煤矿地震数据三维可视化系统研究

Ｈｅｉｇｈｔ，０，ＧＬ—ＲＧＢ， ＧＬ—ＵＮＳＩＧＮＥＤ—ＢＹＴｌｌＥ，
＆Ｉｍａｇｅ［Ｏ］［Ｏ］［ｏ］）；／／定义纹理
３５０
物探化探计算技术
３０卷
ｇｌＴｅ）出ａｒａｍｅｔｅｒｆ（ＧＬ—ＴＥＸＴＵＲＥ—２Ｄ．ＧＬ—ＴＥＸ— ＴＵＲＥ—ｗＲＡＰ－ｓ，ＧＬ－ＣＬＡＭＰ）；／／控制滤波
ｄ７ＩｋｘＰａｒａｍｅｔｅｒｆ（ＧＬ—ＴＥｘＴＵＲＥ—２Ｄ，ＧＬ—ＴＥｘ． ＴＵＲＥ—ＷＲＡＰ—＿Ｔ，ＧＩ。ＣＩＡＭＰ）；
１关键技术
ＯｐｅｎＧＬ实际上是一种图形与硬件的接口。它 包括了１２０个图形函数，开发者可以用这些函数建 立三维模型和进行三维实时交互。与其它图形程 序设计接口不同，ＯｐｅｎＧＬ提供了十分清晰明了的 图形函数，因此，使利用ＯｐｅｎＧＬ开发三维图形程 序变得更加简单。
０ｐｅｎＧＬ经过对ＧＬ的进一步发展，实现了二 维和三维的高级图形技术，在性能上表现的异常突 出。它包括建模、变换、光线处理、色彩处理、动画， 以及更先进的能力，如纹理映射、物体运动模糊等。 ＯｐｅｎＧＬ在硬件、窗口、操作系统方面是相互独立 的，ＯｐｅｎＧＬ的基本工作流程见下页图ｌ。
（１）根据基本图形单元建立景物模型，并且对 所建立的模型进行数学（点、线、多边形、图像或位 图）描述。
（２）把景物模型放在三维空间中的合适位置， 并且设置视点（ｖｉｅｗｐｏｉｎｔ），以观察所感兴趣的景 观。
（３）计算模型中所有物体的色彩，其中的色彩 根据应用要求来确定。同时，确定光照条件、纹理 粘贴方式等。
ＧＬｉｎｔ ｎＬｉｓｔＩＤ：
ｎ“ｓｔＩＤ＝ｄＮｅｗＬｉｓｔ（１，ＧＬ—ＣＯＭＰＩＬＥ）； ／／显示列表定义开始
∥绘图顺层切片，等值线，钻孔等 ｄＥｎｄ“ｓｔ（）；／／显示列表定义结束 ｄＣａｌｌＫｓｔ（ｎＵｓｄＤ）；／／调用显示列表 ２．２纹理技术 在最简单的情况下，纹理是单个图像。如同大 多数图像一样的功能，纹理通常是一维和二维的， 在一些应用场合也使用三维纹理进行图形绘制。 描述纹理的每个纹素可以由一个、二个、三个 或四个元素构成，由一个（Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ａ）四元值的 调制常数来表示任何内容。在绘制地震剖面或者 时间切片时，我们先把各个需要显示的地震剖面做 成纹理图像，然后再需要显示的时候，直接贴到对 应的空间位置上，不必每次重新绘制剖面。定义和 调用纹理的伪代码如下： ＧＬｕｂｙｔｅ Ｉｌｎａｇｅ［ｗｉｄｔｈ］［Ｈｅｉｇｈｔ］［３］；／＋创建 纹理’／ 一ＴｅｘＩｍａｇｅ２Ｄ（ＧＬ＿ＴＥｘ，Ｉ－ＵＲＥ－２Ｄ，０，３，ｗｉｄ出，
出Ｅｎａｂｌｅ（ＧＬ－－ＴＥⅪ阿ＲＥ＿２Ｄ）；／／设置纹理坐 ／／标和物体几何坐标
ｄＢｅ百ｎ（ＧＩ。ＱＵＡＤＳ）； ｇｌＴｅｘＣｏｏｒｄ２ｆ（０．０，Ｏ．０）；ｄＶｅｒｔｅ】【３ｆ （一２．０，一１．Ｏ，Ｏ．０）； ｇｌＴｅｘｃｏｏｒｄ２ｆ（０．０，１．ｏ）；ｄＶｅｒｔｅ）【３ｆ （一２．Ｏ，１．Ｏ，０．０）； ｇｌＴｅｘＣｏｏｒｄ２ｆ（１．０，１．０）；ｄＶｅｒｔｅ］ｃ３ｆ （０．Ｏ，１．Ｏ，Ｏ．０）； ｇｌＴｅｘＣｏｏｒｄ２ｆ（１．０，０．０）；ｇｌＶｅｒｔｅ］【３ｆ
３．６等值线立体显示 图８为等值线和顺层切片的联合立体显示，图
８顺层切片为沿解释的层位在数据体中提取的振 幅属性，若层位没有穿过断层振幅为同一极性，振 幅切片上颜色过度平缓，图８中颜色突变处即为断 层反映，从中可以直观的认识断层以及地层的空间 展布状态，等值线的立体显示弥补了在平面图中显 示无法体现空间形态的缺点。
