利用AVS软件实现复杂地质体深度成像软件CGOD的集

摘要：本文利用AVS/EXPRESS软件的开发环境,实现了中科院与胜利石油管理局联合资助的国家自然基金委“九.五”重点项目“复杂地质体描述理论与方法研究”中复杂地质体深度成像软件的包装,从而形成了一套用户界面友好、软件结构灵活和三维可视化功能强大的复杂地质体深度成像软件系统。
关键词： 复杂地质体 深度成像 AVS/EXPRESS
1．引言
中科院与胜利石油管理局联合资助的国家自然基金委“九.五”重点项目“复杂地质体描述理论与方法研究”,已经进行了好几年了,其中的方法研究已经成熟,我们用该项目研究的偏移方法对桩西地区的资料进行了试处理,其处理效果可与西方地球物理公司和以色列的PARADIGM帕拉代姆公司的偏移软件相媲美。

因此,系统地将我们自己研制的复杂地质体深度成像软件包装起来,并尽快将其推向市场,是迫在眉睫的事情。从去年上半年开始，我们利用AVS/EXPRESS软件为开发平台，克服了一系列包装技术难题，终于完成了复杂地质体深度成像软件CGOD的试用版本1.0。

2．AVS/EXPRESS软件简介
美国AVS公司是享誉世界的可视化软件供应商，它的核心产品就是AVS/EXPRESS开发版，AVS/EXPRESS软件从1988年起，就一致处于可视化技术市场的前言。 AVS开发版包括图形显示、数据可视化、图象处理、数据库管理和用户接口等五个软件包，每个软件包又有几十个功能模块，这样就形成了一个具有交互式开发功能的先进的可视化软件系统。

AVS在开放性、三维可视化和用户应用软件包装等三个方面，具有很大的优势，它已在气象、医学、油气开发、军事和工程分析等多个领域得到了广泛地应用。因此，以AVS/EXPRESS软件为开发平台，来完成复杂地质体深度成像软件的包装工作是一条行之有效地途径。

3．复杂地质体深度成像软件系统CGOD的总体设计
复杂地质体深度成像软件系统CGOD的总体设计共分四个子系统，这四个子系统既可独立存在，又可联合起来形成一个统一的软件系统。每个子系统又包括许多独立的功能模块，而且模块的数量可根据需要任意增加，当某功能模块需要升级时，只要将新的模块替换掉旧的模块即可，并不影响其他模块和其他子系统。这四个子系统分别是：

3.1 模型建立：数据三维解释、数据网格化、数据光滑处理、速度深度模型的建立等，它共包括12个功能模块。

3.2 速度分析子系统：常规速度分析、百分比扫描速度分析和波动方程速度分析等功能，旅行时计算、波动方程和Kirchhoff深度偏移等，它共包括16个功能模块。

3.3 数据管理子系统：工区设置、数据格式转换等16个功能模块。

3.4 三维可视化子系统主要用来质量监控，它主要完成各种地震数据的二维显示和三维地震数据体的显示、地震层位的显示、速度深度模型的显示、旅行时波前面的显示等，它共包括6个功能模块。

4. 利用AVS/EXPRESS软件实现CGOD软件的全面集成
由于复杂地质体深度成像软件功能模块比较多，而且编写时所用的语言各不相同，所以要想将他们包装在一起，必须有一个好的软件平台。另外，复杂地质体深度成像软件还包括许多显示模块，特别是三维可视化模块，用一般软件实现起来比较困难。AVS软件不仅在这两方面功能强大，而且利用AVS软件开发用户界面也比较方便，因此我们确定了：以AVS软件为主，同时尽量吸收其他图形软件的长处来最大效率地完成此软件的包装工作的具体思路。包装工作分以下几步：

充分利用AVS的模块开发功能，实现CGOD软件的模块封装。
充分利用AVS的用户界面开发库，实现CGOD软件的用户交互界面。
充分利用AVS的数据可视化开发库，实现CGOD软件的三维可视化。
充分利用AVS的数据库管理软件库，实现CGOD软件的数据管理。
将AVS与其他开发软件的库函数连接在一起，实现地震剖面显示和并行算法等功能。
4.1 实现CGOD软件的模块封装

AVS/EXPRESS软件的模块封装功能是十分强大的，它可以实现不同语言的混合编程工作。在CGOD软件的集成过程中，我们充分利用了AVS的混合编程优势，从而完成了五十多个功能模块的封装工作，这些模块的源代码分别用FORTRAN、C、C++、MOTIF和MPI等语言编写而成。



