基于满二叉树分块策略的大规模数据场纹理映射体绘制算法

针对纹理映射体绘制物理内存空间的限制,本文提出一种可在通用图形硬件上完成大规模数据场实时体绘制的有效方法.该方法基于满二叉树纹理分块策略,利用GPU着色器可编程性,将纹理数据制作为一个一维传递函数查找表和一个规模等同于体数据场的动态纹理工作集,有效提高了大规模数据场体绘制的实时性.动态纹理工作集使用抽象分块与继承关系管...     

高质量的三维纹理硬件体绘制

与光线投射法相比,传统的3D纹理体绘制算法通常难以产生高质量的图像。为了增强渲染图像的真实感与质量,在基于GPU（Graphics Processing Unit）的三维纹理体绘制过程中以交互的速率实现了体阴影效果,并考虑现实图像合成中的可视化感知,提出将基于GPU的高动态范围色调映射技术应用到体绘制得到的结果图片中。最后对一些体数据集进行绘制,实验表明这些技术较好地解决了传统纹理绘制方法的缺点,提高了图像的质量。     

基于GPU图像直接体绘制算法分析与评价

近年来计算机图形硬件性能不断提高,利用硬件来实现体绘制过程中的某些环节以获取交互的绘制速率成为可能,是目前体绘制的研究热点。描述了基于GPU的光线投射法、2D纹理映射法和3D纹理映射法等典型算法,给出了各类算法的分析与性能评价,最后实现相关算法并得出实验结果。     

基于GPU的多分辨率体数据重构和渲染

基于小波变换的多分辨率压缩算法能够获得很高的压缩比,因而被广泛地用于压缩体数据.针对这种压缩策略,研究基于GPU的数据重构的方法,可以只从CPU向GPU传输少量的压缩数据,从而提高数据传输效率.因为好的数据结构是实现基于GPU的重构算法的关键,所以文中提出适合使用矩形纹理表示的数据结构--Nested Tileboard;然后给出基于该数据结构在GPU上实现多分辨率重构的方法,使用Nested Tileboard保存中间数据及重构结果;还提出了基于Nested Tileboard的多分辨率体绘制方法,直接对重构数据进行体绘制,从而实现数据重构和体绘制的无缝连接.     

基于GPU的三维医学图像混合可视化系统

研究并实现了一个基于GPU的医学图像混合可视化系统，该系统采用三维纹理映射的方法实现直接体绘制，利用GPU的可编程特性完成体绘制方法中的插值后分类算法和传输函数的传递及实时修改，采用OpenGL技术实现表面的绘制，并基于场景图结构实现时表面数据的管理。面绘制和体绘制部分都采用OpenGL实现，运用OpenGL的融合机制，系统实现了面绘制和体绘制的混合显示。本系统大大提高了体绘制的速度，有效地保留了面绘制和体绘制的优势，在保证绘制速度的基础上丰富了图像信息。     

基于GPU的交互式体数据切割

为实现实时高效的体数据切割操作,提出一种将人机交互和基于GPU的体绘制相结合的切割方法.先通过人机交互生成多个切割体的几何形状并三角化,将其作为基于GPU的光线投射算法的代理面,然后利用深度剥离算法获得光线在所有代理面上的出入射点坐标,并用多个通道完成体绘制.该方法在单个3D纹理上进行,可以实现多个任意形状的切割体切割,在节省GPU内存空间的同时,提高了切割后的绘制效率.     

逐像素偏移纹理坐标的视差映射改进方法

视差映射技术可以通过沿着视点方向平移纹理坐标来实现纹理图像的真实感绘制,然而不正确的纹理坐标偏移量将导致纹理图像的滑动现象.根据视差映射技术原理,通过定义纹理坐标值与高度值之间的映射函数得到偏移量与当前视点坐标的对应关系;利用GPU技术计算得到正确的纹理坐标偏移量,使得在视点动态变换时纹理图像的绘制不会产生滑动现象.实验结果表明,与传统视差映射方法及现有GPU技术校正纹理坐标偏移量方法相比,在没有增加算法复杂度的前提下,采用文中方法可改善纹理图像真实感绘制的效果.     

