[發明專利]一種基于隱式模型表達的界面感知射線追蹤方法

有效

• 申請號: 201110414879.0
• 申請日: 2011-12-10
• 公開（公告）號: CN102495427A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發明（設計）人: 李吉剛;孟憲海;張建興;楊欽
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01V1/28
• 分類號: G01V1/28
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 李新華;成金玉

1.一種基于隱式模型表達的界面感知射線追蹤方法，在隱式方法表達的三維地質構造模型約束下，自動構造速度模型，進行射線追蹤，用于地震勘探數據反演、建模和偏移的系統；其特征在于，包括以下步驟：

步驟A，基于隱式的地質界面和地質體生成方法構造三維地質構造模型，包括符號距離場和地層二叉樹；

步驟B，在隱式表達的三維構造模型基礎上自動構造速度模型；

步驟C，根據構造模型和速度模型進行射線追蹤。

2.根據權利要求1所述的一種基于隱式模型表達的界面感知射線追蹤方法，其特征在于，所述步驟A中的符號距離場是構造模型的隱式表達形式，符號距離場的零等值面用以表示相應的地質層面。

3.根據權利要求1所述的一種基于隱式模型表達的界面感知射線追蹤方法，其特征在于，所述步驟A中的地層二叉樹是描述地質層面和地質體空間拓撲關系的數據結構，具有以下性質：每一個非葉子節點代表一個層面，每一個葉子節點代表層面所分割的一個空間區域，即地層體；主地層總是相應輔地層的父或祖先節點；對任一地層二叉樹節點，它的左節點、自己、它的右節點對應的層面總是成為層序或逆層序的子排列。

4.根據權利要求1所述的一種基于隱式模型表達的界面感知射線追蹤方法，其特征在于，所述步驟B進一步包括：

步驟B1，根據地層二叉樹和符號距離場為每個地層體指定四面體網格，這些四面體網格包括完全位于地層體內部和與地層體邊界地層面相交的四面體網格，相交的四面體網格在與其相交的不同地層體中各保存一份復本；

步驟B2，根據速度生成規則為每個地層體指定的四面體網格頂點賦速度值，并以地層體為單位組織速度文件；速度生成規由地層面基速度函數和速度梯度共同決定，其中速度梯度來源于地質學家和地球物理學家的先驗知識或者由偏移速度分析獲取。

5.根據權利要求1所述的一種基于隱式模型表達的界面感知射線追蹤方法，其特征在于，所述步驟C進一步包括：

步驟C1，根據運動學方程，采用等時分割的方法，對射線路徑分段計算；每一計算分段稱為一個射線步，對每個射線步，如果其與四面體單元的邊界三角形相交，那么它將被該面截斷，相交點成為該射線步新的終點；

步驟C2，檢查射線步是否與斷層相交：由于斷層面采用四面體網格面顯示表達，且取消了斷層兩側四面體拓撲鄰接關系，共享斷層面的相鄰四面體各自保留一份公共面復本，當射線步與四面體的邊界三角形相交時，檢查該面是否為斷層面，如果是，則將該射線步終點標記為位于斷層，即該射線步與斷層相交；

步驟C3，檢查射線步是否與地層面相交，由于地層面采用了隱示函數表達，不能直接判定相交，可使用判斷空間點層位的規則在地層二叉樹中確定：如果射線步的起點和終點位于地層二叉樹同一葉節點，可以確定該射線步完全位于某地層體內而沒有與地層面相交；否則，該射線步至少與一個地層面相交；進一步確定交點的確切位置：檢查從該射線步起點所在地層體葉節點到根節點的溯祖路徑上的每個節點，對于非葉節點，如果射線步的起點和終點在符號距離場中符號相反，則可以確定射線步與該地層面相交，射線步的起點和終點在符號距離場中的值的比例可以確定交點的確切位置；

步驟C4，當射線步與斷層或地層相交時，將發生反射和折射，使用符號距離場，可迅速計算出射線與層面相交點處的法向量，以方便計算射線入射角與出射角；當射線步相交于斷層時，反射射線步仍在當前地層體的當前四面體中進行，但具有新的射線方向；折射射線步將在與當前四面體共享斷層面的相鄰四面體中進行，根據判斷空間點層位的規則可以確定新四面體所在地層體，如果不在當前地層體，需要加載相應地層體速度文件，并使用新地層體的速度生成規則為折射射線步起點插值出速度值；當射線步相交于地層時，反射射線步仍在當前地層體中進行，但具有新的射線方向；折射射線步將起始于新的地層體，新地層體使用修正的判斷空間點層位的規則確定，并加載相應地層體速度文件，使用新四面體復本為折射射線步起點插值出速度值。

6.根據權利要求5所述的一種基于隱式模型表達的界面感知射線追蹤方法，其特征在于，所述的步驟C3及C4中的判斷空間點層位的規則和修正的判斷空間點層位的規則中：

判斷空間點層位的規則是指：從地層二叉樹根節點開始選擇性遍歷，由當前二叉樹節點對應的層面的符號距離場中插值出給定空間點的值，由該值的符號決定下一個遍歷的子節點是左子節點還是右子節點，如此繼續遍歷，直至抵達葉子節點即給出了空間點所在層位；

修正的判斷空間點層位的規則的是指：當遍歷至相交地層的非葉節點，如果當前地層體位于左子樹，則從右子樹繼續遍歷，反之亦然。