管柱工具圖例吸附于井眼軌跡的紋理貼圖方法

張文東，孫文斌，孫 恒

(1.中國石油大學(華東) 計算機與通信工程學院，山東 青島 266555; 2.中海油信息科技有限公司北京分公司，北京 100027)

管柱工具圖例吸附于井眼軌跡的紋理貼圖方法

張文東1，孫文斌1，孫 恒2

(1.中國石油大學(華東) 計算機與通信工程學院，山東 青島 266555; 2.中海油信息科技有限公司北京分公司，北京 100027)

石油采油行業中，大多數油田井型是各種帶有彎曲分支及魚骨的類型。而管柱圖是石油行業的重要圖件。在管柱圖繪制中，很多管柱工具圖例內部有許多其他的點、線(即內部花紋)構造，在軌跡弧段處不容易處理。為改善管柱圖繪制的視覺效果，針對目前在管柱圖繪制過程中存在的問題，引入紋理映射的思想，將實際的管柱工具圖例紋理按照一定的紋理貼圖方法吸附到井眼軌跡上,提出了一種管柱工具圖例吸附于井眼軌跡的紋理貼圖方法。該方法能方便地使管柱工具圖例在彎曲的弧段處沿著井眼軌跡的切向方向彎曲，實現了各種管柱工具圖例間的無縫拼接。實驗結果表明，與現在普遍采用的矢量繪圖法相比，采用所提出方法繪制的管柱圖可以實現無縫銜接，具有更好的視覺效果。

管柱圖繪制；紋理貼圖；三段拼接法；兩步紋理映射技術；井眼軌跡；無縫拼接

0 引 言

在油田井型中,只有很少一部分是直井，其他絕大部分是帶有彎曲分支及魚骨的各種井型，包括水平井、分支水平井、斜井、側鉆井、魚骨井等。

在實際作圖中，管柱圖種類分為許多種，包括采油管柱圖、注水管柱圖、壓裂管柱圖、酸化管柱圖、化堵管柱圖、防砂管柱圖等。

目前，大多數管柱圖繪制系統繪制的是直井管柱圖，并沒有考慮像斜井管柱圖這樣帶有彎曲分支及魚骨的油井管柱圖。在管柱圖繪制中，很多管柱工具圖例內部有很多內部花紋構造，比如點和線構成的花紋，這些花紋在軌跡弧段處不容易處理。現在普遍采用的技術是矢量繪圖方法，該方法對每一種管柱工具圖例進行單獨處理繪制，不能有效解決問題，并且很難實現用戶自定義圖例間的無縫拼接。

為此，提出了一種管柱工具圖例吸附于井眼軌跡的紋理貼圖[1]方法，能夠讓管柱工具圖例以紋理圖片的形式通過一定的紋理貼圖方法吸附到井眼軌跡上，有效地解決了管柱工具圖例在彎曲的弧段處不能彎曲和管柱工具圖例銜接存在斷縫等問題。

1 基本原理及方法

1.1 管柱工具圖例的繪制方法

通過參照《SYT 5952—2005油氣水井井下工藝管柱工具圖例標準》進行管柱工具圖例的繪制。在管柱圖繪制過程中，弧段上側和弧段外側采用四點連線繪制四邊形帶，然后填充即可。而對于弧段的處理，采用的是三段拼接法[2-3]，弧段處的圖例主要由三部分組成，包括圓心與軌跡交點上側的直管柱、圓心角所對的弧段管柱以及圓心與軌跡交點外側的直管柱。在管柱圖繪制過程中，還需要判斷圖例的起始點以及終止點所處的坐標位置。通過下面的偽代碼來描述管柱圖繪制流程：

void DrawGraph ()

{

//如果圖例的起始點在弧段之上

IF origin.y<=center.y

THEN IF end.y<=center.y

THEN DrawOnePart();

ELSE IF end.y in ArcPart

THEN DrawOnePart();

DrawSecondPart();

ELSE

THEN DrawOnePart ();

