CN102160087B - 用于实时可视化多卷数据集的方法及系统 - Google Patents

Abstract

用于可视化多个三维数据的卷的方法及系统。显卡用于三维像素(voxel)混合，像素混合以及图像混合，实时生成三维数据的最终结合的图像。

Description

用于实时可视化多卷数据集的方法及系统

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。 

收集并处理地震数据以制作包括“三维像素”或卷元素的三维卷数据集，凭此每个三维像素可通过它的八角之一或中心的x，y，z坐标确认。每个三维像素也表示一个与一些量过的或计算而得的特定位置的物理特性有关的数字的数据值(属性)。地质地震数据值的例子包括振幅、相位、频率以及相似性。不同的数据值存储于不同的三维卷数据集，其中每个三维卷数据集表示不同的数据值。使用多个数据集时，对于同样的地理空间，每个数据集的数据值可表示不同的物理参数或特性。举例来说，多个数据集可能包括地震卷、温度卷、以及水饱和度卷。在地震卷中，三维像素可表示为(x，y，z，地震振幅)形式。在温度卷中，三维像素可表示为(x，y，z，℃)形式。在水饱和度卷中，三维像素可表示为(x，y，z，％饱和度)。由这些卷每一个中的三维像素确定的物理或地理空间是一样的。尽管如此，对于任何特殊的空间位置(x₀，y₀，z₀)，地震振幅包含在地震卷内，温度在温度卷内，以及水饱和度在水饱和度卷内。为了分析一定的地表下面的地质结构，有时称为“特征”或“事件”，来自不同三维卷数据 集的信息可单独成像以分析特征或时间。 

地球学家检查地震数据以确认通常表示岩层(horizons)的连续反射，以及表示断层或能够捕获烃类的其他结构成分的间断的反射。如“亮点”这样的岩层中的异常经常表明石油或天然气的存在。 

软件技术允许解释者使用多种工业标准算法计算地震卷上的属性。目的是提取关于可确认烃类的地震岩层(horizon)的信息。例如，属性可包含地震数据的时间、振幅、频率、以及衰减信息。地球学家选择算法以及计算地震数据以揭示那些不然仍然会模糊不清的感兴趣的区域。一些普通的属性计算测量频率、相位、方位角、倾斜方位角、以及边缘检测。带通滤波只允许被选择的频率通过计算窗口。近来，算法也测量地震数据的谱分解。 

在可视化中多个卷的使用是烃类探测以及生产运作的主导趋势之一。可视化能够合并来自多个三维探测以及时移四维地震探测的信息为单一的显示。关于可视化多个三维卷数据集有若干方式。最简单的方式是分开显示来自每个数据集的相应显示，用耦合的光标连接视角。另一种方式是结合多个数据集为单一的显示。同样地，相干性以及振幅卷能够通过凹凸映射结合，其中，每个像素的色度由反射振幅控制，明暗(凸点效果)由相干值控制。数据动画可显示四维时移序列；这种技术对于油藏仿真(reservoir simulation)特别有效，导致随时比较地震数据、油藏流体、以及测井曲线中的变化。 

习惯地，软件在分开的窗口显示每个卷。这种方式使得分析相干性以及卷间关系困难。利用卷的叠加以及结合使解释数据更简单。 

有关怎样利用基于卷的技术计算、控制、以及解释卷属性的方法在有本领域是已知的，对于油藏允许解释以定量估算岩石以及流体性质。对石油和天然气数据可视化结合多个卷，以及利用可视化过程中多个属性和学科帮助地球学家根据地质以及岩石物理信息 的经验关联分类油藏。 

现代软件应用允许多地震卷的同步使用。例如，解释者可以看标准时间域地震卷的同时观察间断卷内的同样的数据。多个卷解释的概念使地球学家迅速地以更大的准确性和速度解释大的数据域。 

二维绘画程序中的“模板”示例结合多个卷先前已存在。包括RGBA颜色、不透明度、以及亮度的三种可能的方式已用于定义传递函数。每个卷可与传递函数的这三种形式中的一种有关，且图层在片级(fragment level)结合。每个图层的传递函数独立地预先集成，是复合的。 

