專利名稱：一種基于地質(zhì)層面結(jié)構(gòu)的三角形格架網(wǎng)格生成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)三維地質(zhì)層面構(gòu)造進(jìn)行三角形格架網(wǎng)格生成的方法及系統(tǒng)， 特別是在層面交界處保持幾何和拓?fù)湟恢碌娜切胃窦芫W(wǎng)格的生成方法。
背景技術(shù)：
目前石油工業(yè)面臨的一個(gè)嚴(yán)峻問(wèn)題是如何尋找規(guī)模不小而且埋藏深的油氣田。油氣在地層中的任何流動(dòng)都可以統(tǒng)稱為油氣的運(yùn)移，研究油氣的運(yùn)移聚集史是尋找隱蔽油氣藏的重要手段，而三維油氣運(yùn)移模型的構(gòu)建可以幫助地質(zhì)學(xué)家正確認(rèn)識(shí)油氣運(yùn)移過(guò)程，對(duì)指導(dǎo)下一步油氣勘探，尤其是勘探程度較高地區(qū)隱蔽油氣藏的勘探意義重大。三維地質(zhì)模型的建立是油氣運(yùn)移模擬研究的重要基礎(chǔ)，為數(shù)值模擬提供基礎(chǔ)模型。在對(duì)不規(guī)則區(qū)域中的流動(dòng)等問(wèn)題進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算時(shí)，首先要解決如何進(jìn)行區(qū)域離散化問(wèn)題，這將涉及到網(wǎng)格生成技術(shù)。網(wǎng)格化是地質(zhì)模型計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。目前，隨著網(wǎng)格技術(shù)的不斷發(fā)展，網(wǎng)格生成方法在油氣藏等建模領(lǐng)域也得到了廣泛的發(fā)展，對(duì)于普通地層或地形的三維建模已經(jīng)取得了很好的效果。在三角網(wǎng)格自動(dòng)剖分技術(shù)中，Delaunay 三角化算法以其數(shù)學(xué)基礎(chǔ)好、對(duì)網(wǎng)格的局部控制能力強(qiáng)、網(wǎng)格單元自動(dòng)向正三角逼近等優(yōu)良的網(wǎng)格特性而受到大家的重視和廣泛使用。其中，點(diǎn)集的Delaimay三角化是所有基于 Delaimay方法生成目標(biāo)區(qū)域三角網(wǎng)格的最基礎(chǔ)、最重要的工作。目前，在二維平面域內(nèi)的散亂數(shù)據(jù)點(diǎn)三角剖分算法已經(jīng)相當(dāng)成熟，但是三維Delaimay三角剖分中仍然存在一些問(wèn)題需要解決，其中最關(guān)鍵的問(wèn)題是指定區(qū)域的邊界邊、邊界面的一致性問(wèn)題。在點(diǎn)集的 Delaimay三角化算法中，逐點(diǎn)插入法最為簡(jiǎn)明，且易于編程實(shí)現(xiàn)，是目前應(yīng)用最多的算法。 然而，點(diǎn)集的Delaimay三角剖分只是完成了對(duì)單個(gè)地質(zhì)面的三角網(wǎng)格描述，并沒(méi)有考慮到地質(zhì)面交線在三角網(wǎng)格中的存在性。楊欽于2001年給出了任意限定線平面Delaimay三角剖分算法——控制細(xì)分算法，并證明了算法的有效性。該方法著力解決了在地層或斷層面上加入任意限定條件的三角剖分問(wèn)題。其主要算法流程如下首先獲得限定點(diǎn)和限定線段作為輸入條件，并將限定線集合進(jìn)行離散化，然后將線段的集合和限定點(diǎn)的集合進(jìn)行點(diǎn)集的Delaimay三角剖分(采用Bowyer-Watson逐點(diǎn)插入算法)，剖分結(jié)束后對(duì)于每條線段檢查其三角網(wǎng)格是否滿足空?qǐng)A準(zhǔn)則，如果不滿足，則對(duì)線段在中點(diǎn)處對(duì)半細(xì)分，插入新的結(jié)點(diǎn)，直到所有線段所在網(wǎng)格都滿足空?qǐng)A準(zhǔn)則時(shí)算法結(jié)束。但該方法只解決了單層面任意限定條件的三角剖分問(wèn)題，而油氣運(yùn)移數(shù)值模擬計(jì)算要求網(wǎng)格結(jié)構(gòu)在層面間的交界處不僅要達(dá)到幾何一致還要保證拓?fù)湟恢?，因此需要研究一套能夠?qū)崿F(xiàn)幾何與拓?fù)湟恢碌倪B通性格架網(wǎng)格生成方法使得油氣運(yùn)移的屬性值可以在地層與斷層上進(jìn)行連續(xù)模擬計(jì)算。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種三維地質(zhì)層面三角形格架網(wǎng)格生成方法， 解決層面之間交界處網(wǎng)格單元的幾何與拓?fù)湟恢滦詥?wèn)題，從而使不同層面間網(wǎng)格的連通性得以保證，使得油氣運(yùn)移的屬性值可以在地層與斷層上進(jìn)行流體模擬計(jì)算；同時(shí)解決了在已有格架網(wǎng)格的基礎(chǔ)上提高網(wǎng)格密度，并擴(kuò)大網(wǎng)格中連接數(shù)為六的頂點(diǎn)所占頂點(diǎn)總數(shù)的比例問(wèn)題，這對(duì)提高油氣運(yùn)移的數(shù)值模擬計(jì)算精確度有著重要的意義。