專利名稱：基于不透明度加權(quán)的多地震屬性融合紋理映射體繪制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于不透明度加權(quán)的多地震屬性融合紋理映射體繪制方法。
背景技術(shù)：
隨著油田地震勘探各項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，勘探工作者對地震成果的要求也越來越高，面對日益復(fù)雜、隱蔽的油藏情況，為提高鉆探的成功率，需要為勘探工作者提供一個全新的地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)及其屬性特征?？茖W(xué)計算可視化技術(shù)的出現(xiàn)，為實(shí)現(xiàn)這個思想提供了成熟的技術(shù)支持?？茖W(xué)計算可視化技術(shù)應(yīng)用于地震資料，產(chǎn)生了地震可視化技術(shù)。地震可視化不但能夠提高地震解釋的效率、精度和完整性，容易理解顯示集成大量的數(shù)據(jù)，大大提高了解釋人對數(shù)據(jù)體的理解程度。
三維數(shù)據(jù)場可視化是科學(xué)計算可視化的核心領(lǐng)域，該技術(shù)的研究成果在醫(yī)學(xué)、氣象學(xué)以及地質(zhì)勘探等領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。三維數(shù)據(jù)場可視化主要是對定義在三維空間的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，通過對二維數(shù)據(jù)序列的處理獲得客體對象的三維顯示效果，并根據(jù)顯示效果或交互操作對三維實(shí)體對象做出客觀的定性或定量分析的理論、方法和技術(shù)。三維數(shù)據(jù)場的可視化方法，根據(jù)繪制過程中數(shù)據(jù)描述方法的不同，大致可以分為三大類。一類是通過幾何單元拼接擬合物體表面的方式來描述物體三維結(jié)構(gòu)的，稱為表面繪制方法；另一類是直接由三維體數(shù)據(jù)產(chǎn)生屏幕上二維圖像的方法，稱為體繪制方法，又稱為直接體繪制方法。此外，還有一類既以反映數(shù)據(jù)整體信息為目標(biāo)又以幾何造型作為顯示單元的算法，這類算法稱為混合繪制方法。體繪制方法是直接應(yīng)用視覺原理，通過對體數(shù)據(jù)重新采樣來合成三維圖像。直接體繪制算法可分為圖像空間算法和物體空間算法兩種，圖像空間算法是從屏幕上的像素出發(fā)，在體數(shù)據(jù)場中采樣混合來累加像素顏色，直接得到最終圖像；而物體空間算法則是按預(yù)定的順序掃描體素或單元，并把體素或單元投影到屏幕的像素上。圖像空間體繪制算法中最有代表性的是光線投射(Ray Casting)及紋理映射(Texture Mapping)體繪制。錯切-變形(Shear-Warp)及拋雪球(Splatting)算法是物體空間體繪制中比較有代表性的算法。前三種繪制方法與實(shí)時交互顯示的需求相差甚遠(yuǎn)。即使采用一些改進(jìn)的加速算法，仍然不能在PC機(jī)上實(shí)現(xiàn)大規(guī)模體數(shù)據(jù)的實(shí)時動態(tài)顯示。為了實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的應(yīng)用，人們便求助于硬件，利用高檔圖形顯卡提供的由硬件實(shí)現(xiàn)的紋理映射功能來進(jìn)行三維數(shù)據(jù)場的直接體繪制，從而大大提高了繪制速度。二維紋理映射是物體空間直接體繪制算法，該算法將三維空間的重采樣過程轉(zhuǎn)換為二維平面的重采樣過程。采用簡單的二次線性插值運(yùn)算代替三次線性插值運(yùn)算，可以極大減少計算量。