除石油与天然气勘探之外，其他领域，特别是医学，大大地有助于多卷绘制研究。放射治疗计划包含三个卷：计算机断层扫描(CT)卷、剂量卷、以及分段对象卷。然后提供了光纤投射方向卷绘制。已确认了数据混合的三级：成像级，积累，照度(illumination)混合。正电子发射层析成像(PET)、CT、以及磁共振成像(MRI)医疗卷的结合先前已存在。也已使用光线投射卷绘制。这样的应用结合切割技术以及数据混合技术。 

过去的十年，三维制图计算功率以及现成的显卡内主板上的存储器维持迅速的发展。图形处理器(GPU)的可编程性开拓了为了提高性能和质量移动中央处理器(CPU)的一些算法到GPU的可能性。例如，属于Landmark Graphics公司，且通过引用并入于此的美国专利NO.7,298,376(“‘376专利”)，使用显卡实时协同绘制多个属性卷作为一个增强图像。然而，这种技术受限于用于通过凹凸映射执行像素混合的特定算法。 

本领域用于在单一的显示中成像多个三维卷数据集的其它的技术已有发展，尽管如此，不无相当的限制。例子包括Jack Lee在The Leading Edge上发表的称为“Constructing Faults from Seed Picks by Voxel Tracking”的技术。这种技术在单一的显示中结合两个三维卷数据集，由此限制每个原始256-值属性在全部256-值范围的128值之内。因此显示的分辨率明显地降低，由此限制区分一定的事件或特征与其余数据的能力。另一个传统的方法通过使一些数据值比其它的更透明，结合包含两种不同的属性的两个三维卷数据集的显示。在多于两种属性结合时，这种技术变得站不住脚。 

属于Landmark Graphics公司并通过引用并入于此的美国专利NO.6,690,820说明了另一种用于在相同图像内结合两个不同的三维卷数据集的技术。这项专利描述了一种用于通过对比第一以及第二三维卷数据集中的每一个与预先选择的数据值范围或标准，在单一的增强的三维卷数据集内结合表示第一属性的第一三维卷数据集与表示第二属性的第二三维卷数据集。对于每个数据值满足标准的地方，在增强的三维卷数据集内符合各自数据值的位置插入最初选择的数据值。对于每一个数据值不满足标准的地方，在增强的三维卷数据集内符合各自数据值的位置插入其次选择的数据值。最初选择的数据值与第一属性有关，其次选择的数据值与第二属性有关。作为结果的图像是包括最初的第一三维卷数据集以及第二三维卷数据集的结合或混合的增强的三维卷数据集。结果，需要生成增强的三维卷数据集的额外的处理环节引起解释延迟以及性能减缓。进一步地，这个预先处理技术因“损耗”影响而受损，使得为了成像另一地震属性来自一个地震属性的数据受损。结果，有明显的数据可视化的丢失。 

因此有实时成像多个三维卷数据集为一个最终结合图像的替代技术的需求，不受限于用于混合三维像素、像素、与/或图像的特定算法。 

发明内容

本发明通过提供用于实时可视化多个三维卷数据集的方法及系统满足上述需要，并克服先前技术的一个或多个缺陷。 

在一个实施方案中，本发明包括一种用于将多个三维卷数据集为成像最终图像的方法包括(i)选择多个表示不同属性卷的三维卷数据集；(ii)通过数据混合来处理每个属性卷，以形成第一结合属性卷或第一多个相应属性卷；(iii)利用显卡对第一结合属性卷或第一多个相应属性卷进行取样或插值；(iv)利用显卡通过三维像素混合来处理第一结合属性卷或第一多个相应属性卷，形成第二结合属性卷或第二多个相应属性卷；(v)利用显卡对第二结合属性卷或第二多个相应属性卷进行颜色映射和过滤；(vi)利用显卡通过像素混合来处理第二结合属性卷或第二多个相应属性卷，以形成第三结合属性卷或第三多个相应属性卷；及(vii)利用显卡通过图像混合来处理第三结合属性卷或第三多个相应属性卷，以形成最终图像。 

