3D Surfer用户使用手册.docx

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3DSurfer用户使用手册

3DSurfer用户使用手册

简介

三维数据成像软件3DSurfer主要用于地质、工程、科学计算等三维数据体的三维可视化成像显示。

它支持两种成像方式：

体成像和等值面成像。

利用3DSurfer可以将数据在三维空间进行三维可视化显示，并且具有图形旋转、图形放缩、三维虚拟漫游、分层显示、图形切割、制作切片交互等功能。

3DSurfer2.0支持Surfer切片图、高程模型图、曲折剖面、透明图层、叠加地形、贴图等功能。

3DSurfer采用类似Surfer的操作方式，兼容Surfer定义的文本数据格式和GRD数据格式。

支持规则数据和散乱数据的三维插值，与Surfer软件定义的色标等级文件兼容，支持*.lvl和*.clr的颜色等级文件，支持*.dat*.txt*.grd等数据格式。

支持三维图像的输出转换，可以将三维图形转换为虚拟现实数据文件VRML数据格式、JPG、BMP等图形格式输出。

1．原始数据读入

1．1数据文件格式：

3DSurfer支持Surfer定义的数据文件格式，可以载入txt，dat等格式的数据文件，数据文件格式要求：

数据按行排列，每一列表示三维空间的坐标P（x，y，z）或者是坐标点处的值f（x,y,z），分隔符号可以是空格、TAB键、逗号，#|!

等字符。

在数据文件中还可以采用“//”进行注释。

第一行还可以定义列的标题。

一个典型的数据文件格式如下

 水平坐标（x）垂直坐标（y）水平坐标（z）电阻率值

        5              5           2.5              55.0

        10             5           2.5              58.0

        15             5           2.5              70.0

//备注：

xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

…

1．2打开数据文件

有三种方式可以读入数据文件

（1）使用“数据”菜单，选择“读入原始数据”

