CN104849755A - 并行地震数据绘制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种并行地震数据绘制方法，所述方法包括：将屏幕系统的绘制区域分成多个预定大小的绘制子区域；由纹理生成线程逐像素生成多个纹理图像子块，每一所述纹理图像子块对应其中一个所述绘制子区域；由纹理绘制线程将每一所述纹理图像子块绘制至对应的所述绘制子区域，且所有所述纹理图像子块无缝拼接形成纹理图像。本发明通过分块绘制纹理图像，可实现超大纹理图像的绘制，通过逐像素生成纹理图像子块，可在GPU上实现并行实时绘制。

Description

并行地震数据绘制方法

技术领域

本发明涉及石油勘探以及计算机图形学领域，尤其涉及一种并行地震数据绘制方法，该方法可对地震剖面进行精细、多分辨率实时绘制。

背景技术

地震数据尤其是叠加剖面地震数据的可视化处理是地震数据分析的重要辅助手段。野外采集的地震数据经过初步处理后，需要借助于计算机技术以图像的形式显示出来，从而为数据处理员、地质分析人员提供可视化的判断依据，以提高石油勘探的精度和效率。

地震数据均为离散采样，所得采样点按道排列。地震数据的可视化图像主要是以波纹线、变密度的形式绘制。以波纹线形式绘制图像时，传统上是用直线将多个离散采样点连接起来，形成一条波形曲线。为了可视化地表示波形的振幅的正负，需要对波形曲线的某一个方向(例如正向)进行填充，这样就会在地震反射截面处产生较清晰的反射同相轴。当用户缩小图像时，由于现有计算机屏幕的分辨率是有限的，若图像缩小到一定程度，相邻两条波形曲线的间距已经小于一个像素，即使按照该间距为一个像素绘制缩小后的图像，也会导致整个屏幕被全部涂黑。

一般的解决方法是，对地震数据作抽道处理，即每隔n条地震道抽取一条地震道作为代表，并将抽取的地震道绘制成图像。虽然这种方法容易实现，但是绘制图像中会出现假频波形曲线，这种现象会严重干扰分析人员对地质情况的整体把握。

在波纹线绘制过程中，每个像素的亮度主要取决于地震数据对该像素的贡献。当图像缩小到相邻两道之间的距离小于一个像素时，可以通过计算每道、每个采样点对该像素的贡献，来确定该像素的亮度。

这种逐像素绘制波纹线的方法需要大量的计算，普通的多核中央处理器(CentralProcessing Unit，CPU)因此无法实现波纹线的实时绘制。图形处理器(GraphicsProcessing Unit，GPU)能够对屏幕上的像素并行绘制，且现代GPU具有可编程性，因此利用GPU进行通用计算是可能的，但是CPU上的普通并行算法是无法在GPU上运行的。

发明内容

本发明提出一种并行地震数据绘制方法，以克服现有技术中一项或多项缺点。

本发明提出一种并行地震数据绘制方法，所述方法包括：将屏幕系统的绘制区域分成多个预定大小的绘制子区域；由纹理生成线程逐像素生成多个纹理图像子块，每一所述纹理图像子块对应其中一个所述绘制子区域；由纹理绘制线程将每一所述纹理图像子块绘制至对应的所述绘制子区域，且所有所述纹理图像子块无缝拼接形成纹理图像。

一个实施例中，所述方法还包括：响应用户对所述纹理图像的放大或缩小操作，所述纹理生成线程和所述纹理绘制线程重新绘制纹理图像。

一个实施例中，在所述由纹理生成线程逐像素生成多个纹理图像子块，每一所述纹理图像子块对应其中一个所述绘制子区域的步骤中：相邻的所述纹理图像子块的边缘重叠2m个像素，其中，m为整数，且m≥1。

一个实施例中，在所述由纹理绘制线程将每一所述纹理图像子块绘制至对应的所述绘制子区域，且所有所述纹理图像子块无缝拼接形成纹理图像的步骤中：在所述纹理图像子块的边缘上少绘制m个重叠的像素。

一个实施例中，所述由纹理生成线程逐像素生成多个纹理图像子块，每一所述纹理图像子块对应其中一个所述绘制子区域的步骤包括：计算得到所述绘制子区域中的一像素所覆盖的地震道和采样点；根据所述地震道中的所述采样点重建地震波形；对所述地震波形进行正向或负向填充；计算所述地震波形对所述像素的颜色贡献值；将所述颜色贡献值进行累加，生成所述像素的亮度值。

