PosterPDF Available

Co w wysadzie solnym piszczy czyli narzędzia do przeglądania modeli geologicznych 3D Keep your ear to a salt dome – 3D models visualization tools

Authors:

Abstract

Interaktywna wizualizacja modeli geologicznych 3D od lat stanowi podstawowy problem dla realizatorów projektów, którzy chcą udostępniać wyniki prac nie narażając odbiorców na wysokie koszty związane z posiadaniem specjalistycznych programów. W związku z tym priorytetem stały się rozwiązania ogólnodostępne, które umożliwiają użytkownikom wstępne zapoznanie się z wgłębną budową geologiczną badanego obszaru. Państwowy Instytut Geologiczny - Państwowy Instytut Badawczy, tak jak większość służb geologicznych zajmujących się modelowaniem geologicznym, opracował na bazie dotychczasowych doświadczeń własne narzędzia służące do prezentacji modeli 3D struktur geologicznych, w tym także modeli wysadów solnych. 15-letnie doświadczenia związane z tworzeniem modeli 3D pozwoliły na etapowe (drogą eliminacji) uzyskiwanie zadowalających wyników związanych z wizualizacją gotowych modeli geologicznych dla szerokiego spektrum użytkowników. Początkowo zdecydowano się wykorzystać standard VRML (ang. Virtual Reality Modelling Language), pozwalający na zapisanie trójwymiarowych elementów struktury geologicznej w formacie skompresowanym w takim stopniu, by możliwe było jego niezakłócone przeglądanie z poziomu przeglądarki internetowej. Proces udostępnia modeli przez przeglądarkę jest procesem wieloetapowym i złożonym. Po zakończeniu konstrukcji modelu przestrzennego, charakteryzująca się wysoką rozdzielczością topografia poszczególnych powierzchni poddawana jest procesom generalizacji (ang. upscalling) z poziomu aplikacji np. Paradigm GOCAD/SKUA czy Petrel, wykorzystywanej do opracowania modelu. Upraszczając model ważne jest, aby wyjściowa powierzchnia w miarę wiernie zachowywała kluczowe elementy topograficzne. Dotyczy to wszystkich elementów modelu, zarówno powierzchni horyzontów stratygraficznych, jak i uskoków. Kolejne lata przyniosły rozwiązania informatyczne związane ze środowiskiem OPEN SOURCE, kreującym nowe możliwości w powstających językach programowania i narzędziach informatycznych. Ewolucja formatu VRML doprowadziła do powstania „silnika” opartego na formacie x3D (ang. eXtensible 3D), obejmującego mechanizmy generowania grafiki 3D w języku znaczników. W mechanizmie x3D operacje geometryczne przeprowadzane są na wielobokach m. in. na trójkątach. Zastosowano również hierarchiczną transformację obiektów, oświetlenie, mapowanie, wieloprzebiegowe teksturowanie, programowalne cieniowanie pikseli i wierzchołków oraz sprzętową akcelerację. Standard x3D jest pomyślany jako wszechstronny format do prezentacji interaktywnych scen, oprócz grafiki umożliwia operowanie dwuwymiarowymi wektorowymi obrazami oraz tekstem. Możliwe jest określenie animacji obiektów i scen m. in. tzw. morfing. Interaktywność zapewniona jest dzięki obsłudze podnoszenia oraz przeciągania za pomocą myszki. Zaimplementowano w x3D nawigacje – detekcje kolizji, zbliżania się użytkownika do obiektów oraz wykrywanie ich widzialności. Zagłębienie się w wirtualny świat możliwe jest również dzięki obsłudze przestrzennego dźwięku. Od strony technicznej, x3D pozwala na wykorzystanie skryptów do dynamicznej zmiany generowanego otoczenia. Sceny są lub mogą być komponowane z obiektów dostępnych w Internecie, można również się między nimi poruszać, analogicznie jak po stronach www, z wykorzystaniem mechanizmu hiperłączy. Użytkownicy mogą tworzyć obiekty, rozszerzające możliwości przeglądarek obsługujących podstawy standardu. Daje to praktycznie nieograniczone możliwości urozmaiconej prezentacji trójwymiarowych modeli struktur geologicznych. Warstwą