利用AVS軟件實現復雜地質體深度成像軟件CGOD的集

時間：2021-03-31 16:14:23 作者：儲老師

摘要：本文利用AVS/EXPRESS軟件的開發環境,實現了中科院與勝利石油管理局聯合資助的國家自然基金委”九.五“重點項目”復雜地質體描述理論與方法研究“中復雜地質體深度成像軟件的包裝,從而形成了一套用戶界面友好、軟件結構靈活和三維可視化功能強大的復雜地質體深度成像軟件系統。
關鍵詞：復雜地質體深度成像 AVS/EXPRESS
1．引言
中科院與勝利石油管理局聯合資助的國家自然基金委”九.五“重點項目”復雜地質體描述理論與方法研究“,已經進行了好幾年了,其中的方法研究已經成熟,我們用該項目研究的偏移方法對樁西地區的資料進行了試處理,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,系統地將我們自己研制的復雜地質體深度成像軟件包裝起來,并盡快將其推向市場,是迫在眉睫的事情。從去年上半年開始，我們利用AVS/EXPRESS軟件為開發平臺，克服了一系列包裝技術難題，終于完成了復雜地質體深度成像軟件CGOD的試用版本1.0。

2．AVS/EXPRESS軟件簡介
美國AVS公司是享譽世界的可視化軟件供應商，它的核心產品就是AVS/EXPRESS開發版，AVS/EXPRESS軟件從1988年起，就一致處于可視化技術市場的前言。 AVS開發版包括圖形顯示、數據可視化、圖象處理、數據庫管理和用戶接口等五個軟件包，每個軟件包又有幾十個功能模塊，這樣就形成了一個具有交互式開發功能的先進的可視化軟件系統。

AVS在開放性、三維可視化和用戶應用軟件包裝等三個方面，具有很大的優勢，它已在氣象、醫學、油氣開發、軍事和工程分析等多個領域得到了廣泛地應用。因此，以AVS/EXPRESS軟件為開發平臺，來完成復雜地質體深度成像軟件的包裝工作是一條行之有效地途徑。

3．復雜地質體深度成像軟件系統CGOD的總體設計
復雜地質體深度成像軟件系統CGOD的總體設計共分四個子系統，這四個子系統既可獨立存在，又可聯合起來形成一個統一的軟件系統。每個子系統又包括許多獨立的功能模塊，而且模塊的數量可根據需要任意增加，當某功能模塊需要升級時，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。這四個子系統分別是：

3.1 模型建立：數據三維解釋、數據網格化、數據光滑處理、速度深度模型的建立等，它共包括12個功能模塊。

3.2 速度分析子系統：常規速度分析、百分比掃描速度分析和波動方程速度分析等功能，旅行時計算、波動方程和Kirchhoff深度偏移等，它共包括16個功能模塊。

3.3 數據管理子系統：工區設置、數據格式轉換等16個功能模塊。

3.4 三維可視化子系統主要用來質量監控，它主要完成各種地震數據的二維顯示和三維地震數據體的顯示、地震層位的顯示、速度深度模型的顯示、旅行時波前面的顯示等，它共包括6個功能模塊。

4. 利用AVS/EXPRESS軟件實現CGOD軟件的全面集成
由于復雜地質體深度成像軟件功能模塊比較多，而且編寫時所用的語言各不相同，所以要想將他們包裝在一起，必須有一個好的軟件平臺。另外，復雜地質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，用一般軟件實現起來比較困難。AVS軟件不僅在這兩方面功能強大，而且利用AVS軟件開發用戶界面也比較方便，因此我們確定了：以AVS軟件為主，同時盡量吸收其他圖形軟件的長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的模塊開發功能，實現CGOD軟件的模塊封裝。
充分利用AVS的用戶界面開發庫，實現CGOD軟件的用戶交互界面。
充分利用AVS的數據可視化開發庫，實現CGOD軟件的三維可視化。
充分利用AVS的數據庫管理軟件庫，實現CGOD軟件的數據管理。
將AVS與其他開發軟件的庫函數連接在一起，實現地震剖面顯示和并行算法等功能。
4.1 實現CGOD軟件的模塊封裝

