способ исследования строения пространств с размерностью до 4-х представленных многопараметровыми цифровыми массивами данных с размерностью до 4-х

Формула изобретения

1. Способ исследования строения пространств с размерностью до 4-х, представленных многопараметровыми цифровыми массивами данных с размерностью до 4-х, в котором используют компьютер с соответствующим программным обеспечением, память для хранения данных с размерностью, равной размерности исследуемых пространств, устройство визуализации в виде экрана дисплея, плоттера или другого визуализирующего средства, канал связи для выноса данных из памяти на устройство визуализации, отличающийся тем, что в трехмерной решетке создают одномерные (отрезки кривых), двумерные (участки поверхностей) или трехмерные (объемы, тела) смотровые области произвольной формы с объемами данных, определяемыми скоростью канала связи и быстродействием компьютера, которые перемещают по произвольным траекториям с постоянной или переменной скоростью, в том числе придают им возвратно-поступательное или вращательное движение вокруг произвольной ои или точки и визуализируют ту часть данных, которая попадает в смотровую область, причем форму смотровой области непрерывно изменяют по заданному закону по мере перемещения в изучаемом пространстве, а объем смотровой ее области выбирают прямо пропорциональным скорости выноса параметров на устройство визуализации, а также визуализируют изменения трехмерных параметров во времени и сохраняют на устройстве визуализации всю информацию, которая была визуализирована ранее, в том числе запоминают траекторию движения смотровой области.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сопоставляют различные визуализируемые данные и создают несколько смотровых областей с единым ребром, гранью, плоскостью или другой поверхностью, которые могут быть объединены в единую смотровую область на устройстве визуализации.

Описание изобретения к патенту

Изобретение носит универсальный характер и может быть использовано во многих отраслях техники, связанный с визуальным просмотром и исследованием физических объектов, когда изучается распределение в пространстве и изменения во времени какого-либо одного или множества параметров, характеризующих данный объект.

Сюда относятся все виды геологической разведки на нефть, газ, воду или твердые полезные ископаемые, которые требуют визуального изучения нижнего геологического полупространства с целью поиска особенностей его строения и нахождения аномалий, характеризующих наличие полезного ископаемого. При этом исследуются параметры различных искусственных либо естественных полей (акустическое поле, электромагнитные поля, поля температур, давлений, радиоактивности, тяжести и т.д.). После нахождения объекта начинается эксплуатация месторождения, т.е. появляется необходимость изучения связанных со временем изменений перечисленных параметров в пространстве.

В медицине все способы томографического изучения различных человеческих органов сводятся к задаче детального исследования их особенностей в пространстве.

В машиностроении при создании (конструировании) различных машин и механизмов возникает необходимость изучения взаимного расположения и взаимодействия многочисленных деталей и агрегатов, способов их сборки, сочленения и т. д.

При всех видах дефектоскопии, в рекламной деятельности, в играх на ЭВМ также часто присутствуют элементы исследования многомерных пространств.

Разработка предлагаемого способа наиболее продвинута в области геологической разведки и, в частности, в области сейсмической разведки. Поэтому рассмотрим сущность способа применительно к использованию именно в этой области.

Известен способ пространственной сейсморазведки, основанный на построении и анализе сейсмических разрезов, сечений и специальных карт [1]. Объемы многомерных многопараметровых цифровых массивов данных, описывающих те или иные геологические объекты, могут достигать многих гигабайт и для их исследования с требуемой детальностью не хватает возможностей даже современных компьютеров. Поэтому пользователь обычно бывает вынужден на основе субъективных оценок из всего многообразия данных выбирать наиболее характерные (главные), на его взгляд, сечения и проекции. Это может привести к потере информации, снижению точности и эффективности построений, что является недостатком этого способа.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению по своей технической сущности и достигаемому техническому эффекту является способ исследования строения геологических объектов путем визуализации трехмерных данных в сейсморазведке [2], принятый нами за прототип.

В способе используют компьютер с соответствующим программным обеспечением, память для хранения массивных данных, устройство визуализации и канал связи для выноса данных из памяти на устройство визуализации. Получаемый с помощью программного обеспечения трехмерный объем данных пользователь может рассматривать под разным углом, вращать, расширять или делать плоским, т.е. взаимодействовать с изображением на устройстве визуализации по мере его создания. Все перечисленные операции взаимодействия с изображением на устройстве визуализации относятся ко всему объему исследуемого пространства, что приводит к тем же недостатком, которые характерны для рассмотренного выше аналога.

Целью предлагаемого изобретения является повышение точности, детальности и эффективности исследований.