（2）从工具条上点按钮

（3）使用菜单“文件”，选择“打开文件”，在打开文件对话框中选择三维数据文件（*.dat或者*.txt）,3DSurfer格式文件的后缀名自动打开。

1．3数据读入

3DSurfer格式文件的格式和文件大小自动将三维点数据读入内存，读数据过程中将有一个进度提示，读数据时间将视数据大小不同，一般0.1秒到60秒。

2．三维数据插值

三维数据读入完成后，出现数据组织对话框，如下图。

2．1成像列选择

左上是数据选择，可以选择相应列的数据对应于3DSurfer的坐标系。

3DSurfer默认坐标系统是x，z是平面方向，y为纵向坐标，坐标系遵守右手法则（见下图）。

2．2三维插值

在数据插值中显示了原始数据的信息，最小值（Minimum）、最大值（Maximum）、插值间距（Spacing）、插值点数（LineNo）。

缺省的插值点数是原始数据点中的节点数（如果原始数据中有重复点，前面的点将被后面的点取代）。

网格化（插值点）数：

在LineNo里填入要插值（网格化）的点数，该参数将影响图形的精度，网格点数越多，成像精度越高，但内存分配就越大。

插值一次性内存分配大小=XNum*YNum*ZNum*4Bytes。

根据成像的要求和计算机内存的大小合理选择该参数。

插值方法：

3DSurfer提供了几种三维网格化插值方法，可以根据不同的数据体选择不同的方法。

（1）近点线性插值

该方法根据近点原理，在插值点附近三个方向上进行线性插值，该方法简单，计算速度快，适用于原始数据是规则网格数据。

如果数据是散乱数据则不适用于该方法。

（2）近点Cube插值

该方法原理同近点线性插值，在插值点附近采用立体网格搜索方法，对插值点附近节点进行搜索，然后采用近点插值方式对网格点进行插值计算。

该方法计算速度快，可以适应散乱数据。

（3）局部距离加权插值

该方法针对散乱数据，按距离加权的方式，采用在局部分块计算的方式，计算速度较快。

（4）距离加权插值

该方法是针对散乱数据的，采用全局方式，所有原始数据点都参与计算，计算速度较慢。

（5）径向基函数插值

该方法是针对散乱数据的，是一种全局插值方法，能够比较好地适应散乱数据，插值效果教好，计算速度比较慢，内存开销较大，内存耗费的大小与原始数据插值点的平方成正比。

一般来说当原始数据点在10000以下，可以采用径向基函数插值。

2．3数据的三维网格化

设置好插值点数（LineNo），选定插值方法后，点输出“GRD文件”将进行插值计算，然后生成相应的GRD网格化数据文件。

网格化数据文件格式基本同3DSurfer定义的格式，在Surfer格式的基础上增加了一列Z。

3．三维数据体成像

三维数据点在三维空间中表达成一个小长方体，长宽高的大小与数据体的三个方向的大小和比例有关。

一幅三维图形被表达成一系列的小长方体，小方体的颜色就是该点的值。

3DSurfer里有两种情况下可以生成体成像，一是原始数据体成像。

二是GRD文件体成像。

原始数据体成像直接利用原始数据点（可能是规则点或者是散乱数据点）和预定义色标值显示在三维空间中的原始数据点。

该显示方法成像速度最快，可以对三维数据起到预览的作用。

但是该成像不具有切割、分层显示、输出三维实体（VRML等格式）、制作切片等功能。

三维网格化数据的体成像。

三维网格化数据是原始数据经过插值和网格化后生成的规则数据，利用它可以生成体成像图，具有图形切割、分层显示、切片制作、粘贴点位、输出为VRML实体图等功能。

从“数据”菜单里选“读入网格化数据”或者从工具条中点按钮

或者从文件对话框中打开*.GRD文件，将自动读入GRD网格化数据。

在打开后的对话框中选择“体成像”。

4．三维数据等值面成像

三维等值面：

是三维空间中的一个曲面，该面上的点具有相同的值，表示为相同的颜色。

三维数据体是由三维空间中的一系列的实体点组成，三维等值面是由这些点组成的三维边界。

三维等值面采用MarchingCubes方法，对整个三维网格进行搜索并构造等值面。

该方法成像曲面较体成像平滑、分层明显、不构造实体内部点、显示速度较快，但是生成等值面时间较长。

从“数据”菜单里选“读入网格化数据”或者从工具条中点按钮

或者从文件对话框中打开*.GRD文件，将自动读入GRD网格化数据。

在打开后的对话框中选择“等值面成像”。

5．色标制作

读入网格化数据文件后，3DSurfer载入缺省的色标，在图形控制对话框中可以根据需要自定义色标。

每一个数据值区间对应着一种颜色，颜色采用RGB色彩方式，在颜色区鼠标双击将出现颜色选择对话框，可以选择不同的颜色替换当前色。

在表格中改变任一列的值将引起相应色标的改变。

Add按钮：

在当前位置（光标位置）插入一行，同时将该行的值设为前后两行的平均值。

Delete按钮：

删除该行的值

值平均按钮：

将所有的数据值按照行数进行平均分配。

Load按钮：

装载预先定义的色标文件，*.lvl*.clr

Save按钮：

保存当前的色标定义到文件*.clr中

6．三维图形切割

3DSurfer采用长方体切割，切割体由一个x,y,z方向的一定大小的长方体定义。

图形切割后将重新计算，显示切割后的图形。

切割体设置,在面版右上方切割体设置中，x1,x2,y1,y2,z1,z2，分别代表切割体三个方向的值。

鼠标单击相应的选项，然后拖动下方的滚动条，可以将值设置到需要位置。

