DE60027791T2 - System und verfahren zum analysieren und abbilden dreidimensionaler volumendatenmengen - Google Patents

System und verfahren zum analysieren und abbilden dreidimensionaler volumendatenmengen Download PDF

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V1/00—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
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Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Abbilden von dreidimensionalen („3D") Volumendatenmengen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung die schnelle Visualisierung und Analyse von Strukturen innerhalb von 3D Volumendatenmengen.
  • Stand der Technik
  • Viele Aufgabengebiete benötigen die Analyse und die Darstellung von dreidimensionalen („3D") Volumendatenmengen. Beispielsweise wird auf medizinischem Gebiet ein CAT (computerized axial tomography) Scanner oder eine Kernspinntomographie- (MRI) Vorrichtung verwendet, um ein „Bild" oder ein diagnostisches Bild eines Teils eines Patientenkörpers zu erstellen. Der Scanner oder die MRI-Vorrichtung erzeugen eine 3D-Volumendatenmenge, die abgebildet oder dargestellt werden muss, damit das medizinische Personal das Bild analysieren und eine Diagnose stellen kann.
  • Dreidimensionale Volumendatenmengen werden auch in verschiedenen Aufgabengebieten, die sich auf die Geowissenschaften beziehen, verwendet. Die seismische Prüfung ist ein Verfahren zum Erforschen der Geologie unterhalb der Erdoberfläche. Eine unterirdische Explosion oder ein Erdbeben erzeugt seismische Wellen, die Schallwellen geringer Frequenz ähnlich sind und die sich unterhalb der Erdoberfläche fortsetzen und mittels Seismographen detektiert werden. Die Seismographen registrieren die Ankunftszeit sowohl der direkten als auch der reflektierten seismischen Wellen. Kennt man die Zeit und den Ort der Explosion oder des Erdbebens, kann die Laufzeit der Wellen durch das Erdinnere berechnet und dazu verwendet werden, die Geschwindigkeit der Wellen im Erdinneren zu ermitteln. Ein ähnliches Verfahren kann zur Erkundung von Offshoreöl und Gasvorkommen verwendet werden. Bei der Offshore-Erkundung zieht ein Schiff eine Tonquelle und Unterwasserhydrophone. Schallwellen tiefer Frequenz (beispielsweise 50 Hz) werden beispielsweise durch eine pneumatische Vorrichtung erzeugt, die wie das Zerplatzen eines Ballons arbeitet. Der Schall wird von den Gesteinsschichten unterhalb des Meeresbodens zurückgeworfen und von den Hydrophonen aufgefangen. In dieser Weise können unter der Oberfläche befindliche Sedimentstrukturen, die Öl einschließen, wie Verwerfungen, Falten und Lagerstätten mittels der reflektierten Wellen „kartographiert" werden. Die Daten werden zu 3D-Volumendatenmengen verarbeitet, die einen Reflexions- oder seismischen Amplitudendatenwert an genau angegebenen (x, y, z) Orten innerhalb eines geographischen Raumes beinhalten.
  • Eine 3D-Volumendatenmenge besteht aus „Voxeln" oder Volumenelementen. Jedes Voxel besitzt einen numerischen Wert für eine gemessene oder berechnete Eigenschaft, beispielsweise die seismische Amplitude des Volumens an diesem Ort. Eine übliche Methode um ein Bild einer 3D-Volumendatenmenge zu erstellen ist es, die 3D-Volumendatenmenge in eine Vielzahl von zweidimensionalen („2D") Schnittflächen oder Schnitte zu schneiden. Das Bild der 3D-Volumendatenmenge ist dann aus den 2D-Scheiben zusammengesetzt. Beispielsweise wird das Bild der 3D-Volumendatenmenge durch Stapeln der 2D-Schnitte in einer Reihenfolge von hinten nach vorne erzeugt und dann zu einem kompletten Bild zusammengesetzt. Der Benutzer sieht, wie das Bild Schicht für Schicht mit dem Wachsen des Composits zusammengesetzt wird. Obwohl der Benutzer die interne Organisation der Struktur des Volumens sehen kann, während das zusammengesetzte Bild wächst, ist das traditionelle Schneiden und Zusammensetzverfahren gewöhnlich langsam, insbesondere wenn sehr große 3D-Volumendatenmengen verwendet werden. Zusätzlich füllen das Schneiden und das Zusammensetzen das Gesichtsfeld des Benutzers mit unwesentlicher Information und beeinträchtigt die Fähigkeit des Benutzers, die den 3D-Volumendatenmengen innewohnenden Merkmale akkurat zu visualisieren und zu interpretieren.
  • Speziell zur Darstellung von 3D-seismischen Datenmengen wurde Computersoftware für die Öl- und Gasindustrie entwickelt. Beispiele von solchen üblichen Computerprogrammen sind VoxelGeo, erhältlich von Pradigm Geophysical, Houston, TX, SeisWorks und EarthCube, erhältlich von Landmark Graphics Corporation und IESX, erhältlich von GeoQuest. Solche üblichen Computerprogramme haben zahlreiche Schwächen, die einen Benutzer daran hindern, die in einer 3D-seismischen Datenmenge beinhalteten Merkmale schnell und akkurat zu visualisieren und zu interpretieren. Übliche Computerprogramme zum Visualisieren und Interpretieren von 3D-seismischen Daten arbeiten mit dem vollständigen 3D-Volumen der seismischen Daten. Folglich muss jedes Mal, wenn eine Veränderung vorgenommen wird, beispielsweise eine Veränderung an der Transparenz oder an dem Opazitätseinstellungen, das vollständige 3D-Volumen der seismischen Daten verarbeitet werden und das Bild erneut gezeichnet werden. Selbst wenn solche Programme auf hoch effizienten Graphiksupercomputern betrieben werden, ist die zeitliche Verzögerung beim erneuten Zeichnen des Bildes für den Benutzer wahrnehmbar. Für ein 3D-Volumen mit 500 Megabyte seismischen Daten kann es für übliche Programme eine Größenordnung von 30 bis 45 Sekunden beanspruchen, um das vollständige Bild erneut zu zeichnen (Bildrate von 0,03 bis 0,02 Bilder pro Sekunde). Während der Verzögerungszeit von 30 bis 45 Sekunden verliert der Benutzer die Konzentration am beobachteten Merkmal, wodurch es schwierig ist, die seismischen Daten vollständig und genau zu analysieren.
  • Einige der herkömmlichen 3D-seismischen Interpretationsprogramme bieten die Möglichkeit, ein Stück des vollständigen 3D-Volumens der seismischen Daten zu visualisieren und zu interpretieren. Der Benutzer gibt die Koordinaten des ausgewählten Stücks über ein Steuerungsmenü ein. Ein Bild des ausgewählten Stücks wird gezeichnet. Das ausgewählte Stück kann dann, wenn gewünscht, an diesem Ort gedreht werden. Um sich jedoch ein anderes Stück des vollständigen 3D-Volumens der seismischen Daten anzusehen, beispielsweise um einem geologischen Merkmal, das vorläufig identifiziert wurde, zu folgen, muss das Bild abgebrochen, ein neuer Ort oder Koordinaten für ein anderes Stück eingegeben und ein neues Bild mit dem anderen Stück gezeichnet werden. Diese Unterbrechung in dem dargestellten Bild erschwert es dem Benutzer, einen Zusammenhang zwischen zwei Stücken des vollständigen 3D-Volumens der seismischen Daten, die abgebildet wurden, zu visualisieren. Dieses erschwert die Fähigkeit des Benutzers, die geologischen Merkmale, die in dem vollständigen 3D-Volumen der seismischen Daten beinhaltet sind, zu interpretieren und zu identifizieren. Weiterhin setzen übliche 3D-seismische Interpretationsprogramme das Verarbeiten des vollständigen 3D-Volumens der seismischen Daten zum Zeichnen des Bildes fort, auch wenn nur ein Stück des vollständigen 3D-Volumens der seismischen Daten sichtbar dargestellt wird, wodurch die Darstellung des Bildes für den Benutzer verlangsamt ist.
  • Übliche 3D-seismische Interpretationsprogramme bieten die Möglichkeit einer „Autoauswahl" und identifizieren Punkte, die einem Voxel-Selektionsalgorithmus genügen. Typischerweise iterieren diese Programme jedoch durch das vollständige 3D-Volumen der seismischen Daten, um die Punkte zu identifizieren, die dem Voxel-Selektionsalgorithmus genügen. Dieses ist auch auf einem Hochgeschwindigkeitsgraphiksupercomputer zeitaufwendig. Weiterhin bieten gewöhnliche 3D-seismische Interpretationsprogramme nicht die Möglichkeit, aus der Sammlung der gewählten Voxel Streichungen vorzunehmen. Der einzige Weg Punkte aus der Sammlung der gewählten Voxel unter Verwendung vom üblichen 3D-seismischen Interpretationsprogrammen zu „eliminieren", ist es, wiederholt die Auswahlkriterien für den Voxel-Selektionsalgorithmus einzustellen, bis die zu eliminierenden Punkte aus den Selektionskriterien für die darzustellenden Punkte, die dem Voxel-Selektionsalgorithmus genügen, herausfallen. Jedes Mal wenn die Selektionskriterien angepasst werden, muss das Bild unterbrochen werden. Dieser iterative Prozess ist zeitaufwendig und beeinträchtigt den Visualisierungsprozess des Benutzers.
  • Daher besteht im Stand der Technik ein Bedürfnis nach einem System und einem Verfahren zur Darstellung von 3D-Volumendatenmengen, die die oben beschriebenen Nachteile überwinden. Insbesondere besteht ein Bedarf für ein System und ein Verfahren, das Bilder von großen 3D-Volumendatenmengen als Reaktion auf Benutzereingaben bei einer ausreichend schnellen Rate erneut zeichnet, so dass der Benutzer einen unmittelbaren oder Echtzeitwechsel im Bild ohne Unterbrechung oder erkennbare zeitliche Verzögerung wahrnimmt. Solch ein System und ein Verfahren würde es einem Benutzer ermöglichen, die in einer 3D-Volumendatenmenge beinhalteten Merkmale schneller und genauer zu interpretieren und zu identifizieren.
  • Curved planar reformatted CT angiography: usefulness for the evaluation of aneurysms at the carotid siphon, Takashi Ochi et al., American Journal of Neuroradiology, American Society of Neuroradiology, US, volume 20, no. 6, June 1999 (1999-06), pages 1025–1030, offenbart ein Verfahren des Curved planar reformatting (CPR) für die CT Angiographie und charakterisiert die Leistung dieses Verfahrens durch Evaluierung von Aneurysmen insbesondere der Halsschlagader, diese Dokumente offenbaren eine CPR-Technik wie folgt:
    Zunächst werden axiale Schnitte, die ein zu betrachtendes Volumen beinhalten, gestapelt, um ein Bildvolumen zu erzeugen. Dann wird ein Reformatierungsalgorithmus an dem beliebig gedrehten Bildvolumen angewendet. Für ein zusammengesetztes sagittales CPR-Bild wird ein Koronalabschnitt als Referenzebene ausgewählt. Der Betrachter blättert durch eine Serie von benachbarten Referenzbildern, wobei der Verlauf des Zielgefäßes durch eine Serie von Mausklicks verfolgt wird. Dieser Vorgang setzt sich fort, bis der gesamte Verlauf des Zielgefäßes innerhalb des Volumens von Interesse verfolgt worden ist. Dann wird entlang der definierten gebogenen Linie eine ein Voxel dicke Ebene, die rechtwinklig zum Referenzort ist, aus der gesamten Datenmenge entnommen. Schließlich wird die resultierende „gebogene Ebene" eingeebnet und als ein, zusammengesetztes sagittales 2D-Bild, das dem Zielgefäß entspricht, dargestellt. In der Praxis wurden die gestapelten CT-Scans um die rostral-caudale Achse gedreht, um die lange Achse eines Aneurysmas in der sagittalen Ebene anzuordnen bevor CPR angewendet wird.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung ist auf ein System und ein Verfahren zum Analysieren und Darstellen von 3D-Volumendatenmengen gerichtet, die eine 3D-Probensonde und andere interaktive Hilfsmittel verwenden. Nach einer Ausgestaltung der Erfindung wird ein Verfahren und ein Computerprogramm bereit gestellt, das zum Darstellen einer dreidimensionalen Volumendatenmenge mit einer Vielzahl von Voxeln auf einem Speichermittel gespeichert sein kann, wobei jedes Voxel einen dreidimensionalen Ort und ein Datenwort aufweist. Das Datenwort kann stellvertretend für ein physikalisches Phänomen, beispielsweise ein auf eine bestimmte Position innerhalb eines Geokörpers bezogenes Amplitudensignal, sein. Das Verfahren kann Schritte wie das Erzeugen von wenigstens einer dreidimensionalen Probensonde aufweisen, wobei die dreidimensionale Probensonde dieselbe Größe oder eine Untermenge der dreidimensionalen Volumendatenmenge ist. Die dreidimensionale Probensonde besitzt eine Sondenoberfläche und eine dieser gegenüberliegende Sondenoberfläche. Andere Schritte können das Herstellen einer Vielzahl von Ansteuerungspunkten in der Sondenoberfläche sein, so dass die Vielzahl von Ansteuerungspunkten eine oder mehrere Linien auf der Sondenoberfläche bilden und das Erstrecken eines bandartigen Abschnittes von der einen oder den mehreren Linien in der Sondenoberfläche in Richtung der gegenüberliegenden Sondenoberfläche. Eine Kante des bandartigen Abschnitts ist bevorzugt durch die eine oder die mehreren Linien gebildet. Ein weiterer Schritt des Verfahrens kann das selektives Darstellen der für die physikalischen Phänomene charakteristischen Datenwörter an dreidimensionalen Orten, die mit dem bandartigen Abschnitt und der dreidimensionalen Probensonde schneiden, beinhalten.
  • Das Verfahren kann weiterhin die Schritte des Editierens der Vielzahl von Ansteuerungspunkten in der Sondenoberfläche, um dadurch die eine oder die mehreren Linien neu zu definieren und des Ausweitens eines entsprechend neu definierten bandförmigen Abschnitts von der einen oder den mehreren Linien in der Sondenoberfläche in Richtung der gegenüberliegenden Sondenoberfläche, aufweisen. Der Schritt des Editierens kann weiterhin Funktionen, wie beispielsweise Löschen eines oder mehrerer der Vielzahl von Ansteuerungspunkten, Wechseln eines Orts eines oder mehrerer der Vielzahl von Ansteuerungspunkten und Hinzufügen eines oder mehrerer Ansteuerungspunkte zu der Vielzahl von Ansteuerungspunkten, beinhalten.
  • In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der bandförmige Abschnitt senkrecht zur Sondenoberfläche und der bandartige Abschnitt kann sich von der Sondenoberfläche zur gegenüberliegenden Sondenoberfläche erstrecken. Die eine oder die mehreren Linien, die die Kante des bandförmigen Abschnitts bilden, können durch die Vielzahl von Ansteuerungspunkten editiert werden, um eine Vielzahl von offenen geraden Linien oder eine geometrische Figur mit einer geschlossenen Linie zu bilden, wenn gewünscht. Der bandförmige Abschnitt besteht bevorzugt aus einer Vielzahl von Ebenen. Der bandförmige Abschnitt kann oder kann nicht parallel mit jeder der Vielzahl von Oberflächen der Sonde sein.
  • In einer Anordnung, die nicht die vorliegende Erfindung verkörpert und sich auf das Verfolgen eines bestimmten physikalischen Phänomens, beispielsweise einer geologischen Verwerfung, bezieht, kann das Verfahren die Schritte aufweisen: Positionieren der Sondenoberfläche an einer ersten Position innerhalb einer dreidimensionalen Volumendatenmenge und Bilden eines ersten Satzes von Ansteuerungspunkten auf der Sondenoberfläche zum Verfolgen eines durch die dreidimensionale Volumendatenmenge beschriebene physikalischen Phänomens. Ein weiterer Schritt kann sein: Interpolieren zwischen dem ersten Satz von Ansteuerungspunkten, um eine erste Splinekurve zu definieren. Andere Schritte können beinhalten: Bewegen der Sonde zu einer zweiten Position innerhalb der dreidimensionalen Volumendatenmenge, Bilden eines zweiten Satzes von Ansteuerungspunkten in der Sondenoberfläche zum Verfolgen des physikalischen Phänomens und Interpolieren zwischen diesen, so dass der zweite Satz von Ansteuerungspunkten eine zweite Splinekurve definiert. Ein anderer Schritt kann sein: Interpolieren einer dreidimensionalen Oberfläche zwischen der ersten Splinekurve und der zweiten Splinekurve, die charakteristisch für das physikalische Phänomen ist.
  • Das Verfahren ermöglicht weiterhin das Darstellen der interpolierten Oberfläche dort, wo die Oberfläche mit dem ersten Satz von Ansteuerungspunkten und dem zweiten Satz von Ansteuerungspunkten schneidet. Es ist ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass die erste Splinekurve, die zweite Splinekurve und die folgenden Splinekurven kurvenförmig sind.
  • Zusätzliche Schritte können sein: Der iterative Prozess des Bewegens der Sonde zu einer dritten Position innerhalb der dreidimensionalen Volumendatenmenge, Bilden eines dritten Satzes von Ansteuerungspunkten auf der Sondenoberfläche zum Verfolgen von physikalischen Phänomenen, Interpolieren zwischen dem dritten Satz von Ansteuerungspunkten, um eine dritte Splinekurve zu definieren und Interpolieren zwischen der ersten Splinekurve, der zweiten Spline und der dritten Splinekurve um weiterhin die für die physikalischen Phänomene charakteristische dreidimensionale Oberfläche zu definieren.