AVS/EXPRESS軟件的模塊封裝功能是十分強大的，它可以實現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的混合編程優勢，從而完成了五十多個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 實現CGOD軟件的用戶交互界面

AVS/EXPRESS軟件的用戶界面開發庫，內容豐富，可滿足各種應用軟件的交互控制技術。在我們的CGOD軟件中，交互控制界面有六十多個，包括軟件主界面，功能模塊交互接口等，我們全部是用AVS來實現的。

CGOD 主菜單

模型建立子系統

SEGY輸出交互界面

4.3 實現CGOD軟件的三維可視化功能

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

2D_Delaunay剖分，首先將一些離散點連成三角形網，然后給出每個三角形的相鄰信息，并將這些信息用一個N*7的矩陣表示出來，當三角形三個頂點的順序已經確定，則鄰近三角形的序號也相應確定。這樣便給出了已知離散點所在曲面的三角形網格描述。

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連成四面體網，然后給出每個四面體的相鄰信息，隨后將這些信息用一個N*9的矩陣表示出來，當四面體四個頂點的順序已經確定，則鄰近四面體的序號也相應確定。利用這些四面體網格可形成一個凸多面體，找出凸多面體的外表面就可生成一個二維三角形網格，這些三角形網格便給出了已知離散點所在復雜地質體的形態描述。

離散光滑插值技術的基本原理如下：在一個建立了相互之間連接的網格內，如果網格上的點不獨立，即它們滿足某種約束條件，則其它結點上的值可以通過解一個線性方程組得到。

利用AVS/EXPRESS軟件強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,我們實現了復雜地質體深度成像軟件的三維可視化技術,此技術包括六個部分:

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據體的立體顯示，并可實現三維數據體的任意旋轉、放大、切割和任意方向的剖面顯示。
三維數據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）
地震電影的動態顯示（包括任意方向的切片等）

地震剖面的變面積顯示

三維數據體的立體顯示

解釋層位立體顯示

三維數據體切片顯示

4.4 數據管理功能的實現

AVS/EXPRESS軟件可實現與ORACLE數據庫的連接和各種數據的管理功能。在CGOD中，我們充分利用了AVS在這方面的優勢，實現了CGOD中各種地震數據的綜合管理功能，這些數據包括三維地震數據體、速度分析數據、三維立體解釋數據和各種中間結果等。

4.5 AVS軟件與其他開發軟件的混合編程，并實現地震剖面顯示和并行算法

通過AVS與其他庫函數的連接，我們實現了變面積地震剖面、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，為不同軟件發揮各自的優勢開辟了一條有效途徑。

常規速度分析交互界面

沿層速度分析交互界面

三維交互解釋系統

5．結論

通過上面的分析我們可以看出，復雜地質體深度成像軟件經AVS繼承之后，具有如下優點：

軟件方法新穎，處理結果明顯。
用戶界面友好，全部實現圖形用戶界面。
軟件結構靈活，可根據需要隨時將功能模塊進行替換、修改和升級。
三維可視化子系統功能強大，可實現三維數據體的任意切割和動態顯示。
實現了MOTIF、MPI、C++等語言的混合編程技術，充分發揮了不同開發軟件的優勢。
因此，利用AVS軟件來實現不同應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用軟件的集成需要，而且可以具有強大的三維可視化功能。另外，利用AVS軟件實現應用軟件集成效率極高，可以節省大量人力物力。

6．參考文獻

Bowyer A 1981 Computing Diechlet Tessellation ：The Computer Journal 24（2）

劉宏復雜地質體三維地質模型建立及顯示

張劍秋地震層位信息三維可視化石油地球物理勘探 Vol（33）

楊淑卿建立復雜地質模型的數學方法 ”CPS/SEG/EAGE.北京“98論文詳細摘要

陳世軍孟祥賓地震勘探三維可視化技術的研究和應用中國圖象圖形學報 2001 1

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