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三峡库区地质灾害体三维地层可视化实现 Visualization of 3D str

发布时间:2019-07-07 04:28 来源:未知 编辑:admin

  三峡库区地质灾害体三维地层可视化实现 Visualization of 3D stratum of geological disaster mass in Three Gorges Reservoir Area.pdf

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  第42卷第5期 人 民 长 江 V01.42,No.5 201 1年3月 River 201I Yangtze Mar., 文章编号:1001—4179(2011)05—0026一04 三峡库区地质灾害体三维地层可视化实现 田宜平,沈建业 (中国地质大学(武汉)计算机学院,湖北武汉430074) 摘要:角点网格模型是实现不同区块不同尺度三峡库区滑坡体模拟的关键。从介绍角点网格模型的特点入 手,介绍如何利用OpenInventor实现以角点网格模型表达的三维地层的可视化显示。重点介绍了如何利用 角点网格模型来表达多尺度地质灾害体的三维地层构造格架。同时研究了用三维地层体数据中各角点网格 体的属性信息进行可视化表达的方法,实现了基于角点网格模型的多尺度三维地层的空间信息和属性信息 多重可视化。 Inventor;角点网格;三维地层;多尺度;地质灾害监测 关t词:Open 中图法分类号:P208 文献标志码:A 在三峡库区地质体的三维地质建模过程中,地质 体都是以网格的形式来表达的。目前国内的三维地质 开发包支持多平台多种程序语言,经过多年的发展, 建模系统主要采用矩形网格,其所有单元网格的长、宽 OIV已经基本上成为面向对象的3D图形开发的工业 均相等,垂向连接顶底网格点的网格面为垂直面。虽 标准,被广泛地应用于机械工程设计与仿真、医学、地 然矩形网格处理规则形体比较方便,但是不太适合处 理科学、石油钻探、虚拟现实、科学数据可视化等领 理实际的地质状况,在有断层的情况下,就不可能建立 域一一引。目前世界上比较成熟的OIV开发包有3个, 局部加密的地质模型,完成不了多尺度的研究。三角 它们分别由SGI(Silicon 网格虽然可以很好地描述地质体的复杂结构,但是目 plateGraphics 前还没有与之配套的基于地质统计学的建模算法…。 OIV接口规范的基础上各有特点。TGS公司是最早将 在较为复杂的地质条件下,在库区范围内,要对局部地 OIV由Unix系统移植到MicrosoftWindows下的公司, 质滑坡体进行加密处理实现精细模拟、并对其力学非 该公司的OIV也是目前世界上使用最多的OlV版本。 均质性和几何形态进行精细描述,就要求数值模拟采 OIV具有功能强大,性能优异等优点,而且TGS为了 用更为灵活的网格旧“1。大数据量复杂网格模型的多 满足不同应用领域的要求,开发了大量的可独立使用 尺度模拟是复杂滑坡模拟的大势所趋,将角点网格模 的功能强大的扩展模块,这也使得OIV被越来越多的 型应用于滑坡过程模拟,既能在宏观上对滑坡体的条 人青睐。使用OIV开发包,可以快速、简捷地开发出 件进行模拟,也能在局部细节上提高模拟的精度q1。 各种类型的交互式三维图形软件…1。 但这也为后续预测滑坡的滑移过程及地层三维可视化 2基于角点网格的三维地层可视化 增加了一定的难度。 2.1角点网格模型 1 Inventor简介 Open 角点几何网格是由Ponting引入油藏数值模拟研 OpenInventor(以下简称OIV)是SGI公司开发的究中的,具有不同油层网格步长可变的优点,能够更 收稿日期:201l—Ol一25 基金项目:国家大型油气田及煤层气开发科技重大专项(2008ZX05051) 万方数据 第5期 田宜平。等:三峡库区地质灾害体三维地层可视化实现 27 加精确地描述断层两翼的深度变化、流体分布和流体 读取计算并按孑L隙度属性进行渲染显示的结果,图2 渗流特征H2。基于角点网格数据结构的体模型,在逻 是角点网格地层模型建立后的线框显示,可以清楚地 辑结构上属于,水J术K的规则拓扑结构模型。其中,x, 看到角点网格模型的格架结构及地层层次和断层。 y,z方向逻辑上有n+1(,1分别等于,,.,,K)条线,每 个方向上剖分成n个格子,共,幸J奉K个单元 (Cell)¨”“o。在平面上,每个单元之间有独立的坐标, 但都约束在地层顶底面对应结点的连线上,具体的Z 值决定其X,l,坐标对。每个单元格都存储8个顶点的 三维坐标来唯一确定一个小的六面体,这样除了地层 边界处的点之外的每个逻辑顶点都存储了8个点的坐 标,虽然增加了文件存储空间,但可以精确表达地层的 断裂、升降等构造特征。将角点网格模型应用于滑坡 体的模拟中既能合理的表达地层构造,又能提高滑坡 图1角点网格模型地层可视化 过程模拟的正确性和精确性。 2.2地层可视化 构造一地层格架的三维可视化是地质灾害体描述 的重要手段,其基础是数字地层格架的构建¨引。OIV 支持许多领域的多种数据格式,其开发包也提供了一 些应用比较广泛的体数据加载器。但是在本文中用于 油藏数值模拟的地层模型是由建模软件Petrel提供的 ·.GRDECL文件,OIV没有提供直接加载此格式文件 的方法接口,在油藏模拟软件研制过程中要开发独立 的可视化模块进行模拟过程及成果的展示,就必须要 圈2角点网格地层模型线框显示 实现幸.GRDECL格式地层数据的显示。