直接体绘制技术在地质体三维可视化中的应用研究*

将直接体绘制技术应用于地质体三维可视化,首先对原始钻孔数据进行插值、网格化等预处理得到满足直接体绘制需要的规则体数据,从而建立反映地层分布的地质体三维标量数据场;然后用直接体绘制技术绘制三维地质体,避免了体元建模方法中在对地质体进行剖切等操作时必须要解决的剖面与体元之间复杂的判断求交等过程。采用该方法实现了对某地区地质体的三维可视化。     

小波变换在规则体数据可视化中的应用

针对规则体数据的特点，提出了一种介于直接体绘制和面绘制之间的切片法来实现其可视化，用双线性插值的方法获取切割面上的属性值，并用颜色编码来表示属性值。探讨了三维小波算法在规则体可视化中的应用，给出了用三维小波压缩规则体数据的一般方法。     

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。     

基于二值体金字塔数据结构的自适应快速体绘制方法

直接体绘制技术无需拟合中间几何图元直接绘制体数据,由于绘制图像质量高,该技术倍受青睐。但是,因为直接体绘制需要遍历整个数据场,绘制速度慢,在绘制大规模数据场时,速度已经成为应用该项技术的一大瓶颈。为此,提出一种基于二值体金字塔数据结构的自适应快速体绘制方法,该方法可以在不降低图像质量的情况下,加快图像绘制速度。     

基于深度八叉树的三维数据场LOD可视化

提出了广度八叉树、深度八叉树概念,分析了它们逻辑结构和存储结构,探讨了这两种数据结构在三维数据场可视化中的应用,把深度八叉树应用于三维数据场LOD体绘制算法中。算法在某三维震波数据场进行了体绘制实验,并与传统方法进行了比较分析。结果表明,该方法通过逐层简化细节来减少场景的复杂性,提高了渲染效率,将全局和局部体绘制相结合,既提高了绘制速度,又实现了精细观察。     

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。     

电磁环境三维可视化技术

针对当前比较复杂的电磁环境,在分析其应用需求的基础上,确定电磁环境可视化的几个基本要素,提出用三维可视化技术来构建电磁环境,采用直接体绘制、面绘制和切片绘制的方法对共进行可视化。利用这些方法实现了某区域电磁态势分析结果的可视化,试验结果证明该方法具有较好的可视化效果。     

基于Web的时变体数据的体绘制方法

传统Web体绘制方法主要集中在利用服务器端进行预处理和绘制任务,浏览器端仅用于呈现绘制结果,这样会造成服务器负载过高,同时,当绘制参数发生更改时,必须向服务器请求新的绘制结果,这样也易受网络延迟的影响。为了解决以上问题,实现在浏览器本地进行体绘制和交互,本文提出一种基于WebGL的体绘制方法,以时变体数据为例,在浏览器端实现光线投射体绘制算法。同时,为了提升绘制效率和减少内存占用,本文基于维度压缩方法,优化时变体数据的预处理过程。最后,本文设计了Web体绘制系统,引入暴风时变数据集以验证方法的有效性,结果表明,本文方法能够在浏览器本地对时变体数据进行体绘制,绘制时间在50ms以下,帧速率可达到50 FPS以上,同时支持实时交互,并且当绘制参数发生更改时,系统能够直接在浏览器端进行重新绘制。     

基于稀疏矩阵的并行体绘制算法

直接体绘制是三维数据可视化的重要方法。在实际应用中体数据规模庞大，如何降低计算工作量以获得更高的绘制速度是一个亟待解决的问题。文章针对该问题提出了一种运行于集群系统之上的基于稀疏矩阵的并行Splatting体绘制算法，该算法利用稀疏矩阵对体数据结构进行优化，通过实验获得了令人满意的结果。     

面向台风数据体绘制的传输函数研究

在直接体绘制中,传输函数定义了从数据属性到光学属性的映射关系,直接决定了绘制的效果,是体绘制研究的关键技术之一。为了使体绘制技术在气象领域真正发挥作用,必须结合气象规律研究和设计面向气象数据体绘制的传输函数。研究台风数据的特点以及针对台风数据体绘制的传输函数的设计流程,在数据值梯度直方图基础上结合光照参数设计了台风标量场数据的传输函数,采用台风的温度、湿度以及云量等数据进行体绘制,更好地显示了台风的内部结构,对于认识台风起到了促进作用。     

医学体数据三维可视化方法的分类与评价

医学图象三维可视化具有极大的医学研究和临床诊疗应用前景,是现代医学影象研究的重要领域。医学图象三维可视化方法通常分为表面绘制和体绘制,已有许多具体的算法提出,一些算法兼具表面绘制和体绘制的特点,归为混合绘制方法,该文概述了一些典型算法,并讨论了其特点及相互联系,同时对各类方法的应用场合及前景了分析和评价。     

基于图形硬件加速的体绘制关键技术综述

随着近年来计算机图形硬件性能的不断提高，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变为可能，并逐渐成为目前的研究热点。从体绘制的分类、明暗处理、重构、体积裁剪等4个角度对基于图形硬件加速的体绘制方法进行了分类综述，介绍了各种关键技术的研究进展和典型算法，并讨论了各自特点及其相互联系。     

