CN103339659A - 用于在三维建模期间构建封闭体的***和方法 - Google Patents

Abstract

用于在地球物理建模期间从地质构造的不完整解译（interpretations）来构建封闭体的***和方法。

Description

用于在三维建模期间构建封闭体的***和方法

相关申请的交叉引用

不适用。

有关联邦资助研究的声明

不适用。

技术领域

本发明大体涉及用于在建模期间构建封闭三维（“3D”）体的***和方法。尤其是，本发明涉及用于在地球物理建模期间从地质构造的不完整解译来构建封闭体的***和方法。

背景技术

对具体、个别的地质体（诸如盐体等）进行建模是地球物理解译过程的重要部分，并且对于构建地下的现实模型是关键的。然而，对地质体进行建模存在需要解决的关键且困难的问题。因为盐的性质使地震数据嘈杂、不好界定并因此难以解译，所以盐体内在地难以建模。而且，盐体的性质是：与不太清晰且需要耗费时间的手动解译并导致较低的分辨率结果的其它表面（诸如侧面或底面等）相比，某些表面（诸如顶面等）常十分清晰，并因此能够通过使用自动工具被快速解译，同时获取输入数据的全分辨率。结果是，这些解译片段仍必须以某种方式结合才能真正地表现完整的三维地质体。

用于建立复杂三维地质体的表现的当前***具有几个问题。一些***需要解译员以类似栅格的方式手动追踪地质体（其具有应用于其上的皮肤）的轮廓。这些***具有两个严重的问题：它们是非常耗费时间的，并且更重要的是，它们不包括输入数据中可得到的最高水平的细节。其它***使用一种零碎法（piecemeal approach）：其使用局部拟合将输入片段缝合在一起，并且然后将这些局部近似混合，以产生体的三维图像。结果是，这些***产生的体的图像是封闭的，但具有等同于最差输入数据的细节水平的表面表现。其它***需要输入数据的繁重的处理，使得体清晰地显现，并因此能够从输入数据自动地提取。然而，问题是最常见的地震数据不能被处理到能够容易地提取这些体的水平，因此仍需要手动解译。

发明内容

因此，本发明通过提供用于在三维建模期间构建封闭体的***和方法来克服现有技术中的一个或多个缺陷。

在一个实施例中，本发明包括一种用于在三维建模期间从输入数据集来构建封闭体的方法，该方法包括以下步骤：i）确定输入数据集中的每一个输入点的定向（orientation）；ii）使用计算机处理器将每一个输入点及其各自的定向从局部（native）坐标系变换到公共坐标系；以及iii）使用公共坐标系内的每一个输入点及其各自的定向来构建封闭体。

在另一个实施例中，本发明包括有形地承载用于在三维建模期间从输入数据集来构建封闭体的计算机可执行指令的非瞬态的程序载体装置。该指令可被执行以实施：i）确定输入数据集中的每一个输入点的定向；ii）使用计算机***将每一个输入点及其各自的定向从局部坐标系变换到公共坐标系；以及iii）使用公共坐标系内的每一个输入点及其各自的定向来构建封闭体。

通过实施例及相关附图的以下说明，本发明的其它方面、优点以及实施例将对本领域技术人员变得显而易见。

附图说明

下文参考附图描述本发明，其中类似的元件引用类似的附图标记，并且其中：

图1为示出用于实施本发明的方法的一个实施例的流程图；

图2为示出用于执行图1中的步骤104的方法的一个实施例的流程图；

图3为示出用于执行图1中的步骤108的方法的一个实施例的流程图；

图4示出被选为步骤102中的输入数据集的示例性数据集的图像；

图5示出在步骤106之后的图4中的数据集的图像；

图6示出在步骤108之后的图4中的数据集的图像；以及

图7为示出用于实施本发明的计算机***的一个实施例的方框图。

具体实施方式

虽然具体地描述本发明的主题，然而，说明书本身不意欲限制本发明的范围。因此，该主题也可以结合其它技术以其它方式具体实施，以包括不同的步骤或与这里所描述的相似的步骤的组合。此外，虽然术语“步骤”在这里可以用于描述所采用方法的不同要素，该术语不应解释为隐含这里公开的不同步骤之中或之间的任何特定顺序，除非清楚地被说明书限制到特定顺序。虽然以下说明指的是石油和天然气产业，然而本发明的***和方法不限于此，并且也可以被应用于其它产业以得到类似的结果。

