一種海量地震數(shù)據(jù)的地質(zhì)曲面重建方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種海量地震數(shù)據(jù)的地質(zhì)曲面重建方法。所述地質(zhì)曲面重建方法首先進(jìn)行大規(guī)模地震數(shù)據(jù)的地形分塊，將層位數(shù)據(jù)和地質(zhì)約束多邊形數(shù)據(jù)劃分入不同地形塊內(nèi)并保存至外存中；然后以每個(gè)地形塊為基本單位進(jìn)行曲面重建；所述方法還包括在內(nèi)存開辟緩存區(qū)，在曲面重建操作中，執(zhí)行外存與緩存區(qū)間的交互以及內(nèi)存與緩存區(qū)間的交互。本發(fā)明針對(duì)數(shù)據(jù)量很大的情況提出一種新的曲面重建方法，有效地利用有限的內(nèi)存完成海量數(shù)據(jù)的處理。
【專利說明】
一種海量地震數(shù)據(jù)的地質(zhì)曲面重建方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及地質(zhì)勘探技術(shù)領(lǐng)域，更具體地講，涉及一種大規(guī)模工區(qū)產(chǎn)生的海量勘 探數(shù)據(jù)的三維地質(zhì)曲面重建方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在三維地質(zhì)建模的領(lǐng)域，對(duì)三維大規(guī)模海量地震數(shù)據(jù)進(jìn)行曲面重建、三維可視化 乃至進(jìn)行人機(jī)交互的操作，都已經(jīng)成為常規(guī)而且必要的工業(yè)需求。然而，在大規(guī)模地震數(shù)據(jù) 進(jìn)行曲面重建有一定的難度，原因之一在于原始數(shù)據(jù)量過大，數(shù)據(jù)范圍過廣。在現(xiàn)有的條件 下，一臺(tái)普通PC機(jī)的硬件條件有限，尤其是內(nèi)存方面，一般來說只有幾GB到十幾GB，大規(guī)模 地震勘探數(shù)據(jù)，原始數(shù)據(jù)一般有GB級(jí)別，在曲面重建過程中還會(huì)出現(xiàn)大量中間數(shù)據(jù)，因而難 以將所有大規(guī)模的地震勘探數(shù)據(jù)同時(shí)放入電腦內(nèi)存中進(jìn)行曲面重建。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明的目的之一在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的 一個(gè)或多個(gè)問題。例如，本發(fā)明的目的之一在于針對(duì)原始地震數(shù)據(jù)量很大的情況下提出一 種新的曲面重建方法，以有效地利用有限的內(nèi)存完成海量數(shù)據(jù)的處理。
[0004] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種海量地震數(shù)據(jù)的地質(zhì)曲面重建方法，其特 征在于，所述方法首先進(jìn)行大規(guī)模地震數(shù)據(jù)的地形分塊，將層位數(shù)據(jù)和地質(zhì)約束多邊形數(shù) 據(jù)劃分入不同地形塊內(nèi)并保存至外存中；然后以每個(gè)地形塊為基本單位進(jìn)行曲面重建;所 述方法還包括在內(nèi)存開辟緩存區(qū)，在曲面重建操作中，執(zhí)行外存與緩存區(qū)間的交互以及內(nèi) 存與緩存區(qū)間的交互，具體地，在進(jìn)行緩存區(qū)地形塊調(diào)度時(shí)，首先判斷當(dāng)前處理的地形塊及 其鄰近地形塊（即，與當(dāng)前處理的地形塊相鄰的地形塊)是否讀入緩存區(qū)，如果在緩存區(qū)中 找到當(dāng)前處理地形塊及其臨近地形塊，則直接從緩存區(qū)中選取對(duì)應(yīng)地形塊;如果在緩存區(qū) 中沒有找到當(dāng)前處理地形塊及其臨近地形塊，則判斷緩存區(qū)是否已滿，若緩存區(qū)未滿且緩 存區(qū)剩余空間足夠，從外存中將需要的數(shù)據(jù)塊添加到緩存區(qū)中；若緩存區(qū)已滿或者緩存區(qū) 剩余空間小于處理當(dāng)前塊所需要的空間，則采用地形塊置換策略，將距離當(dāng)前處理的地形 塊最遠(yuǎn)的地形塊移出緩存區(qū)，將當(dāng)前處理的地形塊的臨近塊移入緩存區(qū)。
[0005] 根據(jù)本發(fā)明海量地震數(shù)據(jù)的地質(zhì)曲面重建方法的一個(gè)實(shí)施例，所述曲面重建步驟 包括:從對(duì)應(yīng)路徑下的外存中讀取地形塊內(nèi)部的層位數(shù)據(jù)和地質(zhì)約束多邊形數(shù)據(jù)，然后在 地形塊內(nèi)構(gòu)建初始網(wǎng)格，在每個(gè)初始網(wǎng)格內(nèi)進(jìn)行約束De Iaunay三角剖分并進(jìn)行三維空間三 角網(wǎng)恢復(fù)，得到三維拓?fù)?，最后?duì)三維拓?fù)渖系狞c(diǎn)進(jìn)行曲面插值，得到三維地質(zhì)曲面。
[0006] 根據(jù)本發(fā)明海量地震數(shù)據(jù)的地質(zhì)曲面重建方法的一個(gè)實(shí)施例，在對(duì)地質(zhì)約束多邊 形數(shù)據(jù)進(jìn)行分塊處理時(shí)，當(dāng)一個(gè)地形塊內(nèi)只有一個(gè)地質(zhì)約束多邊形點(diǎn)時(shí)，求出兩個(gè)相鄰地 質(zhì)約束多邊形點(diǎn)連成的線段與地形塊邊界的交點(diǎn)，并加入對(duì)應(yīng)的地形塊內(nèi)的地質(zhì)約束多邊 形數(shù)據(jù)中。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明海量地震數(shù)據(jù)的地質(zhì)曲面重建方法的一個(gè)實(shí)施例，所述方法還可以包 括保留一份整體的封閉多邊形數(shù)據(jù)，并且，在對(duì)每個(gè)地形塊進(jìn)行曲面重建操作時(shí)，都要調(diào)用 封閉多邊形數(shù)據(jù)進(jìn)行屬性判斷;具體地，定義封閉多邊形數(shù)據(jù)集合P:
[0008] p={Pl，p2，...，Pm}等式（1)
[0009] 其中
[0010] Pi= {upi，lpi，idi}等式（2)
[0011]在等式（1)和等式(2)中，P表示封閉多邊形的集合，P1表示封閉多邊形集合P中的 第i個(gè)封閉多邊形，為封閉多邊形的總個(gè)數(shù)，Upi表示第i個(gè)封閉多邊形的上盤多 邊形點(diǎn)集合，Ip1表示第i個(gè)封閉多邊形的下盤多邊形點(diǎn)集合，icU表示第i個(gè)封閉多邊形的根 多邊形id。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明海量地震數(shù)據(jù)的地質(zhì)曲面重建方法的一個(gè)實(shí)施例，所述方法還可以包 括引入地質(zhì)約束多邊形點(diǎn)的索引屬性，以標(biāo)識(shí)地質(zhì)約束多邊形點(diǎn)在整個(gè)地質(zhì)約束多邊形中 的位置，并用于判斷地質(zhì)約束多邊形點(diǎn)之間是否相鄰，只有索引相鄰的兩個(gè)地質(zhì)約束多邊 形點(diǎn)才能連接形成約束邊，具體地，定義地質(zhì)約束多邊形點(diǎn)集合：
[0013] Vp=IV1Jf^V1J 等式(3)
[0014] 其中
[0015] ν」={Χ」，Υ」，Ι0」，Ιικ!θχ」}等式（4)
