[发明专利]一种三维地震体数据的实时光线投射体绘制方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机图形学领域和地质建模领域，涉及多分辨海量地质数据的实时渲染，使用CUDA并行技术，为一种三维地震体数据的实时光线投射体绘制方法。

背景技术

体绘制作为一种渲染技术，具有对三维数据完全的描述能力，广泛应用在医疗、地质成像、数字雕刻等领域。将体绘制技术应用到三维地震体数据的实时渲染上能够极大提高石油的勘探效率。

三维地震体数据具有海量、多分辨率的特点，由于硬件条件的限制，我们的渲染工作需要有良好的数据调度管理。另外，为了提高最终的渲染质量，在一次渲染中，要根据观察点和体数据的三位位置关系，使用不同分辨率的体数据块进行体绘制。这样才能达到实时和良好的绘制效果。但是由于体绘制在计算过程中要遍历所有视点中的体数据块，所以对于海量三维地震体数据的体绘制是一个计算和数据双重密集的问题。

传统的体绘制技术主要针对小规模数据，而且计算量大，复杂度高，难以达到实时交互式体绘制的要求。基于硬件的体绘制算法由于硬件价格昂贵及纹理数量的限制等原因难以普及。

随着图形芯片技术的发展，早期仅适用于工作站平台的实时体绘制技术在PC平台也得到了快速发展。随着GPGPU概念的提出，基于CPU-GPU的异构并行计算平台为PC平台计算的性能提升提供了可能。CUDA（Compute Unified Device Architecture，统一计算架构）是由NVIDIA所推出的一种整合技术，是该公司对于GPGPU的正式名称。得益与此，很多成像效果好，但计算量巨大的体绘制方法已经可以在PC平台上实现实时的运算和绘制。

本发明结合地质领域的应用需求，提出了一套基于CUDA并行计算架构的，针对海量三维地震体数据的光线投射实时体绘制算法。

发明内容

本发明要解决的问题是：针对多分辨海量三维地震体数据，进行实时体绘制，现有的算法要么无法绘制海量数据，要么无法达到实时渲染的效果，要么成像效果不佳，难以达到要求。

本发明的技术方案为：一种三维地震体数据的实时光线投射体绘制方法，使用CUDA并行技术对三维地震多分辨体数据进行实时渲染，包括以下步骤：

步骤1：使用CUDA并行技术进行当前分辨率下体数据块是否可见的判断：

在当前渲染场景下，根据绘图程序接口OpenGL当前的ModelView矩阵和Projection矩阵计算出视锥的6个面，用来判断当前分辨率下体数据块是否出现在可见视锥中，即当前分辨率下体数据块是否可见：将视锥视为AABB包围盒，判断体数据块8个顶点中的positive顶点和negative顶点是否在视锥中，从而判断该体数据块是否出现在视锥中；所述的计算和判断利用CUDA并行技术并行化；

如果当前分辨率级别未设置，将当前分辨率级别初始化为三维地震多分辨体数据的最低分辨率级别；

步骤2：使用CUDA并行技术判断可见体数据块的当前分辨率是否满足需求，以确定最终渲染时，各可见体数据块所使用的分辨率，并生成本次渲染需要的体数据块列表：

判断当前分辨率是否满足需求时，先将可见体数据块投影到绘制平面，得到体数据块在绘制平面上的8个投影点，计算这8个投影点的最小包围盒，此包围盒的面积为计为S，与当前分辨率下体数据块的侧面的面积R_S相比较，如果S>R_S说明该体数据块分辨率不足，将当前分辨率级别提高一级，如果此时已经达到三维地震多分辨体数据的最高分辨率级别，则分辨率选择结束，否则，回到步骤1，进行高一级分辨率下的判断，同时将本次分辨率判断的结果保存下来；

如果所有体数据块的S≤R_S，则所有体数据块都不再需要提高分辨率，分辨率选择结束；

如果分辨率判断结束后，渲染所需要的体数据块数量超出显存所能容纳的范围，则恢复到上一次选择的分辨率结果；

由最终确定分辨率的体数据块得到本次渲染需要的体数据块列表；

步骤3：判断需要的体数据块是否被调度，使用多线程技术对需要调度的体数据块进行I/O调度，并进行硬盘、内存、显存的三级调度、缓存管理：

对本次渲染所需要的体数据块列表，先查询数据管理器所需要的体数据块是否在显存中，如果在就不需要再重新调度了，如果不在，先在内存缓存中查找，找到后调度进入显存，如果没有找到再从硬盘中查找，然后调度入显存；