[發明專利]基于曲面細分的地震數據三維顯示方法

有效

• 申請號: 201610204785.3
• 申請日: 2016-04-03
• 公開（公告）號: CN105676290B
• 公開（公告）日: 2017-10-13
• 發明（設計）人: 何震震;肖創柏;禹晶
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G01V1/34
• 分類號: G01V1/34
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司11203
• 代理人: 劉萍

技術領域

本發明屬于計算機圖形學和數據可視化領域，涉及一種基于曲面細分的地震數據三維顯示方法。

背景技術

隨著地震勘探技術的應用與發展，勘探家對地震解釋成果的要求也越來越高。伴隨著計算機硬件的發展，尤其是GPU的快速發展，地震數據三維顯示技術逐漸被人重視。傳統的地震數據顯示方法：波形顯示、灰度變密度顯示以及彩色變密度顯示都屬于二維顯示方法，不能提供多個角度觀察地震數據，往往該類地震數據解釋系統會丟失很多細節。

2008年Steven Lynch博士在他的博士論文《More than Meets the Eye–A Study in Seismic Visualization》提出了一種地震數據剖面三維顯示方法，Steven Lynch博士把該方法分為三個步驟：網格化、光照以及顏色顯示。第一步的網格化是關鍵部分，由于GPU渲染單元為三角形，因此在地震數據網格化時需要指定相應的頂點索引。Steven Lynch博士在確定地震數據的頂點索引時出現了如下問題，如圖1所示，對于四個數據點組成的四邊形，有兩種方式產生兩個渲染三角形單元，但是對于含有位置信息的頂點來說，這兩種連接方式分別產生槽和脊，因此有時會對走勢明顯的地形產生破壞。如圖2所示，由于槽的存在，使得地形走勢顯示錯誤。

1978年Edwin Catmull和Jim Clark提出經典的Catmull-Clark曲面細分算法，由于該算法的遞歸特性不適用于GPU編程，基于三角形的Loop細分算法也不適用GPU編程。近些年一大批適用于GPU編程的曲面細分算法被提出，比如：2008年CHARLES LOOP和SCOTT SCHAEFER兩人于2008年提出了一種近似Catmull-Clark細分面的算法、同年Tamy Boubekeur提出的Phong細分算法。2009年微軟發布Directx11，Directx11帶來了細分曲面管線，并且GPU在讀取頂點緩存時可以以面片的方式讀取，方便散亂點的曲面擬合以及曲面細分算法的實現。

地震數據采集時，是在地面上布置一條條側線，按照一定的時間間隔進行采樣，數據是離散化保存，在進行三維解釋的時候，近距離觀察地質結構時會發現嚴重的網格化，如圖4所示。

發明內容

發明目的：以解決地震數據網格化時的索引連接問題以及近距離觀察時的網格化問題。

本發明包括：至少支持Directx11的GPU。

本發明的特征在于，在計算機中是依次按以下步驟實現的：

步驟(1)，SEG-Y格式地震數據的解析：

SEG-Y格式是地震數據最為普遍的格式之一。一般包括三部分，分別為EBCDIC文件頭、二進制文件頭以及地震道。用N表示數據體的第N道數據道，則第N道道頭和道數據讀取位置分別為：

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

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

SEG-Y結構是一樣的，由于微機與和工作站的數據的存儲格式不同，工作站高字節在前，低字節在后，而微機則是低字節在前，高字節在后。在數據讀取時需要進行高、低位數據交換。

步驟(2)，初始化頂點緩存：

自定義頂點結構，保存數據體的三維信息，從SEG-Y讀取數據到二維數組中，記為data[trace_num][sample_num]。采用三階貝塞爾曲面進行數據點的擬合，三階貝塞爾曲面的表達式為：

一個三階貝塞爾曲面片的確定需要16個控制點，對于得到的二維數組數據源data[trace_num][sample_num]，GPU在進行讀取時，是按照一維數組進行讀取的，因此需要進行二維數組到一維數組的轉換，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]