CN106569279B - 用于修正三维最短射线追踪路径的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于修正三维最短射线追踪路径的方法和装置。该方法包括：步骤1，选择三维最短射线追踪路径上顺序相邻的三个当前追踪节点A、B、C，其中，A、B和B、C位于相邻速度单元的侧面上；步骤2，设B所在的侧面在平面PB上，得到过A、C且与平面PB垂直的平面PAC，A、C在平面PB上的正投影分别为点A’和点C’；步骤3，在平面PAC上，以过点A’和点C’的直线为透射边界，基于斯奈尔定律计算从A至C的透射波的透射点P的位置；步骤4，将B的位置修正为计算得到的透射点P的位置。应用本公开，可以在保持计算量基本不变的情况下显著提高射线追踪精度。

Description

用于修正三维最短射线追踪路径的方法和装置

技术领域

本公开涉及地震勘探资料数据处理领域，更具体地，涉及一种用于修正三维最短射线追踪路径的方法和一种用于修正三维最短射线追踪路径的装置。

背景技术

三维最短路径法射线追踪是地震波射线路径追踪技术中的一种，能够得到从一个激发点出发的地震波经过地下介质传播后到达一系列接收点的初至时间和射线路径，本公开中也将通过三维最短路径法射线追踪得到的地震波传播路径称为三维最短射线追踪路径。三维最短路径法射线追踪的基本原理是把地下介质离散化成一系列长方体速度单元，本公开中也将该长方体速度单元简称为速度单元，并假设每个速度单元内的速度为常数。可在速度单元的侧面上设置追踪节点，通过计算这些追踪节点的最小旅行时间来进行射线追踪，地震波的传播路径需经过这些追踪节点。

显然，射线追踪精度取决于设置的追踪节点的密度，通常密度越高精度越高。而本领域技术人员可以理解的是，追踪节点越密集则所需要的计算量越大，追踪效率越低。经研究发现，射线追踪所耗费的计算机计算时间随追踪节点数量以2次指数规律增长。

发明内容

本公开提出了一种方法，其可在保持计算量基本不变的情况下得到较高的射线追踪精度。本公开还提出了相应的装置。

根据本公开的一方面，提出了一种用于修正三维最短射线追踪路径的方法，该方法包括：步骤1，选择三维最短射线追踪路径上顺序相邻的三个当前追踪节点A、B、C，其中，追踪节点A、B位于同一个速度单元的两个侧面上，追踪节点B、C位于另一个速度单元的两个侧面上；步骤2，设追踪节点B所在的侧面在平面PB上，得到过追踪节点A、C且与平面PB垂直的平面PAC，追踪节点A、C在平面PB上的正投影分别为点A’和点C’；步骤3，在平面PAC上，以过点A’和点C’的直线为透射边界，基于斯奈尔定律计算从追踪节点A至追踪节点C的透射波的透射点P的位置；步骤4，将追踪节点B的位置修正为计算得到的透射点P的位置。

根据本公开的另一方面，还提出了一种用于修正三维最短射线追踪路径的装置，该装置包括：追踪节点选择单元，用于选择三维最短射线追踪路径上顺序相邻的三个当前追踪节点A、B、C，其中，追踪节点A、B位于同一个速度单元的两个侧面上，追踪节点B、C位于另一个速度单元的两个侧面上；射线平面确定单元，设追踪节点B所在的侧面在平面PB上，用于得到过追踪节点A、C且与平面PB垂直的平面PAC，追踪节点A、C在平面PB上的正投影分别为点A’和点C’；透射点计算单元，在平面PAC上，以过点A’和点C’的直线为透射边界，用于基于斯奈尔定律计算从追踪节点A至追踪节点C的透射波的透射点P的位置；中间节点修正单元，用于将追踪节点B的位置修正为计算得到的透射点P的位置。

