摘要
科学计算可视化（Visualization in Scientific Computing，简称为ViSC）是指运用计算机图形学和图像处理技术将科学计算过程中产生的数据和计算结果转换为图形或图像在屏幕上显示出来，并进行交互处理的理论、方法和技术，是当前计算机科学的一个重要研究方向。其研究的核心问题是将数据变成图像，使繁多枯燥的科学数据变得更加直观，易于理解。直观的讲，科学计算可视化是研究如何把科学数据，无论是通过计算还是从测量获得的数值，或是从卫星传送回来的图像，或是医学CT（计算机层面X射线照相）和MRI（核磁共振成像）转换成可视的、能帮助科学家理解的信息的计算方法。简言之，科学计算可视化是把计算机图形学与图像处理技术应用于计算科学的学科。这里所谓计算科学是指所有应用计算机从事计算的科学与工程学科。
可视化是一种计算方法，它用图形和图像等物理现象，把数据等符号转换为几何图形，以直观，形象的方式来表达数据，显示数据所包含的信息，使科学家和工程技术人员能够有效地观察，模拟计算的过程和发展过程，并进行交互控制。科学可视化提供了一种发展不可见信息的方法，丰富了科学发展的过程，给予人们深刻而意想不到的洞察力，使科学家和工程技术人员的研究和工作方式发生了根本的变化，提高了科学研究质量和效率。科学可视化研究的根本目的，就在于以视觉方式为已有的科学技术研究领域提供新的科学灵感，收到事半功倍的效果，科学技术的发展提出了可视化的要求，计算机硬件及计算机图形图像技术的发展也为科学可视化的实现提供了可能和条件。
从可视化的目的不难看出，可视化不仅仅是图形显示，它本质上是一种将大量无序的信息转换成可被人脑感知的信息的复杂过程。因此如何将蕴含在大量数据中的有用信息以用户易于接受和感知的形式展现出来，是决定可视化成败的关键。
科学计算可视化研究的内容主要有：二维数据显示技术；从三维数据体中提取曲线信息，提取边界曲面，等值面等曲面信息；三维数据的剖面显示；三维数据体的绘制技术；数据场的动态显示等。
科学可视化在地学中应用研究近年来得到了广大地学工作者的重视；开发出一些地学可视化系统，或在一些地学软件系统中加入可视化功能模块。在地学中经常遇到大量数据处理和解释问题，尤其是在地球物理数据采集和处理过程中，通常得到空间分布的地球物理场，属性参数分布数据体或地质目标（如地层、断层面、剖面等）。
目前，地学可视化研究的内容主要包括：非均匀介质中弹性波场的可视化，地震资料解释中的三维数据及地质目标体的三维可视化，油气资源评价中数值模拟结果的可视化，固体矿主勘探数据的可视化，测井数据可视化等。
利用测井资料来寻找剩余油，确定地层非均质特性、水淹程度等参数是最直接经济而有效的方法。但由于剩余油在空间上分布很不连续，地下水矿化度变化不定，含水饱和度和油水层位交差重叠，水淹程度也相差十分悬殊，剩余油主要分布于厚层中低渗透部位及薄差油层中。又由于渗透率低，地层压力偏低，造成井眼附近泥浆侵入较深，使测井参数的确定更加困难。
大庆油田重点科技攻关项目“水淹层多资料综合解释系统”中就是利用电测井
资料来确定地层非均质特性和水淹程度等参数来寻找剩余油。研究水淹层和剩余油分布的重要基础是精细地质研究。只有建立精细地质模型，搞清沉积微相，在综合运用多种资料的基础上求准储层参数，才能精确认识剩余油的分布特征。因此，在研究水淹层和剩余油分布时，就有必要建立水淹层及剩余油分布交互综合可视化解释软件平台，为充分利用精细地质研究的基础数据和成果，实现地质、测井和岩心分析资料、动态资料、开采资料、找水资料等的综合利用和直观对比分析提供支持。建立的解释平台应该实现地质、测井和岩心分析资料的直观对比分析，研究地质沉积微相，弄清储层的空间分布规律及储层参数的空间的变化特征，并通过多种可视化图件直观、交互地显示剩余油的分布规律，并能进行合理修改。因此可视化与交互功能的强弱是整个系统的生命。本论文就是结合该项目完成的，其主要的研究内容就是利用科学计算可视化技术进行多资料可视化交互建模研究。
本论文负责该项目中的可视化交互解释部分，以IDL5.5语言平台为基础，结合测井数据的特点完成了水淹层多资料综合解释系统中的可视化部分。其中充分利用了科学计算可视化的算法和理论，例如数据的网格化、插值处理、等值线追踪、曲线光滑处理、三维数据体显示的颜色模型、光照、填充、消隐、等值线抽取、等值面的绘制和体绘制等可视化技术。图形图像显示不仅实现了多种多样的测井图件的显示，并且，在面向对象图形图像数据管理技术的支持下，所有图件都可进行编辑和交互修改。其中包括：曲线图、直方图、二维等值线图、三维等值线，多参数平面图、多参数立体图、等值面图、立体剖面图、立体旋转图和立体缩放图等，并实现了图件的保存和输出功能。由于时间等主客观因素的限制，我并未将该系统设计成一个功能完备的三维体信息解释系统，而仅将该系统提炼成一个辅助解释的三维显示系统，可以对原始数据进行预览，可以对解释结果?
