基于VolumeViz的地震数据三维可视化关键技术①
钱 爽，张 岩 （东北石油大学 计算机与信息技术学院，大庆 163318） 【摘 要】摘 要:随着三维可视化技术的应用领域越来越广泛，三维地震数据的信息量过多，三维可视化绘制的运算量过大，渲染速度过慢等问题成为制约地震数据三维可视化技术发展的桎梏.本文基于Open Inventor的扩展模块VolumeViz，通过三维地震数据存储格式的转换实现大量数据的存储，通过自动控制分辨率的方式减少运算量，最后建立场景数据库并渲染实现地震数据三维可视化.
【期刊名称】计算机系统应用 【年(卷),期】2016(025)007 【总页数】5
【关键词】关键词:地震数据；VolumeViz；SEG-Y；LDM；三维可视化
1 引言
地震勘探采集到的地震数据量巨大，是十分重要的地质资料原始数据.在地质研究领域中，对地震三维体数据可视化显示技术的需求与日俱增.地震数据的三维可视化显示可以为专家提供地理结构、地质模型的直观参考，揭示地质数据的内在规律，有助于能源探测等活动，从而获得巨大的经济效益［1］.
Open Inventor（OIV）是 SGI公司开发的基于OpenGL的面向对象三维图形软件开发包.OIV具有平台无关性，它可以多种操作系统中使用.OIV允许使用多种编程语言进行程序开发.经过多年的发展，OIV已经广泛地应用于机械工程设计与仿真、医学和科学图像、地理科学、石油钻探、虚拟现实、科学数据可视化等领域.OIV中的 VoumeViz模块实现了体数据的渲染及正交切片、斜交切
片、曲面和兴趣区域等各种有意义的几何形体的独立渲染［2］.
2 地震数据存储格式转换功能
目前存在多种地震数据格式，其中SEG-Y格式已成为记录地震数据的标准格式，它也是石油勘探行业地震数最为普遍的格式之一.而随着需要处理的地震数据加大，插值后数据量的指数级增长会给三维可视化显示带来很大的挑战.为此，Open Inventor库的扩展模块VolumeViz中应用了海量数据管理器（LDM）组件，能够将海量数据转化整合为内部文件，以实现快速遍历数据和加快实时三维可视化显示的目的［3］. 2.1地震数据的存储
SEG-Y数据整体结构简洁，数据存储方便，是被广泛应用和认可的地震数据存储格式.标准SEG-Y数据总形式是前3600个字节为卷头，其中前3200字节的EBCDIC文件头存储一些描述地震体数据的信息，后400字节的二进制文件头存储地震数据的基本信息.［4］SEG-Y文件之后的部分以地震道的形式存储了实际的地震数据.在文件中读取数据是通过移动文件指针来实现的.由于在 SEG-Y文件中，数据通常按照纵测线的方向存储，当沿着纵测线方向对数据进行读取时，在文件中可以连续进行读取，读取的效率较高.但是，当沿着其他测线，如横测线或者时间线读取数据时，无法在文件中连续读取.在数据的快速访问和随机存储方面，不能满足快速可视化的需要［5］.因此本文对原始的 SEG-Y数据进行了预处理，引入了八叉树存储方法，使用了一种新的数据存储格式LDM海量存储来解决这个问题.
LDM文件采用的是多分辨八叉树结构存储数据，八叉树是一种分层的数据结构，它类似于二维空间中的四叉树，具有很强的空间分解能力，它将空间的三维物
体递归的划分为八个子体.如图1所示，根节点是分层数据结构的最顶层，代表整个体数据.子体分割，将根节点分割为相同大小的八个处于同一层次的子节点.然后，继续递归划分，直到达到所需的分辨率要求.最终划分的八个子节点处于数据结构层次的最底层，表示划分的最小层级，它们结合起来与根节点所表示的空间是相同的. 2.2 地震数据格式转换
与地震数据SEGY格式按道存储相比，LDM文件特殊的存储方式具有以下3个优点:数据分块处理，加快存取速率；数据结构空间相关，加快数据遍历；绘制策略应用多分辨率思想［3］.
如图2所示，在指定八叉树的叶子节点的定义后，将整个体数据置于一个能够容纳它的最小的满八叉树中.当用八叉树结构存储类似于SEG-Y数据存储的均匀分布的由体素构成的三维矩阵数据时，可以将整个体数据置于一个每边上体素数为2n的正方体中，如当一个子体中的体素个数为2k（k<=n）时终止分割，达到叶子节点.对于非叶子节点，可以对其子节点进行采样，从而使其数据量与叶子节点相同，这样非叶子节点数据就可以作为原数据体的低分辨率数据［6］.
3 地震数据三维体绘制功能
体绘制技术是伴随着计算机软硬件技术发展出现的一种三维可视化技术.与其他三维可视化技术相比，体绘制技术能够更高质量地显示图像，并且能清晰地显示出物体内部的结构，这在地震解释方面具有绝对优势［5］.该程序使用Open Inventor中的VolumeViz的场景数据库和节点工具包实现地震数据三维可视化功能.
基于VolumeViz的地震数据三维可视化关键技术
