基于PC系统平台实现快速体绘制技术

体绘制技术可将难于理解的三维数据场转化成直观的图像，作为一种最具前景的科学计算可视化技术在医学影像方面有着极强的实用意义。由于体绘制算法需要强大的计算能力，在通常的PC系统上难以实现满足交互式应用的绘制速度，因此阻碍了其普及。研究PC系统上的快速体绘制技术，无疑具有重要的意义．本文使用Shear-warp的体绘制算法，并利用Intel公司的SSE2扩展指令对整个绘制过程进行加速，实现了基于中高档桌面PC系统平台的快速体绘制应用。     

非规则数据场体绘制技术的研究

科学计算可视化的核心是三维数据场的可视化．当前三维可视化的研究热点是体绘制技术。文中介绍了三维非规则数据场体绘制技术的研究现状。在此基础上，通过对已有非规则数据场体绘制技术和算法的分析比较．预测非规则数据场体绘制技术今后的发展趋势以及将来应该重视的研究方向。除了改进已有算法、将各种算法结合起来外，还应该在硬件及系统加速技术方面做研究，同时结合漫游技术研究和开发高效的三维空间非规则数据场的可视化技术和并行算法。     

直接体绘制加速算法综述

针对当前体绘制存在的软件加速算法,将其分为空间剖分技术、光线相关、物空间相关和基于图像绘制技术等四类,分别介绍其算法基本内容.最后利用MIN-MAX八叉树加速算法设计一个直接体绘制系统.     

非规则数据场体绘制技术的研究

科学计算可视化的核心是三维数据场的可视化,当前三维可视化的研究热点是体绘制技术.文中介绍了三维非规则数据场体绘制技术的研究现状.在此基础上,通过对已有非规则数据场体绘制技术和算法的分析比较,预测非规则数据场体绘制技术今后的发展趋势以及将来应该重视的研究方向.除了改进已有算法、将各种算法结合起来外,还应该在硬件及系统加速技术方面做研究,同时结合漫游技术研究和开发高效的三维空间非规则数据场的可视化技术和并行算法.     

医学图象三维重建技术综述

医学图象三维重建技术是是计算机图形学和图象处理在生物医学工程中的重要应用.本文介绍医学图象三维重建技术在医疗中的应用,三维重建技术的分类,并分析了面绘制的MC、MT算法和网格简化技术;体绘制的射线投射法、足迹(模板)法、剪切曲变法及体绘制加速技术,频域体绘制法和基于小波的体绘制技术等典型算法,进一步展望了三维重建技术研究的发展前景.     

加速体绘制技术研究

本文从体绘制成像的各个环节介绍了体绘制的加速技术,包括视见变换、光线与数据场的求交、插值计算、体素排序和色彩合成。在实际应用中,只有将各种加速技术有机地结合在一起才能充分发挥体绘制的作用。     

多孔泡沫铝材料的体绘制与结构特征提取技术研究

利用Micro CT对泡沫铝材料重建后形成的体数据,运用体绘制的技术进行内部结构的显示,并对有效图像分割和体绘制加速等相关技术进行了研究.在此基础上,利用体绘制结果,运用八叉树算法,选取一定位置、范围的铝泡材料进行结构特征的分析和提取.结果表明,利用Micro CT和体绘制技术,可以显示来自于多孔材料的表面和内部的细节信息,对于结构特征信息的提取基本上和实测数据相符.     

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的三维地震数据场体绘制方法

体绘制技术是计算可视化研究和应用热点之一。在对三维数据体进行形式化定义基础上,讨论光线投射算法中数据体划分,重采样计算以及图像合成的原理和方法。利用着色器进行重采样和图像合成运算,实现体绘制的GPU加速。将GPU加速的光线投射体绘制方法应用于地震数据解释,分别实现地震数据的灰度和伪彩色样式可视化,并通过转换函数,凸显出地震数据场的层位特征,克服了地震数据剖面、切片以及三维面绘制图像的局限性。     

医学体数据三维可视化技术

医学体数据的可视化是科学计算可视化的重要研究领域,其处理过程包括体数据的获取、模型的建立、数据的映射、绘制等操作。论文对医学体数据可视化的相关技术进行了综述,讨论了医学体数据的结构模型和表示方法,全面地分析了医学体数据可视化中各种算法和技术的特点,及相关的加速技术,探讨了目前医学体数据可视化存在的问题及发展趋势。     

CPU-based speed acceleration techniques for shear warp volume rendering

The shear-warp algorithm with run-length-encoded volume is one of the fastest CPU-based speed acceleration techniques developed so far for direct volume rendering. But it has some defects, such as the increases in memory consumption and preprocessing time as well as the deterioration in image quality. This paper provides two kinds of techniques that can solve such defects without degrading rendering speed. One technique concentrates on enhancing image quality and decreasing memory consumption without reducing rendering speed, by making direct access to the memory space where initially loaded volume data is stored. The other technique concentrates on accelerating rendering speed and decreasing preprocessing time, by creating only one run-length-encoded volume and by combining non-photorealistic rendering techniques with shear-warp algorithm. In the present research, both techniques efficiently decreased the memory consumption and preprocessing time of shear-warp algorithm. They also showed optimal results in rendering speed and image quality.     