DrawSecondPart();

DrawThirdPart();

//如果圖例的起始點在弧段中

ELSE IF origin.y in ArcPart

THEN IF end.y in ArcPart

THEN DrawSecondPart();

ELSE

THEN DrawSecondPart();

DrawThirdPart();

//如果圖例的起始點在弧段以外

ELSE THENDrawThirdPart();

}

1.2 仿射變換

如果坐標變換的形式如下：

(1)

則稱該變換為仿射變換[4]。每一個變換后的坐標x'、y'和z'是變換前坐標x、y和z的線性函數，而aij和bk是由變換類型確定的參數。

平移變換、旋轉變換、縮放變換、反射變換、錯切變換可以看成是仿射變換的特例[5]，任何仿射變換都能夠表示成這五種變換的組合。

1.3 兩步紋理映射技術

兩步紋理映射技術[6-7]是一種獨立于物體表示的紋理技術[8]。兩步紋理映射的核心就是引進了中介映射媒體，這個中介映射媒體可以是一個包圍物體的中介三維曲面[9]。紋理空間到物體空間的映射可以分為兩個簡單的映射復合，這個過程大體描述為：

(1)將二維紋理映射到一個簡單的三維物體表面，比如球面、圓柱面、立方體表面等；

(2)將中介三維物體表面上的紋理映射到目標物體表面。

這兩個部分可以稱為S-映射和O-映射。

2 具體方法的實現

采用方法的實現步驟主要分為兩個部分，第一部分是加載管柱工具圖例紋理圖像，并存入紋理數組；第二部分，在管柱圖繪制時，需要分割紋理，然后把管柱工具圖例紋理圖像通過一定的紋理貼圖方法吸附到井眼軌跡上。

2.1 加載紋理圖像

紋理圖像滿足的一個條件就是圖像的寬、高尺寸都是2的整數次方，這是由大多數圖形接口要求的,并且考慮到計算機硬件處理的速度問題。

一般而言，紋理圖像會采用含alpha通道[10]的圖片源文件(如Targa格式文件)。

首先要判斷的是紋理圖像的寬和高是否滿足2的整數次冪要求。如果滿足，則不作調整。如果紋理尺寸不符合條件，通過調用glTexImage2D函數，目的是申請2次方的紋理，然后調用glTexSubImage2D函數把實際的非2次方的紋理數據放進去，最后就是利用縮放紋理矩陣計算紋理坐標的變化因子。設置完后，紋理圖像就可以在[0,1]紋理坐標區間內按照2次方紋理使用了。

2.2 管柱工具圖例紋理的分割和映射方法

根據管柱圖繪制方法[11-12]，紋理分割與紋理映射也需要通過三段拼接法來處理。紋理貼圖方法圖解如圖1所示。由于井下所有工具的下深是垂直向下計算的，因此A點和B點的深度值為y3，A點和B點對應于點(x1,y3)和(x2,y3)。

圖1 紋理貼圖方法圖解

由于管柱工具圖例采用的方法是三段繪制法，其中特別注意的是段與段之間的兩個接縫處的紋理拼接問題，也就是這一段的紋理結束部分要與下一段開始時的紋理開頭部分進行拼接，所以需要記錄這段末尾處的紋理位置[13]。通過下面三個部分說明這個過程：

在第一段，設紋理的高度為cy，紋理坐標與紋理高度的比相等于圖例長度對應的紋理坐標與圖例長度的比，可得：

(2)

由此可得第一段的映射關系，左側為紋理坐標，右側為圖例坐標：

(3)

管柱工具圖例在弧段采用的方法是四邊形帶分割法，與之對應的紋理，也需要采用四邊形帶分割。

同時需要計算第一段紋理末端坐標點的小數部分，作為第二段紋理的起始坐標：

(4)

在第二段，將弧段角θ進行n等份，每份對應的紋理長度為：

(5)