[0016] 在等式(3)和等式(4)中，Vp表示一個(gè)地質(zhì)約束多邊形上所有地質(zhì)約束多邊形點(diǎn)的 集合，Vj表示地質(zhì)約束多邊形上第j個(gè)地質(zhì)約束多邊形點(diǎn)，KjSn，η為一個(gè)地質(zhì)約束多邊 形上地質(zhì)約束多邊形點(diǎn)的總個(gè)數(shù)，Xj和Yj表示地質(zhì)約束多邊形點(diǎn)的位置，IDj表示第j個(gè)地質(zhì) 約束多邊形點(diǎn)所在的地質(zhì)約束多邊形在地質(zhì)約束多邊形集合中的ID，Index j表示第j個(gè)地 質(zhì)約束多邊形點(diǎn)在地質(zhì)約束多邊形中的位置索引。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明海量地震數(shù)據(jù)的地質(zhì)曲面重建方法的一個(gè)實(shí)施例，所述插值步驟包括 對(duì)地形塊的非邊界點(diǎn)和邊界點(diǎn)進(jìn)行深度插值，其中，對(duì)非邊界點(diǎn)進(jìn)行深度插值的步驟為對(duì) 網(wǎng)格點(diǎn)插值，再對(duì)斷層多邊形點(diǎn)進(jìn)行插值，最后進(jìn)行補(bǔ)償插值;對(duì)地形塊的邊界點(diǎn)進(jìn)行深度 插值的過程中，所有與當(dāng)前邊界點(diǎn)拓?fù)溥B接的點(diǎn)都要作為種子點(diǎn)參與當(dāng)前邊界點(diǎn)的深度插 值計(jì)算;并且，對(duì)邊界點(diǎn)添加插值與否的屬性，將插值后的邊界點(diǎn)的屬性設(shè)置為已插值，對(duì) 已插值的點(diǎn)不進(jìn)行二次插值。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明海量地震數(shù)據(jù)的地質(zhì)曲面重建方法的一個(gè)實(shí)施例，所述方法讀取大規(guī) 模地震數(shù)據(jù)中的預(yù)定行，并對(duì)所述預(yù)定行的地震數(shù)據(jù)進(jìn)行地形分塊處理，然后重復(fù)進(jìn)行所 述讀取和地形分塊操作，直至大規(guī)模地震數(shù)據(jù)被讀取和處理完。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明海量地震數(shù)據(jù)的地質(zhì)曲面重建方法的一個(gè)實(shí)施例，所述對(duì)初始給定的 地形塊進(jìn)行擴(kuò)充時(shí)保證整個(gè)區(qū)域呈矩形。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明海量地震數(shù)據(jù)的地質(zhì)曲面重建方法的一個(gè)實(shí)施例，在所述保存步驟 中，為每個(gè)地形塊設(shè)置一個(gè)id，并采用二維數(shù)組的方式進(jìn)行地形塊的id索引，確定一個(gè)二維 數(shù)組a[M][N]，其中所述二維數(shù)組的第一維表示地形塊的X方向，二維數(shù)組的第二維表示地 形塊的Y方向，二維數(shù)組中的值為地形塊的id。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明海量地震數(shù)據(jù)的地質(zhì)曲面重建方法的一個(gè)實(shí)施例，所述方法還可以包 括在所述地形塊內(nèi)構(gòu)建初始網(wǎng)格步驟之前，對(duì)地形塊中的層位數(shù)據(jù)和地質(zhì)約束多邊形數(shù)據(jù) 進(jìn)行預(yù)處理。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明海量地震數(shù)據(jù)的地質(zhì)曲面重建方法的一個(gè)實(shí)施例，所述方法對(duì)不同的 地形塊，根據(jù)地形的分布確定不同的分辨率，具體地，采用能量函數(shù)法計(jì)算地形塊初始的分 辨率，然后對(duì)計(jì)算出來的分辨率值結(jié)合地形塊內(nèi)的斷層分布狀況進(jìn)行微調(diào)，如果一個(gè)地形 塊內(nèi)存在的斷層約束多邊形越多，分辨率越高。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明海量地震數(shù)據(jù)的地質(zhì)曲面重建方法的一個(gè)實(shí)施例，所述方法采用離散 LOD模型進(jìn)行曲面重建。
[0024] 根據(jù)本發(fā)明海量地震數(shù)據(jù)的地質(zhì)曲面重建方法的一個(gè)實(shí)施例，所述方法采用 Constrained Delaunay約束三角剖分，例如，循環(huán)換邊法。
[0025] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果包括:有效地解決了單臺(tái)PC機(jī)內(nèi)存難以實(shí)現(xiàn) 對(duì)整個(gè)大規(guī)模地質(zhì)工區(qū)的勘探數(shù)據(jù)進(jìn)行整體曲面重建的問題。
【附圖說明】
[0026] 通過下面結(jié)合附圖進(jìn)行的描述，本發(fā)明的上述和其他目的和特點(diǎn)將會(huì)變得更加清 楚，其中：
[0027] 圖1是對(duì)原始點(diǎn)集進(jìn)行分割歸并法進(jìn)行三角剖分示意圖。
[0028] 圖2是Constrained Delaunay三角剖分流程示意圖。
[0029] 圖3基于地形分塊的大規(guī)模地震數(shù)據(jù)曲面重建整體流程。
[0030] 圖4是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的海量地震數(shù)據(jù)的地質(zhì)曲面重建方法對(duì)大規(guī)模地 震原始數(shù)據(jù)進(jìn)行地形分塊示意圖。
[0031] 圖5是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的海量地震數(shù)據(jù)的地質(zhì)曲面重建方法動(dòng)態(tài)地形分 塊的不意圖。
[0032] 圖6是地形塊數(shù)據(jù)在硬盤中分布示意圖。
[0033] 圖7是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的海量地震數(shù)據(jù)的地質(zhì)曲面重建方法地質(zhì)多邊形 數(shù)據(jù)劃分至地形塊示意圖。
[0034] 圖8是地形塊中封閉多邊形示意圖。
[0035] 圖9是地質(zhì)多邊形重復(fù)跨越同一地形塊示意圖。
[0036] 圖10是地根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的海量地震數(shù)據(jù)的地質(zhì)曲面重建方法形塊與 緩存區(qū)域示意圖。
[0037] 圖11是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的海量地震數(shù)據(jù)的地質(zhì)曲面重建方法緩存區(qū)置 換地形塊示意圖。
[0038] 圖12是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的海量地震數(shù)據(jù)的地質(zhì)曲面重建方法采用緩存 區(qū)對(duì)地形塊進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)度的整體流程示意圖。
[0039] 圖13是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的海量地震數(shù)據(jù)的地質(zhì)曲面重建方法地形塊邊 界點(diǎn)插值示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040] 在下文中，將結(jié)合附圖和示例性實(shí)施例詳細(xì)地描述根據(jù)本發(fā)明的海量地震數(shù)據(jù)的 地質(zhì)曲面重建方法。
[0041] 根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的海量地震數(shù)據(jù)的地質(zhì)曲面重建方法首先進(jìn)行大規(guī)模 地震數(shù)據(jù)的地形分塊，然后以每個(gè)地形塊(簡稱為塊)為基本單位進(jìn)行曲面重建。
[0042]本發(fā)明主要解決的問題是：首先要完成大規(guī)模地震數(shù)據(jù)的地形分塊，其中涉及到 層位數(shù)據(jù)的分塊以及約束多邊形數(shù)據(jù)的分塊。其次，為了進(jìn)一步簡化地形數(shù)據(jù)，引入多分辨 的概念，不同地形塊的數(shù)據(jù)分辨率與具體塊內(nèi)的地形相關(guān)，相鄰的地形塊可能由于分辨率 的不同，而產(chǎn)生裂縫現(xiàn)象，應(yīng)該采取一定的措施加以避免。再次，將整個(gè)大規(guī)模地質(zhì)工區(qū)劃 分為地形塊，雖然解決了大規(guī)模地質(zhì)數(shù)據(jù)下曲面重建內(nèi)存不足的問題，但是地形塊數(shù)量假 如過多，勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存與硬盤間的頻繁交互，因此，確定一個(gè)合適的內(nèi)存調(diào)度算法，以實(shí) 現(xiàn)相對(duì)高效的曲面重建過程也是很必要的。最后，要解決多個(gè)地形塊之間邊界的插值問題。 [0043]為便于理解，