本公开的各方面基于斯奈尔定律对三维最短射线追踪路径的各个中间节点进行修正，在保持计算量基本不变的情况下显著提高了射线追踪精度。

附图说明

通过结合附图对本公开示例性实施方式进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本公开一个实施例的用于修正三维最短射线追踪路径的方法的流程图。

图2示出了根据本公开一个具体示例性实施例的用于修正三维最短射线追踪路径的方法的流程图。

图3示出了在二维坐标系X”O”Z”中的透射波APC的示意图。

图4示出了一个三维速度模型中任意XOZ平面的速度剖面图。

图5示出了一个三维观测系统。

图6示出了图5所示的三维观测系统的理论初至时间平面分布图。

图7示出了在7种不同的追踪节点设置密度下不应用本公开和应用本公开的CPU运算时间和旅行时误差百分比的对比图。

图8和图9示出了在一种具体的追踪节点设置密度下不应用本公开(对应于图8)和应用本公开(对应于图9)得到的旅行时误差百分比的平面图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施方式。虽然附图中显示了本公开的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。

本公开中两个平面“平行”的情况包括该两个平面“重叠”的情况。

实施例1

图1示出了根据本公开一个实施例的用于修正三维最短射线追踪路径的方法的流程图。

步骤1，选择三维最短射线追踪路径上顺序相邻的三个当前追踪节点A、B、C。

根据三维最短路径法射线追踪的原理可知，追踪节点A、B位于同一个速度单元的两个侧面上，追踪节点B、C位于另一个速度单元的两个侧面上，追踪节点B所在的侧面是这两个相邻的速度单元的共同侧面。

步骤2，设追踪节点B所在的侧面在平面PB上，得到过追踪节点A、C且与平面PB垂直的平面PAC，追踪节点A、C在平面PB上的正投影分别为点A’和点C’。

步骤3，在平面PAC上，以过点A’和点C’的直线为透射边界，基于斯奈尔定律计算从追踪节点A至追踪节点C的透射波的透射点P的位置。

步骤4，将追踪节点B的位置修正为计算得到的透射点P的位置。

通过上述方法，可基于斯奈尔定律对三维最短射线追踪路径的各个中间节点进行修正，在保持计算量基本不变的情况下显著提高了射线追踪精度。

针对一个三维最短射线追踪路径，设其从激发点到接收点共包括N个追踪节点，则可从激发点开始，依次选择第1(例如，激发点)、第2、第3个追踪节点，第2、第3、第4个追踪节点……依次类推，作为三个当前追踪节点A、B、C或者作为三个当前追踪节点C、B、A，执行N-2次步骤1～步骤4，或者可从接收点开始，依次选择第N、第N-1、第N-2个追踪节点，第N-1、第N-2、第N-3个追踪节点……依此类推，作为三个当前追踪节点A、B、C或者作为三个当前追踪节点C、B、A，从而遍历该三维最短射线追踪路径，对该三维最短射线追踪路径上的所有中间追踪节点(即除第1个和最后一个追踪节点外的所有追踪节点)的位置依次进行修正，并可称之为一次迭代，可得到当前修正后的射线追踪路径。需要注意的是，按照从激发点开始的顺序，作为第二组处理的第2、第3、第4个追踪节点中的第2个追踪节点是指在对第一组第1、第2、第3个追踪节点进行处理后修正过的第2个追踪节点，而非此射线追踪路径上初始的第2个追踪节点；按照从接收点开始的顺序也是同理。

在每次迭代后，可基于当前修正后的射线追踪路径的旅行时以及迭代次数判断是否满足迭代终止条件，如果满足，则结束修正；如果不满足，则可将当前修正后的射线追踪路径作为待修正的三维最短射线追踪路径，执行下一次迭代，直至满足迭代终止条件。

