CN115908733A - 一种角点网格地质模型的实时切分及三维可视化方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及地质模型可视化技术领域，尤其涉及一种角点网格地质模型的实时切分及三维可视化方法，包括生成以角点网格格式描述地质模型的数据文件；读取数据文件，获取各方向的网格数量及网格属性值；遍历所有网格，通过单个网格8个空间坐标的计算方法计算出地质模型中所有网格的空间坐标；消除无关网格面；重建三维地质网格；遍历地质模型的顶层网格，将顶层网格顶部面空间坐标及对应的拓扑关系全部加入到绘制数据集；建立划分区域的三维地质网格。本发明能够有效解决在对三维地质模型深层次的局部研究中，大量无关的数据被显示造成目标信息被其影响的问题；对建立与实现在油藏模拟的后处理中具有实践意义。

Description

一种角点网格地质模型的实时切分及三维可视化方法

技术领域

本发明涉及地质模型可视化技术领域，尤其涉及一种角点网格地质模型的实时切分及三维可视化方法。

背景技术

在油藏的研究过程中，由于角点网格格式描述的地质模型能够方便地模拟断层、尖灭、边界等，能够克服正交网格格式描述的地质模型的不灵活性，以角点网格格式描述的地质模型能够更加精确地描述断层两翼的深度变化、流体分布和流体渗流特征。所以在地质建模和油藏数值模拟中，以角点网格格式来描述地质模型的方法得到了广泛应用，并得到了大多数建模软件和数值模拟软件的兼容。

随着精细油藏描述技术的发展，油藏地质建模和数值模拟研究的地质模型越来越大，也越精细。这使得生成的网格的尺度越来越大，尺度也越来越精细。若将网格数据全部在视图中呈现，由于显示了很多无关信息，会造成显示效率低下、显示界面卡顿。所以在显示之前还需对网格数据进行消隐操作，将显示视图中的无关信息予以消除。

在油藏模拟的后处理中，为了地层中的局部区域进行更加深入的研究，需要对整体地质模型进行切分，也需要对在显示之前还需对选中区域中的网格数据进行消隐操作，将显示视图中的无关信息予以消除。

发明内容

针对现有算法的不足，本发明高效地展示地层全局外貌和内部细节，对地质模型进行任意切分及实时展示；能够有效解决在对三维地质模型深层次的局部研究中，大量无关的数据被显示造成目标信息被其影响的问题；对建立与实现在油藏模拟的后处理中具有实践意义。

本发明所采用的技术方案是：一种角点网格地质模型的实时切分及三维可视化方法包括以下步骤：

步骤一、生成以角点网格格式描述地质模型的数据文件：

步骤二、读取数据文件，获取各方向的网格数量NX、NY和NZ、竖线顶部和底部坐标数据、所有网格的8个顶点深度坐标数据及网格属性值；

步骤三、遍历所有网格，计算单个网格中P_i的空间坐标(P_ix,P_iy,P_iz)，并将计算后的结果(P_ix,P_iy,P_iz)存入维度为三维的坐标矩阵，直至该矩阵能表示出地质模型中全部网格的空间坐标；

进一步的，计算单个网格中P_i的空间坐标(P_ix,P_iy,P_iz)的公式为：

其中，

分别表示第k条线顶部端点的三维坐标值，

分别表示第k条线底部端点的三维坐标值；P_iz表示一个网格中第i个顶点的深度值。

进一步的，三维的坐标矩阵的大小为(NX*NY*NZ)*8*3；其中，(NX*NY*NZ)表示地质模型中全部网格的数量、8为单个网格中的顶点数量，3为描述三维坐标所需变量的数量。

步骤四、消除无关网格面；

进一步的，无关网格面是指两个网格中4个顶点完全重合的面；对于单个网格，只考虑网格四周的面，网格四周若存在无关网格面，则无关网格面不予显示；

进一步的，无关网格面的判断公式为：

其中，

表示单元格A一个面第n个对应的空间坐标，

表示单元格B一个面第n个对应的空间坐标。

步骤五、重建三维地质网格；

进一步的，具体包括：

循环遍历全部网格，遍历时获取8个空间坐标以及四周的无关网格面状态值；

网格的8个空间坐标对应坐标矩阵[K*NY*NX+J*NX+I,:,:]，“:”表示该维度所有的数据；

网格的无关网格面状态值对应状态矩阵[K*NY*NX+J*NX+I]，网格的无关网格面状态值分别与1、2、4和8进行按位与运算；若值为真，则分别表示网格的左、右、前与后面为无关网格面；若值为假，则不进行操作；将非无关网格面加入到绘制数据集中，绘制地质模型的四周面及内部断层面；

