摘 要：為了直觀、逼真地展現地下油藏構造的真實形態及儲層物性參數的分布規律等，設計并實現了一種基于開源軟件OSG的油藏三維可視化系統。該系統充分利用OSG的特點和功能，完成了三維油藏模型漫游、縮放和任意剖切等交互操作功能。同時重點研究實現了繪制油藏彩色模型、提高網格模型視覺效果等技術。將該系統應用于中石化勝利油田實際油藏區塊，取得了較好的效果。
關鍵詞： 三維可視化；油藏；OSG；彩色顯示；渲染
將三維可視化技術應用于石油勘探領域，可以把測井、地震等復雜的數據轉換成直觀的圖形圖像，以真三維的形式形象地表達地下油藏構造的形態特征、儲層物性參數的分布規律及已完鉆井的分布[1]。這樣有助于地質勘探人員更準確地解釋和分析勘探成果，為后續發現剩余、隱蔽油藏、設計新井開發方案等工作提供有效決策支持。
OSG(Open Scene Graph)是一個面向對象的高效開源3D視景仿真開發包，其包含了豐富的類庫，操作靈活，功能強大，性能優越，資源豐富[2-3]。本文設計并實現了一種基于OSG的油藏三維模型可視化系統，該系統能夠進行模型漫游、縮放和任意剖切等交互操作。同時重點研究了段內插值和坐標數據轉換方法,實現了三維油藏模型彩色顯示,提高了模型顯示效果。
1 油藏三維可視化系統構建
1.1 系統結構
油藏三維可視化系統主要分為數據層、平臺驅動層和用戶交互層。數據層主要對原始測井或地震數據進行整理和加載，通過插值法進行油藏網格建模，為三維可視化系統的實現提供數據基礎。平臺驅動層主要通過OSG對數據進行渲染、繪制，為使用者提供一個實時、直觀的三維可視化立體環境。用戶交互層主要根據用戶的具體應用需求，基于可視化平臺驅動引擎，實現油藏模型在三維立體環境下的漫游、縮放和任意剖切等交互功能。三維油藏模型可視化層次結構如圖1所示。
1.2 系統基本功能
1.2.1 油藏模型的建立
在三維油藏地質建模或油藏數值模擬過程中，需要將地質體以網格化的形式加以建模[4]。因為從地質勘探或其他方式獲取的數據通常是有限的、離散不連續的，所以不論是原始的采樣數據還是規則化處理的空間點數據，都具有明顯的離散性和稀疏性。因此，需要采用適當的插值算法將三維空間各離散點上的數據內插到各網格節點上。本系統提供了反距離加權、普通克里金等空間插值方法供用戶選擇。圖2是系統生成油藏網格模型結構圖（以井數據為例）。
1.2.2 三維漫游、收縮、移動
OSG提供的軌跡球漫游器(Trackball Manipulator)能夠接受鼠標事件，變換相機位置和姿態，實現場景平移、旋轉和縮放等操作，其操作簡單，便于快速、直觀、準確地實現三維場景漫游[5]。本系統通過調用OSG操作器管理類成員函數addMatrixManipulator()、selectMatrixManipulator()，實現了模型漫游、旋轉和收縮等功能。
1.2.3 三維剖切顯示
通過提供剖切工具，可以對油藏模型進行任意剖切，生成剖切面，這樣能夠清楚地顯示油藏模型的內部構造和屬性分布等細節。本系統利用OSG提供的剖切面類，通過調用其成員函數ClipPlane()、SetStateSet()，實現了對三維油藏模型的任意剖切。
2 關鍵技術實現
2.1 油藏模型彩色顯示
用顏色的漸變來表示儲層深度的變化或者屬性值的大小，可以直觀反映三維地質構造特點和其內部不同屬性(孔、滲、飽等)參數的分布規律。系統直接使用模型中每個網格結點的物性參數值，通過區間段內插值法，將物性值轉換成對應的R、G、B分量，以此作為每個對應網格的顏色值。然后將每個網格的8個點坐標和對應的顏色值一同送入OSG，繪制出三維油藏彩色模型。通過此種方法繪制的油藏模型能直接反映油藏的真實情況。
2.2 油藏網格模型光滑顯示
油藏網格數據坐標為浮點數形式，浮點數精度越高運算速度越低。因此，在OSG中采用32位單精度浮點數。但32位float類型數據在內存中能精確表示的最大有效數字為1.111 111 111 111 111 111 111 11×223=224-1=16 777 215。當有效數字大于16 777 215時，在內存中則無法精確表示。
油藏網格頂點坐標數據使用大地坐標(單位為m)，它由一個8位的橫坐標和一個7位的縱坐標組成如(18 722 687.81，3 946 747.76),坐標數據中前兩位表示分帶號, 用float單精度類型表示坐標數據, 則值為(18 722 688，3 946 748)。可見在油藏網格模型中，最終獲取的大地坐標存在精度缺失問題，當油藏模型旋轉、移動和縮放時，計算機對這些不精確的網格頂點坐標數據進行大量矩陣運算，運算的結果存在更大的誤差，可能使兩個相鄰點運算后成為一個點,或者平面的4個點成為一條直線,因此造成網格不規則,出現“突然閃現”或“跳躍”現象。
針對該問題，本文提出坐標轉換方法使油藏模型可以光滑顯示,在網格頂點坐標數據送入OSG前進行頂點坐標數據轉換，即：
新坐標數據=原始坐標數據-原點坐標數據 (11)
通過式(11)運算得到的坐標數據在計算機中可以精確表示，避免了坐標精度缺失問題，即避免了“突然閃現”或“跳躍”現象的出現，同時轉換后的新坐標數據為相對坐標數據，不影響顯示的正確性。
3 實例應用
本系統采用中石化勝利油田實際區塊數據進行可視化測試，通過鼠標控制進行旋轉、縮放和剖切等操作。首先給出如圖4所示的系統未采用光滑顯示技術的模型效果圖，接著給出改進后的系統繪制的模型效果圖，運行時，模型真實逼真且顯示效果良好,如圖5~圖7所示。
本系統充分利用了OSG的特點和功能，同時研究了繪制彩色模型和提高顯示效果等技術，設計并實現了油藏三維模型的可視化。該系統為地質勘探人員提供了一個直觀的油藏三維可視化交互環境，可有效地輔助開展勘探數據解釋、地質構造研究等工作。
參考文獻
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[3] 華文元，王家潤，康亮，等.基于OSG五維氣象可視化軟件的設計及實現[J].計算機工程與設計，2009，30(5)：1282-1284.
[4] 韓峻，施法中，吳勝和，等.基于格架模型的角點網格生成算法[J].計算機工程，2008，34(4):90-93.
[5] 張昊.基于OSG的道路三維實時交互可視化技術研究[D].長沙：中南大學，2010.