在另一个实施方案中，本发明包括一种具有计算机执行指令的可读媒介，用于将多个三维卷数据集成像为最终图像。指令时可执行的以实施(i)选择多个表示不同属性卷的三维卷数据集；(ii)通过数据混合来处理每个属性卷，以形成第一结合属性卷或第一多个相应属性卷；(iii)利用显卡对第一结合属性卷或第一多个相应属性卷进行取样或插值；(iv)利用显卡通过三维像素混合来处理第一结合属性卷或第一多个相应属性卷，以形成第二结合属性卷或第二多个相应属性卷；(v)利用显卡对第二结合属性卷或第二多个相应属性卷进行颜色映射和过滤；(vi)；利用显卡通过像素混合来处理第二结合属性卷或第二多个相应属性卷，以形成第三结合属性卷或第三多个相应属性卷；及(vii)利用显卡通过图像混合来处理第三结合属性卷或第三多个相应属性卷，以形成最终图像。 

另一方面，从下面各种实施方案以及相关图的描述，本发明的实施方案以及优点对本领域的技术人员将显而易见。 

附图说明

专利或申请文件包括至少一幅彩色制作的图。本专利或 专利申请公开的有彩图的副本，将根据请求以及必要的费用的支付由美国专利及商标局提供。 

以下参照附图描述本发明，其中： 

图1是说明多个三维数据对象的显示的彩图； 

图2A是说明一种传统的用于可视化单一三维卷数据集的方法的流程图； 

图2B是说明用于实施本发明的方法的一种实施方案的流程图； 

图3是说明用于实施本发明的系统架构的一种实施方案的结构图； 

图4是说明根据本发明的图像混合的一种示范的显示的彩图； 

图5是说明根据本发明的多个三维卷数据集的一种示范的显示的彩图； 

图6是说明用于实施本发明的软件程序的一种实施方案的框图。 

具体实施方式

本发明的内容参照一定的优选的实施方案描述，尽管如此，旨不再限制本发明的范围。这样，申请的内容也可以其他方式体现，以包括不同的步骤，或步骤的结合，类似在此以及其他技术所描述的。尽管“步骤”一词可用于此以描述不同使用方法的要素，该词不应被解释为暗指任何特定的在此公开的各种步骤之中或之间的顺序，除非除此之外通过描述明确地限制为特定的顺序。 

现在参考图1，显示100说明多个三维数据对象，例如卷围栏102、卷切片104，卷箱子106、以及半透明立方体108那样，已卷绘制。每个三维数据对象是包括地震数据的三维卷数据集的处理结果，尽管如此，也可以包括其他数据的形式。卷箱子106仅显示立方 体的六个面且内空。用于这种卷可视化的形式的典型方式是将本领域众所周知的可视化技术二维或三维纹理映射应用到显示100。由于图形存储器的考虑，二维纹理用于围栏102、切片104以及箱子106。三维卷数据集大小可以是几十亿字节，这样整个卷必须被分为更小的卷以装入图形存储器，用于三维纹理。因此，对于围栏102、切片104、或箱子106使用三维纹理不是有效且实用的。对于三维数据对象纹理确认后，提供用作颜色查询以及传递函数的颜色表110。 

现在参考图2A，说明一种用于可视化单一三维卷数据集并生成多个如图1说明的那些三维数据对象的传统方法200的流程图。获取原始地震数据以及其他数据形式(例如长数据)后，必须处理，并且/或者与任何相应的信息，例如世界坐标，存储在数据库中。 

在步骤202中，存储的数据从数据库取出，作为三维卷数据集(卷数据模型)。 

在步骤204中，实施采样或插值，因为根据卷图形(例如切片)的几何形状，数据(三维像素)趋向于像素。此步骤在三维像素域实施，但不在图像域。本领域众所周知的依赖纹理可与像素着色器使用，以执行本步骤。可使用两种纹理：一种用于卷数据模型，一种用于颜色表。转换二维(或三维)纹理查询为第一纹理映射的像素着色器，生成用于第二纹理查询的纹理坐标。这种线性纹理过滤的形式是与用于在典型的地震数据可视化中采样或插值同样的操作，能够产生高质量的地震数据的可视化。 