【申請(qǐng)人】就本申請(qǐng)所涉及的理論進(jìn)行簡單介紹。
[0044] I、Delaunay三角剖分技術(shù)
[0045] Delaunay三角剖分的定義如下：假設(shè)平面上點(diǎn)集合為V，邊集合為E，對(duì)于E中的任 意一條邊e，如果存在圓C，只包含e的兩個(gè)端點(diǎn)，而不包含其他任意點(diǎn)，則邊e為一條 Delaunay邊。假設(shè)T為平面散點(diǎn)集合的一個(gè)三角剖分，如果T的所有邊均為Delaunay邊，則T 為Delaunay三角剖分。
[0046] Delaunay三角剖分是一種優(yōu)化的三角剖分方法，產(chǎn)生的三角網(wǎng)有諸多良好的特 性，比如外接圓的空?qǐng)A性、最小內(nèi)角最大性、唯一性、局部性、凸包性等。
[0047]下面簡要介紹一下Delaunay三角剖分的幾個(gè)常用方法：
[0048] (1)逐點(diǎn)插入法
[0049]逐點(diǎn)插入法的流程是:首先，確定能夠涵蓋所有離散點(diǎn)數(shù)據(jù)的一個(gè)凸包作為邊界 多邊形。其次，依次將原始點(diǎn)數(shù)據(jù)插入邊界多邊形中，每次插入點(diǎn)時(shí)，對(duì)新插入點(diǎn)的位置加 以判斷，連接新插入點(diǎn)與其周圍的三角形頂點(diǎn)。再次，對(duì)連接好的新邊，依照外接圓準(zhǔn)則拉 進(jìn)行LOP優(yōu)化。最終，所有點(diǎn)都被插入，完成三角網(wǎng)的構(gòu)建?，F(xiàn)在常用的一些De Iaunay三角剖 分，生成三角網(wǎng)格的方法都可歸類為逐點(diǎn)生成法，只是在一些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)還有初始的邊界多 邊形構(gòu)建方面有所區(qū)分。
[0050] (2)分割歸并算法(分治法）
[0051] 將復(fù)雜的問題先劃分為比較簡單的子問題進(jìn)行求解，再將所有子問題以一定的規(guī) 則合并，解決原問題的思想稱為分治思想。采用分割歸并法進(jìn)行Delaunay三角剖分主要有 以下幾個(gè)步驟:首先，對(duì)離散的點(diǎn)集合數(shù)據(jù)進(jìn)行排序，一般的順序是X方向由左到右，Y方向 由上到下，先對(duì)X方向排完序以后再對(duì)Y方向排序。其次，對(duì)散點(diǎn)集合數(shù)據(jù)進(jìn)行遞歸劃分，直 到所有劃分出來的子集合內(nèi)的點(diǎn)數(shù)不大于3。再次，將所有子集合中的點(diǎn)連接為三角形。最 終，合并子集三角網(wǎng)，每次合并時(shí)依照外接圓準(zhǔn)則進(jìn)行局部優(yōu)化，使合并之后仍為Delaunay 三角網(wǎng)，最終得到整體的Delaunay三角網(wǎng)。如圖1所示為對(duì)6個(gè)原始散點(diǎn)采用分割歸并算法 進(jìn)行三角剖分的過程示意圖，其中（a)顯示了經(jīng)過排序后的原始數(shù)據(jù)，（b)表示分別對(duì)子集 進(jìn)行劃分，（c)表示對(duì)子集進(jìn)行合并。
[0052] (3)三角網(wǎng)增長法
[0053]三角網(wǎng)增長法的主要流程如下：首先，在所有離散點(diǎn)集合V中選取一點(diǎn)A，并找到歐 氏距離上距離A最近的一點(diǎn)B，得到邊AB。其次，以AB邊為基礎(chǔ)，尋找符合Delaunay三角剖分 外接圓判定準(zhǔn)則的第三點(diǎn)C，得到AABC。再次，以AABC的三條邊為基礎(chǔ)，依次尋找符合條件 的三角形，最終得到Delaunay三角剖分產(chǎn)生的三角網(wǎng)。
[0054] 2 ·約束Delaunay三角網(wǎng)技術(shù)
[0055] 在實(shí)際的地質(zhì)建模過程中，地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)往往不是獨(dú)立的，而是彼此之間存在一 定的約束關(guān)系，比較常見的約束關(guān)系有地層的斷裂線、逆斷層的斷層上下盤走向線、地質(zhì)勘 探人員人為繪制的地勢(shì)走向約束線等等。由于這些約束的存在，采用普通的Delaunay剖分 方法產(chǎn)生的三角網(wǎng)雖然能夠得到一定的數(shù)字地面模型，但是無法呈現(xiàn)出地表實(shí)際的復(fù)雜約 束關(guān)系，也就對(duì)實(shí)際地質(zhì)建模的需求上貢獻(xiàn)較小。于是，在Delaunay三角剖分的過程中加入 一定的約束關(guān)系，成為非常關(guān)鍵的技術(shù)及研究方向。實(shí)現(xiàn)中常用的是Constrained Delaunay約束三角剖分。
[0056] Constrained Delaunay約束三角剖分是將約束邊進(jìn)行整條嵌入的，并不進(jìn)行加點(diǎn) 操作，也不進(jìn)行分割，所以對(duì)原始拓?fù)涞挠绊懶∮贑onforming Delaunay方法。也是本發(fā)明 在復(fù)雜約束下進(jìn)行Delaunay三角剖分使用的方法。循環(huán)換邊法作為一種比較有代表性的 Constrained Delaunay約束三角剖分方法，其步驟如下：
[0057] (1)將約束邊兩個(gè)端點(diǎn)插入原始的非約束三角網(wǎng)。
[0058] (2)計(jì)算三角網(wǎng)中與約束邊相交的非端點(diǎn)相交邊，得到相交邊集合E={eo，ei, ...， θη} 〇
[0059] (3)遍歷找到的相交邊集合Ε，對(duì)每條邊&，找到以&為對(duì)角線的兩個(gè)三角形，判斷 兩個(gè)三角形所組成的四邊形的凹凸性。如果四邊形為嚴(yán)格凸多邊形，則交換四邊形對(duì)角線， 否則跳過中的其他邊進(jìn)行判斷。如確定要交換四邊形對(duì)角線，則將邊 eiWE中去除，判 斷交換對(duì)角線后產(chǎn)生的新邊是否與約束邊非端點(diǎn)相交。對(duì)相交邊集合E進(jìn)行更新。
[0060] (4) 一輪遍歷結(jié)束后，如果不存在非端點(diǎn)相交的邊，說明約束邊已經(jīng)被完整嵌入。 如果仍存在，則重復(fù)步驟(3)，直至約束邊與每條三角網(wǎng)格中的邊均無非端點(diǎn)相交。
[0061 ] Constrained Delaunay約束三角剖分的流程圖如圖2所示，流程順序按照從(a)至Ij ⑴。
[0062] 3、大規(guī)模地震數(shù)據(jù)下曲面重建的理論基礎(chǔ)
[0063]大規(guī)模的工區(qū)地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)，特點(diǎn)為數(shù)據(jù)區(qū)域范圍大，數(shù)據(jù)點(diǎn)多。在某些超大的工 區(qū)下，地質(zhì)勘探的原始數(shù)據(jù)甚至達(dá)到了G或者T級(jí)別，而現(xiàn)有的普通PC機(jī)的內(nèi)存范圍卻只有 4G-32G不等。由于受到客觀硬件條件的制約，為了解決大規(guī)模地震數(shù)據(jù)下進(jìn)行三維地質(zhì)建 模的問題，很多專家學(xué)者進(jìn)行了研究和探索，主要方法是對(duì)原始地震數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，減少需 要處理的總數(shù)據(jù)量和一次讀入內(nèi)存的數(shù)據(jù)量。地形分塊技術(shù)和層次細(xì)節(jié)技術(shù)也是針對(duì)于大 規(guī)模數(shù)據(jù)進(jìn)行地質(zhì)建模的過程中數(shù)據(jù)組織技術(shù)，接下來對(duì)其加以介紹。
[0064] 3.1地形分塊技術(shù)
[0065]地形分塊技術(shù)，顧名思義，就是將整個(gè)地質(zhì)工區(qū)按照所在的地理坐標(biāo)，劃分為面積 一樣的若干塊。在單機(jī)模式下，通過合理的分塊方案，可以解決任意大小的大規(guī)模地震數(shù)據(jù) 的曲面重建與繪制問題。對(duì)存放在外存的大規(guī)模地震數(shù)據(jù)進(jìn)行基于空間分布的分塊操作， 使每個(gè)產(chǎn)生的地形塊數(shù)據(jù)均可以一次性裝入內(nèi)存。地形分塊步驟有以下幾步：
[0066] (1)確定每一塊的大小，常用的為大小相同的正方形塊。
[0067] (2)將地震數(shù)據(jù)放入到塊中，若某一塊不存在數(shù)據(jù)，則為了整體的完整性添加空 白。