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是提供了一種三維地質(zhì)層面格架式網(wǎng)格生成方法，并采用協(xié)同三角網(wǎng)格生成方法解決實(shí)現(xiàn)三維模型中地層與斷層交界線處幾何與拓?fù)湟恢滦詥?wèn)題；提供了一種非流形半邊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)三角形格架網(wǎng)格，并通過(guò)單元一致細(xì)分方法在實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格加密的同時(shí)改善網(wǎng)格單元頂點(diǎn)的連接數(shù)質(zhì)量。其特征在于，包括以下步驟步驟A，根據(jù)輸入數(shù)據(jù)構(gòu)建三維地質(zhì)層面構(gòu)造模型，并計(jì)算計(jì)算地質(zhì)層面間交線；步驟B，構(gòu)造每個(gè)地質(zhì)層面上的三角形網(wǎng)格生成單元；步驟C，通過(guò)協(xié)同方法生成每個(gè)地質(zhì)層面上的三角形格架網(wǎng)格單元；步驟D，通過(guò)非流形半邊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)所有三角形格架網(wǎng)格單元；步驟E，通過(guò)單元一致細(xì)分方法優(yōu)化格架網(wǎng)格單元頂點(diǎn)連接度屬性；2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于地質(zhì)層面結(jié)構(gòu)的三角形格架網(wǎng)格生成方法，其特征在于，所述輸入數(shù)據(jù)為關(guān)于地質(zhì)層面的離散構(gòu)造信息，其中包括層面的已知離散點(diǎn)信息或者單個(gè)層面網(wǎng)格信息。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于地質(zhì)層面結(jié)構(gòu)的三角形格架網(wǎng)格生成方法，其特征在于，所述步驟A進(jìn)一步包括步驟Al，選取適合的表達(dá)三維地質(zhì)層面構(gòu)造模型的方法，本發(fā)明根據(jù)應(yīng)用目標(biāo)的特點(diǎn)選取面模型構(gòu)建三維地質(zhì)層面構(gòu)造模型，面模型可以采用任何網(wǎng)格結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行表達(dá)， 如三角形網(wǎng)格、四邊形網(wǎng)格等。步驟A2，由所輸入數(shù)據(jù)中關(guān)于層面的離散構(gòu)造信息，采用插值方法擬合得到每個(gè)層面的比較大范圍的初始網(wǎng)格；步驟A3，對(duì)每個(gè)層面，用層面邊界線或區(qū)域范圍定義參數(shù)裁剪層面的初始網(wǎng)格，得到層面的邊界網(wǎng)格；步驟A4，根據(jù)層面網(wǎng)格類型，計(jì)算層面各單元間相交情況，并生成地質(zhì)層面網(wǎng)格間交線。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于地質(zhì)層面結(jié)構(gòu)的三角形格架網(wǎng)格生成方法，其特征在于，所述步驟B中生成的每個(gè)層面上的三角形網(wǎng)格生成單元中，步驟A中計(jì)算得出的地質(zhì)層面邊界及地質(zhì)層面間交線均作為約束條件嵌入到三角網(wǎng)格單元中，即步驟A中得出的層面邊界線及交線在完成步驟B后可由B中三角網(wǎng)格的多個(gè)三角形單元邊合并構(gòu)成。5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于地質(zhì)層面結(jié)構(gòu)的三角形格架網(wǎng)格生成方法，其特征在于，所述步驟C中通過(guò)協(xié)同生成方法來(lái)協(xié)調(diào)步驟B中不同層面上的三角形生成單元對(duì)共享的交線約束條件進(jìn)行離散化，來(lái)保證不同層面間三角網(wǎng)格在交線處的幾何與拓?fù)湟恢滦裕瑢?shí)現(xiàn)格架網(wǎng)格連通性的過(guò)渡。6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于地質(zhì)層面結(jié)構(gòu)的三角形格架網(wǎng)格生成方法，其特征在于，所述步驟D中通過(guò)非流形半邊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)存儲(chǔ)步驟C中所生成出的三維地質(zhì)層面三角形格架網(wǎng)格，該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在保持以半邊結(jié)構(gòu)為組織核心的基礎(chǔ)上通過(guò)引入邊數(shù)據(jù)元素來(lái)處理地質(zhì)層面交線出格架網(wǎng)格的非流形特征。
