[發(fā)明專利]基于曲面細分的地震數(shù)據(jù)三維顯示方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610204785.3
• 申請日: 2016-04-03
• 公開（公告）號: CN105676290B
• 公開（公告）日: 2017-10-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 何震震;肖創(chuàng)柏;禹晶
• 申請（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學
• 主分類號: G01V1/34
• 分類號: G01V1/34
• 代理公司: 北京思海天達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11203
• 代理人: 劉萍

1.基于曲面細分的地震數(shù)據(jù)三維顯示方法；其特征在于，按以下步驟實現(xiàn)的：

步驟(1)，SEG-Y格式地震數(shù)據(jù)的解析：

SEG-Y格式是地震數(shù)據(jù)的格式之一；包括三部分，分別為EBCDIC文件頭、二進制文件頭以及地震道；用N表示數(shù)據(jù)體的第N道數(shù)據(jù)道，則第N道道頭和道數(shù)據(jù)讀取位置分別為：

3600+(N-1)(240+sample_num*data_size)

3600+(N-1)(2400+sample_num*data_size)+240

其中，sample_num表示SEG-Y格式數(shù)據(jù)的總采樣點數(shù)，data_size表示存儲一個數(shù)據(jù)點所占的字節(jié)數(shù)；

SEG-Y格式是統(tǒng)一的，但由于微機和工作站的數(shù)據(jù)的存儲格式不同，工作站高字節(jié)在前，低字節(jié)在后，而微機則是低字節(jié)在前，高字節(jié)在后；在數(shù)據(jù)讀取時需要進行高、低位數(shù)據(jù)交換；

步驟(2)，初始化頂點緩存：

自定義頂點結(jié)構(gòu)，保存數(shù)據(jù)體的三維信息，從SEG-Y讀取數(shù)據(jù)到二維數(shù)組中，保存數(shù)據(jù)的二維數(shù)組記為data[trace_num][sample_num]，其中trace_num表示SEG-Y地震數(shù)據(jù)總地震道數(shù)，sample_num表示總采樣點數(shù)；采用三階貝塞爾曲面進行數(shù)據(jù)點的擬合，三階貝塞爾曲面的表達式為：

其中，表示伯恩斯坦多項式，p_i,j是編號為i，j的控制頂點，表達式如下：

且為整數(shù)

且為整數(shù)

一個三階貝塞爾曲面片的確定需要16個控制點，對于得到的二維數(shù)組data[trace_num][sample_num]，GPU在進行讀取時，是按照一維數(shù)組進行讀取的，因此需要進行二維數(shù)組到一維數(shù)組的轉(zhuǎn)換，面片N與面片M左右相鄰，控制點分別記為：

N[0][0]，N[1][0]，N[2][0]，N[3][0]M[0][0]，M[1][0]，M[2][0]，M[3][0]

N[0][1]，N[1][1]，N[2][1]，N[3][1]M[0][1]，M[1][1]，M[2][1]，M[3][1]

N[0][2]，N[1][2]，N[2][2]，N[3][2]M[0][2]，M[1][2]，M[2][2]，M[3][2]

N[0][3]，N[1][3]，N[2][3]，N[3][3]M[0][3]，M[1][3]，M[2][3]，M[3][3]

為了消除N與M之間的裂縫，則需要N與M面片都包含相鄰邊的數(shù)據(jù)，因此N面片與M面片消除裂縫的條件如下：

M[0][0]＝N[3][0]，M[0][1]＝N[3][1]，M[0][2]＝N[3][2]，M[0][3]＝N[3][3]

面片的空間關(guān)系分為上下左右四個方位，消除裂縫算法如下：

設(shè)m為當前地震道數(shù)，取值為1,4,7…trace_num-3，對于給定的地震道數(shù)m，n表示當前采樣點數(shù)，取值為1,4,7…sample_num-3；對于給定的m,n，為了確定由16個頂點組成的面片，其中16個頂點共分為4行，每行由4個頂點組成，則有：

第一行頂點數(shù)據(jù)：data[m-1][n-1],data[m+0][n-1],data[m+1][n-1],data[m+2][n-1]

第二行頂點數(shù)據(jù)：data[m-1][n],data[m+0][n],data[m+1][n],data[m+2][n]

第三行頂點數(shù)據(jù)：data[m-1][n+1],data[m+0][n+1],data[m+1][n+1],data[m+2][n+1]

第四行頂點數(shù)據(jù)：data[m-1][n+2],data[m+0][n+2],data[m+1][n+2],data[m+2][n+2]；

步驟(3)，創(chuàng)建頂點布局：

在自定義頂點結(jié)構(gòu)中定義頂點的相關(guān)屬性，此處只需要一個三維坐標信息，保存地震數(shù)據(jù)點的位置信息；

步驟(4)，設(shè)置圖元拓撲類型：

用IASetPrimitiveTopology設(shè)置D3D11_PRIMITIVE_TOPOLOGY_16_CONTROL_POINT_PATCHLIST，使得GPU以面片的方式讀取頂點緩存；D3D11_PRIMITIVE_TOPOLOGY_16_CONTROL_POINT_PATCHLIST表示GPU會用以16個頂點組成的面片作為一個圖元進行組裝；

步驟(5)，曲面細分：

準備好頂點緩沖后，在GPU中實現(xiàn)曲面細分算法，GPU以

D3D11_PRIMITIVE_TOPOLOGY_16_CONTROL_POINT_PATCHLIST組裝方式對輸入的頂點緩存進行讀取，設(shè)u，v為曲面參數(shù)，取值范圍為[0,1]，對于給定的u，v使用公式：

求出細分得到的頂點的三維坐標；具體步驟是：

第一步：設(shè)置一個靜態(tài)緩存來存儲每一幀繪制時需要用到的數(shù)據(jù)，其中數(shù)據(jù)包括：透視矩陣、攝像機位置、細分因子、地震數(shù)據(jù)最大幅值和地震數(shù)據(jù)最小幅值；

第二步：patch靜態(tài)函數(shù)，該函數(shù)對每個由16個控制點組成的面片執(zhí)行一次，在該函數(shù)中對每個面片的細分因子進行設(shè)置，該值為第一步中確定的細分因子取值；

第三步：hull著色程序，該程序?qū)γ總€輸出控制點執(zhí)行一次，設(shè)置細分domain為四邊形，輸出控制點的數(shù)量為16，并指定patch函數(shù)為第二步中的patch函數(shù)；

第四步：domain著色程序，在該程序中對細分著色器中生成的頂點進行定位，使用公式：

得到給定(u,v)取值后相應(yīng)的頂點的坐標；

步驟(6)，頂點顏色插值：

在GPU的像素著色階進行頂點顏色的確定，記步驟(5)第一步中得到的幅值最大值最小值分別為MAX，MIN；對于給定頂點V的地震幅值Z，若其幅值為正，求Z與MAX比例，記為a，則該頂點顏色為：(1-a,1-a,1)；若其幅值為負，求Z與MIN比例，記為b，則該頂點顏色為：(1,1-b,1-b)。