在三維數(shù)據(jù)場內(nèi)定義一系列的采樣多邊形，這些多邊形彼此平行且垂直于物體空間中與視平面法向夾角最小的坐標(biāo)軸，這些多邊形相當(dāng)于一系列體數(shù)據(jù)的切片，由于多邊形的間隔及采樣密度與原始數(shù)據(jù)不同，只有通過重采樣才能獲得這一系列平行平面上各采樣點(diǎn)的數(shù)值。如果觀察方向發(fā)生的變化超過90度，采樣多邊形法向的方向也必須改變，因此需要在內(nèi)存中保存體數(shù)據(jù)集的多個拷貝，每個拷貝必須代表不同的多邊形法向方向。最后，合成為最后的圖像。但是以上的可視化技術(shù)只是針對同一種地震數(shù)據(jù)類型進(jìn)行顯示。在地震勘探中，地球物理學(xué)家可以從地震數(shù)據(jù)中提取百余種屬性(如振幅類、頻率類、相位類、波形類、構(gòu)造類、疊前類屬性以及譜分解類屬性等)，并試圖通過地震屬性對地下地質(zhì)體進(jìn)行定性或定量描述。但是由于地球物理勘探手段不可避免地存在多解性，僅用單一地震屬性或復(fù)合后的單一綜合屬性開展地質(zhì)解釋問題往往容易產(chǎn)生偏差，并且僅僅用同一種屬性來進(jìn)行解釋往往會丟失很多有用的信息。而對多種不同類型地震數(shù)據(jù)(比如振幅體和相干體)進(jìn)行融合計算是一件非常困難的事情。不僅復(fù)雜度特別高而且在效果上也不好。Liu 等在文獻(xiàn)“Multicolor display of spectral attributes” (The LeadingEdge, 2007,26(3) :268-271)中提出一種根據(jù)自定義頻譜范圍，對譜分解后的不同頻率數(shù)據(jù)體，采用基于余弦函數(shù)變換的RGBA顏色融合技術(shù)。Guo等在文獻(xiàn)“Principal components analysis of spectral components，， (Expanded Abstracts of 76Annual Internat SEGMtg, 2006，988-992)中提出將主成分分析(PCA)技術(shù)和RGBA顏色融合技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用于譜分解數(shù)據(jù)，提高了譜分解數(shù)據(jù)對河道的識別能力。丁峰等在文獻(xiàn)“地震多屬性RGB顏色融合技術(shù)的應(yīng)用研究”(石油物探，2010,5)中提出了 PCA-RGBA地震多屬性RGBA顏色融合的關(guān)鍵是，將四個不同的地震屬性值(M，i=l, 2，3，4)通過某種變換一一映射成R，G，B，A四種顏色。以上這些方法都是應(yīng)用在二維地震剖面上，對于體透視并沒有實(shí)現(xiàn)的方法。并且以上方法只能實(shí)現(xiàn)最多四個分量的地震屬性繪制，多在勘測技術(shù)發(fā)達(dá)的今天有上百個地震屬性，在某些方面以上方法達(dá)不到要求。而且A (不透明度)值也作為一個分量，這樣個分量不能再調(diào)節(jié)透明度，對于體透視從空間上便不能找到自己感興趣的分量。傳統(tǒng)的可視化都是針對一種地震數(shù)據(jù)類型。而現(xiàn)在勘測技術(shù)的發(fā)展以及后續(xù)處理技術(shù)的發(fā)展，單一屬性已經(jīng)不能夠很好地對地震信息進(jìn)行解釋。而對于多種地震屬性的處理方法，對各種地震屬性進(jìn)行計算融合并沒有一個有效的算法。而在繪制時進(jìn)行融合只是在二維剖面顯示中有過實(shí)現(xiàn)，三維地震體繪制中并沒有良好的算法。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種基于不透明度加權(quán)的多地震屬性融合紋理映射體繪制方法，分別用各屬性數(shù)據(jù)的傳遞函數(shù)得到體素的映射顏色值和不透明度，然后根據(jù)各個體素的不透明度確定這個地震屬性分量的顏色值所占的比重；經(jīng)過不透明度加權(quán)最終合成新的顏色值，然后用二維紋理體繪制的方式繪制出來，本發(fā)明方法在三維體繪制上實(shí)現(xiàn)了多種地震屬性的同時顯示，給地震解釋人員帶來方便。