基于OpenGL的三维油藏可视化模型

1 引言
通过地震、测井可得到关于油藏地层测试点孔隙度、渗透率等物性参数，但这些数据数量庞大，难以直接进行地质分析。为了解油层结构和分布，需要将油藏地层模型在计算机上再现，并对其进行一些交互式操作及初步处理。
系统实现方法是：首先组织数据(几何顶点，物性参数值等)及提取可视面，并与所需要的目标结合，实现对模型的绘制。其次，提供对模型的分解和剖切方法，实现由数据驱动的对模型的操作控制。

2 数据处理与参数的颜色索引
2．1 系统的地质数据
系统读入的原始网格数据示例如下：

第一行数据的前3个数据数据分别表示X，Y，Z轴方向上的网格个数，第4～6个数据分别表示X，Y，Z轴方向上的原点坐标，而第7～8个数据表示沿X，Y轴方向的网格间距大小。第二行数据2表示以下是两列数据，第一列数据(如940．700)表示深度值，第二列数据(如73．000)表示对应点的参数值。
由于网格结点在xoy平面上是规则的顺序排列，给出已知的沿x，y方向的网格间距dx,dy，网格数Nx,Ny和几何坐标系原点坐标x0,y0,z0，则任一网格结点Node的空间坐标和参数为：

式中：i的范围为[O，Nx-1]，j的范围为[0，Ny-1]；k为结点Node(i,j)处深度的序数，其值与深度的排列方式有关。dpk,sk为第k点处的深度和物性参数。
2．2 处理原始数据
由于原始数据采用大地坐标，为方便绘图，应对数据进行坐标变换。将X，Y，Z上数据范围变换到-1～1之间，经过缩放变换，才能在视图区显示出图形。原始数据在测量时可能存在误差，因此在读入数据后需对数据进行有效性检验。
2．3 参数的颜色索引
OpenGL的颜色索引模式通过建立一个颜色索引表(又称彩色表)确定所绘制物体的颜色。彩色表的建立可通过指定彩色表两端的基色和尾色，插值计算出中间其它颜色，分别赋予相应索引号。在给模型着色时，将读人数据点对应的参数值转化成彩色表上的索引号，便可确定参数的颜色。由于彩色表上的索引号对应的参数是离散的，应对参数值在彩色表中对应的位置作四舍五人以精确给出其索引号。设参数存储在数组parameter中，color_num为彩色表长度。将参数转化为颜色索引号p的代码段如下：

对应的索引号

以上创建出来的颜色可能较单调，一些位于中间部分的参数值对应的颜色区别不明显。一种改进方法是将彩色表分成4段，每一段只控制一种颜色分量的变化，这样彩色表的颜色变化种类大大增加了，使位于中间部分的参数值颜色区分很明显，可更直观的反映出油藏情况。
基色和尾色通常根据油藏描述的实际要求指定，例如类蓝色(表示水)和类红色(表示油)，分别对应物性参数(如渗透率)的最小值和最大值。

3 建立三维地质数据模型
3．1 绘制三维地质模型的基本思想
实现三维地质模型绘制的关键步骤是对数据体建模。由对读入数据的排列结构分析可知，原始网格数据形成了一个三维地层模型。除了在垂直方向(Z方向)上的两个面有上下起伏外，其余的面均是平行于ZOY，面或ZOX面的平面。如图1所示。

地层模型的可视面即底面、顶面、左面、右面、前面及后面，因此只画这6个面的外侧就可以绘制出整个6面体。问题便转化成提取这6个面上的数据，用OpenGL的绘图技术对每一个面分别进行绘制。
3．2 三维地质数据体模型的生成
模型立方体的6个面由很多小4边形组成，可采用OpenGL画连续4边形的方法将每一个面画出来。填充颜色则可采用OpenGL的平滑(SMOOTH)着色方式，定义出顶点的颜色后，OpenGL便自动地对4边形内的颜色插值计算，进行颜色渐变绘制。着色之前采用Z缓存(Z_buffer)技术通过对物体进行深度测试的方法实现消隐。
以底面创建为例，考虑一般情况，设x轴上的网格个数为x_lenth，z轴的数据存储在数组z_data中，当前绘制的4边形片序数为循环变量j，各顶点的颜色值由参数值转化成颜色索引值确定，并由向量模式给出。自动提取底面数据并绘制底面的程序段为：

其中，函数getparaindex()返回对应参数的颜色索引值。底面绘制完成后，以此类推，可提取其它可视面数据(顶点及其排列顺序)，同样对其它可视面进行绘制、消隐和着色，由此生成三维油藏地质模型。

4 模型操作
4．1 数据体拨层
通过对数据体进行拨层，即沿Z轴分解数据体的层面，按层提取并绘制数据体的可视面，可以得到拨层面的图形，还可以得到拨层后数据块的图形。拨层面的绘制可通过绘制数据体被拨层后的顶面图形实现。在VC中使用Slider控件传递参数，确定显示拨层面操作的次数，这样可显示多个拨层面，通过旋转等操作，可清楚的看出拨层面之间的油藏情况，如图2所示。

4．2 切片和切块
通过对数据体切片，即切割数据体的X轴、Y轴，得到剖面或截面的图形。垂直于X轴、Y轴的一系列的切割点的位置由Visual C++中的鼠标响应程序得到，而切割点的颜色通过切割点两旁的网格数据点的颜色插值得到。这其中须注意两个问题：①Visual C++中数据和OpenGL中数据的转化。因通过双击鼠标左键选择切割点，得到的是VC中的响应坐标，需要把其转化成OpenGL中的坐标。由变换语句glFrustum()；可知在OpenGL中窗口的宽和高，而且可知VC中窗口的大小，因此二者之间存在一个比例关系，再考虑X轴、Y轴的长度因素，可得到切割点在OpenGL中的坐标。②关于得到切割点颜色。OpenGL中采取平滑模式(GL_SMOOTH)时，给定多边形内各点的颜色是通过顶点颜色插值得到的。因此，当切割点选择在给定网格点之间时，切割点的颜色可通过颜色捕值得到。绘制时需注意顶点和颜色的对应关系。利用某油田数据绘制的切片图如图3所示。