方法说明

现在参照图1，示出用于实施本发明的方法100的一个实施例。

在步骤102中，可以使用参考图7描述的客户端接口和/或视频接口来选择一个或多个输入数据集。每一个数据集包括可以限定诸如地层和/或断层（例如，其表现较大的地质体的一部分）等各种结构的多个输入点。每一个输入点例如可以包括（x，y，z）和（nx，ny，nz）坐标，其中（x，y，z）表现连续地质体上的输入点的位置，以及（nx，ny，nz）表现光若反射离开该位置的方向。光若从位置（x，y，z）反射离开的方向（nx，ny，nz）也称为法线。如在限定点法线方程中的算术平面中使用的那样，法线限定垂直于平面的方向。因此，每一个输入点必须具有限定包括输入点的平面的法线。因为取样是通过解译员试图基于使解译不完整的数据中的噪声来解译体来完成的，所以输入点是欠采样的（undersampled）输入数据集的不完整解译。在图4中，包括多个结构（地层402、404、406、408以及410）的示例性数据集400的图像示出可以在步骤102中选择的一个类型的数据集。不完整解译在数据丢失且不连续的数据集400中清晰可见。

在步骤104中，使用本领域熟知的技术来确定每一个数据集中的每一个输入点的定向。如图2中进一步示出的，可以通过使用本领域熟知的技术计算或估计来确定每一个数据集中的各输入点的定向。每一个数据集中的各输入点的定向也可以被预先确定并使用，而不需要计算或估计定向。

现在参照图2，流程图示出用于执行图1中的步骤104的方法200的一个实施例。

在步骤202中，方法200确定是否能够从连接信息计算出法线。在数学术语中，不能从单个输入点计算法线。取决于如何确定输入点，可以有足够的信息来计算法线。例如，如果输入点被限定在规则栅格（如许多地质地层就是）上，并且具有也被限定的两个近邻，则能够确定平面的方程，并因此能够确定法线。如果用于地层、断层或其它结构的输入点是三角形的一部分，则有足够的连接信息来直接计算输入点的法线，这是因为三个连接点限定一平面，并且每一个平面具有法线。如果不能从连接信息计算法线，则方法200继续到步骤204。如果能够从连接信息计算法线，则方法200继续到步骤206。

在步骤204中，使用本领域熟知的技术为每一个输入点计算法线。可以通过在平面上限定具有公共起点的两个向量并对向量进行叉积（crossproduct）来计算法线。因此，如果Pl=（xl，yl，zl），P2=（x2，y2，z2）以及P3=（x3，y3，z3），则两个向量可以是V1=P2-P1以及V2=P3-P1。三角形P1、P2、P3的法线将是N=V1xV2。对于输入点是三角形成员（member）的每一个三角形，对每一个三角形的法线求平均值，以获得各自的输入点的法线。结果是每一个输入点的未定向法线。

在步骤206中，使用本领域熟知的技术为每一个输入点估计法线。可以使用基于（K）个最近邻的平面的线性最小二乘拟合来估计法线，其中（k）是为计算平面而寻找的输入点近邻的数量。结果是每一个输入点的未定向法线。

在步骤208中，每一个法线被定向为指向外。每一个地质体被表现为三维图像，并具有其表面内侧的区域以及其表面外侧的区域。因此，在该步骤中，来自步骤204或步骤206的每一个未定向法线被定向，以指向体的外侧。

