Description:

"Подсветка при 3D визуализации данных сейсморазведки Use of lighting in the 3D display of seismic data Хав Джеймс (Huw James) и Татьяна Кострова из компании Paradigm описывают преимущества и недостатки использования подсветки при 3D визуализации данных сейсморазведки. Если использовать подсветку, можно получить реалистичное 3D изображение скважинных и сейсмических данных и результатов интерпретации. Это позволяет одним взглядом охватить больше данных и увидеть картину в целом, а также расположение объектов в поле зрения. Современные графические устройства позволяют быстро менять эту картину, а возможность движения расширяет область 3D анализа. 3D изображение раскрывает обычно детали строения и их пространственное соотношение. При этом интерпретатор освобождается от необходимости строить мысленный образ объекта и может сосредоточиться на скорости работы или выявлении причинно-следственных связей. Для большей реалистичности при 3D визуализации используется подсветка. Это позволяет зрителю отличить передний план от заднего, даже если они даны одним цветом. Без подсветки объекты 3D изображения часто сливаются в нерасчленяемые цветовые пятна. На сейсмических изображениях аккуратное использование подсветки может подчеркнуть изгибы профилей или истинное положение визуально соседних трасс. Подсветка обычно увеличивает количество оттенков цвета, но, как правило, эта небольшая потеря сигнала компенсируется улучшением общего восприятия 3D картины. Термины, используемые в подсвечивании, известны обработчикам. Они стараются подавить дифракцию, исправить амплитуды за неравномерную акустическую освещенность и удалить шум окружающей среды, блики и кратные отражения. Пример из жизни Чтобы понять, как создается подсветка на компьютере, полезно вспомнить, как работает освещение в реальном мире. На рис.1 представлена объемная композиция, составленная из предметов сделанных из различных материалов - гладкой пластмассы, стекла, гипса, бронзы, крашеного дерева, рифленого пластика, кожи и дерева. Композиция освещена сверху из-за зрителя с двух направлений. Перспективные искажения минимальны, признаков движения нет. Тем не менее, присутствуют многие признаки объемного изображения, которые зритель "автоматически обрабатывает", чтобы верно воспринимать форму предметов. Округлость форм лошади передается изменением цвета по мере того как поверхность из-за кривизны удаляется от источника света, и еще яснее - яркими бликами на боку и плече. Положение источников света можно установить по расположению бликов, а также по теням на стене за композицией. Грани пластикового куба имеют различные оттенки, а в зазорах между кубами низкая освещенность. Пластиковый куб отбрасывает "зайчик" на стену, а его боковая грань отражает стену и часть композиции. Материал и текстура объектов устанавливаются по размеру, интенсивности и цвету бликов и, безусловно, с использованием некоторого знания природы самих предметов. Наиболее сложно воспринимается расписная деревянная ложка; ее форма распознается лишь после пристального рассматривания по слабым бликам на ребре путем анализа на уровне сознания. Распознавание остальных объектов и понимание их природы происходит совершенно автоматически, хотя некоторые из них встречаются не каждый день. Фотография не передает всей яркости бликов на стеклянном и металлическом шарах. Модель 3D освещения Большинство программ нашей отрасли созданы с использованием языка программирования OpenGL. В OpenGL предусмотрены четыре основных вида освещения: общий (ambient), рассеянный (diffuse), блики (specular reflections) и испускаемый (emissive). В простых вариантах 3D визуализации не предусмотрен показ теней и многократных отражений. Общий свет в композиции не зависит от какого-либо направления на источник. В реальном мире он складывается из света всех источников на множестве объектов. При этом источников так много, что свет приходит одинаково со всех направлений. Общий свет равномерно освещает все грани объекта и в целом уменьшает интенсивность теней. Рассеянный свет возникает при отражении от объекта света какого-либо источника. Можно задать направление на бесконечно удаленный источник или положение источника на конечном расстоянии. Яркость отраженного света зависит от интенсивности источника, отражающей способности объекта и угла падения. Блики - это отражения света источника в глаз зрителя. Эти отражения максимальны при угле падения, равном углу отражения. Блестящие объекты, такие как зеркала, отражают точечные источники в виде точек, на менее блестящих объектах, например, окрашенных, точки расплываются в области конечного размера. Матовые объекты бликов не дают. Цвет каждой точки объекта определяется цветом испускаемого объектом света, свойствами общего света в этой точке, и общим, рассеянным, и бликовым светом от всех источников. Сейсмические данные с подсветкой Рассеянный свет можно использовать для уточнения формы и ориентации изображения, поскольку плоскости, на которые свет падает по нормали, будут ярче, чем освещенные под другими углами. Общий свет позволит добиться освещения всех граней изображения, то если изобразить всю имеющуюся информацию. На рис. 3 показана блок-диаграмма сейсмического атрибута "sweetness" - амплитуды огибающей сигнала, деленной на корень из мгновенной частоты. Легкое диффузное отражение позволяет видеть, где сходятся грани, но не мешает прослеживать отражения на примыкающих гранях. По аномально низким и аномально высоким значениям атрибута "sweetness" очень хорошо прослеживаются разломы. 3D представление сейсмических данных сравнительно просто: каждый отсчет изображается точкой в нужных координатах x,y,z, цвет которой выражает значение величины. Можно добавить несколько умеренных эффектов подсветки, соединить несколько атрибутов или сделать объекты полупрозрачными, чтобы заглянуть внутрь объема. Рис. 4a. Поверхность, которая отражает лишь рассеянный свет. Рис. 4b. Поверхность, которая отражает рассеянный свет и дает блики. Рис. 3. Умеренное употребление освещения и рассеянного отражения позволяют видеть места сочленения граней при сохранении возможности прослеживать отражения между гранями. Два синих диска должны дать синий диск, а не синий шар." Ключевые слова: грань, стена, синий диск, когерентность, испускать, поверхность рассеянный, известный, составная изображение, линейный, граница, направление источник, сигнал, карта, хребет, представление, несколький, ряд область, интерпретатор, атрибут, визуализация, способность, отсчёт, плоский пятно, правильный, разрез амплитуда, подчёркивать, сейсмический, плоскость, визуализация интерпретация, отражение, объёмный, координата, блик, источник свет, анализ, сверху, амплитуда, положение, аномально, участок, форма, нормаль поверхность, различный материал, общий свет, предмет, точка, тень, разлом, блок-диаграмма, картина, плоский участок, освещение, эффект, вид, использование, разрез, зрение, специальный, биссектриса угол, рассеянный отражение, структура, время, пропорционально, специальный тема, изображение, изолиния, пластиковый куб, интенсивность, компания, приведённый пример, расстояние, тема, объект, ребро, показанный, сравнение, неконформный плоский пятно, свет блик, март, свет, конечный расстояние, пример, оттенок, серия поверхность, объем, источник, наложение, тип, направление, подсветка, обычный, поверхность, объём, источник света, низкий когерентность, хороший, мочь, интерпретация, графический, данный, материал, область, сейсмический атрибут, зритель, информация, пятно, нормаль, профиль, лёгкий, такая изображение, света, случай, текстура, приведенный, рассеянный свет, отражающий способность, цвет, конечный, наложение цвет, изображение сейсмический, какой-либо, композиция, источник конечный, синий, использованный, реальный мир, ряд, куб, рассеянный, плоский, нужный, яркость, сейсмический изображение, возможность, размер, пространство, освещённость, плоскостной изображение, угол, косинус, тема визуализация, рельеф, значение