利用AVS軟件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜地質(zhì)體深度成像軟件CGOD的集

時(shí)間：2021-03-31 16:14:23 作者：儲(chǔ)老師

摘要：本文利用AVS/EXPRESS軟件的開發(fā)環(huán)境,實(shí)現(xiàn)了中科院與勝利石油管理局聯(lián)合資助的國(guó)家自然基金委”九.五“重點(diǎn)項(xiàng)目”復(fù)雜地質(zhì)體描述理論與方法研究“中復(fù)雜地質(zhì)體深度成像軟件的包裝,從而形成了一套用戶界面友好、軟件結(jié)構(gòu)靈活和三維可視化功能強(qiáng)大的復(fù)雜地質(zhì)體深度成像軟件系統(tǒng)。
關(guān)鍵詞：復(fù)雜地質(zhì)體深度成像 AVS/EXPRESS
1．引言
中科院與勝利石油管理局聯(lián)合資助的國(guó)家自然基金委”九.五“重點(diǎn)項(xiàng)目”復(fù)雜地質(zhì)體描述理論與方法研究“,已經(jīng)進(jìn)行了好幾年了,其中的方法研究已經(jīng)成熟,我們用該項(xiàng)目研究的偏移方法對(duì)樁西地區(qū)的資料進(jìn)行了試處理,其處理效果可與西方地球物理公司和以色列的PARADIGM帕拉代姆公司的偏移軟件相媲美。

因此,系統(tǒng)地將我們自己研制的復(fù)雜地質(zhì)體深度成像軟件包裝起來,并盡快將其推向市場(chǎng),是迫在眉睫的事情。從去年上半年開始，我們利用AVS/EXPRESS軟件為開發(fā)平臺(tái)，克服了一系列包裝技術(shù)難題，終于完成了復(fù)雜地質(zhì)體深度成像軟件CGOD的試用版本1.0。

2．AVS/EXPRESS軟件簡(jiǎn)介
美國(guó)AVS公司是享譽(yù)世界的可視化軟件供應(yīng)商，它的核心產(chǎn)品就是AVS/EXPRESS開發(fā)版，AVS/EXPRESS軟件從1988年起，就一致處于可視化技術(shù)市場(chǎng)的前言。 AVS開發(fā)版包括圖形顯示、數(shù)據(jù)可視化、圖象處理、數(shù)據(jù)庫(kù)管理和用戶接口等五個(gè)軟件包，每個(gè)軟件包又有幾十個(gè)功能模塊，這樣就形成了一個(gè)具有交互式開發(fā)功能的先進(jìn)的可視化軟件系統(tǒng)。

AVS在開放性、三維可視化和用戶應(yīng)用軟件包裝等三個(gè)方面，具有很大的優(yōu)勢(shì)，它已在氣象、醫(yī)學(xué)、油氣開發(fā)、軍事和工程分析等多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛地應(yīng)用。因此，以AVS/EXPRESS軟件為開發(fā)平臺(tái)，來完成復(fù)雜地質(zhì)體深度成像軟件的包裝工作是一條行之有效地途徑。

3．復(fù)雜地質(zhì)體深度成像軟件系統(tǒng)CGOD的總體設(shè)計(jì)
復(fù)雜地質(zhì)體深度成像軟件系統(tǒng)CGOD的總體設(shè)計(jì)共分四個(gè)子系統(tǒng)，這四個(gè)子系統(tǒng)既可獨(dú)立存在，又可聯(lián)合起來形成一個(gè)統(tǒng)一的軟件系統(tǒng)。每個(gè)子系統(tǒng)又包括許多獨(dú)立的功能模塊，而且模塊的數(shù)量可根據(jù)需要任意增加，當(dāng)某功能模塊需要升級(jí)時(shí)，只要將新的模塊替換掉舊的模塊即可，并不影響其他模塊和其他子系統(tǒng)。這四個(gè)子系統(tǒng)分別是：

3.1 模型建立：數(shù)據(jù)三維解釋、數(shù)據(jù)網(wǎng)格化、數(shù)據(jù)光滑處理、速度深度模型的建立等，它共包括12個(gè)功能模塊。

3.2 速度分析子系統(tǒng)：常規(guī)速度分析、百分比掃描速度分析和波動(dòng)方程速度分析等功能，旅行時(shí)計(jì)算、波動(dòng)方程和Kirchhoff深度偏移等，它共包括16個(gè)功能模塊。