然后，来自步骤208的结果被返回到方法100的步骤106，其表示各输入点及它们各自的定向。

在步骤106中，使用本领域熟知的技术将每一个输入数据集的各输入点及它们各自的定向从它们的局部坐标系变换到公共坐标系。因为各输入点可以表现各种结构（例如地层和/或断层），并且方法100对每一个输入数据集中的所有的输入点使用全局法（global approach），每一个输入点的位置和各自的法线必须被变换到公共坐标系（其可能不同于输入点的局部坐标系）。表现地层的各输入点及它们各自的定向例如可以被局部地限定（即，在0，0的x，y坐标开始或者相对于被解译的数据的量（volume）（即该量的起点（origin）在0，0开始，地层的起点距离前述起点有一些偏移））。如果多组输入点（例如两个不同的地层）具有相对于两个不同的数据的量的局部坐标系，则各数据点必须从一个局部坐标系变换到另一个局部坐标系，或者都必须被变换到示出输入数据集的每一个各自的坐标系之间的关系的坐标系。世界坐标系（world coordinate system）是公共坐标系的一个实例，然而，可以通过将所有的输入点变换到世界空间（world space）并且然后使用输入点的质心作为另一个公共坐标系的起点，来使用其它坐标系。在图5中，示出了在各数据集的输入点及它们的定向从它们的局部坐标系变换到公共坐标系之后图4中的数据集400的图像。结果是，代替由图4中的数据集400表现的多个结构（地层402、404、406、408以及410），图5中的数据集500在公共坐标系内被合成为单个全局数据集。

在步骤108中，使用来自步骤106的用于步骤102中的每一个各自的输入数据集的结果以及本领域熟知的技术（例如，参考图3描述的方法300）来构建一个或多个封闭地质体。例如，在图6中，示出了在通过内插法提供从数据集400丢失的数据，以使用图5中的数据集500构建封闭盐体600之后图4中的数据集400的图像。

现在参照图3，流程图示出用于执行图1中的步骤108的方法300的一个实施例。

在步骤302中，通过使用本领域熟知的技术减少输入点的总数量来降低输入点的复杂性。降低复杂性以提高方法100的性能。虽然存在许多可以被使用的本领域熟知的技术，然而最简单、最优选的技术随机删除输入点。另一个可替代技术可以被用于从各输入点的邻域（neighborhood）创建表现样品。其它更加复杂的可替代技术可以被用于：i）基于曲率简化原始结构；以及ii）消除不提供附加信息的输入点及其各自的法线。

在步骤303中，使用本领域熟知的技术进行三角划分（triangulation）（例如，Delaunay三角划分）。用于欧氏空间中的一组输入点P的Delaunay三角划分是三角划分DT（P），使得P中没有输入点在DT（P）中的任何单形的环超球面（circum-hypersphere）的内侧。因此，对于任何三维空间，Delaunay三角划分是三角划分DT（P），使得P中没有输入点在DT（P）中的任何四面体的外接球（circum-sphere）的内侧。这个步骤对整个输入数据集执行以得到一组连接的三角形，并且该步骤去除所有形状不好的（非各向同性的）四面体，并且镶嵌输入点的松散的边界框。

在步骤304中，通过求解表现为基于三角划分的分段线性函数的标量指标函数（f），在来自步骤303的每一个三角划分的每一个顶点处计算泊松指标函数。更具体地，该步骤使用稀疏线性求解器在每一个三角划分的每一个顶点处求解泊松方程Δf=div（n）。

在步骤306中，使用本领域熟知的技术（例如，用于在CGAL中限定隐式曲面的技术，CGAL是可从GeometryFactory获得的商业软件包）根据在步骤304中计算的每一个泊松指标函数来限定隐式曲面。

在步骤308中，使用本领域熟知的技术（例如，移动立方体算法）通过简单的等值面提取来产生表面网格。虽然移动立方体算法典型地用于根据通过使用物理扫描装置在真实空间中取样的数据在虚拟空间中重新构建对象，然而这里使用这一技术从不完整且嘈杂的数据来构建新的对象。结果是，构建了坚实地接近嘈杂的输入数据且平滑地对输入数据缺少限定的区域进行插值的非常平滑的表面，以形成封闭体。

方法100是考虑了所有的输入数据而不依赖于启发式划分或混合的全局解决方案。换句话说，方法100在三维建模期间利用表现不完整解译的输入数据集来构建封闭体，并且可以被传递到进一步处理的接口应用。步骤303、304、306以及308通常可以称为泊松重构。

***说明

本发明可以经由一般称为由计算机执行的软件应用或应用程序的计算机可执行指令程序（例如，程序模块）来实施。该软件例如可以包括执行特定任务或实施特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件以及数据结构。所述软件形成接口，以允许计算机根据输入源作出回应。