[0068] (3)如果塊內(nèi)存在網(wǎng)格，則盡量保證每塊的網(wǎng)格點(diǎn)數(shù)為(2k+l)X(2 k+l)。
[0069] (4)將生成好的地形塊數(shù)據(jù)文件保存在硬盤中，方便實(shí)時(shí)調(diào)用。
[0070] 在實(shí)際的地形分塊過程中，有幾個(gè)問題是需要考慮的：首先就是分塊的大小，若地 形分塊過大，可能內(nèi)存無法存放單個(gè)塊文件，影響內(nèi)存效率。如果分塊過小，雖然內(nèi)存方面 不存在問題，但是可能會(huì)導(dǎo)致過多的內(nèi)外存I/O交互，影響整體效率，同時(shí)，塊文件過多，也 會(huì)增加額外的外存存儲(chǔ)管理開銷。其次，每個(gè)塊邊界上的數(shù)據(jù)點(diǎn)，不止受當(dāng)前塊的影響，周 圍塊也會(huì)對(duì)其有影響，所以進(jìn)入內(nèi)存處理時(shí)，往往是同時(shí)使幾個(gè)相鄰塊進(jìn)入內(nèi)存，這時(shí)就涉 及到緩存設(shè)計(jì)的問題，即如何建立緩存機(jī)制來處理內(nèi)存與外存間的頻繁交互問題。
[0071] 3.2層次細(xì)節(jié)技術(shù)
[0072] 層次細(xì)節(jié)L0D(Level of Detail)技術(shù)常用于實(shí)時(shí)顯不，在實(shí)際曲面重建以及顯不 的過程中，有的區(qū)域地質(zhì)勘探點(diǎn)比較密集，且存在斷層或者褶皺等地質(zhì)規(guī)律約束，在這些區(qū) 域往往要應(yīng)用較多的原始點(diǎn)，構(gòu)建比較密集的網(wǎng)格數(shù)據(jù)。而在另一些區(qū)域，地形比較平坦， 主要以層位為主，不存在約束，用少部分原始點(diǎn)構(gòu)建簡單網(wǎng)格即可完成區(qū)域重建。這樣，在 不同層次和不同范圍，采用不同分辨率的網(wǎng)格對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行重建，既保證了運(yùn)行的效率， 又保證了重建的曲面效果。
[0073]目前常用的LOD模型有以下兩種：
[0074] (1)離散LOD模型
[0075]離散LOD模型指的是事先通過計(jì)算，得到整個(gè)工區(qū)的多個(gè)副本，每個(gè)副本對(duì)應(yīng)著一 重分辨率，這樣得到了一個(gè)基于不同分辨率的金字塔狀數(shù)據(jù)模型。在曲面重建與顯示時(shí)，根 據(jù)實(shí)際要求選取對(duì)應(yīng)分辨率。該方法實(shí)現(xiàn)較簡單，但是在不同分辨率的區(qū)域切換時(shí)，會(huì)產(chǎn)生 比較明顯的跳變感。而且會(huì)存儲(chǔ)冗余的分辨率網(wǎng)格點(diǎn)，造成存儲(chǔ)的浪費(fèi)。
[0076] (2)連續(xù)的 LOD(CLOD)模型
[0077] 因?yàn)殡x散的LOD模型在很多地方有所不足，連續(xù)LOD模型的概念被提出。連續(xù)LOD模 型的概念和離散LOD類似，區(qū)別在于連續(xù)LOD模型并不事先存儲(chǔ)好不同分辨率的數(shù)據(jù)，而是 實(shí)時(shí)計(jì)算具體的分辨率。
[0078] 離散LOD模型實(shí)現(xiàn)較簡單，計(jì)算量不大，一次生成多次使用，對(duì)CPU的負(fù)擔(dān)也較小。 缺點(diǎn)在于要存儲(chǔ)多個(gè)分辨率下的網(wǎng)格數(shù)據(jù)，還有跳變現(xiàn)象。連續(xù)LOD模型在顯示上效果要優(yōu) 于離散LOD模型，但計(jì)算較多，復(fù)雜且耗時(shí)。由于本發(fā)明并不涉及分辨率的動(dòng)態(tài)變化，在曲面 重建的過程中，數(shù)據(jù)只需保存一次，所以綜合考慮采用離散LOD模型的思想。
[0079] 在一個(gè)示例性實(shí)施例中，采用基于地形分塊的方法進(jìn)行大規(guī)模地震數(shù)據(jù)下的曲面 重建，具體包括以下操作：
[0080] A、大規(guī)模地震數(shù)據(jù)的地形分塊整體流程
[0081] 首先，將原始的大規(guī)模地震數(shù)據(jù)和約束多邊形數(shù)據(jù)按照地形劃分入不同地形塊 內(nèi)，并保存至外存(例如，硬盤)中。其次，以每個(gè)地形塊為基本單位進(jìn)行曲面重建，先對(duì)地形 塊中的層位數(shù)據(jù)和斷層數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，然后對(duì)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行二維網(wǎng)格構(gòu)建，根據(jù)網(wǎng) 格數(shù)據(jù)構(gòu)建二維Delaunay三角剖分并進(jìn)行三維空間三角網(wǎng)恢復(fù)，最后進(jìn)行曲面插值并保存 重建后的曲面拓?fù)鋽?shù)據(jù)，在顯示時(shí)將所有地形塊內(nèi)的曲面拓?fù)湟黄痫@示，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)大 規(guī)模工區(qū)的曲面重建和顯示。大規(guī)模地質(zhì)工區(qū)地震數(shù)據(jù)曲面重建方法的整體流程如圖3所 示。這里，本申請(qǐng)中出現(xiàn)的約束多邊形和地質(zhì)多邊形是地質(zhì)約束多邊形的簡稱，本發(fā)明說的 地質(zhì)約束多邊形特指斷層多邊形。
[0082]由于單臺(tái)PC機(jī)內(nèi)存難以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)大規(guī)模地質(zhì)工區(qū)的勘探數(shù)據(jù)進(jìn)行整體曲面重 建，所以使用地形分塊技術(shù)，將整體區(qū)域劃分為若干地形塊，如圖4所示。由于在整體數(shù)據(jù)全 部讀入完之前，無法確定整體的最大值最小值，也無法確定地形塊的個(gè)數(shù)，所以要使用地形 塊動(dòng)態(tài)添加的方法，動(dòng)態(tài)對(duì)地形塊的地形和屬性進(jìn)行判定。
[0083] a、大規(guī)模地震數(shù)據(jù)下地形分炔基本流程
[0084]大規(guī)模地震數(shù)據(jù)的地形分塊的步驟主要有以下幾步：
[0085] (1)給定初始地形塊屬性
[0086]主要有以下幾項(xiàng):地形塊的長度、X方向地形塊個(gè)數(shù)、Y方向地形塊個(gè)數(shù)。這幾項(xiàng)屬 性由工區(qū)的實(shí)際大小決定，可以由外部進(jìn)行指定，X方向與Y方向的地形塊的最小值為1，即 最起碼對(duì)于大規(guī)模地震工區(qū)數(shù)據(jù)存在一個(gè)地形塊，此時(shí)該塊的范圍為整個(gè)地質(zhì)工區(qū)。
[0087] (2)讀取原始數(shù)據(jù)
[0088] 讀取地質(zhì)勘探原始數(shù)據(jù)，包括層位數(shù)據(jù)和斷層多邊形數(shù)據(jù)。在大規(guī)模工區(qū)數(shù)據(jù)下 原始地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量較大，如果在所有數(shù)據(jù)均從文件中讀取之后再進(jìn)行地形分塊操 作，數(shù)據(jù)操作量較大，花費(fèi)時(shí)間較長。而如果每讀入一個(gè)數(shù)據(jù)就進(jìn)行分塊操作，操作會(huì)相對(duì) 頻繁，影響效率。因此使用類似分塊的思想進(jìn)行數(shù)據(jù)讀入，即每次讀取地震數(shù)據(jù)文件中的若 干行，對(duì)這若干行數(shù)據(jù)進(jìn)行地形分塊操作，操作完以后再繼續(xù)進(jìn)行讀入操作，直至地震數(shù)據(jù) 文件被讀取和處理完。
