基于OpenGL的三維油藏可視化模型
通過地震、測井可得到關(guān)于油藏地層測試點(diǎn)孔隙度、滲透率等物性參數(shù)，但這些數(shù)據(jù)數(shù)量龐大，難以直接進(jìn)行地質(zhì)分析。為了解油層結(jié)構(gòu)和分布，需要將油藏地層模型在計(jì)算機(jī)上再現(xiàn)，并對其進(jìn)行一些交互式操作及初步處理。
系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法是：首先組織數(shù)據(jù)(幾何頂點(diǎn)，物性參數(shù)值等)及提取可視面，并與所需要的目標(biāo)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對模型的繪制。其次，提供對模型的分解和剖切方法，實(shí)現(xiàn)由數(shù)據(jù)驅(qū)動的對模型的操作控制。
2 數(shù)據(jù)處理與參數(shù)的顏色索引
2．1 系統(tǒng)的地質(zhì)數(shù)據(jù)
系統(tǒng)讀入的原始網(wǎng)格數(shù)據(jù)示例如下：
第一行數(shù)據(jù)的前3個(gè)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)分別表示X，Y，Z軸方向上的網(wǎng)格個(gè)數(shù)，第4～6個(gè)數(shù)據(jù)分別表示X，Y，Z軸方向上的原點(diǎn)坐標(biāo)，而第7～8個(gè)數(shù)據(jù)表示沿X，Y軸方向的網(wǎng)格間距大小。第二行數(shù)據(jù)"2"表示以下是兩列數(shù)據(jù)，第一列數(shù)據(jù)(如940．700)表示深度值，第二列數(shù)據(jù)(如73．000)表示對應(yīng)點(diǎn)的參數(shù)值。
由于網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)在xoy平面上是規(guī)則的順序排列，給出已知的沿x，y方向的網(wǎng)格間距dx,dy，網(wǎng)格數(shù)Nx,Ny和幾何坐標(biāo)系原點(diǎn)坐標(biāo)x0,y0,z0，則任一網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)Node的空間坐標(biāo)和參數(shù)為：
式中：i的范圍為[O，Nx-1]，j的范圍為[0，Ny-1]；k為結(jié)點(diǎn)Node(i,j)處深度的序數(shù)，其值與深度的排列方式有關(guān)。dpk,sk為第k點(diǎn)處的深度和物性參數(shù)。
2．2 處理原始數(shù)據(jù)
由于原始數(shù)據(jù)采用大地坐標(biāo)，為方便繪圖，應(yīng)對數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)變換。將X，Y，Z上數(shù)據(jù)范圍變換到-1～1之間，經(jīng)過縮放變換，才能在視圖區(qū)顯示出圖形。原始數(shù)據(jù)在測量時(shí)可能存在誤差，因此在讀入數(shù)據(jù)后需對數(shù)據(jù)進(jìn)行有效性檢驗(yàn)。
2．3 參數(shù)的顏色索引
OpenGL的顏色索引模式通過建立一個(gè)顏色索引表(又稱彩色表)確定所繪制物體的顏色。彩色表的建立可通過指定彩色表兩端的基色和尾色，插值計(jì)算出中間其它顏色，分別賦予相應(yīng)索引號。在給模型著色時(shí)，將讀人數(shù)據(jù)點(diǎn)對應(yīng)的參數(shù)值轉(zhuǎn)化成彩色表上的索引號，便可確定參數(shù)的顏色。由于彩色表上的索引號對應(yīng)的參數(shù)是離散的，應(yīng)對參數(shù)值在彩色表中對應(yīng)的位置作四舍五人以精確給出其索引號。設(shè)參數(shù)存儲在數(shù)組parameter中，color_num為彩色表長度。將參數(shù)轉(zhuǎn)化為顏色索引號p的代碼段如下：
對應(yīng)的索引號
以上創(chuàng)建出來的顏色可能較單調(diào)，一些位于中間部分的參數(shù)值對應(yīng)的顏色區(qū)別不明顯。一種改進(jìn)方法是將彩色表分成4段，每一段只控制一種顏色分量的變化，這樣彩色表的顏色變化種類大大增加了，使位于中間部分的參數(shù)值顏色區(qū)分很明顯，可更直觀的反映出油藏情況。
基色和尾色通常根據(jù)油藏描述的實(shí)際要求指定，例如類藍(lán)色(表示水)和類紅色(表示油)，分別對應(yīng)物性參數(shù)(如滲透率)的最小值和最大值。
3 建立三維地質(zhì)數(shù)據(jù)模型
3．1 繪制三維地質(zhì)模型的基本思想
實(shí)現(xiàn)三維地質(zhì)模型繪制的關(guān)鍵步驟是對數(shù)據(jù)體建模。由對讀入數(shù)據(jù)的排列結(jié)構(gòu)分析可知，原始網(wǎng)格數(shù)據(jù)形成了一個(gè)三維地層模型。除了在垂直方向(Z方向)上的兩個(gè)面有上下起伏外，其余的面均是平行于ZOY，面或ZOX面的平面。如圖1所示。