点击“显示切割模型”按钮将在绘图区以轮廓图的形式动态显示切割体的位置（如下图紫色部分）。

操作移动键可以移动该切割体并动态显示。

切割体移动到合适位置后，点“切割”按钮将开始切割，切割完成后点“结束切割显示”将显示切割后的三维图形。

7．切片制作

在三维网格化图形后，点工具栏上的制作切片按钮

在右下方将出现切片制作对话框，此时将关闭所有图层的显示而只显示切片。

再次点此按钮将重新显示图层。

7．1切片的方向

切片根据垂直与x,y,z三个方向不同，将切片分为三类，分别代表垂直于三个坐标轴。

7．2增加切片

切片分三个方向（分别垂直于X，Y，Z轴），点击相应的标签页分别添加。

用鼠标拖动滚动条，到指定位置（可以从0~到最大的切片数）

按“添加”按钮，将增加一个切片到列表中，同时在屏幕绘图区中绘制出切片。

重复以上步骤，可以设置多个切片。

7．3删除切片

在切片列表框中显示了切片所在的位置，用鼠标单击相应的切片，切片被选中（切片变成紫色），然后点右边的“删除”按钮，该切片将被删除。

7．4旋转切片

（1）参数旋转

选中切片后，在旋转角度中填入要旋转的角度（旋转轴为切片的中心线，旋转方向顺时针为正，逆时针为负），然后点“旋转”按钮，切片将被旋转到指定位置。

（2）鼠标旋转

选中切片后，单击工具条上切片旋转按钮

，按钮显示被压下，这时候按住鼠标左键盘往左右拖动，松开鼠标后，切片将被旋转，旋转的角度与鼠标拖动的距离成正比。

最大不超过正负90度。

再次单击上切片旋转按钮

，按钮被弹起，结束切片旋转状态。

7．5结束切片制作

切片布置好后再次点工具栏上的制作切片按钮，该按钮被弹起，结束切片制作。

屏幕刷新后将显示切片和图形。

注意：

如果看不到切片，说明切片被当前图形的图层所遮盖，关掉一部分图层后可以看到切片。

8．三维标注

标注是在图上加上一些点位符号和文字标注。

标注是通过标注文件完成。

8．1标注文件

标注文件与原始数据文件一样，是文本文件，格式与原始数据文件相同，但是可以包含一列（或者几列）标注文字，格式如下

 水平坐标（x）  测线方向（z）  深度方向（y）  点位

        5              5           2.5              1号点#

        10             5           2.5              2号点#

        15             5           2.5              3号点#

//备注：

xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

…

其中x,y,z是点位坐标，表示符号要显示的位置，至少需要2列以上，如果缺少一列，则自动粘贴到数据体一恻的表面。

点位是符号，可以是数字也可以是说明文字。

8．2打开标注文件

点工具栏上标注按钮

，打开标注文件，

在x,y,z,text列表中选择对应的列，右边显示列信息，postx,y,z的范围要在x,y,z范围之内，否则无法正确标注。

如果列选择None，则自动标注到该面测面上。

标注时至少需要两列数据。

标注符号为十字符号，可以为符号指定大小和颜色。

Text列缺省选择为None，表示不标注文字。

如果选择了Text列，则将用该列数据值以文字方式显示在符号旁边。

如果该列全为数字形式，则还可以指定该列数字显示的小数点位数。

文字可以指定文字颜色和文字大小比例（相对比例）。

间隔数表示标注中可以不用连续标注，可以每隔多少个符号标注一次。

标注参数设置好后，按“确定”按钮将在三维图形中输出标注。

8．3删除标注

带标注的图形，如果点标注按钮，将显示当前标注信息，如果点“删除”按钮，将取消该图形的标注。

9．图形输入/输出

9．1图形输入

支持*.G3D图形输入，*.g3d图形是3DSurfer保存的图形格式，图形中带有色标信息和图层信息。

可以直接打开该类图形直接显示。

JPG和BMP位图：

3DSurfer可以打开JPG或者BMP位图直接显示。

9．2图形输出

3DSurfer支持*.g3d,*.jpg,*.bmp,*.wrl等格式的图形输出。

（1）*.g3d格式输出：

g3d是3DSurfer保存的图形格式，GRD文件成像可以输出为g3d格式，该格式保留了图形信息和色标信息。

可以直接被3DSurfer打开并显示。

（2）JPG、BMP图形：

3DSurfer可以直接将当前图形输出为图片格式。

（3）VRML图形：

VRML是虚拟现实语言，它定义的图形和虚拟场景可以用InternetExplorer浏览器打开并浏览显示。

3DSurfer可以把体成像图和等值面图输出为VRML格式图形，方便其他的图形软件调用，做进一步处理。

10．显示设置

显示设置定义了3DSurfer的三维体的视见参数，包括：

显示比例、刻度、字体、颜色、方向指示、透明设置等。

10．1常规设置

（1）字体比例和颜色：

表示显示刻度字体颜色和相对比例。

（2）x,y,z比例：

三个方向的显示比例

（3）显示矩形框：

显示三维数据体的轮廓矩形框

（4）显示色标值：

显示图层的颜色值，当值字符比较长影响可视效果时可以去掉值的显示。

（5）显示方向指针：

当图形旋转过程中，在右下角显示一个方向指示针。

显示刻度及参数设置

（6）透明色：

Alpha色彩融合开关，打开此开关将支持三维图层的透明显示，透明度设置从0（不透明）到100％（全透明，不可见）。

