[发明专利]用于实时可视化多卷数据集的方法及系统

说明书

相关申请的交叉引用

在此要求2007年1月5日提出申请的美国临时专利申请NO.60/883,722的优先权，并将其说明书通过引用的方式并入于此。关于联邦资助调查的声明

不适用。技术领域本发明通常涉及多卷(multiple volume)数据集——也称为三维卷数据集的可视化。图像处理器(“GPU”)，有时也称为显卡，用于以交互率可视化(协同绘制)三维体数据集——意味着实时。

背景技术

在应用科学中，学习的各种领域需要二维或三维卷数据集的分析，其中每个数据卷可具有多种表示不同物理性质的属性。属性，有时称为数据值，表示在确定的二维或三维空间内对象的一种特定的物理性质。数据值可能是例如包括256个可能值的8字节的数据字。属性的位置由(x，y，数据值)或者(x，y，z，数据值)表示。如果该属性表示特定位置的压力，那么该属性位置可表示为(x，y，z，压力)。

在医学领域，计算计轴向断层扫描(CAT)扫描仪或磁共振成像(MRI)设备用于制作人体一些特定区域的图片或诊断图像，典型地表示坐标以及确定的属性。通常，在预先确定的位置内的每种属性必须单独成像且除开另外的属性。例如，表示预先确定的位置的温度的属性典型地与在同一位置表示压力的另一属性分离成像。因此，基于这些属性的特定条件的诊断受限于显示预先确定的地点的单一属性的能力。

从最早的工具使用重力测量鉴定潜在含烃岩的19世纪末以来，地球物理学的方法已用于石油和天然气的寻找。在20世纪20年代，反射与地震折射数据最先用于勘探。地质学者或地球物理学者，以下简称地球学家或解释者的早期解释通过在地震记录胶片上以及后来的大纸“床单”上的手工记录做出。这个过程是冗长且耗时的。

二维地震探测最初通过在大区域上铺设包含爆破点以及接收机的长线缆的网格状线产生，称之为探测。每个线缆代表一个“线”。爆破点发出声音(由炸药或其它形式的爆破产生)，地震波到达接收机时接收机或地音探听器记录地震波。声波的距离以及传播时间在每个地音探听器记录，并图形化表示为地震子波。起初，只有模拟数据可用，但是随着计算机时代的发展模拟数据被数字信息取代。对于二维地震解释，地球学家基于实线上子波的特性做出解释，并在线间区域插入信息。

在20世纪70年代，技术进步允许三维地震的使用。地震探测设计为密集网格，且数据可表示为三维卷或立方体。20世纪80年代的计算机改进使在工作站上的三维地震解释成为可能。早期三维地震解释只允许地球学家观测并在垂直截面或者水平切面解释数据。

在石油和天然气工业，三维地震数据集(3D地震数据)由有规律的间隔的数据样本的矩形体组成。数据在二维平面内显示为垂直地震截面或者水平地震切片。依次，垂直地震截面经常相连显示，平坦的平面形成一个穿过感兴趣的三维地质区域的联锁“围栏”。解释者研究多个地震显示以解释位置、地质构造的性质、地层界线、以及很好地规划位置。

缘于现代计算机加速的处理能力，密集的三维地震数据在石油勘探中的使用优于二维地震的使用。卷可视化也已成为主流解释应用中的基本特征。典型地，应用通过使用不同的卷描绘技术将地震卷表现为切片、围栏、壳结构立方体(shell cube)、以及半透明立方体。卷可视化的挑战主要是速度和大小。今天的标准计算机提供比以往的超级计算机更大的计算功率。64位计算机轻易地在存储器中加载几十亿字节的数据，并且计算机群扩展体大小更大。

现今这样加速的计算功率使多个地震卷的可视化成为可能。可视化多个原始卷以及属性卷能够增进它们之间关系的理解并提高石油和天然气可能性的解释。多个卷结合的重要性是众所周知的。

现今的工作站以及可视化技术使解释者在真正逼真的三维环境看到数据，更接近地类似实际的地球表面下的岩石。通过三维卷，在各个方向接近地采样地下地震波动域，导致更准确的结构化且地层学的解释。计算机允许地震卷显示为三维像素(voxel)或体元素，接着绘制为具有不同程度的不透明度，以及通过特定属性算法计算。