[0089] 在常見的地形分塊操作中，初始化對(duì)全部原始數(shù)據(jù)進(jìn)行讀入，獲取數(shù)據(jù)的最大最 小值，根據(jù)數(shù)據(jù)的具體范圍以及制定的單個(gè)塊長度確定地形塊在X方向和Y方向的個(gè)數(shù)。而 在大規(guī)模工區(qū)地震數(shù)據(jù)的曲面重建過程中，數(shù)據(jù)量較大，如果預(yù)先對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行全部讀 入，會(huì)消耗一定的時(shí)間，為了提高處理效率，本發(fā)明優(yōu)選使用一種動(dòng)態(tài)添加地形塊的方法， 即初始給定一定范圍的地形塊，如果讀入的地震數(shù)據(jù)在初始給定的地形塊內(nèi)，則將地震數(shù) 據(jù)分配到地形塊中。如果讀入的地震數(shù)據(jù)在初始給定的地形塊之外，則對(duì)給定的地形塊進(jìn) 行擴(kuò)充，使之包含讀入地震數(shù)據(jù)。進(jìn)一步優(yōu)選地，為了方便曲面重建操作和曲面顯示，對(duì)地 形塊擴(kuò)充時(shí)要保證整個(gè)區(qū)域呈矩形狀。
[0090] 如圖5所示，初始設(shè)置默認(rèn)X方向和Y方向各有兩個(gè)地形塊，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀入時(shí)，V1、 V2、V 3、V4等點(diǎn)經(jīng)判斷在已經(jīng)存在的地形塊內(nèi)，就直接添加進(jìn)相應(yīng)的地形塊內(nèi)部。點(diǎn)V5不在已 經(jīng)存在的地形塊內(nèi)部，就對(duì)現(xiàn)有地形塊進(jìn)行動(dòng)態(tài)添加，添加新的地形塊以包含點(diǎn)V 5，同時(shí)為 了保證整體區(qū)域的完整性，添加了空白的地形塊。
[0091] (4)將數(shù)據(jù)分布到地形塊中
[0092] 原始地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)主要是層位數(shù)據(jù)和斷層數(shù)據(jù)，按照地震數(shù)據(jù)的二維坐標(biāo)，尋找 對(duì)應(yīng)的地形塊，將地震數(shù)據(jù)放入對(duì)應(yīng)的地形塊即可。
[0093] (5)保存地形塊內(nèi)數(shù)據(jù)
[0094]將地形塊內(nèi)的地震數(shù)據(jù)保存至硬盤中，為了方便確定保存位置，對(duì)每個(gè)地形塊給 定一個(gè)塊id，本發(fā)明使用二維數(shù)組的方式進(jìn)行塊的id索引，確定一個(gè)二維數(shù)組a[M][N]，其 中數(shù)組的第一維表示地形塊的X方向，數(shù)組的第二維表示地形塊的Y方向，數(shù)組中的值為地 形塊的id。例如，a [ 0 ] [ 0 ]的值為0，說明X方向的第0個(gè)、Y方向的第0個(gè)地形塊中塊id為0。隨 著地形塊的動(dòng)態(tài)添加，二維數(shù)組a[M][N]也會(huì)動(dòng)態(tài)變化，時(shí)刻改變對(duì)應(yīng)位置的地形塊id。同 一地形塊內(nèi)的文件最終保存在同一個(gè)地形塊id對(duì)應(yīng)的路徑下。
[0095] 經(jīng)過以上的操作后，完成對(duì)所有原始地震數(shù)據(jù)的讀入，原始的大規(guī)模地震數(shù)據(jù)轉(zhuǎn) 化為地形塊數(shù)據(jù)并保存在硬盤中，為下一步操作做準(zhǔn)備，地形塊數(shù)據(jù)在硬盤中的分布如圖6 所示，后綴名為block的文件為地形塊文件，地形塊文件以"地形塊idj也形塊分辨率"的規(guī) 則命名。
[0096] b、大規(guī)模地震數(shù)據(jù)下復(fù)雜約束分塊處理。
[0097] 在大規(guī)模地震數(shù)據(jù)的處理中，除原始的層位數(shù)據(jù)之外，還存在多種復(fù)雜約束信息， 以地質(zhì)約束多邊形的形式存在。其中，斷層多邊形數(shù)據(jù)為地質(zhì)勘探人員人工繪制的多邊形， 在本發(fā)明中，地質(zhì)約束多邊形指斷層多邊形，另外，封閉多邊形也特指斷層多邊形，也就是 說本發(fā)明所有的多邊形都是指斷層多邊形。在大規(guī)模地震數(shù)據(jù)下進(jìn)行地形分塊處理時(shí)，地 質(zhì)約束多邊形數(shù)據(jù)的處理有以下幾個(gè)難點(diǎn)：
[0098]首先要考慮的是地質(zhì)約束多邊形點(diǎn)的分布問題。地質(zhì)多邊形在二維平面上均顯示 為折線段的形式，地質(zhì)約束多邊形數(shù)據(jù)相鄰的兩個(gè)點(diǎn)往往間距較遠(yuǎn)，在實(shí)際地質(zhì)數(shù)據(jù)分布 中，很有可能出現(xiàn)兩個(gè)相鄰的多邊形點(diǎn)跨越地形塊的情況，此時(shí)可能在一個(gè)地形塊內(nèi)只有 一個(gè)地質(zhì)多邊形點(diǎn)。由于本發(fā)明使用地形塊作為曲面重建的基本單位，在每個(gè)地形塊內(nèi)只 有一個(gè)地質(zhì)多邊形點(diǎn)的情況下，無法構(gòu)建約束邊實(shí)現(xiàn)后續(xù)的Delaunay約束三角剖分運(yùn)算， 所以要做出相應(yīng)處理。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，采取的處理方法是求出這兩個(gè)相鄰地質(zhì)多 邊形點(diǎn)連成的線段與地形塊邊界的交點(diǎn)，并加入對(duì)應(yīng)的地形塊內(nèi)的地質(zhì)多邊形數(shù)據(jù)中。如 圖7所示，V 1J2J3為地質(zhì)多邊形上的三個(gè)連接點(diǎn)，首先找到地質(zhì)約束多邊形與地形塊的交 點(diǎn)V 4、V5，將V4、V5點(diǎn)分別放入對(duì)應(yīng)的地形塊，此時(shí)要注意的是由于是邊界點(diǎn)，所以在相鄰的 地形塊中都要放入。進(jìn)行操作以后，地形塊1內(nèi)的地質(zhì)多邊形點(diǎn)為V 3、V4,塊2內(nèi)的多邊形點(diǎn)為 V4J1，塊3內(nèi)的地質(zhì)多邊形點(diǎn)為V 5、V2。
[0099]大規(guī)模地震數(shù)據(jù)下的復(fù)雜約束信息劃分至地形塊內(nèi)的另一個(gè)復(fù)雜之處在于，地質(zhì) 約束多邊形中存在不封閉的垂直斷層多邊形，也存在逆斷層多邊形、正斷層多邊形、倒轉(zhuǎn)多 邊形等封閉的多邊形，如圖8所示。進(jìn)行地質(zhì)曲面重建的過程中會(huì)應(yīng)用多邊形的邊界數(shù)據(jù)對(duì) 點(diǎn)的重?cái)?shù)和屬性進(jìn)行判定。而封閉多邊形的分塊操作可能會(huì)出現(xiàn)與實(shí)際不符的情況，如圖8 中的塊1內(nèi)部，點(diǎn)A為地質(zhì)約束多邊形點(diǎn)，點(diǎn)B、C為地質(zhì)約束多邊形與地形塊的交點(diǎn)，塊1中的 約束多邊形被判斷為點(diǎn)A、B、C連接而成的封閉多邊形，明顯與實(shí)際不符。所以一方面要將地 質(zhì)約束多邊形的點(diǎn)數(shù)據(jù)劃分到各個(gè)地形塊內(nèi)，另一方面要保留一份整體的封閉地質(zhì)多邊形 數(shù)據(jù)(簡稱封閉多邊形）。
[0100]定義封閉多邊形集合P:
[0101] p={Pl，p2，...，pm}等式(1)
[0102] 多邊形數(shù)據(jù)如下，包含上盤多邊形點(diǎn)集合，下盤多邊形點(diǎn)集合與根多邊形id
[0103] Pi= {upi，lpi，idi}等式（2)
[0104] 也即，在等式(2)中，Upi表示上盤多邊形點(diǎn)集合，Ipi表示下盤多邊形點(diǎn)集合，icU表 示根多邊形id，在二維平面上，對(duì)所有的點(diǎn)都給了一個(gè)id，這里根多邊形icU指的是當(dāng)前第i 個(gè)多邊形中該點(diǎn)在二維點(diǎn)集中的i d。
[0105] 也就是說，在等式（1)和等式(2)中，P表示所有封閉多邊形數(shù)據(jù)的集合，每一AP1 都是一個(gè)封閉多邊形，集P1表示封閉多邊形集合P中的第i個(gè)封閉多邊形，為封閉 多邊形的總個(gè)數(shù)，等式(2)是針對(duì)等式（1)某一個(gè)多邊形P 1的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，每一個(gè)多邊形結(jié)構(gòu) 都是一樣，Up1表示第i個(gè)封閉多邊形的上盤多邊形點(diǎn)集合，Ip1表示第i個(gè)封閉多邊形的下盤 多邊形點(diǎn)集合，icU表示第i個(gè)封閉多邊形的根多邊形id。
[0106] 封閉多邊形數(shù)據(jù)是作為一個(gè)整體存在的，對(duì)每個(gè)地形塊進(jìn)行曲面重建操作時(shí)，都 要調(diào)用封閉多邊形數(shù)據(jù)進(jìn)行屬性判斷。