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種基于不透明度加權(quán)的多地震屬性融合紋理映射體繪制方法，包括如下步驟步驟一、導(dǎo)入地震數(shù)據(jù)；步驟二、數(shù)據(jù)的預(yù)處理I)將原始數(shù)據(jù)按照主測線inline、垂直于主測線的從測線xline和時間軸time三個方向等間隔采樣；2)對每個數(shù)據(jù)中的體素進(jìn)行處理，將體素的值轉(zhuǎn)化成0-255的偽顏色值；步驟三、分別對每個地震數(shù)據(jù)體的體素映射顏色值和不透明度I)顏色的設(shè)定通過顏色的傳遞函數(shù)建立體素的偽顏色值與顏色索引表的對應(yīng)；2)不透明度的設(shè)定；步驟四、融合多個地震數(shù)據(jù)的顏色和不透明度；步驟五、生成二維紋理貼片I)對data數(shù)據(jù)按照xline、inline和time三個方向的垂直方向切片，生成紋理·圖像；2)創(chuàng)建紋理對象，綁定紋理；3)紋理映射；步驟六、繪制圖像I)根據(jù)視線方向確定繪制紋理的方向；2)根據(jù)視線從后向前紋理融合繪制。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的積極效果是實(shí)現(xiàn)了在三維體繪制中多種地震數(shù)據(jù)共同顯示，解決了單一屬性不能很好的地震解釋，以及不同數(shù)據(jù)類型無法直接融合計算的問題，提高了地震數(shù)據(jù)解釋的準(zhǔn)確性、可靠性和有效性，為地震解釋提供了一種有效的方法，具體表現(xiàn)如下(I)能夠充分利用地震屬性中蘊(yùn)含的構(gòu)造與巖性變化信息，克服了單一地震屬性顯示不足的缺點(diǎn)，提高了從多屬性中提取地質(zhì)體的能力，增強(qiáng)了圖像顯示的清晰度，具有特征明顯、細(xì)節(jié)豐富、高信息量和多屬性聯(lián)合顯示的特點(diǎn)。其顯示效果較常規(guī)地震屬性顯示方式具有明顯的優(yōu)勢。使解釋人員能夠直觀地對地震的多種信息進(jìn)行判斷分析，提高了效率和精確度。(2)對各地震屬性數(shù)據(jù)的顏色值而不是原來的數(shù)據(jù)值進(jìn)行融合。地震屬性數(shù)據(jù)各不相同，很難有一種算法進(jìn)行融合(如矢量和標(biāo)量)，即便可以融合，算法也過于復(fù)雜、得不償失。而本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)算法簡單，效果明顯。(3)采用了紋理映射體繪制的方法，繪制速度快，交互性好。
具體實(shí)施例方式在介紹本發(fā)明的方案之前先介紹幾個概念SEGY :SEGY(Society of Exploration Geophysicists Y format)地震數(shù)據(jù)，是美國SEG(Society of Exploration Geophysicists)協(xié)會于上世紀(jì)70年代，為了方便地震數(shù)據(jù)交流與共享而制定的眾多磁帶式地震數(shù)據(jù)通用格式標(biāo)準(zhǔn)之一。它以地震道為單位進(jìn)行組織，逐道存儲地震道數(shù)據(jù)。目前，SEGY地震數(shù)據(jù)文件已成為油氣勘探行業(yè)戶外數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)中使用最為普遍的數(shù)據(jù)記錄載體。傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)主要是將三維數(shù)據(jù)場的數(shù)據(jù)值映射為光學(xué)屬性，如不透明度，顏色值等，決定了體繪制的成像質(zhì)量。因此傳遞函數(shù)的設(shè)計是體繪制過程中的一個關(guān)鍵過程。