Volumetric virtual environments

Driven by fast development of both virtual reality and volume visualization,we discuss some critical techniques towards building a volumetric VR system,specifically the modeling,rendering,and manipulations of a volumetric scene.Techniques such as voxel-based object simplification,accelerated volume rendering,fast stereo volume rendering,and volumetric “collision detection“ are introduced and improved,with the idea of demonstrating the possibilities and potential benefits of incorporating volumetric models into VR systems.     

一个新的体绘制加速算法

针对目前加速方式与传递函数交互设定需求的矛盾,提出了一个新的基于边缘切除原理的体绘制加速算法。算法针对两个关键难点:如何消除传递函数调整依赖性,如何识别空体素,提出了有效的绝对空体素识别准则,设计了高效的边缘空体素分离机制,构成了不依赖传递函数调整的加速模式。在保持高的图像质量的前提下,边缘切除算法具有显著的绘制速度提升。边缘切除过程在预处理阶段进行,算法参数易于选取和推广,具有广泛的适应性,非常适合需要交互设定传递函数的普及型医学图像分析系统应用。算法采用了规则的边缘切除方式,收缩后的体数据非常方便后续光线投射或溅射算法应用,可以方便地与其他各种加速方式组合使用,使不同角度的加速效果实现叠加,是当前各种主流加速技术的一个很好的互补技术。不同背景的运算实例,测试和验证了算法的有效性。     

Fast ray-tracing of rectilinear volume data using distancetransforms

The paper discusses and experimentally compares distance based acceleration algorithms for ray tracing of volumetric data with an emphasis on the Chessboard Distance (CD) voxel traversal. The acceleration of this class of algorithms is achieved by skipping empty macro regions, which are defined for each background voxel of the volume. Background voxels are labeled in a preprocessing phase by a value, defining the macro region size, which is equal to the voxel distance to the nearest foreground voxel. The CD algorithm exploits the chessboard distance and defines the ray as a nonuniform sequence of samples positioned at voxel faces. This feature assures that no foreground voxels are missed during the scene traversal. Further, due to parallelepipedal shape of the macro region, it supports accelerated visualization of cubic, regular, and rectilinear grids. The CD algorithm is suitable for all modifications of the ray tracing/ray casting techniques being used in volume visualization and volume graphics. However, when used for rendering based on local surface interpolation, it also enables fast search of intersections between rays and the interpolated surface, further improving speed of the process     

协同分布式图形硬件的混合并行体绘制

由于一般的共享存储并行机缺乏图形硬件,其上产生的3维科学计算数据,无法采用硬件加速的并行体绘制来就地进行数据可视化。为此基于本地并行机和分布式图形工作站,给出了一种混合并行绘制模型。该模型的工作原理是先将源数据存留在并行机,然后通过并行机的多处理器发布远程绘制命令流,进而通过操控工作站的图形硬件完成绘制;后期图像合成在并行机上执行,以发挥共享存储通信优势。通过负载平衡优化,并行绘制流水线有效实现了绘制、合成与显示的重叠。实验结果显示,该方法能以1024×1024图像分辨率,交互绘制并行机上的大规模数据场。     

体素分类与Phong光照模型GPU加速体绘制

为了提高体绘制的速度和效果,研究了体数据的分类和计算及其在图形处理单元上加速实现的体绘制算法.分别采用点体素先分类和预积分后分类方法为体数据分配颜色和不透明度,改进了利用不透明度对颜色加权改善绘制效果,根据Phong光照模型对体数据进行渲染.通过查找表软件加速和图形处理单元硬件加速两个方面分别实现并进行比较,实验结果表明,采用图形硬件加速的方法达到实时交互的效果,体绘制性能大大提高.     

GPU-Assisted High Quality Particle Rendering

Visualizing dynamic participating media in particle form by fully solving equations from the light transport theory is a computationally very expensive process. In this paper, we present a computational pipeline for particle volume rendering that is easily accelerated by the current GPU. To fully harness its massively parallel computing power, we transform input particles into a volumetric density field using a GPU-assisted, adaptive density estimation technique that iteratively adapts the smoothing length for local grid cells. Then, the volume data is visualized efficiently based on the volume photon mapping method where our GPU techniques further improve the rendering quality offered by previous implementations while performing rendering computation in acceptable time. It is demonstrated that high quality volume renderings can be easily produced from large particle datasets in time frames of a few seconds to less than a minute.     

三维虚拟场景绘制加速技术综述

加速三维图形的绘制对三维虚拟场景的交互式生成有重要作用。该文结合三维图形绘制流水线，概括了提高绘制性能的途径，综述了可见性处理、细节层次方法、基于图象的绘制以及大型几何数据库的操纵等主要的绘制加速技术。     

基于CPU-GPU混合加速的SPH流体仿真方法

基于光滑粒子流体力学SPH的流体仿真是虚拟现实技术的重要研究内容,但SPH流体仿真需要大量的计算资源,采用一般计算方法难以实现流体仿真的实时性。流体仿真通常由物理计算、碰撞检测和渲染等部分组成,借助GPU并行加速粒子的物理属性计算和碰撞过程使SPH方法的实时流体仿真成为可能。为了满足流体仿真应用中的真实性和实时性需求,提出一种基于CPU GPU混合加速的SPH流体仿真方法,流体计算部分采用GPU并行加速,流体渲染部分采用基于CPU的OpenMP加速。实验结果表明,基于CPU GPU混合加速的SPH流体仿真方法与CPU实现相比,能显著地减少流体仿真单帧计算时间且能更快速地完成渲染任务。