例如，如果旅行时改变量百分比r≤r₀，r₀可表示百分比阈值，或者迭代次数Iteration＝Iteration_limit，Iteration_limit可表示迭代次数阈值，则可认为满足迭代终止条件；否则，则可将当前修正后的射线追踪路径作为待修正的三维最短射线追踪路径，执行下一次迭代，直至满足迭代终止条件。旅行时改变量百分比r可取其中t₁可表示当前修正后的射线追踪路径的旅行时，(x_i,y_i,z_i)可表示当前修正后的第i个追踪节点在原始坐标系O-XYZ中的坐标，v_i可表示第i个、第i+1个追踪节点在其侧面上的速度单元的速度；t₀可表示未修正前的射线追踪路径的旅行时。r₀的取值范围可以在[0.01,2]之间，可考虑r₀的取值来设置合适的Iteration_limit，例如，Iteration_limit的取值可以在[2,100]之间。t₀、r₀和Iteration_limit可以是在进行修正前预设的。

图2示出了根据本公开一个具体示例性实施例的用于修正三维最短射线追踪路径的方法的流程图。可认为图2中步骤202～步骤204大致相当于图1中的步骤2，可认为步骤205～步骤208大致相当于图1中的步骤3。

步骤201，可以从激发点开始，选择第1、第2、第3个追踪节点作为三个当前追踪节点A、B、C。

步骤202，可以旋转用于建立三维最短射线追踪路径的原始坐标系O-XYZ得到新坐标系O’-X’Y’Z’，使得平面PB与新坐标系O’-X’Y’Z’中的X’O’Y’平面平行。然后至步骤203，可以基于追踪节点A、B、C在原始坐标系O-XYZ中的坐标(x_A,y_A,z_A)、(x_B,y_B,z_B)、(x_C,y_C,z_C)得到其在新坐标系O’-X’Y’Z’中的坐标(x’_A,y’_A,z’_A)、(x’_B,y’_B,z’_B)、(x’_C,y’_C,z’_C)。例如，若平面PB与原坐标系O-XYZ中的YOZ平面平行，可以得到：(x’_A,y’_A,z’_A)＝(y_A，z_A,x_A)，(x’_B,y’_B,z’_B)＝(y_B,z_B,x_B)，(x’_C,y’_C,z’_C)＝(y_C,z_C,x_C)；若平面PB与原坐标系O-XYZ中的XOZ平面平行，可以得到：(x’_A,y’_A,z’_A)＝(z_A,x_A,y_A)，(x’_B,y’_B,z’_B)＝(z_B,x_B,y_B)，(x’_C,y’_C,z’_C)＝(z_C,x_C,y_C)；若平面PB与原坐标系O-XYZ中的XOY平面平行，则原始坐标系O-XYZ可以与新坐标系O’-X’Y’Z’重合，可以得到：(x’_A,y’_A,z’_A)＝(x_A,y_A,z_A)，(x’_B,y’_B,z’_B)＝(x_B,y_B,z_B)，(x’_C,y’_C,z’_C)＝(x_C,y_C,z_C)。接下来至步骤204，可以得到追踪节点A、C在平面PB上的正投影点A’和点C’，其在新坐标系O’-X’Y’Z’中的坐标分别为(x’_A,y’_A,z’_B)、(x’_C,y’_C,z’_B)。

至步骤205，可以以点A’为原点O”、以点A’至点C’的方向为X”轴、以点A’至追踪节点A的方向为Z”轴，建立二维坐标系X”O”Z”。到步骤206，可以得到追踪节点A、C在二维坐标系X”O”Z”中的坐标(0,z”_A)、(x”_C,-z”_C)，其中z”_A＝|z’_A-z’_B|，z”_C＝|z’_C-z’_B|。然后，步骤207，可以基于斯奈尔定律得到透射点P在二维坐标系X”O”Z”中的坐标(x”_p,0)，其中x”_p满足f(x”_p)＝0：

