Способ исследования строения многомерных многопараметровых пространственных объектов, представленных многомерными многопараметровыми массивами цифровых данных

 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для изучения физических пространств. В способе используют компьютер с соответствующим программным обеспечением, память для хранения данных, устройство визуализации и канал связи для передачи данных из памяти на устройство визуализации. При исследовании объекта внутри его изображения, представленного в виде совокупности трехмерных сечений, создают смотровые области, визуализируют по одному или множеству параметров ту часть объекта, которая попадает в смотровую область. При анализе изображения выбирают любые три координаты, а остальные фиксируют. Перемещают сечения вдоль выбранных координат, изменяя изображения связанных с ними сечений. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей за счет исследования сложных объектов.

Изобретение носит универсальный характер и может быть использовано во многих отраслях техники, связанных с исследованием физических пространств, когда изучается распределение какого-либо одного или множества параметров по различным направлениям.

Сюда относятся все виды геологической разведки на различные полезные ископаемые, все способы томографического изучения человеческих органов в медицине, средства и способы изучения взаимного расположения и взаимодействия многочисленных деталей и агрегатов при конструировании в машиностроении, все виды дефектоскопии и т.д.

Известен способ получения плоских изображений, фотографий, слоев [1], которые в цифровом виде выводятся на монитор телевизионной системы и могут применяться для исследования трехмерных объектов при использовании компьютерной томографии в медицине. При этом из всего многообразия цифровых данных выделяют какую-то часть и представляют на экране дисплея в виде участка объекта, который можно вращать, создавая иллюзию трехмерности. Информация, получаемая при этом пользователем, неадекватна реальному объекту исследования, что является недостатком способа. Кроме того, преобразования получаемых изображений, предлагаемые авторами, не дают возможности исследовать четырехмерные и, тем более, многомерные пространственные объекты.

Известен способ визуализации трехмерных многопараметровых пространственных объектов, представленных трехмерными многопараметровыми цифровыми массивами данных [2] . В этом способе используют компьютер с соответствующим программным обеспечением, память для хранения цифровых массивов данных, устройство визуализации и канал связи для передачи данных из памяти на устройство визуализации. Получаемое с помощью программного обеспечения трехмерное изображение исследуемого объекта пользователь может рассматривать под разным углом, вращать, расширять или делать плоским, т.е. взаимодействовать с изображением на устройстве визуализации по мере его создания. Недостатком способа является то, что его возможности ограничиваются визуализацией трехмерных объектов и не могут быть использованы для детального изучения строения более сложных многомерных объектов.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по своей технической сущности и достигаемому техническому эффекту является способ исследования пространственных объектов с размерностью до 4-х, представленных многопараметровыми цифровыми массивами данных с размерностью до 4-х [3], принятый нами за прототип.

В этом способе так же, как и в рассмотренном выше способе [2], используют компьютер с соответствующим программным обеспечением, память для хранения цифровых массивов данных с размерностью, равной размерности исследуемых объектов, устройство визуализации в виде экрана дисплея или другого визуализирующего средства и канал связи для передачи данных из памяти на устройство визуализации. Набор средств для взаимодействия пользователя с изображениями, получаемыми на устройстве визуализации, в этом способе существенно расширен по сравнению со способом [2]. В частности, он включает возможность создания в трехмерной системе координат одномерных, двумерных или трехмерных смотровых областей произвольной формы с объемами данных, определяемыми скоростью канала связи и быстродействием компьютера. Смотровые области перемещают по произвольным траекториям с постоянной или переменной скоростью, в том числе придают им возвратно-поступательное или вращательное движение вокруг произвольной оси или точки и визуализируют ту часть данных, которая попадает в смотровую область. Форму смотровой области непрерывно изменяют по заданному закону по мере ее перемещения в изучаемом пространстве, а объем выбирают прямо пропорциональным скорости выноса параметров на устройство визуализации. При исследовании наблюдают изменения визуализируемых данных во времени и сохраняют на устройстве визуализации всю информацию, которая была визуализирована ранее, в том числе, запоминают траекторию движения смотровой области. Кроме того, сопоставляют различные визуализируемые данные и создают несколько смотровых областей с единым ребром, гранью, плоскостью или другой поверхностью, которые могут быть объединены в единую смотровую область на устройстве визуализации.

Указанные средства взаимодействия пользователя с визуализируемыми данными позволяют исследовать строение многопараметровых пространственных объектов с размерностью до 4-х, однако недостаточны для эффективного исследования в динамике более сложных многомерных объектов.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей и эффективности исследования более сложных многомерных многопараметровых пространственных объектов.

Эта цель достигается тем, что в известном способе [3] дополнительно используют механизм связывания сечений исследуемого объекта, визуализируемых в процессе исследования.