体绘制中多维传递函数的交互实现

为提高医学体绘制的精度和实时性,研究了多维传递函数的设计问题,基于体直方图产生多维传递函数.利用GPU的纹理特性,实现了基于GPU的多维传递函数,大大提高了绘制速度.采用划线的交互方式,使最终交互界面直观友好.研究结果表明,基于GPU的体绘制多雏传递函数的实现能够更灵活地挖掘数据的内部信息,更好地区分医学影像中的各种组...     

带材质的GPU加速体绘制算法

在体绘制过程中,为了给物质表面加入材质(光照和纹理)来提高结果的可读性,提出一种带材质的体绘制算法.通过引入2D球面光照贴图,用纹理映射替代了GPU中复杂的光照模型计算;利用物质表面单位法向量索引球面光照贴图中对应点的颜色信息,从而给物体表面赋予各种材质属性;并结合基于3D纹理的GPU光线投射算法完成绘制.实验结果表明,该算法简单易行,在增强可视化效果的同时使得绘制的效率也得到提升.     

纹理映射体绘制技术的医学应用

用Java 3D实现了基于纹理映射的体绘制.在对CT心脏断层图像经过预处理之后,通过软件的方法实现纹理映射,最后再现心脏的三维形体.实验证明,该方法能够实现纹理映射硬件的功能,降低了硬件成本.     

基于K均值聚类的传输函数设计方法

在直接体绘制中,传输函数定义了从体数据属性到光学属性的映射关系,直接决定了体绘制的效果,是体绘制研究的关键技术之一。传统的多维传输函数是基于体数据和梯度体数据进行设计的,本文提出基于K均值聚类的传输函数设计方法,并在此基础上进行气象数据的分类方法研究,实现基于GPU的气象台风数据的直接体绘制。     

应用于传递函数设定的交互式体绘制工具

传递函数是体绘制过程中用以定出体数据与光学特征的对应关系，因此，传递函数的设定对成像质量有着直接的影响，文章提出一应用于传递函数设定、简单且有效的交互式体绘制工具，由于二维纹理硬件在通用的个人计算机上被普遍使用，因而该工具采用基于二维纹理硬件的体绘制方法，利用本工具，用户能根据体数据的直方图来交互地分别设定R、G、B和A四种传递函数，以定出体数据与光学特征的对应关系，并获得实时的反馈视觉信息(绘制结果)，该工具亦提供一虚拟轨迹球让用户交互地改变观察体数据的视点，用户不但可以交互地控制放大或缩小比率来绘制体数据，还可以选择采用光照或由多重纹理实现的三线性插值来获得不同的绘制效果，该文描述开发此工具的各种技术，并给出利用此工具得到的一些绘制结果。     

GPU加速的八叉树体绘制算法

提出一种针对物体空间为序体绘制的空域跳过算法：采用双层次空间跳过,先以规则的数据分块作粗略地跳过,再以八叉树获得更高粒度的优化。该方法进一步解决了超过可用纹理内存容量的大规模体数据实时绘制问题,允许实时改变传递函数。针对该算法引入的CPU高负载瓶颈,提出一种新算法,在图形处理器(GPU)内快速计算采样面片,平衡了CPU与GPU间的运算负载。结合上述两种算法,实现高效的大规模体数据绘制并无损图像质量。     

基于体平滑的体绘制纹理伪边界消除算法

直接体绘制能够清楚的显示三维数据场的内部信息,是科学可视化中非常重要的一类方法。其中,基于二维纹理映射的三维数据直接体绘制方法具有绘制速度快、可交互性强的优点。其基本思路是将三维数据体在时间或深度方向形成一组水平纹理切片,通过这些切片的纹理贴图,实现三维数据体的体绘制,在交互性和资源消耗之间取得了较好的平衡。本文针对基于二维纹理映射的直接体绘制方法中在透明与不透明边界产生阶梯状条纹的伪边界问题,提出了一种基于体平滑的算法。该算法通过在透明数据与不透明数据的边界进行体平滑,使采样过程中缺失的数据表现到抽样的切片上,从而在最终图像生成阶段淡化甚至消除阶梯状条纹伪边界。实验结果表明,相对于传统二维纹理映射方法,本算法实现体绘制效果平滑,提高了绘制效果。     

