基于GPU光线投射的多平面交互彩色体数据切割方法

基于代理多边形的3D纹理映射体绘制成像速度快,能够直接利用OpenGL剪切平面功能实现多平面实时切割,但成像质量不高.本文通过分析彩色数据场的不透明度转换函数,研究基于GPU的光线投射算法,用于数字人彩色体数据的快速高质量可视化.为了避免转换函数设计困难和不足,提出一种基GPU的多平面快速切割算法,能够实时清晰观察彩色体数据内部组织.实验结果表明:基于GPU的光线投射算成像质量高、速度快,该多平面交互切割方法能够清晰观察组织结构.     

基于纹理映射与Phong光照模型的体绘制加速算法

为了提高体绘制速度，提出了一种基于纹理映射、具有Phong光照效果的体绘制加速算法．该算法是根据Phong光照模型，利用一单位球面体来仿真相同光照绘制条件下的每一个体素的反射光强，首先形成一个以法线矢量为索引值的反射光强查寻表，再应用窗值变换的加速算法来计算体素的不透明度；然后采用纹理映射的方法将体素光强值与由不透明度组成的3D数据集从物体空间投射到观察空间，再沿视方向融合为3D图象．实验表明，这种3D旋转的明暗修正保证了体绘制中3D旋转几何变换的多视角观察的交互速度．由于该算法综合了体绘制软件算法数据处理与纹理映射硬件加速的优点，并用2D纹理映射与融合的方法实现了体数据的3D重建，因而不仅降低了对计算机硬件与软件环境的要求，而且在目前通用个人计算机上即可获得近似实时的交互绘制速度和良好的3D图象品质．据研究，该算法同样适用于3D纹理映射的体绘制方法．     

一种改进的基于CUDA的纹理映射和光线投射结合的体绘制算法

针对传统的基于GPU的光线投射算法绘制效率较低的问题,利用CUDA架构的并行计算特性和对三维纹理的处理能力进行改进和优化.将体数据映射为三维纹理,利用CUDA三维数组进行存储与绑定,纹理拾取的浮点返回值利用线性滤波进行平滑.在传输函数的设计中引入中心差分梯度幅值增强对体数据边界面的绘制效果.每条光线的求交及颜色积累采用并行计算,按照由前向后进行颜色及不透明度累积.设置不透明度阈值,采用不透明度提前终止加速绘制.实验结果表明,绘制速度较传统的基于GPU算法有10％的速度提升,绘制效果也有很大的改善.     

使用VHD的可视人体成像方法研究

利用彩色数据进行体绘制，可以创建真实感图像，并具有揭示体内真实细节的能力。虽然彩色数据是可用的，但它并不包含依赖于视点的光线反射信息和光线在体素中的传播属性。本文提出了基于VHP彩色数据的体绘制算法框架，着重讨论了如何利用Phone光照模型进行着色，以及在HSI色彩空间中计算阻光度值。实验结果表明，本文算法成像质量高，可以表现人体的细微结构和纹理信息。     

针对全空子数据体的GPU体绘制方法

体绘制是三维数据可视化的主要方法之一。用于体绘制的数据体中包含有大量的空体素,导致光线投射算法进行没有意义的重采样计算,必然降低绘制算法效率。针对全空子数据体体绘制低效问题,本文提出基于GPU体高效绘制方法。利用八叉树数据结构组织数据,有效管理包含许多空体素的子数据体。通过绘制八叉树非全空叶子结点子数据体表面,使光线投射算法中起始和终止重采样位置更接近数据体中的可视部分,同时根据八叉树全空结点子数据体判定纹理查询结果,计算合适的跳跃步长,快速跳过八叉树中全空结点子数据体,减少无效重采样点。当数据体中空体素较多时,实现对原基于体包围盒表面绘制的GPU光线投射算法的加速。设计不透明度函数,凸显数据体中层位面,并将算法成功应用于地震数据可视化,取得很好应用效果。     

基于CUDA海量空间数据实时体绘制研究

针对海量空间科学数据的精细及实时三维绘制需求,提出并实现了一种基于CUDA语言的并行化光线投射体绘制加速算法,利用传统体绘制算法中光线投射法的可并行特点和GPU中高速的纹理查询的优点,通过一个实际坐标到纹理坐标的转换函数实现了对不规则采样数据的准确采样,并完成了绘制算法的CUDA并行化改造,通过CUDA语言利用GPU强大的并行计算能力实现了对海量空间数据的实时三维光线投射绘制.     