zarządzająca elementami przeglądarki jest CMS (ang. Content Managment System) – Drupal. Wraz z rozwojem aplikacji internetowej zespół PIG-PIB postanowił, aby na bazie przeglądarki Geo3D, opracowanej na Uniwersytecie Śląskim i służącej do wizualizacji wgłębnych struktur geologicznych, stworzyć nową, która zostanie wyposażona w znacznie prostszy i bardziej intuicyjny interfejs. Podstawowym celem utworzonej aplikacji jest prezentacja modeli w formie trójwymiarowych blokdiagramów, przekroi, profili geologicznych oraz wirtualnych otworów wiertniczych w obszarze badanych struktur wgłębnych. Dodatkowo dostarczony program pozwala przeglądać inne, własne modele poprzez import obiektów w formatach VRML, .ts oraz x3d (pliki z programów modelowania np. GoCAD, Petrel i in. ). Program przewidziany został do wizualizacji brył 3D, składających się z trójkątów będących podstawowymi elementami budowy obiektu. Główne okno programu zawiera tylko elementy niezbędne do zapoznania się z wynikami modelowania. Poza oknem dialogowym i listą wyświetlanych obiektów aplikacja posiada też narzędzia do zmiany skali pionowej, tworzenia map ścięcia wg współrzędnych xyz oraz tworzenia wirtualnych otworów czy przekrojów. Budowa przeglądarek 3D jest procesem wieloetapowym i bardzo złożonym. Każdy kolejny realizowany przez PIG-PIB model 3D struktur geologicznych dostarcza nowych danych, które stanowią podstawę do dalszego rozwoju obu przeglądarek. Opisane tu programy są udostępnione na stronie PIG-PIB wraz z modelami struktur. W 2018 roku opublikowane zostaną również pierwsze modele 3D wysadów solnych, opracowane z użyciem w nowej technologii. Abstract A major problem for project developers is an interactive visualization of 3D geological models that is no costly for end users. Therefore, it may be a priority to provide more solutions that allow quick access to information and look through the model of geological structures. The Polish Geological Institute - National Research Institute (PGI-NRI), as the other Geological Surveys preparing geological models, has developed its own tool on the basis of experience related to 3D geological technologies, including models of salt domes. PGI-NRI has a 15-year experience in 3D modeling. Initially, it was used the VRML (Virtual Reality Modeling Language) standard, which allows to save three-dimensional geological structures in a compressed format that can be easily viewed in a web browser. The process of making models available through the browser is complex. After the construction of the spatial model, topography of high resolution surfaces is generalized - upscaling is done by the applications used to develop the model, e.g. Paradigm GOCAD / SKUA, Petrel. Simplifying the model it is important to faithfully maintain the topographic features. This applies to all model elements, both stratigraphic and structural ones. The next few years brought a new IT tools and programming languages based on the Open Source. Based on the VRML format has been created an x3D (eXtensible 3D) markup language which includes the 3D graphics. Geometric operations in the x3D are carried out on polygons. There is also a hierarchical transformation of objects, lighting, mapping, multipass texturing, programmable pixel shading and vertices, and hardware acceleration. The x3D is designed as a versatile format for presenting scenes, in addition to graphics it allowed to support 2D vector images and a text. It is possible to define animations of objects and scenes, among others thanks to morphing. Interactivity is ensured by lifting and dragging with the mouse. There are navigations implemented in x3D – walking, flying, collision detection, objects zooming and visibility detection. Better perception