在步骤206中，颜色表作为颜色映射以及过滤。颜色表的alpha通道可用于为卷数据模型指定显示范围。 

在步骤208中，产生包括任意一个图1说明的三维数据对象的最终图像。方法200使用GPU执行步骤204、206以及208。 

现在参考图2B，说明用于为可视化通过处理多个三维卷数据集实施本发明的一种方法210的实施方案的流程图。获取原始地 震数据以及其他数据形式后，必须处理并且/或者与任何相应信息存储数据库中。处理以及计算这些原始数据后，可生成其他卷数据。 

在步骤212中，存储的数据从数据库取出作为多卷。方法210实施四个不同的混合级(步骤)到多卷：数据混合，三维像素(voxel)混合，像素混合以及图像混合。优选用于方法210的基于纹理的卷可视化技术的使用用于卷绘制。 

在步骤214中，来自步骤212的多卷能够通过使用用于数据混合的特定等式结合为单一卷，例如计算两个时移(四维)地震探测间的不同。在此步骤能够计算并生成新的卷；例如，可从图4说明的振幅卷提取相位或频率。图4中，频率属性图像408以及相位属性图像410从地震数据的振幅卷提取。数据混合也能够在数据形式(例如，地震数据或测井曲线数据)级生成新的相应卷。因为处理以及计算典型地非常复杂且耗时，从初始解释过程分别准备。能够实时计算并生成一些属性，例如相位、频率、以及反射，但它们的算法仍然复杂。因此，对于方法210的这个步骤，数据混合的这种形式不放入GPU。不管怎样，移动这些算法中的一些到GPU有益于其他应用的实施以及可视化。 

另一个数据混合的形式是关于有不同的本地坐标系和尺寸的卷。在步骤212使用主要卷以确定几何形状以及坐标系。次要卷必须转换到与主要卷同样的坐标系。因为这种转换的形式要求广泛的科学领域知识，最好在步骤214图3说明的系统架构外施行。尽管如此，这种数据混合能够在图3的主要卷模型或次要卷模型内施行。该系统架构提供效用以帮助确定次要卷模型与主要卷模型间的关系，实施转换用的采样以及插值。 

在步骤216中，为采样或插值实施本领域众所周知的线性纹理过滤。在那以后，三维像素的数量不同于最初的卷内三维像素的数量。 

在步骤218中，能够通过使用特定的算法结合多卷，或可直接穿过到下一步骤。像素着色器能够在纹理化后实现三维像素混合。以下是示范的Cg程序，对于三维像素混合，显示此步骤中两个卷的不同：Float vol1＝tex2D(image1，IN.texCoord).x；Float vol2＝tex2D(image1，IN.texCoord).x；float intermix＝vol1-vol2；Cg是可由 

得到的程序语言，尽管如此，可用其他程序语言，例如，Open GL GLSL以及Direct 3D HLSL这样的本领域众所周知的。在此步骤使用tex2D例行程序，尽管如此tex3D例行程序可用于三维纹理或基于纹理的卷绘制。对于三维像素混合，在此步骤可执行更复杂的等式以及用于过滤出数据的条件语句。 

在步骤220中，相关颜色表用于映射与/或过滤三维像素至像素。颜色表作为颜色查询以及传递函数。一个示范的Cg语句是“float4 pixel＝tex1 D(colormap，index)”变量“colormap”是颜色表的纹理，“index”是三维像素。 

在步骤222中，与每个卷有关的像素能够通过等式结合。OpenGL等式，例如调制、印花(decal)、以及增加等。另一个流行的像素混合技术是凹凸映射，发射光由卷控制。这种技术(凹凸映射)在‘376专利中进一步描述。像素着色器的使用使得许多等式以及条件语句能够在像素、红、绿、蓝或alpha域内实施。 

在步骤224中，绘制(显示)最终图像，或在绘制最终图像前，方法210可进行至下一步骤226。因此绘制最终图像作为混合步骤(214，218，222，226)或者混合步骤的任意结合中任意一个的结果。 