幸.GRDECL 2.3 多尺度地层数据三维可视化的实现 文件是一个明码文件,里面存储了建模成果的相关信 息,包括几何信息、属性(孔隙度,x,l,,z三个方向渗 在滑坡过程模拟中,由于一些区域,尤其是目标区 透率等)和格网有效性及网格加密信息。其几何信息 的网格精度不能满足模拟的精度要求,需要对滑坡体 并不包括所有网格节点的三维坐标,只给出了地层顶、 数据的部分网格进行细化。在建模成果幸.GRDECL 底面,例如体模型x,l,,z三个方向的网格数分别为,, 数据中可以根据不同需求对某一区域的网格进行加密 858722231 29661 处理,加密信息一般如下:9—1 .,,K,只给出顶、底面(,+1)幸(_,+1)个点的空间坐 标,对于中间层的格网顶点坐标按层(共K层)依节点 序号只给出坐标z值(在文件中由关键字Zcom标 识),对于地层顶、底界面相同序号空间两点确定的一 向的网格数分别为9、6、6,即每个方向都加密3倍,加 条直线,由任意给定的直线上一点z的值,可以解空间 密后的角点网格单元数为该区域原来网格单元的27 直线方程求得该Z值对应的X、y坐标,由此可以求得 倍。 每个角点网格单元8个顶点的空间坐标。 网格细化的实现思路如下:如图3—5所示(为说 对于角点网格的绘制主要由OIV的扩展模块 明问题以立方体代表一个不规则六面体角点网格单 元),其中每幅图代表一个需要加密处理的角点网格 MeshVizInterface实现,角点网格拓扑关系由MiHexa. 单元,假设x,y,Z三个方向均加密3倍,则首先要获取 hedronTopologyExplicitljk类型对象进行组织,MiGeom. etryI类型对象存储和管理网格几何信息。建立的网大单元8个顶点的空间坐标,然后分别对x,y,z三个 方向进行空间向量的运算。如图3是在X方向的变换, 格模型由MoMesh类对象存储并在场景中显示,其中 分别截取沿x轴4条棱的1/3处得到一个截面BCGF, 包括地层数据属性信息的表达,对MiCellFiherljk类对 象进行相关操作实现地层数据的切片显示,感兴趣区 分析等。如图l是实现接121对角点网格地层模型数据 万方数据 人 民 长 江 轴方向分别截取4条棱AD、BC、FG、EH的1/3处得到 另一个截面A’8’F’E’,并在上一步骤的基础上获得新 的角点网格ABFE—A’B’F’E’,如图4所示。第三步为 Z轴方向的变换,即在前面X、l,方向变换得出的角点 网格ABFE—A’B’F’E’基础上沿Z轴方向分别截取4 条棱AE、A’E’、BF、B’,’的1/3处得到新的截面从而得 出该加密区域内的第一个角点网格的加密体网格单 元,如图5填充部分所示。对于该加密区域内的每个角 点网格单元都需要按照上面方法依次在X、y、z三个 方向上分别截取3等分点共循环27次分别获得每个加 图5 Z方向网格细化 密单元的8个顶点坐标,然后将每个需要加密处理的 区域视为独立的小地层模型,以建立大的地层模型同 样的方法将拓扑关系及空间几何坐标进行组织及格网 的绘制实现可视化表达。在此例中将X、y、Z方向单元 数分别为3、2、2共12个,单元每个方向都加密3倍后 的加密体角点网格单元总数为12×27个。如图6所示 为局部网格加密部分及属性可视化表达与地层外部轮 廓线地层模型加密体的可视化显示 和PER—NODE,在这里选用前者将属性值绑定到格网 进行渲染,因为地层模型的属性信息是按每个格网给 定的。对地层模型按某种属性类别进行的显示是可选 ^ 择的,用户可以查看任意单元的各属性值以便于实时 B 查看属性信息并对模拟结果合理性进行可视的追踪验 围3 Z方向网格细化 证。 此外,为了便于模拟成果的展示及模拟过程的分 G 析可视化,该模块还实现了针对地层模型相关的交互 操作,主要包括模型的三维切片显示,感兴趣区分析, 属性信息交互显示等。如图7所示为某地层模型x、 l,、Z三个方向指定,、J、K层网格的三维切片跟局部网 格细化部分的叠加显示。细化网格的属性表达可视化 方法跟地层模型属性信息表达类似,只是在实现过程 中把每块加密区域都当作独立的一个小的地层模型, 这在一定程度上增加了多个加密体跟整个地层模型交 ^ 8 互操作的难度。 固4 y方向网格细化 4结论 3体数据属性信息可视化表达及交互操作 (1)将角点网格模型应用于滑坡灾害体模拟,可 地层体数据的属性信息由读取·.GRDECL文件 以客观充分的表达断层形态,其网格形式多样、步长灵 获得,主要包括地层模型及其网格细化部分的孔隙度 巧,地质模型中断层与两侧地层、储层的接触关系更为 等,然后将读取属性值存入OIV的MoScalarSetljk类类 准确,为后续预测滑坡结果的准确性奠定了良好的基 万方数据 第5期 田宜平,等:三映库区地质灾害体三维地层可视化实现 29 [3】 彝秋辟。米石云。胡素云,等.盆地模拟技术在油气资源评价中的 作用[J】.勘探技术,2006,3:50一“. [4]米石云.盆地模拟技术研究现状夏发展方向[J】.勘探技术。2009, 2:55—58。 Aaroes K a1.Muhisealemixedmethodson [5】 JE。KrogstadS。LieA,et versusmixed corocr—point—ds:mimeticsubgrid dinavia:SINTEF.2006. on E AL.Muhisea]emixed/mimeticmethods [6]JorgA,SteinK.Knut corner—pointglids[J].Computational —315. and ofa 【7】 JuanesR。