  • Wenn gewünscht, kann das Verfahren beispielsweise Schritte aufweisen wie das Editieren der repräsentativer Ansteuerungspunkte auf der Sondenoberfläche an der jeweiligen Position der Sonde. Weiterhin kann das Verfahren das Darstellen einer kurvenförmigen Verbindung („v-Kurven") zwischen den Ansteuerungspunkten und der jeweiligen Position der Sonde. Ein weiterer Schritt kann das Darstellen der Splinekurven und der v-Kurven auf der dreidimensionalen Oberfläche sein. Die Splinekurven und die v-Kurven bilden ein dreidimensionales Gitter, das ebenso für die physikalischen Phänomene charakteristisch ist. Das Gitter weist eine Vielzahl von Schnittpunkten zwischen den Splinekurven und den v-Kurven auf. Das Verfahren kann weiterhin das Editieren des aktuellen Satzes von Ansteuerungspunkten auf der Sondenoberfläche, wodurch die Oberfläche und das Gitter zwischen der aktuellen Splinekurve und den früheren Splinekurven neu geformt wird, aufweisen.
  • Bevorzugt kann das Verfahren ebenso einen Schritt wie beispielsweise das Auswählen eines der Vielzahl von Schnittpunkten, um dadurch die Sondenoberfläche zu repositionieren, um durch den ausgewählten Schnittpunkt zu führen, aufweisen. Das Verfahren kann ebenso das Auswählen eines aus dem Satz von Ansteuerungspunkten, um dadurch die Sondenoberfläche zu repositionieren, um durch den ausgewählten Satz von Ansteuerungspunkten zu führen aufweisen.
  • Anders ausgedrückt weist ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens die folgenden Schritte auf: Positionieren der Sondenoberfläche an einer Vielzahl von Positionen innerhalb der dreidimensionalen Volumendatenmenge, Bilden eines Satzes von Ansteuerungspunkten an jeder der Vielzahl von Sondenoberflächenpositionen derart, dass jeder Satz von Ansteuerungspunkten eine in Beziehung stehende Splinekurve definiert, Repositionieren der Sondenoberfläche und Interpolieren zwischen der Vielzahl von Splinekurven, um eine dreidimensionale Oberfläche zu bilden, die für die physikalischen Phänomene charakteristisch ist.
  • Merkmale und Vorteile
  • Es ist eine Aufgabe der Anordnungen, die nicht die vorliegende Erfindung verkörpern, dass ein bandförmiger Abschnitt durch eine 3D-Probensonde erzeugt werden, erneut gezeichnet, editiert und schnell und vorteilhaft mittels Erzeugen einer Vielzahl von Linien, die dann durch die 3D-Probensonde projiziert werden, bewegt werden kann. Die Linien können mit einem Winkeloffset von einem Koordinatensystem, beispielsweise einem x-, y-, z- oder einem Kartesischem Koordinatensystem der 3D-Probensonde gezeichnet werden.
  • Es ist eine weitere Aufgabe von Anordnungen, die nicht die vorliegende Erfindung verkörpern, dass die Strukturen in der 3D-Datenvolumenmenge, beispielsweise geologische Strukturen, schnell durch Auswählen von Punkten von Interesse an einer Vielzahl von Orten in der 3D-Probensonde kartiert werden können, die dann interpoliert werden können, um ein Gitter oder eine Oberfläche, die mit der Struktur in Beziehung steht, zu bilden. Das Gitter kann schnell editiert und die Sonde an verschiedene Punkte auf der Oberfläche durch Auswählen der Gitterschnittpunkte bewegt werden. Es ist ein weiteres Merkmal der Anordnungen, die nicht die vorliegende Erfindung verkörpern, dass, wenn ein Benutzer die 3D-Probensonden interaktiv durch eine 3D-Volumendatenmenge bewegt, das Bild auf der Oberfläche der 3D-Probensonde „on the fly" erneuert wird, so dass der Benutzer den Bildwechsel in Echtzeit mit Bewegung der 3D-Probensonde wahrnimmt. Ähnlich wird die 3D-Probensonde volumengerendert mit unterschiedlichem Transparenzgrad „on the fly", wenn ein Benutzer eine 3D-Probensonde interaktiv durch eine 3D-Volumendatenmenge bewegt, so dass der Benutzer den Bildwechsel in Echtzeit mit Bewegung der 3D-Probensonde wahrnimmt.
  • Es ist ein weiteres Merkmal einer Anordnung, die nicht die vorliegende Erfindung verkörpert, dass ein Benutzer die Form oder die Größe einer 3D-Probensonde interaktiv verändern kann, so dass das Bild auf den Oberflächen der 3D-Probensonde „on the fly" erneuert wird, so dass der Benutzer den Bildwechsel in Echtzeit mit dem Wechsel in der Form oder der Größe der 3D-Probensonde wahrnimmt. Ähnlich kann ein Benutzer die Form oder die Größe einer 3D-Probensonde interaktiv verändern, so dass die 3D-Probensonde mit veränderlichem Transparenzgrad „on the fly" volumengerendert wird, so dass der Benutzer den Bildwechsel in Echtzeit mit dem Wechsel in der Form oder der Größe der 3D-Probensonde wahrnimmt.
  • Es ist ein weiteres Merkmal einer Anordnung, die nicht die vorliegende Erfindung verkörpert, dass ein Benutzer eine 3D-Probensonde interaktiv rotieren kann, so dass das Bild auf den Oberflächen der 3D-Probensonde „on the fly" erneuert wird, so dass der Benutzer den Bildwechsel in Echtzeit mit der Drehung der 3D-Probensonde wahrnimmt. Ähnlich kann ein Benutzer eine 3D-Probensonde interaktiv drehen, so dass die 3D-Probensonde mit unterschiedlichem Transparenzgrad „on the fly" volumengerendert wird, so dass der Benutzer den Bildwechsel in Echtzeit mit der Drehung der 3D-Probensonde wahrnimmt.
  • Es ist ein weiteres Merkmal einer Anordnung, die nicht die vorliegende Erfindung verkörpert, dass eine Löschungs-3D-Probensonde erstellt und durch den Benutzer manipuliert werden kann, um direkt aus einem Bild ausgewählte Punkte, die in einen bestimmten Datenwertbereich hineinfallen, zu löschen.
  • Es ist ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass ein Benutzer eine 3D-Probensonde manipulieren kann, um eine 3D-Volumendatenmenge interaktiv zu durchqueren, um ein Merkmal zu verfolgen und abzubilden.
  • Es ist ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass ein Benutzer das dargestellte Bild in kontinuierlicher Weise verändern kann, ohne Unterbrechung oder wahrnehmbare Zeitverzögerung. Dieses ermöglicht dem Benutzer, in den 3D-Volumendatenmengen befindliche Merkmale schneller und genauer zu interpretieren und zu identifizieren.
  • Es ist weiterhin ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass die 3D-Probensonden durch den Benutzer interaktiv neu geformt werden können, um mit der Form von geologischen Strukturen überein zu stimmen, wodurch der Benutzer in die Lage versetzt wird, das Ausmaß der geologischen Strukturen besser zu visualisieren und zu definieren.
  • Schließlich ist es ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass sie zum Visualisieren und Interpretieren von großen Mengen von 3D-seismischen Daten verwendet werden kann. Die vorliegende Erfindung kann ebenso verwendet werden, um schnell und genau Bohrplätze zu identifizieren. Die vorliegende Erfindung kann vorteilhaft verwendet werden, um die zyklischen Zeiten von seismischen 3D-Projekten stark zu reduzieren, die Produktion von bestehenden Quellen zu erhöhen und zusätzliche Reserven zu orten.
  • Kurze Beschreibung der Figuren
  • Die vorliegende Erfindung wird mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen bezeichnen ähnliche Bezugszeichen identische oder funktionell ähnliche Elemente. Zusätzlich kennzeichnen die links stehenden Ziffern eines Bezugszeichens die Zeichnung, in der das Bezugszeichen erstmals auftritt.
  • 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Software oder eine Programmstruktur zum Implementieren der vorliegenden Erfindung;
  • 2 zeigt ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines 3D-Probensondenprogramms der vorliegenden Erfindung;
  • 3 zeigt eine Kurve, die die Transparenz als Funktion der Datenwerte darstellt;
  • 4 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel zum Implementieren der vorliegenden Erfindung darstellt;
  • 5 zeigt ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels zum Verändern einer voreingestellten Sonde;
  • 6 zeigt ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels zum Erstellen zusätzlicher Sonden;
  • 7 zeigt ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels zum Bewegen einer Sonde:
  • 8 zeigt ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels zum erneuten Formen einer Sonde;
  • 9 zeigt ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels zum Drehen einer Sonde im 3D-Raum;
  • 10 zeigt ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels zum Drehen einer Sonde, während diese im Raum fixiert ist;
  • 11 zeigt ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels zum Ausführen der Autoauswahl oder „seed selection";
  • 12 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Computersystems, das zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung geeignet ist;
  • 13 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiels eines Computersystems, das zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung geeignet ist;
  • 14 zeigt weiterhin ein Detail eines exemplarischen Computersystems, das zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung geeignet ist;
  • 15 illustriert drei undurchlässige Sonden der vorliegenden Erfindung, mit zwei sich schneidenden Sonden;
  • 16 zeigt drei Sonden der vorliegenden Erfindung, eine Datensonde, eine transparente Schnittsonde und eine volumengerenderte Sonde;
  • 17 illustriert einen bandförmigen Abschnitt nach der vorliegenden Erfindung in der Form eines Sterns;
  • 18 zeigt ein Blockdiagramm eines Systems zum Herstellen des bandförmigen Abschnitts aus 17;
  • 19 stellt ein dreidimensionales Gitter und eine dreidimensionale Oberfläche dar, die für physikalische Phänomene charakteristisch ist und durch eine 3D-Volumendatenmenge nach der vorliegenden Erfindung beschrieben ist; und
  • 20 zeigt ein Blockdiagramm eines Systems zum Erstellen des Gitters und der Oberfläche aus 19.
  • Detaillierte Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen
  • Übersicht
  • Die vorliegende Erfindung ist auf ein System und ein Verfahren zum Analysieren und Darstellen von dreidimensionalen („3D") Volumendatenmengen unter Verwendung einer 3D-Probensonde gerichtet. 3D-Volumendatenmengen umfassen „Voxel" oder Volumenelemente. Jedes Voxel ist eine Sonde oder ein Punkt innerhalb eines Volumens. Jedes Voxel kann in der Form (x, y, z, Datenwert) ausgedrückt werden, wobei „x, y, z" den 3D-Ort des Punkts innerhalb des Volumens bezeichnet und „Datenwert" der Wert einer gemessenen oder berechneten Eigenschaft oder eines physikalischen Parameters an dem bestimmten Punkt innerhalb des Volumens ist. Beispielsweise besteht eine 3D-Volumendatenmenge, die zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung geeignet ist, aus 3D-seismischen Daten. Jedes Voxel in den 3D-seismischen Daten kann als („x, y, z, Amplitude") ausgedrückt werden, mit einer Amplitude, die der Amplitude der reflektierten Schallwellen an dem bestimmten (x, y, z) Ort entspricht.
  • Jede Art von Information, die in der Voxel-Form (x, y, z, Datenwert) ausgedrückt werden kann, ist zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung geeignet. Zusätzlich zu den seismischen Daten sind Beispiele aus der Öl- und Gasindustrie, Informationen von dicht beabstandeten Quelldiagrammen, der Schwerkraft und von magnetischen Feldern, Fernerkundungsdaten und Sidescan-Sonarbilddaten. Andere geologische oder physikalische Informationen können sein die Temperatur, der Druck, die Sättigung, die Reflektivität, der Schallwellenwiderstand und die Geschwindigkeit.
  • Eine andere Anwendung der vorliegenden Erfindung besteht für den Bergbau. Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung verwendet werden, um geologischen und geophysikalische Daten zu visualisieren, um Abbauorte aufzufinden, abzubauende Lagerstätten aufzufinden und zu verfolgen oder um geologische Merkmale, beispielsweise Verwerfungen, die den Abbau beeinflussen, aufzufinden und zu verfolgen. Die vorliegende Erfindung findet auch Anwendung bei der Beseitigung von toxischen, gefährlichen oder anderen Arten von Abfall. Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung dazu verwendet werden, um Daten zu visualisieren und zu interpretieren, die das geographische Ausmaß und die Verteilung von Abfall an einem bestimmten Ort repräsentieren. Solch eine Visualisierung unter Interpretation ist nützlich um das Beseitigen an verschiedenen Orten zu priorisieren und um einen Beseitigungsplan für einen bestimmten Ort zu entwickeln.
  • Die vorliegende Erfindung kann auch mit Informationen außerhalb der Öl- und Gasindustrie verwendet werden. Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung zur Analyse und Bilderzeugung in der Medizin verwendet werden, wobei das Datenwertelement des Voxels von einem CAT- (computerized axial tomography) Scanner oder durch ein Kernspinbildgebungs- (magnetic resonance imaging; MRI) Verfahren erhalten ist.
  • Zur besseren Erklärung wird die vorliegende Erfindung im folgenden beispielhaft anhand von 3D-seismischen Daten als 3D-Volumendatenmenge beschrieben. Dadurch wird die vorliegende Erfindung in keiner Weise auf die Verwendung von 3D-seismischen Daten eingeschränkt.
  • Die vorliegende Erfindung ist insbesondere als Visualisierungswerkzeug zum Interpretieren von 3D-seismischen Daten nützlich. Dabei bedeutet „Visualisierung" die Konstruktion eines dreidimensionalen Bildes im Geist des Benutzers von physikalischen oder geologischen Merkmalen oder physikalischen Parametern, die in der 3D-Volumendatenmenge vorhanden sind. Solche physikalischen Eigenschaften oder Parameter sind üblicherweise nicht mit konventionellen Mitteln der Verarbeitung von 3D-Datenmengen, beispielsweise Scannen einer Serie von Schnitten der 3D-Volumendatenmenge, sichtbar, da die mentale Rekonstruktion stattfinden muss, damit ein Benutzer die dreidimensionale Eigenschaft mental „sieht". Wegen dieser mentalen Rekonstruktion ist es unter Benutzern schwierig, dasselbe 3D-Bild zu kommunizieren und Anteil daran zu haben. Beispielsweise wird dasselbe 3D mentale Bild eines Terrains nicht notwendigerweise im Geist jeder Person präsent sein, die eine zweidimensionale („2D") Höhenliniekarte des Terrains liest oder analysiert. Durch die Verwendung von 3D-Computergraphiksystemen kann der Benutzer dasselbe 3D-Bild einer 3D-Volumendatenmenge visualisieren und kommunizieren und daran teilhaben. Durch Visualisieren von 3D-seismischen Daten kann ein Team von Geologen, Geophysikern und Ingenieuren die visualisierten Daten interpretieren, um Entscheidungen über Erkundung von Produktion zu treffen, wie beispielsweise über Bohrstandorte und Quellwege.
  • Um die Visualisierungsfunktion zu erreichen, verwendet die vorliegende Erfindung die Computergraphikverfahren des Textur-Mappings und des Volumenrenderns. Mit „texture map" ist das Einhüllen oder Aufzeichnen eines 2D-Bildes oder Photos auf ein 2D- oder ein 3D-Objekt gemeint. Beispielsweise kann eine Photographie einer Person als Textur auf einer Kaffeetasse abgebildet werden.
  • Der Ausdruck „Volumenrendern" oder „volume imaging" bezieht sich auf die Zeichnen eines dreidimensionalen Objekts in der Weise, dass es einem Betrachter die dreidimensionale Natur des Objekts übermittelt, auch wenn der Betrachter auf eine zweidimensionale Anzeige oder einen Bildschirm sieht. Die Computergraphiktechnologie verwendet Farb-Licht- und Schattentechniken, um dem Geist des Betrachters zu übermitteln, was hoch oder tief, hinten oder vorne, hell oder dunkel etc. ist. Die Perspektive oder der Standpunkt kann verändert werden, so dass der Betrachter alle Seiten des 3D-Objekts sehen kann. Volumenrendern weist üblicherweise eine Art der Steuerung der Transparenz/Opazität (Opazität = 1 – Transparenz), so dass bestimmte Teile des 3D-Objekts stärker transparent sind, wodurch es dem Betrachter ermöglicht wird, durch äußere Oberflächen eines Objekts „hindurch zu sehen" und seine internen Strukturen zu betrachten.
  • Die vorliegende Erfindung ermöglicht die schnelle Visualisierung und Analyse von sehr großen 3D-Volumendatenmengen durch die Verwendung einer „Probensonde", die auch hier als „Sonde" oder „Sondenobjekt" bezeichnet wird. Wie im folgenden näher erläutert wird, besitzen die Probensonden der vorliegenden Erfindung vielfältige Eigenschaften, von denen eine ist, dass diese üblicherweise als ein 3D-Subvolumen der gesamten 3D-Volumendatenmenge, die visualisiert und analysiert werden soll, erzeugt werden.