7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于地質(zhì)層面結(jié)構(gòu)的三角形格架網(wǎng)格生成方法，其特征在于，所述步驟E中基于步驟D中以非流形半邊結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)的格架網(wǎng)格，在不破壞地質(zhì)層面交線處網(wǎng)格的幾何和拓?fù)湟恢滦缘耐瑫r(shí)，通過(guò)對(duì)層面格架網(wǎng)格單元進(jìn)行一致細(xì)分來(lái)加密網(wǎng)格單元同時(shí)優(yōu)化網(wǎng)格頂點(diǎn)連接數(shù)，實(shí)現(xiàn)除步驟D中生成的網(wǎng)格頂點(diǎn)外，加密網(wǎng)格頂點(diǎn)連接度數(shù)均為六。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比所具有的優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明設(shè)計(jì)的基于地質(zhì)層面結(jié)構(gòu)的三角形格架網(wǎng)格生成方法很好地解決了地質(zhì)層面在交線處三角網(wǎng)格單元在幾何與拓?fù)渖系囊恢滦詥?wèn)題，保證了不同層面上格架網(wǎng)格的連通性，使得油氣運(yùn)移的屬性值可以在不同層面間進(jìn)行連續(xù)模擬計(jì)算，在模擬時(shí)能根據(jù)油氣運(yùn)移所處的環(huán)境，連續(xù)計(jì)算油氣運(yùn)移的方向和運(yùn)移量的大小，從而為地質(zhì)專家預(yù)測(cè)油氣的有利聚集區(qū)提供有效的輔助手段。
以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，但不作為對(duì)本發(fā)明的限定。

圖1為基于地質(zhì)層面結(jié)構(gòu)的三角形格架網(wǎng)格生成生成流程圖；圖2為用于構(gòu)建三維地質(zhì)構(gòu)造模型的原始層面離散點(diǎn)數(shù)據(jù)；圖3為構(gòu)造好的三維地質(zhì)層面結(jié)構(gòu)模型與每個(gè)層面上的可視化網(wǎng)格及層間交線；圖4三維地質(zhì)層面結(jié)構(gòu)模型上的初始可視化三角網(wǎng)格；圖5規(guī)范化約束條件與約束Delaunay三角網(wǎng)格；圖6不同層面的三角形網(wǎng)格在交線處的幾何與拓?fù)湟恢滦允疽鈭D；圖7協(xié)同三角形格架網(wǎng)格生成過(guò)程的流程圖；圖8引入的邊結(jié)構(gòu)關(guān)系圖；圖9非流形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的整體關(guān)系圖； 圖10單個(gè)三角形細(xì)分示意11三角形格架網(wǎng)格圖；圖12交線局部處不同層面上的三角網(wǎng)格的幾何與拓?fù)湟恢滦允疽鈭D；圖13 —次細(xì)分加密后的三角形格架網(wǎng)格圖；圖14兩次細(xì)分加密后的三角形格架網(wǎng)格圖。
具體實(shí)施例方式油氣在地層中的任何流動(dòng)都可以統(tǒng)稱為油氣的運(yùn)移，油氣運(yùn)移是發(fā)生在地質(zhì)歷史時(shí)期的動(dòng)態(tài)過(guò)程，不可能直接觀察，而受實(shí)驗(yàn)條件的限制，大尺度、長(zhǎng)時(shí)間、可以考慮多種因素影響的實(shí)驗(yàn)往往不能實(shí)現(xiàn)。因而，只能通過(guò)各種間接的手段來(lái)證實(shí)運(yùn)移過(guò)程，對(duì)油氣運(yùn)移過(guò)程的準(zhǔn)確的描述可以輔助油氣勘探人員獲得相關(guān)的地理信息，從而給勘探過(guò)程帶來(lái)一定幫助。油氣運(yùn)移的主要通道是輸導(dǎo)層中的滲透性地層、不整合面、斷層和裂縫，它們相互交叉、切割構(gòu)成復(fù)雜的三維網(wǎng)絡(luò)流體輸導(dǎo)體系，因此需要構(gòu)建一套三維地質(zhì)層面格架網(wǎng)格，使得不同地質(zhì)層面間能夠連通，從而使油氣運(yùn)移的屬性值可以在不同層面上連續(xù)地進(jìn)行模擬計(jì)算，為地質(zhì)專家預(yù)測(cè)油氣的有利聚集區(qū)提供有效的輔助手段。本實(shí)施例詳細(xì)介紹一種基于地質(zhì)層面結(jié)構(gòu)的三角形格架網(wǎng)格生成方法；構(gòu)造三維地質(zhì)層面格架網(wǎng)格首先要先構(gòu)建三維地質(zhì)層面結(jié)構(gòu)模型，然后構(gòu)造三維格架式網(wǎng)格模型，最后對(duì)已有的網(wǎng)格進(jìn)行加密和優(yōu)化。為了對(duì)油氣運(yùn)移在多個(gè)地質(zhì)層面上進(jìn)行連續(xù)的模擬計(jì)算，對(duì)構(gòu)造三維地質(zhì)層面格架網(wǎng)格技術(shù)有兩個(gè)核心能力要求1)生成的三維地質(zhì)層面三角形格架網(wǎng)格，在能夠準(zhǔn)確描述所有三維地質(zhì)層面的同時(shí)，為滿足連續(xù)的油氣運(yùn)移模擬技術(shù)需要，在層面交線處三角形網(wǎng)格單元能夠?qū)?，即滿足交線處的網(wǎng)格單元幾何與拓?fù)湟恢滦浴?)針對(duì)不同粒度的三維油氣運(yùn)移模擬計(jì)算的需要，三角形格架網(wǎng)格能夠進(jìn)行在不破壞網(wǎng)格整體連通性的情況下實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格加密，另外對(duì)于三角形格架網(wǎng)格的單元頂點(diǎn)，若其不在層面交線上，則希望其網(wǎng)格頂點(diǎn)連接度盡量為六。