3.3 數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)：工區(qū)設(shè)置、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換等16個(gè)功能模塊。

3.4 三維可視化子系統(tǒng)主要用來質(zhì)量監(jiān)控，它主要完成各種地震數(shù)據(jù)的二維顯示和三維地震數(shù)據(jù)體的顯示、地震層位的顯示、速度深度模型的顯示、旅行時(shí)波前面的顯示等，它共包括6個(gè)功能模塊。

4. 利用AVS/EXPRESS軟件實(shí)現(xiàn)CGOD軟件的全面集成
由于復(fù)雜地質(zhì)體深度成像軟件功能模塊比較多，而且編寫時(shí)所用的語言各不相同，所以要想將他們包裝在一起，必須有一個(gè)好的軟件平臺(tái)。另外，復(fù)雜地質(zhì)體深度成像軟件還包括許多顯示模塊，特別是三維可視化模塊，用一般軟件實(shí)現(xiàn)起來比較困難。AVS軟件不僅在這兩方面功能強(qiáng)大，而且利用AVS軟件開發(fā)用戶界面也比較方便，因此我們確定了：以AVS軟件為主，同時(shí)盡量吸收其他圖形軟件的長(zhǎng)處來最大效率地完成此軟件的包裝工作的具體思路。包裝工作分以下幾步：

充分利用AVS的模塊開發(fā)功能，實(shí)現(xiàn)CGOD軟件的模塊封裝。
充分利用AVS的用戶界面開發(fā)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)CGOD軟件的用戶交互界面。
充分利用AVS的數(shù)據(jù)可視化開發(fā)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)CGOD軟件的三維可視化。
充分利用AVS的數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件庫(kù)，實(shí)現(xiàn)CGOD軟件的數(shù)據(jù)管理。
將AVS與其他開發(fā)軟件的庫(kù)函數(shù)連接在一起，實(shí)現(xiàn)地震剖面顯示和并行算法等功能。
4.1 實(shí)現(xiàn)CGOD軟件的模塊封裝

AVS/EXPRESS軟件的模塊封裝功能是十分強(qiáng)大的，它可以實(shí)現(xiàn)不同語言的混合編程工作。在CGOD軟件的集成過程中，我們充分利用了AVS的混合編程優(yōu)勢(shì)，從而完成了五十多個(gè)功能模塊的封裝工作，這些模塊的源代碼分別用FORTRAN、C、C++、MOTIF和MPI等語言編寫而成。

4.2 實(shí)現(xiàn)CGOD軟件的用戶交互界面

AVS/EXPRESS軟件的用戶界面開發(fā)庫(kù)，內(nèi)容豐富，可滿足各種應(yīng)用軟件的交互控制技術(shù)。在我們的CGOD軟件中，交互控制界面有六十多個(gè)，包括軟件主界面，功能模塊交互接口等，我們?nèi)渴怯肁VS來實(shí)現(xiàn)的。

CGOD 主菜單

模型建立子系統(tǒng)

SEGY輸出交互界面

4.3 實(shí)現(xiàn)CGOD軟件的三維可視化功能

剖分和插值是三維可視化技術(shù)的基礎(chǔ)部分。 Delaunay剖分是剖分的最重要技術(shù)，它包括2D_Delaunay剖分和3D_Delaunay剖分等。

2D_Delaunay剖分，首先將一些離散點(diǎn)連成三角形網(wǎng)，然后給出每個(gè)三角形的相鄰信息，并將這些信息用一個(gè)N*7的矩陣表示出來，當(dāng)三角形三個(gè)頂點(diǎn)的順序已經(jīng)確定，則鄰近三角形的序號(hào)也相應(yīng)確定。這樣便給出了已知離散點(diǎn)所在曲面的三角形網(wǎng)格描述。

3D_Delaunay剖分的原理與2D_Delaunay 剖分基本相同，它首先將一些離散點(diǎn)連成四面體網(wǎng)，然后給出每個(gè)四面體的相鄰信息，隨后將這些信息用一個(gè)N*9的矩陣表示出來，當(dāng)四面體四個(gè)頂點(diǎn)的順序已經(jīng)確定，則鄰近四面體的序號(hào)也相應(yīng)確定。利用這些四面體網(wǎng)格可形成一個(gè)凸多面體，找出凸多面體的外表面就可生成一個(gè)二維三角形網(wǎng)格，這些三角形網(wǎng)格便給出了已知離散點(diǎn)所在復(fù)雜地質(zhì)體的形態(tài)描述。