其中，v₁表示追踪节点A、B在其侧面上的速度单元的速度，v₂表示追踪节点B、C在其侧面上的速度单元的速度。

步骤207的基本原理可参照图3所示。图3示出了在二维坐标系X”O”Z”中的透射波APC的示意图。根据斯奈尔定律，有：

其中α、β可分别表示入射角和透射角。对式(1)两侧取平方，并利用A、P、C在二维坐标系X”O”Z”中的坐标，可以得到：

在步骤209，将追踪节点B的位置修正为透射点P的位置，即，若用表示修正后的B点在原始坐标系O-XYZ中的坐标，则有

在步骤210，判断追踪节点C是否是三维最短射线追踪路径上的最后一个追踪节点。如果步骤210的判断结果为“否”，则至步骤211，选择接下来顺序相邻的3个节点(例如，第2、第3、第4个追踪节点，第3、第4、第5个追踪节点，依此类推)作为三个当前追踪节点A、B、C，再次返回步骤202。需要注意的是，接下来处理的3个节点中第1个节点的位置是刚被修正后的位置，而非该三维最短射线追踪路径上的原始追踪节点。如果步骤210的判断结果为“是”，则至步骤212，认为本次迭代结束，进一步判断是否满足迭代终止条件。如果满足迭代终止条件，则修正结束；如果不满足，则可将当前修正后的射线追踪路径作为待修正的三维最短射线追踪路径，返回步骤201执行下一次迭代，直至满足迭代终止条件。

实施例2

本公开还公开了一种用于修正三维最短射线追踪路径的装置，该装置包括追踪节点选择单元、射线平面确定单元、透射点计算单元以及中间节点修正单元。

追踪节点选择单元用于选择三维最短射线追踪路径上顺序相邻的三个当前追踪节点A、B、C，其中，追踪节点A、B位于同一个速度单元的两个侧面上，追踪节点B、C位于另一个速度单元的两个侧面上，追踪节点B所在的侧面是两个相邻速度单元的共同侧面。

设追踪节点B所在的侧面在平面PB上，射线平面确定单元用于得到过追踪节点A、C且与平面PB垂直的平面PAC，追踪节点A、C在平面PB上的正投影分别为点A’和点C’。

在平面PAC上，以过点A’和点C’的直线为透射边界，透射点计算单元用于基于斯奈尔定律计算从追踪节点A至追踪节点C的透射波的透射点P的位置。

中间节点修正单元用于将追踪节点B的位置修正为计算得到的透射点P的位置。

射线平面确定单元执行的步骤可以包括：可以旋转用于建立三维最短射线追踪路径的原始坐标系O-XYZ得到新坐标系O’-X’Y’Z’，使得平面PB与新坐标系O’-X’Y’Z’中的X’O’Y’平面平行；可以基于追踪节点A、B、C在原始坐标系O-XYZ中的坐标(x_A,y_A,z_A)、(x_B,y_B,z_B)、(x_C,y_C,z_C)得到其在新坐标系O’-X’Y’Z’中的坐标(x’_A,y’_A,z’_A)、(x’_B,y’_B,z’_B)、(x’_C,y’_C,z’_C)；可以得到追踪节点A、C在平面PB上的正投影点A’和点C’，其在新坐标系O’-X’Y’Z’中的坐标分别为(x’_A,y’_A,z’_B)、(x’_C,y’_C,z’_B)。其中，基于追踪节点A、B、C在原始坐标系O-XYZ中的坐标(x_A,y_A,z_A)、(x_B,y_B,z_B)、(x_C,y_C,z_C)得到其在新坐标系O’-X’Y’Z’中的坐标(x’_A，y’_A,z’_A)、(x’_B,y’_B,z’_B)、(x’_C,y’_C,z’_C)可以包括：若平面PB与原坐标系O-XYZ中的YOZ平面平行，可以得到：(x’_A,y’_A,z’_A)＝(y_A,z_A,x_A)，(x’_B,y’_B,z’_B)＝(y_B,z_B,x_B)，(x’_C,y’_C,z’_C)＝(y_C,z_C,x_C)；若平面PB与原坐标系O-XYZ中的XOZ平面平行，可以得到：(x’_A,y’_A,z’_A)＝(z_A,x_A,y_A)，(x’_B,y’_B,z’_B)＝(z_B,x_B,y_B)，(x’_C,y’_C,z’_C)＝(z_C,x_C,y_C)；若平面PB与原坐标系O-XYZ中的XOY平面平行，则原始坐标系O-XYZ可以与新坐标系O’-X’Y’Z’重合，可以得到：(x’_A,y’_A,z’_A)＝(x_A,y_A,z_A)，(x’_B,y’_B,z’_B)＝(x_B,y_B,z_B)，(x’_C,y’_C,z’_C)＝(x_C,y_C,z_C)。