在步骤226中，图像混合用于结合与每个卷有关的图像。图像混合结合卷图像(例如多个三维卷数据集)的图层，并实施OpenGL混合功能。在图4中，例如，四个地震数据的卷切片根据步骤226在图像混合的显示400中结合在一起。振幅卷是基础卷。反射属性图像406、频率属性图像408以及相位属性图像410完成四个卷切片在显示400内的结合。如虚线所示，反射属性图像406、频率属性图像408以及相位属性图像410彼此叠加以形成结合图像412。每个卷切片有一个相应的颜色表，能够利用接口402编辑。每个卷切片也有自己的操作器，这样卷切片能够调整大小以及移动。利用三维图形，能够轻易地创造并操作多卷图像，并伴随高的表现效果。快速显示能力是GPU直接地处理图像绘制的结果。 

四个混合步骤可通过基于java的图形工具在图3说明的系统架构中实现。Cg用作GPU程序语言并描述基本结构。此系统架构概念上允许无限的卷的使用，以及使用一种不同的方法完成混合的四步骤。因此图3的系统架构需求指定方法210的每个混合步骤214、218、222、226的灵活性以及可扩展性。除了典型的卷图形(卷围栏，卷切片，卷箱子，以及不透明立方体)，系统架构也支持将来的卷图形以及任何解释者或地球学家指定的尖端算法。系统架构允许的速度以及灵活性允许地球学家或解释着用多卷试验，以做出关于他们的解释的快速且准确的决定。 

在图3中，图形对象进入下级卷(主要卷模型以及次要卷模型)，然后创造相应的纹理。主要卷模型用于指定图形对象的几何图形。几何图形以及卷都在索引间隔上的本地坐标系内。对于主要卷模型、次要卷模型、以及多卷状态，混合的四级通过软件确定并控制。卷体状态软件包括多个纹理状态输入，管理多纹理参数。如果使用GPU着色器，那么着色器分派在多卷状态软件内，并控制图形硬件。多卷状态软件简单地作为着色器的传递者。纹理着色器模型是确定用于卷可视化的纹理着色器的软件接口，包括多卷可视化。 

现在参考图5，根据本发明说明的三维卷数据集的示范 显示500。显示500包括允许地球学家访问实际石油及天然气数据库并完成标准化工作流程的对话框502。对话框502包括通过形式的数据库访问多个卷的数据选择器504。实施大部分典型的地震卷可视化的特征。显示500也包括叠加图像506以及转换视角图像508，是本发明的原型特征。为分析以及对比说明基础三维卷数据集510的图像。 

显示500说明本发明的灵活性，在运行时间，对于在任意步骤的定制的混合，使算法的选择或创造成为可能，以生成三维卷数据集的结合的二维或三维图像，例如，叠加图像506以及转换视角图像508等。换句话说，利用GPU处理三维像素混合、像素混合以及图像混合允许在运行时间算法的选择和创造，以利用混合步骤中的一个或多个生成多个卷的结合图像。 

叠加特征，例如，使用三维像素混合以及像素混合创造“习惯(custom)”叠加。在此实施方案，在着色器中，多卷作为输入变量。主要卷以及次要卷可选。对于输入卷文本对话框允许地球学家写等式。两个颜色表与主要卷以及次要卷有关：在像素混合步骤提供“颜色”以及“灰度”叠加。“颜色”叠加使用特定的颜色表，“灰度”叠加使用灰度级颜色表。像素混合与OpenGL调制一样，C＝C_p1C_p2，A＝A_p1A_p2，其中p1是主要卷的像素，p2是次要卷的像素。为了给出最大的灵活性，所有Cg库与语句都是权威的。最终输出是进入次要卷的颜色表的索引，颜色表的alpha能够用于过滤出数据。另一个叠加的实施方案使用凹凸映射像素混合，在‘376专利中进一步的描述。次要卷用于创造倾斜凹凸映射。 

