基于Qt的地震数据可视化软件的研究与实现
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摘要
在科学研究和科研活动中数据可视化技术已经成为不可阻挡的流行趋势,通过数据可视化技术可以很大程度上提高工作效率和工作精度。数据可视化技术在我国各大行业应用相当广泛,尤其在地质勘探领域更是有极大的用武之地。在地质勘探中采用地震数据可视化技术不仅可以提高工作效率,而且能够大幅度的提高数据处理质量,降低勘探风险和成本。
本文主要介绍利用计算机图形学的相关知识及结合地质勘探专业技术而开发的地震数据可视化系统。论文首先对地震数据可视化国内外研究现状进行了说明,以期对系统有一个比较全面的认识和了解。作为计算机应用论文简单的描述了地震数据的含义以及显示标准等地质勘探方面的基础知识。简略说明了系统设计和开发过程中用到的相关技术：Qt开发工具及Graphics View框架、信号及槽机制。本文从需求分析、系统设计、系统实现三个方面对地震数据可视化系统进行了阐述。重点讲解了简单工厂模式在保证数据库管理平台灵活更换方面的应用。地震数据显示的数据预处理方面本文介绍了几种常见的异常值判定准则,为提高地震数据显示的速度选取了莱茵达准则,计算平均值和方差时对地震数据值进行抽样计算处理。地震数据图形显示方面论文主要介绍了地震数据的道波形线显示及颜色值图形两种显示技术。图形显示地震数据时针对显示数据点的多少,本文采用不同的插值算法或图形压缩算法。波形线绘制情况下根据不同数据量采用线性插值绘制曲线或用贝塞尔曲线算法进行曲线绘制。颜色值地震数据图形绘制时采用双线性迭代插值算法减少了计算量,提高了图形显示效率。在图形交互时为了获得较快的响应,本文针对实际情况提出图形叠加方案及Model/View结构的应用。地震可视化系统的图形交互更新设计方面,本文根据地质勘探的业务逻辑结合图形显示原理设计了坐标变换的算法,很好的满足了人机交互及图形联动更新的需要。
Data visualization has become a popular technology in scientific research recently, which can provide more efficiency and accuracy for engineering. Data visualization is widely used in many kinds of areas in our country, especially in geological exploration, not only for its increment of efficiency and quality, but also for its reduction of risk and cost. This paper mainly introduces a software system of earthquake, which is designed with computer graphics technology and geological exploration technology.
At first, This paper gives a description of the current situation of earthquake's data visualization all over the world is given, for the purpose of providing an overview of this software. Second, this paper explains the meaning of earthquake's data and some basic knowledge on geological exploration simply. And then, it shows the key method which contains development tool and graphical framework, during the process of design and development.
This paper described three aspects of seismic data visualization system that they are analysis, system design, system to achieve. Highlighting a simple factory pattern in ensuring a flexible database management platform to replace the application. Pretreatment of the seismic data show some common aspects of this paper the criteria of abnormal values, based on the actual situation and select the Laiyinda guidelines based on this sample of computing. This paper according the number of data points for the show, by using different interpolation algorithm or graphics compression algorithm. It introduce two ways of graphics of seismic data,the wiggle and image of color, and comes up with the project of graphic layering and Model/View structure. When drawing wiggles in the waveform data according to different curves drawn by linear interpolation control points or Bezier curve drawing. Color value of seismic data, graphics rendering double iterative linear interpolation algorithm to reduce the amount of computation and improve the efficiency of the graphics display. Seismic visualization system updates the graphics interaction design, the actual situation in this paper, the coordinate change of algorithms designed, well meet the needs of human-computer interaction and graphical interaction update.