10．2坐标及刻度设置

坐标刻度是设置X轴、Y轴、Z轴三个方向上12条棱边上的刻度的显示方式，包括以下内容：

刻度数目：

每条棱边上总共刻度数目。

标注间隔：

刻度标注的间隔。

首尾刻度：

是否显示首刻度和尾刻度

X轴坐标刻度对应如下图所示

Y轴坐标刻度对应如下图所示

Z轴坐标刻度对应如下图所示

10．3地层分层显示

在三维网格化图形显示中，3DSurfer根据色标定义了一系列的图形分层（用颜色和数据值标志），在屏幕右下角的图层设置面板定义如下图所示。

每个图层的复选框定义了三种状态，0不选择，1选择，2灰色，分别表示不显示，显示，透明显示。

用鼠标点击复选框（或者借助“全部选择”和“取消全部”按钮）设置好图层的显示状态，然后点“更新显示”，使图层显示设置生效。

下图是全部显示和只显示指定图层的显示结果图。

注意：

如果选择显示全部图层，则当前显示的图形是经过处理后的三维图形表面，这样加快了显示速度。

10．4图层透明显示

如果要显示覆盖图层下的图层，则可以将覆盖图层设置为透明显示。

如果在图层设置面板中设置图层显示复选框按钮为灰色状态（如下图），则该图层支持透明显示。

要使透明显示生效，需要打开Alpha色彩融合开关（透明显示开关）和设置透明度，参见常规设置，图层透明设置后的对比图如下图所示。

11．数据处理

3DSurfer支持异常提取（边缘检测）、滤波、相干处理等功能。

（1）异常提取：

三维数据体异常检测：

在三维图形显示中点异常检测按钮

将开始计算三维数据体的边缘异常部分，计算完成后将重新生成三维图形。

如果想恢复原始图形，点按钮

将恢复到异常提取前的图形。

下图是异常提取前和提取后的图形对比。

原始图形异常检测后图形

切片的异常提取：

在制作和浏览切片状态时可以针对切片进行异常提取。

首先在切片列表中选中切片，然后点工具栏上的异常检测按钮。

异常检测后和检测前的对比图如下。

原始切片异常检测后切片

（2）滤波

可以针对三维数据体选择两种方式的滤波，空间滤波和二维滤波。

在显示三维体图形时点击工具栏上的滤波按钮

，可以进行空间滤波。

在切片显示状态，点击工具栏上的滤波按钮将针对切片进行二维滤波。

空间滤波前图形空间滤波后图形

二维切片滤波前图形二维切片滤波后图形

（3）相干：

相干处理只针对三维数据体。

三维数据体技术主要是根据信号的相干性分析的原理，计算相邻测点不同频率下信号的相干性。

在三维图形显示状态点击工具栏上的相干按钮

即可进行相干计算，计算后显示相干结果图形。

点恢复按钮将还原到相干前的状态。

数据相干前图形数据相干后图形

12.叠加地形

3DSurfer可以再现有的三维图形上叠加地形剖面，地形高程数据被叠加到每个地层节点上过后，并可以显示地表的起伏变化和色彩。

读入网格化地层数据文件后（体成像方式），选择叠加地形图标

，载入地形数据文件。

地形数据文件要求：

（1）SurferGrid网格化文件

（2）数据值范围与地层表面数据值范围一致.

地层缺省表面范围为minx~maxxminz~maxz

SurferGRID网格文件minx~maxxminy~maxy

（3）地层表面网格与SurferGrid网格大小一致。

载入地形数据后，自动将地形叠加到当前地层数据上,如图12所示。

图12－1a是叠加地形后的地层起伏图，12-1b是加上贴图后的地层起伏图（参见导入图形－图元管理）。

图12-1a叠加地形后地层起伏图图12-1b加上贴图后的地层起伏图

注意：

当右边的图层设置面板中所有图层处于选中状态时，为了加快图形显示速度，显示的地层经过特殊处理的表面图形（三维地层外表面）。

地形的调整使用图元调整功能。

13．导入图形

导入图形是在三维场景中要增加新的图元，图元包括：

◆◆        SurferGRID切片

◆◆        SurferGRID曲面

◆◆        地形曲面

◆◆        3DSurfer三维图形

13．1导入SurferGRID切片

选择按钮

，读入Surfer三维网格化文件（*.grd，3DSurfer支持Surfer6.0和Surfer7.0网格化文件格式），3DSurfer将根据当前图形的比例和GRID文件切片大小自动缩放切片到合适大小，如果当前没有正在绘制的图形，则自动采用1的显示比例，初始添加的切片位置居中，以后添加的切片位置依次偏移1个单位，经过比例和位置调整后的图形如图所示（参见图元管理）。

13．2导入SurferGRID曲面

曲面与SurferGRID切片类似，所不同的将第三列数据值作为高程绘制，缺省曲面起伏方向为Y方向。

选择

按钮，读入Surfer三维网格化文件，3DSurfer自动设置比例和绘制曲面，经过比例和位置调整后的图形如图所示（参见图元管理）。

13．3添加3D图元

选择按钮

，读入3DSurfer三维网格化数据，3DSurfer自动设置比例和绘制3D实体图形，经过比例和位置调整后的图形如图所示（参见图元管理），图中两个小物体是添加的3D图元。

13．4载入测井数据

选择按钮

可以读入测井数据与地层数据进行对比。

3DSurfer默认的测井数据格式如下：

Positionx（大地坐标x）z（大地坐标y）y（纵向坐标，井顶界面）

纵向坐标1（深度）电阻率值1

纵向坐标2（深度）电阻率值2

纵向坐标3（深度）电阻率值3

….