如图5中转换视角图像508说明的，转换视角特征使用图像混合以结合多卷为单一图像。因此转换视角图像508相当于图4中的结合(叠加)图像412。二者都表示转换视角特征。 

因此本发明提供高速绘制以及灵活性的优点，具有这些优点解释者能够操作不同的卷的显示并调整其大小。作为允许GPU处 理大部分混合过程的结果，卷能够计算并即时生成显示且实时，意味着以至少12帧每秒的帧率。这使地球学家迅速地分析大量数据并同步地比较多个卷以验证他们的解释成为可能。也允许地球学家用仿真模型工作，并使用四维数据集观察在石油以及天然气油藏中的随时改变。 

在另一个实施方案中，在通常的计算机执行的结构程序的情境中描述本发明，例如程序模块，通常称为软件。软件可包括，例如例行程序、程序、对象、成分、数据结构等等，执行特定任务或实施特定的抽象数据形式。软件形成允许计算机根据输入源反应的接口。软件也可与其它代码段协作，以开始实施各种任务响应接收的数据连同接收的数据的源。软件可存储在任意各种存储媒介上，如CD-ROM、磁盘、磁泡存储器以及互补金属氧化物存储器(例如各种形式的RAM或ROM)。进一步地，软件及其结果可通过各种载体传输，例如光纤、金属线、自由空间与/或穿过任何种类的网络，例如因特网。 

本领域的技术人员可察知，本发明可在各种计算机系统结构中实施，包括手持设备、多重处理器系统、基于多重处理器或可编程用户化电子、小型计算机、大型计算机以及类似的。因此，任意数量的计算机系统以及计算机网络可接受用于使用本发明。本发明可在任务由通过通信网连接的远程处理设备实施的分布式计算环境中实施，在分布式计算环境中，软件可加载在本地以及远程计算机存储媒介上，包括记忆存储设备。 

因此本发明可利用硬件、软件或其结合实施，在计算机系统或其他处理系统中。 

现在参考图6，说明用于实施本发明的软件程序600的一种实施方案的框图。在程序600基部是操作系统602。合适的操作系统602包括，例如，微软公司的Windows操作系统，或其他操作系统 正如相关领域技术人员显而易见的。 

菜单/接口软件604叠加于操作系统602上。菜单/接口软件604用于提供各种菜单以及窗口以促进与使用者的互动，以及获得使用者输入以及指令。正如在相关领域技术人员迅速地显而易见的，任意数目的菜单/接口软件程序可与本发明协力使用。 

基础图形库606叠加于菜单/接口软件604。基础图形库606是一种用于三维计算机图形的应用程序接口(API)。基础图形库606执行的功能可包括，例如，几何图形以及光栅基元(rasterprimitives)，RGBA或颜色索引模式，显示列表或快速模式，视角或模型转换，光照或遮光，消隐，alpha混合(半透明)，抗混叠，纹理映射，大气效果(雾，烟，薄雾)，反馈与选择，模板平面以及累积缓存。 

特别有用的基础图形库606是由Silicon Graphics，Inc市场化(“SGI”)的OpenGL。OpenGLAPI是多平台工业标准，硬件、窗口、以及操作系统独立。OpenGL设计为可从C、C++、FORTRAN、Ada以及Java程序语言随时收回的。OpenGL执行上面列出的基础图形库606的每个功能。OpenGL中的一些指令指明绘制几何图形对象，以及其他怎样处理对象的控制。OpenGL状态的所有元素，甚至纹理存储器以及帧缓存的内容，能够通过利用OpenGL的用户应用获得。OpenGL以及用户应用可在同样或不同的机器上操作，因为OpenGL是网络透明的。OpenGL在OpenGLProgramming Guide(ISBN：0-201-63274-8)以及the OpenGLReference Manual(ISBN：0-201-63276-4)中较详尽的描述，全部以引用的方式并入于此。 