本文主要介绍利用计算机图形学的相关知识及结合地质勘探专业技术而开发的地震数据可视化系统。论文首先对地震数据可视化国内外研究现状进行了说明,以期对系统有一个比较全面的认识和了解。作为计算机应用论文简单的描述了地震数据的含义以及显示标准等地质勘探方面的基础知识。简略说明了系统设计和开发过程中用到的相关技术：Qt开发工具及Graphics View框架、信号及槽机制。本文从需求分析、系统设计、系统实现三个方面对地震数据可视化系统进行了阐述。重点讲解了简单工厂模式在保证数据库管理平台灵活更换方面的应用。地震数据显示的数据预处理方面本文介绍了几种常见的异常值判定准则,为提高地震数据显示的速度选取了莱茵达准则,计算平均值和方差时对地震数据值进行抽样计算处理。地震数据图形显示方面论文主要介绍了地震数据的道波形线显示及颜色值图形两种显示技术。图形显示地震数据时针对显示数据点的多少,本文采用不同的插值算法或图形压缩算法。波形线绘制情况下根据不同数据量采用线性插值绘制曲线或用贝塞尔曲线算法进行曲线绘制。颜色值地震数据图形绘制时采用双线性迭代插值算法减少了计算量,提高了图形显示效率。在图形交互时为了获得较快的响应,本文针对实际情况提出图形叠加方案及Model/View结构的应用。地震可视化系统的图形交互更新设计方面,本文根据地质勘探的业务逻辑结合图形显示原理设计了坐标变换的算法,很好的满足了人机交互及图形联动更新的需要。
Data visualization has become a popular technology in scientific research recently, which can provide more efficiency and accuracy for engineering. Data visualization is widely used in many kinds of areas in our country, especially in geological exploration, not only for its increment of efficiency and quality, but also for its reduction of risk and cost. This paper mainly introduces a software system of earthquake, which is designed with computer graphics technology and geological exploration technology.
At first, This paper gives a description of the current situation of earthquake's data visualization all over the world is given, for the purpose of providing an overview of this software. Second, this paper explains the meaning of earthquake's data and some basic knowledge on geological exploration simply. And then, it shows the key method which contains development tool and graphical framework, during the process of design and development.
This paper described three aspects of seismic data visualization system that they are analysis, system design, system to achieve. Highlighting a simple factory pattern in ensuring a flexible database management platform to replace the application. Pretreatment of the seismic data show some common aspects of this paper the criteria of abnormal values, based on the actual situation and select the Laiyinda guidelines based on this sample of computing. This paper according the number of data points for the show, by using different interpolation algorithm or graphics compression algorithm. It introduce two ways of graphics of seismic data,the wiggle and image of color, and comes up with the project of graphic layering and Model/View structure. When drawing wiggles in the waveform data according to different curves drawn by linear interpolation control points or Bezier curve drawing. Color value of seismic data, graphics rendering double iterative linear interpolation algorithm to reduce the amount of computation and improve the efficiency of the graphics display. Seismic visualization system updates the graphics interaction design, the actual situation in this paper, the coordinate change of algorithms designed, well meet the needs of human-computer interaction and graphical interaction update.
引文
[1]Doung Rosenberg、Kendall Scott用例驱动UML对象建模应用—范例分析机械工业出版社2005年10月
