申 皓 ，刘青昆 ，龚蔚青

（1.辽宁师范大学 计算机与信息技术学院,辽宁 大连116081;(2.中石化石油勘探开发研究院,北京100083)

将三维可视化技术应用于石油勘探领域，可以把测井、地震等复杂的数据转换成直观的图形图像，以真三维的形式形象地表达地下油藏构造的形态特征、储层物性参数的分布规律及已完钻井的分布[1]。这样有助于地质勘探人员更准确地解释和分析勘探成果，为后续发现剩余、隐蔽油藏、设计新井开发方案等工作提供有效决策支持。

OSG(OpenSceneGraph)是一个面向对象的高效开源 3D视景仿真开发包，其包含了丰富的类库，操作灵活，功能强大，性能优越，资源丰富[2-3]。本文设计并实现了一种基于OSG的油藏三维模型可视化系统，该系统能够进行模型漫游、缩放和任意剖切等交互操作。同时重点研究了段内插值和坐标数据转换方法,实现了三维油藏模型彩色显示,提高了模型显示效果。

1 油藏三维可视化系统构建

1.1 系统结构

油藏三维可视化系统主要分为数据层、平台驱动层和用户交互层。数据层主要对原始测井或地震数据进行整理和加载，通过插值法进行油藏网格建模，为三维可视化系统的实现提供数据基础。平台驱动层主要通过OSG对数据进行渲染、绘制，为使用者提供一个实时、直观的三维可视化立体环境。用户交互层主要根据用户的具体应用需求，基于可视化平台驱动引擎，实现油藏模型在三维立体环境下的漫游、缩放和任意剖切等交互功能。三维油藏模型可视化层次结构如图1所示。

1.2 系统基本功能

1.2.1 油藏模型的建立

在三维油藏地质建模或油藏数值模拟过程中，需要将地质体以网格化的形式加以建模[4]。因为从地质勘探或其他方式获取的数据通常是有限的、离散不连续的，所以不论是原始的采样数据还是规则化处理的空间点数据，都具有明显的离散性和稀疏性。因此，需要采用适当的插值算法将三维空间各离散点上的数据内插到各网格节点上。本系统提供了反距离加权、普通克里金等空间插值方法供用户选择。图2是系统生成油藏网格模型结构图（以井数据为例）。

图1 三维油藏模型可视化系统体系结构

图2 油藏网格模型生成结构图

1.2.2 三维漫游、收缩、移动

OSG提供的轨迹球漫游器 (Trackball Manipulator)能够接受鼠标事件，变换相机位置和姿态，实现场景平移、旋转和缩放等操作，其操作简单，便于快速、直观、准确地实现三维场景漫游[5]。本系统通过调用OSG操作器管理类成员函数 addMatrixManipulator()、selectMatrixManipulator()，实现了模型漫游、旋转和收缩等功能。

1.2.3 三维剖切显示

通过提供剖切工具，可以对油藏模型进行任意剖切，生成剖切面，这样能够清楚地显示油藏模型的内部构造和属性分布等细节。本系统利用OSG提供的剖切面类，通过调用其成员函数 ClipPlane()、SetStateSet()，实现了对三维油藏模型的任意剖切。

2 关键技术实现

2.1 油藏模型彩色显示

用颜色的渐变来表示储层深度的变化或者属性值的大小，可以直观反映三维地质构造特点和其内部不同属性(孔、渗、饱等)参数的分布规律。系统直接使用模型中每个网格结点的物性参数值，通过区间段内插值法，将物性值转换成对应的R、G、B分量，以此作为每个对应网格的颜色值。然后将每个网格的8个点坐标和对应的颜色值一同送入OSG，绘制出三维油藏彩色模型。通过此种方法绘制的油藏模型能直接反映油藏的真实情况。

以物性参数 孔隙度(poro)为例，线段 端点 P0、P1、P2、P3分别表示当前模型所有孔隙度数据中最小值vmin、中间值 vmin+(vmax-vmin)×1/3、vmin+(vmax-vmin)×2/3 和最大值 vmax，求取从最小值到最大值的所有中间位置值Value对应的渐变颜色值,这样获取不同的渐变颜色效果如图3所示。

图3 物性参数与颜色像素对应图

求某一孔隙度对应的颜色值，假设 Pporo∈(P2，P3)，段内插值为：

获取 P2、P3对应的颜色值 YELLOW、RED，并算出它们的 R、G、B分量：

获取 poro对应像素值的 R、G、B值：

通过式(1)～式(10)求出的 R、G、B分量代表了物性参数的颜色，根据一系列的颜色值，系统可以绘制出彩色三维油藏模型。

2.2 油藏网格模型光滑显示

油藏网格数据坐标为浮点数形式，浮点数精度越高运算速度越低。因此，在OSG中采用32位单精度浮点数。但32位float类型数据在内存中能精确表示的最大有效数字为 1.111 111 111 111 111 111 111 11×223=224-1=16 777 215。当有效数字大于16 777 215时，在内存中则无法精确表示。

油藏网格顶点坐标数据使用大地坐标 (单位为m)，它由一个8位的横坐标和一个7位的纵坐标组成如(18 722 687.81，3 946 747.76),坐标数据中前两位表示分带号,用float单精度类型表示坐标数据,则值为(18 722 688，3 946 748)。可见在油藏网格模型中，最终获取的大地坐标存在精度缺失问题，当油藏模型旋转、移动和缩放时，计算机对这些不精确的网格顶点坐标数据进行大量矩阵运算，运算的结果存在更大的误差，可能使两个相邻点运算后成为一个点,或者平面的4个点成为一条直线,因此造成网格不规则,出现“突然闪现”或“跳跃”现象。

针对该问题，本文提出坐标转换方法使油藏模型可以光滑显示,在网格顶点坐标数据送入OSG前进行顶点坐标数据转换，即：

通过式(11)运算得到的坐标数据在计算机中可以精确表示，避免了坐标精度缺失问题，即避免了“突然闪现”或“跳跃”现象的出现，同时转换后的新坐标数据为相对坐标数据，不影响显示的正确性。

3 实例应用

本系统采用中石化胜利油田实际区块数据进行可视化测试，通过鼠标控制进行旋转、缩放和剖切等操作。首先给出如图4所示的系统未采用光滑显示技术的模型效果图，接着给出改进后的系统绘制的模型效果图，运行时，模型真实逼真且显示效果良好,如图5～图7所示。

图4 未经改进运行效果图

图5 改进后运行效果图

图6 孔隙度模型图

本系统充分利用了OSG的特点和功能，同时研究了绘制彩色模型和提高显示效果等技术，设计并实现了油藏三维模型的可视化。该系统为地质勘探人员提供了一个直观的油藏三维可视化交互环境，可有效地辅助开展勘探数据解释、地质构造研究等工作。

图7 模型剖切图

[1]朱大培，牛文杰，杨钦,等.地质构造的三维可视化[J].北京航空航天大学学报，2001，27(4)：448-451.

[2]阎晓东.基于OSG的飞行视景仿真平台开发[J].计算机仿真，2008，25(5)：58-61.

[3]华文元，王家润，康亮，等.基于 OSG五维气象可视化软件的设计及实现[J].计算机工程与设计，2009，30(5)：1282-1284.

[4]韩峻，施法中，吴胜和，等.基于格架模型的角点网格生成算法[J].计算机工程，2008，34(4):90-93.

[5]张昊.基于OSG的道路三维实时交互可视化技术研究[D].长沙：中南大学，2010.