一个实施例中，响应用户对所述纹理图像的放大或缩小操作，所述纹理生成线程和所述纹理绘制线程重新绘制纹理图像的步骤包括：响应于所述放大或缩小操作，所述纹理绘制线程对所述纹理图像进行放大或缩小，同时激发所述纹理生成线程重新生成纹理图像子块；纹理生成线程根据所述放大或缩小操作生成放大或缩小后的纹理图像子块；纹理绘制线程将所述放大或缩小后的纹理图像子块绘制至所述绘制子区域。

一个实施例中，所述可视化方法基于GPU。

一个实施例中，在由纹理绘制线程将每一所述纹理图像子块绘制至对应的所述绘制子区域之前，所述方法还包括：将所述纹理图像子块缓存于一显卡。

一个实施例中，所述屏幕系统为多屏幕系统。

一个实施例中，所述将屏幕系统的绘制区域分成多个预定大小的绘制子区域的步骤包括：根据预定大小的绘制子区域计算所述绘制子区域的数目n，其中n为整数，且n≥1；将所述绘制区域分成n个所述预定大小的绘制子区域。

本发明实施例，基于GPU的特点，通过逐像素生成纹理图像的方法，可以在GPU上实现并行实时绘制。本发明实施例通过纹理绘制线程直接响应用户操作，具有较快的响应速度。本发明实施例中，根据屏幕上的绘制子区域将纹理图像分块，并且保持纹理图像子块边缘的连续性，能够克服现有显卡对纹理图像的最大范围所作的约束，从而解决多屏幕形成的超大纹理图像的绘制问题。本发明实施例利用具有不同亮度值的波纹线绘制纹理图像，可以实现对纹理图像的精细绘制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1为本发明一实施例的并行地震数据绘制方法的流程示意图；

图2为本发明一实施例的并行地震数据实时绘制方法的流程示意图；

图3为本发明一实施例中响应用户操作的实时绘制方法的流程示意图；

图4为本发明一实施例中屏幕上绘制区域的分块方法的流程示意图；

图5A为本发明一实施例中纹理图像分块的结构示意图；

图5B为图5A中部分重叠像素的结构示意图；

图5C为图5A中纹理图像子块覆盖绘制子区域的结构示意图；

图6本发明一实施例的基于“推”策略的纹理图像子块的生成方法的流程示意图；

图7A为本发明一实施例的基于“推”策略的纹理图像中波纹线的绘制方法的示意图；

图7B为图7A中地震波形影响像素颜色值的示意图；

图8本发明一实施例的基于“拉”策略的纹理图像子块的生成方法的流程示意图；

图9为本发明一实施例的基于“拉”策略的纹理图像中波纹线的绘制方法的示意图；

图10为本发明一实施例中像素亮度值的计算方法的流程示意图；

图11A-11H为依据本发明一实施例的绘制方法所绘制的二维纹理图像的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

本发明实施例的并行地震数据绘制方法是一种多线程、分块、并行绘制方法。基于纹理图像分块缓存机制的多线程并行绘制框架，首先将波纹线形式的纹理图像绘制到缓存中，然后再将纹理图像绘制到屏幕。该绘制方法利用纹理生成线程在后台生成纹理图像，利用纹理绘制线程在前台将该纹理图像绘制至屏幕。纹理生成线程和纹理绘制线程可以并行进行，多个纹理生成线程或多个纹理绘制线程也可并行进行。