[2]尤克滨著 UML应用建模实践过程 机械工业出版社2003年1月
[3]蔡志明卢传福李立夏等精通Qt4编程 电子工业出版社2008年1月
[4]阎宏Java与模式电子工业出版社2008年3月
[5]张友加地震数据可视化技术研究及应用[湖南大学硕士学位论文]湖南大学2009-5-21
[6]孙家广等著计算机图形学(第三版) 清华大学出版社2002年7月
[7]张德然 统计数据中异常值的检验方法 统计研究2002年第5期
[8]张立伟用数理统计的方法处理试验数据的异常值 电线电缆2005年第4期
[9]何平剔除测量数据中异常值的若干方法航空计测技术1995年2月第15卷第1期
[10]王晓华引信决策异常值处理算法研究[西南交通大学硕士学位论文]西南交通大学2003年1月。
[11]黄培之.具有预测功能的曲线矢量数据压缩方法,测绘学报,1995,24(4))
[12]杨得志,王杰臣,闾国年.矢量数据压缩的Douglas-Peucker算法的实现与改进,测绘通报,2002,(07)
[13]杨建宇,杨崇俊,明冬萍等WebGIS系统中矢量数据的压缩与化简方法综述,计算机工程与应用,2004,(32)
[14]徐新.增强型矢量数据压缩算法的设计与实现,计算机应用研究,2007,12
[15]王有新,王延光地震数据处理中的速度换算关系油气地球物理2005年7月第3卷第7期
[16]张普兵,王纬,张普斋地震数据可视化查询油气地质与采收率2001年4月第8卷第2期
[17]万长胜,金革等用Qt进行面向对象软件的设计与开发核电子学与探测技术2004年5月第24卷第3期
[18]王常钰基于Qt可重用系统框架在地震数据处理主框架系统中的研究与实现[电子科技大学学位论文]电子科技大学2009年6月
[19]杨志昱 油气勘探地震数据处理软件的研究与实现[华北电力大学工程硕士专业学位论文]华北电力大学2007年12月
[20]徐朝胜,师卫应用软件跨平台技术的研究科技情报开发与经历2007年第17 卷第5期
[21]W.Richard Stevens,Stephen A.Rago.Unix环境高级编程.人民邮电出版社：2005
[22]Stanley B.Lippman, Josee Lajoie,Barbara E. Moo.C++Primer人民邮电出版社：2005
[23]Frand Dabek,Nickolai Zeldovich,Frans Kaashoek. Event-dirven Programming for Robust Software.pdos.csail.mit.edu,2002
[24]王玉亭,孙剑基于MVC的Qt应用程序框架的设计与实现计算机与数字工程第35卷(2007)第4期
[25]韩枫Qt源码剖析及对象间通信机制的研究[东北大学硕士学位论文]2007年1月
[26]唐荣锡.现代图形技术[M].济南：山东科技出版社,2001,第七章
[27]黄志澄.数据可视化技术及其应用展望.电子展望与决策(M),1999,3-6
[28]陆基孟.地震勘探原理.山东：石油大学出版社,2004,125-131
[29]朱亚平,杨慧珠,董渊OpenGL技术在地震数据可视化中的应用.石油地球物理勘探,2000,403-414
[30]Sohel, F.A., Karmakar, G.C., Dooley, L. S. A dynamic Bezier curve model.Image Processing,2005,2:11-14
[31]Yuanfeng Zhou, Caiming Zhang. Extending cubic Bezier curve based on geometric continuity. In:Proceedings of the 4th international conference on Computer graphics and interactive techniques in Australasia and Southeast Asia, 2006,439-442
[32]Chee K. Yap. Complete subdivision algorithms, Intersection of Bezier curves. In:Proceedings of the twenty-second annual symposium on Computational geometry.2006,217-226
[33]Goldman, R. The fractal nature of Bezier curves. Geometric Modeling and Processing,2004,3-11
[34]钟纲,曲线曲面重构方法研究：[浙江大学博士学位论文].浙江：浙江大学,2002,24-36
[35]王衡,医学可视化算法研究：[硕士学位论文],西安：西安电子科技大学,2005,10-12
[36]M Mei P ner et al. A practical evaluation of four popular volume rendering algorithms [C]. ACM Symposium on Volume Visualization,2000
[37]K Mueller et al. High-quality splatting on rectilinear grids with efficient culling of occluded voxels[J]. IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics,1999,5 (2):116-134
[38]L Westover. Footprint evaluation for volume rendering. In:Computer Graphics,Annual Conference Series,1990,367-376
[39]G Cameron, P E Undrill. Rendering volumetric medical image data on a SIMD-architecture computer [C]. In:Proceedings of the Third Eurographi-cs Workshop on Rendering, Bristol, UK,1992,135-145
[40].Jasmin Blanchette and Mark Summerfield. C++GUI Programming with Qt 4[M],USA:Prentice Hall,2006,184-250
[41]. Matthias Ettrich. Designing Qt-Style C++APIs[EB/OL],Trolltech, http://doc.Irolltech.eom/qq/qq13-apis.html,2005