[0107] 還有一點(diǎn)需要考慮的，就是地質(zhì)多邊形線段重復(fù)經(jīng)過同一個(gè)地形塊的情況。如圖9 所示，地質(zhì)多邊形重復(fù)進(jìn)入地形塊1和地形塊2，此時(shí)，如果按照上文提到的劃分方法，則塊1 內(nèi)部的多邊形點(diǎn)依次為:由于地形塊是進(jìn)行曲面重建的基本單位，在塊 內(nèi)進(jìn)行約束Delaunay三角剖分時(shí)是以多邊形的線段組合作為約束的，即V 2、V5組成的線段也 會(huì)成為約束，而實(shí)際上這兩個(gè)點(diǎn)并不相連，也不存在約束。只有索引相鄰的兩點(diǎn)才能連接形 成約束邊。為了解決這個(gè)問題，引入一個(gè)屬性:地質(zhì)多邊形點(diǎn)的索引。即當(dāng)前的一個(gè)地質(zhì)多 邊形點(diǎn)在整個(gè)多邊形中處于怎樣的一個(gè)位置。在此定義多邊形點(diǎn)集合：
[0108] Vp=IV1Jf^VrJ 等式（3)
[0109] 其中Vi為第i個(gè)點(diǎn)，Vi中的數(shù)據(jù)包括多邊形點(diǎn)的位置、點(diǎn)對(duì)應(yīng)的多邊形i d、點(diǎn)在多邊 形中的位置索引。
[0110] Vi={Xi,Yi JDiJndeXiI 等式（4)
[0111] 也即，在等式(4)中，Xi和Yi表示地質(zhì)約束多邊形點(diǎn)的位置，IDi表示第i個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的 地質(zhì)約束多邊形ID，Index i表示第i個(gè)點(diǎn)在地質(zhì)約束多邊形中的位置索引；Ki彡n，n為地 質(zhì)約束多邊形點(diǎn)的總個(gè)數(shù)。
[0112]需要補(bǔ)充說明的是，等式(3)中的Vp指的是某一個(gè)地質(zhì)約束多邊形上所有點(diǎn)（即地 質(zhì)約束多邊形點(diǎn))集合，等式(4)中Vi為該地質(zhì)約束多邊形上第i個(gè)點(diǎn)，Xi和Yi表示地質(zhì)約束 多邊形點(diǎn)的位置。由于每個(gè)多邊形都有一個(gè)ID，所以ID 1表示的是該點(diǎn)所在的地質(zhì)多邊形它 在地質(zhì)多邊形集合的多邊形ID，IndeXl才表示該點(diǎn)在該地質(zhì)約束多邊形上的位置索引，是 該點(diǎn)在該地質(zhì)約束多邊形上的唯一標(biāo)識(shí)。
[0113]以圖9為例，引入多邊形點(diǎn)的索引屬性后，經(jīng)判斷可知…、…在原始地質(zhì)多邊形上的 位置值并不相鄰，不會(huì)連接成為約束邊，保證了結(jié)果的正確性。
[0114] B、大規(guī)模地震數(shù)據(jù)的多分辨率設(shè)置
[0115] 為了進(jìn)一步對(duì)大規(guī)模的地震數(shù)據(jù)進(jìn)行簡化，提高曲面重建的效率，本發(fā)明示例性 實(shí)施例使用多分辨的層次細(xì)節(jié)方法，對(duì)不同的地形塊，根據(jù)地形的分布確定不同的分辨率。
[0116] 在一個(gè)示例性實(shí)施例中，采用的是能量函數(shù)法，設(shè)z = H(x，y)為點(diǎn)（x，y)處的深度 值，對(duì)于一塊η個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的地形區(qū)域，定義f。為該區(qū)域所有點(diǎn)的能量函數(shù)。
[0117]
等式（5)
[0118] 其中P1為該區(qū)域的相對(duì)深度分布：
[01191
等式（6).
[0120]在等式(6)中，Zo為該區(qū)域中最小深度值，ε是為了防止分母為零添加的很小的安 全的數(shù)。
[0121] 采用能量函數(shù)的方法，分辨率能夠很好的體現(xiàn)出地形的起伏狀況，由于所有點(diǎn)都 參與了運(yùn)算，防止了出現(xiàn)局部點(diǎn)過密的情況導(dǎo)致分辨率偏差。本發(fā)明采用能量函數(shù)法計(jì)算 初始的分辨率，然后對(duì)計(jì)算出來的分辨率值結(jié)合塊內(nèi)的斷層分布狀況進(jìn)行微調(diào)，如果一個(gè) 地形塊內(nèi)存在的斷層或者倒轉(zhuǎn)約束較多，分辨率就會(huì)相對(duì)較高。
[0122] 在本發(fā)明示例性實(shí)施例中，實(shí)際曲面拓?fù)渲亟ǖ姆椒ㄊ窃诘匦螇K內(nèi)構(gòu)建初始四邊 形網(wǎng)格，在四邊形網(wǎng)格內(nèi)進(jìn)行約束De I aunay三角剖分得到二維拓?fù)?，最后將二維拓?fù)浠謴?fù) 為三維拓?fù)洹Ｃ總€(gè)地形塊內(nèi)需要構(gòu)建一定過個(gè)數(shù)的四邊形網(wǎng)格，地形塊內(nèi)的分辨率與網(wǎng)格 密度直接相關(guān)，假設(shè)在一個(gè)地形塊內(nèi)，分辨率為P，則該地形塊內(nèi)構(gòu)建的初始四邊形網(wǎng)格的 個(gè)數(shù)為2 PX2P。
[0123] C、大規(guī)模地震數(shù)據(jù)下的地形塊調(diào)度
[0124] 由于數(shù)據(jù)規(guī)模和指定塊長度的問題，有可能進(jìn)行地形分塊操作之后產(chǎn)生多個(gè)地形 塊，此時(shí)如果逐一對(duì)地形塊進(jìn)行曲面重建操作，可能會(huì)涉及到多次內(nèi)存與硬盤的交互，影響 曲面重建效率?？紤]到以上的問題，本發(fā)明示例性實(shí)施例進(jìn)一步開辟一部分內(nèi)存空間作為 緩存區(qū)，在曲面重建操作中，執(zhí)行硬盤-緩存區(qū)間的交互以及內(nèi)存-緩存區(qū)間的交互，這樣一 方面避免了地形塊個(gè)數(shù)過多時(shí)產(chǎn)生的頻繁交互，另一方面可以保證地形塊內(nèi)拓?fù)潼c(diǎn)的深度 值的正確性。
[0125] 對(duì)于每個(gè)地形塊而言，在曲面三維拓?fù)渲亟ㄟ^程中，地形塊邊界上的網(wǎng)格點(diǎn)的深 度值不能僅由當(dāng)前地形塊內(nèi)部的點(diǎn)進(jìn)行插值操作獲取，還要將臨近塊內(nèi)的點(diǎn)的深度值考慮 進(jìn)來，涉及到了地形塊的邊界縫合問題，這一點(diǎn)就對(duì)緩存區(qū)大小的設(shè)置以及地形塊在緩存 區(qū)內(nèi)的調(diào)度提出了要求，大規(guī)模地震數(shù)據(jù)下的地形塊調(diào)度主要有以下幾個(gè)方面：
[0126] (1)緩存區(qū)設(shè)置
[0127] 緩存區(qū)的大小與地形塊的個(gè)數(shù)和每個(gè)地形塊的大小相關(guān)，如果單個(gè)地形塊數(shù)據(jù)量 較大，整個(gè)內(nèi)存都無法放入多個(gè)地形塊，自然會(huì)限制緩存區(qū)內(nèi)的地形塊個(gè)數(shù)。如果地形塊個(gè) 數(shù)比較少且數(shù)據(jù)量不大，完全可以將所有地形塊放入緩存區(qū)。對(duì)于一般的大規(guī)模地震數(shù)據(jù)， 地形塊較多，整體數(shù)據(jù)較大，對(duì)每個(gè)地形塊操作時(shí)不僅要用到當(dāng)前地形塊內(nèi)的數(shù)據(jù)，還要用 到其周圍8個(gè)地形塊的數(shù)據(jù)(邊界區(qū)域地形塊除外），因此緩存區(qū)設(shè)置的最小值至少為9個(gè)地 形塊。
[0128] (2)緩存區(qū)內(nèi)添加地形塊
[0129] 進(jìn)行緩存區(qū)地形塊調(diào)度時(shí)，首先在緩存區(qū)中尋找當(dāng)前處理的地形塊和其臨近地形 塊。在上文地形分塊的過程中，已經(jīng)建立了表示塊索引關(guān)系的二維數(shù)組a[M][N]，通過該二 維數(shù)組，對(duì)某一個(gè)地形塊進(jìn)行處理時(shí)，能夠快速的得到其相鄰地形塊的id。即二維數(shù)組中的 相鄰關(guān)系就對(duì)應(yīng)了地形塊間實(shí)際的相鄰關(guān)系，如當(dāng)前地形塊的位置對(duì)應(yīng)到二維數(shù)組中為a [m] [η]，則其相鄰的地形塊為a[m-l][n-l]、a[m-l] [n]、a[m-l][n+l]、a[m][n+l]、a[m+l][n + 1]、a[m+l] [n]、a[m+l] [n-1]、a[m] [n-1]所對(duì)應(yīng)的地形塊，進(jìn)而得到地形塊id以及對(duì)應(yīng)的 塊數(shù)據(jù)文件。如果在緩存區(qū)中找到當(dāng)前處理地形塊及其臨近地形塊，直接從緩存區(qū)中選取 對(duì)應(yīng)地形塊進(jìn)行操作。否則判斷緩存區(qū)是否已滿，如果緩存區(qū)未滿且緩存區(qū)剩余空間足夠， 從硬盤文件中將需要的數(shù)據(jù)塊文件添加到緩存區(qū)中。如圖10所示，紅色區(qū)域?yàn)楫?dāng)前處理的 地形塊1，塊2、3、4為其臨近地形塊，在對(duì)塊1進(jìn)行處理時(shí)，在緩存區(qū)內(nèi)尋找塊1、2、3、4，未找 到對(duì)應(yīng)地形塊且緩存區(qū)未滿，則從硬盤中添加塊1、2、3、4的數(shù)據(jù)到緩存區(qū)域內(nèi)。