可视仿真图形库608叠加于基础图形库606上。可视仿真图形库608是用于创造实时性的API，多处理三维可视仿真图形应用。正如本领域技术人员所理解的，可视仿真图形库608可包括一系列用 于二维与/或三位地震数据解释的工具，包括，例如，交互岩层以及断层管理，三维可视化以及属性分析。因此可视仿真图形库608提供联合在一起的图形库状态控制功能，例如光照、材料、纹理以及半透明的功能。这些功能线路状态以及显示列表的创造能够在后期绘制。由Landmark Graphics公司市场化，用于石油以及天然气工业的商业软件包毕加索是可接受的可视仿真图形库608的一个例子。 

可视仿真图形库608、基础图形库606、菜单/接口软件604以及操作系统602在一个或多个通用CPU上执行，如在属于Landmark Graphics公司并以引用的方式并入于此(“‘570专利”)的美国专利NO.6,765,570所描述的。可接受的CPU可包括，例如，由Intel以及AMD市场化的处理器。 

多卷可视化程序610叠加于可视仿真图形库608。以本领域一般众所周知的方式，程序610可与其它可视化程序、可视仿真图形库608、基础图形库606、菜单/接口软件604、以及操作系统602一起装入接口，并利用其执行的功能。由Landmark Graphics公司市场化的用于石油以及天然气工业的商业软件包Geoprobe以及PowerView，是适当的可视化接口应用软件。Geoprobe是采样探测程序的商业实施方案，在‘570专利中描述。 

优选Cg写程序610；尽管如此，另一种程序语言也可使用，例如，本领域众所周知的并在“The Open GL Shading Language”中公开(ISBN O-321-9789-5)的OpenGL Shader语言(“GLSL”)。GLSL与在显示设备上的投影面的(u，v)上的单独像素工作。通过GLSL着色器，可以决定怎样说明在(u，v)的像素。不管在哪种情况，Gg或GLSL可用于在GPU上以参照图2B步骤216-226的方式执行多卷可视化程序610。设计传统GPU程序，替代CPU，以执行程序610的优点是其大量的寄存器及结构，使得处理器的大规模并行成为可能。这种结构能够在几个GPU周期内处理数据，同样的任务可能花费几千个 CPU周期。可接受的GPU，例如，可包括由NVIDIA市场化的NVIDIAG-70显卡以及Qudro5500图形接口。若其能够执行GLSL书写的片(像素)着色器程序并最低程度的支持循环以及分支功能，其他本领域众所周知的GPU可接受。通过程序610能实现的示范的方法在参照图2B至图5中进一步地描述。 

可通过包含程序600以及各种硬件成分的计算机系统的使用，执行或实施图6中说明的程序600。系统硬件成分可包括，例如，处理器、存储器(例如随机存取存储器与/或非易失性存储设备)、一个或多个输入设备、一个或多个显示设备、以及一个或多个输入设备。这些成分根据多种如通常在图3中说明的结构互联。其他众所周知的计算机结构以及成分可用于执行程序600在‘570专利中描述。非易失性存储设备包括，例如，如磁带驱动那样的设备，半导体ROM或EEPROM。输入设备科包括，例如，键盘、鼠标、数字化输入键盘、跟踪球、触摸敏感输入键盘与/或光笔这样的设备。显示设备可包括，如监视器、放映机、与/或头盔是显示器这样的设备。接口设备可配置为需要来自一个或多个获取设备与/或通过网络来自一个或多个远程计算机或存储设备的数字图像数据。取决于成像对象的类型，可使用任意种类的获取设备。获取设备可感知机械能的多种形式(例如声波(地震)能量、位移与/或应力/张力)。输入数据可通过各种机制提供至计算机系统。例如，利用一个或多个接口设备，输入数据可获取到非易失性存储器与/或RAM。另一个例子，利用装载在非易失性存储设备之一内或上的如磁盘或磁带这样的存储媒介，可提供输入数据到计算机系统。这种情况下，输入数据事前已记录在存储媒介上。注意到，输入数据不必须是由获取设备获得的原始传感数据。例如，输入数据可为一个或多个利用一套传感数据的处理操作的结果。处理操作可由计算机系统与/或一个或多个其他计算机执行。 