油氣運(yùn)移模型的構(gòu)造方法取決于油氣運(yùn)移過(guò)程自身的特點(diǎn)。油氣運(yùn)移貫穿于油氣藏形成、保存、破壞以及再聚集的各個(gè)階段。油氣運(yùn)移通道直接影響油氣運(yùn)移方向和聚集部位，決定著油氣的散失量和運(yùn)移效率。盆地內(nèi)疏導(dǎo)層中的石油運(yùn)移路徑取決于三維空間封蓋面的形態(tài)，它們通常平行層面。在封蓋面下，油氣沿構(gòu)造上最有利的路徑運(yùn)移。為了對(duì)運(yùn)移過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，需將輸導(dǎo)層在平面上離散化，并以一定間隔的網(wǎng)格為基礎(chǔ)，其中任一個(gè)網(wǎng)格稱為運(yùn)移單元。油氣的運(yùn)移就體現(xiàn)在單元與單元之間。由于流體勢(shì)大小的變化導(dǎo)致油氣由一個(gè)單元運(yùn)移至另一個(gè)單元，油氣只需在地層面或斷層面上運(yùn)移。油氣運(yùn)移模型的數(shù)值模擬計(jì)算只需關(guān)注地層或斷層面上屬性值的變化，而無(wú)需關(guān)注地質(zhì)體內(nèi)部的屬性值， 可以將地質(zhì)體內(nèi)部視為單一且均勻的介質(zhì)。在構(gòu)建三維油氣運(yùn)移模擬所需的格架網(wǎng)格之前需要首先建立三維地質(zhì)層面構(gòu)造模型，利用面模型可以通過(guò)表面約束擬合形成逼真的地質(zhì)層面模型，并且可以精確的描述形體，而體模型只能近似的描述一種形態(tài)，對(duì)于高精度的地質(zhì)屬性模型構(gòu)建來(lái)說(shuō)，面模型建模方法是必不可少的。目前，對(duì)于普通的三維建模技術(shù)已經(jīng)取得了很好的三維層面模型構(gòu)造效果，但由于地質(zhì)問(wèn)題本身的復(fù)雜性，如幾何形態(tài)和拓?fù)鋸?fù)雜性、不確定性、模糊性、非線性等，在構(gòu)造復(fù)雜地質(zhì)模型時(shí)往往會(huì)遇到許多困難，如對(duì)地質(zhì)體網(wǎng)格精度，對(duì)地質(zhì)體幾何形態(tài)和空間關(guān)系的要求等。目前的大部分三維地質(zhì)建模方法和技術(shù)雖然可以用來(lái)生成地層面和斷層面的三角網(wǎng)格，但這些方法只解決了單個(gè)層面的三角網(wǎng)格描述問(wèn)題，對(duì)于相交的不同地質(zhì)層面，在交線處網(wǎng)格互不連通，因此不能滿足油氣運(yùn)移計(jì)算模型對(duì)構(gòu)造模型的需求。 另外，在描述層面的三角網(wǎng)格生成過(guò)程中，自動(dòng)化程度不高，需要人為進(jìn)行干預(yù)和設(shè)置初始條件，在網(wǎng)格加密技術(shù)方面，在對(duì)已有的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)進(jìn)行加密的過(guò)程中，傳統(tǒng)的半邊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)只局限于對(duì)流形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的表示。而對(duì)于三維地質(zhì)層面結(jié)構(gòu)而言，大量的非流形特征的存在對(duì)于三角形格架網(wǎng)格的存儲(chǔ)和加密操作也是一個(gè)重要的問(wèn)題。本發(fā)明的目的在于克服以上所述的不足，提供一種能夠有效滿足以上所述核心能力要求的格架網(wǎng)格生成方法，即基于地質(zhì)層面結(jié)構(gòu)的三角形格架網(wǎng)格生成方法。本發(fā)明中，根據(jù)輸入數(shù)據(jù)構(gòu)建三維地質(zhì)層面結(jié)構(gòu)模型后，通過(guò)描述層面結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格計(jì)算出層面交線，在此基礎(chǔ)上，將針對(duì)每個(gè)地質(zhì)層面建立一個(gè)三角形生成單元，將地質(zhì)層面的邊界線及層間交線作為該生成單元中的約束條件，然后采用控制細(xì)分方法來(lái)自動(dòng)生成滿足約束條件的三角網(wǎng)格。為實(shí)現(xiàn)每個(gè)層面上的三角網(wǎng)格單元在交線處幾何和拓?fù)淠軌蛞恢聦?duì)應(yīng)，即構(gòu)成格架式網(wǎng)格，通過(guò)在每個(gè)三角形生成單元進(jìn)行三角網(wǎng)格生成過(guò)程中加入?yún)f(xié)同細(xì)分操作過(guò)程，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)格架網(wǎng)格的一致過(guò)渡效果。同時(shí)為了適應(yīng)不同粒度的油氣運(yùn)移模擬計(jì)算需要，采用非流形半邊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)存儲(chǔ)三角形格架網(wǎng)格，并在此基礎(chǔ)上通過(guò)采用自動(dòng)一致細(xì)分方法對(duì)三角形格架網(wǎng)格單元進(jìn)行細(xì)化，實(shí)現(xiàn)不同粒度網(wǎng)格的生產(chǎn)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格單元頂點(diǎn)連接度數(shù)的優(yōu)化。