摘 要：為了直觀、逼真地展現(xiàn)地下油藏構(gòu)造的真實形態(tài)及儲層物性參數(shù)的分布規(guī)律等，設(shè)計并實現(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。同時重點研究實現(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)計并實現(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。同時重點研究了段內(nèi)插值和坐標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法,實現(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、平臺驅(qū)動層和用戶交互層。數(shù)據(jù)層主要對原始測井或地震數(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)的實現(xiàn)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。平臺驅(qū)動層主要通過OSG對數(shù)據(jù)進(jìn)行渲染、繪制，為使用者提供一個實時、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，基于可視化平臺驅(qū)動引擎，實現(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)建模或油藏數(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]。因為從地質(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▽⑷S空間各離散點上的數(shù)據(jù)內(nèi)插到各網(wǎng)格節(jié)點上。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
    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)，實現(xiàn)場景平移、旋轉(zhuǎn)和縮放等操作，其操作簡單，便于快速、直觀、準(zhǔn)確地實現(xiàn)三維場景漫游[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()，實現(xiàn)了對三維油藏模型的任意剖切。
2 關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)
2.1 油藏模型彩色顯示
    用顏色的漸變來表示儲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網(wǎng)格結(jié)點的物性參數(shù)值，通過區(qū)間段內(nèi)插值法，將物性值轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的R、G、B分量，以此作為每個對應(yīng)網(wǎng)格的顏色值。然后將每個網(wǎng)格的8個點坐標(biāo)和對應(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)為浮點數(shù)形式，浮點數(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，在內(nèi)存中則無法精確表示。
   油藏網(wǎng)格頂點坐標(biāo)數(shù)據(jù)使用大地坐標(biāo)(單位為m)，它由一個8位的橫坐標(biāo)和一個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, 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)?？梢娫谟筒鼐W(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)、移動和縮放時，計算機(jī)對這些不精確的網(wǎng)格頂點坐標(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，可能使兩個相鄰點運(yùn)算后成為一個點,或者平面的4個點成為一條直線,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)格頂點坐標(biāo)數(shù)據(jù)送入OSG前進(jìn)行頂點坐標(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)，同時轉(zhuǎn)換后的新坐標(biāo)數(shù)據(jù)為相對坐標(biāo)數(shù)據(jù)，不影響顯示的正確性。
3 實例應(yīng)用
    本系統(tǒng)采用中石化勝利油田實際區(qū)塊數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化測試，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，模型真實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的特點和功能，同時研究了繪制彩色模型和提高顯示效果等技術(shù)，設(shè)計并實現(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。
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