[0130] (3)緩存區(qū)內(nèi)進(jìn)行地形塊置換
[0131]如果緩存區(qū)已滿或者緩存區(qū)剩余空間小于處理當(dāng)前塊所需要的空間，要采用地形 塊置換策略，用新的地形塊數(shù)據(jù)替換將緩存區(qū)內(nèi)的一部分地形塊。常用的緩存區(qū)調(diào)度方法 主要根據(jù)地形塊進(jìn)入緩存區(qū)的時(shí)間以及使用次數(shù)決定。對(duì)于本發(fā)明而言，要考慮地形塊之 間的臨近關(guān)系，保證對(duì)某個(gè)地形塊進(jìn)行處理時(shí)，該地形塊的臨近地形塊均在緩存區(qū)內(nèi)。在此 基礎(chǔ)上本發(fā)明使用一種基于距離的地形塊置換方法，對(duì)當(dāng)前地形塊進(jìn)行處理時(shí)，如果緩存 區(qū)空間不足，將距離當(dāng)前地形塊最遠(yuǎn)的地形塊移出緩存區(qū)，將當(dāng)前地形塊的臨近塊移入緩 存區(qū)。如圖11所示，初始狀態(tài)處理的地形塊為塊12,塊12及其臨近塊都在緩存區(qū)內(nèi)。處理完 塊12后對(duì)塊13進(jìn)行處理，需要將塊13的臨近塊移入緩存區(qū)，此時(shí)緩存區(qū)已滿，經(jīng)過位置判 斷，塊13的臨近塊中塊7、塊14、塊17不在緩存區(qū)內(nèi)，將緩存區(qū)中距離塊13最遠(yuǎn)的三塊:塊10、 塊11、塊20移出緩存區(qū)，將塊7、塊14、塊17移入緩存區(qū)。
[0132] 采用緩存區(qū)對(duì)地形塊進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)度的整體流程示意圖如圖12所示。
[0133] D、大規(guī)模地震數(shù)據(jù)下的地形塊插值
[0134] 地形塊內(nèi)執(zhí)行的操作，是在一個(gè)地形塊內(nèi)，先從對(duì)應(yīng)路徑下的硬盤文件中讀取該 地形塊內(nèi)部的層位數(shù)據(jù)文件和約束多邊形數(shù)據(jù)文件，再根據(jù)本地形塊的分辨率建立一定步 長的初始網(wǎng)格，在每個(gè)網(wǎng)格內(nèi)部進(jìn)行約束Delaunay三角剖分構(gòu)建，得到三角形網(wǎng)格拓?fù)?，?對(duì)構(gòu)建好的二維拓?fù)溥M(jìn)行拼接操作，得到三維拓?fù)?，最終對(duì)拓?fù)渖系狞c(diǎn)進(jìn)行深度插值，得到 真實(shí)的三維地質(zhì)曲面。地形塊內(nèi)點(diǎn)深度插值主要有以下兩步：
[0135] (1)非邊界點(diǎn)插值
[0136] 對(duì)于非地形塊邊界點(diǎn)，深度插值步驟是先對(duì)網(wǎng)格點(diǎn)插值，再對(duì)斷層多邊形點(diǎn)進(jìn)行 插值，最后進(jìn)行補(bǔ)償插值。
[0137] 首先對(duì)網(wǎng)格點(diǎn)進(jìn)行插值，連接好的曲面拓?fù)洌W(wǎng)格點(diǎn)占據(jù)點(diǎn)的絕大多數(shù)，所以先對(duì) 網(wǎng)格點(diǎn)進(jìn)行插值，在曲面拓?fù)涞慕⑦^程中，已經(jīng)把原始的層位點(diǎn)作為種子點(diǎn)分配到對(duì)應(yīng) 的網(wǎng)格中，網(wǎng)格點(diǎn)的值由對(duì)應(yīng)網(wǎng)格的種子點(diǎn)進(jìn)行插值而得。其次對(duì)多邊形上的點(diǎn)進(jìn)行插值。 多邊形上的點(diǎn)相對(duì)于網(wǎng)格點(diǎn)來說數(shù)量較小，而且一般均與網(wǎng)格點(diǎn)連成拓?fù)溥?。完成網(wǎng)格點(diǎn) 的插值過程后，得到了網(wǎng)格點(diǎn)的實(shí)際深度值，可以使用網(wǎng)格點(diǎn)數(shù)據(jù)對(duì)與網(wǎng)格點(diǎn)相連接的多 邊形點(diǎn)進(jìn)行插值。
[0138] 最后進(jìn)行補(bǔ)償插值，經(jīng)過網(wǎng)格插值和多邊形點(diǎn)插值兩步，只有少部分點(diǎn)可能依然 沒有實(shí)際深度值，此時(shí)要進(jìn)行補(bǔ)償插值操作，使用經(jīng)過上面兩步所得到的拓?fù)渲幸呀?jīng)有實(shí) 際深度值的點(diǎn)，對(duì)仍然沒有實(shí)際深度值的點(diǎn)進(jìn)行插值。補(bǔ)償插值不規(guī)定次數(shù)，直至所有拓?fù)?連接上的點(diǎn)均具有實(shí)際深度值。
[0139] (2)邊界點(diǎn)插值
[0140] 對(duì)地形塊的邊界點(diǎn)進(jìn)行深度插值的過程中，不僅要考慮當(dāng)前地形塊內(nèi)點(diǎn)的影響， 還要考慮相鄰塊內(nèi)部的點(diǎn)對(duì)其進(jìn)行的影響。如圖13所示，在左上角地形塊的邊界點(diǎn)A，對(duì)點(diǎn)A 進(jìn)行深度值插值時(shí)，利用的是與點(diǎn)A連接拓?fù)涞钠渌c(diǎn)，在本地形塊內(nèi)部的拓?fù)渲悬c(diǎn)A和點(diǎn) B、C、F、G相連接，而在其臨近地形塊內(nèi)點(diǎn)A和點(diǎn)C、D、E、F相連接，以上所有與點(diǎn)A拓?fù)溥B接的 點(diǎn)都要作為種子點(diǎn)參與點(diǎn)A的深度插值計(jì)算。
[0141] 另一個(gè)需要注意的地形塊邊界點(diǎn)插值問題的是不同地形塊之間的重復(fù)插值問題， 即多個(gè)地形塊均對(duì)同一個(gè)點(diǎn)進(jìn)行插值的情況。以圖13中的點(diǎn)A為例，在對(duì)左下地形塊進(jìn)行點(diǎn) 插值時(shí)，已經(jīng)尋找了各個(gè)地形塊中與點(diǎn)A相連接的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)A進(jìn)行插值，在對(duì)左上地形塊中進(jìn) 行點(diǎn)插值操作時(shí)還會(huì)對(duì)點(diǎn)A進(jìn)行一次插值，對(duì)相同點(diǎn)的重復(fù)插值操作勢(shì)必會(huì)對(duì)整體算法效 率產(chǎn)生影響。為了避免重復(fù)插值，對(duì)邊界點(diǎn)添加插值與否的屬性，每次對(duì)邊界點(diǎn)插值后該點(diǎn) 的屬性設(shè)置為已插值，對(duì)已插值的點(diǎn)不進(jìn)行二次插值。
[0142] 綜上所述，本發(fā)明結(jié)合大規(guī)模地質(zhì)工區(qū)地震數(shù)據(jù)的實(shí)際情況，提出了海量地震數(shù) 據(jù)的地質(zhì)曲面重建方法，將整體區(qū)域劃分為若干地形塊，有效地解決了單臺(tái)PC機(jī)內(nèi)存難以 實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)大規(guī)模地質(zhì)工區(qū)的勘探數(shù)據(jù)進(jìn)行整體曲面重建的問題。本發(fā)明對(duì)海量數(shù)據(jù)的處 理有著非常重要的意義，在物探領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。