本發(fā)明通過(guò)控制細(xì)分方法結(jié)合協(xié)同細(xì)分方法來(lái)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)三角形格架網(wǎng)格在三維地質(zhì)層面結(jié)構(gòu)模型上的生成，在交線處通過(guò)協(xié)同細(xì)分來(lái)嚴(yán)格保證不同層面網(wǎng)格單元的幾何與拓?fù)湟恢滦詫?duì)接，實(shí)現(xiàn)了三角形格架網(wǎng)格的自動(dòng)生成，無(wú)需對(duì)約束線在網(wǎng)格單元中的存在性及不同層面網(wǎng)格的連通性進(jìn)行人工干預(yù)和特殊處理。網(wǎng)格單元加密及頂點(diǎn)連接度優(yōu)化過(guò)程也可根據(jù)用戶設(shè)置的優(yōu)化次數(shù)連續(xù)自動(dòng)進(jìn)行。上述關(guān)于三維地質(zhì)層面結(jié)構(gòu)模型也可采用其他方法生成描述地質(zhì)層面結(jié)構(gòu)的任意網(wǎng)格及交線，而不改變要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍。圖1給出了本發(fā)明的三維地質(zhì)格架網(wǎng)格生成流程圖。以下進(jìn)一步予以詳細(xì)說(shuō)明。首先是步驟200三維地質(zhì)層面結(jié)構(gòu)模型的建立以及層間交線的計(jì)算。每個(gè)層面的已知信息為關(guān)于地質(zhì)層面的離散構(gòu)造信息，其中包括層面的已知離散點(diǎn)信息或者單個(gè)層面網(wǎng)格信息。建立三維地質(zhì)層面結(jié)構(gòu)模型及計(jì)算層間交線的過(guò)程包括以下步驟步驟Al， 選取適合的表達(dá)三維地質(zhì)層面構(gòu)造模型的方法，在地質(zhì)建模中最為常用的建模方法為表面建模和體元建模，其中面模型可以通過(guò)表面約束擬合形成逼真的地質(zhì)層面模型，并可以精確的描述形體表面特征。本發(fā)明根據(jù)油氣運(yùn)移過(guò)程自身的特點(diǎn)油氣的運(yùn)移體現(xiàn)在地質(zhì)層面的單元與單元之間，選取面模型構(gòu)建三維地質(zhì)層面構(gòu)造模型，面模型可以采用任何網(wǎng)格結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行表達(dá)，如三角形網(wǎng)格、四邊形網(wǎng)格等。步驟A2，由所輸入數(shù)據(jù)中關(guān)于層面的離散構(gòu)造信息，采用插值方法擬合得到每個(gè)層面的比較大范圍的初始網(wǎng)格，網(wǎng)格可以采用三角形網(wǎng)格或者四邊形網(wǎng)格均可，只需能夠按照要求描述地質(zhì)層面特征即可；步驟A3，對(duì)每個(gè)層面，用層面邊界線或區(qū)域范圍定義參數(shù)裁剪層面的初始網(wǎng)格，得到層面的邊界網(wǎng)格；步驟 A4，根據(jù)層面網(wǎng)格類型，計(jì)算層面各單元間相交情況，并生成地質(zhì)層面網(wǎng)格間交線。圖2為層面已知輸入數(shù)據(jù)。圖3為構(gòu)造好的三維地質(zhì)層面結(jié)構(gòu)模型與每個(gè)層面上的可視化網(wǎng)格及層間交線。步驟210是構(gòu)造每個(gè)層面上的三角形網(wǎng)格生成單元。在上一步驟中的三維地質(zhì)層面結(jié)構(gòu)模型中雖然每個(gè)層面可能已經(jīng)由三角網(wǎng)格來(lái)描述其形態(tài)特征，但首先各層面上的三角網(wǎng)格是用于可視化顯示，各層面之間的網(wǎng)格并不連通，同時(shí)層面間交線并未作為約束條件存在于初始三角網(wǎng)格中。圖4給出了層面結(jié)構(gòu)上初始可視化三角網(wǎng)格圖。因此需要再步驟210中重新進(jìn)行層面三角網(wǎng)格生成。構(gòu)造每個(gè)層面上的三角形網(wǎng)格生成單元的過(guò)程包括首先針對(duì)每個(gè)地質(zhì)層面收集層面上的約束條件，包括約束頂點(diǎn)，約束邊界線以及上一步驟計(jì)算出的層間交線約束條件，然后針對(duì)這些約束條件進(jìn)行規(guī)范化處理，得到每個(gè)層面的規(guī)范化約束條件集合，即該集合中的約束條件滿足以下規(guī)則1.約束頂點(diǎn)不重合；2.任何約束線段的兩個(gè)端點(diǎn)均在該集合中；3.集合中的約束線段要么不相交，要么相交于它們的公共端點(diǎn)。然后，在規(guī)范化約束條件集合的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步可以采用德勞內(nèi)(Delaimay) 細(xì)化方法對(duì)該地質(zhì)層面進(jìn)行約束Delaimay三角網(wǎng)格生成，可參考如下文獻(xiàn)予以生成(楊欽，限定Delaimay三角剖分，北京航空航天大學(xué)博士論文，2001. 8 ；或孟憲海，復(fù)雜限定 Delaimay三角化算法，北京航空航天大學(xué)博士論文，2005. 10)。在生成結(jié)果中，約束條件將全部嵌入到三角網(wǎng)格單元中，即約束條件中的頂點(diǎn)均為三角網(wǎng)格中三角形單元的頂點(diǎn)，約束條件中的線段均可由三角網(wǎng)格中有限個(gè)三角形單元邊組合而成。圖5給出了規(guī)范化約束條件集合的例子與在該集合約束下的Delaimay三角網(wǎng)格結(jié)果。