  • Eine Anzahl von Probensonden kann erzeugt, geformt, in ihre Größe eingestellt und interaktiv durch den Benutzer innerhalb der gesamten 3D-Volumendatenmenge bewegt werden. Der Schnitt der Probensonde mit der gesamten 3D-Volumendatenmenge ist auf den Oberflächen der Probensondentextur gemappt oder mit unterschiedlichem Transparenzgrad innerhalb der Probensonde volumengerendert. Wie hier benutzt bedeutet der Ausdruck „interaktiv" das Verändern oder erneute Zeichnen eines Bildes als Reaktion auf eine Benutzereingabe mit einer Geschwindigkeit, die ausreichend schnell ist, dass der Benutzer einen unmittelbaren oder Echtzeitwechsel des Bildes ohne wahrnehmbare zeitliche Verzögerung wahrnimmt. In der Praxis ist eine Bildrate von wenigstens zwischen 10 bis 15 Bildern pro Sekunde ausreichend, um die hier beschriebene interaktive Bildgebung zu erreichen. Bewegt der Benutzer beispielsweise die Probensonde, zum Beispiel durch „click and drag" mit einer „mouse", nimmt der Benutzer den Wechsel der Textur auf den Oberflächen der Probensonde in „Echtzeit" mit der Bewegung der Probensonde wahr. Während die Probensonde ihren Umriss, ihre Größe oder ihren Ort verändert, gibt es keine vom Benutzer wahrnehmbare zeitliche Verzögerung in der Bildgebung der Textur oder mit unterschiedlichem Grad der Transparenz der volumengerenderten Eigenschaften. Auf diese Weise kann der Benutzer die Probensonden durch das gesamte 3D-Volumen bewegen und einfacher und effektiver die Eigenschaften und physikalischen Parameter, die in dem durch die gesamte 3D-Volumendatenmenge repräsentierten geographischen Raum enthalten sind, visualisieren und interpretieren.
  • Beschreibung des Systems
  • Die vorliegende Verwendung kann unter Verwendung Hardware, Software oder einer Kombination davon in einem Computersystem oder einem Verarbeitungssystem implementiert werden. Ein Ausführungsbeispiel einer Software oder einer Programmstruktur 100 zum Implementieren der vorliegenden Erfindung ist in 1 gezeigt. An der Basis der Programmstruktur 100 steht das Betriebssystem 102. Geeignete Betriebssysteme 102 sind beispielsweise das UNIX®-Betriebssystem oder Windows NT® von der Microsoft Corporation oder andere Betriebssysteme, wie sie einem Fachmann bekannt sind.
  • Die Software für Menüs und Fenster 104 ist dem Betriebssystem 102 aufgesetzt. Die Software für Menüs und Fenster wird verwendet, um verschiedene Menüs und Fenster bereit zu stellen, um eine Interaktion mit dem Benutzer zu ermöglichen und um Eingaben und Anweisungen des Benutzers zu erhalten. Die Software für Menüs und Fenster 104 kann beispielsweise beinhalten Microsoft WindowsTM, X Window SystemTM (eingetragene Marke des Massachusetts Institute of Technology) und MOTIFTM (eingetragene Marke der Open Software Foundation Inc.). Dem Fachmann ist es ohne weiteres ersichtlich, dass auch andere Software für Menüs und Fenster verwendet werden kann.
  • Eine grundlegende Graphikbibliothek 106 ist der Software für Menüs und Fenster 104 aufgesetzt. Die grundlegende Graphikbibliothek 106 ist ein Application Programming Interface (API) für 3D-Computergraphik. Die von der grundlegenden Graphikbibliothek 106 ausgeführten Funktionen sind beispielsweise geometrische und Rasterstammfunktionen, RGBA oder Farbindexmodus, Listendarstellung oder direkter Modus, Ansicht oder Modeling Transformationen, Beleuchtung und Schattierung, Entfernen von versteckten Oberflächen, alpha blending (Durchsichtigkeit), anti-aliasing, Texturmapping, atmosphärische Effekte (Nebel, Rauch, Dunst), Rückkopplung aus Auswahl, Schablonenebenen und Auflaufspeicher.
  • Eine besonders bevorzugte grundlegende Graphikbibliothek 106 ist OpenGL®, erhältlich von Silicon Graphics, Inc. („SGI"), Mountain View, Kalifornien. OpenGL® API ist ein Multiplattformindustriestandard, der hardware-, fenster- und betriebssystemunabhängig ist. OpenGL® ist eingerichtet um von C, C++, FORTRAN, Ada und Java Programmiersprachen ausführbar zu sein. OpenGL® führt jede der oben aufgeführten Funktionen für die grundlegende Graphikbibliothek 106 aus. Einige Befehle in OpenGL® spezifizieren zu zeichnende geometrische Objekte und andere Befehle, wie die Objekte zu behandeln sind. Alle Elemente des OpenGL®-Status, selbst der Inhalt des Texturspeichers und des Bildspeichers, kann mit einer Client-Anwendung unter Verwendung von OpenGL® erhalten werden. OpenGL® und die Client-Anwendung können auf derselben oder auf verschiedenen Maschinen ausgeführt werden, da OpenGL® netzwerktransparent ist. OpenGL® wird detailliert in der OpenGL®-Programmieranleitung (ISBN: 0-201-63274-8) und dem OpenGL®-Referenzhandbuch (ISBN: 0-201-63276-4) beschrieben.
  • Die Graphikbibliothek zur visuellen Simulation 108 ist der grundlegenden Graphikbibliothek 106 aufgesetzt. Die Graphikbibliothek zur visuellen Simulation 108 ist ein API zum Erzeugen von Echtzeit, multi-prozessierten 3D-visuellen Simulationsgraphikanwendungen. Die Graphikbibliothek für die visuelle Simulation 108 stellt Funktionen bereit, die die Funktionen der Graphikbibliothekzustandssteuerung zusammenbündeln, wie zum Beispiel Belichtung, Materialien, Texturen und Transparenz. Die Funktionen verfolgen den Status und die Erzeugung von Anzeigelisten, die später gerendet werden können.
  • Eine besonders bevorzugte Graphikbibliothek zur visuellen Simulation 108 ist der IRIS Performer, erhältlich von SGI in Mountain View, Kalifornien. Der IRIS Performer unterstützt die OpenGL®-Graphikbibliothek, die oben besprochen wurde. IRIS Performer enthält zwei Hauptbibliotheken, libpf und libpr, und vier damit verbundene Bibliotheken, libpfdu, libpfdb, libpfui und libpfutil.
  • Die Grundlage des IRIS Performers ist die Leistungsrenderingbibliothek libpr, eine Low-Level-Bibliothek, die Hochgeschwindigkeitsrenderingfunktionen basierend auf GeoSets und der Graphikzustandssteuerung unter Verwendung von GeoStates bereitstellt. GeoSets ist eine Sammlung von zeichnungsfähigen geometrischen Formen, die dieselbe Art von graphischen Funktionen (zum Beispiel Dreiecke oder Rechtecke) in einem Datenobjekt gruppiert. Das GeoSet enthält keine Geometrie an sich, sondern nur Verweise auf Datenarrays und Indexarrays. Da all die Funktionen in GeoSet derselben Art sind und dieselben Eigenschaften besitzen, wird das Rendern der meisten Datenbanken mit der maximalen Hardwaregeschwindigkeit ausgeführt. GeoStates liefert die Graphikzustandsdefinitionen (zum Beispiel Textur oder Material) für GeoSets.
  • Über der libpr gelagert ist libpf, eine in Echtzeit arbeitende visuelle Simulationsumgebung, die ein hochleistungsfähiges Multiprozeßdatenbankrenderingsystem bereitstellt, das die Verwendung der Multiprozesshardware optimiert. Die Datenbankutilitybibliothek, libpfdu, bietet Funktionen zum Definieren sowohl der geometrischen als auch der Erscheinungseigenschaften von 3D-Objekten, gibt den Zustand und das Material weiter und erzeugt Dreiecksstreifen aus unabhängiger Polygoneingabe. Die Datenbankbibliothek libpfdb verwendet die Einrichtungen der libpfdu, libpf und libpr, um Datenbankdateien in einer Vielzahl von Industriestandarddatenbankformaten zu importieren. Die libpfui ist eine Benutzerinterfacebibliothek, die Bausteine zum Schreiben von Manipulationskomponenten für Benutzerinterfaces (C und C++ Programmiersprachen) bereitstellt. Schließlich ist die libpfutil die Utilitybibliothek, die Routinen zum Implementieren solcher Aufgaben, wie MultiChannel Option-Unterstützung und graphischen Benutzerinterface- (GUI) Werkzeugen bereitstellt.
  • Ein Anwendungsprogramm, das den IRIS Performer und OpenGL® API verwendet, führt üblicherweise die folgenden Schritte zum Vorbereiten der Echtzeit 3D-visuellen Simulation aus:
    • 1. Initialisieren des IRIS Performers;
    • 2. Spezifizieren der Graphikpipelines, Auswählen der Multiprozessingkonfiguration und Bestimmen des benötigten Hardwaremodus;
    • 3. Initialisieren des gewählten Multiprozessingmodus;
    • 4. Initialisieren der Bildrate und Setzen der Frame-Extend-Regeln;
    • 5. Erzeugen, Konfigurieren und Öffnen der benötigten Fenster und
    • 6. Erzeugen und Konfigurieren der benötigen Anzeigekanäle.
  • Hat das Anwendungsprogramm eine graphische Renderingumgebung durch Ausführen der oben genannten Schritte 1 bis 6 erzeugt, iteriert das Anwendungsprogramm üblicherweise durch eine Hauptsimulationsschleife einmal pro Bild.
    • 7. Berechnen der Dynamik, Erneuern der Modellmatrices, etc.;
    • 8. Verzögern bis zur nächsten Bildzeit;
    • 9. Durchführen der latenzkritischen Ansichtupdates;
    • 10. Zeichnen eines Bilds.
  • Ein 3D-Probensondenprogramm 110 der vorliegenden Erfindung ist der graphischen Bibliothek zur visuellen Simulation 108 aufgesetzt. Das Programm 110 interagiert mit und verwendet die von jedem der visuellen Simulations- und Graphikbibliothek 108, der grundlegenden Graphikbibliothek 106, der Software für Menüs und Fenster 104 und des Betriebssystems 102 ausgeführten Funktionen in einer Weise, die dem Fachmann bekannt ist.
  • Das 3D-Probensondenprogramm 110 der vorliegenden Erfindung ist bevorzugt in einer objektorientierten Programmiersprache geschrieben, die die Erzeugung und Verwendung von Objekten und der Objektfunktionalität ermöglicht. Eine besonders bevorzugte objektorientierte Programmiersprache ist C++. Beim Durchführen der vorliegenden Erfindung erzeugt das Progamm 110 ein oder mehrere Sonden-„Objekte". Wie oben gezeigt, werden die von dem Progamm 110 erzeugten und verwendeten Sondenobjekte hier auch als Probensonden oder Sonden bezeichnet. Das Progamm 110 manipuliert die Sondenobjekte, so dass sie die folgenden Eigenschaften haben.
  • Eine Sonde korrespondiert zu einem Sub-Volumen eines größeren 3D-Volumens. Insbesondere definiert eine Sonde eine Teilmenge, die weniger ist als der vollständige Datenssatz der Voxel für eine 3D-Volumendatenmenge. Eine Sonde kann zwar so eingerichtet sein, dass sie gleich oder koextensiv mit dem vollständigen Datensatz der Voxel für eine 3D-Volumendatenmenge ist, aber die vorliegende Erfindung wird am besten ausgeführt, wenn die Sonde dem Sub-Volumen entspricht und eine Teilmenge definiert, die weniger als der vollständige Datensatz der Voxel für eine 3D-Volumendatenmenge ist. Beispielsweise kann eine 3D-Volumendatenmenge von seismischen Daten ungefähr von 500 MB (Megabyte) bis ungefähr 10 GB (Gigabyte) oder mehr Daten enthalten. Ein 2500 km2 geographischer Raum von üblichen 3D-seismischen Daten enthält ungefähr 8 GB Daten. Eine Sonde der vorliegenden Erfindung für einen 500 MB seismischen Datensatz würde bevorzugt ungefähr 10 bis 20 MB Daten enthalten.
  • Durch Verwendung von Sonden, die ein Sub-Volumen des größeren 3D-Volumens sind, wird die Menge an Daten, die verarbeitet und für jeden Frame eines Bilds gezeichnet werden müssen, dramatisch reduziert, wodurch die Geschwindigkeit, mit der das Bild gezeichnet werden kann, erhöht wird. Das Volumen des dreidimensionalen Würfels ist proportional zu der dritten Potenz oder „Kubus" der Dimensionen des dreidimensionalen Würfels. Desgleichen ist die Menge in einer 3D-Volumendatenmenge proportional zu der dritten Potenz seiner Größe. Daher wird die Menge der Daten in einem Sub-Volumen eines größeren 3D-Volumens proportional zur „dritten Wurzel" (3√) der Menge der Daten in einem größeren 3D-Volumen sein. Als solches wird die Menge der Daten in einer Sonde der vorliegenden Erfindung proportional zu der „dritten Wurzel" (3√) der Menge der Daten in einem 3D-Volumen sein, von denen sie ein Sub-Volumen ist. Dadurch, dass nur die Teilmenge der Daten, die dem Sub-Volumen der Sonde entspricht, verarbeitet werden muss, kann die vorliegende Erfindung ein Bild als Reaktion auf die Eingabe eines Benutzers mit einer Rate zeichnen, die ausreichend schnell ist, damit der Benutzer einen sofortigen oder Echtzeitwechsel im Bild ohne erkennbare zeitliche Verzögerung wahrnimmt.
  • Die Sonde der vorliegenden Erfindung kann interaktiv in ihrer Form und/oder ihrer Größe verändert werden und interaktiv innerhalb des größeren 3D-Volumens bewegt werden. Die äußere Geometrie oder die Oberfläche einer Sonde kann interaktiv als undurchsichtig gezeichnet oder texturgemappt werden, während die Sonde in ihrer Form und/oder ihrer Größe verändert wird oder während die Sonde bewegt wird. Die Sonde kann gezeichnet oder volumengerendert werden mit einem unterschiedlichen Grad an Transparenz, während die Sonde in ihrer Form und/oder ihrer Größe verändert oder bewegt wird, wodurch die internen Strukturen oder Merkmale der Sonde aufgezeigt werden.
  • Die 3D-Probensonden der vorliegenden Erfindung können jede Form, einschließlich rechteckiger Formen mit einem oder mehreren rechten Winkeln und nicht rechteckigen Formen mit keinem rechten Winkeln haben. Die 3D-Probensonden der vorliegenden Erfindung können rechtwinklige oder senkrechte Ebenen als äußere Oberflächen (zum Beispiel Quadrate oder Rechtecke), parallele Ebenen als äußere Oberflächen (zum Beispiel Parallelogramme) oder gekrümmte äußere Oberflächen (zum Beispiel Kugeln, Ovale oder Zylinder) haben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf 3D-Probensonden einer bestimmten Form beschränkt. Die 3D-Probensonden der vorliegenden Erfindung können beliebige Formen, beispielsweise die Form eines durch einen Benutzer identifizierten geologischen Merkmals, haben. Beispielsweise kann ein geologisches Merkmal durch den Benutzer visualisiert und identifiziert werden, während der Benutzer die 3D-Probensonde durch ein 3D-Volumen von seismischen Daten bewegt. Die 3D-Probensonde kann durch den Benutzer interaktiv geformt werden, um mit der geologischen Eigenschaft überein zu stimmen, wodurch der Benutzer in die Lage versetzt wird, das Ausmaß der geologischen Eigenschaft besser zu visualisieren und zu definieren.
  • Die Sonde kann verwendet werden, um eine andere Sonde zu schneiden und der Schnitt der zwei Sonden kann dargestellt werden. Eine Sonde kann verwendet werden um Daten in Übereinstimmung mit einem Ausgangsauswahlalgorithmus herauszustellen. Eine Sonde kann ebenso verwendet werden, um Daten in Übereinstimmung mit einem Ausgangsselektionsalgorithmus „auszuradieren" oder zu löschen. Diese Eigenschaften werden im folgenden näher erläutert.
  • 2 zeigt ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines 3D-Probensondenprogramms 110. Das Programm 110 weist ein User-Interface-Modul (UIM) 210, ein Graphikprocessingmodul (GPM) 220 und ein Volumensamplingmodul (VSM) 230 auf. Ein 3D-Volumendatensatz ist als Datenvolumen 240 dargestellt, das hier auch als 3D-Volumen bezeichnet wird. UIM 210 und GPM 220 kommunizieren über einen bi-direktionellen Pfad 212. GPM 220 sendet Anweisungen und Anfragen für Daten an VSM 230 über den Pfad 222. UIM 210 sendet Anweisungen und Anfragen an VSM 230 über den Pfad 214. UIM 210 interagiert mit dem Datenvolumen 240 über den Pfad 216.