透射点计算单元执行的步骤可以包括：可以以点A’为原点、以点A’至点C’的方向为X”轴、以点A’至追踪节点A的方向为Z”轴建立二维坐标系X”O”Z”；可以得到追踪节点A、C在二维坐标系X”O”Z”中的坐标(0,z”_A)、(x”_C,-z”_C)，其中z”_A＝|z’_A-z’_B|，z”_C＝|z’_C-z’_B|；可以基于斯奈尔定律得到透射点P在二维坐标系X”O”Z”中的坐标(x”_p,0)，其中x”_p满足f(x”_p)＝0：

设三维最短射线追踪路径上从激发点到接收点共有顺序相连的N个追踪节点，则可以遍历该三维最短射线追踪路径，对其所有中间追踪节点的位置进行修正，并称为一次迭代，可以得到当前修正后的射线追踪路径。一次迭代包括执行N-2次步骤1～步骤4，并可以按照以下两种顺序中的一种来执行：

从激发点开始，依次选择第1、第2、第3个追踪节点，第2、第3、第4个追踪节点……依此类推，作为三个当前追踪节点A、B、C或者作为三个当前追踪节点C、B、A，共执行N-2次步骤1～步骤4；

从接收点开始，依次选择第N、第N-1、第N-2个追踪节点，第N-1、第N-2、第N-3个追踪节点……依此类推，作为三个当前追踪节点A、B、C或者作为三个当前追踪节点C、B、A，共执行N-2次步骤1～步骤4。

每次迭代后，可以基于当前修正后的射线追踪路径的旅行时以及迭代次数判断是否满足迭代终止条件，如果满足，则结束修正；如果不满足，则可以将当前修正后的射线追踪路径作为待修正的三维最短射线追踪路径，执行下一次迭代，直至满足迭代终止条件。

基于当前修正后的射线追踪路径的旅行时以及迭代次数判断是否满足迭代终止条件可以指满足下列两个条件中的至少一者：

(a)旅行时改变量百分比r不大于百分比阈值，其中t₁可以表示当前修正后的射线追踪路径的旅行时，(x_i,y_i,z_i)可以表示当前修正后的第i个追踪节点在原始坐标系O-XYZ中的坐标，v_i可以表示第i个、第i+1个追踪节点在其侧面上的速度单元的速度；t₀可以表示未修正前的射线追踪路径的旅行时；

(b)迭代次数达到迭代次数阈值。

应用示例

为便于理解本公开实施例的方案及其效果，以下给出两个具体应用示例。本领域技术人员应理解，该示例仅为了便于理解本公开，其任何具体细节并非意在以任何方式限制本公开。

图4示出了一个三维速度模型中任意XOZ平面的速度剖面图。该三维速度模型在X、Y方向上均匀不变，在Z方向(此示例中表示深度方向)上有速度值逐渐增大的4层构成。

图5示出了一个三维观测系统，其接收点呈81*81的点阵，即81条接收线、每条接收线包含81个接收点，接收线间距和接收点间距均为20米，激发点位于接收点阵的中心。图6示出了在图4所示的速度模型地面上布置图5所示的三维观测系统的理论初至时间平面分布图。

可应用三维最短路径法射线追踪针对在图4所示的速度模型地面上布置的图5所示的三维观测系统计算初至旅行时。在进行三维最短路径法射线追踪时，每个速度单元为20米*20米*5米的长方体，每个速度单元包括6个侧面，追踪节点设置在速度单元的侧面上。

