摘 要:為了直觀、逼真地展現(xiàn)地下油藏構(gòu)造的真實(shí)形態(tài)及儲(chǔ)層物性參數(shù)的分布規(guī)律等,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于開源軟件OSG的油藏三維可視化系統(tǒng)。該系統(tǒng)充分利用OSG的特點(diǎn)和功能,完成了三維油藏模型漫游、縮放和任意剖切等交互操作功能。同時(shí)重點(diǎn)研究實(shí)現(xiàn)了繪制油藏彩色模型、提高網(wǎng)格模型視覺效果等技術(shù)。將該系統(tǒng)應(yīng)用于中石化勝利油田實(shí)際油藏區(qū)塊,取得了較好的效果。
關(guān)鍵詞: 三維可視化;油藏;OSG;彩色顯示;渲染
將三維可視化技術(shù)應(yīng)用于石油勘探領(lǐng)域,可以把測(cè)井、地震等復(fù)雜的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成直觀的圖形圖像,以真三維的形式形象地表達(dá)地下油藏構(gòu)造的形態(tài)特征、儲(chǔ)層物性參數(shù)的分布規(guī)律及已完鉆井的分布[1]。這樣有助于地質(zhì)勘探人員更準(zhǔn)確地解釋和分析勘探成果,為后續(xù)發(fā)現(xiàn)剩余、隱蔽油藏、設(shè)計(jì)新井開發(fā)方案等工作提供有效決策支持。
OSG(Open Scene Graph)是一個(gè)面向?qū)ο蟮母咝ч_源3D視景仿真開發(fā)包,其包含了豐富的類庫,操作靈活,功能強(qiáng)大,性能優(yōu)越,資源豐富[2-3]。本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于OSG的油藏三維模型可視化系統(tǒng),該系統(tǒng)能夠進(jìn)行模型漫游、縮放和任意剖切等交互操作。同時(shí)重點(diǎn)研究了段內(nèi)插值和坐標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法,實(shí)現(xiàn)了三維油藏模型彩色顯示,提高了模型顯示效果。
1 油藏三維可視化系統(tǒng)構(gòu)建
1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
油藏三維可視化系統(tǒng)主要分為數(shù)據(jù)層、平臺(tái)驅(qū)動(dòng)層和用戶交互層。數(shù)據(jù)層主要對(duì)原始測(cè)井或地震數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和加載,通過插值法進(jìn)行油藏網(wǎng)格建模,為三維可視化系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。平臺(tái)驅(qū)動(dòng)層主要通過OSG對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行渲染、繪制,為使用者提供一個(gè)實(shí)時(shí)、直觀的三維可視化立體環(huán)境。用戶交互層主要根據(jù)用戶的具體應(yīng)用需求,基于可視化平臺(tái)驅(qū)動(dòng)引擎,實(shí)現(xiàn)油藏模型在三維立體環(huán)境下的漫游、縮放和任意剖切等交互功能。三維油藏模型可視化層次結(jié)構(gòu)如圖1所示。
1.2 系統(tǒng)基本功能
1.2.1 油藏模型的建立
在三維油藏地質(zhì)建?;蛴筒?cái)?shù)值模擬過程中,需要將地質(zhì)體以網(wǎng)格化的形式加以建模[4]。因?yàn)閺牡刭|(zhì)勘探或其他方式獲取的數(shù)據(jù)通常是有限的、離散不連續(xù)的,所以不論是原始的采樣數(shù)據(jù)還是規(guī)則化處理的空間點(diǎn)數(shù)據(jù),都具有明顯的離散性和稀疏性。因此,需要采用適當(dāng)?shù)牟逯邓惴▽⑷S空間各離散點(diǎn)上的數(shù)據(jù)內(nèi)插到各網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)上。本系統(tǒng)提供了反距離加權(quán)、普通克里金等空間插值方法供用戶選擇。圖2是系統(tǒng)生成油藏網(wǎng)格模型結(jié)構(gòu)圖(以井?dāng)?shù)據(jù)為例)。
1.2.2 三維漫游、收縮、移動(dòng)
OSG提供的軌跡球漫游器(Trackball Manipulator)能夠接受鼠標(biāo)事件,變換相機(jī)位置和姿態(tài),實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景平移、旋轉(zhuǎn)和縮放等操作,其操作簡(jiǎn)單,便于快速、直觀、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)三維場(chǎng)景漫游[5]。本系統(tǒng)通過調(diào)用OSG操作器管理類成員函數(shù)addMatrixManipulator()、selectMatrixManipulator(),實(shí)現(xiàn)了模型漫游、旋轉(zhuǎn)和收縮等功能。
1.2.3 三維剖切顯示
通過提供剖切工具,可以對(duì)油藏模型進(jìn)行任意剖切,生成剖切面,這樣能夠清楚地顯示油藏模型的內(nèi)部構(gòu)造和屬性分布等細(xì)節(jié)。本系統(tǒng)利用OSG提供的剖切面類,通過調(diào)用其成員函數(shù)ClipPlane()、SetStateSet(),實(shí)現(xiàn)了對(duì)三維油藏模型的任意剖切。
2 關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)
2.1 油藏模型彩色顯示
