Anwendung immersiver Visualisierungssysteme zur Exploration geophysikalischer und geologischer Daten

Abstract

Bei der dreidimensionalen Erkundung des geologischen Untergrundes mit Hilfe von geophysikalischen Methoden stellt sich die Frage, wie möglichst schnell ein Überblick über die Daten gewonnen werden kann. Wenn 3D-Modelle am Bildschirm dargestellt werden, geht in der Regel Information durch die Projektion auf die zweidimensionale Bildebene verloren und die Darstellung kann schnell unübersichtlich werden. Bei der Verwendung von immersiven Visualisierungssystemen wird, mit Hilfe von Stereo-Darstellung und Shutter-Brillen, ein echter dreidimensionaler Eindruck von den Datensätzen vermittelt. Die Abbildung erfolgt hierbei auf großen Projektionsflächen, so daß mehrere Benutzer das Bild gleichzeitig betrachten können. <br /> Für die Produktentwicklung und für Designstudien, z.B. in der Autoindustrie, wird diese Technologie bereits seit längerem eingesetzt. Seit kurzem beginnt auch die Erdölindustrie sie zur Darstellung der komplexen und umfangreichen Reservoir-Datensätze zu verwenden, in der Regel um die Kommunikation innerhalb ihrer multidisziplinären Teams zu fördern. In dieser Arbeit wurde der Schwerpunkt auf weitere Anwendungsbereiche der Geologie und Geophysik gelegt, um zu klären, welche weiteren Möglichkeiten sich, z.B. in der Forschung und Lehre oder in der angewandten Geologie, ergeben können. Da für diese Anwendungsbereiche keine kommerzielle Software zur Verfügung stand, welche in der Lage war, immersive Visualisierungssysteme zu nutzen, wurden verschiedene Software-Prototypen für die Visualisierung von Bohrlochdaten, invertierten geoelektrischen Meßwerten, seismologischen Daten und zur Darstellung von Radargrammen und Reflektionsseismik entwickelt. Zusätzlich bestand die Möglichkeit, geometrische Modelle in die virtuelle Umgebung zu übernehmen.<br /> Mit Hilfe der erstellten Software wurden eine 3D-Georadar-Vermessung, die geophysikalische Vermessung eines hydrogeologischen Versuchsfeldes, seismologische Daten eines hydraulischen Experimentes und das geometrische Modell eines Bergwerkes in virtuellen Umgebungen dargestellt. Der Benutzer kann sich durch das Modell navigieren und unmittelbar im Raum mit den Daten interagieren. Als Visualisierungssysteme kamen die Workbench und die CyberStage, eine CAVE-ähnliche Umgebung, zum Einsatz. Aufbauend auf den hierbei gewonnenen Erfahrungen werden die Vor- und Nachteile der Verwendung von Virtueller Realität und verschiedene mögliche Anwendungsgebiete bei der Interpretation geologischer und geophysikalischer Daten aufgezeigt.

Then applying geophysical methods to investigate the geological subsurface, the question arises of how to obtain a good general view of the data. If 3-D data sets are displayed on a monitor, information is often lost because of the projection onto the 2-D plane, and the image quickly becomes confusing. By using immersive visualization systems and virtual reality, it is possible to get a real three-dimensional impression with help of stereo visualization and shutter glasses. When images are shown on large projection planes, different users can see it simultaneously. <br /> For product development and design studies (e.g. in the automobile industry) such techniques are being applied for a couple of years. More recently, the oil industry uses this technology for the visualization of large and complex reservoir data; most often to enhance the communication within their asset teams. In this work the emphasis is on other branches within geology and geophysics to look for possible further fields of applications, such as research and training or issues in applied geology. For these fields of applications, no commercial software was available which could make use of immersive visualization systems. For this reason, software prototypes were implemented for the visualization of seismological data, well-logging data, inverted geoelectric data and surveys with ground penetrating radar (GPR) as well as 2-D seismics. In addition the possibility to load geometric models into a virtual environment is provided. <br /> With the help of these software prototypes, a 3-D GPR survey, the geophysical investigation of a hydrogeological test site, seismological data from a hydraulic stimulation experiment and the geometric model of a silver mine were visualized within virtual environments. The Workbench and the CyberStage (a CAVE like system) were used as visualization systems. Based on the experiences gained during the implementation and the use of the software-prototypes, the advantages and disadvantages of the new technology and possible fields of applications are outlined.