[发明专利]一种三维地震数据固定轴向切片动态判断体绘制方法

说明书

技术领域

本发明属于油气及煤层气地震勘探与开发领域，具体涉及一种三维地震数据固定轴向切片动态判断体绘制方法。

背景技术

随着地震处理、解释软件的发展，三维可视化技术在地震勘探中的应用不断扩大。地震勘探精度的逐年提高，产生的三维地震叠前数据体也从几十GB上升到几百GB，并逐年上升，从而给地震叠前海量数据的三维可视化显示带来了新的挑战-如何改变传统的数据组织方式，高效、实时的进行地震数据体绘制，已成为科研工作者急需解决的难题。

体绘制使用大量足够小的体素(Voxel)作为绘制的基本单位，例如四面体和六面体体素，组合成需要表达的地质体。由于体素单元足够小，可以认为每个体素具有单一的属性，所以这种模型可以用来表达非均匀的地质体。将三维地质体划分成若干个体素，空间位置以x,y,z表示，在x轴上分割L个单元，在y轴上分割成M个单元，在z轴上分割成N个单元。地质体可用L*M*N个体素来表示，这些体素按照自身的空间位置组合，即构成研究对象的三维形态。空间上每一个体素均具有某一类属性值(如振幅值)，并以数值型数据来表示。三维地震数据是规则数据场，即在x，y，z三个方向上，网格点之间的距离均相等，所以无需给出各个数据点的空间坐标，只需给出三维网格某一角点的空间位置和某一数据点的序号，即可以根据网格间距所对应的距离求出该点的空间位置。以体素为基础的体可视化中，每个数据采样点被转换成一个体素。体素是一个三维对象，它的尺寸近似等于面元间的间距和采样间隔。每个体素有一个对应于原三维数据体的值，一个RGB(红色，绿色和蓝色)颜色值和一个不透明度。所以，每个地震道转换成了一个体素队列。

在绘制过程中，体素始终保持着绘制初期所需的一切信息，包括颜色等级，透明度等，能够很好地反映地质构造整体特征和内部细节。体绘制算法能产生三维数据场的整体图像，包括每一个细节，并具有图像质量好，便于并行处理等优点。其主要问题是，计算量很大，计算时间较长。在体绘制的发展过程中，尽管现在计算机的计算速度、内存容量以及其它图像加速设备的发展日新月异，但是对于庞大的体数据，体绘制速度始终难尽如人意。为了解决这种状况，研究人员们基于现有的硬件环境，根据各种应用的具体需求，在生成的图像质量和绘制速度之间寻求可能的最佳方案，使绘制速度尽量满足用户的要求，同时保证一定的图像质量，由此，形成了许多不同的体绘制算法。

目前常用的体绘制算法本质有两种，一种是将体切成若干面片，之后利用正常渲染管线的面绘制功能模拟体绘制效果，另一种是基于图像空间的raymarching，从视点发射射线穿过每个像素，迭代计算射线与体数据的交点，生成各像素的最终颜色信息。

从最终渲染质量来说，raymarching的效果是最好的，它不存在切片的方向、边界处理问题，也不存在纹理采样的失真问题，但raymarching并不适合大规模数据渲染，因为raymarching基于屏幕空间，一次drawbatch的基准开销非常大，而目前市面的图形绘制硬件一般只允许一次挂接最多32个texture，这直接限制了raymarching的大数据渲染能力。

对于切片绘制算法，从面片切分方式上又可以分为两类，一类是延某个固定轴向切片，另一种是动态切片。固定轴向的切片是没法提供用户交互的渲染效果的，因为硬件光栅化本身的缺陷，无论从哪个方向切，总能找到某些失真的观察角度。动态切片则很好的解决了这个问题，它在程序实际绘制时根据当前的相机位置，动态的决定最佳的切片方向(这通常是沿着视线的方向)。动态切片对于每个数据块都要实时的进行切片生成并将生成好的切片传送到显示设备，这对CPU的计算能力和显存带宽都增加了很大的负担，因此同样不适合用于大规模的体绘制渲染。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种三维地震数据固定轴向切片动态判断体绘制方法，解决海量数据实时体绘制的难题，为油气勘探工作者提供一个更为精确的地质构造形态，便于专业人员能对原始数据做出正确解释，得到矿藏是否存在、矿藏位置及储量大小等重要信息。必将大大提高寻找油藏的效率，从而具有重大的经济效益及社会效益。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种三维地震数据固定轴向切片动态判断体绘制方法，包括：

对三维地震数据进行预处理，将原始数据分块并转换为多种分辨率；采用固定切片、动态选择的方式来降低运行时的计算开销和节省运行时的显存带宽；采用固定切片、动态选择的方式综合固定切片和动态切片两种算法的优点，在保证了绘制时计算开销极小的情况下，达到非常高质量的渲染效果。