Visualization in Scientific Computing(ViSC) is a kind of theory, method and technology converting data and results produced from scientific computing process into graphics and images displaying on screen and making interactive management and interpretation of them through using computer graphics and image processing technique, which is an important research aspect of current computer science. The kernel problem of the research is to convert data into graphics and to make sheer bulk of data visual and understandable. That is to say, ViSC is the research concerning computer arithmetic on how to transform scientific data to visual information which can help scientists understand their meanings, whether the data are produced from computing or measuring, or from satellites transferred images, Computer Tomography or Magnetic Resonance Imaging. In short, ViSC is a subject applying computer graphics and images processing technique to computer science.
The main content of ViSC research includes: 2D displaying technique, extracting curves and distilling boundary surfaces, contours from 3D data-block, profile displaying and protracting of 3D data and dynamic displaying of data field etc.
At present, earth science research mainly includes: visualization of elastic wave in heterogeneous media, 3D visualization of seismic data and geology structures, displaying numerical stimulation in oil and gas resources evaluation and visualization of logging data etc.
This paper was completed with the study of the important project named as “System of Multiple Data Comprehensive Interpretation in Water-flooded Zones” supported by Daqing Oil Field Company. The main work includes two parts: the first is the interactive interpreting plate adapted to water flashed oil bed, which includes single well data management, multiple well data management, graphic and image data management, single well interactive interpreting, multiple well interactive interpreting, well data visual display and output etc.；the second part uses the combination of Genetic Algorithms (GAS) with other methods to standardize geophysical well data and to calculate deposit parameters. This paper contributes mainly to well data visual display and output.
The paper introduced the computer visualizing techniques. Several available algorithms have been discussed and tried here and more quickly and accurately methods were been selected out and applied to our plot. Except the grid method, inserting new knots into B—SPLINE curves, tracing contour and smoothing curve method, we also deeply studied the color model, light model, fill method and shading line method. So our visualized graphics and
3D-PLOT is of real time displaying and modifying properties and are very beautiful. The data management subsystem and visualized algorithms are important base of the well logging data interactive interpreting work.
The older oil field which has been entered a high water flushed period and underground deposit has been become more application. The original thick layers of oil have changed into more thin bed or laminator with deferent permeability. The traditional valuation methods have many shortages. It is very important to build up an accurate and detail interpreting model for the changed beds with comprehensive application of large amount information, as well logging data, geological and other geophysical data, drilling and oil test and core analyzing data.
According to the principles and arithmetic of computer visualization and characteristics of well logging data, the subsystem is accomplished based on IDL 5.5, which makes full use of grid data, interpolation, contour tracing, curves smoothing and 3D block data displaying including color, illumination, filling, eliminating and protracting etc. Besides, under the support of object oriented programming, we produce images which can be edited and modified including curves, contours, profiles, solid surfaces and 3D planes.
We have successfully combined several new techniques and methods, such as the modern computer data
引文
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