[发明专利]针对并行体绘制实现剪切波数据三维可视化的访存方法

说明书

技术领域

本发明涉及可视化技术领域，尤其是涉及一种针对并行体绘制实现剪切波数据三维可视化的访存方法。

背景技术

地震波是目前我们所知道的唯一能够穿透地球内部的波。它是在断层破裂时，使断层两侧的岩石体发生相对移动，并释放出大量的能量。大部分的能量在克服摩擦力而做功，从而转换为热能；而另一部分则以弹性波的形式以震源为中心向四周的地壳传播。其中，伴随着断层两侧岩体快速移动产生的推力而形成的压缩波，被称为P波；沿着断层面相对位移而形成的弹性波被称为剪切波（shear-wave），简称为S波。地震波由震源发出后会通过介质向各个方向传播，在传播过程中还会发生反射、折射和散射。因各种不同的地下矿产资源在构造上都会具有不同的特征属性，因此通过分析在地表上接收到的地震波到达的时间及形态，就能对地下岩层的结构、深度、形态等做出精确推断，从而实现矿产资源的勘察。

由于剪切波只受控于剪切模量和密度结构，且剪切模量的大小与物质的温度的呈指数关系，使得通过对剪切波的研究能帮助科研人员准确了解板块构造、动力学过程以及地震的发震机理等，因此对剪切波的三维可视化能提供更多的地下结构和地球动力学信息，有助于地质勘探、大陆板块、地震解释等领域的发展。

当前对于剪切波的研究主要集中在数据的处理和反演上，对于地震剪切波的解释和阐述主要还是基于定性的结果。然而，目前主要的图像显示都是以二维静态为主，主要应用的软件为GMT（Generic Mapping Tools,Wessel,2012），通过给定层面上的速度大小，在平面上展示每层或者每个剖面上的结果，不能给出整体的三维构架状状态。这对三维的空间展示和认识造成了一定的困难。如果能够定量的给出三维的可视化图像，特别是动态的三维剪切波演化图像，将能在很大程度上增加对大陆形变、动力学演化以及地震孕震机理的认识和理解。

二十世纪八十年代以来，地震数据规模迅速膨胀，由过去的几万道数据，发展到今天的百万道数据。同时研究中使用的地震属性也越来越多。随着可视化技术在地震勘探领域的广泛应用，出现了大量相关可视化研究工作。

Gerald D.Kidd第一次对地震数据进行三维建模通过直接集成的构造方法，结合地层和深度的数据，更加细致的展现了小区域的具体细节，在短时间内提供了更高质量的地震数据诠释。Castanie,L等人针对石油和天然气勘探设计一种体数据漫游系统，通过基于沿体数据和高效体积分的方法对大几千兆的体数据进行积分，并使用通用的多模态体积渲染框架呈现高质量的绘制，最后使用交互式的漫游方法对绘制结果进行显示。Huw James等人则通过加入光照模型对地震数据的显示质量进行了深入研究，在体绘制模型中引入光照模型能将体数据以高光和阴影的方式区分开来，从而吸纳详细的内部结构和数据耦合的空间关系。

虽然三维可视化技术在地震、勘探等领域内已得到广泛应用，但由于传统体绘制算法的复杂及计算量大，且需要研究人员有一定的可视化专业基础，以及需要掌握GPU的硬件特性和渲染绘制编程语言，因此给研究人员利用三维可视化的方法对地震数据进行观测造成了一定的难度，现在的地震领域科研人员任然是依靠多个层面及切面的方式对地震体数据进行分析。早期的基于Cg语言的GPU架构虽然能给体绘制算法带来显著的效率提升，但是GPU的编程模型还是针对纹理数据进行处理，因此在使用该架构进行地震数据可视化时，需要将地震数据先通过特殊的数据结构，根据GPU的硬件架构的限制，开发出只适合该模型的可视化工具。由于可移植性差，且对开发人员要求较高，因此对地震数据的三维可视化的难度上并没有带来多大的改观。

CUDA（统一计算设备）是NVIDIA推出的GPU通用计算产品，它的编程更简单，功能更强大，架构体系也更加适用于GPU通用计算，而基于CUDA实现的三维可视化算法较好地解决了传统GPU加速存在的缺陷，达到了很高的实时交互速度以及不错的绘制质量。但是难点是绘制时基于CUDA架构的访存效率的提升，进而更进一步提高程序的运行效率。

发明内容

本发明针对体数据及光线投射算法的特点，提供一种针对并行体绘制实现剪切波数据三维可视化的访存方法。

本发明的技术方案为一种针对并行体绘制实现剪切波数据三维可视化的访存方法，基于CUDA架构实现剪切波数据三维可视化，所述CUDA架构包括纹理存储器、全局存储器、共享存储器、常量存储器，访存的数据对象包括体数据的三维纹理、体数据和视角矩阵，