  • Die Voxeldaten des Datenvolumens 240 werden über den Datenpfad 234 auf VSM 230 übertragen. VSM 230 überträgt die Daten auf GPM 220 über den Datenpfad 232. Das Datenvolumen 240 speichert die 3D-Volumendatenmenge in einer Weise, die dem Fachmann gut bekannt ist. Beispielsweise kann das Format des Datenvolumens 240 aus zwei Teilen bestehen, einem Volumenheader, der von einem Datenbody gefolgt ist, der so lang ist wie die Größe des Datensatzes. Der Volumenheader enthält üblicherweise Informationen in einer vorgeschriebenen Sequenz, beispielsweise den Dateipfad (Ort) des Datensatzes, Größe, Dimensionen in der x-, y-, und z-Richtung, Erläuterungen für die x-, y- und z-Achsen, Erläuterungen für den Datenwert etc.. Der Datenbody ist eine Binärsequenz von Bytes, ein oder mehrere Bytes pro Datenwert, die in der folgenden Weise angeordnet sein können. Das erste Byte ist der Datenwert an einem Volumenort (x, y, z) = (0, 0, 0). Das zweite Byte ist der Datenwert an dem Volumenort (1, 0, 0), das dritte Byte ist der Datenwert am Volumenort (2, 0, 0) etc.. Wenn die x-Dimension erschöpft ist, wird die y-Dimension schrittweise erhöht und schließlich wird die z-Dimension schrittweise erhöht. Die vorliegende Erfindung ist in keiner Weise auf ein besonderes Datenformat für das Datenvolumen 240 beschränkt.
  • Das Benutzerinterfacemodul 210 verwaltet das Userinterface zum Empfangen von Befehlen, Anweisungen und eingegebenen Daten vom Benutzer. UIM 210 verbindet sich mit dem Benutzer durch eine Vielzahl von Menüs, mit denen der Benutzer verschiedene Optionen und Einstellungen auswählen kann, entweder durch eine Tastenauswahl oder durch eine oder mehrere benutzergesteuerte Eingabevorrichtungen, wie beispielsweise eine „Maus" oder eine 3D-Zeigevorrichtung. UIM 210 empfängt die Benutzereingabe während der Benutzer die Eingabevorrichtung steuert, um eine 3D-Probensonde zu bewegen, in ihrer Größe zu verändern, zu formen etc..
  • Die primären Funktionen, die durch UIM 210 ausgeführt werden, werden nun beschrieben. UIM 210 erhält vom Benutzer die Identifizierung von einem oder mehrerer 3D-Volumendatensätze (repräsentiert durch das Datenvolumen 240) zur Verwendung für die Bildgebung und die Analyse. Wenn eine Vielzahl von Datenvolumen verwendet wird, repräsentiert der Datenwert für jedes der Vielzahl von Datenvolumen einen unterschiedlichen physikalischen Parameter oder eine Eigenschaft für denselben geographischen Raum. Beispielsweise kann eine Vielzahl von Datenvolumen in einem geologischen Volumen, einem Temperaturvolumen und einem Wassersättigungsvolumen enthalten sein. Die Voxel in dem geologischen Volumen können in der Form (x, y, z, seismische Amplitude) ausgedrückt sein. Die Voxel in Temperaturvolumen können in der Form (x, y, z, °C) ausgedrückt sein.
  • Die Voxel im Wassersättigungsvolumen können in der Form (x, y, z, % Sättigung) ausgedrückt sein. Der physikalische oder geographische Raum, der in jedem dieser Volumen durch die Voxel definiert ist, ist derselbe. Jedoch würde für jeden bestimmten räumlichen Ort (x0, y0, z0) die seismische Amplitude im geologischen Volumen, die Temperatur im Temperaturvolumen und die Wassersättigung im Wassersättigungsvolumen enthalten sein.
  • UIM 210 erhält die Benutzerinformationen zum Erzeugen einer oder mehrerer 3D-Probensonden. Solche Informationen enthalten Größe, Form und anfänglichen Ort der Sonde. Solche Informationen können ebenso Bildattribute, wie beispielsweise Farbe, Beleuchtung, Schattierung und Transparenz (oder Opazität) enthalten. Durch Einstellen der Opazität als Funktion des Datenwerts sind bestimmte Bereiche des Datenvolumens stärker transparent, wodurch einem Betrachter ermöglicht wird, durch die Oberflächen hindurch zu sehen. Eine beispielhafte Opazitätskurve 300 ist in 3 gezeigt. Die Opazitätskurve 300 zeigt die Opazität (1-Transparenz) als Funktion des Datenwerts. Wie es dem Fachmann sofort ersichtlich ist, werden Datenwerte mit gößerer Opazität (geringere Transparenz) das Bild oder die Darstellung von Datenwerten mit geringerer Opazität (höherer Transparenz) maskieren. Umgekehrt werden Datenwerte mit geringerer Deckkraft und größerer Transparenz die Bildgebung und die Darstellung von Datenwerten mit gößerer Deckkraft und geringer Transparenz erlauben.
  • UIM 210 empfängt die Eingabe vom Benutzer zur Größenbestimmung und Formgebung der 3D-Probensonden. Wie unten näher beschrieben ändert der Benutzer in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Form und/oder die Größe einer Sonde durch Klicken auf „Größenänderungstab" auf der Sonde und nimmt Änderung in den Dimensionen der Sonde in einer oder mehrerer Richtungen vor. UIM 210 empfängt die Eingabe vom Benutzer, um die Position oder den Ort einer 3D-Probensonde innerhalb des Datenvolumens zu bewegen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel steuert ein Benutzer eine Maus, um auf eine Oberfläche der zu bewegenden Sonde zu „klicken" und bewegt die Maus, um die Sonde durch den geographischen Raum, der durch das Datenvolumen definiert ist, zu bewegen.
  • UIM 210 empfängt eine Eingabe vom Benutzer, um die „Autoauswahl"-Vorgänge auszuführen. In einem Autoauswahlvorgang werden die Datenpunkte (Voxel) auf Basis eines Selektionsalgorithmus ausgewählt. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel basiert der Selektionsalgorithmus auf einem Ausgangspunkt innerhalb des 3D-Datenvolumens. Der Selektionsalgorithmus wählt die Datenpunkte so aus, dass: (i) die Selektionskriterien oder der Algorithmus erfüllt ist (zum Beispiel das ein Datenwert innerhalb eines bestimmten Filterbereichs liegt); und (ii) eine Verbindung besitzt oder mit dem Ausgangspunkt verbunden ist. Durch das UIM 210 wird der Benutzer aufgefordert, einen Ausgangspunkt innerhalb des 3D-Volumens zu kennzeichnen und einen Filterbereich der vom Selektionsalgorithmus verwendeten Datenwerte zu benennen, um die ausgewählten Punkte „auszuwählen". Bevorzugt ist der Ausgangspunkt innerhalb einer der 3D-Probensonden.
  • UIM 210 empfängt ebenso Eingaben vom Benutzer betreffend den Umfang des dargestellten Bildes. Beispielsweise kann der Benutzer bevorzugt den Inhalt des dargestellten Bildes auswählen. Der Inhalt des dargestellten Bildes kann nur die 3D-Probensonde beinhalten, d. h. seinen Schnitt mit dem 3D-Volumen. Zusätzlich kann die 3D-Probensonde entweder mit oder ohne einem Rahmen dargestellt werden, der die äußere Geometrie der Sonde darstellt. Alternativ kann das dargestellte Bild die 3D-Probensonde beinhalten wie auch die Daten, die den Hintergrund der xz-, yz- und xy-Ebenen einnehmen, und/oder die Daten, die das 3D-Volumen außerhalb der 3D-Probensonde(n), die dargestellt werden, einnehmen.
  • Um die vorstehenden Funktionen auszuführen sendet UIM 210 eine Anfrage an das Volumensamplingmodul 230, um diejenigen 3D-Volumendatensätze, die vom Benutzer identifiziert wurden, einzuladen oder anzuschließen. UIM 210 kommuniziert über den Pfad 212 mit dem Graphikprozessingmodul 220, das die Darstellung und die Bildgebung ausführt.
  • Die vom GPM 220 ausgeführten primären Funktionen werden nun beschrieben. GPM 220 verarbeitet die Daten zur Bildgebung der 3D-Probensonden mit Farbe, Belichtung, Schattierung, Transparenz und anderen vom Benutzer ausgewählten Eigenschaften. Um dieses durchzuführen, verwendet GPM 220 die durch die grundlegende Graphikbibliothek 106 und die Graphikbibliothek zur visuellen Simulation 108, die oben beschrieben wurden, verfügbaren Funktionen. Der Benutzer kann (durch UIM 210) auswählen, dass nur die eine oder die mehrere 3D-Probensonden, die erzeugt wurden, dargestellt werden. Alternativ kann der Benutzer auswählen, dass eine oder mehrere 3D-Probensonden dargestellt werden, wie auch das 3D-Datenvolumen außerhalb der Sonden, d. h. Voxel innerhalb des 3D-Volumens, die nicht eine der 3D-Probensonden, die dargestellt werden, schneiden. 3D-Probensonden, die dargestellt werden, werden hier als „aktive Sonden" bezeichnet.
  • GPM 220 verarbeitet das Umformen und Bewegungsanfragen, die vom Benutzer durch das UIM 210 empfangen werden. GPM 220 zeichnet die umgeformte 3D-Probensonde in Übereinstimmung mit den vom Benutzer ausgewählten Eigenschaften (Farbe, Belichtung, Schattierung, Transparenz etc.). Während der Benutzer eine Veränderung in der Form einer 3D-Probensonde eingibt, wird das Bild mit den ausgewählten Eigenschaften ausreichend schnell gezeichnet, damit es vom Benutzer in Echtzeit wahrgenommen wird. In ähnlicher Weise zeichnet GPM 220 die 3D-Probensonde an einer neuen Position oder einem Ort in Übereinstimmung mit den von dem Benutzer ausgewählten Eigenschaften (Farbe, Belichtung, Schattierung, Transparenz etc.). Während der Benutzer die 3D-Probensonde durch das 3D-Volumen bewegt, wird das Bild der 3D-Probensonde mit den ausgewählten Eigenschaften ausreichend schnell gezeichnet, dass es vom Benutzer in Echtzeit wahrgenommen wird.
  • GPM 220 verarbeitet „Autoauswahl"-Anfragen, die von UIM 210 empfangen wurden. GPM 220 wird die ausgewählten Punkte innerhalb des 3D-Volumens in Übereinstimmung mit dem Selektionsalgorithmus darstellen. Alternativ wird GPM 220 die ausgewählten Punkte innerhalb des 3D-Volumens in Übereinstimmung mit dem Selektionsalgorithmus „ausradieren".
  • Um die vorgenannten Funktionen auszuführen, kommuniziert GPM 220 mit UIM 210 über den Pfad 212, so dass die von dem Benutzer abgefragte Information mit den ausgewählten Eigenschaften dargestellt oder abgebildet wird. GPM 220 erhält die benötigten Daten vom Datenvolumen 240 über Senden einer Datenanfrage über den Pfad 222 zum Volumensamplingmodul (VSM) 230.
  • Die primäre Aufgabe von VSM 230 ist es, die geeigneten Daten bei Anfrage von GPM 220 aus dem Datenvolumen 240 zu extrahieren. VSM 230 erhält Anfragen für Daten von GPM 220 über den Pfad 222. VSM 230 extrahiert die benötigen Daten aus dem Datenvolumen 240 und überträgt die Daten auf GPM 220 über den Datenpfad 232 zum Verarbeiten und Darstellen. VSM 230 erhält ebenso Anweisungen von UIM 210 über den Pfad 214 zum Laden oder Anfügen der 3D-Datenvolumen, die vom Benutzer benannt wurden.
  • In 4A wird ein Flussdiagramm 400, das ein Ausführungsbeispiel zum Implementieren der vorliegenden Erfindung darstellt, gezeigt. Ein Start- oder Initialisierungsprozess ist in Schritt 402 gezeigt. In Schritt 402 wählt der Benutzer ein oder mehrere zu verwendende Datenvolumen 240 aus. Die ausgewählten 3D-Volumendatenmengen werden von einer Diskette in den Hauptspeicher geladen (eine Beschreibung einer geeigneten Hardware zum Ausführen der vorliegenden Erfindung wird unten näher beschrieben). Eine Standard-3D-Probensonde wird erzeugt und gezeichnet. Die Standard-3D-Probensonde ist ein Subvolumen des ausgewählten 3D-Volumens von beliebiger Größe und Form. Die vorliegende Erfindung ist in keiner Weise auf bestimmte Größe oder Form der Standard-3D-Probensonde beschränkt.
  • Als Beispiel der vorliegenden Erfindung kann die Standard-3D-Probensonde ein Quadrat (mit gleichen Abmessungen in der x-, y- und z-Richtung) sein. Um die quadratische Standard-3D-Probensonde zu zeichnen, wird die begrenzende Geometrie zunächst mit einer auf der z-Achse angeordneten Kante der begrenzenden Geometrie gezeichnet. Darauf werden die Daten aus dem Datenvolumen 240 durch VSM 230 extrahiert, um das Bild des Schnitts der quadratischen Standard-3D-Probensonde mit dem 3D-Volumen (Datenvolumen 240) zu zeichnen. Insbesondere werden Daten extrahiert, die dem Schnitt der quadratischen Standard-3D-Probensonde mit dem 3D-Volumen in den xz-, yz- und xy-Ebenen entsprechen. Diese Daten werden dann durch VSM 230 an GPM 220 gesendet, so dass sie auf den Ebenen des Rahmens texturgemappt werden können, um ein Bild der quadratischen Standard-3D-Probensonde zu erzeugen.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung nehmen die Daten die Hintergrund-xz-, -yz- und -xy-Ebenen selbst ein, wie auch die Daten, die das 3D-Volumen außerhalb der Standard-3D-Probensonde einnehmen, ebenso während des Startschritts 402 dargestellt und abgebildet werden (zusätzlich zur Standard-3D-Probensonde). Alternativ kann der Startschritt 402 so ausgeführt werden, dass die Daten die xz-, yz- und xy-Ebenen einnehmen oder dass die Daten das 3D-Volumen außerhalb der Standard-3D-Probensonde nicht abgebildet oder dargestellt werden. Bevorzugt wird die vorliegende Erfindung so ausgeführt, dass der Benutzer die Daten, die die Hintergrund-xz, -yz- und xy-Ebenen, wie auch die Daten, die das 3D-Volumen außerhalb der aktiven Sonden einnehmen, selektiv dargestellt oder nicht dargestellt werden.
  • In einem Schritt 404 wartet UIM 210, auf die Eingabe eines Benutzers oder eine Anfrage zu Antworten. Eine Benutzereingabe wird durch eine Benutzereingabevorrichtung, die für die Verwendung mit einem Computer geeignet ist, aber nicht auf ein Keyboard, eine Maus, einen Joystick, ein Trackboard, einen Rollerball, einen Rollerpointer oder eine andere Art einer geeigneten Zeigevorrichtung etc. begrenzt ist, empfangen. Bevorzugt besteht die Benutzereingabevorrichtung aus einer Maus oder aus einer ähnlichen Einrichtung, die es dem Benutzer ermöglicht, auf ein bestimmtes dargestelltes Bild zu „klicken" und das dargestellte Bild zu einem anderen Ort zu „ziehen". Solch ein Benutzereingabegerät ermöglicht es dem Benutzer, die abgebildeten Sonden zu bewegen und umzuformen. Solch eine Benutzereingabevorrichtung ermöglicht es dem Benutzer ebenso Drop-Down-Menüs zu aktivieren und die verschiedenen Optionen für Farbe, Schattierung, Beleuchtung und Transparenzeigenschaften auszuwählen. Eine Tastatur kann ebenso zur Eingabe von Informationen, die sich auf die ausgewählten Eigenschaften beziehen, verwendet werden.
  • Das Bezugszeichen 406 bezieht sich prinzipiell auf eine Vielzahl von Funktionen, die durch die vorliegende Erfindung ausgeführt werden können. Diese Funktionen können individuell oder simultan, abhängig von der Eingabe des Benutzers, ausgeführt werden. Beispielsweise kann eine Sonde gleichzeitig bewegt (Funktion 430) und gedreht (Funktion 450) werden. Während die mit Bezugszeichen 406 bezeichneten Funktionen ausgeführt werden, wird das Bild der 3D-Probensonden ausreichend schnell gezeichnet, dass es vom Benutzer in Echtzeit wahrgenommen wird. Jede der durch Bezugszeichen 406 bezeichneten Funktionen wird nun beschrieben.
  • Will ein Benutzer die Standardsonde verändern, wird die Funktion 410 ausgeführt. Die Schritte zum Ausführen der Funktion 410 sind in 5 mittels eines Flussdiagrammkonnektors 5A gezeigt. In einem Schritt 502 werden die Veränderungen an der Standardsonde über das UIM 210 vom Benutzer eingegeben. Beispielsweise können diese Veränderungen an der Form oder der Größe, dem Ort oder den Eigenschaften, wie zum Beispiel Farbe, Schattierung, Beleuchtung und Transparenz sein.
  • In einem Schritt 504 sendet UIM 210 eine Anfrage an GPM 220, um die veränderte Standardsonde zu zeichnen. In einem Schritt 506 fordert GPM 220 Daten für die veränderte Standardsonde von VSM 230 an. Bei Durchführung dieser Anfrage würde GPM 220 die Funktion 430 aufrufen, falls es notwendig wäre, die Standardsonde zu bewegen, die Funktion 440 zum Umformen der Standardsonde und die Funktion 450 oder 460 zum Drehen der Standardsonde. Die vorstehenden Funktionen werden unten näher beschrieben.