地層模型的可視面即底面、頂面、左面、右面、前面及后面，因此只畫這6個(gè)面的外側(cè)就可以繪制出整個(gè)6面體。問題便轉(zhuǎn)化成提取這6個(gè)面上的數(shù)據(jù)，用OpenGL的繪圖技術(shù)對每一個(gè)面分別進(jìn)行繪制。
3．2 三維地質(zhì)數(shù)據(jù)體模型的生成
模型立方體的6個(gè)面由很多小4邊形組成，可采用OpenGL畫連續(xù)4邊形的方法將每一個(gè)面畫出來。填充顏色則可采用OpenGL的平滑(SMOOTH)著色方式，定義出頂點(diǎn)的顏色后，OpenGL便自動地對4邊形內(nèi)的顏色插值計(jì)算，進(jìn)行顏色漸變繪制。著色之前采用Z緩存(Z_buffer)技術(shù)通過對物體進(jìn)行深度測試的方法實(shí)現(xiàn)消隱。
以底面創(chuàng)建為例，考慮一般情況，設(shè)x軸上的網(wǎng)格個(gè)數(shù)為x_lenth，z軸的數(shù)據(jù)存儲在數(shù)組z_data中，當(dāng)前繪制的4邊形片序數(shù)為循環(huán)變量j，各頂點(diǎn)的顏色值由參數(shù)值轉(zhuǎn)化成顏色索引值確定，并由向量模式給出。自動提取底面數(shù)據(jù)并繪制底面的程序段為：
其中，函數(shù)getparaindex()返回對應(yīng)參數(shù)的顏色索引值。底面繪制完成后，以此類推，可提取其它可視面數(shù)據(jù)(頂點(diǎn)及其排列順序)，同樣對其它可視面進(jìn)行繪制、消隱和著色，由此生成三維油藏地質(zhì)模型。
4 模型操作
4．1 數(shù)據(jù)體撥層
通過對數(shù)據(jù)體進(jìn)行撥層，即沿Z軸分解數(shù)據(jù)體的層面，按層提取并繪制數(shù)據(jù)體的可視面，可以得到撥層面的圖形，還可以得到撥層后數(shù)據(jù)塊的圖形。撥層面的繪制可通過繪制數(shù)據(jù)體被撥層后的頂面圖形實(shí)現(xiàn)。在VC中使用Slider控件傳遞參數(shù)，確定"顯示撥層面"操作的次數(shù)，這樣可顯示多個(gè)撥層面，通過旋轉(zhuǎn)等操作，可清楚的看出撥層面之間的油藏情況，如圖2所示。
4．2 切片和切塊
通過對數(shù)據(jù)體切片，即切割數(shù)據(jù)體的X軸、Y軸，得到剖面或截面的圖形。垂直于X軸、Y軸的一系列的切割點(diǎn)的位置由Visual C++中的鼠標(biāo)響應(yīng)程序得到，而切割點(diǎn)的顏色通過切割點(diǎn)兩旁的網(wǎng)格數(shù)據(jù)點(diǎn)的顏色插值得到。這其中須注意兩個(gè)問題：①Visual C++中數(shù)據(jù)和OpenGL中數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化。因通過雙擊鼠標(biāo)左鍵選擇切割點(diǎn)，得到的是VC中的響應(yīng)坐標(biāo)，需要把其轉(zhuǎn)化成OpenGL中的坐標(biāo)。由變換語句glFrustum()；可知在OpenGL中窗口的寬和高，而且可知VC中窗口的大小，因此二者之間存在一個(gè)比例關(guān)系，再考慮X軸、Y軸的長度因素，可得到切割點(diǎn)在OpenGL中的坐標(biāo)。②關(guān)于得到切割點(diǎn)顏色。OpenGL中采取平滑模式(GL_SMOOTH)時(shí)，給定多邊形內(nèi)各點(diǎn)的顏色是通過頂點(diǎn)顏色插值得到的。因此，當(dāng)切割點(diǎn)選擇在給定網(wǎng)格點(diǎn)之間時(shí)，切割點(diǎn)的顏色可通過顏色捕值得到。繪制時(shí)需注意頂點(diǎn)和顏色的對應(yīng)關(guān)系。利用某油田數(shù)據(jù)繪制的切片圖如圖3所示。
切塊功能和切片功能類似，但得到的不是一個(gè)面，而是一個(gè)數(shù)據(jù)體。該功能的第一步和切片功能相似，要得到切割點(diǎn)在OpenGL中的坐標(biāo)。第二步畫數(shù)據(jù)體圖形的時(shí)候，不再是只畫其中的一個(gè)面，而是要畫數(shù)據(jù)體的6個(gè)面，因此該功能和切片、旋轉(zhuǎn)等功能綜合使用時(shí)，要注意功能標(biāo)志的設(shè)置問題。利用某油田數(shù)據(jù)繪制的切塊圖如圖4所示。
5 結(jié)語
提出了一種基于OpenGL建立三維油藏地質(zhì)數(shù)據(jù)模型的簡便方法，在根據(jù)實(shí)際要求創(chuàng)建彩色表并將原始物性參數(shù)轉(zhuǎn)化為顏色索引值的基礎(chǔ)上，可自動提取網(wǎng)格數(shù)據(jù)體可視面上的數(shù)據(jù)，然后利用OpenGL繪圖技術(shù)對模型繪制。與傳統(tǒng)的三維油藏可視化軟件系統(tǒng)比較，這里提出的系統(tǒng)繪制效率更高，特別是對模型進(jìn)行撥層、切片、切塊等操作處理是該系統(tǒng)的特色。
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