遍历地质模型中底层与顶层的所有网格，对于遍历过的单个网格8个空间坐标为[K*NY*NX+J*NX+I,:,:]，将顶层网格的顶部面以及底层网格的底部面对应的空间坐标全部加入到绘制数据集，绘制地质模型的顶面和底面。

步骤六、遍历地质模型的顶层网格，将顶层网格顶部面空间坐标及对应的拓扑关系全部加入到绘制数据集；

进一步的，具体包括：

通过射线判断各个中心坐标是否在切分区域内；

创建大小为NX×NY的二维矩阵，记录切分区域内的中心坐标所属的I,J值；

依次遍历二维矩阵中值为1的位置，创建临时数组[1，1，1，1]，分别对应上、下、左和右位置；

遍历过程中若遍历网格的上、下、左和右位置值为1，则将临时数组对应的位置更改为0，反之不做更改；若临时数组中所有数之和不为0，则将对应的I,J值和临时数组保存为矩阵M；若临时数组中所有数之和为0，则将对应的I,J值和临时数组保存为矩阵N。

步骤七、建立划分区域的三维地质网格；

进一步的，具体包括：

循环遍历在划分区域中的网格，根据矩阵M，将需要被绘制的面的空间坐标及对应的拓扑关系加入到绘制数据集；根据矩阵N，将需要被绘制的面的空间坐标及对应的拓扑关系加入到绘制数据集；

接着遍历顶与底层网格，将顶层网格顶部以及底层网格底部的空间坐标及对应的拓扑关系全部加入到绘制数据集。

本发明的有益效果：

1、在角点网格描述的地质模型的三维可视化展示中，对大量无关的数据进行消除，解决了大量无关信息被显示造成目标信息被其影响的问题；

2、对大规模地质模型进行展示时，能够显著降低计算机图形处理单元的资源使用，提高可视化效率；

3、实现了对地质模型进行任意多边形实时切分及实时展现切分后地质模型的全局外貌和内部细节。

附图说明

图1是角点网格地质模型的实时切分及三维可视化方法流程图；

图2是单个单元格的空间示意图；

图3是地质模型顶层网格顶面或底层网格地面的表面和闭合多边形表面切分区域示意图；

图4是地质模型顶层网格顶面或底层网格地面的表面被闭合多边形切分后被保留的网格示意图；

图5是二维矩阵操作过程示意图；

图6是地质模型实时切分后的效果图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，此图为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1所示，一种角点网格地质模型的实时切分及三维可视化方法包括以下步骤：

步骤一、生成以角点网格格式描述地质模型的数据文件；

通过petrol网格软件，本实施例只举例petrel网格软件，还包括其他生成的数据体满足角点网格文件规范的软件，建立描述地质模型的数据文件。

步骤二、地质模型的数据文件主要为点数据，包括：竖线顶部和底部坐标数据、所有网格的8个顶点深度坐标数据以及网格的属性值，网格的属性值主要描述地质模型的渗透率与饱和度等参数；除此之外，还包括描述X、Y和Z方向上的网格数量的参数NX、NY和NZ。

步骤三、遍历地质模型中所有网格，对于单个单元格的空间如图2所示，单个网格中P_i的空间坐标(P_ix,P_iy,P_iz)计算方式如下：

其中，

分别表示第k条线顶部端点的三维坐标值，

分别表示第k条线底部端点的三维坐标值；P_iz表示一个网格中第i个顶点的深度值；

将计算后的结果(P_ix,P_iy,P_iz)存入维度为三维的坐标矩阵，大小为(NX*NY*NZ)*8*3；其中，(NX*NY*NZ)表示地质模型中全部网格的数量、8为单个网格中的顶点数量，3为描述三维坐标所需变量的数量。

步骤四、消除无关网格面；其中，无关网格面是指两个网格中4个顶点完全重合的面，即在三维可视化中不被显示的面；对于单个网格，只考虑网格四周的面，网格四周若存在无关网格面，则无关网格面不予显示；