Поставленная цель достигается тем, что в трехмерной решетке, на которую проецируются параметры, характеризующие исследуемое многомерное пространство, создают одномерные (отрезки кривых), двухмерные (участки поверхностей) или трехмерные (объемы, тела) смотровые области произвольной формы с объемами данных, определяемыми скоростью канала и быстродействием компьютера, которые перемещают по произвольным траекториям с постоянной или переменной скоростью, в том числе придают им возвратно-поступательное или вращательное движение вокруг произвольной оси или точки и визуализируют ту часть данных, которая попадает в смотровую область, причем форму смотровых областей непрерывно изменяют по заданному закону по мере перемещения в трехмерной решетке, а также фиксируют изменения визуализируемых данных во времени и сохраняют на устройстве визуализации всю визуализируемую информацию, в том числе запоминают траекторию движения смотровой области. При этом возможно сопоставление визуализируемых данных и создание нескольких смотровых областей с единым ребром, гранью, плоскостью или другой поверхностью, которые могут быть объединены в единую смотровую область на устройстве визуализации. Смотровые области могут быть вложены друг в друга, что позволяет с различной детальностью визуализировать особенности изучаемого пространства.

Проиллюстрируем предлагаемый способ на примере геологического пространства.

Пусть дан "куб" данных с количеством точек в ребре, равным 1000. Параметр (например, амплитуда сейсмической волны) описывается 1 байтом. Общий объем информации, таким образом, составляет 1 гигабайт. Выделим в этом пространстве смотровую область в виде куба с ребром в 100 точек, что соответствует 1 мегабайту. Этот куб может перемещаться в любом направлении по изучаемому пространству с шагом в одну точку, т.е. программно организуется визуализация в каждый момент времени только тех значений параметра, которые совмещены с координатами смотрового куба. Теперь, передвигая смотровой куб в излучаемом пространстве и рассматривая три его внешних грани, можно исследовать все разрезы и сечения по частям. Если имеется необходимость в данной точке пространства определить внутреннее строение смотрового куба, пользователь может остановить смотровой куб и создать новую смотровую область в виде куба с ребром в 10 точек, перемещая которую внутри первого смотрового куба можно получить представление о его строении.

Таким образом, предлагаемый способ визуализации обеспечивает быстрый доступ в любую точку исследуемого пространства, сплошной просмотр всего пространства по любым направлениям, выделение любых произвольных участков этого пространства с целью более детального его излучения, получение произвольных, сколь угодно близких друг к другу сечений, что, в конечном итоге, повышает детальность, точность и эффективность исследований.

В настоящее время способ программно обеспечен применительно к сейсморазведке и прошел успешное опробование и практические испытания.

На фиг. 1-5 показаны примеры визуализации, иллюстрирующие возможность осуществления предложенного способа. Каждая из фиг. 1-5 представляет собой распечатку содержимого окна на экране дисплея. В свою очередь, изображение на экране является результатом взаимодействия разработанной программы с многомерными цифровыми массивами данных в памяти компьютера, которыми представлены изучаемые объекты.

На фиг. 1 смотровая область внутри смотрового куба представлена отрезком прямой, параллельной одной из координатных осей. Перемещая смотровую область параллельно самой себе, визуализируют строение исследуемого объекта по одному из параметров.

На фиг. 2 смотровая область представляет собой отрезок прямой, расположенной, в отличие от фиг. 1, вертикально.

На фиг. 3 показан пример визуализации в динамике, т.е. объект визуализируется при изменении изображения на экране во времени, на различных стадиях перемещения смотровой области в пространстве.

На фиг. 4 приведен пример визуализации объекта по двум независимым параметрам: скорости (слева) и амплитуде (справа) сейсмических колебаний. Смотровые области для каждого из параметров представлены отрезками прямых, перемещаемыми в двух различных направлениях.

На фиг. 5 показан аналогичный с фиг. 4 пример визуализации по двум параметрам (скорости и амплитуде колебаний), но смотровые области (отрезки прямых, параллельных одной из координатных осей) расположены иначе.

Во всех рассмотренных примерах форма и размер смотровых областей, а также направление и скорость перемещения смотровых областей задаются исследователем при помощи "мыши".

Приведенные на фиг. 1-5 черно-белые изображения не отражают всех возможностей визуализации. В действительности, исследователь имеет дело с цветным изображением на экране дисплея, что дает выигрыш в наглядности и эффективности визуализации.

Источники информации

1. Гурвич И. И. Сейсмическая разведка. М., Гостоптехиздат, 1960, с. 408-421.

2. R. Young, N. Milton, H. Turnell, O. Fuglestad. The use of 3D visualisation in exploration. EAEG - 55th Meeting and Technikal Exhibition - Stavanger, Norway, 7-11 June 1993, AO50.