例

Position0.10.25-10.0

-10.002.35

-10.504.20

-11.003.30

-11.503.25

…

注：

Position是关键字，表示后面的数据定位井顶界面位置。

大地坐标x和大地坐标y表示井平面位置，纵向坐标y表示井上顶面深度。

如果缺少该字段，则默认井水平位置在图形中心，上顶面深度默认第一行数据表示的深度。

3DSurfer将根据当前图形大小，自动设置测井柱状图的比例和大小。

通过图元管理可以调整测井柱状图的位置和大小。

经过比例和位置调整后的图形如图所示（参见图元管理）。

13．5图元管理

选择按钮

，可以对导入的图形进行调整。

图元调整界面如下。

需要调整的图元包括四种类型的图形：

直切片——从SurferGRID导入的切片

二维曲面——SurferGRID生成的二维曲面

3D实体图——3DSurferGRID生成的三维实体图

3D表面地形——叠加到地层表面的地形曲面

图员调整主要具有以下功能。

（1）删除图元

首先在列表框中选中一个图形，点删除按钮将把该图形删除（不可恢复），删除3D表面地形的同时将自动调整当前地层的起伏，恢复到初始无地形起伏状态。

（2）调整图元色标

每类图元都具有自身的色标显示，图元的显示色彩由色标所定义。

其中二维曲面的色彩由高程数据计算得出，3D表面地形的色彩由地层表面数据计算得出。

点“调整”按钮将打开色标调整对话框（色标调整参见5.色标制作）。

（3）叠加颜色剖面

针对二维曲面，可以在曲面上叠加颜色剖面（其他图元不具有此特性），此操作要求：

叠加剖面为SurferGRID网格化文件，具有与二维曲面数据相同的网格大小。

点“叠加剖面”按钮读入网格化文件，调整色标，将显示出带色彩的二维曲面，此功能可以制作具有测线走向的实测剖面。

（4）图元位置调整

使用箭头移动可以将当前图元移动一个步长单位位置，其中左箭头表示沿X轴负向移动，右箭头X轴正向，上箭头Y轴正向，下箭头Y轴负向，“远”往Z轴负向，“近”往Z轴正向。

调节“▲”、“▼”按钮可以调整移动步长。

在对应的三个坐标轴上填入实际位置，然后点“移动”按钮，当前图元的中心将移动到指定位置，点“中心”按钮，可以将所选图元移动到图形中心。

（5）图元缩放

从列表框中选中一个图元，在缩放框中填入需要缩放的比例（初始比例是根据图元实际大小与当前正在绘制的图形大小的比值），点设置按钮是缩放比例生效。

注意：

如果新添加的图元在图中不可见，可能的原因是由图元比例太小或者太大，超出当前图形可见区域，只要重新设置合适的比例，然后把图元居中显示即可。

（6）图元旋转

从列表框中选中一个图元，在图元旋转框中填入每个轴的旋转角度（以度为单位），然后点“旋转”按钮，当前图元将按照指定角度分别绕着坐标轴旋转。

图元绕坐标轴旋转遵守右手法则，逆时针为正，顺时针为负。

调节“▲”、“▼”按钮可以按一定角度和方向旋转。

（7）图元透明处理

所有图元都支持透明显示，勾选“透明”复选框，然后调节透明度滑动条（0％不透明，100％全透明），点更新按钮将把当前透明设置应用到该图元上。

注：

一个图元的透明设置，不影响其他图元和图层的透明特性。

（8）表面贴图

SurferGRID曲面，表面地形图支持表面贴图功能。

对于贴图文件的要求：

◆◆      图形文件为BMP格式，24位位图（真彩色图形）。

◆◆      图形分辨率大小（像素）必须是：

2n×2n（n>=8），可以是64×64，128×128，256×256，1024×1024，2048×2048，…

要应用贴图，首先勾选“贴图”复选框，然后“载入图形”载入用于贴图的BMP文件，点更新按钮，使贴图应用到当前图元上。

注意：

表面贴图将应用贴图图形的颜色与曲面颜色进行混合产生新的色彩，如果想完全使用贴图代替图元曲面色彩，可以调节图元色标，设置全部色标颜色为白色（RGB分量均为255）即可。