无关网格面的判断公式如下：

式中，

表示单元格A一个面第n个对应的空间坐标，

表示单元格B一个面第n个对应的空间坐标，若式值等于0则表示视为相同面，反之则视为不相同面。

使用状态值描述该网格四周存在无关网格面的情况，状态值初始值为0，表示初始状态下该网格四周不存在无关网格面；若左、右、前和后面存在无关网格面，则将状态值分别加1、2、4与8，不存在无关网格面则不对状态值进行操作，最后将状态值存入维度为一维的状态矩阵中，大小为(NX*NY*NZ)，该维度大小表示地质模型中全部网格的数量。

步骤五、重建三维地质网格；

具体包括：

I,J,K表示网格在整个网格中所在的位置，即第I行、第J列、第K层的网格，其中0≤I＜NX,0≤J＜NY,0≤K＜NZ；循环遍历全部网格，遍历时获取该网格的8个空间坐标以及四周的无关网格面状态值；该网格的8个空间坐标对应坐标矩阵[K*NY*NX+J*NX+I,:,:]，“:”表示该维度所有的数据。该网格的无关网格面状态值对应状态矩阵[K*NY*NX+J*NX+I]，该网格的无关网格面状态值分别与1、2、4和8进行按位与运算；若值为真，则分别表示该网格的左、右、前与后面为无关网格面；若值为假，则不进行操作；将非无关网格面加入到绘制数据集中，绘制地质模型的四周面及内部断层面。

接着遍历K＝0,K＝NZ-1的所有网格，即遍历地质模型中底层与顶层的所有网格；对于遍历过的单个网格8个空间坐标为[K*NY*NX+J*NX+I,:,:]，将顶层网格的顶部面以及底层网格的底部面对应的空间坐标全部加入到绘制数据集，绘制地质模型的顶面和底面；上述绘制数据集包含两个部分：一是绘制面的四个空间坐标；二是绘制面的拓扑关系。

步骤六、遍历地质模型的顶层网格，将顶层网格顶部面空间坐标及对应的拓扑关系全部加入到绘制数据集；绘制后，选取切分区域，切分区域范围为一个闭合多边形，效果如图3所示；

获取绘制数据集中顶层网格顶部面空间坐标，计算各个网格顶部面的中心坐标并记录中心坐标；

判断各个中心坐标是否在切分区域内；判断方法为射线判断，即过目标点做一条直线(两条反方向的射线)，每条射线与多边形边的交点数量都是奇数，则点在切分区域内，否则在切分区域外部；若中心坐标在切分区域内，则绘制该中心坐标所属的面；切分区域内的网格如图4所示；

创建大小为NX×NY的二维矩阵，记录切分区域内的中心坐标所属的I,J值；被记录I,J值所对应二维矩阵中[I,J]位置的值设为1，其余未被记录的设为0，再将二维矩阵整体向外扩充一个单位，扩展部分值为0；

依次遍历二维矩阵中值为1的位置，创建临时数组[1，1，1，1]，分别对应上、下、左和右位置，用来表示单个网格的四周是否需要被绘制，临时数组中1表示需要被绘制，0表示不需要被绘制；遍历过程中若遍历网格的上、下、左和右位置值为1，如图5所示，则将临时数组对应的位置更改为0，反之不做更改；若临时数组中所有数之和不为0，则将对应的I,J值和临时数组保存为矩阵M，用于表示切分区域边缘网格的第I行、第J列所有层网格的四周是否需要被绘制的情况；若临时数组中所有数之和为0，则将对应的I,J值和临时数组保存为矩阵N，用于表示切分区域非边缘网格的第I行、第J列所有层网格的四周是否需要被绘制的情况。

步骤七、建立划分区域的三维地质网格：

循环遍历在划分区域中的网格，遍历过程中，对于遍历过的单个网格通过查找坐标矩阵得到与之对应的8个空间坐标；根据矩阵M，将需要被绘制的面的空间坐标及对应的拓扑关系加入到绘制数据集中，该部分对应切分后地质模型的边缘网格四周面及边缘网格断层面；根据矩阵N，将需要被绘制的面的空间坐标及对应的拓扑关系加入到绘制数据集中，该部分对应切分后地质模型的非边缘网格断层面；