第３０卷第４期
物探化探计算技术
２００８年７月
文章编号：１００ｌ一１７４９（２００８）０４珈３４８珈５
基于Ｗｉｎｄｏｗｓ的煤矿地震数据 三维可视化系统研究
高 级，崔若飞，刘 伍
（中国矿业大学，江苏徐州２２１００８）
摘要：结合煤矿地震数据特点，研究了ＯｐｅｎＧＬ与ＶＣ“６．Ｏ联合编程。利用适合地震数据三 维显示的算法，研制了基于Ｗｉｎｄｏｗｓ的煤矿地震数据三维可视化系统Ｓｇｙ３Ｄ。Ｓｇｙ３Ｄ的基本功 能包括数据体、ＩＩｌｌｉｎｅ剖面、Ｃｒｏｓｓｌｉｎｅ剖面、层位、等值线、任意测线等要素的三维立体显示。可 实现对数据体的动态放大、缩小以及平移等交互操作。将Ｓｇ），３Ｄ应用于实际地震资料解释，取得 了良好的地质效果。
基于ｗｉｎｄｏｗｓ的煤矿地震数据三维可视化系 统ｓｇｙ３Ｄ，实现了煤矿地震数据的三维显示，能对 三个方向的地震剖面与时间切片、顺层切片、等值 线、钻孔等地震解释中产生的数据进行立体显示。 通过对不同数据的组合显示，更直观地了解地下地 质构造的空间展布形态。同时为满足在煤矿生产 过程中，对巷道掘进方向地质情况的掌握，作出较 为准确的地质预报，实现了沿任意方向切割的垂直 剖面，满足了煤矿安全生产的需要。
关键词：煤矿；三维可视化；地震数据；ＯｐｅｎＧＬ
中图分类号：ＴＤ １６３＋．１
文献标识码：Ａ
Ｏ前言
随着煤矿开采中综采机械地震勘 探成果的解释精度，勘探地球物理学家把三维可 视化技术应用于地震勘探领域。三维可视化技术 是利用三维地震数据体显示、描述和解释地下地质 现象与特征的一种图像显示工具。它为精确描述 三维地质构造提供信息，同时促进了煤矿的勘探与 开发。
３．３ 时间切片和剖面联合显示 在常规解释中，经常利用时间切片来进行断层
解释，尤其是当地层倾角较大时，解释效果更好。 如果将时问切片与垂直剖面共同显示，这样对于断 层的解释就更为精确了。图４将水平时间切片、 Ｉｎｌｉｎｅ剖面、Ｃｍｓｓｌｉｎｅ剖面进行联合显示，可以在时 ’间切片和地震剖面上，同时分析地质构造的综合响 应。 ３．４任意方向测线立体显示
３煤矿地震数据三维可视化系统
作者在本文中利用ＯｐｅｎＧＬ和ＶＣ一６．０开发 了煤矿地震数据三维可视化系统Ｓｇ），３Ｄ，其主要功 能包括数据体、Ｉｎｌｉｎｅ剖面、Ｃｒｏｓｓｌｉｎｅ剖面、层位、等 值线、任意测线等要素的三维立体显示，实现了对 数据体的动态放大、缩小、平移等交互操作。 ３．１数据体显示
图２为Ｓｇ），３Ｄ系统界面和三维地震数据体显 示。
图４时间切片和剖面联合显示 Ｆｉｇ．４ ３Ｄ Ｖｉｓｕａｌｉｚ“ｏｎ ｏｆ ｐＤ０６ｌｅｓ明ｄ ｔｉｍｅｓｌｉｃｅ
万方数据
Ｆｉｇ．６
图６顺层切片
３Ｄ ＶｉＢｕａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｌａｙｅｒ ｓｌｉｃｅ
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物探化探计算技术
３０卷
４结论
Ｆｉｇ．７
图７多个顺层切片 ３Ｄ Ｖｉｓｕａｌｉ勰ｔｉｏｎ ｏｆ ｌａｙｅｒ ｓｌｉｃｅ
ｇｌＴｅｘＰａｒａｍｅｔｅｒｆ（ＧＬ—ＴＥＸＴＵＲＥ—２Ｄ，ＧＬ—ＴＥＸ． ＴＵＲＥ—ＭＡＧ—ＦＩＬＴＥＲ，ＧＬ—ＮＥＡＲＥＳＴ）；
ｇｌＴｅ】【Ｐ啪ｍｅｔｅｒｆ（ＧＬ—ｒＩ．ＥｘＴＵＲＥ一２Ｄ，ＧＬ一，Ｉ’ＥＸ．
ＴＵＲＥ—ＭＩＮ—ＦＩＩＪＴＥＲ，ＧＬ－ＮＥＡＲＥＳＴ）；
９１７Ｉ’ｅｘＥｎｖｆ（ＧＬ一７ＩＥｘＴＵＲＥ—ＥＮＶ，ＧＬ一’ＩＥＸ． ＴＵＲＥ—ＥＮＶ—ＭＯＤＥ，ＧＬ－ＤＥＣＡＬ）；／／启动纹理