[42]. Frank Buschmann, Refine Mennier, Hans Rohnert, Peter Sommerlad, and Michael Stal. Pattern-Oriented Software Architecture[M], USA:John Wiley&Sons,1996,10-15
[43]. ScoR Meyers. Effective C++[M], USA:Addison—Wesley,1999,100-150
[44]. Bjafne Stroustrup.The C++Programming Language,Special Edition[M], USA: Addison—Wesley,2000.70-80
[45]. Martin Fowler. UML Distilled, Third Edition[M] USA:Addison-Wesley,2004,20-25
[46]Kurt Wall. GNU/Linux编程指南[M],北京：清华大学出版社,2002,35.100
[47]杨清云,数据处理方法.北京：冶金工业出版社,1993
[48]曾超决策引信评估方法研究[博士学位论文)北京北京理工大学2002
[49]韦博成.统计诊断引论.南京：东南大学出版社,1991
[50]张贤达.现代信号处理.北京：清华大学出版社,1995
[51]周秀银.误差理论与实验数据处理.北京：北京航空学院出版社,1986
[52]周江文.测量误差理论新探.北京：地震出版社,1999
[53]王文周.判断正态样本异常值的简便准则.统计研究,1996(6)
[54]肖明耀.试验误差估计与数据处理.北京：科学出版社,1980
[55]陆基孟.地震勘探原理.山东：石油大学出版社,2004,125-131
[56]邓飞.基于Qt的地震资料采集质量监控及评价系统的开发与研究：[硕士学位论文].成都：成都理工大学,2004
[57]尹学松,张谦,吴国华.四种体绘制算法的分析与评价.计算机工程与应用,2004,16： 97-100
[58]肖汉.地震数据的可视化技术研究：[硕士学位论文].长沙：湖南大学,2007
[59]黄志澄.数据可视化技术及其应用展望.电子展望与决策(M),1999,3-6
[60]Bill Hibbard,Michael Bottinger, Martin Schultz. Visualization in earth system science. ACM SIGGRAPH Computer Graphics,2002,36:5-9
[61]Jianwei Li, Wei-keng Liao, Choudhary, A.Parallel netCDF:A High-Performance Scientific I/O Interface. Supercomputing 2003 ACM/IEEE Conference,2003,39-40
[62]Admasu F., Toennies, K. Anisotropic 3D seismic features for robust horizons correlation across faults. IEEE International Conference on Image Processing,2005,221-225
[63]Deng-Liang Gao. Volume texture extraction for 3D seismic visualization and interpretation. GEOPHYSICS,2003,1294-1302
[64]Delaney,B. VizSim technology helps find oil faster. Computer Graphics and Applications, IEEE,1999,19:10-16
[65]Gerald D. Kidd Fundamentals of 3-D seismic volume visualization[J]. The Leading Edge,1999,18(6):702-709,712
[66]马仁安.不规则地质体的分割与体绘制方法研究.计算机研究与发展,2005
[67]柯丹,韩绍阳,侯惠群.三维可视化技术在矿产资源勘探领域中的应用探讨.世界核地质科学,2005,22：109-113
[68]周传德.科学计算可视化理论及智能虚拟显示系统的研究：[博士学位论文].重庆：重庆大学,2005
[69][美]Arthur Griffith著.高寿福,张华译KDE/Qt编程宝典[M].北京：电子工业出版社,2001
[70]杨红霞 赵改善21世纪的地震数据处理系统石油物探2001年第40卷第4期
[71]张海藩 软件工程导论第五版 清华大学出版社2008年2月
[2]尤克滨著 UML应用建模实践过程 机械工业出版社2003年1月
[3]蔡志明卢传福李立夏等精通Qt4编程 电子工业出版社2008年1月
[4]阎宏Java与模式电子工业出版社2008年3月
[5]张友加地震数据可视化技术研究及应用[湖南大学硕士学位论文]湖南大学2009-5-21
[6]孙家广等著计算机图形学(第三版) 清华大学出版社2002年7月
[7]张德然 统计数据中异常值的检验方法 统计研究2002年第5期
[8]张立伟用数理统计的方法处理试验数据的异常值 电线电缆2005年第4期
[9]何平剔除测量数据中异常值的若干方法航空计测技术1995年2月第15卷第1期
[10]王晓华引信决策异常值处理算法研究[西南交通大学硕士学位论文]西南交通大学2003年1月。
[11]黄培之.具有预测功能的曲线矢量数据压缩方法,测绘学报,1995,24(4))
[12]杨得志,王杰臣,闾国年.矢量数据压缩的Douglas-Peucker算法的实现与改进,测绘通报,2002,(07)
[13]杨建宇,杨崇俊,明冬萍等WebGIS系统中矢量数据的压缩与化简方法综述,计算机工程与应用,2004,(32)
[14]徐新.增强型矢量数据压缩算法的设计与实现,计算机应用研究,2007,12
[15]王有新,王延光地震数据处理中的速度换算关系油气地球物理2005年7月第3卷第7期
[16]张普兵,王纬,张普斋地震数据可视化查询油气地质与采收率2001年4月第8卷第2期
[17]万长胜,金革等用Qt进行面向对象软件的设计与开发核电子学与探测技术2004年5月第24卷第3期
[18]王常钰基于Qt可重用系统框架在地震数据处理主框架系统中的研究与实现[电子科技大学学位论文]电子科技大学2009年6月
[19]杨志昱 油气勘探地震数据处理软件的研究与实现[华北电力大学工程硕士专业学位论文]华北电力大学2007年12月