在數(shù)學(xué)上，傳遞函數(shù)可以定義為三維數(shù)據(jù)場笛卡爾積到光學(xué)屬性笛卡爾積的映射τ ID1XD2X......XDn^ O1XO2X......XOn其中D表示三維數(shù)據(jù)場的數(shù)據(jù)屬性，是傳遞函數(shù)的定義域。三維數(shù)據(jù)場的數(shù)據(jù)屬性可以是采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)值，還可以是局部采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)計算結(jié)果，如梯度模值、梯度方向二階導(dǎo)數(shù)、曲率、空間坐標(biāo)等等；0是傳遞函數(shù)的值域，表示進(jìn)行可視化的光學(xué)屬性，如顏色、透明度、陰影參數(shù)、反射率、折射率等。通過傳遞函數(shù)的定義可知，三維數(shù)據(jù)場中具有某種數(shù)據(jù)屬性的采樣點(diǎn)將以某種形式顯示在二維圖像中。設(shè)計傳遞函數(shù)就是根據(jù)可視化的需求，選擇和設(shè)計合適的數(shù)據(jù)屬性和光學(xué)屬性，并建立它們之間的映射關(guān)系。不透明度不透明度是衡量光線穿過一個表面的能力的度量。完全不透明表面的不透明度為1，可以阻止所有入射到該表面的光線透過。另一方面，如果表面的不透明度為0，則代表完全透明，此表面是不可見的。不透明度介于O和I之間的半透明的表面，可以隱約地顯示出之前存儲的顏色。就像透過有顏色的玻璃觀察有顏色的物體時的效果能看出 物體的顏色，又帶有玻璃的顏色。有時候我們用透明度的方式進(jìn)行表示，一個不透明度為A的表面的透明度為1-Α。如果我們把紋理片元當(dāng)作源像素，把幀緩存中的像素當(dāng)作是目標(biāo)像素，兩者之間有多種組合方式，可以替換，也可以通過A進(jìn)行融合。一種基于不透明度加權(quán)的多地震屬性融合紋理映射體繪制方法，包括如下步驟步驟一、導(dǎo)入地震數(shù)據(jù)將多個地震數(shù)據(jù)網(wǎng)格化分別保存到內(nèi)存中。SEGY地震數(shù)據(jù)的主要特點(diǎn)是數(shù)據(jù)存儲格式規(guī)范、包含地震信息量全面并且具有一定的伸縮性，這些特點(diǎn)決定了它比較適用于不同地震勘探軟件系統(tǒng)間的地震數(shù)據(jù)交換與共享。另一方面，由于SEGY地震數(shù)據(jù)包含的冗余信息過于龐雜，導(dǎo)致軟件系統(tǒng)資源額外開銷大；因此，在交互要求高、響應(yīng)時間要求嚴(yán)格的應(yīng)用場景中，直接按數(shù)據(jù)格式讀取SEGY地震數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)讀取效率卻不很理想。為此，先將地震數(shù)據(jù)分別按照主測線inline，垂直于主測線的從測線xline和時間軸time三個方向網(wǎng)格化并且保存到內(nèi)存中。步驟二、數(shù)據(jù)的預(yù)處理I)將原始數(shù)據(jù)按照主測線inline，垂直于主測線的從測線xline和時間軸time三個方向等間隔采樣。由于硬件的限制，采樣后的數(shù)據(jù)最大為512X512X512，采樣間隔由數(shù)據(jù)大小決定。設(shè)數(shù)據(jù)大小為IXwXh,其中l(wèi)、w、h分別為數(shù)據(jù)的長、寬、高，且分別對應(yīng)于xline、inline、time方向，則采樣間隔分別為1/512+1，w/512+l和h/512+l。那么采樣后的大小為L=I/(1/512+1)ff=w/ (w/512+l)H=h/ (h/512+1)其中L、W、H分別為采樣后的長、寬、高。網(wǎng)格的交點(diǎn)位置便作為一個體素,每個體素的值保存到三維數(shù)組data中。2)對每個數(shù)據(jù)中的體素進(jìn)行處理。即把體素的值轉(zhuǎn)化成0-255的偽顏色值。偽顏色值為unsigned char類型。本發(fā)明中采用一階線性變換。即K= V/—% x255