如图1所示，本发明实施例的并行地震数据绘制方法包括步骤：

S101：将屏幕系统的绘制区域分成多个预定大小的绘制子区域；

S102：由纹理生成线程逐像素生成多个纹理图像子块，每一所述纹理图像子块对应其中一个所述绘制子区域；

S103：由纹理绘制线程将每一所述纹理图像子块绘制至对应的所述绘制子区域，且所有所述纹理图像子块无缝拼接形成纹理图像；

在一实施例中，如图2所示，利用本发明实施例的并行地震数据绘制方法实时绘制纹理图像时，该绘制方法还包括步骤：

S104：响应用户对所述纹理图像的放大或缩小操作，所述纹理生成线程和所述纹理绘制线程重新绘制纹理图像。

本发明实施例的并行地震数据绘制方法不仅可以基于GPU实现实时绘制，还可以实现超大纹理图像的绘制。

一个实施例中，如图3所示，上述步骤S104可包括：

S301：响应于所述放大或缩小操作，所述纹理绘制线程对所述纹理图像进行放大或缩小，同时激发所述纹理生成线程重新生成纹理图像子块；

S302：纹理生成线程根据所述放大或缩小操作生成放大或缩小后的纹理图像子块后，通知所述纹理绘制线程；

S303：纹理绘制线程将所述放大或缩小后的纹理图像子块绘制至所述绘制子区域。

由于生成纹理图像所占用的绘制资源要远远大于将纹理图像绘制到屏幕所占用的绘制资源，所以，本发明实施例中的实时绘制方法，通过纹理绘制线程直接放大或缩小纹理图像，可给用户带来纹理图像绘制响应快速的体验，通过纹理生成线程重新生成纹理图像，又能及时提供绘制效果更好的纹理图像。

在步骤S103之前，由纹理生成线程所生成的纹理图像子块将被缓存起来，以待纹理绘制线程将其绘制至屏幕上对应的绘制子区域。当基于GPU绘制纹理图像时，上述纹理图像子块被缓存至显卡；当基于CPU绘制纹理图像时，上述纹理图像子块被缓存至内存。

在上述步骤S101中，本发明实施例中的屏幕系统可以包括一个显示屏幕、多个显示屏幕或一个屏幕中的多块显示区域。屏幕系统的绘制区域中包含多个像素，通过对这些像素填充不同亮度值的颜色可以绘制出不同的纹理图像。

本发明实施例中，绘制子区域可以是各种大小的矩形区域。较佳实施例中，绘制子区域的大小可以是512像素×512像素或1024像素×1024像素。

一个实施例中，如图4所示，将该屏幕系统的绘制区域分成多个预定大小的绘制子区域的方法可包括步骤：

S401：根据预定大小的绘制子区域计算所述绘制子区域的数目n，其中n为整数，且n≥1；

S402：将所述绘制区域分成n个所述预定大小的绘制子区域。

图5A为本发明一实施例中纹理图像分块的结构示意图。如图5A所示，屏幕的绘制区域110被两条中心线123分为四个绘制子区域111A、111B、111C、111D，每个绘制子区域111A、111B、111C、111D可单独进行绘制。

在上述步骤S102中，每一纹理图像子块用于覆盖至相应一个绘制子区域，所有纹理图像子块与所有绘制子区域一一对应，以在屏幕上绘制一幅完整的纹理图像。

在采用显卡绘制纹理图像的过程中，生成纹理图像时，由于采用双线性插值的方法在相邻纹理图像子块的像素之间进行平滑滤波，所以相邻纹理图像子块的边界处会产生不连续，人眼对这种不连续非常敏感。本发明实施例通过使相邻的纹理图像子块之间重叠部分像素来克服这一缺点。

本发明实施例中，使纹理图像子块的尺寸略大于绘制子区域的尺寸(如图5A和5C所示)。将上述纹理图像子块对应至上述绘制子区域后，相邻两个纹理图像子块的边缘将重叠2m个像素(m为整数，且m≥1)。

之后，在上述步骤S103中，利用纹理绘制线程将上述纹理图像子块绘制至绘制子区域时，并在相邻纹理图像子块的边缘少绘制m个像素。如此一来，相邻纹理图像的边界之间可平滑过渡，从而所有纹理图像子块可被无缝拼接在一起，形成视觉效果较佳的纹理图像。

如图5A和5B所示，四块纹理图像子块121A、121B、121C、121D分别可对应覆盖四个绘制子区域111A、111B、111C、111D中的一个。以纹理图像子块121B为例，纹理图像子块121B的一个边缘与纹理图像子块121A的一个边缘相邻，上述两相邻边缘重叠两个像素；纹理图像子块121B另有一个边缘与纹理图像子块121D的一个边缘相邻，上述两相邻边缘也重叠两个像素。如图5A所示，纹理图像子块的像素重叠区域122以中心线123中心对称。

