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.     

视点相关的层次采样:一种硬件加速体光线投射算法

光线投射是一种高质量的体绘制方法.它以图像空间为序,逐根光线遍历和采样体数据.因此,传统上,它只能在CPU上实现,因而速度慢,交互性不好.提出了一个新的视点相关的层次采样VDLS (view dependent layer sampling)结构,VDLS将光线上的所有采样点重新组织成一系列层,并简化为两个视点相关的几何缓冲器,进而在GPU(graphics processing unit)中用两个动态纹理表示.利用GPU的可编程性,光线投射算法的6个步骤(光线生成、光线遍历、插值、分类、着色和颜色合成)得以完全在GPU中实现.在此基础上,提出两个基于体空间和图像空间连贯性的加速技巧,快速剔除无效的光线.结合其他与渲染和颜色合成有关的技巧,VDLS将面向多边形绘制的图形引擎转化为体光线投射算法引擎,在透视投影方式下,每秒能处理1.5亿个插值、后分类与着色的光线采样点.实验结果表明,提出的方法能用于医学可视化、真实物理现象模拟、材质检测中灰度体数据快速交互的可视化与漫游.     

使用GPU编程的光线投射体绘制算法

将传统的光线投射体绘制算法在具有可编程管线的图形处理器(GPU)上重新实现.首先将体数据作为三维纹理保存在显存中,然后通过编写顶点程序和片段程序将光线进入点/离开点计算和光线遍历的计算移入GPU中执行,最后根据不同的采样点颜色混合公式实现不同的绘制效果.文中算法仅需绘制一个四边形即可完成三维重建.实验结果表明:在进行光照效果的重建时,该算法能够达到实时交互的绘制要求,并能实现半透明等复杂绘制效果.     

3D非均匀直线网格GPU体绘制方法研究

计算机图形硬件技术的快速发展可以用来加速可视化过程,为此针对非均匀直线网格,给出了基于均匀辅助网格的CPU光线投射算法、基于辅助纹理的GPU光线投射算法,以及基于切片的3D纹理体绘制算法,并在Nvidia Geforce 6800GT图形卡上对这些算法进行了测试。结果表明,GPU算法远远快于CPU算法,而基于切片的3D纹理体绘制算法则快于GPU光线投射算法。     

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GPU的四维医学图像动态快速体绘制

传统的三维医学图像重建技术无法满足四维医学图像动态重建的需求,而四维医学图像庞大的数据量使传统重建技术很难实现高性能实时绘制.基于以上需求,提出了一种四维医学图像动态快速体绘制方法.首先采用GPU强大的并行计算能力,提出一种基于GPU、利用CUDA技术实现的光线投射算法;然后分析了算法框架、体数据及计算结果的存储策略、...     

基于CUDA的电磁场快速体绘制研究

电磁场数据的生成和体绘制是密集型计算,且十分耗时.为了实现数据的快速生成,提出基于CUDA加速的电磁场数据计算框架,亦即将大量的传播模型计算移植到GPU中.同时,为了达到可交互性,将光线投射算法移植到GPU上执行.鉴于电磁场数据的特点,提出相交投影的概念,并利用其判断光线与数据场的相交情况.仿真结果显示,基于CUDA的数据生成可以达到158的加速比,光线投射算法也能以高达63的帧速进行绘制,满足了实时性和交互性要求.     

针对全空子数据体的GPU体绘制

目的 体绘制是3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,提出基于GPU体高效绘制方法。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节点子数据体表面,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节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节点子数据体。结果 当数据体中空体素较多时,确定合适的八叉树深度,有效地跳过数据体中的空体素,减少体绘制运算量,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。结论 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VTK的医学三维图像模型构建与切割

虚拟外科手术是医学领域的一个重要研究方向。基于面绘制和体绘制两种可视化算法实现医学图像的三维模型重建,针对不同重建模型分别实现虚拟任意切割：面切割和体切割,并讨论了虚拟切割的交互操作实现方法。用VTK(Visualization Toolkit)初步实现了模拟手术系统中的虚拟切割脊柱体功能。     

基于纹理的增强型3D流场绘制

提出一种基于纹理的增强型3D矢量场可视化算法,可显著地改善传统纹理法的绘制质量.首先通过对3D纹理的线性卷积运算生成具有空间相关性的卷积纹理;然后对卷积纹理进行高通滤波,以增加流面内流线之间强度的对比;最后通过体绘制方式展示3D卷积纹理.借助权重区域,该算法可以显示用户感兴趣区域或特征区域,避免卷积数据过多引起的紊乱及相互遮挡.     

基于Slicing的快速有限元网格体绘制算法

在Incremental Slicing算法的基础上,针对有限元网格的特点,提出了一种适合于多种有限元单元类型的快速体绘制方法,由于采用硬件加速的多边形ＲＧＢＡ填充方法混合显示数据场与几何体的外表面,优化了切面多边形的形成算法,并对于小单元进行了特殊处理,大大提高了有限元网格体绘制的速度与质量。     

基于线性八叉树的光线投射体绘制算法改进研究

体视化是地学信息三维可视化研究的前沿技术之一，体绘制算法的效率直接关系到体视化的效果。本文在研究已有光线投射体绘制改进算法的基础上，提出利用线性八叉树数据结构对光线投射体绘制算法进行改进研究，不仅实现了体数据的压缩。而且能对压缩体数据进行直接体视化。在PC机上的实验表明，该方法具有时间复杂度与数据复杂度基本无关的特点．加速效果明显。最后，文章指出了该方法的适用范围。     

三维数据场实时体绘制研究进展

在分析了三维数据场实时体绘制研究现状的基础上，重点探讨了三维数据场实时体绘制的五种方法：降低采样维数法、空间相关性法、跳过空体元法、基于硬件的方法及并行处理的方法，并比较了各种绘制算法的特点，从而指明了三维数据场实时体绘制进一步研究的方向。     

三维有限元数据场体绘制算法的研究

三维有限元数据场包含了庞大的信息量,不易于人们深刻理解和分析。可视化技术将数据场以图形、图像的形式显示出来,揭示出三维有限元数据场中蕴藏的丰富内涵。讨论了三维数据场可视化体绘制中射线跟踪法和直接投影法的优点及不足,提出了将射线跟踪法及直接投影法各自优点结合起来的新算法,应用于三维有限元数据场的体绘制。新算法一方面充分利用场在投影区域上的二维连贯性,每次推进的是一个面片而不是一个孤立的像素点,另一方面针对每个视线段子段,充分利用场在深度方向的连贯性,用分析积分法完成累积光强和透明度计算。算法效率高,统一性强。     

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。     

交互式动态体绘制及其加速算法

体绘制三维成象法是一门新兴的3D采样数据场可视化技术，在医学成象和科学可视化领域有着极为广泛的应用，但由于3D数据量大，其使用往往受到巨大计算开销的限制，因此很多研究人员致力于静态体绘制加速算法的研究，并解决医学图象三维可视化中三维体数据显示速度与成象质量问题，因而提出了一种交互式动态体绘制算法，即从任意的视点距离和视线方向进行动态编制，并在分析其算法复杂度的基础上，提出一种新的加速算法，同时使得动态体绘制过程几乎达到实时的效果，经验证，这种算法比标准算法快4～5倍。     

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。