接着遍历顶与底层网格，将顶层网格顶部以及底层网格底部的空间坐标及对应的拓扑关系全部加入到绘制数据集，该部分对应切分后地质模型的顶面和底面；实时展示对地质模型切分的最终效果，如图6所示。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (8)

1.一种角点网格地质模型的实时切分及三维可视化方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、生成以角点网格格式描述地质模型的数据文件；

步骤二、获取各方向的网格数量NX、NY和NZ、竖线顶部和竖线底部坐标数据、所有网格的8个顶点深度坐标数据及网格属性值；

步骤三、遍历所有网格，计算单个网格中P_i的空间坐标(P_ix,P_iy,P_iz)，并将计算后的结果(P_ix,P_iy,P_iz)存入维度为三维的坐标矩阵，直至该矩阵能表示出地质模型中全部网格的空间坐标；

步骤四、消除无关网格面；

步骤五、重建三维地质网格；

步骤六、遍历地质模型的顶层网格，将顶层网格顶部面空间坐标及对应的拓扑关系全部加入到绘制数据集；

步骤七、建立划分区域的三维地质网格。

2.根据权利要求1所述的角点网格地质模型的实时切分及三维可视化方法，其特征在于，计算单个网格中P_i的空间坐标(P_ix,P_iy,P_iz)的公式为：

其中，

分别表示第k条线顶部端点的三维坐标值，

分别表示第k条线底部端点的三维坐标值；P_iz表示一个网格中第i个顶点的深度值。

3.根据权利要求1所述的角点网格地质模型的实时切分及三维可视化方法，其特征在于：三维的坐标矩阵的大小为(NX*NY*NZ)*8*3；

其中，(NX*NY*NZ)表示地质模型中全部网格的数量、8为单个网格中的顶点数量，3为描述三维坐标所需变量的数量。

4.根据权利要求1所述的角点网格地质模型的实时切分及三维可视化方法，其特征在于：无关网格面是指两个网格中4个顶点完全重合的面。

5.根据权利要求4所述的角点网格地质模型的实时切分及三维可视化方法，其特征在于，无关网格面的判断公式为：

其中，

表示单元格A一个面第n个对应的空间坐标，

表示单元格B一个面第n个对应的空间坐标。

6.根据权利要求1所述的角点网格地质模型的实时切分及三维可视化方法，其特征在于，步骤五具体包括：

循环遍历全部网格，遍历时获取8个空间坐标以及四周的无关网格面状态值；

网格的无关网格面状态值对应状态矩阵[K*NY*NX+J*NX+I]，网格的无关网格面状态值分别与1、2、4和8进行按位与运算；若值为真，则分别表示网格的左、右、前与后面为无关网格面；若值为假，则不进行操作；将非无关网格面加入到绘制数据集中，绘制地质模型的四周面及内部断层面；

遍历地质模型中底层与顶层的所有网格，对于遍历过的单个网格8个空间坐标为[K*NY*NX+J*NX+I,:,:]，将顶层网格的顶部面以及底层网格的底部面对应的空间坐标全部加入到绘制数据集，绘制地质模型的顶面和底面。

7.根据权利要求1所述的角点网格地质模型的实时切分及三维可视化方法，其特征在于，步骤六具体包括：

通过射线判断各个中心坐标是否在切分区域内；

创建大小为NX×NY的二维矩阵，记录切分区域内的中心坐标所属的I,J值；

依次遍历二维矩阵中值为1的位置，创建临时数组[1，1，1，1]，分别对应上、下、左和右位置；

遍历过程中若遍历网格的上、下、左和右位置值为1，则将临时数组对应的位置更改为0，反之不做更改；若临时数组中所有数之和不为0，则将对应的I,J值和临时数组保存为矩阵M；若临时数组中所有数之和为0，则将对应的I,J值和临时数组保存为矩阵N。

8.根据权利要求1所述的角点网格地质模型的实时切分及三维可视化方法，其特征在于，步骤七具体包括：

循环遍历在划分区域中的网格，根据矩阵M，将需要被绘制的面的空间坐标及对应的拓扑关系加入到绘制数据集；根据矩阵N，将需要被绘制的面的空间坐标及对应的拓扑关系加入到绘制数据集；

接着遍历顶与底层网格，将顶层网格顶部以及底层网格底部的空间坐标及对应的拓扑关系全部加入到绘制数据集。

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