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。     

三维地震数据场的并行体绘制算法

光线投射算法是一种应用广泛的体绘制基本算法,其存在的主要问题是绘制速度较慢.为了提高光线投射算法的绘制速度,利用光线间和光线内的并行性,结合三维地震数据场的特点和文件存储特性,提出了一种基于工作站机群的三维地震数据场的并行体绘制算法.地震油气解释实际应用表明本算法能满足地震解释的要求.     

基于纹理映射与融合的医学体数据射线跟踪法

提出一种基于2D纹理映射与纹理融合的射线跟踪法，原理是利用窗值变换将体数据转换为具有光强和不透明度信息的2D纹理序列集，将其从物体空间映射到观察空间，再沿视线方向按从后往前的次序将其融合为3D图像。该方法充分利用了现有通用微机显卡纹理映射的硬件加速技术，算法简洁、易于实现，可以生成具有X光透视效果的3D图像，降低了体绘制对计算机硬件的要求，在目前通用微机上即可获得交互的绘制速度和良好的3D图像品质。     

基于天气雷达强度数据体绘制算法

在多普勒天气雷达强度数据的基础上,结合速度和谱宽数据进行了质量控制预处理,同时用坐标变换算法和四线插值算法建立了三维数据场初值,最后用光线投射体绘制算法完成了三维云体的重构.     

基于图形处理器加速光线投射算法的多功能体绘制技术

为克服传统算法中体绘制交互速度不流畅、重建耗时长、绘制效果单一的不足,实现了基于图形处理器(GPU)的光线投射算法用于医学层析图像实时体绘制,并能快速切换不同组织器官的绘制效果。首先,读入医学层析图像到计算机内存,构造体素;然后,设置相应体素属性(如插值方式、着色处理、光照参数)等,设计显示不同组织器官的颜色及不透明度传输函数;最后,GPU加载体素据并进行光线投射算法的计算。实验结果表明,在绘制速度上,GPU加速光线投射算法实现的多功能体绘制技术的绘制速度能达到每秒40帧以上,完全满足临床应用需求。在绘制质量上,用户交互中由于重采样而产生的锯齿现象明显低于CPU端实现的光线投射算法,GPU端与CPU端绘制时间的加速比在9倍左右。     

基于光线相关性的快速光线投射算法

光线投射算法是一种应用广泛的体绘制技术的基本算法，其存在的主要问题是绘制速度较慢。为了提高光线投射算法的绘制速度，以满足医学图像三维重建的应用需求，在深入研究和比较各种光线投射加速算法的基础上，提出了以接近云算法为核心的、适用于医学图像三维重建的综合性加速算法，并在PC机平台上实现了该算法，在保证图像质量的同时绘制速度提高了一个数量级左右，为医学图像三维重建的实用化提供了有效的手段。     

Real-time ray casting rendering of volume clipping in medical visualization

This paper presents a real-time ray casting rendering algorithm for “volume clipping plane“ as an extension of the conventional ray casting technique.For each viewing direction a(moderate) pre-processing step is performed:the ray traverses the entire volume data (no early ray termination).Its intensity and opacity contributions are divided into several segments which are then sorted and stored by depth.At each sampling position along a segment,accumulated trans-parency and color are stored at a moderate memory overhead.For visualizing real-time volumeclipping,only relevant segment contributions (maximum two) at the location of the clipping plane are considered,thus reducing the calculation to meet real-time requirements.Compared with theprevious work that involves time-consuming re-clipping,re-traversing and re-shading,the proposed method achieves quality identical to ray casting at real-time speed.The performance is indepen-dent of the volume resolution and/or the number of clipping planes along a given viewing direction.Therefore it is suitable for real-time “internal volume inspections“,involving one or several cutting planes,typically applied e.g.,in medical visualization and material testing applications.     