进行射线追踪所需的计算量和射线追踪精度是一对矛盾的量，其都取决于追踪节点的设置密度。图7示出了在7种不同的追踪节点设置密度下不应用本公开和应用本公开的CPU运算时间和旅行时误差百分比的对比图。图7中示出的旅行时误差百分比又包括平均误差百分比和最大误差百分比，分别指追踪得到的旅行时与理论初至时间(如图6所示的理论初至时间)的差相对于理论初至时间的百分比的平均值和最大值。图7中的CPU运算时间单位数是指运行该示例时所使用的计算机所消耗的CPU运算时间(秒)。图7中应用本公开的统计数据是在设置百分比阈值r₀＝0.1、迭代次数阈值Iteration_limit＝50的条件下得出的。

由图7可看出，在追踪节点密度相同的情况下，应用本公开后所消耗的CPU运算时间最多仅增加一个单位，但追踪结果的旅行时误差量明显降低。以图7左起第3种追踪节点密度设置为例，不应用本公开时，所消耗的CPU运算时间为约55单位，最大和平均旅行时误差百分比分别为约5.4％和2.4％；应用本公开后，其所消耗的CPU运算时间为约56单位，最大和平均旅行时误差百分比分别为约1.8％和1.0％。可见，应用本公开后所消耗的CPU运算时间仅增加了约1个单位，射线追踪精度却有了大幅提高，该射线追踪精度甚至优于不应用本公开的情况下需消耗约310个CPU运算时间单位时才能达到的精度(图7左起第6种追踪节点密度设置，其在不应用本公开时最大和平均旅行时误差百分比分别为约2.6％和1.2％)。

图8和图9示出了在图7左起第3种追踪节点密度设置情况下不应用本公开(对应于图8)和应用本公开(对应于图9)得到的旅行时误差百分比的平面图。可以明显看出，应用本公开后，射线追踪路径的旅行时误差明显减少。

本公开可以是系统、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于使处理器实现本公开的各个方面的计算机可读程序指令。

计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是――但不限于――电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、静态随机存取存储器(SRAM)、便携式压缩盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输媒介传播的电磁波(例如，通过光纤电缆的光脉冲)、或者通过电线传输的电信号。

这里所描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/处理设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。

用于执行本公开操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构(ISA)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，所述编程语言包括面向对象的编程语言—诸如Smalltalk、C++等，以及常规的过程式编程语言—诸如“C”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络—包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)或可编程逻辑阵列(PLA)，该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本公开的各个方面。

这里参照根据本公开实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本公开的各个方面。应当理解，流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以由计算机可读程序指令实现。

这些计算机可读程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器，从而生产出一种机器，使得这些指令在通过计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行时，产生了实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的装置。也可以把这些计算机可读程序指令存储在计算机可读存储介质中，这些指令使得计算机、可编程数据处理装置和/或其他设备以特定方式工作，从而，存储有指令的计算机可读介质则包括一个制造品，其包括实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的各个方面的指令。

也可以把计算机可读程序指令加载到计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上，使得在计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上执行的指令实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作。

附图中的流程图和框图显示了根据本公开的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，所述模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (6)

1.一种用于修正三维最短射线追踪路径的方法，该方法包括：

步骤1，选择三维最短射线追踪路径上顺序相邻的三个当前追踪节点A、B、C，其中，追踪节点A、B位于同一个速度单元的两个侧面上，追踪节点B、C位于另一个速度单元的两个侧面上；

步骤2，设追踪节点B所在的侧面在平面PB上，得到过追踪节点A、C且与平面PB垂直的平面PAC，追踪节点A、C在平面PB上的正投影分别为点A’和点C’；

步骤3，在平面PAC上，以过点A’和点C’的直线为透射边界，基于斯奈尔定律计算从追踪节点A至追踪节点C的透射波的透射点P的位置；

步骤4，将追踪节点B的位置修正为计算得到的透射点P的位置；

其中，步骤2包括：

旋转用于建立三维最短射线追踪路径的原始坐标系O-XYZ得到新坐标系O’-X’Y’Z’，使得平面PB与新坐标系O’-X’Y’Z’中的X’O’Y’平面平行；

基于追踪节点A、B、C在原始坐标系O-XYZ中的坐标(x_A,y_A,z_A)、(x_B,y_B,z_B)、(x_C,y_C,z_C)得到其在新坐标系O’-X’Y’Z’中的坐标(x’_A,y’_A,z’_A)、(x’_B,y’_B,z’_B)、(x’_C,y’_C,z’_C)；