[20]徐朝胜,师卫应用软件跨平台技术的研究科技情报开发与经历2007年第17 卷第5期
[21]W.Richard Stevens,Stephen A.Rago.Unix环境高级编程.人民邮电出版社：2005
[22]Stanley B.Lippman, Josee Lajoie,Barbara E. Moo.C++Primer人民邮电出版社：2005
[23]Frand Dabek,Nickolai Zeldovich,Frans Kaashoek. Event-dirven Programming for Robust Software.pdos.csail.mit.edu,2002
[24]王玉亭,孙剑基于MVC的Qt应用程序框架的设计与实现计算机与数字工程第35卷(2007)第4期
[25]韩枫Qt源码剖析及对象间通信机制的研究[东北大学硕士学位论文]2007年1月
[26]唐荣锡.现代图形技术[M].济南：山东科技出版社,2001,第七章
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[28]陆基孟.地震勘探原理.山东：石油大学出版社,2004,125-131
[29]朱亚平,杨慧珠,董渊OpenGL技术在地震数据可视化中的应用.石油地球物理勘探,2000,403-414
[30]Sohel, F.A., Karmakar, G.C., Dooley, L. S. A dynamic Bezier curve model.Image Processing,2005,2:11-14
[31]Yuanfeng Zhou, Caiming Zhang. Extending cubic Bezier curve based on geometric continuity. In:Proceedings of the 4th international conference on Computer graphics and interactive techniques in Australasia and Southeast Asia, 2006,439-442
[32]Chee K. Yap. Complete subdivision algorithms, Intersection of Bezier curves. In:Proceedings of the twenty-second annual symposium on Computational geometry.2006,217-226
[33]Goldman, R. The fractal nature of Bezier curves. Geometric Modeling and Processing,2004,3-11
[34]钟纲,曲线曲面重构方法研究：[浙江大学博士学位论文].浙江：浙江大学,2002,24-36
[35]王衡,医学可视化算法研究：[硕士学位论文],西安：西安电子科技大学,2005,10-12
[36]M Mei P ner et al. A practical evaluation of four popular volume rendering algorithms [C]. ACM Symposium on Volume Visualization,2000
[37]K Mueller et al. High-quality splatting on rectilinear grids with efficient culling of occluded voxels[J]. IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics,1999,5 (2):116-134
[38]L Westover. Footprint evaluation for volume rendering. In:Computer Graphics,Annual Conference Series,1990,367-376
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[51]周秀银.误差理论与实验数据处理.北京：北京航空学院出版社,1986
[52]周江文.测量误差理论新探.北京：地震出版社,1999
[53]王文周.判断正态样本异常值的简便准则.统计研究,1996(6)
[54]肖明耀.试验误差估计与数据处理.北京：科学出版社,1980
[55]陆基孟.地震勘探原理.山东：石油大学出版社,2004,125-131
[56]邓飞.基于Qt的地震资料采集质量监控及评价系统的开发与研究：[硕士学位论文].成都：成都理工大学,2004
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[58]肖汉.地震数据的可视化技术研究：[硕士学位论文].长沙：湖南大学,2007
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[62]Admasu F., Toennies, K. Anisotropic 3D seismic features for robust horizons correlation across faults. IEEE International Conference on Image Processing,2005,221-225
[63]Deng-Liang Gao. Volume texture extraction for 3D seismic visualization and interpretation. GEOPHYSICS,2003,1294-1302
[64]Delaney,B. VizSim technology helps find oil faster. Computer Graphics and Applications, IEEE,1999,19:10-16
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[66]马仁安.不规则地质体的分割与体绘制方法研究.计算机研究与发展,2005
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[68]周传德.科学计算可视化理论及智能虚拟显示系统的研究：[博士学位论文].重庆：重庆大学,2005
[69][美]Arthur Griffith著.高寿福,张华译KDE/Qt编程宝典[M].北京：电子工业出版社,2001
[70]杨红霞 赵改善21世纪的地震数据处理系统石油物探2001年第40卷第4期
[71]张海藩 软件工程导论第五版 清华大学出版社2008年2月