[0143] 盡管上面已經(jīng)通過結(jié)合示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該清 楚，在不脫離權(quán)利要求所限定的精神和范圍的情況下，可對(duì)本發(fā)明的示例性實(shí)施例進(jìn)行各 種修改和改變。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種海量地震數(shù)據(jù)的地質(zhì)曲面重建方法，其特征在于，所述方法首先進(jìn)行大規(guī)模地 震數(shù)據(jù)的地形分塊，將層位數(shù)據(jù)和地質(zhì)約束多邊形數(shù)據(jù)劃分入不同地形塊內(nèi)并保存至外存 中；然后以每個(gè)地形塊為基本單位進(jìn)行曲面重建； 所述方法還包括在內(nèi)存開辟緩存區(qū)，在曲面重建操作中，執(zhí)行外存與緩存區(qū)間的交互 以及內(nèi)存與緩存區(qū)間的交互，具體地，在進(jìn)行緩存區(qū)地形塊調(diào)度時(shí)，首先判斷當(dāng)前處理的地 形塊及其鄰近地形塊是否讀入緩存區(qū)， 如果在緩存區(qū)中找到當(dāng)前處理地形塊及其臨近地形塊，則直接從緩存區(qū)中選取對(duì)應(yīng)地 形塊； 如果在緩存區(qū)中沒有找到當(dāng)前處理地形塊及其臨近地形塊，則判斷緩存區(qū)是否已滿， 若緩存區(qū)未滿且緩存區(qū)剩余空間足夠，從外存中將需要的數(shù)據(jù)塊添加到緩存區(qū)中；若緩存 區(qū)已滿或者緩存區(qū)剩余空間小于處理當(dāng)前塊所需要的空間，則采用地形塊置換策略，將距 離當(dāng)前處理的地形塊最遠(yuǎn)的地形塊移出緩存區(qū)，將當(dāng)前處理的地形塊的臨近塊移入緩存 區(qū)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的海量地震數(shù)據(jù)的地質(zhì)曲面重建方法，其特征在于，所述曲面重 建步驟包括:從對(duì)應(yīng)路徑下的外存中讀取地形塊內(nèi)部的層位數(shù)據(jù)和地質(zhì)約束多邊形數(shù)據(jù)， 然后在地形塊內(nèi)構(gòu)建初始網(wǎng)格，在每個(gè)初始網(wǎng)格內(nèi)進(jìn)行約束Delaunay三角剖分并進(jìn)行三維 空間三角網(wǎng)恢復(fù)，得到三維拓?fù)?，最后?duì)三維拓?fù)渖系狞c(diǎn)進(jìn)行曲面插值，得到三維地質(zhì)曲 面。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的海量地震數(shù)據(jù)的地質(zhì)曲面重建方法，其特征在于，在對(duì)地質(zhì)約 束多邊形數(shù)據(jù)進(jìn)行分塊處理時(shí)，當(dāng)一個(gè)地形塊內(nèi)只有一個(gè)地質(zhì)約束多邊形點(diǎn)時(shí)，求出兩個(gè) 相鄰地質(zhì)約束多邊形點(diǎn)連成的線段與地形塊邊界的交點(diǎn)，并加入對(duì)應(yīng)的地形塊內(nèi)的地質(zhì)約 束多邊形數(shù)據(jù)中。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的海量地震數(shù)據(jù)的地質(zhì)曲面重建方法，其特征在于，所述方法還 包括保留一份整體的封閉多邊形數(shù)據(jù)，并且，在對(duì)每個(gè)地形塊進(jìn)行曲面重建操作時(shí)，都要調(diào) 用封閉多邊形數(shù)據(jù)進(jìn)行屬性判斷;具體地， 定義封閉多邊形數(shù)據(jù)集合P: Ρ={Ρι，Ρ2，···，Ρη} 等式（1) 其中， Pi={upi，lpi，idi} 等式（2) 在等式（1)和等式(2)中，P表示封閉多邊形的集合，Pi表示封閉多邊形集合P中的第i個(gè) 封閉多邊形，1 <m，m為封閉多邊形的總個(gè)數(shù)，uPi表示第i個(gè)封閉多邊形的上盤多邊形點(diǎn) 集合，lPl表示第i個(gè)封閉多邊形的下盤多邊形點(diǎn)集合，icU表示第i個(gè)封閉多邊形的根多邊形 id〇5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的海量地震數(shù)據(jù)的地質(zhì)曲面重建方法，其特征在于，所述方法還 包括引入地質(zhì)約束多邊形點(diǎn)的索引屬性，以標(biāo)識(shí)地質(zhì)約束多邊形點(diǎn)在整個(gè)地質(zhì)約束多邊形 中的位置，并用于判斷地質(zhì)約束多邊形點(diǎn)之間是否相鄰，只有索引相鄰的兩個(gè)地質(zhì)約束多 邊形點(diǎn)才能連接形成約束邊，具體地， 定義地質(zhì)約束多邊形點(diǎn)集合： νΡ={Υι，ν2，···，νη} 等式(3) 其中， Vj = {Xj，Yj，IDj，Indexj} 等式(4) 在等式(3)和等式(4)中，VP表示一個(gè)地質(zhì)約束多邊形上所有地質(zhì)約束多邊形點(diǎn)的集合， Vj表示地質(zhì)約束多邊形上第j個(gè)地質(zhì)約束多邊形點(diǎn)，l<j<n，n為一個(gè)地質(zhì)約束多邊形上地 質(zhì)約束多邊形點(diǎn)的總個(gè)數(shù)，Xj和Yj表示地質(zhì)約束多邊形點(diǎn)的位置，IDj表示第j個(gè)地質(zhì)約束多 邊形點(diǎn)所在的地質(zhì)約束多邊形在地質(zhì)約束多邊形集合中的ID，Indexj表示第j個(gè)地質(zhì)約束 多邊形點(diǎn)在地質(zhì)約束多邊形中的位置索引。6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的海量地震數(shù)據(jù)的地質(zhì)曲面重建方法，其特征在于，所述插值步 驟包括對(duì)地形塊的非邊界點(diǎn)和邊界點(diǎn)進(jìn)行深度插值，其中， 對(duì)非邊界點(diǎn)進(jìn)行深度插值的步驟為對(duì)網(wǎng)格點(diǎn)插值，再對(duì)斷層多邊形點(diǎn)進(jìn)行插值，最后 進(jìn)行補(bǔ)償插值； 對(duì)地形塊的邊界點(diǎn)進(jìn)行深度插值的過程中，所有與當(dāng)前邊界點(diǎn)拓?fù)溥B接的點(diǎn)都要作為 種子點(diǎn)參與當(dāng)前邊界點(diǎn)的深度插值計(jì)算;并且，對(duì)邊界點(diǎn)添加插值與否的屬性，將插值后的 邊界點(diǎn)的屬性設(shè)置為已插值，對(duì)已插值的點(diǎn)不進(jìn)行二次插值。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的海量地震數(shù)據(jù)的地質(zhì)曲面重建方法，其特征在于，所述方法讀 取大規(guī)模地震數(shù)據(jù)中的預(yù)定行，并對(duì)所述預(yù)定行的地震數(shù)據(jù)進(jìn)行地形分塊處理，然后重復(fù) 進(jìn)行所述讀取和地形分塊操作，直至大規(guī)模地震數(shù)據(jù)被讀取和處理完。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的海量地震數(shù)據(jù)的地質(zhì)曲面重建方法，其特征在于，所述對(duì)初始 給定的地形塊進(jìn)行擴(kuò)充時(shí)保證整個(gè)區(qū)域呈矩形。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的海量地震數(shù)據(jù)的地質(zhì)曲面重建方法，其特征在于，在所述保存 步驟中，為每個(gè)地形塊設(shè)置一個(gè)id，并采用二維數(shù)組的方式進(jìn)行地形塊的id索引，確定一個(gè) 二維數(shù)組a[M][N]，其中所述二維數(shù)組的第一維表示地形塊的X方向，二維數(shù)組的第二維表 示地形塊的Y方向，二維數(shù)組中的值為地形塊的id。10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的海量地震數(shù)據(jù)的地質(zhì)曲面重建方法，其特征在于，所述方法 采用能量函數(shù)法計(jì)算地形塊初始的分辨率，然后對(duì)計(jì)算出來的分辨率值結(jié)合地形塊內(nèi)的斷 層分布狀況進(jìn)行微調(diào)，如果一個(gè)地形塊內(nèi)存在的斷層約束多邊形越多，分辨率越高。
【文檔編號(hào)】G06T17/05GK106056669SQ201610397573
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年6月7日
【發(fā)明人】王頎, 趙洲, 孫健, 陸林超, 張亨, 羅文 , 唐浩, 劉璞, 范曉, 劉開元, 吳秋波, 鄒文
【申請(qǐng)人】中國石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司地球物理勘探公司