步驟220是協(xié)同生成不同地質(zhì)層面上的相互連通的三角形格架網(wǎng)格。該步驟是在上一步驟基礎(chǔ)上展開(kāi)的，在上一步驟中，利用德勞內(nèi)(Delaimay)細(xì)化方法生成單個(gè)地質(zhì)層面上的三角網(wǎng)格時(shí)，是首先對(duì)約束條件集合中的點(diǎn)集進(jìn)行Delaimay三角網(wǎng)格生成，生成結(jié)束后對(duì)于約束條件集合中的每條線段檢查其直徑外接圓中是否包含網(wǎng)格中的其他定點(diǎn)，即是否滿足空?qǐng)A準(zhǔn)則，如果不滿足，則對(duì)該線段在中點(diǎn)處對(duì)半細(xì)分，插入新的頂點(diǎn)點(diǎn)，直到所有線段所在網(wǎng)格都滿足空?qǐng)A準(zhǔn)則時(shí)算法結(jié)束。這樣，對(duì)于共享同一層間交線的兩個(gè)層面上的三角網(wǎng)格，在層間交線處的三角網(wǎng)格滿足幾何一致性，但不一定滿足拓?fù)湟恢滦?，圖 6給出了幾何與拓?fù)湟恢滦缘氖疽鈭D。由于三角形格架網(wǎng)格要求在層間交線處不同層面上的網(wǎng)格要達(dá)到幾何與拓?fù)湟恢滦裕虼嗽诓襟E220中，采用協(xié)同生成方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，即在共享同一層間交線段的不同地質(zhì)層面在進(jìn)行德勞內(nèi)(Delaimay)細(xì)化方法生成約束三角網(wǎng)格時(shí)，當(dāng)某一層面的三角形生成單元A中的某條約束線段s需要細(xì)分時(shí)，應(yīng)先將約束線段s在中點(diǎn)處細(xì)分，然后將細(xì)分后的兩條子線段加入約束條件集合中以替代原約束線段s，此后將 s的中點(diǎn)作為新的約束點(diǎn)加入到A的約束點(diǎn)集和三角網(wǎng)格中；其次，若該約束線段為共享公共交線段，則在其他共享該線段的三角形生成單元A (j興i)中搜索與S對(duì)應(yīng)同一區(qū)域邊界的約束線段，將這個(gè)線段所在的三角形生成單元也按上述步驟執(zhí)行同樣的操作。，實(shí)現(xiàn)協(xié)同同步細(xì)分。其主要步驟包括1)針對(duì)每個(gè)地質(zhì)層面建立一個(gè)三角形生成單元從(1 = 1， 2... η),2)對(duì)每個(gè)生成單元執(zhí)行如下操作①生成初始三角網(wǎng)格；②每當(dāng)有新的約束點(diǎn)加入三角網(wǎng)格生成單元中時(shí)，利用逐點(diǎn)插入法進(jìn)行點(diǎn)集的Delaimay三角化；③當(dāng)某條約束線段1在網(wǎng)格中不存在時(shí)，將這條線段進(jìn)行線段細(xì)分操作，同時(shí)若該約束線段為公共交線，則在其他共交線的三角形生成單元中搜索線段s,同樣對(duì)s進(jìn)行線段細(xì)分操作，并將新的約束條件加入到相應(yīng)的三角形生成單元中，跳轉(zhuǎn)步驟②；幻重復(fù)步驟幻直至所有生成單元檢查完畢，結(jié)束。圖7給出了整個(gè)協(xié)同三角形格架網(wǎng)格生成過(guò)程的流程圖。步驟230是采用非流形半邊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)三角形格架網(wǎng)格。傳統(tǒng)的三角網(wǎng)格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)均為針對(duì)流形結(jié)果，半邊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)將一條邊表示成拓?fù)湟饬x上的方向相反的兩條半邊，對(duì)于一個(gè)半邊數(shù)據(jù)元來(lái)說(shuō)，只能同時(shí)記錄正反兩條半邊，而對(duì)于共交線處網(wǎng)格結(jié)構(gòu)至少存在三條以上半邊的情況則無(wú)法處理。本發(fā)明引入了非流形半邊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)對(duì)三角形格架網(wǎng)格進(jìn)行存儲(chǔ)，即在半邊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上加入了邊數(shù)據(jù)元作為半邊數(shù)據(jù)元的父組織元素， 首先為共交線上的每個(gè)邊數(shù)據(jù)元建立其子半邊集合，此時(shí)邊數(shù)據(jù)元與半邊數(shù)據(jù)元是一對(duì)多的關(guān)系；同時(shí)建立每條半邊與三角形的關(guān)系，半邊與三角形是一對(duì)一的關(guān)系；建立三角形與層面的關(guān)系，層面與三角形是一對(duì)多的關(guān)系。對(duì)于查找過(guò)程來(lái)說(shuō)，只需找到該數(shù)據(jù)元所在的邊，然后通過(guò)該邊遍歷其子半邊集合，并通過(guò)半邊查找到其所在的三角形，最后通過(guò)三角形所在層面的標(biāo)志值來(lái)判斷待查元素的層面位置，最終獲得需要查找的數(shù)據(jù)元。