基于混沌映射的纹理图象生成方法

在基于BP神经网络生成纹理图象方法^[1]的基础上，提出了一种基于Logistic映射和多层前向神经网络的纹理图象生成方法，该方法使用Logistic映射来调整多层前向神经网络的网络参数，即用Logistic映射产生一组混沌变量，这组混沌变量中的每一个数对应一个需要调整的神经网络参数，由于Logistic映射具有的混沌特性，使多层前向神经网络每次迭代都会产生一组不同的参数，从而克服了使用BP算法调整神经网络参数时容易收敛的缺点，这种基于混沌映射的方法既保留了基于BP神经网络生成纹理图象方法的优点，又对其进行了改进。该方法因不需要计算网络的误差，从而大大简化了计算过程，并且可以产生比使用原有方法更加丰富的纹理图象，仿真结果表明，使用这种改进后的方法比原有的方法更加简单有效。     

A PC-based high-quality and interactive virtual endoscopy navigating system using 3D texture based volume rendering

As an alternative method to optical endoscopy, visual quality and interactivity are crucial for virtual endoscopy. One solution is to use the 3D texture map based volume rendering method that offers high rendering speed without reducing visual quality. However, it is difficult to apply the method to virtual endoscopy. First, 3D texture mapping requires a high-end graphic workstation. Second, texture memory limits reduce the frame-rate. Third, lack of shading reduces visual quality significantly. As 3D texture mapping has become available on personal computers recently, we developed an interactive navigation system using 3D texture mapping on a personal computer. We divided the volume data into small cubes and tested whether the cubes had meaningful data. Only the cubes that passed the test were loaded into the texture memory and rendered. With the amount of data to be rendered minimized, rendering speed increased remarkably. We also improved visual quality by implementing full Phong shading based on the iso-surface shading method without sacrificing interactivity. With the developed navigation system, 256 x 256 x 256 sized brain MRA data was interactively explored with good image quality.     

自适应分块细节水平的多分辨率体绘制方法

采用多分辨率体绘制医学数据时,一般使用相同的阈值或者细节水平生成纹理,很难处理大规模数据,为此提出一种多分辨率纹理生成方法.首先采用基于方差加权香农熵的自适应分块细节水平选择算法建立原始体数据的统一划分多分辨率表示;然后采用分块纹理重组操作,生成具有更高压缩率的体数据多分辨率压缩纹理.文中方法已在GPU上实现,而且实验结果对比表明,该方法既能得到较好的体数据压缩率,又能完成高质量的绘制.     

基于比例模板和边界校正的皮革图像分割

利用纹理特征进行智能化分割是提高皮革生产效率和产品质量的有效手段。为此提出了一种基于比例模板和区域边界校正的皮革图像分割方法，该方法首先根据皮革各部位所占面积比例的经验知识构造一个比例模板，并以此模板将图像粗分割成若干个区域，然后利用自相关函数分布统计出每个区域边界点所在窗口内的平均纹理周期，并与区域内窗口平均纹理周期进行相似比较，依据预设的平均纹理周期相似度阈值对区域边界点进行判别校正，使得每一区域内的平均纹理周期误差在允许的范围内保持一致。仿真试验表明，该方法简单易行，能有效地分割皮革图像。     

A pipeline for computer aided polyp detection

We present a novel pipeline for computer-aided detection (CAD) of colonic polyps by integrating texture and shape analysis with volume rendering and conformal colon flattening. Using our automatic method, the 3D polyp detection problem is converted into a 2D pattern recognition problem. The colon surface is first segmented and extracted from the CT data set of the patient's abdomen, which is then mapped to a 2D rectangle using conformal mapping. This flattened image is rendered using a direct volume rendering technique with a translucent electronic biopsy transfer function. The polyps are detected by a 2D clustering method on the flattened image. The false positives are further reduced by analyzing the volumetric shape and texture features. Compared with shape based methods, our method is much more efficient without the need of computing curvature and other shape parameters for the whole colon surface. The final detection results are stored in the 2D image, which can be easily incorporated into a virtual colonoscopy (VC) system to highlight the polyp locations. The extracted colon surface mesh can be used to accelerate the volumetric ray casting algorithm used to generate the VC endoscopic view. The proposed automatic CAD pipeline is incorporated into an interactive VC system, with a goal of helping radiologists detect polyps faster and with higher accuracy.