一 I
max min
其中Vi為最第i個體素的最終偽顏色取值，Vi為第i個體素的屬性值，vmax，Vfflin為數(shù)據(jù)的最大值和最小值，同時允許用戶調(diào)節(jié)這種對應(yīng)關(guān)系。用戶通過調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)的范圍，即可以設(shè)置一個數(shù)據(jù)的最大值和最小值，只有在這個范圍內(nèi)的體數(shù)據(jù)才能被映射到顏色索引表上，處于此范圍外的數(shù)據(jù)將不會被繪制出來。這有利于排除無關(guān)數(shù)據(jù)對最終圖像的影響，突出圖像的重點(diǎn)部分。考慮到地震波最常用的屬性，振幅、頻率等正負(fù)往復(fù)的分布特性，本發(fā)明還做了近一步細(xì)化，使得非負(fù)的采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)的偽顏色值分布到區(qū)間(0，127)，負(fù)數(shù)的采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)的偽顏色值分布到區(qū)間(128，255)。步驟三、分別對每個地震數(shù)據(jù)體的體素映射顏色值和不透明度把每個體素的char型偽顏色值通過傳遞函數(shù)映射成顏色。這里的顏色采用RGBA格式即紅(R)、綠(G)，藍(lán)(B)、不透明度(A)。當(dāng)前的計算機(jī)圖形色彩系統(tǒng)普遍支持32位(256X256X256X256)色深，其中紅(R)、綠(G)，藍(lán)(B)、透明度(A)各占一個色彩通道。計算機(jī)顯示設(shè)備通過RGBA四者混合產(chǎn)生更多的顏色，即Iioa = s (IK, Ig, Ib, Ia)。Iioa表示 某一點(diǎn)的顏色；IK，IG, Ib, Ia分別表示紅、綠、藍(lán)、透明4種顏色；S為混色變換，由計算機(jī)顯示設(shè)備完成。合理有效的傳遞函數(shù)的設(shè)計在體繪制算法中占據(jù)著很重要的位置。體繪制傳遞函數(shù)負(fù)責(zé)把光學(xué)特性(顏色、不透明度等)分配給體素，將原始數(shù)據(jù)幾種不同的物質(zhì)，不同結(jié)構(gòu)區(qū)分開來，在顯示人們感興趣的重要結(jié)構(gòu)的時候，隱藏不重要的信息。I)顏色的設(shè)定,顏色的傳遞函數(shù)為體素的偽顏色值與顏色索引表的對應(yīng)。顏色索引表是由用戶提供，用戶只需要提供0-255之間的索引值和對應(yīng)的顏色分量RGB。根據(jù)用戶提供的顏色索引，對其進(jìn)行插值得到一個完整的漸變顏色索引表，顏色索引表對應(yīng)于0-255的偽顏色值。對于每個體素，查找顏色索引表，可以得到這個體素的顏色。遍歷完各體素，完成所有數(shù)據(jù)顏色的設(shè)定。2)不透明度的設(shè)定，不透明體數(shù)據(jù)中的體素在繪制的圖像中是否可見取決于傳遞函數(shù)分配的不透明度值，感興趣的體素分配較高的不透明度值，相反則分配較低的不透明度值。而體素的值已經(jīng)映射成為顏色值，于是我們可以根據(jù)顏色表調(diào)節(jié)不透明度，讓某些感興趣的顏色不透明度高一些，從而看得清晰一些。步驟四、融合多個地震數(shù)據(jù)的顏色和不透明度對于η個地震數(shù)據(jù)(Iata1, datafdatan。其中(Iatai存儲的為第i個地震數(shù)據(jù)的顏色值和不透明度，大小為LXWXH。對于網(wǎng)格中某個位置，我們從Clatai中得到第i個地震數(shù)據(jù)此位置體素的一個顏色值IKeBAi。其中RGB為顏色值，A為不透明度，那么此位置所有顏色和不透明度的融合結(jié)果為Irgba-F(Irgbai) Irgba2，......Irgbaii)其中f為融合方法。本發(fā)明采用各個RGB分量根據(jù)不透明度加權(quán)相加取均值的融合方法。之所以選用不透明度為加權(quán)因子，是因?yàn)椴煌该鞫鹊脑O(shè)定與我們感興趣目標(biāo)息息相關(guān)。由此各分量值為