基于空间数据插值算法的空间散乱数据体绘制实现

体绘制技术是一种能够真实地反映空间数据场内部信息的可视化技术。在体绘制研究领域中,非规则的空间散乱数据体绘制目前仍然是一个研究热点。文中采用空间数据插值算法对散乱的原始数据进行网格化插值,然后使用光投影体绘制算法对规则网格数据进行体绘制。最后,通过新方法实现了某油藏区地下流体压力和孔隙度分布结构的体绘制。     

Object-Space Visibility Ordering for Point-Based and Volume Rendering

This paper presents a method to accelerate algorithms that need a correct and complete visibility ordering of their data for rendering. The technique works by pre‐sorting primitives in object‐space using three lists (one for each axis: X, Y and Z), and then combining the lists using graphics hardware by rendering each list to a texture and merging the textures in the end. We validate our algorithm by applying it to the splatting technique using several types of rendering, including point‐based rendering and volume rendering. We also detail our hardware implementation for volume rendering using point sprites.     

光线跟踪方法在体绘制中的应用与发展

针对光线跟踪方法存在求交计算量大、实时交互性差等缺点.从体光线跟踪算法、基于图形硬件加速的光线跟踪体绘制方法,并行光线跟踪体绘制技术这3个方面,对国内外光线跟踪方法在体绘制中的应用技术进行了分类描述与综述,重点介绍了体光照模型、光线跟踪混合绘制、基于可编程硬件加速、并行绘制算法及体系结构,并结合应用阐述了各自特点及其相互联系,最后对光线跟踪方法在体绘制的应用提出了研究建议.     

基于分块混合八叉树编码的海量体视化研究

在介绍当前体数据的数据模型与绘制方法的基础上，使用混合八叉树进行体数据的描述，实现了对其自适应分块存储。并用体元投射和三维纹理映射方法分别实现了混合八叉树的体绘制与多分辨率绘制。实验结果表明，该文的算法较好地实现了基于混合八叉树结构的海量体数据的组织、存储和绘制。     

Data parallel volume-rendering algorithms for interactive visualization

The increasing availability of parallel computing platforms has led to the development of parallel volume-rendering algorithms. In the present paper we compare two algorithms for volume raytracing in a data-parallel framework: a shearing technique and a line-drawing technique. The two algorithms are primarily distinguished by the level of parallelism they exploit. Both algorithms have been implemented on the Connection Machine CM2 massively parallel computer and execute at speeds suitable for interactive volume-rendering applications. Since considerable floating-point resources are available on the CM2, we have used rendering algorithms based on transport theory. In the second part of the paper we examine some of the tradeoffs involved between image quality and rendering speed when using high-fidelity rendering algorithms.     

Direct volume rendering of unstructured tetrahedral meshes using CUDA and OpenMP

Direct volume visualization is an important method in many areas, including computational fluid dynamics and medicine. Achieving interactive rates for direct volume rendering of large unstructured volumetric grids is a challenging problem, but parallelizing direct volume rendering algorithms can help achieve this goal. Using Compute Unified Device Architecture (CUDA), we propose a GPU-based volume rendering algorithm that itself is based on a cell projection-based ray-casting algorithm designed for CPU implementations. We also propose a multicore parallelized version of the cell-projection algorithm using OpenMP. In both algorithms, we favor image quality over rendering speed. Our algorithm has a low memory footprint, allowing us to render large datasets. Our algorithm supports progressive rendering. We compared the GPU implementation with the serial and multicore implementations. We observed significant speed-ups that, together with progressive rendering, enables reaching interactive rates for large datasets.     

Real-time visualization of large volume datasets on standard PC hardware

In medical area, interactive three-dimensional volume visualization of large volume datasets is a challenging task. One of the major challenges in graphics processing unit (GPU)-based volume rendering algorithms is the limited size of texture memory imposed by current GPU architecture. We attempt to overcome this limitation by rendering only visible parts of large CT datasets. In this paper, we present an efficient, high-quality volume rendering algorithm using GPUs for rendering large CT datasets at interactive frame rates on standard PC hardware. We subdivide the volume dataset into uniform sized blocks and take advantage of combinations of early ray termination, empty-space skipping and visibility culling to accelerate the whole rendering process and render visible parts of volume data. We have implemented our volume rendering algorithm for a large volume data of 512 x 304 x 1878 dimensions (visible female), and achieved real-time performance (i.e., 3-4 frames per second) on a Pentium 4 2.4GHz PC equipped with NVIDIA Geforce 6600 graphics card ( 256 MB video memory). This method can be used as a 3D visualization tool of large CT datasets for doctors or radiologists.     

几种变换域体绘制算法的比较研究

医学图像三维重建技术具有重要的学术意义和应用价值。变换域体绘制是该重建技术的一个新兴的重要分类,目前它已成为一个热点研究方向。综述了变换域体绘制下的傅里叶体绘制、哈特里体绘制、小波域射线投射法、小波足迹法典型算法的算法思想和优缺点,而且通过列表与其它三维医学图像可视化算法的特点及性能进行了分析比较,从而得出变换域体绘制具有绘制速度快、图像品质高等其它绘制算法不可比拟的优点及其相应的改进之处。