基于MPI的三维地层建模和可视化方法研究

论文摘要

地层三维建模及可视化技术是三维地学模拟领域研究的重点与热点问题之一,它运用计算机技术,在三维环境下将空间数据管理、图形可视化和实体内容分析等工具结合起来,用于地层分析的技术。通过地层三维可视化,形象展现地质体及其形态构造,增强地层分析的准确性和直观性,从而减少地下工程设计施工面临的巨大风险。但在可视化绘制过程中,随着数据量的增加,存在计算和绘制时间过长的问题,因此采用并行体系结构对大规模地层数据进行处理可以较快速的完成复杂地层的建模,提高可视化绘制速度。本文在研究并行计算和三维地层可视化方法的基础上,采用数据划分并行可视化的方式,运用标准消息传递接口MPI与第四代可视化语言IDL实现可视化,即数据的并行通信由MPI完成,IDL完成绘制过程。实现方式为在MPI中调用IDL提供的共享库函数及数据结构的接口,直接对IDL底层的数据和函数进行操作。解决的关键问题包括以下几个方面：1.研究三维地层建模方法,采用钻孔数据,利用多层DEM模拟地层表面模型,不同地层DEM在数据组织时,采用分层管理,考虑到插值拟合的层面可能由于地层相交出现尖灭点的现象,提出采样点检测法,判断该点所属地层分界曲线的位置。实体建模是在多层DEM基础上,将曲面作为地层空间的分层面,为了区别显示地层情况,对于同种地层体赋予同种属性值。2.采用并行可视化解决可视化绘制过程存在计算和绘制时间过长的问题,提高可视化绘制速度。在综合比较并行计算实现方法的基础上,运用数据并行的方法,利用MPI在局域网内多台PC机搭建Windows XP系统下的并行计算环境,采用主从模式,完成数据的分发和接收,较快速的完成了钻孔数据的克里金插值过程。利用MPI调用IDL提供的数据和函数接口,实现三维地层可视化。为了测试并行效果,基于所构建的并行计算环境,分别以不同的网格数目和节点数目对插值过程进行效率测试,结果显示经过MPI并行后计算速度明显提高,且在更大的计算规模下效果越明显。但受到通信时间等因素的影响,在同一计算规模下,随着计算节点的增加,并行计算对计算机资源利用不高,导致并行效率有所下降。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 研究现状
• 1.3 研究内容
• 1.4 论文结构
• 1.5 本章小结
• 2 并行编程环境MPI
• 2.1 MPI简介
• 2.2 MPI的编程原理与编程模式
• 2.3 MPI的实现版本
• 2.4 并行计算性能分析
• 2.5 本章小结
• 3 三维地层建模与可视化方法
• 3.1 概述
• 3.2 钻孔数据及其组织
• 3.3 插值处理
• 3.4 地层建模
• 3.5 三维地层并行可视化
• 3.6 本章小结
• 4 层状地层并行可视化实现
• 4.1 概述
• 4.2 配置MPI并行环境
• 4.3 并行实现
• 4.4 数据来源及处理
• 4.5 地层显示
• 4.6 并行结果分析
• 4.7 本章小结
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表论文和科研情况