在非流形半邊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，含有面、三角形、邊、半邊、點(diǎn)五個(gè)數(shù)據(jù)元。五個(gè)數(shù)據(jù)元素按照遞進(jìn)關(guān)系互為父子關(guān)系。圖8給出了邊結(jié)構(gòu)的引入關(guān)系圖。圖9給出了非流形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的整體關(guān)系圖。步驟240是采用單元一致細(xì)分方法優(yōu)化三角形格架網(wǎng)格。在優(yōu)化三角形格架網(wǎng)格過(guò)程中，首先需要保證三角形格架網(wǎng)格在交線出的幾何與拓?fù)湟恢滦圆槐黄茐?，同時(shí)進(jìn)來(lái)增加三角格架網(wǎng)格頂點(diǎn)中連接數(shù)為六的頂點(diǎn)所占的比例。在優(yōu)化過(guò)程中，對(duì)于每個(gè)三角形格架網(wǎng)格單元，采用一致細(xì)分方法對(duì)三角形單元進(jìn)行細(xì)化，即將三角形三條邊的中點(diǎn)相連接，將一個(gè)三角形單元細(xì)分為四個(gè)三角形單元，這種細(xì)分方式是全局同時(shí)進(jìn)行的，對(duì)于交線邊的細(xì)分是一致的，保證了幾何與拓?fù)湟恢滦浴Ａ硗?，除在交線邊上的網(wǎng)格頂點(diǎn)之外，細(xì)分后新增加的三角形單元頂點(diǎn)的連接數(shù)均為六。圖10給出了單個(gè)三角形單元細(xì)分后的示意圖。至此，通過(guò)上述方法可以生成三維地質(zhì)層面結(jié)構(gòu)模型上的三角形格架式網(wǎng)格。同時(shí)給出如下實(shí)施例。圖11給出了以圖2為輸入數(shù)據(jù)的三角形格架網(wǎng)格圖，其中三角形頂點(diǎn)數(shù)量為4727個(gè)，三角形數(shù)量為8600個(gè)。圖12給出了交線局部處不同層面上的三角網(wǎng)格的幾何與拓?fù)湟恢滦郧闆r。圖13給出了進(jìn)行一次細(xì)分加密后的三角形格架網(wǎng)格圖，格架網(wǎng)格頂點(diǎn)數(shù)量為18073，三角形數(shù)量為34400，連接數(shù)為六的內(nèi)部頂點(diǎn)數(shù)量占總頂點(diǎn)數(shù)量的89.7%。圖14給出了進(jìn)行兩次細(xì)分加密后的三角形格架網(wǎng)格圖，格架網(wǎng)格頂點(diǎn)數(shù)量為 70656，三角形數(shù)量為137600，連接數(shù)為六的內(nèi)部頂點(diǎn)數(shù)量占總頂點(diǎn)數(shù)量的97.9%。當(dāng)然，本發(fā)明還可以有其他多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下， 熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種基于地質(zhì)層面結(jié)構(gòu)的三角形格架網(wǎng)格生成方法，用以在三維地質(zhì)層面構(gòu)造模型基礎(chǔ)上生成層面間具有幾何及拓?fù)湟恢滦月?lián)通的三角形格架網(wǎng)格，用于三維油氣運(yùn)移與運(yùn)聚模擬計(jì)算。其特征在于，包括以下步驟步驟A，根據(jù)輸入數(shù)據(jù)構(gòu)建三維地質(zhì)層面構(gòu)造模型，并計(jì)算計(jì)算地質(zhì)層面間交線；步驟B，構(gòu)造每個(gè)地質(zhì)層面上的三角形網(wǎng)格生成單元；步驟C，通過(guò)協(xié)同方法生成每個(gè)地質(zhì)層面上的三角形格架網(wǎng)格單元；步驟D，通過(guò)非流形半邊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)所有三角形格架網(wǎng)格單元；步驟E，通過(guò)單元一致細(xì)分方法優(yōu)化格架網(wǎng)格單元頂點(diǎn)連接度屬性；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于地質(zhì)層面結(jié)構(gòu)的三角形格架網(wǎng)格生成方法，其特征在于，所述輸入數(shù)據(jù)為關(guān)于地質(zhì)層面的離散構(gòu)造信息，其中包括層面的已知離散點(diǎn)信息或者單個(gè)層面網(wǎng)格信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于地質(zhì)層面結(jié)構(gòu)的三角形格架網(wǎng)格生成方法，其特征在于，所述步驟A進(jìn)一步包括步驟Al，選取適合的表達(dá)三維地質(zhì)層面構(gòu)造模型的方法，本發(fā)明根據(jù)應(yīng)用目標(biāo)的特點(diǎn)選取面模型構(gòu)建三維地質(zhì)層面構(gòu)造模型，面模型可以采用任何網(wǎng)格結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行表達(dá)，如三角形網(wǎng)格、四邊形網(wǎng)格等。