（其是由兰德马克图形公司营销的商业软件应用）可以被用于与本发明接口。该软件也可以与其它代码段配合，以响应于结合所接收的数据源而接收的数据启动各种任务。该软件可以被存储和/或承载在任何类型的存储介质上，例如CD-ROM、磁盘、磁泡存储器（bubble memory）以及半导体存储器（例如，各种类型的RAM或ROM）。此外，该软件及其结果可以通过各种载体介质（例如光学纤维、金属导线）来发送和/或经由任何类型的网络（例如互联网）来发送。

而且，本领域技术人员将意识到本发明可以利用包括手持装置、多处理器***、基于微处理器或可编程消费电子产品、迷你计算机、大型计算机等各种计算机***配置来实践。与本发明一起使用的任何数量的计算机***和计算机网络是可以接受的。本发明可以在分布式计算环境中实践，其中通过经由通信网络链接的远程处理装置来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储装置的本地计算机存储介质和远程计算机存储介质两者中。因此，本发明可以在计算机***或其它处理***中与各种硬件、软件或其组合连接实施。

现在参照图7，方框图示出了用于在计算机上实施本发明的***的一个实施例。该***包括有时称为计算***的计算单元，该计算单元包含存储器、应用程序、客户端接口、视频接口以及处理单元。该计算单元仅是适合的计算环境的一个实例，并且不意欲建议对本发明的使用或功能性的范围的任何限制。

该存储器主要存储应用程序，该应用程序也可以被描述为包含计算机可执行指令的程序模块，该指令通过这里描述的用于实施本发明的计算单元来执行，并被图1-6说明。因此，该存储器包括封闭体构建模块，使参考图1-3所示和描述的方法成为可能。虽然可以被用以利用封闭体构建模块的结果，然而可以使用其它接口应用来代替

或者封闭体构建模块可以被用作独立应用。因此，封闭体构建模块可被实施为单独的过程并经由任何进程间通信（IPC）机制与接口应用通信，或者甚至实施为将结果输出到一些持久存储装置的独立过程。另外，封闭体构建模块的实施不需要被实施为所示出的那样。封闭体构建模块可被实施成软件或者可编程硬件（例如，经由NVIDIA CUDA软件的NVIDIA图形卡）与软件的组合或者软件、可编程硬件以及定制硬件的组合。

虽然计算单元被显示为具有通用存储器，然而计算单元典型地包括各种计算机可读介质。举例来说明，并非限制，计算机可读介质可以包括计算机存储介质。计算***存储器可以包括呈易失性和/或非易失性存储器形式的计算机存储介质，例如只读存储器（ROM）和随机存取存储器（RAM）。基本输入/输出***（BIOS）被典型地存储在ROM中，所述输入/输出***包含有助于例如启动期间计算单元内的元件之间传递信息的基本例程。RAM典型地包含可立即访问和/或目前被处理单元操作的数据和/或程序模块。举例来说明，并非限制，计算单元包括操作***、应用程序、其它程序模块以及程序数据。

存储器中示出的组件也可以包括在其它可移动/不可移动、易失性/非易失性计算机存储介质中，或者它们可以经由应用程序接口（“API”）在计算单元中实施，所述应用程序接口可以驻留在经由计算机***或网络连接的单独的计算单元上。例如，仅硬盘驱动器可以从不可移动的非易失性磁性介质读取或者写入到不可移动的非易失性磁性介质，磁盘驱动器可以从可移动非易失性磁盘读取或者写入到可移动非易失性磁盘，以及光盘驱动器可以从可移动非易失性光盘（例如CDROM或其它光介质）读取或者写入到可移动非易失性光盘。能够在示例性操作环境中使用的其它可移动/不可移动、易失性/非易失性计算机存储介质可以包括盒式磁带机、快闪存储卡、数字多用光盘、数字视频磁带、固态RAM、固态ROM等，但不限于此。上文讨论的驱动器及其相关的计算机存储介质提供计算机可读指令、数据结构、程序模块以及用于计算单元的其它数据的存储。