of the virtual world is also possible thanks to the support of surround sound. Technically, x3D allows scripting to dynamically change the generated environment. Scenes are or may be composed with objects that are accessible throughout the Internet, and users can move between them as on web pages, using hyperlinks. Users can create features that extend the capabilities of browsers that support the standard principles. That offers unlimited possibilities for a varied presentation of 3D models of geological structures. The management layer of the browser will be CMS (Concord Management System) - Drupal. Based on the Geo3D browser, which is dedicated for visualization of deep geological structures developed at the University of Silesia, the PIG-PIB team decided to create a new one, being simpler with a more intuitive interface. The main purpose of the created application is to present models as a 3D block diagrams, cross sections, geological profiles and virtual drillings in the investigated deep structures area. In addition, the program allows to view other models by importing objects in VRML, .ts, and x3D formats (files generated by modeling programs such as GoCAD, Petrel and others). The program is designed to visualize 3D solids consisting of triangles, which are the basic elements of the object structure. The main window of the program contains only the elements needed to familiarize with the modeling results. Except the dialog window and the list of displayed objects there are also tools for changing the vertical scale, creating the xyz coordinate cutting maps, generating virtual boreholes and cross sections. Building 3D browsers is a very complex multi-step process. Each model of 3D geological structure prepared by PIG-PIB provides new data that are the basis for further development of both browsers. Both described applications and the finished geological models are available on the PIG-PIB website. In 2018 will be also publish the first 3D models of salt domes applied the new technology.
Projekty:
„Monitoring geodynamiczny w zakresie interferometrii satelitarnej pasa wysadów solnych w
Polsce oraz próba okreœlenia ruchliwoœci soli w czwartorzêdzie z wykorzystaniem tomografi
elektrooporowej i technik modelowania 3D”
"Trójwymiarowy, cyfrowy model pokrywy osadowej bloku Gorzowa”
Co w wysadzie solnym piszczy
czyli narzêdzia do przegl¹dania modeli geologicznych 3D
Urszula Stêpieñ,
urszula.stepien@pgi.gov.pl, j
Jacek Che³miñski, Grzegorz Czapowski, Zbigniew Ma³olepszy, £ukasz Nowacki
acek.chelminski@pgi.gov.pl, grzegorz.czapowski@pgi.gov.pl, zbigniew.malolepszy@pgi.gov.pl, lukasz.nowacki@pgi.gov.pl
Pañstwowy Instytut Geologiczny
Pañstwowy Instytut Badawczy
ul. Rakowiecka 4, 00 - 975 Warszawa
tel. 22 45 92 000, fax 22 45 92 001
sekretariat@pgi.gov.pl
Interaktywna wizualizacja modeli geologicznych 3D od lat stanowi podstawowy problem dla realizatorów projektów, którzy
chc¹ udostêpniaæ wyniki prac nie nara¿aj¹c odbiorców na wysokie koszty zwi¹zane z posiadaniem specjalistycznych
programów. W zwi¹zku z tym priorytetem sta³y siê rozwi¹zania ogólnodostêpne, które umo¿liwiaj¹ u¿ytkownikom wstêpne
zapoznanie siê z wg³êbn¹ budow¹ geologiczn¹ badanego obszaru. Pañstwowy Instytut Geologiczny - Pañstwowy Instytut
Badawczy, tak jak wiêkszoœæ s³u¿b geologicznych zajmuj¹cych siê modelowaniem geologicznym, opracowa³ na bazie
dotychczasowych doœwiadczeñ w³asne narzêdzia s³u¿¹ce do prezentacji modeli 3D struktur geologicznych, w tym tak¿e modeli
wysadów solnych.
15-letnie doœwiadczenia zwi¹zane z tworzeniem modeli 3D pozwoli³y na etapowe (drog¹ eliminacji) uzyskiwanie
zadowalaj¹cych wyników zwi¹zanych z wizualizacj¹ gotowych modeli geologicznych dla szerokiego spektrum u¿ytkowników.