用顏色的漸變來表示儲(chǔ)層深度的變化或者屬性值的大小,可以直觀反映三維地質(zhì)構(gòu)造特點(diǎn)和其內(nèi)部不同屬性(孔、滲、飽等)參數(shù)的分布規(guī)律。系統(tǒng)直接使用模型中每個(gè)網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)的物性參數(shù)值,通過區(qū)間段內(nèi)插值法,將物性值轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的R、G、B分量,以此作為每個(gè)對(duì)應(yīng)網(wǎng)格的顏色值。然后將每個(gè)網(wǎng)格的8個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)和對(duì)應(yīng)的顏色值一同送入OSG,繪制出三維油藏彩色模型。通過此種方法繪制的油藏模型能直接反映油藏的真實(shí)情況。
2.2 油藏網(wǎng)格模型光滑顯示
油藏網(wǎng)格數(shù)據(jù)坐標(biāo)為浮點(diǎn)數(shù)形式,浮點(diǎn)數(shù)精度越高運(yùn)算速度越低。因此,在OSG中采用32位單精度浮點(diǎn)數(shù)。但32位float類型數(shù)據(jù)在內(nèi)存中能精確表示的最大有效數(shù)字為1.111 111 111 111 111 111 111 11×223=224-1=16 777 215。當(dāng)有效數(shù)字大于16 777 215時(shí),在內(nèi)存中則無法精確表示。
油藏網(wǎng)格頂點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)使用大地坐標(biāo)(單位為m),它由一個(gè)8位的橫坐標(biāo)和一個(gè)7位的縱坐標(biāo)組成如(18 722 687.81,3 946 747.76),坐標(biāo)數(shù)據(jù)中前兩位表示分帶號(hào), 用float單精度類型表示坐標(biāo)數(shù)據(jù), 則值為(18 722 688,3 946 748)。可見在油藏網(wǎng)格模型中,最終獲取的大地坐標(biāo)存在精度缺失問題,當(dāng)油藏模型旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)和縮放時(shí),計(jì)算機(jī)對(duì)這些不精確的網(wǎng)格頂點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行大量矩陣運(yùn)算,運(yùn)算的結(jié)果存在更大的誤差,可能使兩個(gè)相鄰點(diǎn)運(yùn)算后成為一個(gè)點(diǎn),或者平面的4個(gè)點(diǎn)成為一條直線,因此造成網(wǎng)格不規(guī)則,出現(xiàn)“突然閃現(xiàn)”或“跳躍”現(xiàn)象。
針對(duì)該問題,本文提出坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法使油藏模型可以光滑顯示,在網(wǎng)格頂點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)送入OSG前進(jìn)行頂點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,即:
新坐標(biāo)數(shù)據(jù)=原始坐標(biāo)數(shù)據(jù)-原點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù) (11)
通過式(11)運(yùn)算得到的坐標(biāo)數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中可以精確表示,避免了坐標(biāo)精度缺失問題,即避免了“突然閃現(xiàn)”或“跳躍”現(xiàn)象的出現(xiàn),同時(shí)轉(zhuǎn)換后的新坐標(biāo)數(shù)據(jù)為相對(duì)坐標(biāo)數(shù)據(jù),不影響顯示的正確性。
3 實(shí)例應(yīng)用
本系統(tǒng)采用中石化勝利油田實(shí)際區(qū)塊數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化測(cè)試,通過鼠標(biāo)控制進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、縮放和剖切等操作。首先給出如圖4所示的系統(tǒng)未采用光滑顯示技術(shù)的模型效果圖,接著給出改進(jìn)后的系統(tǒng)繪制的模型效果圖,運(yùn)行時(shí),模型真實(shí)逼真且顯示效果良好,如圖5~圖7所示。
本系統(tǒng)充分利用了OSG的特點(diǎn)和功能,同時(shí)研究了繪制彩色模型和提高顯示效果等技術(shù),設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了油藏三維模型的可視化。該系統(tǒng)為地質(zhì)勘探人員提供了一個(gè)直觀的油藏三維可視化交互環(huán)境,可有效地輔助開展勘探數(shù)據(jù)解釋、地質(zhì)構(gòu)造研究等工作。
參考文獻(xiàn)
[1] 朱大培,牛文杰,楊欽,等.地質(zhì)構(gòu)造的三維可視化[J].北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào),2001,27(4):448-451.
[2] 閻曉東.基于OSG的飛行視景仿真平臺(tái)開發(fā)[J].計(jì)算機(jī)仿真,2008,25(5):58-61.
[3] 華文元,王家潤(rùn),康亮,等.基于OSG五維氣象可視化軟件的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì),2009,30(5):1282-1284.
[4] 韓峻,施法中,吳勝和,等.基于格架模型的角點(diǎn)網(wǎng)格生成算法[J].計(jì)算機(jī)工程,2008,34(4):90-93.
[5] 張昊.基于OSG的道路三維實(shí)時(shí)交互可視化技術(shù)研究[D].長(zhǎng)沙:中南大學(xué),2010.