基于MPI的三維地層建模和可視化方法研究.pdf

1、地層三維建模及可視化技術(shù)是三維地學(xué)模擬領(lǐng)域研究的重點(diǎn)與熱點(diǎn)問題之一，它運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，在三維環(huán)境下將空間數(shù)據(jù)管理、圖形可視化和實(shí)體內(nèi)容分析等工具結(jié)合起來，用于地層分析的技術(shù)。通過地層三維可視化，形象展現(xiàn)地質(zhì)體及其形態(tài)構(gòu)造，增強(qiáng)地層分析的準(zhǔn)確性和直觀性，從而減少地下工程設(shè)計(jì)施工面臨的巨大風(fēng)險(xiǎn)。但在可視化繪制過程中，隨著數(shù)據(jù)量的增加，存在計(jì)算和繪制時(shí)間過長的問題，因此采用并行體系結(jié)構(gòu)對(duì)大規(guī)模地層數(shù)據(jù)進(jìn)行處理可以較快速的完成復(fù)雜地層的建模，提

2、高可視化繪制速度。
　　本文在研究并行計(jì)算和三維地層可視化方法的基礎(chǔ)上，采用數(shù)據(jù)劃分并行可視化的方式，運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)消息傳遞接口MPI與第四代可視化語言IDL實(shí)現(xiàn)可視化，即數(shù)據(jù)的并行通信由MPI完成，IDL完成繪制過程。實(shí)現(xiàn)方式為在MPI中調(diào)用IDL提供的共享庫函數(shù)及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的接口，直接對(duì)IDL底層的數(shù)據(jù)和函數(shù)進(jìn)行操作。解決的關(guān)鍵問題包括以下幾個(gè)方面：
　　1.研究三維地層建模方法，采用鉆孔數(shù)據(jù)，利用多層DEM模擬地層表面模型，不

3、同地層DEM在數(shù)據(jù)組織時(shí)，采用分層管理，考慮到插值擬合的層面可能由于地層相交出現(xiàn)尖滅點(diǎn)的現(xiàn)象，提出采樣點(diǎn)檢測(cè)法，判斷該點(diǎn)所屬地層分界曲線的位置。實(shí)體建模是在多層DEM基礎(chǔ)上，將曲面作為地層空間的分層面，為了區(qū)別顯示地層情況，對(duì)于同種地層體賦予同種屬性值。
　　2.采用并行可視化解決可視化繪制過程存在計(jì)算和繪制時(shí)間過長的問題，提高可視化繪制速度。在綜合比較并行計(jì)算實(shí)現(xiàn)方法的基礎(chǔ)上，運(yùn)用數(shù)據(jù)并行的方法，利用MPI在局域網(wǎng)內(nèi)多臺(tái)PC機(jī)搭

4、建Windows XP系統(tǒng)下的并行計(jì)算環(huán)境，采用主從模式，完成數(shù)據(jù)的分發(fā)和接收，較快速的完成了鉆孔數(shù)據(jù)的克里金插值過程。利用MPI調(diào)用IDL提供的數(shù)據(jù)和函數(shù)接口，實(shí)現(xiàn)三維地層可視化。
　　為了測(cè)試并行效果，基于所構(gòu)建的并行計(jì)算環(huán)境，分別以不同的網(wǎng)格數(shù)目和節(jié)點(diǎn)數(shù)目對(duì)插值過程進(jìn)行效率測(cè)試，結(jié)果顯示經(jīng)過MPI并行后計(jì)算速度明顯提高，且在更大的計(jì)算規(guī)模下效果越明顯。但受到通信時(shí)間等因素的影響，在同一計(jì)算規(guī)模下，隨著計(jì)算節(jié)點(diǎn)的增加，并行計(jì)算