Pocz¹tkowo zdecydowano siê wykorzystaæ standard VRML (ang. Virtual Reality Modelling Language), pozwalaj¹cy na zapisanie
trójwymiarowych elementów struktury geologicznej w formacie skompresowanym w takim stopniu, by mo¿liwe by³o jego
niezak³ócone przegl¹danie z poziomu przegl¹darki internetowej. Proces udostêpnia modeli przez przegl¹darkê jest procesem
wieloetapowym i z³o¿onym.
Po zakoñczeniu konstrukcji modelu przestrzennego,
charakteryzuj¹ca siê wysok¹ rozdzielczoœci¹ topografia
poszczególnych powierzchni poddawana jest procesom
generalizacji (ang. upscalling) z poziomu aplikacji np.
Paradigm GOCAD/SKUA czy Petrel, wykorzystywanej do
opracowania modelu. Upraszczaj¹c model wa¿ne jest, aby
wyjœciowa powierzchnia w miarê wiernie zachowywa³a
kluczowe elementy topograficzne. Dotyczy to wszystkich
elementów modelu, zarówno powierzchni horyzontów
stratygraficznych, jak i uskoków.
Kolejne lata przynios³y rozwi¹zania informatyczne zwi¹zane ze œrodowiskiem Open
Source, kreuj¹cym nowe mo¿liwoœci w powstaj¹cych jêzykach programowania i
narzêdziach informatycznych. Ewolucja formatu VRML doprowadzi³a do powstania
„silnika” opartego na formacie x3D (ang. eXtensible 3D), obejmuj¹cego mechanizmy
generowania grafiki 3D w jêzyku znaczników.
W mechanizmie x3D operacje geometryczne przeprowadzane s¹ na wielobokach m. in.
na trójk¹tach. Zastosowano równie¿ hierarchiczn¹ transformacjê obiektów, oœwietlenie,
mapowanie, wieloprzebiegowe teksturowanie, programowalne cieniowanie pikseli i
wierzcho³ków oraz sprzêtow¹ akceleracjê.
Standard x3D jest pomyœlany jako wszechstronny format do prezentacji interaktywnych
scen, oprócz grafiki umo¿liwia operowanie dwuwymiarowymi wektorowymi obrazami
oraz tekstem. Mo¿liwe jest okreœlenie animacji obiektów i scen m. in. tzw. morfing.
Interaktywnoœæ zapewniona jest dziêki obs³udze podnoszenia oraz przeci¹gania za
pomoc¹ myszki. Zaimplementowano w x3D nawigacje – detekcje kolizji, zbli¿ania siê
u¿ytkownika do obiektów oraz wykrywanie ich widzialnoœci. Zag³êbienie siê w wirtualny
œwiat mo¿liwe jest równie¿ dziêki obs³udze przestrzennego dŸwiêku.
Od strony technicznej, x3D pozwala na wykorzystanie skryptów do dynamicznej zmiany generowanego
otoczenia. Sceny s¹ lub mog¹ byæ komponowane z obiektów dostêpnych w Internecie, mo¿na równie¿ siê
miêdzy nimi poruszaæ, analogicznie jak po stronach www, z wykorzystaniem mechanizmu hiper³¹czy.
U¿ytkownicy mog¹ tworzyæ obiekty, rozszerzaj¹ce mo¿liwoœci przegl¹darek obs³uguj¹cych podstawy
standardu. Daje to praktycznie nieograniczone mo¿liwoœci urozmaiconej prezentacji trójwymiarowych
modeli struktur geologicznych. Warstw¹ zarz¹dzaj¹ca elementami przegl¹darki jest CMS (ang. Content
Managment System) – Drupal.