  • Die Daten, die aus dem Datenvolumen 240 durch VSM 230 als Reaktion auf die von GPM 220 in Schritt 506 erfolgte Anfrage extrahiert werden, werden von den Eigenschaften, die vom Benutzer ausgewählt worden sind, abhängen. Sind die Opazitätseinstellungen, die vom Benutzer ausgewählt sind, so, dass alle Datenwerte undurchsichtig sind, werden die von VSM 230 extrahierten Daten auf die Oberflächen der veränderten Standardsonde beschränkt sein. Wegen der ausgewählten Opazität wird es für den Benutzer nicht möglich sein, in das Innere der veränderten Standardsonde zu sehen, so dass nur Daten, die den Oberflächen oder der Außenseite der veränderten Standardsonde entsprechen, von VSM 230 extrahiert werden. In einem Schritt 508 verarbeitet GPM 220 die von VSM 230 für die Oberflächen der veränderten Standardsonde extrahierten Daten und zeichnet die veränderte Standardsonde durch Texturmapping auf die Oberflächen in Übereinstimmung mit den von dem Benutzer ausgewählten Eigenschaften. Durch Extrahieren ausschließlich der Daten, die vom Benutzer gesehen werden können, kann das Bild der veränderten Standardsonde schneller gezeichnet werden, weil weniger zu verarbeitende Daten benötigt werden, d. h., dass die Daten, die dem „Inneren" der veränderten Standardsonde entsprechen, nicht verarbeitet werden.
  • Wenn die Opazitätseinstellungen, die vom Benutzer ausgewählt sind, so sind, dass einige der Datenwerte undurchsichtig und einige der Datenwerte transparent sind, werden die von VSM 230 extrahierten Daten alternativ die Daten enthalten, die dem gesamten Volumen der veränderten Standardsonde entsprechen. Wegen der ausgewählten Deckkraft und Transparenz wird es für den Benutzer möglich sein, in die veränderte Standardsonde zu sehen, so dass Daten, die dem gesamten Volumen der veränderten Standardsonde entsprechen, durch VSM 230 extrahiert werden. In solch einer Situation verarbeitet GPM 220 die von VSM 230 extrahierten Daten in Schritt 508 und zeichnet die veränderte Standardsonde durch Volumenrendern in Übereinstimmung mit den vom Benutzer ausgewählten Eigenschaften.
  • Wünscht ein Benutzer zusätzliche Sonden zu erzeugen, wird die Funktion 420 ausgeführt. Die vorliegende Erfindung ist in keiner Weise auf eine bestimmte Anzahl von aktiven Sonden begrenzt. Die Schritte zum Ausführen der Funktion 420 sind mittels eines Flussdiagrammkonnektors 6A in 6 gezeigt. In einem Schritt 602 werden die Form, die Größe, der Ort, die Eigenschaften etc. für die zusätzlichen Sonden durch UIM 210 vom Benutzer eingegeben. In einem Schritt 604 sendet UIM 210 eine Anfrage an GPM 220, um die zusätzlichen Sonden zu zeichnen. In einem Schritt 606 fordert GPM 220 die Daten für die zusätzlichen Sonden von VSM 230 an. In ähnlicher zu der oben beschriebenen Weise zum Wechseln der Standardsonde, werden die Daten, die aus einem 3D- oder Datenvolumen 240 durch VSM 230 extrahiert werden, von der vom Benutzer für die zusätzlichen Sonden gewählten Opazität abhängen. Wenn die Opazitätseinstellungen, die vom Benutzer ausgewählt wurden, so sind, dass alle Datenwerte für die zusätzlichen Proben undurchsichtig sind, werden die von VSM 230 extrahierten Daten auf die Oberflächen der zusätzlichen Sonden begrenzt sein. Wenn die Opazitätseinstellungen, die vom Benutzer für die zusätzlichen Sonden vorgenommen wurden, so sind, dass einige der Datenwerte undurchsichtig und einige der Datenwerte transparent sind, werden die von VSM 230 extrahierten Daten alternativ die Daten enthalten, die dem gesamten Volumen der zusätzlichen Sonden entsprechen. In dieser Weise können die zusätzlichen Sonden durch Minimieren der Datenmenge, die verarbeitet werden muss, gezeichnet werden.
  • In einem Schritt 608 verarbeitet GPM 220 die von VSM 230 für die zusätzlichen Sonden extrahierten Daten und zeichnet die zusätzlichen Sonden in Übereinstimmung mit den vom Benutzer ausgewählten Eigenschaften entweder durch Texturmapping auf den Oberflächen der zusätzlichen Sonden oder durch Volumenrendern des gesamten Volumens der zusätzlichen Sonden.
  • Will ein Benutzer eine Sonde bewegen, wird die Funktion 430 ausgeführt. Die Schritte zum Ausführen der Funktion 430 sind in 7 mittels eines Flussdiagrammkonnektors 7A dargestellt. In einem Schritt 702 wird der neue Ort für die Sonde über UIM 210 vom Benutzer eingegeben. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gibt der Benutzer den neuen Ort der Sonde durch Klicken einer Maus oder eines anderen geeigneten Benutzereingabegerätes zum Einrasten eines Zeigers auf eine Oberfläche der zu bewegenden Sonde an. Der Benutzer verändert den Ort der Sonde durch Bewegen der Maus oder der anderen geeigneten Benutzereingabevorrichtung in jeder Richtung, wodurch die Sonde entlang einer Bahn gezogen wird.
  • In einem Schritt 704 sendet UIM 210 eine Bewegungsanfrage an GPM 220, um die Sonde am neuen Ort zu zeichnen. GPM 220 fragt Daten für den neuen Ort der Sonde von VSM 230 ab. In einer zu der oben beschriebenen ähnlichen Weise werden die Daten, die aus dem Datenvolumen 240 durch VSM 230 extrahiert werden, von der von dem Benutzer für die zu bewegende Sonde ausgewählte Opazität abhängen. Wenn die Opazitätseinstellungen, die vom Benutzer ausgewählt wurden, so sind, dass alle Datenwerte für die zu bewegende Sonde undurchsichtig sind, dann werden die durch VSM 230 extrahierten Daten auf die Oberflächen der zu bewegenden Sonde begrenzt sein. Wenn die Opazitätseinstellungen, die vom Benutzer für die zu bewegende Sonde ausgewählt sind, so sind, dass einige der Datenwerte undurchsichtig und einige der Datenwerte transparent sind, dann werden die Daten, die durch VSM 230 extrahiert wurden, alternativ die Daten beinhalten, die dem gesamten Volumen der zu bewegenden Sonde entsprechen. In dieser Weise kann die Sonde an ihrem neuen Ort durch Minimieren der Menge der zu verarbeitenden Daten schneller gezeichnet werden.
  • In einem Schritt 708 verarbeitet GPM 220 die von VSM 230 für die zu bewegende Sonde extrahierten Daten und zeichnet die Sonde an ihrem neuen Ort in Übereinstimmung mit den vom Benutzer ausgewählten Eigenschaften entweder durch Texturmapping auf den Oberflächen der zu bewegenden Sonde oder durch Volumenrendern des gesamten Volumens der zu bewegenden Sonde.
  • Während der Benutzer die Sonde bewegt, werden die Schritte 702 bis 708 für jeden neuen Ort der Sonde mit einer Rate wiederholt, die ausreichend schnell ist, dass der Benutzer das Bild der Sonde mit Texturmapping oder Volumenrendern die Veränderung mit der Bewegung der Sonde in „Echtzeit" wahrnimmt. Das Bild wird mit einer Bildrate aufgebaut, die ausreichend schnell ist, dass sie als Echtzeit durch den Benutzer wahrgenommen wird.
  • Will der Benutzer eine Sonde umformen, wird die Funktion 440 ausgeführt. Der Ausdruck „umformen", wie hier benutzt, bezieht sich auf jede Veränderung in der Dimension einer 3D-Probensonde in jeder Richtung. Die Form einer 3D-Probensonde kann verändert oder umgeformt werden, zum Beispiel durch Verändern der Größe in einer oder mehrerer Richtungen, wie durch Verändern einer quadratischen Sonde in eine rechteckige Sonde durch Erhöhen der Größe der Sonde in der x-Richtung und Vermindern der Größe der Sonde in der y-Richtung. Als ein weiteres Beispiel kann die Form einer 3D-Probensonde durch Verändern der Form von sphärisch zu rechteckig verändert werden. Als ein weiteres Beispiel kann eine rechteckige 3D-Probensonde (gleiche Abmessungen in der x-, y- und z-Richtung) in Übereinstimmung mit vorliegenden Erfindung zu einer größeren oder kleineren rechteckig geformten Sonde umgeformt werden durch gleichförmiges Verändern der Größe in jeder der x-, y- und z-Richtungen. Die umgeformte Sonde hat also eine quadratische Form, aber als größeres oder kleineres Quadrat.
  • Die Schritte zum Ausführen der Funktion 440 werden in 8 mittels eines Flussdiagrammkonnektors 8A gezeigt. In einem Schritt 802 wird die neue Form und/oder Größe für die Sonde durch UIM 210 vom Benutzer eingegeben. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gibt der Benutzer die neue Form der Sonde durch Klicken einer Maus oder eines anderen geeigneten Benutzereingabegeräts zum Einrasten eines Zeigers auf einem „Größentab" auf der umzuformenden Sonde ein. Der „Größentab" bezieht sich, wie hier benutzt, auf ein bestimmtes Gebiet auf einer Oberfläche der Sonde. Solch ein bestimmtes Gebiet ist bevorzugt in einer Farbe dargestellt, die sich von den zum Darstellen der Eigenschaften oder physikalischen Parameter der 3D-Volumendatenmenge verwendeten Farben unterscheidet. Wenn der Zeiger am Größentab eingerastet ist, verändern die Steuerung der Maus oder des Benutzereingabegeräts die Dimensionen oder Proportionen der Oberfläche, auf der der Größentab angeordnet ist. Wenn die gewünschte Größe oder Form erreicht ist, klickt der Benutzer wieder die Maus oder das Benutzereingabegerät, um den Zeiger vom Größentab zu lösen. Größentabs sind in 15 und 16 dargestellt. Die Größentabs sind kleine dunkle Rechtecke, die auf der Oberfläche der Sonden entlang des Rahmens der Sonde erscheinen. Der Ort der Größentabs ist nicht auf die Rahmen der Sonden begrenzt. Der Benutzer verändert die Form der Sonde durch Klicken der Maus oder des anderen geeigneten Benutzereingabegerätes auf einem Größentab, Bewegen der Maus bis die Oberfläche, die verändert wird, die gewünschte Form hat und folgendes Loslassen der Maus von dem Größentab. Dieser Vorgang kann, wenn notwendig, wiederholt werden, unter Verwendung anderer Größentabs auf der Sonde bis die Sonde zur gewünschten Form umgeformt worden ist.
  • Es ist dem Fachmann offensichtlich, wie solch ein Größentab zum Umformen der Sonden der vorliegenden Erfindung realisiert werden kann. Es versteht jedoch, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die Verwendung von Größentabs zum Umformen von Sonden begrenzt ist, sondern andere geeignete Verfahren können verwendet werden. Beispielsweise kann der Benutzer aus einer Anzahl von vorgeformten Formen (zum Beispiel Quadraten, Rechtecken, Zylindern, Kugeln) durch Aktivieren eines Dropdownmenüs oder durch Scrollen durch die Formen mittels wiederholten Klicken einer Maus auswählen.
  • In einem Schritt 804 sendet UIM 210 eine Umformanfrage an GPM 220, um eine umgeformte Sonde zu zeichnen. In einem Schritt 806 wird festgestellt, ob mehr Daten zum Zeichnen der umgeformten Sonde benötigt werden. Ist die umgeformte Sonde beispielsweise der Form und Größe, die in die existierende Sonde „passt", werden keine weiteren Daten benötigt und die Verarbeitung wird mit Schritt 810 fortgesetzt. Ist die umgeformte Sonde alternativ dazu von einer Form und Größe, die wenigstens teilweise außerhalb der existierenden Sonde fällt, dann fordert GPM 220 in einem Schritt 808 die Daten, die für die umgeformte Sonde benötigt werden, von VSM 230 an. In einer Weise, die ähnlich zu der oben beschriebenen ist, werden die Daten, die vom 3D- oder Datenvolumen 240 durch VSM 230 extrahiert wurden, von der vom Benutzer für die umzuformende Sonde gewählten Opazität abhängen. Wenn die Opazitätseinstellungen, die vom Benutzer gewählt wurden, so sind, dass alle Datenwerte für die umzuformende Sonde undurchsichtig sind, dann werden die von VSM 230 extrahierten Daten auf die Oberfläche der umzuformenden Sonde begrenzt. Wenn die Opazitätseinstellungen, die vom Benutzer für die umzuformende Sonde ausgewählt wurden, so sind, dass einige der Datenwerte undurchsichtig und einige der Datenwerte transparent sind, dann werden die von VSM 230 extrahierten Daten die Daten enthalten, die dem gesamten Volumen der umzuformenden Sonde entsprechen. In dieser Weise kann die Sonde mit ihrer neuen Form schneller durch Minimieren der Datenmenge, die verarbeitet werden muss, gezeichnet werden.
  • In einem Schritt 810 verarbeitet GPM 220 die für die umzuformende Sonde von VSM 230 extrahierten Daten und zeichnet die Sonde mit ihrer neuen Form in Übereinstimmung mit den vom Benutzer ausgewählten Eigenschaften entweder durch Texturmappen auf der Oberfläche der umzuformenden Sonde oder durch Volumenrendern des gesamten Volumens der umzuformenden Sonde.
  • Während der Benutzer die Form der Sonde verändert, werden die Schritte 802 bis 810 mit einer Rate wiederholt, die ausreichend schnell ist, so dass der Benutzer das Bild der Sonde, wie gewählt mit Texturmappen oder Volumenrendern, wahrnimmt mit einer Veränderung der Form der Sonde in „Echtzeit". Das Bild wird mit einer Bildrate aufgebaut, die ausreichend schnell ist um vom Benutzer als Echtzeit wahrgenommen zu werden.
  • Will ein Benutzer eine Sonde im 3D-Raum drehen, wird die Funktion 450 ausgeführt. In Funktion 450 wird die 3D-Orientierung, die dieselbe für sowohl das 3D-Volumen als auch die Sonde ist, verändert, wodurch das 3D-Volumen und die Sonde im Raum gedreht wird. Die Schritte zum Ausführen der Funktion 450 sind in 9 mittels eines Flussdiagrammkonnektors 9A gezeigt. In einem Schritt 902 wird die neue 3D-Orientierung für das 3D-Volumen und die Sonde über UIM 210 vom Benutzer eingegeben. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gibt der Benutzer die neue Orientierung durch Klicken einer Maus oder einer anderen Art einer geeigneten Benutzereingabegerätes zum Einrasten eines Zeigers auf einer Achse der zu drehenden Sonde ein. Veränderungen der Maus oder des Benutzereingabegerätes verändern die Orientierung dieser Achse. Wenn die gewünschte Orientierung erreicht ist, klickt der Benutzer wieder die Maus oder das Benutzereingabegerät, um den Zeiger von der Achse zu lösen. Es ist dem Fachmann ersichtlich, wie solch eine Veränderung in der Orientierung zu realisieren ist. Es versteht sich jedoch, dass die vorliegende Erfindung nicht auf den Wechsel der Orientierung in dieser Weise begrenzt ist. Beispielsweise kann der Benutzer aus einer Anzahl von voreingestellten Drehungen (zum Beispiel Drehen um 90° nach links oder rechts; Drehen um 45° nach links oder nach rechts etc.) durch Aktivieren eines Drop-Down-Menüs oder durch Scrollen durch Drehungen mittels wiederholtem Klicken einer Maus auswählen.
  • In einem Schritt 904 sendet UIM 210 eine Anfrage zum Drehen im 3D-Raum an GPM 220, um die gedrehte Sonde zu zeichnen. In einem Schritt 906 fragt GPM 220 Daten für die gedrehte Sonde von VSM 230 ab. In einer ähnlichen Weise zu der oben beschriebenen, werden die Daten, die vom 3D- oder Datenvolumen 240 durch VSM 230 extrahiert wurden, von der Opazität, die vom Benutzer für die zu drehende Sonde ausgewählt wurde, abhängen. Wenn die Opazitätseinstellungen, die vom Benutzer ausgewählt wurden, so sind, dass alle Datenwerte für die zu drehende Sonde undurchsichtig sind, dann werden die durch VSM 230 extrahierten Daten auf die Oberflächen der zu drehenden Sonde begrenzt sein. Wenn die Opazitätseinstellungen, die vom Benutzer für die zu drehende Sonde ausgewählt wurden, so sind, dass einige der Datenwerte undurchsichtig und einige der Datenwerte transparent sind, dann werden die von VSM 230 extrahierten Daten alternativ die Daten aufweisen, die dem gesamten Volumen der zu drehenden Sonde entsprechen. In dieser Weise kann die Sonde mit ihrer neuen Ausrichtung schneller durch Minimieren der Datenmenge, die verarbeitet werden muss, gezeichnet werden.
  • In einem Schritt 908 verarbeitet GPM 220 die von 230 für die zu drehende Sonde extrahierten Daten und zeichnet die Sonde mit ihrer neuen Ausrichtung in Übereinstimmung mit den vom Benutzer gewählten Eigenschaften entweder durch Texturmappen auf der Oberfläche der zu drehenden Sonde oder durch Volumenrendern des gesamten Volumens der zu drehenden Sonde.
  • Während der Benutzer die Sonde im 3D-Raum dreht, werden die Schritte 902 bis 908 wiederholt mit einer Rate ausgeführt, die ausreichend schnell ist, dass der Benutzer den Wechsel des Bilds der Sonde jeweils mit Texturmapping oder Volumenrendering, in Echtzeit mit dem Wechsel der Ausrichtung der Sonde wahrnimmt. Das Bild wird mit einer Bildrate aufgebaut, die ausreichend schnell ist, um vom Benutzer in Echtzeit wahrgenommen zu werden.
