)象的三維表面。
24.按照權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于還包括顯示代表所述物理現(xiàn)象的表面，所述表面與控制點(diǎn)的所述第一集合以及控制點(diǎn)的所述第二集合相交。
25.按照權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于還包括在控制點(diǎn)的所述第一集合之間插值以定義所述第一樣條曲線，以及在控制點(diǎn)的所述第二集合之間插值以定義所述第二樣條曲線，所述第一樣條曲線和所述第二樣條曲線中至少其一是曲線的。
26.按照權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于還包括將所述探針的所述面移動到所述三維體中的第三位置；在所述探針的所述面上形成控制點(diǎn)的第三集合，用于跟蹤所述物理現(xiàn)象，控制點(diǎn)的所述第三集合定義第三樣條曲線；以及在所述第一樣條曲線、所述第二樣條曲線和所述第三樣條曲線之間插值，用于擴(kuò)大所述表面。
27.按照權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于還包括編輯控制點(diǎn)的所述第一集合和控制點(diǎn)的所述第二集合中的至少一個。
28.按照權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于還包括在所述探針的所述第一位置和所述探針的所述第二位置顯示將各個控制點(diǎn)之間進(jìn)行連接的v曲線。
29.按照權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于還包括顯示所述樣條曲線和所述v曲線，所述樣條曲線和所述v曲線形成代表所述物理現(xiàn)象的網(wǎng)格，所述網(wǎng)格具有在所述樣條曲線和所述v曲線之間的多個交點(diǎn)。
30.按照權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于還包括選擇所述多個交點(diǎn)之一，并移動所述交點(diǎn)，從而編輯所述網(wǎng)格。
31.按照權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于還包括選擇所述多個交點(diǎn)之一，從而重新定位所述面以通過所述交點(diǎn)。
32.按照權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于還包括選擇控制點(diǎn)的所述第二集合中的一個控制點(diǎn)，從而重新定位所述面以通過控制點(diǎn)的所述第二集合。
33.一種機(jī)器可讀程序存儲設(shè)備，包含機(jī)器可執(zhí)行指令程序以執(zhí)行用于成像三維數(shù)據(jù)體的方法步驟，所述三維數(shù)據(jù)體包括多個體素，每個體素包括三維位置和數(shù)據(jù)字，所述方法包括在所述三維數(shù)據(jù)體中的多個平面位置定位平面；在所述多個平面位置的每一個形成控制點(diǎn)的集合，使得每個控制點(diǎn)的所述集合定義相關(guān)的樣條曲線；以及在每條所述樣條曲線間插值以形成代表由所述三維數(shù)據(jù)體描述的物理現(xiàn)象的三維表面。
34.按照權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于還包括顯示代表所述物理現(xiàn)象的所述表面，所述表面與每個控制點(diǎn)的所述集合相交。
35.按照權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于還包括在每個控制點(diǎn)的所述集合之間插值以定義所述相關(guān)樣條曲線，所述相關(guān)樣條曲線中至少一條是曲線。
36.按照權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于還包括編輯所述控制點(diǎn)中的一個或多個。
37.按照權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于還包括在所述多個平面位置顯示將各個控制點(diǎn)之間進(jìn)行連接的v曲線。
38.按照權(quán)利要求37所述的方法，其特征在于還包括顯示所述樣條曲線和所述v曲線以形成代表所述物理現(xiàn)象的網(wǎng)格，所述網(wǎng)格具有在所述樣條曲線和所述v曲線之間的多個交點(diǎn)。
39.按照權(quán)利要求38所述的方法，其特征在于還包括選擇所述多個交點(diǎn)之一，并移動所述交點(diǎn)。
40.按照權(quán)利要求39所述的方法，其特征在于還包括選擇所述多個交點(diǎn)之一，從而重新定位所述平面以通過所述交點(diǎn)。
41.按照權(quán)利要求40所述的方法，其特征在于還包括選擇所述控制點(diǎn)之一，從而重新定位所述平面以通過所述控制點(diǎn)中所述選中點(diǎn)。
全文摘要
提供了一種系統(tǒng)和方法，用于快速跟蹤三維體數(shù)據(jù)集合中所代表的物理現(xiàn)象。在三維體數(shù)據(jù)集合中可以連續(xù)地顯示多個平面，由此，與感興趣的結(jié)構(gòu)相關(guān)地數(shù)字化點(diǎn)以在每個平面上創(chuàng)建樣條曲線。在樣條曲線(1914、1916、1918、1920)之間的區(qū)域插值以產(chǎn)生，例如，可以是由三維體數(shù)據(jù)集合描述的斷層平面等代表感興趣的結(jié)構(gòu)的表面(1912)。以這種方式，用戶可以更容易和有效地可視化和解釋三維體數(shù)據(jù)集合的內(nèi)在特征和物理參數(shù)。
文檔編號G06T17/40GK1461458SQ00820056
公開日2003年12月10日 申請日期2000年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月30日
發(fā)明者張延齡, 杰克·李, 查理·森布羅斯基, 邁克爾·蔡特林, 馬克·阿科斯塔 申請人:邁吉爾厄思有限公司