虚拟油层自然模拟的系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种虚拟油层自然模拟的系统和方法。该方法包括初始化油层Ｌ的三个参数（３１）：随机高度范围，平滑系数Ｗ和含油量系数Ｒ；建立一个长宽大于油层Ｌ的最小的２的指数的高度场Ｍ，使用改进的Ｄｉａｍｏｎｄ－Ｓｑｕａｒｅ算法生成随机高度值（３２）；将高度场Ｍ的高度值赋给虚拟油层Ｌ，舍弃那些不属于油层的高度场（３３）；生成油层的不规则效果（３４）和遍历虚拟油层Ｌ，计算任一点的随机颜色值（３５），这样就可以得到一个符合自然分布的虚拟油层并在显示器上绘制出来（３６）。基于该方法，可以快速真实地实现地下油层的自然模拟。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种。
技术介绍
开发油场环境的虚拟现实系统，可以提高油田的数字化程度，使设计施工开发人员摆脱低水平制图、施工，方便石油勘探、设计、钻井开发等一系列生产过程，从而加速石油开发生产速度。油场环境包括地下地层、油区、钻进靶标、钻进轨迹等三维信息，其中地下油区分布是最为重要的一个环节。众所周知，由于石油都埋藏地下，油区的具体分布和压力情况很难被探测或者识别，所以虚拟油层的模拟也就不可能利用已知真实数据来还原油层，这就要求本专利技术通过仿真方式来合成自然、合理的地下油区分布。因此，地下油区模拟的难点就是对其自然、合理的模拟和仿真。石油在地下的分布具有随机性，然而由于石油的流体特性，石油会在根据地质状况不同，在某些地方汇聚在一起。因此通常的随机模拟的方式——建立一个普通地层，然后通过产生随机高度和随机颜色来生成虚拟油层的方法，虽然可以实现虚拟油层的基本模拟，但是油层中油块的显示比较杂乱无章，效果并不理想，无法实现油层的仿真和真实再现。
技术实现思路
因此，需要一种用于对虚拟油层的自然模拟的系统和方法，通过该系统和方法能够快速逼真地实现虚拟油层的仿真和再现效果。为解决上述技术问题，通过对已探明的油场的观测发现，油场的分布在统计意义上有很强的自相似性，因此针对油场的特点，采用分形几何中的Diamond-Square中点平移算法，并改进了Diamond-Square中点平移算法，开发出虚拟油层的快速生成算法，取得了很好的模拟效果，同时算法的复杂度达到线性，这也是本专利技术的优点。作为本专利技术的一种改进，原始的Diamond-Square算法约定高度场的长宽一致，都为2的指数，本专利技术突破了这个限制，要求长宽为2的指数，但可以互不相同。作为本专利技术的另一种改进，通过设计合理的数据结构来隐藏一定高度以下的地层，从而实现虚拟油层的不规则效果。本专利技术公开了一种虚拟油层自然模拟的方法，该方法包括如下步骤 初始化步骤，初始化油层L的三个参数(31)随机高度范围、平滑系数W和含油量系数R；随机高度值生成步骤，建立一个长宽大于油层L的最小的2的指数的高度场M，使用改进的Diamond-Square算法生成随机高度值；高度场选择步骤，将高度场M的高度值赋给虚拟油层L，舍弃那些不属于油层的高度场；绘制步骤，生成油层的不规则效果(34)和遍历虚拟油层L，计算任一点的随机颜色值，这样就可以得到一个符合自然分布的虚拟油层并在显示器上绘制出来。上述方法使用了一维Diamond-Square算法。上述方法中的原始的高度场的长宽要求为2的指数，但可以互不相同。上述方法中在生成油层的不规则效果时使用了不规则的三角面片划分。上述方法中生成虚拟油层的每一个节点存储高度、可见性标志和颜色值、纹理坐标等数据。上述方法可以将那些不需要显示的节点设为不可见，如果一个节点被设为不可见，则它周围的四个三角面片就都是不可见的。上述方法使用线性插值来计算任一点的颜色值。本专利技术公开了一种虚拟油层自然模拟的系统，该系统包括初始化装置，该装置初始化油层L的三个参数随机高度范围、平滑系数W和含油量系数R；随机高度值生成装置，该装置建立一个长宽大于油层L的最小的2的指数的高度场M，使用改进的Diamond-Square算法生成随机高度值；高度场选择装置，该装置将高度场M的高度值赋给虚拟油层L，舍弃那些不属于油层的高度场；绘制装置，该装置生成油层的不规则效果和遍历虚拟油层L，计算任一点的随机颜色值，这样就可以得到一个符合自然分布的虚拟油层并在显示器上绘制出来。9.随机高度值生成装置使用了一维Diamond-Square算法建立高度场M。10.随机高度值生成装置建立的原始的高度场的长宽要求为2的指数，但可以互不相同。11.