即在弧段四邊形帶中共有n條四邊形，將紋理等比例映射到四邊形帶的每一條上，則四邊形帶上的第k(1≤k≤n)條邊對應的紋理縱坐標為：

(6)

由此可得第二段的映射關系，左側為紋理坐標，右側為圖例坐標：

(7)

同時需要計算第二段紋理末端坐標點的小數部分，作為第三段紋理的起始坐標：

(8)

在第三段，管柱工具圖例的繪圖方法與第一段相同，只是采用了平移、旋轉矩陣進行了仿射變換。因此，可以繼續使用第一段的圖例坐標進行描述，左側為紋理坐標，右側為圖例坐標：

(9)

3 實驗及結果分析

采用矢量繪圖法繪制的斜井管柱圖如圖2所示，圖中弧段所示的水力泵無法與前后其他管柱工具圖例進行良好的拼接，這是由斜井段所示的水力泵在其中心點處與弧段切線方向平行，圖例自身比例尺寸和在弧段不能彎曲等原因造成。

圖2 矢量繪圖法繪制的斜井管柱圖

采用一定的紋理貼圖方法繪制的斜井管柱圖如圖3所示。

圖3 采用紋理貼圖方法繪制的斜井管柱圖

可以明顯看出，圖中斜井段所示的水力泵的每一點都與弧段軌跡的切線方向[14]平行，與前后管柱工具圖例良好地拼接在一起，實現了圖例間的無縫拼接。

從實驗結果的對比可以看出，采用一定的紋理貼圖方法繪制的管柱圖效果要明顯好于矢量繪圖法繪制的管柱圖效果。

4 結束語

為改善管柱圖繪制的視覺效果，針對目前在管柱圖繪制過程中存在的問題，提出了一種管柱工具圖例吸附于井眼軌跡的紋理貼圖方法，有效解決了管柱圖繪制過程中管柱工具圖例在彎曲弧段處不能彎曲和管柱工具圖例間的銜接出現斷縫等問題。實驗結果表明，與現在普遍采用的矢量繪圖法相比，采用提出方法繪制的管柱圖可以實現無縫銜接，具有更好的視覺效果。

下一步的研究重點是圖庫的擴充，需要完善的是增加管柱工具圖例紋理圖片庫編輯功能，使用戶可以按照圖例標準手動繪制紋理圖片。

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Texture Mapping Method with String Tool Figures Adsorbed on Well Trajectory

ZHANG Wen-dong1,SUN Wen-bin1,SUN Heng2

(1.College of Computer and Communication Engineering,China University of Petroleum,Qingdao 266555,China; 2.Beijing Branch of CNOOC Information Technology Co.,Ltd.,Beijing 100027,China)

The majority of oil well types are the ones with diverse bending branches and various fish bones in the oil production industry.String chart is a most important map in petroleum industry,in which there are many other points and lines (or inner texture pattern) to construct and many string tool figures at the arc trajectories are not easy to deal with.In order to improve the visual effect of drawing string charts,aiming at the existing problems in string charts drawing,introducing idea of texture mapping into practical operations for absorption of the legend on the well trajectory,a texture mapping method with string tool figures absorbed on the well trajectory has been put forward which is convenient to bend the string tool figure in arcs along the trajectory of the tangential direction to achieve seamless splicing between a variety of string tool figures.Experimental results show that compared with the widely used vector drawing method right now,the proposed method has achieved seamlessly drawing with better visual effects.

string chart drawing;texture mapping;three sections of stitching;two-step texture mapping technology;well trajectory;seamless splicing

2016-07-06

2016-10-20 網絡出版時間：2017-04-28

國家科技重大專項大型油氣田及煤層氣開發(2011ZX05006-002)

張文東(1963-)，男，高級工程師，研究方向為數據庫與信息系統、計算機圖形處理；孫文斌(1991-)，男，碩士，研究方向為計算機圖形處理。

http://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1450.TP.20170428.1703.050.html

TP301

A

1673-629X(2017)06-0191-04

10.3969/j.issn.1673-629X.2017.06.040