得到追踪节点A、C在平面PB上的正投影点A’和点C’，其在新坐标系O’-X’Y’Z’中的坐标分别为(x’_A,y’_A,z’_B)、(x’_C,y’_C,z’_B)；

其中，步骤3包括：

以点A’为原点、以点A’至点C’的方向为X”轴、以点A’至追踪节点A的方向为Z”轴，建立二维坐标系X”O”Z”；

得到追踪节点A、C在二维坐标系X”O”Z”中的坐标(0,z”_A)、(x”_C,-z”_C)，其中z”_A＝|z’_A-z’_B|，z”_C＝|z’_C-z’_B|；

基于斯奈尔定律得到透射点P在二维坐标系X”O”Z”中的坐标(x”_p,0)，其中x”_p满足f(x”_p)＝0：

其中，v₁表示追踪节点A、B在其侧面上的速度单元的速度，v₂表示追踪节点B、C在其侧面上的速度单元的速度；

基于透射点P在二维坐标系X”O”Z”中的坐标(x”_p,0)得到透射点P在新坐标系O’-X’Y’Z’中的坐标(x’_p,y’_p,z’_p)，其中， z’_p＝z’_B，进一步得到透射点P在原始坐标系O-XYZ中的坐标(x_p,y_p,z_p)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，基于追踪节点A、B、C在原始坐标系O-XYZ中的坐标(x_A,y_A,z_A)、(x_B,y_B,z_B)、(x_C,y_C,z_C)得到其在新坐标系O’-X’Y’Z’中的坐标(x’_A,y’_A,z’_A)、(x’_B,y’_B,z’_B)、(x’_C,y’_C,z’_C)包括：

若平面PB与原坐标系O-XYZ中的YOZ平面平行，得到：(x’_A,y’_A,z’_A)＝(y_A,z_A,x_A)，(x’_B,y’_B,z’_B)＝(y_B,z_B,x_B)，(x’_C,y’_C,z’_C)＝(y_C,z_C,x_C)；

若平面PB与原坐标系O-XYZ中的XOZ平面平行，得到：(x’_A,y’_A,z’_A)＝(z_A,x_A,y_A)，(x’_B,y’_B,z’_B)＝(z_B,x_B,y_B)，(x’_C,y’_C,z’_C)＝(z_C,x_C,y_C)；

若平面PB与原坐标系O-XYZ中的XOY平面平行，则原始坐标系O-XYZ与新坐标系O’-X’Y’Z’重合，得到：(x’_A,y’_A,z’_A)＝(x_A,y_A,z_A)，(x’_B,y’_B,z’_B)＝(x_B,y_B,z_B)，(x’_C,y’_C,z’_C)＝(x_C,y_C,z_C)。

3.根据权利要求1所述的方法，还包括：

设三维最短射线追踪路径上从激发点到接收点共有顺序相连的N个追踪节点，则遍历该三维最短射线追踪路径，对其所有中间追踪节点的位置进行修正，并称为一次迭代，得到当前修正后的射线追踪路径；

一次迭代包括执行N-2次步骤1～步骤4，并按照以下两种顺序中的一种来执行：

从激发点开始，依次选择第1、第2、第3个追踪节点，第2、第3、第4个追踪节点……依此类推，作为三个当前追踪节点A、B、C或者作为三个当前追踪节点C、B、A，共执行N-2次步骤1～步骤4；