  • Will ein Benutzer eine Sonde drehen, während sie im 3D-Raum fixiert ist, wird die Funktion 460 ausgeführt. In Funktion 460 wird die 3D-Orientierung der Sonde unabhängig von der 3D-Orientierung des 3D-Volumens gedreht, wobei die Sonde gedreht wird, während sie im 3D-Raum fixiert ist, der durch die Orientierung des 3D-Volumens bestimmt ist. In dieser Weise können die Hintergrundebenen für eine aktive Sonde in einer feststehenden Orientierung dargestellt werden und die aktive Sonde kann innerhalb der Hintergrundebenen gedreht werden.
  • Die Schritte zum Ausführen der Funktion 460 sind in 10 mittels eines Flussdiagrammkonnektors 10A gezeigt. In einem Schritt 1002 wird die neue 3D-Orientierung für die Sonde mittels UIM 210 vom Benutzer eingegeben. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wählt der Benutzer die Option zum Drehen während der Fixierung im Raum beispielsweise von einem „Drop-Down"-Menü. Der Benutzer gibt dann die neue Orientierung für die Sonde durch Klicken einer Maus oder einer anderen Art eines geeigneten Benutzereingabegerätes zum Setzen eines Zeigers auf eine Achse der zu drehenden Sonde ein. Durch Bewegen der Maus oder des Benutzereingabegerätes wird die Orientierung dieser Achse verändert. Wenn die gewünschte Orientierung erreicht ist, klickt der Benutzer wieder die Maus oder das Benutzereingabegerät, um den Zeiger von der Achse zu lösen. Es ist dem Fachmann ohne weiteres ersichtlich, wie solch eine Veränderung in der Orientierung erreicht werden kann. Es versteht sich jedoch, dass vorliegende Erfindung nicht auf den Wechsel der Orientierung in dieser Weise begrenzt ist. Beispielsweise kann der Benutzer aus einer Anzahl von vorgefertigten Drehungen (zum Beispiel Drehen um 90° nach links oder rechts; Drehen um 45° nach links oder rechts etc.) durch Aktivieren eines Drop-Down-Menüs oder durch Scrollen durch Drehungen mittels wiederholtem Klicken einer Maus auswählen.
  • In einem Schritt 1004 sendet UIM 210 eine Anfrage zum Drehen während der Fixierung im Raum an GPM 220, um die gedrehte Sonde zu zeichnen. In einem Schritt 1006 fragt GPM 220 die Daten für die zu drehende Sonde von VSM 230 ab. In einer Weise die der oben beschriebenen ähnlich ist, werden die Daten, die vom 3D- oder Datenvolumen 240 durch VSM 230 extrahiert werden, von der vom Benutzer für die zu drehende Sonde ausgewählte Opazität abhängen. Wenn die vom Benutzer ausgewählten Opazitätseinstellungen so sind, dass alle Datenwerte für die drehende Sonde undurchsichtig sind, dann werden die durch VSM 230 zu extrahierenden Daten auf die Oberflächen der zu drehenden Sonde begrenzt sein. Wenn die Opazitätseinstellungen, die vom Benutzer für die drehende Sonde ausgewählt wurden, so sind, dass einige der Datenwerte undurchsichtig und einige der Datenwerte transparent sind, dann werde die von VSM 230 extrahierten Daten Daten beinhalten, die dem gesamten Volumen der zu drehenden Sonde entsprechen. In dieser Weise kann die Sonde mit ihrer neuen Ausrichtung durch Minimieren der Datenmenge, die verarbeitet werden muss, schneller gezeichnet werden.
  • Im Schritt 1008 verarbeitet GPM 220 die von VSM 230 für die zu drehende Sonde extrahierten Daten und zeichnet die Sonde mit ihrer neuen Ausrichtung in Übereinstimmung mit den vom Benutzer ausgewählten Eigenschaften entweder durch Texturmappen auf der Oberfläche zu drehenden Sonde oder durch Volumenrendern des gesamten Volumens der zu drehenden Sonde.
  • Während der Benutzer die Sonde dreht, während sie im Raum fixiert ist, werden die Schritte 1002 bis 1008 wiederholt mit einer Rate ausgeführt, die ausreichend schnell ist, dass der Benutzer den Wechsel des Bildes der Sonde, jeweils mit Texturmapping oder Volumenrendern, „in Echtzeit" mit dem Ändern der Orientierung der Sonde wahrnimmt. Das Bild wird mit einer Bildrate aufgebaut, die ausreichend ist, um vom Benutzer als Echtzeit wahrgenommen zu werden.
  • Wenn ein Benutzer einen „Autoauswahl"-Vorgang ausführen will, wird die Funktion 470 ausgeführt. Die Schritte zum Ausführen der Funktion 470 sind in 11 mittels eines Flussdiagrammkonnektors 11A gezeigt. In einem Schritt 1102 werden ein Ausgangspunkt innerhalb des Datensatzes des 3D-Volumens und auf Datenwerten basierende Auswahlkriterien durch UIM 210 vom Benutzer eingegeben. Bevorzugt liegt der Ausgangspunkt innerhalb des Datensatzes der Voxel, die eine Sonde definieren. Wie unten beschrieben, wird eine Sonde hier als eine Ausgangs-3D-Probensonde oder eine Löschungs-3D-Probensonde bezeichnet. Der Ausgangspunkt kann innerhalb des Datensatzes von Voxeln, die das 3D-Volumen definieren und außerhalb einer aktiven Sonde liegen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wählt der Benutzer die Option zum Ausführen eines Autoauswahlvorganges beispielsweise von einem „Drop-Down"-Menü aus. Der Benutzer wählt dann den Ausgangspunkt durch Klicken einer Maus oder einer anderen Art eines geeigneten Benutzereingabegeräts zum Einrasten eines Zeigers am gewünschten Ausgangspunkt. Die Auswahlkriterien können beispielsweise durch graphische Auswahl eines Bereichs oder durch Eingabe eines bestimmten numerischen Wertes eingegeben werden. Es ist für den Fachmann ohne weiteres ersichtlich, wie ein Ausgangspunkt und Filterbereich von Datenwerten vom Benutzer eingegeben werden kann.
  • In einem Schritt 1104 sendet UIM 210 eine Autoauswahlanfrage an GPM 220, um die gedrehte Sonde zu zeichnen. In einem Schritt 1106 fragt GPM 220 die darzustellenden ausgewählten Punkte von VSM 230 ab. Die ausgewählten Punkte sind diejenigen, die mit dem Ausgangspunkt verbunden sind und die einen Datenwert innerhalb der Selektionskriterien haben.
  • In Schritt 1008 verarbeitet GPM 220 die von VSM 230 extrahierten Daten, um die ausgewählten Punkte zu zeichnen. Die ausgewählten Punkte sind bevorzugt durch Zeichnen in einer Farbe, die sich von der zur Darstellung der Eigenschaften oder physikalischen Parametern des 3D-Volumendatensatzes verwendeten Farbe unterscheidet. Alternativ kann Schritt 1108 ausgeführt werden um die ausgewählten Punkte vom Bild „zu entfernen" oder zu löschen.
  • In einer ähnlichen Weise kann die Autoauswahlfunktion 470 verwendet werden, um Punkte zu „entfernen" oder aus der Auswahl zu löschen. Beispielsweise wird eine Löschungs-3D-Probensonde durch Aufrufen der Funktion 420 zum Erzeugen einer zusätzlichen Sonde definiert. Ein „De-Selektions"-Kriterium basierend auf Datenwerten wird definiert. Punkte, die vorher durch einen Autoauswahlvorgang ausgewählt worden sind, die den De-Selektions-Kriterien genügen, werden als Kandidaten für die De-Selektion identifiziert. Während sich die Lösch-3D-Probensonde durch das 3D-Volumen bewegt, werden die de-selektierten Punkte vom Bild gelöscht und das Bild wird schnell genug aufgebaut, so dass es vom Benutzer in Echtzeit wahrgenommen wird.
  • Ist die Auswahlfunktion 470 einmal vom Benutzer ausgelöst, kann sie simultan beispielsweise mit der Bewegungsfunktion 430 ausgeführt werden. In dieser Weise werden die Schritte 1102 bis 1108 (und die Schritte 702 bis 708) mit einer ausreichend schnellen Rate wiederholt, damit der Benutzer den Wechsel des Bildes der Sonde mit den ausgewählten Punkten in „Echtzeit" mit Wechsel des Orts der Sonde wahrnimmt, wenn der Benutzer die Sonde bewegt. Während die Sonde bewegt wird, können die ausgewählten Punkte durch Zeichnen in einer geeigneten Farbe hervorgehoben werden, wodurch die Autoauswahl-3D-Probensonde eine Funktion als „Marker" hat, während sie sich durch das 3D-Volumen bewegt. Alternativ können die vorher mittels eines Autoauswahlvorgangs ausgewählten Punkte „ausradiert" oder vom Bild gelöscht werden, während die Sonde bewegt wird, wodurch die Sonde als eine „Löscheinrichtung" oder Lösch 3D-Probensonde funktioniert, während sie sich durch das 3D-Volumen bewegt. In jeder Ausgestaltung wird das Bild mit einer ausreichende schnellen Bildrate aufgebaut, um vom Nutzer in Echtzeit wahrgenommen zu werden.
  • Will ein Benutzer einen „bandförmigen Abschnitt" erzeugen, wird die Funktion 480 ausgeführt. Die zum Ausführen der Funktion 480 notwenigen Schritte sind weiter unten in Bezug auf die 17 und mittels eines Blockdiagrammkonnektors 18A in 18 beschrieben.
  • Will ein Benutzer eine „3D-Oberfläche", die charakteristisch für ein innerhalb eines 3D-Volumendatensatzes gefundenes physikalisches Phänomen ist, erzeugen, wird die Funktion 490 ausgeführt. Die zum Durchführen der Funktion 490 notwendigen Schritte werden weiter unten in Bezug auf die 19 und mittels eines Blockdiagrammkonnektors 20A in 20 beschrieben.
  • In jedem Fall, in dem der Benutzer wünscht, eine oder mehrere der oben beschriebenen Funktionen ausführen, wie mehr Sonden (430), Umformen der Sonde (440), Erzeugen eines bandförmigen Abschnitts (480) und Erzeugen einer 3D-Oberfläche (490), kann jede Funktion unabhängig voneinander ausgeführt werden oder in Zusammenhang mit einer oder mehreren der anderen Funktionen.
  • Mit Bezug auf die 12 wird nun ein Ausführungsbeispiel eines Computersystems gezeigt, das zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung geeignet ist. Ein Graphiksupercomputer 1210 enthält eine oder mehrere Zentralrecheneinheiten (CPU) oder Prozessoren 1212. Der Supercomputer 1210 enthält einen Randomaccessspeicher (RAM) 1214, der von den Prozessoren 1212 angesteuert werden kann. Auch der Supercomputer 1210 enthält ein oder mehrere Graphikmodule 1216, die ebenfalls auf den RAM 1214 zugreifen können. Die Graphikmodule 1216 führen die von den Graphik ausführenden Modulen 220 ausgeführten Funktionen unter Verwendung von Hardware (beispielsweise spezialisierte Graphikprozessoren) oder einer Kombination von Hardware und Software aus. Eine Benutzereingabevorrichtung 1218 ermöglicht es dem Benutzer, Informationen für den Graphiksupercomputer 1210 zu steuern und einzugeben.
  • Ein besonders bevorzugter Graphiksupercomputer ist ein Onyx2 Infinite Reality System, erhältlich von Silicon Graphics, Inc., Mountain View, CA, ausgestattet mit acht Prozessoren, drei Graphikpipelines, 16 GB Hauptspeicher und 250 GB Festplattenspeicher. Solch ein Graphiksupercomputer besitzt eine skalierbare Architektur mit hoher Bandbreite und geringer Latenz, um eine hohe Rendergeschwindigkeit in multiplen Graphikpipelines zu erreichen. Graphiksupercomputer von anderen Herstellern, wie beispielsweise Hewlett-Packard Company von Palo Alto, CA oder Sun Microsystems von Mountain View, CA können ebenso verwendet werden.
  • Die Graphikdaten, die ein darzustellendes Bild bilden, werden vom Graphiksupercomputer 1210 zu einem Mehrfachbildschirmabbildungssystem 1220 zur Abbildung auf einem Bildschirm 1230 gesendet. Im in 12 gezeigten Ausführungsbeispiel werden drei Projektoren verwendet. Aus der Perspektive eines Benutzers, der das Bild auf dem Bildschirm 1230 betrachtet, weisen die drei Projektoren einen linken Projektor 1240, einen mittig angeordneten Projektor 1250 und einen rechts angeordneten Projektor 1260 auf. Obwohl drei Projektoren gezeigt sind, ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine bestimmte Anzahl von Projektoren beschränkt.
  • Der Projektor 1240 hat ein Projektsfeld auf dem Bildschirm 1230, das prinzipiell bei 1242 gezeigt ist, zwischen einem Punkt 1241 und einem Punkt 1243. Der Projektor 1250 hat ein Projektionsfeld auf dem Bildschirm 1230, das generell bei 1252 gezeigt ist, zwischen einem Punkt 1251 und einem Punkt 1253. Der Projektor 1260 hat ein Projektionsfeld auf dem Schirm 1230, der generell bei 1262 gezeigt ist zwischen einem Punkt 1261 und einem Punkt 1263. Die Projektionsfelder 1242 und 1252 haben eine sich überlappende Region 1244 zwischen den Punkten 1251 und 1243. In ähnlicher Weise besitzen die Projektionsfelder 1262 und 1252 eine überlappende Region 1264 zwischen den Punkten 1261 und 1253. Das darzustellende Bild ist in drei sich überlappende Teilbilder (links, Mitte und rechts) unterteilt. Durch gleichzeitiges Projizieren der drei sich überlappenden Teilbilder wird das Gesichtsfeld des Benutzers über das beispielsweise auf einem Monitor oder durch Verwendung von nur einem Projektor Verfügbare vergrößert. Beispielsweise erhöht sich das Gesichtsfeld durch Verwendung der in 12 gezeigten drei sich überlappenden Teilbilder auf ungefähr 160°. Die überlappenden Regionen 1244 und 1264 betragen ungefähr 5,3°. Das Mehrfachbildschirmanzeigesystem 1220 ist für die überlappenden Regionen 1244 und 1264 in einer gut bekannten Weise verantwortlich, um die Bilder drei Projektoren ineinander überzublenden, um ein nahtloses Bild auf dem Schirm 1230 zu erzeugen. Geeignete Darstellungs- und Projektionssysteme sind erhältlich von SEOS, London, England, zum Beispiel die Barco Projektoreinheiten.
  • 13 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel eines für die Verwendung mit der vorliegenden Erfindung geeigneten Computersystems. In dem in 13 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Graphiksupercomputer 1210 mit mehreren Prozessoren 1212, RAM 1214 und zwei Graphikmodulen 1216 ausgerüstet. Graphikworkstations, die zur Verwendung in dem in 13 gezeigten Ausführungsbeispiel geeignet sind, sind von Silicon Graphics, Inc. oder Sun Microsystems erhältlich. Jedes Graphikmodul 1216 ist mit einem Monitor 1320 zur Anzeige verbunden: Der Monitor 1320 ist bevorzugt ein Farbgraphikmonitor, der zur Darstellung von Graphiken, wie sie in den 15 und 16 sind, geeignet ist. Bevorzugt erstellt einer der Monitore 1320 das Bild der 3D-Probensonde und der andere der Monitore 1320 die verschiedenen Menüs, die zur Bedienung des 3D-Probensondenprogramms 110 verwendet werden, dar. 13 zeigt ebenso eine Tastatur 1330 und eine Maus 1332, die als Eingabevorrichtungen dienen.
  • Ein Computersystem, das zur Ausführung der hierin beschriebenen Funktionalitäten fähig ist, ist in größerem Detail in 14 gezeigt. Das Computersystem 1402 weist einen oder mehrere Prozessoren, wie den Prozessor 1404, auf. Der Prozessor 1404 ist an einen Kommunikationsbus 1406 angeschlossen. Verschiedene Softwareausgestaltungen werden als Ausdruck dieses beispielhaften Computersystems beschrieben. Nach Lesen dieser Beschreibung ist es dem Fachmann ersichtlich, wie die Erfindung unter Verwendung anderer Computersysteme und/oder Computerarchitekturen realisiert werden kann.
  • Das Computersystem 1402 weist auch einen Hauptspeicher 1408, bevorzugt einen Randomaccessspeicher (RAM) auf und kann auch einen zweiten Speicher 1410 aufweisen. Der zweite Speicher 1410 enthält beispielsweise ein Festplattenlaufwerk 1414 und/oder ein austauschbares Speicherlaufwerk 1410, das für ein Floppydisklaufwerk, ein magnetisches Bandlaufwerk oder ein optisches Laufwerk etc. steht. Das auswechselbare Speicherlaufwerk 1414 liest und/oder schreibt auf die auswechselbare Speichereinheit 1418 in einer sehr gut bekannten Weise. Die auswechselbare Speichereinheit 1418, die für eine Floppy Disk, ein Magnetband, eine optische Speicherplatte etc. steht, kann vom auswechselbaren Speicherlaufwerk 1414 gelesen und beschrieben werden. Wie man sich bewusst sein wird, beinhaltet die auswechselbare Speichereinheit 1418 ein von dem Computer verwendbares Speichermedium mit darauf gespeicherter Computersoftware und/oder Daten.