Wraz z rozwojem aplikacji internetowej zespó³ PIG-PIB postanowi³, aby na bazie
przegl¹darki Geo3D, opracowanej na Uniwersytecie Œl¹skim i s³u¿¹cej do wizualizacji
wg³êbnych struktur geologicznych, stworzyæ now¹, która zostanie wyposa¿ona w
znacznie prostszy i bardziej intuicyjny interfejs. Podstawowym celem utworzonej
aplikacji jest prezentacja modeli w formie trójwymiarowych blokdiagramów, przekroi,
profili geologicznych oraz wirtualnych otworów wiertniczych w obszarze badanych
struktur wg³êbnych. Dodatkowo dostarczony program pozwala przegl¹daæ inne, w³asne
modele poprzez import obiektów w formatach VRML, .ts oraz x3d (pliki z programów
modelowania np. GoCAD, Petrel i in. ). Program przewidziany zosta³ do wizualizacji bry³
3D, sk³adaj¹cych siê z trójk¹tów bêd¹cych podstawowymi elementami budowy obiektu.
G³ówne okno programu zawiera tylko elementy niezbêdne do zapoznania siê z
wynikami modelowania. Poza oknem dialogowym i list¹ wyœwietlanych obiektów
aplikacja posiada te¿ narzêdzia do zmiany skali pionowej, tworzenia map œciêcia wg
wspó³rzêdnych xyz oraz tworzenia wirtualnych otworów czy przekrojów.
Budowa przegl¹darek 3D jest procesem wieloetapowym i bardzo z³o¿onym. Ka¿dy kolejny realizowany
przez PIG-PIB model 3D struktur geologicznych dostarcza nowych danych, które stanowi¹ podstawê do
dalszego rozwoju obu przegl¹darek. Opisane tu programy s¹ udostêpnione na stronie PIG-PIB wraz z
modelami struktur. W 2018 roku opublikowane zostan¹ równie¿ pierwsze modele 3D wysadów solnych,
opracowane z u¿yciem w nowej technologii.
Widok uproszczonego modelu wysadu solnego £aniêta w przegl¹darce GEO3D
Widok modelu wysadu solnego £aniêta w programie SKUA/GOCAD
Model geologiczny Kana³u Augustowskiego (2009)
Adobe Acrobat (z lewej) i Cortona3D (z prawej)
umo¿liwiaj¹ce obrót bry³y i zaznaczanie/ wyœwietlanie warstw
Wizualizacja elementów infrastruktury i niektórych cia³ solnych
na poziomie kopalnianym 600 m w kopalni K³odawa; czerwone kropki
- zarejestrowane zjawiska wodne, poziome czarne linie
- chodniki i szyby transportowe, kolor br¹zowy - komory eksploatacyjne,
zasiêg wydzieleñ starszej (Na2 - kolor ¿ó³ty)
najm³odszej (Na4 - kolor zielony) soli kamienne (2007)
- przegl¹d w aplikacji ParaView (Open Source)
Widok modelu wysadu solnego £aniêta w przegl¹darce Geo3D
- profil wirtualnego wiercenia
- przekrój przez wysad wzd³u¿ wskazanej linii
Widok modelu geologicznego Wêdrzyna (fragment bloku Gorzowa)
w przegl¹darce internetowej modeli 3D
Prezentacja funkcji:
- podnoszenia warstw,
- generowania profili geologicznych wierceñ wirtualnych
- generowania przekrojów wzd³u¿ zadanych linii
Wizualizacja w przegl¹darce internetowej:
- technologia VRML (Virtual Reality Modeling Language),
- na bazie przegl¹darki Cortona3D
Przegl¹darka GIS wyników projektu
“Przestrzenny model wg³êbnej budowy
geologicznej Polski od 500 m p.p.m. do 6000 m p.p.m.
— opracowanie numeryczne” (2005)
z widocznymi wysadami solnymi centralnej Polski
Przewidywany rozwój przeglàdarek w PIG-PIB zmierza w
kierunku peùnego wizualizowania przestrzeni
geologicznej, zarówno geometrii struktur geologicznych
jaki parametrów petrofizycznych i zbiornikowych.
Obecnie wizualizowane struktury geologiczne sà
prezentowane jaku puste bryùy. Dysponujemy
informacjami o ich wewnætrznych parametrach i
niebawem bædziemy w stanie je prezentowaã.
ResearchGate has not been able to resolve any citations for this publication.
ResearchGate has not been able to resolve any references for this publication.