ηR = (^IlxAi) ^ η
i-l
權(quán)利要求
1.一種基于不透明度加權(quán)的多地震屬性融合紋理映射體繪制方法，其特征在于包括如下步驟 步驟一、導(dǎo)入地震數(shù)據(jù)； 步驟二、數(shù)據(jù)的預(yù)處理 1)將原始數(shù)據(jù)按照主測線inline、垂直于主測線的從測線xline和時間軸time三個方向等間隔采樣； 2)對每個數(shù)據(jù)中的體素進(jìn)行處理，將體素的值轉(zhuǎn)化成0-255的偽顏色值； 步驟三、分別對每個地震數(shù)據(jù)體的體素映射顏色值和不透明度 1)顏色的設(shè)定通過顏色的傳遞函數(shù)建立體素的偽顏色值與顏色索引表的對應(yīng)； 2)不透明度的設(shè)定； 步驟四、融合多個地震數(shù)據(jù)的顏色和不透明度； 步驟五、生成二維紋理貼片 1)對data數(shù)據(jù)按照xline、inline和time三個方向的垂直方向切片，生成紋理圖像； 2)創(chuàng)建紋理對象，綁定紋理； 3)紋理映射； 步驟六、繪制圖像 1)根據(jù)視線方向確定繪制紋理的方向； 2)根據(jù)視線從后向前紋理融合繪制。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于不透明度加權(quán)的多地震屬性融合紋理映射體繪制方法，其特征在于在對每個數(shù)據(jù)中的體素進(jìn)行處理時，使得非負(fù)的采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)的偽顏色值分布到區(qū)間(0，127)，負(fù)數(shù)的采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)的偽顏色值分布到區(qū)間(128，255)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于不透明度加權(quán)的多地震屬性融合紋理映射體繪制方法，其特征在于顏色設(shè)定的方法是根據(jù)用戶提供的0-255之間的索引值和對應(yīng)的顏色分量RGB，對其進(jìn)行插值得到一個完整的、對應(yīng)于0-255的偽顏色值漸變顏色索引表；對于每個體素，查找顏色索引表，便得到該體素的顏色。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于不透明度加權(quán)的多地震屬性融合紋理映射體繪制方法，其特征在于步驟四所述的融合方法是對各個分量根據(jù)不透明度加權(quán)相加取均值的方法。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于不透明度加權(quán)的多地震屬性融合紋理映射體繪制方法，分別用各屬性數(shù)據(jù)的傳遞函數(shù)得到體素的映射顏色值和不透明度，然后根據(jù)各個體素的不透明度確定這個地震屬性分量的顏色值所占的比重；經(jīng)過不透明度加權(quán)最終合成新的顏色值，然后用二維紋理體繪制的方式繪制出來，本發(fā)明方法在三維體繪制上實(shí)現(xiàn)了多種地震屬性的同時顯示，給地震解釋人員帶來方便。
文檔編號G06T15/08GK102903141SQ201210319309
公開日2013年1月30日 申請日期2012年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月31日
發(fā)明者魯才, 秦玉飛, 胡光岷 申請人:電子科技大學(xué)