離散光滑插值技術(shù)的基本原理如下：在一個(gè)建立了相互之間連接的網(wǎng)格內(nèi)，如果網(wǎng)格上的點(diǎn)不獨(dú)立，即它們滿足某種約束條件，則其它結(jié)點(diǎn)上的值可以通過解一個(gè)線性方程組得到。

利用AVS/EXPRESS軟件強(qiáng)大的三維可視化功能和上面所講的Delaunay剖分以及離散光滑插值技術(shù),我們實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜地質(zhì)體深度成像軟件的三維可視化技術(shù),此技術(shù)包括六個(gè)部分:

地震剖面的變面積、變密度和彩色顯示
解釋層位的立體顯示三維數(shù)據(jù)體的立體顯示，并可實(shí)現(xiàn)三維數(shù)據(jù)體的任意旋轉(zhuǎn)、放大、切割和任意方向的剖面顯示。
三維數(shù)據(jù)體和解釋層位的綜合顯示
速度分析過程的綜合顯示（包括速度譜、道集和地震剖面）
地震電影的動(dòng)態(tài)顯示（包括任意方向的切片等）

地震剖面的變面積顯示

三維數(shù)據(jù)體的立體顯示

解釋層位立體顯示

三維數(shù)據(jù)體切片顯示

4.4 數(shù)據(jù)管理功能的實(shí)現(xiàn)

AVS/EXPRESS軟件可實(shí)現(xiàn)與ORACLE數(shù)據(jù)庫(kù)的連接和各種數(shù)據(jù)的管理功能。在CGOD中，我們充分利用了AVS在這方面的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了CGOD中各種地震數(shù)據(jù)的綜合管理功能，這些數(shù)據(jù)包括三維地震數(shù)據(jù)體、速度分析數(shù)據(jù)、三維立體解釋數(shù)據(jù)和各種中間結(jié)果等。

4.5 AVS軟件與其他開發(fā)軟件的混合編程，并實(shí)現(xiàn)地震剖面顯示和并行算法

通過AVS與其他庫(kù)函數(shù)的連接，我們實(shí)現(xiàn)了變面積地震剖面、速度分析交互界面和MPI并行算法的編程，從而解決了AVS/EXPRESS軟件與MOTIF軟件、MPI軟件的混合編程問題，為不同軟件發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)開辟了一條有效途徑。

常規(guī)速度分析交互界面

沿層速度分析交互界面

三維交互解釋系統(tǒng)

5．結(jié)論

通過上面的分析我們可以看出，復(fù)雜地質(zhì)體深度成像軟件經(jīng)AVS繼承之后，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

軟件方法新穎，處理結(jié)果明顯。
用戶界面友好，全部實(shí)現(xiàn)圖形用戶界面。
軟件結(jié)構(gòu)靈活，可根據(jù)需要隨時(shí)將功能模塊進(jìn)行替換、修改和升級(jí)。
三維可視化子系統(tǒng)功能強(qiáng)大，可實(shí)現(xiàn)三維數(shù)據(jù)體的任意切割和動(dòng)態(tài)顯示。
實(shí)現(xiàn)了MOTIF、MPI、C++等語言的混合編程技術(shù)，充分發(fā)揮了不同開發(fā)軟件的優(yōu)勢(shì)。
因此，利用AVS軟件來實(shí)現(xiàn)不同應(yīng)用程序的集成是一種行之有效的途徑，它不僅能夠滿足各種應(yīng)用軟件的集成需要，而且可以具有強(qiáng)大的三維可視化功能。另外，利用AVS軟件實(shí)現(xiàn)應(yīng)用軟件集成效率極高，可以節(jié)省大量人力物力。

6．參考文獻(xiàn)

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楊淑卿建立復(fù)雜地質(zhì)模型的數(shù)學(xué)方法 ”CPS/SEG/EAGE.北京“98論文詳細(xì)摘要

陳世軍孟祥賓地震勘探三維可視化技術(shù)的研究和應(yīng)用中國(guó)圖象圖形學(xué)報(bào) 2001 1

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