收稿日期：２００７—１２—１８
万方数据
改回日期：２００８—０３—２１
４期
高级等：基于ｗｉｎｄｏｗｓ的煤矿地震数据三维可视化系统研究
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图１ Ｆｉｇ．１
ＯｐｅｎＧＬ基本工作流程 Ｗｏｒｋｉｎｇ ｎｏｗ ｏｆ ｏｐｅｎ ＣＬ
在图１中，几何顶点数据包括模型的顶点集、 线集、多边形集，这些数据经过流程图的上部，包括 运算器、逐个顶点操作等。图像数据包括象素集、 影像集、位图集等，图像数据的处理方式与几何顶 点数据的处理方式不同，但它们都经过光栅化、逐 个片元（Ｆｒａ舯ｅｎｔ）处理，直至把最后的光栅数据写 入帧缓冲器。在ＯｐｅｎＧＬ中的所有数据，包括几何 顶点和象素数据，都可以被存储在显示列表中，或 者立即得到处理。
目前对煤田三维地震资料的解释，仍然在使用 传统的二维解释方式，存在的主要问题如下：
（１）解释效率低。对于庞大的三维数据体，从 层位标定、追踪、断层解释、编制构造图等，基本上 是延续二维地震解释的思路。因此，断层组合不合 理，上、下层位矛盾，难以闭合等现象屡见不鲜，需 要反复作大量修改工作，极大地影响了地震数据解 释效率。
ＯｐｅｎＧＬ要求把所有的几何图形单元都用顶点 来描述，这样运算器和逐个顶点计算操作，都可以 针对每个顶点进行计算和操作，然后进行光栅化形 成图形片元。对于象素数据，象素操作结果被存储 在纹理组装用的内存中，再像几何顶点操作一样光 栅化形成图形片元。
从图１中可以归纳出在ＯｐｅｎＧＬ中进行主要 的图形操作，直至在计算机屏幕上渲染绘制出三维 图形景观的基本步骤。
（４）把景物模型的数学描述及其色彩信息，转 换至计算机屏幕上的象素，逐个过程也就是光栅化 （瑚Ｌｓｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ）ｏ
２煤矿地震数据三维可视化特点
由于三维地震数据通常都比较大，在常规图形 绘制中，当图形第一次绘制完成后，对当前图形的 旋转、缩放和移动操作均会引起图形的重绘。如果 使用常规的绘制方法，那么每次对当前图形的重绘
由于煤田地震勘探的最终目的，是服务于煤矿
Ｆｉｇ．５
图５任意方向测线剖面
３Ｄ Ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ ０ｆ ｕｍｏｎ ｗｅＵ ｌｉｎｅｓ
３．５顺层切片立体显示 图６是一个顺层切片和一个垂直剖面。从顺
层切片上可以看出断层的走向，并且与垂直剖面上 的断层相对应。利用图６，可以检验出层位的解释 精度。
图７（见下页）同时显示了三个层位，其中上层 为第四系（色标代表ｔ。时间），下二层为煤层，可以 看出煤层与第四系为不整合接触。
万方数据
图２三维地震数据体显示 Ｆｉｇ．２ ３Ｄ Ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉ明ｏｆ ８ｅｉｓＩｎｉｃ ｖ０１ｕｍｅ ｄ咖
４期
高级等：基于Ｗｉｎｄｏｗｓ的煤矿地震数据三维可视化系统研究
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３．２地震剖面显示 通过对Ｉｎｌｉｎｅ方向和Ｃｒｏｓｓｌｉｎｅ方向剖面不同
组合方式的显示，可以直观地认识构造的空间展布 形态。在图３中同时显示了四条ｉｎｌｉｎｅ剖面和一 条Ｃｒｏｓｓｌｉｎｅ剖面，从图３中可以看出，目的层反射 波在不同地震剖面上的形态。