  • In anderen Ausführungsbeispielen kann der zweite Speicher 1410 andere ähnliche Mittel aufweisen, damit Computerprogramme oder andere Befehle in das Computersystem 1402 geladen werden können. Solche Mittel können beispielsweise eine austauschbare Speichereinheit 1422 und ein Interface 1420 sein. Beispiele davon können eine Programmkarte und ein Karteninterface (wie es bei Videospielgeräten gefunden wird), ein auswechselbarer Speicherchip (wie ein EPROM oder PROM) und eine zugehörige Buchse und andere austauschbare Speichereinheiten 1422 und Interfaces 1420 sein, die es ermöglichen, dass Software und Daten von der austauschbaren Speichereinheit 1422 auf das Computersystem 1402 übertragen werden.
  • Das Computersystem 1402 kann ebenso ein Kommunikationsinterface 1424 aufweisen. Das Kommunikationsinterface 1424 ermöglicht es, dass Software und Daten zwischen dem Computersystem 1402 und externen Geräten übertragen werden. Beispiele eines Kommunikationsinterfaces 1424 können ein Modem, ein Netzwerkinterface (zum Beispiel eine Ethernetkarte) ein Kommunikationsport, ein PCMCIA-Schacht und Karte etc. sein. Die über das Kommunikationsinterface 1424 zu übertragende Software und Daten können in der Form von Signalen 1426 sein, die elektronisch, elektromagnetisch, optisch oder in Form anderer Signale, die vom Kommunikationsinterface 1424 empfangen werden können. Die Signale 1426 werden dem Kommunikationsinterface über einen Kanal 1428 bereitgestellt. Der Kanal 1428 trägt die Signale 1426 und kann durch Verwendung eines Drahtes oder eines Kabels, Glasfasern, einer Telefonleitung, einer Mobilfunkverbindung, einer RF-Verbindung und anderen Kommunikationskanälen realisiert werden.
  • In diesem Dokument beziehen sich die Ausdrücke „Computerprogrammmedium" und „computerverwendbares Medium" generell auf Medien, wie einer austauschbaren Speichervorrichtung 1418, einer in einem Festplattenlaufwerk 1412 installierten Festplatte und Signalen 1426. Diese Computerprogrammprodukte sind Mittel zum Bereitstellen von Software an das Computersystem 1402.
  • Computerprogramme (auch genannt Computer Control Logic) sind im Hauptspeicher 1408 und/oder im zweiten Speicher 1410 gespeichert. Die Computerprogramme können ebenso über das Kommunikationsinterface 1424 empfangen werden. Solche Computerprogramme, wenn sie ausgeführt werden, ermöglichen es dem Computersystem 1402, die Merkmale der vorliegenden Erfindung, wie sie hierin beschrieben wird, durchzuführen. Insbesondere ermöglichen die Computerprogramme, wenn sie ausgeführt werden, dem Prozessor 1404, die Merkmale der vorliegenden Erfindung durchzuführen. Entsprechend stellen solche Computerprogramme die Steuerung des Computersystems 1402 dar.
  • In einer Ausgestaltung, bei der die Erfindung unter Verwendung von Software realisiert ist, kann die Software in einem Computerprogrammprodukt gespeichert und in das Computersystem 1402 unter Verwendung eines austauschbaren Speicherlaufwerks 1414, einer Festplatte 1412 oder des Kommunikationsinterfaces 1424 geladen sein. Die Steuerungslogik (Software), wenn sie durch den Prozessor 1404 ausgeführt wird, veranlasst den Prozessor 1404, die Funktionen der Erfindung, wie sie hier beschrieben sind, durchzuführen.
  • In einer weiteren Ausgestaltung ist die Erfindung vorwiegend durch Verwendung von Hardware, zum Beispiel Hardwarekomponenten wie anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreisen (ASICs), umgesetzt. Die Realisierung einer solchen Hardwaremaschine zum Durchführen der hierin beschriebenen Funktionen sind dem Fachmann offensichtlich.
  • In einer weiteren Ausgestaltung wird die Erfindung unter Verwendung einer Kombination von Hardware und Software umgesetzt.
  • Systembedienung und Ergebnisse
  • Die Bedienung und die Ergebnisse der vorliegenden Erfindung werden nun unter Verwendung eines Datenvolumens 240, das seismische Daten enthält (Datenwerte, die seismische Amplituden darstellen), beschrieben. Der Benutzer bestimmt das zu verwendende bestimmte seismische Datenvolumen, das von einer Diskette in den Hauptspeicher geladen wird. Eine Standard-3D-Probensonde wird gezeichnet. Der Benutzer bestimmt die Farbe, die für die seismischen Amplituden verwendet werden soll. Auch der Grad an Transparenz kann ausgewählt werden. Die drei in 15 gezeigten Sonden sind alle undurchsichtig mit einer Überschneidung der Sonden und des seismischen Datenvolumens auf den Oberflächen der Sondentextur gemappt. Eine dieser Sonden ist mit einer gezeigten Umrahmung dargestellt; die anderen zwei Sonden sind ohne Rahmen dargestellt.
  • 15 zeigt drei aktiven Sonden. Der Benutzer hat gewählt, dass die Daten, die in den Hintergrundebenen und dem Restbestand des seismischen Datenvolumens außerhalb der aktiven Sonden enthalten sind, nicht dargestellt werden. Zwei der in 15 dargestellten Sonden schneiden sich und der Schnitt der zwei Sonden ist dargestellt. In dieser Weise kann der Benutzer die in dem seismischen Datenvolumen enthaltenen geologischen Merkmale einfacher visualisieren und interpretieren. Beispielsweise erstreckt sich ein geologisches Merkmal, das durch ein dunkles Band zwischen zwei hellen Bändern dargestellt ist, über die Ansichtsfläche der größeren schneidenden Sonde und „biegt um die Ecke", um sich auf der Ansichtsseite der kleineren schneidenden Sonde senkrecht dazu zu erstrecken. Die Möglichkeit die Sonden, im gesamten seismischen Datenvolumen zu bewegen und sich miteinander schneiden zu lassen, ermöglichen es einem Benutzer, das Ausmaß eines solchen geologischen Merkmals besser zu interpretieren und zu verfolgen.
  • 16 zeigt, wie eine Sonde verwendet werden kann, um eine andere Sonde „auszuschneiden", um ein „Loch" in einer Sonde herzustellen. Wie in 15 hat der Benutzer ausgewählt, dass die Daten, die in den Hintergrundebenen und in dem Restbestand des seismischen Datenvolumens außerhalb der aktiven Sonden enthalten ist, nicht darzustellen sind. 16 zeigt, dass die Opazitätseinstellungen individuell durch den Benutzer für jede aktive Sonde ausgewählt werden können. Eine der in 16 gezeigten Sonden ist undurchsichtig, so dass es nicht möglich ist, durch die Oberfläche dieser Sonde zu sehen. Um das Innere dieser äußeren Sonde sehen zu können, muss sie durch eine andere Sonde weg geschnitten werden. Die äußere undurchsichtige Sonde wird als „Datensonde" bezeichnet. Eine zweite vollständig transparente „Schnittsonde" wurde verwendet, um einen 3D-Teilbereich der Datensonde auszuschneiden. Weil die Schnittsonde vollständig transparent ist, ist sie nicht in 16 sichtbar. Jedoch wird der Beweis, dass die vollständig transparente Schnittsonde da ist, dadurch erbracht, dass die undurchsichtige innere Oberfläche der Datensonde sichtbar ist. Das Bild des Schnitts der Datensonde und der Schnittsonde ist die innere Schnittoberfläche der Datensonde.
  • Eine dritte aktive Sonde ist in 16 gezeigt. Die dritte Sonde ist mit einem gezeigten Rahmen dargestellt. Die dritte Sonde ist volumengerendert mit einem unterschiedlichen Grad an Transparenz, so dass der Benutzer durch die äußeren Oberflächen der Sonde sehen kann und die geologischen Eigenschaften innerhalb der dritten Sonde sehen kann. Wie in 16 gezeigt, ist die dritte Sonde innerhalb des 3D-Teilbereichs der Datensonde, die durch die Schnittsonde weg geschnitten wurde, partiell volumengerendert.
  • Die in 16 gezeigte dritte volumengerenderte Sonde weist weiter ausgewählte Punkte auf, die durch einen Ausgangsauswahlvorgang (Funktion 470) ausgewählt worden sind. Die ausgewählten Punkte sind in einer Weise dargestellt, um sie für den Benutzer hervorzuheben. Die ausgewählten Punkte sind in 16 als Verbindungspunkte gezeigt. Der Ausgangspunkt ist in 16 durch die dunklere Kugel dargestellt.
  • 17 zeigt eine Anordnung eines bandförmigen Abschnitts 1710 die nicht die vorliegende Erfindung verkörpert. Ähnlich der Sonde sind die bandförmigen Abschnitte ein 3D-Volumenvisualisierungsverfahren zum Darstellen von Daten entlang einer benutzerdefinierten Traverse durch eine 3D-Volumendatenmenge innerhalb einer Sonde. Die Traverse schneidet durch den 3D-Volumendatensatz wie eine Plätzchenform durch Teig und wird daher hier als Plätzchenebene, beispielsweise die Plätzchenebenen 1712 und 1714, bezeichnet. Die bandförmigen Abschnitte können die 3D-Daten in einer Ausrichtung darstellen, die nicht notwendigerweise mit der Ausrichtung der Ordinate des 3D-Volumendatensatzes und/oder der Sonde übereinstimmt. Der bandförmige Abschnitt 1710 ist durch den Benutzer in Übereinstimmung mit dem im folgenden beschriebenen Verfahren hergestellt. Die Traversen oder Plätzchenebenen sind durch Digitalisieren von Ansteuerungspunkten definiert, wie die Ansteuerungspunkte 1716, 1718 und 1720, die von der Oberfläche der Sonde, die als „Sondenoberfläche" bezeichnet wird, ausgewählt sind. Der Benutzer kann eine transparente Schnittsonde, wie oben beschrieben, herstellen, um sich mit einem undurchsichtigen bandförmigen Abschnitt zu verbinden. Alternativ kann die Sonde auch undurchsichtig hergestellt werden und der bandförmige Abschnitt kann transparent gemacht werden, wenn gewünscht.
  • Die Ansteuerungspunkte können verwendet werden, um eine Vielzahl von Liniensegmenten, wie die Liniensegmente 1722, 1724 und 1726 herzustellen, die kollektiv als Polylinie 1728 bezeichnet wird, die einem Polygon ähnlich ist, aber geschlossen oder nicht geschlossen ist. Daher bilden die Liniensegmente eine offene oder geschlossene Linie, so dass einzelne oder viele Plätzchenebenen hergestellt werden können. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Bereich der Datendarstellung, d. h. die Plätzchenebenen, entlang einer Richtung, die senkrecht zur Sondenoberfläche ist, projiziert und die dargestellten Daten können sich zu einer gegenüberliegenden Fläche der Sonde, die als „gegenüberliegende Sondenoberfläche" bezeichnet wird, erstrecken. Nach Erzeugen eines bandförmigen Abschnitts kann der Benutzer die Maussteuerung oder die Tastatur benutzen um die Ansteuerungspunkte auszuwählen, zu bewegen, zu ziehen oder zu ergreifen, um den bandförmigen Abschnitt 1710 in Echtzeit zu editieren und verschiedene Daten aus dem 3D-Volumendatensatz entlang der Plätzchenebenen 1712 und 1714 darzustellen. Zusätzlich zum Editieren des bandförmigen Abschnitts 1710 zum Betrachten der verschiedenen Daten des 3D-Volumendatensets innerhalb der Sonde, können der gesamte bandförmige Abschnitt 1710 und die Sonde gleichzeitig an eine unterschiedliche Position verschoben werden, um verschiedene Daten des 3D-Volumendatensatzes außerhalb der Abgrenzungen der Sonde an ihrer Position zu sehen. Der aktive Ansteuerungspunkt 1720 ist bevorzugt hervorgehoben oder verglichen zu den anderen Ansteuerungspunkten unterschiedlich gefärbt, um anzuzeigen, dass der Ansteuerungspunkt 1720 in einem aktiven Zustand für einen Arbeitsvorgang, wie Bewegen, Entfernen oder anderes Editieren wie weiter unten beschrieben, ist. Ansteuerungspunkte können nach der ersten bandförmigen Abschnittskonstruktion eingesetzt oder entfernt werden. Die Geometrie des bandförmigen Abschnitts und Ausrichtung können auch für zukünftige Arbeitssitzungen abgespeichert werden.
  • 18 zeigt ein Blockdiagramm des Systems 1810 für Programmmodule in einem bevorzugt ausgestalteten Beispiel der Erfindung zum Herstellen von bandförmigen Abschnitten bei Echtzeitbildraten, wie sie hier vorgestellt wurden. Das Sondenmodul 1822 stellt einen anfänglichen Kontext zum Zeichnen der Polylinie 1728 bereit. Das Sondenmodul 1822 stellt die Benutzeraktivitätsdaten, wie Mausklicks und Tastenanschläge an den Plätzchenmanager 1824 bereit. Daher werden die Benutzeraktivitätsdaten wie Erzeugen von Ansteuerungspunkten, Löschen von Ansteuerungspunkten, Bewegen von Ansteuerungspunkten, Bewegen der gesamten Sonde und ähnliches in das System 1810 eingefügt.
  • Der Plätzchenmanager 1824 verwaltet die von der Sonde 1822 bereitgestellten Benutzereingaben. Der Plätzchenmanager 1824 verteilt die Daten, beispielsweise Ansteuerungspunkte hinzufügen, bewegen und entfernen, sowohl an das Polylinienmodul 1826 und das Plätzchenebenenmodul 1828. Für einige Daten, wie Einfügen eines Ansteuerungspunktes, empfängt der Plätzchenmanager 1824 Daten vom Polylinienmodul 1826 und übergibt die Daten zum Plätzchenebenenmodul 1828.
  • Das Polylinienmodul 1826 verwaltet die Daten, die mit der Polylinie 1728 und den damit verbundenen Ansteuerungspunkten in Verbindung mit dem Polymarkermodul 1832 und dem Polystatemodul 1830 in Verbindung stehen. Die Polylinie 1728 ist im wesentlichen als visuelle Referenz bereitgestellt. Das Polylinienmodul 1826 verwaltet in Verbindung mit dem Polystatemodul 1830 den Zustand der Ansteuerungspunkte. Beispielsweise kann ein Ansteuerungspunkt in seinem aktiven Zustand bewegt oder gelöscht werden. Der aktive Ansteuerungspunkt, wie der aktive Ansteuerungspunkt 1720, ist bevorzugt hervorgehoben. Die Ansteuerungspunkte können für eine einfachere Ansicht vergrößert oder in ihrer Größe verkleinert sein. Das Polymarkermodul 1832 stellt einen visuellen Kontext wie Hervorheben oder Verändern der Farben für die Ansteuerungspunkte bereit, so dass ein Benutzer weiß, welcher Punkt im aktiven Zustand zum Bewegen, Löschen und anderweitigem Editieren ist. Das Polymarkermodul 1832 kann ebenso Text, wie die Bezeichnung des Orts, am aktiven Ansteuerungspunkt 1720 bereitstellen.
  • Das Plätzchenebenenmodul 1828 bietet eine texturierte Geometrie, die beispielsweise für geologische Daten Lithographie bezogen sein kann, für die Oberfläche der Plätzchenebenen, wie die Plätzchenebenen 1712 und 1714. Das Plätzchenzustandsmodul 1834 überwacht den Zustand der Plätzchenebene, so dass im aktiven Zustand eine oder mehrere Plätzchenebenen bewegt oder anderweitig editiert werden können, wobei im inaktiven Zustand keine Veränderungen gemacht werden.
  • Während des Betriebs des Systems 1810 kann das Sondenmodul 1822 den Plätzchenmanager 1824 davon unterrichten, dass ein Ereignis eingetreten ist, beispielsweise das Löschen eines Markers, d. h. das Löschen eines Ansteuerungspunktes. Der Plätzchenmanager 1824 benachrichtigt darauf das Polylinienmodul 1826, das den Marker oder den Ansteuerungspunkt löscht und die zwei umgebenden Linien zu einer Linie verbindet und das Polymarkermodul unterrichtet, den gelöschten Marker von der Liste der Polymarker, die vom Polymarkermodul 1832 verwaltet wird, zu entfernen. Der Plätzchenmanager 1824 und das Plätzchenebenenmodul wandeln die zwei Ebenen dann in eine um.