从接收点开始，依次选择第N、第N-1、第N-2个追踪节点，第N-1、第N-2、第N-3个追踪节点……依此类推，作为三个当前追踪节点A、B、C或者作为三个当前追踪节点C、B、A，共执行N-2次步骤1～步骤4。

4.根据权利要求3所述的方法，该方法还包括：

每次迭代后，基于当前修正后的射线追踪路径的旅行时以及迭代次数判断是否满足迭代终止条件，如果满足，则结束修正；如果不满足，则将当前修正后的射线追踪路径作为待修正的三维最短射线追踪路径，执行下一次迭代，直至满足迭代终止条件。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，基于当前修正后的射线追踪路径的旅行时以及迭代次数判断是否满足迭代终止条件指满足下列两个条件中的至少一者：

(a)旅行时改变量百分比r不大于百分比阈值，其中t₁表示当前修正后的射线追踪路径的旅行时，(x_i,y_i,z_i)表示当前修正后的第i个追踪节点在原始坐标系O-XYZ中的坐标，v_i表示第i个、第i+1个追踪节点在其侧面上的速度单元的速度；t₀表示未修正前的射线追踪路径的旅行时；

(b)迭代次数达到迭代次数阈值。

6.一种用于修正三维最短射线追踪路径的装置，该装置包括：

追踪节点选择单元，用于选择三维最短射线追踪路径上顺序相邻的三个当前追踪节点A、B、C，其中，追踪节点A、B位于同一个速度单元的两个侧面上，追踪节点B、C位于另一个速度单元的两个侧面上；

射线平面确定单元，设追踪节点B所在的侧面在平面PB上，用于得到过追踪节点A、C且与平面PB垂直的平面PAC，追踪节点A、C在平面PB上的正投影分别为点A’和点C’；

透射点计算单元，在平面PAC上，以过点A’和点C’的直线为透射边界，用于基于斯奈尔定律计算从追踪节点A至追踪节点C的透射波的透射点P的位置；

中间节点修正单元，用于将追踪节点B的位置修正为计算得到的透射点P的位置；

其中，射线平面确定单元执行的步骤包括：

旋转用于建立三维最短射线追踪路径的原始坐标系O-XYZ得到新坐标系O’-X’Y’Z’，使得平面PB与新坐标系O’-X’Y’Z’中的X’O’Y’平面平行；

基于追踪节点A、B、C在原始坐标系O-XYZ中的坐标(x_A,y_A,z_A)、(x_B,y_B,z_B)、(x_C,y_C,z_C)得到其在新坐标系O’-X’Y’Z’中的坐标(x’_A,y’_A,z’_A)、(x’_B,y’_B,z’_B)、(x’_C,y’_C,z’_C)；

得到追踪节点A、C在平面PB上的正投影点A’和点C’，其在新坐标系O’-X’Y’Z’中的坐标分别为(x’_A,y’_A,z’_B)、(x’_C,y’_C,z’_B)；

其中，透射点计算单元执行的步骤包括：

以点A’为原点、以点A’至点C’的方向为X”轴、以点A’至追踪节点A的方向为Z”轴，建立二维坐标系X”O”Z”；

得到追踪节点A、C在二维坐标系X”O”Z”中的坐标(0,z”_A)、(x”_C,-z”_C)，其中z”_A＝|z’_A-z’_B|，z”_C＝|z’_C-z’_B|；

基于斯奈尔定律得到透射点P在二维坐标系X”O”Z”中的坐标(x”_p,0)，其中x”_p满足f(x”_p)＝0：

其中，v₁表示追踪节点A、B在其侧面上的速度单元的速度，v₂表示追踪节点B、C在其侧面上的速度单元的速度；

基于透射点P在二维坐标系X”O”Z”中的坐标(x”_p,0)得到透射点P在新坐标系O’-X’Y’Z’中的坐标(x’_p,y’_p,z’_p)，其中， z’_p＝z’_B，进一步得到透射点P在原始坐标系O-XYZ中的坐标(x_p,y_p,z_p)。