董欣　鄭凱東　王家華

摘要：該文通過將地震數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換為圖形信息，構(gòu)造出儲層數(shù)據(jù)集的空間分布形態(tài)。將開發(fā)工具Qt和OpenInventor結(jié)合起來，在VS 2008開發(fā)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)了三維地質(zhì)模型可視化系統(tǒng)的構(gòu)建。所實(shí)現(xiàn)的儲層可視化模型對了解儲層地質(zhì)數(shù)據(jù)的分布規(guī)律具有較大意義。

關(guān)鍵詞：Qt開發(fā)平臺；OpenInventor圖形開發(fā)包；可視化

中圖分類號：TP37 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）31-0260-02

地震數(shù)據(jù)三維可視化通過對三維地震數(shù)據(jù)中感興趣的特征數(shù)據(jù)進(jìn)行構(gòu)造，顯示其范圍、走向，并使用不同的顏色與不透明度表示多種屬性間的關(guān)系?？蓪Φ卣饠?shù)據(jù)進(jìn)行完整、準(zhǔn)確地顯示，還可以顯示出井中數(shù)據(jù)和井間的關(guān)系。

Qt是跨平臺的C++圖形用戶界面應(yīng)用程序框架，面向?qū)ο笄乙子跀U(kuò)展，可在大多數(shù)操作系統(tǒng)下運(yùn)行[1]。OpenInventor（以下簡稱OIV）是目前使用最為廣泛的面向?qū)ο蟮睦L圖軟件開發(fā)包。OIV在OpenGL的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，通過“搭積木”的方式快速、高效地構(gòu)造出復(fù)雜的三維場景，方便地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)模型的可視化[2]。OIV提供了多種文件接口的方法，如地震數(shù)據(jù)SGEY、LDM格式文件等。

本文以地震數(shù)據(jù)為例，通過建立可視化系統(tǒng)框架，生成儲層三維可視化場景。

1 地震數(shù)據(jù)可視化流程

可視化系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)主要由數(shù)據(jù)處理、網(wǎng)格計(jì)算、數(shù)學(xué)算法、顯示等模塊組成。根據(jù)對儲層可視化系統(tǒng)的需求分析，將該軟件系統(tǒng)劃分為數(shù)據(jù)輸入輸出模塊、數(shù)據(jù)規(guī)格化模塊、地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)算法模塊、用戶圖形界面與三維顯示模塊、系統(tǒng)管理模塊和主程序模塊。各個(gè)模塊間具有相互聯(lián)系的依賴性，必須按照一定的順序才能實(shí)現(xiàn)各自的功能。地震數(shù)據(jù)可視化流程圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

數(shù)據(jù)預(yù)處理將測井?dāng)?shù)據(jù)或原始地震數(shù)據(jù)從一個(gè)不規(guī)則的數(shù)據(jù)體構(gòu)造為一個(gè)規(guī)則化的網(wǎng)格數(shù)據(jù)體，然后在網(wǎng)格模型的坐標(biāo)軸水平X和Y方向定義網(wǎng)格單元的大小，通過插值算法對原本沒有數(shù)據(jù)的網(wǎng)格點(diǎn)進(jìn)行賦值。真實(shí)的儲層是凹凸不平或彎曲的層狀模型，需要進(jìn)行變異函數(shù)分析或其他統(tǒng)計(jì)分析。將層狀模型轉(zhuǎn)換成箱形的模型區(qū)域，對分析和統(tǒng)計(jì)地質(zhì)變量至關(guān)重要[3]。在儲層建模的過程中，對地質(zhì)數(shù)據(jù)首先要進(jìn)行坐標(biāo)變換。

不考慮剝蝕只考慮壓實(shí)和構(gòu)造作用的影響，坐標(biāo)變換為（直井情形）。x，y為水平方向的剖面長度。z為兩個(gè)層中的形成的一個(gè)層面。則有如下變換：

[x'=x，y'=y，z'=（z-zTop）/（zTop-zBott）] （1）

[（X，Y，Z）]為一個(gè)直井軌跡中的空間位置，（[ZTop，ZBott]）為該直井中對應(yīng)的層面頂?shù)咨疃?，[（X'，Y'，Z'）]為變換后新的坐標(biāo)。因?yàn)閇0≤Z'≤1]，這種變換被稱為層模型的歸一化處理。

對地層油氣藏進(jìn)行三維建模，要建立地質(zhì)剖面圖模型。剖面圖以某個(gè)方向作為剖切路徑，將切開的斷面繪制成地質(zhì)剖面圖[3]。為實(shí)現(xiàn)剖面的可視化，首先進(jìn)行數(shù)據(jù)的組織（包括幾何頂點(diǎn)，物性參數(shù)等），通過已有地質(zhì)數(shù)據(jù)建立一個(gè)基于某種數(shù)學(xué)模型的地質(zhì)模型并與相應(yīng)目標(biāo)相結(jié)合，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)插值計(jì)算得出該區(qū)域范圍內(nèi)各網(wǎng)格點(diǎn)的屬性值，通過屬性點(diǎn)的賦值實(shí)現(xiàn)對模型的繪制[4]。其次，提供對模型的分解和剖切方法，實(shí)現(xiàn)由數(shù)據(jù)驅(qū)動的對模型的操作控制。