  • 19 zeigt eine Ausgestaltung der Erfindung zum Erstellen einer dreidimensionalen Oberfläche, die für ein physikalisches Phänomen charakteristisch ist, das durch einen 3D-Volumendatensatz, wie beispielsweise einer geologischen Verwerfungsoberfläche, beschrieben wird. Tatsächlich eignet sich dieses Verfahren um eine 3D-Volumenvisualisierung zur schnellen Identifizierung und Interpretation von geologischen Verwerfungsoberflächen einfach und schnell zu erreichen. Jedoch können auch andere Arten von Oberflächen für andere Arten von Daten ebenso durch Verwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung beschrieben werden. Obwohl das Verfahren im folgenden näher beschrieben wird, wird das Verfahren allgemein dazu verwendet, Ansteuerungspunkte, wie die Ansteuerungspunkte 1902, 1904, 1906 und 1908 entlang der Sondenoberfläche 1910 zu digitalisieren. Die visuelle Überprüfung der texturierten Oberfläche der Sondenoberfläche 1910 erlaubt es einem Benutzer, die Ansteuerungspunkte auf einer Struktur von Interesse, beispielsweise einer vermuteten Verwerfungslinie, visuell zu orten. Die Sondenoberfläche 1910 wird dann bewegt und ein neuer Satz von Ansteuerungspunkten digitalisiert. Die Oberfläche 1912 wird dann zwischen den initialen Punkten und den neuen Ansteuerungspunkten interpoliert. Die Ansteuerungspunkte können einfach editiert oder bewegt werden, um eine genauere Oberfläche zu bilden, möglicherweise die Oberfläche 1912, mit einer oben beschrieben Echtzeitbildrate. Dieser Vorgang kann wiederholt werden bis die Interpretation der Oberfläche vollständig ist, wobei zu dieser Zeit die Oberfläche 1912 gespeichert werden kann.
  • Daher stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, wie durch 19 offenbart, ein Verfahren zum schnellen Konstruieren einer dreidimensionalen Oberfläche oder einer Verwerfung bereit, die innerhalb eines 3D-Volumendatensatzes gefunden wurde. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden 3D-Sonden, wie oben beschrieben, verwendet. Das Verfahren umfasst das Konstruieren einer Vielzahl von Splinekurven, wie dies bei Kurve 1914 auf der Sondenoberfläche 1910, die interaktiv konstruiert werden kann, wenn die auf der Sondenoberfläche 1910 abgebildeten Daten visualisiert werden. Die Splinekurve 1914 wird unter Verwendung eines Algorithmus interpoliert, in derselben Weise, wie die Splinekurven 1916, 1918 und 1920 interpoliert werden. Die Splinekurven und v-Kurven 1922, 1924 und 1926 werden gebildet um ein Gitter zu bilden. Das Gitter stellt die dreidimensionale Oberfläche 1912 dar.
  • Zur Konstruktion der initialen Splinekurve, wie beispielsweise die Splinekurve 1914, digitalisiert der Benutzer Ansteuerungspunkte, wie die Ansteuerungspunkte 1902, 1904, 1906 und 1908 auf der Sondenoberfläche 1910. Marker werden an diesen Ansteuerungspunkten hergestellt und die Splinekurve 1914 ist zwischen den Kontrollpunkten 1902, 1904, 1906 und 1908 interpoliert. Die Ansteuerungspunkte 1902, 1904, 1906 und 1908 können innerhalb der Sondenoberfläche 1910 bewegt werden, wodurch eine neue Splinekurve 1914 interpoliert wird. Ist die Sondenoberfläche 1910 einmal ausgewählt, werden die anderen Sondenoberflächen für eine einfachere Handhabung transparent gesetzt. Zusätzlich kann die ausgewählte Sondenoberfläche 1910 undurchsichtig gemacht werden, um die Oberfläche 1912 durch die Sondenoberfläche 1910 zu betrachten.
  • Der Benutzer bewegt dann die Sondenoberfläche 1910 zu einer anderen Position und wählt neue Ansteuerungspunkte. Der Benutzer kann sich einfach zwischen den vorher erzeugten Splinekurven durch Auswählen der Gitterschnittpunkte, wie die Schnittpunkte 1928 oder 1930, vor und zurück bewegen. Während zusätzliche Splinekurven erzeugt werden, können die v-Kurven auch sanft und schnell unter Verwendung eines weiteren Algorithmus interpoliert werden. Der Benutzer erzeugt bevorzugt eine Vielzahl von Splinekurven in derselben Art und die Interpolation der Oberfläche 1912 wird unverzüglich mit Echtzeitbildraten, wie oben beschrieben, dargestellt.
  • Der Benutzer kann die Sonde anhalten und einen oder mehrere Ansteuerungspunkte, etwa die Ansteuerungspunkte 1902, 1904, 1906 und 1908, bewegen, um die Position der Splinekurve, etwa die Splinekurve 1914, einzustellen. Alle anderen Splinekurven, wie die Splinekurven 1916, 1918 und 1920, bleiben unberührt, während die Oberfläche 1912 sanft zwischen der derzeitigen Splinekurve 1914 auf der Sondenoberfläche 1910 und der vorherigen Splinekurve 1920 interpoliert wird. Der Restbestandteil der Oberfläche 1912 bleibt so, außer wenn der Benutzer die Sondenoberfläche 1910 zu einer anderen Splinekurve, beispielsweise 1920, bewegt, und fährt fort dieselbe zu editieren, wodurch die Oberfläche 1912 zwischen der derzeitigen Splinekurve 1920 und der Sondenoberfläche 1910 und der vorherigen Splinekurve 1918 neu gebildet wird.
  • Zusätzliche Splinekurven können, falls gewünscht, zwischen den existierenden Splinekurven hinzugefügt werden. Durch Auswählen der Gitterschnittpunkte, wie die Gitterschnittpunkte 1928 oder 1930 oder durch Auswählen der Ansteuerungspunkte der Sondenoberfläche, wie die Ansteuerungspunkte 1902, 1904, 1906 und 1908, kann der Benutzer die Sondenoberfläche 1910 wie gewünscht schneller nach hinten und nach vorne bewegen. Ist ein Gitterschnittpunkt einmal ausgewählt, kann der Benutzer die Ansteuerungspunkte innerhalb der Sondenoberfläche 1910, die wie in 19 gezeigt, dargestellt werden, bewegen und die Oberfläche 1912 mit ihren Splinekurven und v-Kurven wird interaktiv folgen. Die Splinekurven und die v-Kurven können dargestellt oder nicht dargestellt werden, abhängig von den Einstellungen des Benutzers. Bevorzugt wird zur Klarheit nur eine Sondenoberfläche 1910 zur Zeit dargestellt.
  • 20 offenbart ein modulares System 2000, das die Software zum Durchführen der in Verbindung mit 19 beschriebenen Funktionen beschreibt. In einer Ausgestaltung weist das modulare System 2000 viele derselben Module wie in dem modularen System 1810 zum Herstellen eines bandförmigen Abschnitts auf. Daher ermöglicht der Aufbau eine stärker allgemeine Steuerung, die sowohl die bandförmigen Abschnittsfunktionen als auch die Oberflächenmappingfunktionen effektiv umsetzen kann. Beispielsweise kann das Plätzchenmodul 2018, Polymarkermodul 2012 und Polylinienmodul 2014 in der oben in Bezug auf die Herstellung von bandförmigen Abschnitten beschriebene Weise verwendet werden. Ebenso führt das Sondenmodul 2010 daher wieder die Funktionen, wie sie vorher beschrieben sind, wie beispielsweise Bereitstellen von ersten Zeichnungsplines, wie Spline 1914, aus, welche ebenso als ähnlich zu den oben beschriebenen Polylinien erachtet werden. Das Sondenmodul 2010 stellt Benutzeraktivitätsdaten, wie Mausklicks und Tastenanschläge, an verschiedene andere Module bereit. Das Kubussplinemodul 2016 betrifft Funktionen für die editierbare Oberfläche oder Mappingeigenschaften, wie die in 19 gezeigte Oberfläche 1912. Das Kubussplinemodul 2016, das Splinemanagermodul 2020, das Splinekurvenmodul 2022 und das Splineoberflächenmodul 2024 sind Funktionen, die von denen unterschiedlich sind, die nur in den bandförmigen Abschnittssektionen verwendet werden. Der Splinemanager 2020 führt eine Anzahl von verschiedenen Funktionen durch, beispielsweise Erzeugen oder Löschen von Oberflächen, Ändern von Funktionsmodi von Erzeugen einer Oberfläche zu Editieren einer Oberfläche, wie auch Lesen und Schreiben von Funktionen. Beispielsweise kann der Splinemanager 2020 eine Oberflächenattributsdatei lesen und schreiben, die solche Attribute betrifft wie Farbe, Zeigen des Gitters, Markerfarbe und ähnliches. Das Splinekurvenmodul 2022 macht Aufzeichnungen über die Splinekurven, welche Splinekurve in der Editier- oder Erzeugungsphase ist und welche Veränderungen an Splinekurven vorgenommen wurden. Das Splineoberflächenmodul 2024 reagiert auf die Veränderungen, die zur Interpolation der resultierenden Oberflächenänderungen durchgeführt wurden.
  • Durch Verwenden des System und des Verfahrens der vorliegenden Erfindung können Geologen und Geophysiker seismische 3D-Daten schneller und genauer visualisieren und interpretieren. Dieses reduziert stark die seismische 3D-Projektdurchlaufzeit, erhöht die Produktion von existierenden Feldern und findet weitere Reserven.
  • Ergebnis
  • Während verschiedene Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung oben beschrieben worden sind, versteht es sich, dass diese lediglich beispielhaft und nicht beschränkend vorgestellt worden sind. Daher soll der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung nicht durch irgendeines der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele eingeschränkt werden, sondern in Übereinstimmung mit den folgenden Ansprüche definiert werden.

Claims (23)

  1. Verfahren zur digitalen Bearbeitung von Bildern in Form eines dreidimensionalen Datenarrays, wobei das dreidimensionale Datenarray mehrere Voxel umfasst und jedes Voxel einen dreidimensionalen Standort und ein Datenwort umfasst, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: – Anordnen einer Oberfläche einer Sonde an einer ersten Position innerhalb des dreidimensionalen Datenarrays, – Bilden einer ersten Gruppe von Ansteuerungspunkten auf der Oberfläche der Sonde zum Nachführen eines physikalischen Phänomens, das durch das dreidimensionale Datenarray beschrieben wird, wobei die erste Gruppe von Ansteuerungspunkten eine erste Spline-Kurve definiert, – Bewegen der Oberfläche der Sonde an eine zweite Position innerhalb des dreidimensionalen Datenarrays, – Bilden einer zweiten Gruppe von Ansteuerungspunkten auf der Oberfläche der Sonde zum Nachführen eines physikalischen Phänomens, wobei die zweite Gruppe von Ansteuerungspunkten eine zweite Spline-Kurve definiert, und – Interpolieren zwischen der ersten und der zweiten Spline-Kurve, um eine dreidimensionale Fläche zu definieren, die das physikalische Phänomen darstellt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, ferner den Schritt des Anzeigens der Oberfläche umfassend, die das physikalische Phänomen darstellt, wobei die Oberfläche die erste und die zweite Gruppe von Ansteuerungspunkten schneidet.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, ferner den Schritt des Interpolierens zwischen der ersten Gruppe von Ansteuerungspunkten, um die erste Spline-Kurve zu definieren, und des Interpolierens zwischen der zweiten Gruppe von Ansteuerungspunkten, um die zweite Spline-Kurve zu definieren, umfassend, wobei mindestens eine der ersten und der zweiten Spline-Kurve gekrümmt ist.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner folgende Schritte umfassend: – Bewegen der Oberfläche der Sonde an eine dritte Position innerhalb des dreidimensionalen Datenarrays, – Bilden einer dritten Gruppe von Ansteuerungspunkten auf der Oberfläche der Sonde zum Nachführen eines physikalischen Phänomens, wobei die dritte Gruppe von Ansteuerungspunkten eine dritte Spline-Kurve definiert, und – Interpolieren zwischen der ersten, der zweiten und der dritten Spline-Kurve, um die Fläche zu vergrößern.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner den Schritt des Editierens mindestens einer der ersten und der zweiten Gruppe von Ansteuerungspunkten umfassend.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner den Schritt des Bildens mehrerer V-Kurven umfassend, die zwischen den entsprechenden Ansteu erungspunkten an der ersten und der zweiten Position der Sonde verbindet.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, ferner den Schritt des Anzeigens der Spline-Kurven und der V-Kurven umfassend, wobei die Spline-Kurven und die V-Kurven ein Gitter bilden, das das physikalische Phänomen darstellt, wobei das Gitter mehrere Schneidepunkte zwischen den Spline-Kurven und den V-Kurven aufweist.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, ferner den Schritt des Auswählens eines der mehreren Schneidepunkte und das Bewegen des Schneidepunktes umfassend, um so das Gitter zu editieren.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, ferner den Schritt des Auswählens eines der mehreren Schneidepunkte umfassend, um damit die Oberfläche solcherart neu anzuordnen, dass sie durch den Schneidepunkt verläuft.
  10. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, ferner den Schritt des Auswählens entweder der ersten oder der zweiten Gruppe von Ansteuerungspunkten umfassend, um damit die Oberfläche solcherart neu anzuordnen, dass sie durch entweder die erste oder die zweite Gruppe von Ansteuerungspunkten verläuft.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner folgende Schritte umfassend: – Bilden einer dritten Gruppe von Ansteuerungspunkten auf der Oberfläche der Sonde an der ersten Position, wobei die dritte Gruppe von Ansteuerungspunkten eine dritte Spline-Kurve definiert, – Bilden einer vierten Gruppe von Ansteuerungspunkten auf der Oberfläche der Sonde an der zweiten Position, wobei die vierte Gruppe von Ansteuerungspunkten eine vierte Spline-Kurve definiert, und – Interpolieren zwischen der dritten und der vierten Spline-Kurve, um eine weitere dreidimensionale Fläche zu definieren, die ein weiteres physikalisches Phänomen darstellt, welches durch das dreidimensionale Datenarray beschrieben wird, wobei die dreidimensionale Fläche und die weitere dreimensionale Fläche im Wesentlichen gleichzeitig definiert werden.
  12. Computerprogramm, umfassend Computerprogrammmittel, die zum digitalen Verarbeiten von Bildern in der Form eines dreidimensionalen Datenarrays betrieben werden können, wobei das dreidimensionale Datenarray mehrere Voxel umfasst und jedes Voxel einen dreidimensionalen Standort und ein Datenwort umfasst, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: – Anordnen einer Ebene an mehreren Ebenenpositionen innerhalb des dreidimensionalen Datenarrays, – Bilden einer Gruppe von Ansteuerungspunkten an jeder der mehreren Ebenenpositionen, so dass jede der Gruppen von Ansteuerungspunkten eine dazugehörige Spline-Kurve definiert, und – Interpolieren zwischen jeder der Spline-Kurven, um eine Fläche zu bilden, die ein physikalisches Phänomen darstellt, das von der Menge dreidimensionaler Daten beschrieben wird, wenn das Computerprogramm auf einem Computer ausgeführt wird.
  13. Programm nach Anspruch 12, wobei das Verarbeiten ferner das Anzeigen der Fläche, die das physikalische Phänomen darstellt, umfasst, wobei die Fläche jede der Gruppen von Ansteuerungspunkten schneidet.
  14. Programm nach Anspruch 12 oder 13, wobei das Verarbeiten ferner das Interpolieren zwischen jeder der Gruppen von Ansteuerungspunkten umfasst, um die dazugehörigen Spline-Kurven zu definieren, wobei mindestens eine der dazugehörigen Spline-Kurven gekrümmt ist.
  15. Programm nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei das Verarbeiten ferner das Editieren eines oder mehrer der Ansteuerungspunkte umfasst.
  16. Programm nach einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei das Verarbeiten ferner das Bilden mehrerer V-Kurven umfasst, die zwischen dazugehörigen Ansteuerungspunkten an den mehreren Ebenenpositionen verbinden.
  17. Programm nach Anspruch 16, wobei das Verarbeiten ferner das Anzeigen der Spline-Kurven und V-Kurven umfasst, um ein Gitter zu bilden, das das physikalische Phänomen darstellt, wobei das Gitter mehrere Schneidepunkte zwischen den Spline-Kurven und den V-Kurven aufweist.
  18. Programm nach Anspruch 17, wobei das Verarbeiten ferner das Auswählen eines der mehreren Schneidepunkte und das Bewegen des Schneidepunktes umfasst, um so das Gitter zu bearbeiten.
  19. Programm nach Anspruch 17 oder 18, wobei das Verarbeiten ferner das Auswählen eines der mehreren Schneidepunkte umfasst, um damit die Ebene solcherart neu anzuordnen, dass sie durch den Schneidepunkt verläuft.
  20. Programm nach Anspruch 17 oder 18, wobei das Verarbeiten ferner das Auswählen einer der Gruppen von Ansteuerungspunkten umfasst, um damit die Oberfläche solcherart neu anzuordnen, dass sie durch die eine der Gruppen von Ansteuerungspunkten verläuft.
  21. Programm nach einem der Ansprüche 12 bis 20, wobei das Verarbeiten ferner das Bilden einer weiteren Gruppe von Ansteuerungspunkten an jeder der mehreren Ebenenpositionen umfasst, so dass jede der weiteren Gruppen von Ansteuerungspunkten eine dazugehörige Spline-Kurve definiert, und – das Interpolieren zwischen jeder der weiteren Spline-Kurven, um eine weitere Fläche zu bilden, die ein physikalisches Phänomen darstellt, das von dem dreidimensionalen Datenarray beschrieben wird, wobei die Fläche und die weitere Fläche im Wesentlichen gleichzeitig definiert werden.
  22. Computerprogramm, das Computerprogrammittel umfasst, die zum Durchführen der Schritte nach einem der Ansprüche 1 bis 11 betrieben werden können, wenn sie auf einem Computer ausgeführt werden.
  23. Computerprogramm nach einem der Ansprüche 12 bis 22, das auf einem Computer-lesbaren Medium ausgeführt ist.
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