本发明实施例中，上述重叠像素的个数不作限定，较佳为2个、4个、或6个。若重叠像素太多，纹理图像子块的尺寸太大，会导致绘制资源的浪费，降低绘制系统的整体效率。

一个实施例中，如图6所示，在上述步骤S102中，在CPU中，通过“推”的策略逐道逐采样点生成纹理图像，该策略将计算结果“推”到每一个受影响的像素，包括步骤：

S601：将每个地震道绘制成波纹线(地震波形)；

S602：计算每个地震波形正向或负向填充后所覆盖的像素，如果该地震波形落在一个像素内，则计算该地震波形对该像素的颜色贡献值；

S603：累加所有地震波形对该像素的颜色贡献值，将所得到的总颜色贡献值作为该像素的亮度值。

图7A为本发明一实施例的基于“推”策略的纹理图像中波纹线的绘制方法的示意图；图7B为图7A中地震波形影响像素颜色值的示意图。如图7A和7B所示，多个采样点211形成的地震道201被绘制成一条地震波形231，对该地震波形231进行正向填充。计算受地震波形231影响的像素221，共有6个(如图7B所示)。将地震波形231投影至像素221，计算地震波形231对像素221的颜色贡献值。累加所有地震波形对像素221的颜色贡献值，从而得到像素221的亮度值。

通过上述“推”的策略，在CPU中可以实现纹理图像的基本绘制，但不能进行实时绘制。此外，在GPU的并行计算过程中，每个像素的计算都是孤立的，并且GPU的显存空间有限，无法将地震数据全部放入GPU中进行计算，因此，该“推”的策略无法在GPU上实施，具有很大的局限性。

一个实施例中，如图8所示，针对GPU的计算特点，可以通过“拉”的策略，由纹理生成线程逐像素生成纹理图像子块，该方法包括步骤：

S801：计算得到所述绘制子区域中的一像素所覆盖的地震道和采样点；

S802：根据所述地震道中的所述采样点重建地震波形；

S803：对所述地震波形进行正向或负向填充；

S804：计算所述地震波形对所述像素的颜色贡献值；

S805：将所述颜色贡献值进行累加，生成所述像素的亮度值。

本发明实施例中，纹理图像子块的生成过程是逐像素进行的。在该过程中，将每个像素的覆盖范围从像素空间映射到道集空间，计算每个像素覆盖的地震道道集和采样点范围。一个像素所对应的地震道和采样点是全部剖面数据的一个子集，将这个子集按照波形正向或负向填充，计算该子集中每个填充后的地震波形对该像素的颜色贡献，累加该子集中所有地震波形对该像素的颜色贡献值，得到该像素的最终颜色值。

图9为本发明一实施例的基于“拉”策略的纹理图像中波纹线的绘制方法的示意图，如图9所示，像素321共覆盖两个地震道301、302，两个地震道301、302中的12个采样点311对像素321有贡献。计算得到12个采样点311后，重建基于这些采样点311的地震波形331、332，并对地震波形331、332进行正向进行填充，计算地震波形331、332的覆盖范围以及其对像素321的颜色贡献值，最后，累加地震波形331和地震波形332对像素321的颜色贡献值，得到像素321的亮度值。逐个计算屏幕上绘制子区域中像素的亮度值，便可生成纹理图像子块。

本发明实施例中“拉”的策略，针对每个像素单独计算其亮度值，能够在GPU中的快速并行实现，再辅以并行分块绘制的方法，不仅可以将地震数据绘制成纹理图像，还可以达到实时绘制的目的。

在GPU的像素着色器中，如图10所示，像素亮度值的具体计算方法可包括步骤：

S1001：将像素从屏幕坐标转换到世界坐标：W＝P^-1*M^-1*S，其中P^-1为投影矩阵逆矩阵，M^-1为模型矩阵逆矩阵，S为像素在屏幕坐标中的位置，W为像素对应的世界坐标；

S1002：将像素的世界坐标W的格子G均匀划分成16×16个小格子G_i，并置每个小格子G_i＝0；

S1003：计算与像素的世界坐标W相交的波纹线，并将这些波纹线的覆盖范围与G_i做相交测试，如果小格子G_i被覆盖，则置G_i＝1(G_i的值为像素中的灰度百分比)；

S1004：计算格子G中数值为1的小格子G_i的个数，并将该数目置为当前像素的亮度值： $L=\underset{i=1}{\overset{256}{\mathrm{\Σ}}}{G}_i.$

图11A-11H为依据本发明一实施例的绘制方法所绘制的二维纹理图像的示意图。其中，每个纹理图像子块的大小为512像素×512像素。从图11A到图11H依次显示逐渐缩小的纹理图像。当相邻两个地震道之间的距离小于一个像素时，纹理图像中波纹线的绘制结果逐渐呈现成类似于变密度的绘制效果。并且，屏幕上图像子块与图像子块之间看不出缝隙。

