基于逐段迭代射線追蹤算法的三維可視化軟件實現

肖吉星+王軍民

摘要：隨著地球物理勘探技術的發展，三維地震勘探技術作為新的地球物理勘探方法，在石油界已經得到廣泛的認可，由此，三維地震模型的可視化和正演成為地球物理勘探的重要部分；加之近年來計算機圖像處理能力的加強以及計算速度的提高也為快速的三維可視化提供了實現基礎。本文基于成熟的逐段迭代射線追蹤法，用C語言實現多層水平層狀均勻介質算法，并結合QT，OPENGL實現模型可視化和模型正演程序界面，并實現了可拖動、旋轉的基本交互。

關鍵詞：三維結構；逐段迭代；射線路徑；射線追蹤；模型可視化；模型正演

近年來，隨著地球物理勘探技術的不斷發展，地震勘探已經進入了高精度、高分辨率勘探階段，三維地震勘探的地位進一步的得到石油界的廣泛認可，因此三維地震模型的可視化和正演成為地球物理勘探技術的重要組成部分。利用三維地質模型可以以3D真實感的圖像的形式形象的表達地質構造的真實形態、特征以及三維空間物性參數分布規律。實現正演模擬的三維可視化對于地震資料處理、解釋具有重大意義，可以大大提高解釋的直觀性與準確性。

1 逐段迭代射線追蹤方法理論介紹

逐段迭代射線追蹤方法是對Fermat原理和Snell定理的地球物理應用與延伸，地震波在地層的傳播過程中，同一條射線路徑上滿足相同射線參數，實際上在地層中任意連續三點都滿足這些射線參數，而三點間的具體形式為Snell定律。從射線的任意一端出發，依據Snell定理，求出中間點，然后以一個小單位長度為步長移動，順次進行下去，直到另一個端點，完成一次射線路徑迭代計算。當整條路徑的總矯正量滿足精度要求時，就認為最后一次的追蹤計算結果為射線路徑，不然，就一直重復上述過程，直到找到路徑為止。這種計算方法在保證了計算速度的情況下，也可以滿足大部分需求的精度要求。

下面以透射波的推導過程為例給出具體公式：假設空間中的一界面z=f（x，y），設P1點的坐標為 ，P3點的坐標為 ，則P1點到 P3點的總旅行時為：

對（1）求導，對結果進行一階不完全泰勒展開，即對射線長度不做展開。此時

最后推得 ，其具體形式為：

求解的到 后，用 代替原來的 。重復以上過程直到達到所需精度要求。反射波的情況與之類似。

2 軟件設計

軟件UI使用了Qt進行設計，主要實現模型創建，參數設置，參數修改，數據處理，三維模型呈現，模型交互等功能。三維模型建立采用了OPENGL實現，將計算模塊與三維模型建立模塊最大程度的分離，符合軟件設計低藕性、內聚性的特性。

3 軟件展示及總結

軟件實現了模擬透射波傳播路徑模型，并可以通過修改震源，檢波器的坐標，以及地層參數對各種不同的情況進行正演模擬與展示。

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