SPE,KimJ。et丑1.Implementation Hy- 图7基于角点网格地层模型切片显示 Application brid Flux forReservoirSimulation0nCorner MuhipointApproximation 础。 —Point AnnualTechnicalConferenceandExhibi· Grids[C】//SPE (2)在原有地层模型基础上,结合空间向量计算 tion,Texas:[8.n.】,2005. 并用三维空间的线性内插方法,对地层模型中部分目 H K a1.Amuhiscalemixedfinite—el— [8】 KrogstadS.NilsenM.UaA,et ementsolverfor black—oil SPE 标网格进行空间几何及属性信息的细化处理及显示。 three—phase flow[c]∥Paper 118993 at2009SPEReservoirSimulation 为滑坡模拟各个环节的精细模拟提供了非常有利的条 presented Symposium,Tex· “:[8.n.】.2009. 件。 [9】 王峻峰,张飞,李世其.基于OpenInventor的可视化三维激光光路 (3)应用功能强大的3D开发工具包OIV进行地 层数据的可视化,其显示效果较好,交互操作方便,比 [10]昊志男,雷跃明,卢莉莉,等.基于OpenInventor技术的框架结构 较适合滑坡模拟过程及成果的展示;其次,应用OIV 有限元前处理软件的设计[J].ComputerEra。2006,(1):23—26. 张龙慧,宋扬,唐傻,等.基于OpenInventor的卫星姿态控制可视 的ReserviorViz扩展模块可以有效的管理模拟过程中 产生的海量地层数据,在后续工作中将地层模型转换 化仿真[J】.计算机技术与发展,2009,19(11):214—217. [12]叶继根,昊向红。朱怡翔,等.大规模角点同格计算机辅助油藏模 为ReserviorViz扩展模块唯一可读取的LDM格式数 拟历史拟合方法研究[J】.石油学报.2007。28(2):83—86. 据,利用其多线程和数据分块技术可以实现地层模拟 DK.Corner inreservoir geometry [13]Ponting point 各个过程中生成的海量地层数据有效的管理和调度显 oftheFirstECMOB Proceedings 示。 Press.1992:45—65。 in SammonP numericalschemesn* 参考文献: [14】 H.Applyinghish—reselution ervoirsdescribed Reser- bycomplex [1]韩唆,施法中.昊胜和,等.基于格榘模型的角点网椿生成算法 voirSimulation Symposium.Texes:[s.n.].2001:l—13. [J].计算机工程,2008.34(4):90—93. 昊冲龙.毛小平,田宜乎,等.三雏数字盆地构造一地层格架模拟 [15] [2】 周贤文,汤达帧。张春书.精细油藏数值模拟研究现状及发展趋势 技术[J】.地质科技情报,2006。25(4):l一8.(鳊辑:赵凤超) [J].特种油气藏。2008。15(4):I一7. Visualizationof3Dstratumof disastermassinThree ReservoirArea geological Gorges TIAN Yiping,SHENJianye Science,China 430074,China) (SchoolofComputer Univers蚵o,Geosciences(Wuhan),Wuhan blocksinThree Abstract: modelisthe torealizelandslidesimulationofdifferentscalesand Comer—pointgrid key Gorges ReservoirAreas.Intheviewof describevisualizationof3Dstratumbasedon ofcomer model,we expression comer—point咖d frameworkof Dstratum model focusedon the 3 —pointgrid usingOpenInventor.And,we tectonic—stratigraphic by illustrating ofmulti—scale disastermass visualizationofattributeinformationof model.Meanwhile,the geological usingcomer—pointgrid attributein- each unitin3Dstratumdataisdiscussed.Werealizedthevisualizationof informationand comer—pointgrid spatial formationof3Dstratumbasedonthemulti—scale model. comer—pointgrid hazards Keywords:OpenInventor;comer—pointgdd;3Dstratum;multi—scale;geologicalmonitoring 万方数据

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