每个处理器(GPU以及CPU)可配置为再编程命令，与 /或数据来自RAM与/或非易失性存储设备，且存储计算的结果在RAM与/或非易失性存储设备中。 

在特定的实施方案中，每个三维卷数据集以本领域通常众所周知的方式存储。例如，特定数据卷的形式可包括两部分：接有数据卷的卷头与数据集的大小一样。卷头典型地包括规定序列中的信息，例如数据集的文件路径(位置)、大小、x，y，以及z方向的尺寸，x，y以及z轴的注解，数据集注解，等等。数据卷为字节的二元序列且每个数据值可包括一个或多个字节。例如，卷位置(0，0，0)的第一个字节是数据值；卷位置(1，0，0)的第二个字节是数据值；以及卷位置(2，0，0)的第三个字节是数据值。x尺寸用尽时，y以及z的尺寸分别地增加。此实施方案不以任何方式受限于特定数据形式。 

程序610使得使用者容易的输入以确认一个或多个三维卷数据集用于成像以及分析。使用多个数据卷时，多个数据卷中的每一个的数据值表示一种不同的物理参数或同样地质空间的属性。举个例子，多个数据卷可包括地质卷、温度卷、以及水饱和度卷。地质卷内的三维像素可表示为(x，y，z，地震振幅)的形式。温度卷内的三维像素可表示为(x，y，z，℃)的形式。水饱和度卷内的三维像素可表示为(x，y，z，％饱和度)的形式。通过这些卷中的每个内的三维像素确定的物理或地址空间是一样的。尽管如此，对于任意特定的空间位置(x₀，y₀，z₀)，地震振幅包含在地质卷内，温度在温度卷内，水饱和度在水饱和度卷内。 

程序610能够概念上处理多个卷，可视化多卷，且利用近来在图像处理器上的进步。地球学家能够灵活地在混合的任意步骤书写等式：在运行时间三维像素，像素混合，以及图形混合，并显示用于多卷的等式的结果。利用3D图形技术程序的3D“转换视角”支持多个“转换视角”。 

由于在此描述的系统以及方法可用于选择性地以及交互地分析各种数据的形式，它们特别地有用于分析医学数据或地质数据，尽管如此，也可找到用于分析以及解释任何其他数据形式的利用。 

目前已结合优选的实施方案描述本发明，本领域的技术人员可知其旨不在限制本发明于那些实施方案。因此，不脱离由附加的权利要求以及与此等同的确定的本发明的精神和范围，可作出公开的实施方案的各种替代的实施方案以及变化。 

Claims (10)

1.一种用于将表示不同属性卷的多个三维卷数据集成像为最终图像的方法，其包括：

通过数据混合处理每个属性卷，以形成第一结合属性卷或第一多个相应属性卷；

利用显卡对所述第一结合属性卷或所述第一多个相应属性卷进行采样或插值；

利用显卡通过三维像素混合来处理所述第一结合属性卷或所述第一多个相应属性卷，以形成第二结合属性卷或第二多个相应属性卷；

利用显卡对所述第二结合属性卷或所述第二多个相应属性卷进行颜色映射和过滤；

利用显卡通过像素混合来处理所述第二结合属性卷或所述第二多个相应属性卷，以形成第三结合属性卷或第三多个相应属性卷；及

利用显卡通过图像混合来处理所述第三结合属性卷或所述第三多个相应属性卷，以形成所述最终图像。

2.权利要求1的方法，其中实时计算并显示所述最终图像。

3.权利要求1的方法，其中当每一个属性卷被调整大小或移动时以至少每秒12帧的帧率显示每一个属性卷。

4.权利要求1的方法，其中所述最终图像表示所述多个三维卷数据集的结合图像。

5.权利要求1的方法，其中三维像素混合由像素着色器实施。

6.权利要求1的方法，其中像素混合由凹凸映射实施。

7.权利要求1的方法，其中图像混合通过叠加图像实施。

8.权利要求1的方法，进一步包括三维像素混合等式，像素混合等式，以及图像混合等式的选择。

9.权利要求1的方法，其中所述最终图像表示多个三维数据集的结合的二维图像。

10.权利要求1的方法，其中所述最终图像表示多个三维数据集的结合的三维图像。

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