步驟A2，由所輸入數(shù)據(jù)中關(guān)于層面的離散構(gòu)造信息，采用插值方法擬合得到每個(gè)層面的比較大范圍的初始網(wǎng)格；步驟A3，對(duì)每個(gè)層面，用層面邊界線或區(qū)域范圍定義參數(shù)裁剪層面的初始網(wǎng)格，得到層面的邊界網(wǎng)格；步驟A4，根據(jù)層面網(wǎng)格類型，計(jì)算層面各單元間相交情況，并生成地質(zhì)層面網(wǎng)格間交線。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于地質(zhì)層面結(jié)構(gòu)的三角形格架網(wǎng)格生成方法，其特征在于，所述步驟B中生成的每個(gè)層面上的三角形網(wǎng)格生成單元中，步驟A中計(jì)算得出的地質(zhì)層面邊界及地質(zhì)層面間交線均作為約束條件嵌入到三角網(wǎng)格單元中，即步驟A中得出的層面邊界線及交線在完成步驟B后可由B中三角網(wǎng)格的多個(gè)三角形單元邊合并構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于地質(zhì)層面結(jié)構(gòu)的三角形格架網(wǎng)格生成方法，其特征在于，所述步驟C中通過(guò)協(xié)同生成方法來(lái)協(xié)調(diào)步驟B中不同層面上的三角形生成單元對(duì)共享的交線約束條件進(jìn)行離散化，來(lái)保證不同層面間三角網(wǎng)格在交線處的幾何與拓?fù)湟恢滦?，?shí)現(xiàn)格架網(wǎng)格連通性的過(guò)渡。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于地質(zhì)層面結(jié)構(gòu)的三角形格架網(wǎng)格生成方法，其特征在于，所述步驟D中通過(guò)非流形半邊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)存儲(chǔ)步驟C中所生成出的三維地質(zhì)層面三角形格架網(wǎng)格，該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在保持以半邊結(jié)構(gòu)為組織核心的基礎(chǔ)上通過(guò)引入邊數(shù)據(jù)元素來(lái)處理地質(zhì)層面交線出格架網(wǎng)格的非流形特征。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于地質(zhì)層面結(jié)構(gòu)的三角形格架網(wǎng)格生成方法，其特征在于，所述步驟E中基于步驟D中以非流形半邊結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)的格架網(wǎng)格，在不破壞地質(zhì)層面交線處網(wǎng)格的幾何和拓?fù)湟恢滦缘耐瑫r(shí)，通過(guò)對(duì)層面格架網(wǎng)格單元進(jìn)行一致細(xì)分來(lái)加密網(wǎng)格單元同時(shí)優(yōu)化網(wǎng)格頂點(diǎn)連接數(shù)，實(shí)現(xiàn)除步驟D中生成的網(wǎng)格頂點(diǎn)外，加密網(wǎng)格頂點(diǎn)連接度數(shù)均為六。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于三維地質(zhì)層面結(jié)構(gòu)的三角形格架網(wǎng)格生成方法，用于為油氣運(yùn)移與聚集模擬計(jì)算提供輸入網(wǎng)格的系統(tǒng)。其特征在于，包括構(gòu)建三維地質(zhì)層面結(jié)構(gòu)模型，并基于地質(zhì)層面結(jié)構(gòu)計(jì)算層面間交線；對(duì)每個(gè)層面構(gòu)造三角網(wǎng)格生成單元；對(duì)共享層間交線的多個(gè)單元進(jìn)行協(xié)同處理，實(shí)現(xiàn)多個(gè)層面間連續(xù)過(guò)渡的格架網(wǎng)格；通過(guò)非流形半邊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)存儲(chǔ)三角形格架網(wǎng)格；通過(guò)三角形一致細(xì)分方法實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格頂點(diǎn)單元局部連接度的優(yōu)化。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)在多個(gè)地質(zhì)層面情況下三角形格架式網(wǎng)格的自動(dòng)生成，保證了層面交界處計(jì)算網(wǎng)格的連通性，使得油氣運(yùn)移的屬性值可以在多個(gè)層面上進(jìn)行連續(xù)模擬計(jì)算，從而為地質(zhì)專家預(yù)測(cè)油氣的有利聚集區(qū)提供有效的輔助手段。
文檔編號(hào)G06T17/05GK102194252SQ20111012786
公開(kāi)日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2011年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月17日
發(fā)明者孟憲海, 李吉?jiǎng)? 楊欽 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)