4.2 实现CGOD软件的用户交互界面

AVS/EXPRESS软件的用户界面开发库，内容丰富，可满足各种应用软件的交互控制技术。在我们的CGOD软件中，交互控制界面有六十多个，包括软件主界面，功能模块交互接口等，我们全部是用AVS来实现的。



CGOD 主菜单



模型建立子系统



SEGY输出交互界面

4.3 实现CGOD软件的三维可视化功能

剖分和插值是三维可视化技术的基础部分。 Delaunay剖分是剖分的最重要技术，它包括2D_Delaunay剖分和3D_Delaunay剖分等。

2D_Delaunay剖分，首先将一些离散点连成三角形网，然后给出每个三角形的相邻信息， 并将这些信息用一个N*7的矩阵表示出来，当三角形三个顶点的顺序已经确定，则邻近三角形的序号也相应确定。 这样便给出了已知离散点所在曲面的三角形网格描述。

3D_Delaunay剖分的原理与2D_Delaunay 剖分基本相同，它首先将一些离散点连成四面体网， 然后给出每个四面体的相邻信息，随后将这些信息用一个N*9的矩阵表示出来，当四面体四个顶点的顺序已经确定，则邻近四面体的序号也相应确定。 利用这些四面体网格可形成一个凸多面体， 找出凸多面体的外表面就可生成一个二维三角形网格， 这些三角形网格便给出了已知离散点所在复杂地质体的形态描述。

离散光滑插值技术的基本原理如下：在一个建立了相互之间连接的网格内，如果网格上的点不独立， 即它们满足某种约束条件， 则其它结点上的值可以通过解一个线性方程组得到。

利用AVS/EXPRESS软件强大的三维可视化功能和上面所讲的Delaunay剖分以及离散光滑插值技术,我们实现了复杂地质体深度成像软件的三维可视化技术,此技术包括六个部分:

地震剖面的变面积、变密度和彩色显示
解释层位的立体显示三维数据体的立体显示，并可实现三维数据体的任意旋转、放大、切割和任意方向的剖面显示。
三维数据体和解释层位的综合显示
速度分析过程的综合显示（包括速度谱、道集和地震剖面）
地震电影的动态显示（包括任意方向的切片等）



地震剖面的变面积显示



三维数据体的立体显示



解释层位立体显示



三维数据体切片显示

4.4 数据管理功能的实现

AVS/EXPRESS软件可实现与ORACLE数据库的连接和各种数据的管理功能。在CGOD中，我们充分利用了AVS在这方面的优势，实现了CGOD中各种地震数据的综合管理功能，这些数据包括三维地震数据体、速度分析数据、三维立体解释数据和各种中间结果等。

4.5 AVS软件与其他开发软件的混合编程，并实现地震剖面显示和并行算法

通过AVS与其他库函数的连接，我们实现了变面积地震剖面、速度分析交互界面和MPI并行算法的编程，从而解决了AVS/EXPRESS软件与MOTIF软件、MPI软件的混合编程问题，为不同软件发挥各自的优势开辟了一条有效途径。



常规速度分析交互界面



沿层速度分析交互界面



三维交互解释系统

5．结论

通过上面的分析我们可以看出，复杂地质体深度成像软件经AVS继承之后，具有如下优点：

软件方法新颖，处理结果明显。
用户界面友好，全部实现图形用户界面。
软件结构灵活，可根据需要随时将功能模块进行替换、修改和升级。
三维可视化子系统功能强大，可实现三维数据体的任意切割和动态显示。
实现了MOTIF、MPI、C++等语言的混合编程技术，充分发挥了不同开发软件的优势。
因此，利用AVS软件来实现不同应用程序的集成是一种行之有效的途径，它不仅能够满足各种应用软件的集成需要，而且可以具有强大的三维可视化功能。另外，利用AVS软件实现应用软件集成效率极高，可以节省大量人力物力。

6．参考文献

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

刘宏 复杂地质体三维地质模型建立及显示

张剑秋 地震层位信息三维可视化 石油地球物理勘探 Vol（33）

杨淑卿 建立复杂地质模型的数学方法 “CPS/SEG/EAGE.北京”98论文详细摘要

陈世军 孟祥宾 地震勘探三维可视化技术的研究和应用 中国图象图形学报 2001 1