В рассматриваемом способе, так же как и в способе [3], используют компьютер с соответствующим программным обеспечением, память для хранения данных с размерностью, равной размерности исследуемых объектов, канал связи для передачи данных из памяти на устройство визуализации, предназначенного для визуализации данных по одному или множеству параметров для получения изображения смотровых областей, в которые попадает часть объекта, представленного упомянутыми данными. При этом в отличие от прототипа [3] применяют "механизм" связывания сечений, для чего изображение многомерного пространственного объекта представляют в виде совокупности связанных трехмерных сечений, для построения каждого из которых выбирают любые три координаты исследуемого объекта, а остальные координаты фиксируют. Каждое из трехмерных сечений может быть исследовано независимо одно от другого при помощи известных средств, например, описанных в прототипе. Далее, из совокупности изображений связанных трехмерных сечений выбирают одно или несколько сечений, внутри которых строят изображения двумерных сечений, для чего фиксируют координату, одну из трех выбранных, одноименную с одной из фиксированных координат во всех остальных или в некоторых трехмерных сечениях, связывая тем самым изображения выбранных трехмерных сечений с изображениями двумерных сечений по одноименной связующей фиксированной координате. Двумерные сечения "активизируют", перемещая их вдоль упомянутых координат, являющихся связующими, изменяя тем самым текущее значение соответствующей фиксированной координаты. При каждом таком перемещении определяют все связанные трехмерные сечения, а также построенные внутри них двумерные, то есть те, для которых данная координата является связующей и фиксированной, и строят их новые, измененные изображения при измененном текущем значении упомянутой связующей фиксированной координаты. При этом наблюдают за изменением изображений всех связанных сечений. В соответствии со стратегией исследования создают изображения требуемых трехмерных сечений, а затем при помощи двумерных сечений устанавливают необходимое число связей, после чего и становится возможным исследовать многомерный пространственный объект, последовательно "активизируя" различные двумерные сечения.

Рассмотрим более подробно "механизм" связывания сечений на примере четырехмерного пространственного объекта.

Пусть имеется четырехмерный пространственный объект (N=4), свойства которого по каждому из параметров изменяются в направлениях X, Y, Z, T.

Представим этот объект в виде совокупности трехмерных сечений. Количество трехмерных сечений, которое может быть построено для N-мерного объекта, равно числу сочетаний из N элементов по 3, то есть в данном случае C₄³=4, или в расшифровке: X, Y, Z при фиксированном T; X, Y, T при фиксированном Z; X, Z, T при фиксированном Y; Y, Z, T при фиксированном X.

Предположим, что для детального исследования выбрано трехмерное сечение X, Y, Z при фиксированном T.

Зафиксировав T во всех остальных трехмерных сечениях, получим в каждом из них двумерное сечение: X, Y при фиксированном T; X, Z при фиксированном T; Y, Z при фиксированном T.

Каждое из этих двумерных сечений можно сделать "активным", перемещая его с помощью "мыши" вдоль связующей координаты T. При этом будет изменяться как содержимое "активного" сечения, так и содержимое связанного с ним по одноименной координате T трехмерного сечения X, Y, Z.

В качестве связующей может быть выбрана не только координата T, но и любая из координат X, Y или Z, что позволяет детально исследовать остальные трехмерные сечения. Манипулируя связующей координатой и "активными" сечениями, получают новые возможности для исследования объектов любой сложности.

Таким образом, в сочетании с известными приемами исследования многопараметровых пространственных объектов со сложным строением использование механизма связывания сечений позволяет существенно расширить функциональные возможности и повысить эффективность исследования.

Способ реализован в виде пакета программ и прошел всестороннее опробование при анализе гидродинамических моделей разработки нефтяных и газовых месторождений.

Источники информации 1. Рентгенотехника, кн. 2-я, справочник под редакцией В.В. Клюева, М., Машиностроение, 1992, стр. 249, 262 - 264.

2. R. Young, N. Milton, H. Turnell, O. Fuglestad. The use of 30 vizualisation in exploration. EAEG - 55th Meeting and Technical Exhibition. - Stavanger, 7-11 June 1993, A050.

3. Кашик А.С., Кивелиди В.Х., Гогоненков Г.И., Тертицкий Л.М. Джапаридзе А. Ю. Заявка на изобретение N95-107964/25, Бюллетень "Изобретения", N 13, 1997.

Формула изобретения

Способ исследования строения многомерных многопараметровых пространственных объектов, представленных многомерными многопараметровыми цифровыми массивами данных, основанный на использовании компьютера с соответствующим программным обеспечением, памяти для хранения данных с размерностью, равной размерности исследуемых объектов, канала связи для передачи данных из памяти на устройство визуализации, предназначенного для визуализации данных по одному или множеству параметров для получения изображения смотровых областей, в которые попадает часть объекта, представленного упомянутыми данными, отличающийся тем, что изображение многомерного пространственного объекта представляют в виде совокупности связанных трехмерных сечений, для построения каждого из которых выбирают любые три координаты исследуемого объекта, остальные координаты фиксируют, из совокупности изображений связанных трехмерных сечений выбирают одно или несколько сечений, внутри которых строят изображения двумерных сечений, для чего фиксируют координату, одну из трех выбранных, одноименную с одной из фиксированных координат во всех остальных или в некоторых трехмерных сечениях для связывания по одноименной связующей фиксированной координате изображения выбранного двумерного сечения с изображениями соответствующих трехмерных и построенных внутри них двумерных сечений, перемещают двумерные сечения вдоль упомянутых координат, являющихся связующими, и наблюдают за изменением изображений двумерных и связанных с ними трехмерных сечений.