客户可以经由客户端接口将命令和信息输入计算单元，该客户端接口可以是通常被称为鼠标、轨迹球或触摸垫的输入装置（诸如键盘和指示器件等）。输入装置可以包括麦克风、操纵杆、卫星天线、扫描仪等。这些及其它输入装置常经由***总线连接至处理单元，但是可以通过其它接口和总线结构连接，例如并行端口或通用串行总线（USB）。

监视器或其它类型的显示装置可以经由接口（例如，视频接口）被连接至***总线。图形用户接口（“GUI”）也可以使用视频接口来从客户端接口接收指令，并且将指令发送到处理单元。除了监视器之外，计算机也可以包括其它***输出装置（例如，扬声器和打印机），该***输出装置可以经由输出***接口连接。

虽然计算单元的许多其它内部组件未示出，然而本领域普通技术人员将理解这种组件及其互连是熟知的。

虽然描述了与目前优选实施例有关的本发明，本领域技术人员将理解不意欲将本发明限制于那些实施例。因此，在不脱离由所附权利要求及其等同项限定的本发明的精神和范围的情况下，预期公开的实施例可以进行各种替代实施例和变型。

Claims (20)

1.一种用于在三维建模期间从输入数据集来构建封闭体的方法，包括：

确定所述输入数据集中的每一个输入点的定向；

使用计算机处理器将每一个输入点及其各自的定向从局部坐标系变换到公共坐标系；以及

使用所述公共坐标系内的每一个输入点及其各自的定向来构建所述封闭体。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，

每一个输入点包括（x，y，z）和（nx，ny，nz）坐标，其中（x，y，z）表示连续地质体上的每一个各自的输入点的位置，（nx，ny，nz）表示光若反射离开每一个各自的输入点的所述位置的方向。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，

光若反射离开每一个各自的输入点的所述位置（x，y，z）的所述方向（nz，ny，nz）表示法线。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，

通过计算所述法线并定向所述法线指向所述封闭体外，来确定所述输入数据集中的每一个输入点的所述定向。

5.根据权利要求3所述的方法，其中，

通过估计所述法线并定向所述法线指向所述封闭体外，来确定所述输入数据集中的每一个输入点的所述定向。

6.根据权利要求3所述的方法，其中，

每一个各自的输入点的所述法线被预先确定并被定向指向所述封闭体外。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，

所述输入数据集包括多个地层。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，

所述多个地层的至少一个包括与用于所述多个地层的公共坐标系相同的局部坐标系。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，

通过减少所述输入数据集中的输入点的总数量来构建所述封闭体。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，

通过执行泊松重构来构建所述封闭体。

11.一种有形地承载用于在三维建模期间从输入数据集来构建封闭体的计算机可执行指令的非瞬态的程序载体装置，所述指令可被执行以实施：

确定所述输入数据集中的每一个输入点的定向；

将每一个输入点及其各自的定向从局部坐标系变换到公共坐标系；以及

使用所述公共坐标系内的每一个输入点及其各自的定向来构建所述封闭体。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，

每一个输入点包括（x，y，z）和（nx，ny，nz）坐标，其中（x，y，z）表示连续地质体上的每一个各自的输入点的位置，（nx，ny，nz）表示光若反射离开每一个各自的输入点的所述位置的方向。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，

光若反射离开每一个各自的输入点的所述位置（x，y，z）的方向（nz，ny，nz）表示法线。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，

通过计算所述法线并定向所述法线指向所述封闭体外，来确定所述输入数据集中的每一个输入点的所述定向。

15.根据权利要求13所述的方法，其中，

通过估计所述法线并定向所述法线指向所述封闭体外，来确定所述输入数据集中的每一个输入点的所述定向。

16.根据权利要求13所述的方法，其中，

每一个各自的输入点的所述法线被预先确定并被定向指向所述封闭体外。

17.根据权利要求11所述的方法，其中，

所述输入数据集包括多个地层。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，

所述多个地层的至少一个包括与用于所述多个地层的公共坐标系相同的局部坐标系。

19.根据权利要求11所述的方法，其中，

通过减少所述输入数据集中的输入点的总数量来构建所述封闭体。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，

通过执行泊松重构来构建所述封闭体。

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