本发明实施例以波纹线的形式将数据体绘制成可视化图像。该数据体可以是多种不同的数据集合，例如地震数据。本发明实施例的绘制方法可以基于多种不同计算系统，例如，GPU或CPU。绘制结果可以是二维图像。

本发明实施例通过逐像素生成纹理图像的方法，可以在GPU上实现并行实时绘制。而且，在一次纹理图像生成之后，可以多次绘制，降低纹理图像像素的计算代价，提高绘制效率。

本发明实施例中，纹理生成线程在后台运行负责生成纹理图像，纹理绘制线程负责用户的交互以及对用户的响应，并将纹理图像绘制到屏幕，具有较快的响应速度。

本发明实施例中，根据屏幕上的绘制子区域将纹理图像分块，并且保持纹理图像子块边缘的连续性，在纹理生成线程中将数据绘制到纹理块中，然后再将纹理图像绘制到屏幕上，该绘制方法能够克服现有显卡对纹理图像的最大范围所作的约束，从而解决多屏幕形成的超大纹理图像的绘制问题。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种并行地震数据绘制方法，其特征在于，所述方法包括：

将屏幕系统的绘制区域分成多个预定大小的绘制子区域；

由纹理生成线程逐像素生成多个纹理图像子块，每一所述纹理图像子块对应其中一个所述绘制子区域；

由纹理绘制线程将每一所述纹理图像子块绘制至对应的所述绘制子区域，且所有所述纹理图像子块无缝拼接形成纹理图像。

2.如权利要求1所述的并行地震数据绘制方法，其特征在于，所述方法还包括：

响应用户对所述纹理图像的放大或缩小操作，所述纹理生成线程和所述纹理绘制线程重新绘制纹理图像。

3.如权利要求1所述的并行地震数据绘制方法，其特征在于，在所述由纹理生成线程逐像素生成多个纹理图像子块，每一所述纹理图像子块对应其中一个所述绘制子区域的步骤中：

相邻的所述纹理图像子块的边缘重叠2m个像素，其中，m为整数，且m≥1。

4.如权利要求3所述的并行地震数据绘制方法，其特征在于，在所述由纹理绘制线程将每一所述纹理图像子块绘制至对应的所述绘制子区域，且所有所述纹理图像子块无缝拼接形成纹理图像的步骤中：

在所述纹理图像子块的边缘上少绘制m个重叠的像素。

5.如权利要求1至4任一项所述的并行地震数据绘制方法，其特征在于，所述由纹理生成线程逐像素生成多个纹理图像子块，每一所述纹理图像子块对应其中一个所述绘制子区域的步骤包括：

计算得到所述绘制子区域中的一像素所覆盖的地震道和采样点；

根据所述地震道中的所述采样点重建地震波形；

对所述地震波形进行正向或负向填充；

计算所述地震波形对所述像素的颜色贡献值；

将所述颜色贡献值进行累加，生成所述像素的亮度值。

6.如权利要求2所述的并行地震数据绘制方法，其特征在于，响应用户对所述纹理图像的放大或缩小操作，所述纹理生成线程和所述纹理绘制线程重新绘制纹理图像的步骤包括：

响应于所述放大或缩小操作，所述纹理绘制线程对所述纹理图像进行放大或缩小，同时激发所述纹理生成线程重新生成纹理图像子块；

纹理生成线程根据所述放大或缩小操作生成放大或缩小后的纹理图像子块；

纹理绘制线程将所述放大或缩小后的纹理图像子块绘制至所述绘制子区域。

7.如权利要求1所述的并行地震数据绘制方法，其特征在于，所述可视化方法基于GPU。

8.如权利要求7所述的并行地震数据绘制方法，其特征在于，在由纹理绘制线程将每一所述纹理图像子块绘制至对应的所述绘制子区域之前，所述方法还包括：

将所述纹理图像子块缓存于一显卡。

9.如权利要求1所述的并行地震数据绘制方法，其特征在于，所述屏幕系统为多屏幕系统。

10.如权利要求1所述的并行地震数据绘制方法，其特征在于，所述将屏幕系统的绘制区域分成多个预定大小的绘制子区域的步骤包括：

根据预定大小的绘制子区域计算所述绘制子区域的数目n，其中n为整数，且n≥1；

将所述绘制区域分成n个所述预定大小的绘制子区域。