Avizo用户使用手册-18

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Chapter 18 18 Avizo XPoreNetworkModeling Extension 用户指南

要播放本教程并解锁本章所描述的功能，需要Avizo（Avizo Lite Edition许可证不够用）和Avizo XPoreNetworkModeling扩展。

它允许从一个已标注并已分离的孔隙空间中获取各种不同的统计量。这些统计量包括下列参数的分布：

孔隙体积（Pore volume）
孔隙面积（Pore area）
孔隙等效半径（Pore equivalent radius）
孔隙重心（Pore center of gravity）
孔隙配位数（Pore coordination number，即相连邻居的数量）
孔隙网络模型与原始孔隙空间之间的相交百分比
喉道面积（Throat area）
喉道等效半径（Throat equivalent radius）
喉道通道长度（Throat channel length）
喉道连接（Throat connection，即孔隙1的Id、孔隙2的Id）

该扩展还允许从 Pore Network Node-Link DATA FORMAT 读取孔隙网络代码。

获取统计量的一般工作流程包括以下内容：

从灰度数据创建一个二值的孔隙空间（参见 Segmentation Workroom）
如果需要分析连通孔隙度，可以用 Axis Connectivity 模块移除不连通的孔隙
使用 Separate Objects 模块把孔隙空间分离为一组连通且已标注的孔隙。该扩展提供了一种针对任意孔隙形状优化的模式（即Skeleton - Aggressive）。球形孔隙用默认模式（即Chamfer - conservative）就可以很好地分离。
通过 Generate Pore Network Model 生成一个孔隙网络模型，以提取网络代码。

所生成的 孔隙网络模型（pore network model，PNM） 包含网络代码，并且可以与 Histogram 配合使用来绘制不同参数的分布。要了解该扩展中可用工具的更多信息，请参阅以下链接：

Pore Space Analysis Tutorial
Generate Pore Network Model
Pore Intersection
Pore Network Model Filter
Pore Network Model View
Separate Objects
Pore Network Node-Link

注意：也可以把该模型叠加在原始数据之上进行可视化。图18.1是一个设置示例，展示了叠加在该模型之上的已标注并已分离的孔隙空间，以及灰度数据内部的该模型。

图 18.1：在孔隙空间内显示的PNM。

用 Generate Pore Network Model 生成的PNM的属性，可以选择性地由同一个模块提供。届时Generate Pore Network Model模块还会输出：

材料的绝对渗透率
材料的迂曲度（tortuosity）
通过每一条喉道的流体的每秒流量
用于计算绝对渗透率的总每秒流量

图 18.2：以基于每秒流量的喉道尺度（Throat Scale）显示的PNM。

18.1 孔隙空间分析

下面的教程需要一个Avizo许可证（Avizo Lite Edition许可证不够用）和一个Avizo XPoreNetworkModeling扩展许可证。

本教程描述如何分析和刻画一个孔隙空间。本教程所用的陶瓷数据由Zellwerk GmbH提供。

18.1.1 准备数据

在本节中，我们将准备数据，以分离出陶瓷的孔隙相和固相。

加载文件 data/tutorials/PNM/Sponceram.am，并使用 Volume Rendering 模块显示它。把Colormap端口的max设为 4590，以获得更好的渲染效果（见图18.3和图18.4，其中颜色映射表被配置为隐藏孔隙相）。
使用一个 Auto Thresholding 模块分离出材料的孔隙。把Type端口设为 Auto Threshold Low。它会创建两个输出：Sponceram.info和Sponceram.labels（见图18.5）。

图 18.3：原始数据显示。

图 18.4：Volume Rendering模块配置。

图 18.5：Auto Thresholding模块配置。

在Sponceram.labels上应用一个 Axis Connectivity 模块。在neighborhood端口中选择26体素的邻域（Neighborhood）。这样就只保留样本的连通孔隙度（见图18.6）。

图 18.6：Axis Connectivity模块配置。

使用一个 Volume Fraction 模块计算连通孔隙度与总孔隙度，该模块分别连接到axis connectivity模块的输出（即得到连通孔隙度的量）、或连接到 Auto Thresholding 模块的输出（即得到总孔隙度的量）。本示例报告的连通孔隙度为51%，总孔隙度为54%。
要可视化连通孔隙度与不连通孔隙度的对比：把一个 Subtract Image 模块附加到 Auto Thresholding 模块的输出和 Axis Connectivity 模块的输出上。这会创建一个表示不连通孔隙度（悬空孔隙，floating void）的标签。给这个数据附加一个 Volume Rendering，并使用seismic颜色映射表。这个颜色映射表会把值为0的数据（连通孔隙度）着为蓝色，把值为1的数据（不连通孔隙度）着为红色。把不透明度设为0.2：这样可以更好地可视化固相（见图18.7）。