绘制装置将那些不需要显示的节点设为不可见，如果一个节点被设为不可见，则它周围的四个三角面片就都是不可见的。12.绘制装置使用线性插值来计算任一点的颜色值。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明图1为二维Diamond-Square算法的流程图。图2为改进的二维Diamond-Square算法的流程图。图3为二维Diamond-Square算法迭代的结果。图4为虚拟油层生成算法的流程图。图5为不规则地层的三角面片划分示意图。图6为一般随机函数生成的虚拟油层效果图。图7为本专利技术生成的虚拟油层效果图。具体实施例方式图1是本专利技术中的二维Diamond-Square算法的流程图.二维Diamond-Square算法约定二维数组的个数长宽相等且为2N+1+1(如33*33)。首先初始化(11)在四个角设定初始高度值，设置随机高度范围(h，H)和平滑系数W，取值为(0.0，1.0)，设置随机数因子factor＝1(12)；其次递归细分过程1.diamond步(13)取四个点的正方形，在正方形中点生成一个随机值(两对角线交点)。中点值是四个角点平均值再加上随机量rand(h，H)×factor计算得到的。其中rand(h，H)表示范围在(h，H)的随机数。2.square步(14)取每个四点形成的棱锥，在棱锥的中心生成一个随机值，大小为四个角点平均值再加上随机量rand(h，H)×factor，计算出每条边中点值。这样又得到一个正方形。3.减小随机数因子(15)factor＝factor×2-w，重复步骤1，直到达到给定迭代次数(16)。这样递归下去，一个正方形经过单独一次细分过程将得到四个正方形。第二次经过该过程得到16个正方形，第I次得到正方形数目等于2I+2。图2是改进的二维Diamond-Square算法的流程图。原始的Diamond-Square算法约定高度场的长宽一致，都为2的指数，本专利技术对算法进行了改进，要求长宽为2的指数，但可以不相同。设长宽分别为2m和2n，设m＞n(21)，首先本专利技术应用一维中点平移算法，计算点列(i2n，0)，i＝0...2m-n-1(22)和点列(i2n，2n)，i＝0...2m-n-1的高度值(23)。这样就生成了2m-n个边长为2n高度场(24)，对这2m-n个高度场分别应用二维Diamond-Square算法(25)，得到本专利技术初始的随机高度场。图3是二维Diamond-Square算法分别经过1次(31)，2次(32)和5次(33)迭代的结果。图4是本专利技术的虚拟油层生成算法的流程图。本专利技术通过改进的Diamond-Square中点平移算法生成出一个随机地层，然后隐藏一定高度以下的地层，之后将随机高度转化为对应的随机颜色，就可以得到一个符合自然分布的虚拟油层。设虚拟油层L的长宽分别为width和height，设置虚拟油层生成的三个参数(41)随机高度范围(-h，h)，平滑系数W，取值为(0.0，1.0)和含油量系数R，取值(0.0，1.0)。具体方法如下1.建立一个长宽分别为大于width和height的最小的2的指数的高度场M(42)，使用改进的Diamond-Square算法生成随机高度值。2.将高度场M的高度值赋给虚拟油层L(43)。L(i，j)＝M(i，j)，i＝0...width-1；j＝0...height-1。3.生成油层的不规则效果(44)。令hm＝h×(0.5-R)，遍历虚拟油层L，如本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种虚拟油层自然模拟的方法，其特征在于包括如下步骤：初始化步骤，初始化油层Ｌ的三个参数（３１）随机高度范围、平滑系数Ｗ和含油量系数Ｒ；随机高度值生成步骤，建立一个长宽大于油层Ｌ的最小的２的指数的高度场Ｍ，使用改进的Ｄｉａｍｏ ｎｄ－Ｓｑｕａｒｅ算法生成随机高度值（３２）；高度场选择步骤，将高度场Ｍ的高度值赋给虚拟油层Ｌ，舍弃那些不属于油层的高度场（３３）；绘制步骤，生成油层的不规则效果（３４）和遍历虚拟油层Ｌ，计算任一点的随机颜色值（３５），这样 就可以得到一个符合自然分布的虚拟油层并在显示器上绘制出来（３６）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：胡事民，张松海，李诺，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]