2.2 可視化映射

本文的可視化紋理映射有三個(gè)主要步驟。

第一步生成紋理。使用RGB顏色模型來描述地層屬性的分布情況，每個(gè)顏色分量的取值為0～255。每一個(gè)體數(shù)據(jù)的RGB值通過使用OIV中的數(shù)據(jù)范圍的SoDataRange類和轉(zhuǎn)換函數(shù)SoTransferFunction類來決定。由預(yù)設(shè)置的轉(zhuǎn)換函數(shù)將體數(shù)據(jù)值轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的顏色和不透明度，形成紋理。采用當(dāng)前的漫射顏色和透明度來修改切片的表面。

第二步定義映射。建立紋理空間與物體空間及物體空間與計(jì)算機(jī)屏幕空間的映射關(guān)系。

第三步紋理的重采樣。紋理空間的紋理單元與被繪制物體離散化后的坐標(biāo)點(diǎn)并不一一對應(yīng)，還須進(jìn)行重采樣來計(jì)算所需的紋理值。離散的紋理方法較常用。離散法把紋理定義在一個(gè)二維數(shù)組中，代表紋理空間中行、列間隔固定的一組網(wǎng)格點(diǎn)上的紋理值。網(wǎng)格點(diǎn)之間的其他點(diǎn)的紋理值可通過網(wǎng)格點(diǎn)的插值獲得。通過紋理空間與物體空間之間的坐標(biāo)變換，把紋理映射到物體表面。

通過分類和映射實(shí)現(xiàn)最終的可視化結(jié)果。分類映射的目的就是在繪制結(jié)果中，用不同的顏色和不透明度，直觀區(qū)分不同類型的物質(zhì)[5]。

映射的過程需要通過傳遞函數(shù)來完成。映射一般是將數(shù)據(jù)的顏色表的值與數(shù)據(jù)范圍建立一個(gè)映射，這就可以使得數(shù)據(jù)的每一個(gè)數(shù)據(jù)都以在顏色表中找到與之相對應(yīng)的顏色值。通過使用轉(zhuǎn)換函數(shù)SoTransferFunction類的colorMap參數(shù)域進(jìn)行顏色映射的定義。SoTransferFunction類可根據(jù)體數(shù)據(jù)范圍和渲染節(jié)點(diǎn)自動建立起體素值和顏色之間的對應(yīng)關(guān)系，就不用再分類體數(shù)據(jù)及進(jìn)行手動編寫數(shù)據(jù)與顏色的映射關(guān)系，可快速完成地震數(shù)據(jù)的渲染。

2.3 場景圖設(shè)計(jì)

通過設(shè)計(jì)場景結(jié)構(gòu)圖構(gòu)建可視化場景結(jié)構(gòu)。使用了一種樹狀的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來組織空間數(shù)據(jù)集，該結(jié)構(gòu)采用自上而下的分層結(jié)構(gòu)，建立場景結(jié)構(gòu)圖來構(gòu)建對象各個(gè)部分，完成剖面具體實(shí)現(xiàn)的場景， OIV將程序所創(chuàng)建的圖形都作為三維對象管理，光照模型LightMode、場景照相機(jī)Camera、井位well1以及地震切片SliceChild等節(jié)點(diǎn)組合為三維場景圖（如圖2所示）。利用OIV強(qiáng)大的庫將三維對象封裝后，可對其進(jìn)行改動顏色，大小、紋理、包圍盒等一系列操作，最終實(shí)現(xiàn)三維可視化的交互模塊[6]。

2.4 儲層三維模型實(shí)現(xiàn)

首先利用地震波阻抗數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)預(yù)處理分類后，再分析相應(yīng)的直方圖，根據(jù)光線經(jīng)過三維數(shù)據(jù)場內(nèi)部所有點(diǎn)，對采樣多邊形進(jìn)行紋理重采樣，進(jìn)行紋理映射，顏色與不透明度的變化進(jìn)行疊加排列合成，將數(shù)據(jù)點(diǎn)與顏色值對應(yīng)起來，賦予體數(shù)據(jù)不同的顏色值和不透明度。最后求解多個(gè)采樣多邊形，給出采樣多邊形與紋理空間的映射關(guān)系，按從后到前的順序?qū)崿F(xiàn)圖像合成。

用硬件支持的紋理映射技術(shù)實(shí)現(xiàn)地震數(shù)據(jù)的三維彩色圖像顯示。最終顯示出經(jīng)過四口虛擬井位的柵狀圖（如圖3所示），實(shí)現(xiàn)數(shù)到形的轉(zhuǎn)換。

3 結(jié)束語

通過構(gòu)建基于Ot與OIV的儲層三維可視化系統(tǒng)框架，使用Qt設(shè)計(jì)界面完成數(shù)據(jù)的輸入，增加數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊和算法實(shí)現(xiàn)等部分，加入OIV建立圖形對象場景圖，通過C++代碼進(jìn)行邏輯處理，將預(yù)處理數(shù)據(jù)加載到LDM中去，利用OIV可視化模塊將數(shù)據(jù)圖形化，可以直觀顯示儲層內(nèi)部構(gòu)造，并可對剖面結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行分析[7] [8]。利用OIV實(shí)現(xiàn)的交互式儲層地質(zhì)可視化模型對勘探預(yù)測具有較大意義，方便地質(zhì)開發(fā)人員對地層構(gòu)造和油藏分布規(guī)律進(jìn)行更深入的分析和探究。

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