图 18.7：连通孔隙度与不连通孔隙度对比。

在 Axis Connectivity 模块的输出上应用一个 Separate Objects 模块。把Marker Extent端口的值设为 2，把Output Type端口设为 connected object。在本示例中，由于孔隙大多是球形的，我们保留默认方法（Chamfer - Conservative）（见图18.8）。

图 18.8：Separate Objects模块配置。

通过在前一个输出上创建另一个 Volume Rendering 模块来显示结果（见图18.9和图18.10）。

图 18.9：孔隙数据与原始数据混合。

项目 data/tutorials/PNM/1-PrepareData.hx 允许直接跳到这一步。

18.1.2 生成并分析网络

使用 Generate Pore Network Model 模块生成一个 PNM。把输入设为已分离并已标注的孔隙空间。

你也可以打开 Generate Properties 开关，以生成 绝对渗透率、迂曲度、总每秒流量（用于计算绝对渗透率）以及每条喉道的 每秒流量。最后这一项会被添加到该模块所生成的 PNM 中，而其他各项则可在一个专门的电子表格中获取。

图 18.10：孔隙的Volume Rendering模块配置。

在这个新网络上创建一个 Pore Network Model View，并隐藏链接到已分离数据的 Volume Rendering 模块。现在你可以在原始数据中可视化该网络（见图18.11、图18.12和图18.13）。

图 18.11：Pore Network Model View。

如果你同样有生成 PNM 属性的经验，那么你还可以用基于 FlowRatePerSec 值的Throat Scale来可视化该网络。其目的是提供一个能够突出流体通过材料的”主干道”的视图（见图18.14）。

图 18.12：Pore Network Model View参数。

图 18.13：Pore Network Model View与物质混合。

通过单击任何PNM的 Show，网络代码可以在表格面板中以电子表格的形式显示。PNM电子表格有两个选项卡，一个用于孔隙，一个用于喉道（见图18.15）。
当以一个 Pore Network Model View 显示PNM、同时在表格视图中显示该电子表格时，可以把表格中从Pores表或Throats表所选中的孔隙或喉道高亮显示出来。在表格中通过左键单击一行或若干行来选择孔隙（即左键单击+按住某一行，然后在表格中上下移动而不松开）。相应的孔隙会在3D视图中以红色高亮显示（见图18.16）。

图 18.14：基于总流量的Pore Network Model View。

图 18.15：以电子表格形式显示的PNM代码。

所生成的PNM可以用来绘制孔隙空间的统计量（见图18.17和图18.18）。
可以使用 Distribution Analysis 模块绘制样本的孔隙尺寸分布（即等效半径 vs 某个分箱内的累计孔隙体积）。
- 把一个 Distribution Analysis 模块附加到所生成的PNM上。
- 按图18.19所示设置参数，然后单击 Apply。
- 使用一个 Plot SpreadSheet 模块显示如图18.20所示的分布曲线（见图18.21）。该图表明，孔隙空间的大部分是由大孔隙填充的，但占主导地位的小孔隙的半径在0.15左右。

图 18.16：高亮显示的孔隙。

图 18.17：孔隙体积直方图。

图 18.18：喉道等效半径直方图。

图 18.19：Distribution Analysis。

过滤数据，只保留体积大于0.02的孔隙。在所生成的PNM上创建一个 Pore Network Model Filter 模块，然后在Filter端口中添加 Volume > 0.02。你可以通过改变Pore Network Model View的Data端口、把它设为这个新网络来可视化过滤后的网络（见图18.22和图18.23）。
计算过滤后网络中孔隙的相交百分比。在上一个结果上创建一个 Pore Intersection 模块，并把 Separate Objects 模块的结果连接到Binary Image端口。该模块将输出一份新的孔隙网络代码，其中包含一个表示与真实孔隙空间相交百分比的intersection列（见图18.24和图18.25）。

图 18.20：孔隙尺寸分布。

图 18.21：Plot SpreadSheet。

图 18.22：Pore Network Model Filter模块的参数。

项目 data/tutorials/PNM/2-GeneratePNM.hx 允许重现本教程的所有步骤。

图 18.23：过滤前与过滤后的对比。

图 18.24：Pore Intersection模块的参数。

图 18.25：Pore Intersection电子表格。

注意：更进一步的孔隙空间分析可以用 Sieve Analysis 模块来完成（它允许基于统计量对孔隙进行分类），或者用Avizo XLabSuite扩展来计算材料的实际绝对渗透率。在后者中，Avizo XLabSuite扩展为你提供了一种不同的计算绝对渗透率的方法：它运行一次完整的流体仿真，而 Generate Pore Network Model 模块使用的是数学建模与近似。