[發明專利]基于分布式并行的大規模點云復雜空間曲面重構方法

有效

• 申請號: 201410439972.0
• 申請日: 2014-08-29
• 公開（公告）號: CN104240300B
• 公開（公告）日: 2017-07-14
• 發明（設計）人: 姚興苗;稅凡;胡光岷
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G06T17/30
• 分類號: G06T17/30
• 代理公司: 成都宏順專利代理事務所(普通合伙)51227
• 代理人: 周永宏

技術領域

本發明屬于空間曲面重構方法技術領域，尤其涉及一種基于分布式并行的大規模點云復雜空間曲面重構方法。

背景技術

空間點的曲面重構是三維地質建模中的一個組成部分，是運用計算機技術，進行曲面重建，其本質是利用三維空間中的離散點按一定順序連接成曲面的問題。基于點的點云處理技術是隨著數據測量技術的發展而迅速發展起來的一門學科，該項技術以點作為重建物體的基礎，在提高物體繪制與重建的速度，加強大規模數據處理能力和計算機處理量等方面具有巨大的優勢，是逆向工程研究的一個熱點，目前隨著社會對石油，天然氣等資源的需求的不斷增大，石油行業得到了高度的重視和迅速的發展，并且對石油和天然氣的地質勘探的要求也越來越高。隨著石油勘探與開發力度的逐步擴大，勘探工區規模不斷增長，需要處理的點云數據量相應的也越來越大(特別在盆地級的工區中)，使用單個處理器串行處理的方式已經越來越不能滿足對海量點云數據的處理。因而本方案提出使用分布式并行處理的方式處理點云數據，以達到擴大點云數據的處理規模，減少運行時間，提高計算性能的目的。按照實現曲面重建的方法的不同，現有的空間地質曲面重建技術可以分為下面幾類：(1)參數曲面重建是一種常見的參數曲面技術，主要包括插值和擬合的曲面處理方法。曲面插值是嚴格通過給定的數據點來構造曲面，并根據原始數據點值來插補空白區的值，這類方法不改變原始數據點值。而曲面擬合則是利用相對簡單的數學曲面來近似構造復雜的地學曲面，根據一定的數學準則，使所給出的數學曲面最大限度地逼近地質曲面或者構建一個面通過這些原始點。主要的曲面插值方法有按近點距離加權平均法、按方位取點加權法、反比距離加權法、雙線性插值法、Kriging插值法以及最新的離散光滑插值技術。而曲面擬合方法主要有雙三次樣條函數插值法、曲面樣條函數插值法和曲面磨光插值法等。同時還包括一些其他的參數曲面方法，例如Loop細分曲面與蝶形細分曲面方法等；(2)網格曲面重建又叫分片線性曲面重建，它的原理是用許多的非常細小的三角形面片來無限逼近需要重構的曲面，而三角形網格曲面對于計算機三維可視化更容易，所以現在很多的處理數據的形式都是三角形。目前，最為常見的網格曲面重建方式為Delaunay三角網與Voronoi圖的構建。這些方法都能按照地質信息較大程度的還原地質曲面。(3)隱式曲面重建是將需要重建的曲面用隱式函數的方式來表達。用隱函數可以非常容易的表示多值曲線曲面的封閉曲線曲面，因此隱式曲面重建曲面的方法漸漸的成為了人們的研究熱點，并且已經取的了比較大的成效。隱式曲面在近年來越來越多的受到國際學者的重視，成為一種重要的曲面表示方法。其在構造拓撲結構復雜的曲面重建問題中具有不可替代的優勢。然而由于地質曲面多約束的復雜性，隱式曲面在地質中的應用并不廣泛。分布式計算是利用互聯網上的計算機的CPU的閑置處理能力來解決大型計算問題的一種計算科學，它把需要進行大量計算的工程數據分隔成小塊，由多臺計算機分布計算，最后把這些計算結果綜合起來。分布式計算能夠在兩個或多個軟件中實現互相共享信息，而這些軟件既可以運行在同一臺計算機上，也可以通過網絡在多臺計算機上運行。分布式計算技術利用網絡中的多臺計算機協同工作，能夠提供高性能的計算能力，可以解決大規模的計算和存儲問題。在網絡的任何一個節點，都可以獲取到這種能力。隨著人類社會對石油，天然氣等自然資源的需求不斷持續性增大，石油工業得到了國家高度的重視和高速的發展。為了能更多的獲取地下埋藏的油氣資源，就需要石油化工企業擁有更為精確的地質勘探方法。這些地質勘探方法的重點是弄清楚地下的各種地質構造，同時利用計算機技術輔助進行支持。于是，利用計算機圖形學技術還原地下地質構造的各種技術也應運而生，并且成為了近些年來的一個研究重點。但在現有的點云處理系統中，往往存在交互定義多，對輸入數據有嚴格限制等不足，同時，對大規模點云數據處理亦存在運行時間過長，點云數據規模有一定限制等問題。

發明內容

為了解決以上問題，本發明提出了一種基于分布式并行的大規模點云復雜空間曲面重構方法。

為了方便描述本發明的內容，首先對以下術語進行解釋：

術語1：層位：是指在地層層序中的某一特定位置，地層的層位可以是地層單位的界線，也可以是屬于某一特定時代的標志層等。

術語2：斷層：地殼巖層因受力達到一定強度而發生破裂，并沿破裂面有明顯相對移動的構造稱斷層。

本發明的技術方案是：一種基于分布式并行的大規模點云復雜空間曲面重構方法，包括以下步驟：

S1.通過主控PC讀入層位點云數據和斷層多邊形數據，并將重建曲面區域劃分為多個大小相同的子塊；