基于改进光线投射算法的体数据显示

光线投射算法属于直接体绘制（DVR）中应用比较广泛的算法,其优点是绘制质量高,但是存在采样点计算量大,绘制速度慢的问题.针对这一问题,本文利用投射光线在物空间的传递性质,提出了一种改进的计算采样点位置的算法,加快采样点的获取速度,提高图像三维重建的效率.该算法在PC机平台上得到了实现,不仅在图像质量上得到保证而且绘制速度又有很大提高,为图像的三维重建提供了有效的手段.     

基于体绘制技术的层状地层三维建模平台的设计和实现

随着地学研究的不断深入,层状地层三维建模已成为研究的重点。基于格式化存储的多层DEM数据文件,将直接体绘制的思想融入到基于图像空间体绘制的经典算法—光线投射算法之中,提出基于多层DEM数据的光线投射算法。基于IDL和.NET的混合环境设计并实现了层状地层的三维可视化的平台。在该平台上,使用改进后的光线投射算法实现了层状地层的三维建模,以及对三维层状地质体的基本操作和基本地质信息的提取。     

一种高效的光线投射体绘制算法

作为体绘制中的一个经典绘制算法,光线投射算法理论简单同时能产生高质量的图像,被广泛应用于医学图像可视化领域。但在绘制过程中有大量的投射光线和体素的重采样,导致绘制速度较为缓慢。为提高绘制的速度,文中提出一种高效的光线投射体绘制算法,通过引入碰撞检测技术减少投射光线的数目,避免冗余光线的采样计算,同时采用光线跳跃方法在碰撞检测包围盒内跳过对空体素的重采样,加快了光线合成的过程。实验结果表明,改进后的算法不仅能保证所需要的图像质量,还能大幅度地减少采样计算的时间,高效地提高绘制速度。     

基于OpenGL的光线投射算法的研究

利用VC＋＋6．0以及OpenGL实现光线投射算（payCasting）法。介绍了光线投射算法以及OpenGL的知识。主要实验方法为：第一、对原始CT图像进行数据预处理、数据分类,得到满足绘制要求的规则体数据,并且对各个数据点赋予颜色值和不透明度;第二、利用体绘制算法绘制出人头（主要是人脑）图像,并且能够实现空间上三个方向的浏览与绘制功能,但是绘制速度比较慢。实验结果表明：采用光线投射算法能够实现人脑的三维可视化,并且能够绘制出清晰图像,图像效果令人满意。     

基于结构特征的自适应光线投射算法

目的 光线投射法是一种重要的直接体绘制算法,但其效果取决于复杂的传递函数.为此提出基于结构特征的自适应光线投射算法,从而使得利用简单传递函数即可很好地揭示体数据特征.方法 首先分析光线方向标量值的变化趋势获取结构特征——特征段;然后基于若干意义明确启发式规则(特征段的次序、尺度、重要度)自动计算特征段的可见度,根据特征段可见度调节每个采样点的不透明度;最后基于调节后的不透明度完成绘制.结果 使用合成数据、医学真实采样数据和工业CT(computed tomography)数据进行测试,结果表明本文算法在展示体数据的内部结构特征,尤其是细小结构方面优于其他类似算法;本文算法速度比DVR(direct volume rendering)慢,但仍可满足交互需求.另外,本文算法还提供多个形象直观、意义明确的参数供用户调节,进一步增加了本文算法的灵活性.结论 本文提出的自适应光线投射算法,允许用户使用简单传递函数和调节意义明显的参数即可有效揭示体数据特征,进一步提高了光线透射法的直观性.     

一种改进求交的自适应光线投射体绘制算法

光线投射算法是体绘制技术中的一种重要算法,但其自身存在采样效率低和绘制速度慢等问题。为了提高光线投射算法的绘制速度,本文提出了一种改进求交的自适应光线投射体绘制算法,算法采用一种快速求交方法和自适应采样来提高体绘制速度,试验结果表明该算法能在基本不影响图像质量的同时提高算法的速度。