三维数据场体绘制中的预积分分类技术

随着三维数据场可视化精度要求的不断提高,直接体绘制方法已经成为该领域的研究热点。然而,提高数据场采样率以获得高质量的图像与绘制速度的降低这一矛盾,很大程度上限制了体绘制方法的研究进展。本文阐述了体绘制方法的关键技术——分类和体绘制积分,并在此基础上介绍了预积分分类技术。该方法能够同时提高体绘制方法的执行效率与图像质量,并给出了实例说明。最后,提出了预积分分类技术中存在的一些问题。     

一种基于数据差分的频域体绘制算法

针对频域体绘制的图像质量问题,提出一种基于数据差分的且能动态提升图像质量的频域体绘制算法。用数据场差分替代原数据场,计算三维数据场的动态调节因子,通过模拟补偿图像的深度感和真实感,动态地调节图像质量。设计了采样点合并等加速技术绘制图像。实验结果表明该算法能提升图像质量,加快了绘制速度。     

基于最优化分块的大规模数据体绘制加速方法

GPU加速体绘制已成为体可视化领域的研究热点,然而超出显存的大规模数据无法直接载入,成为GPU应用的瓶颈。分块技术能够在保证图像质量的条件下解决该问题,但分块数据的频繁加载和访问明显降低了绘制速度。针对上述问题,通过建立最优化分块模型得到了大规模数据的最优分块,并通过构造节点编号纹理和改进距离模板设计的方法进一步提高了基于八叉树的分块体绘制算法的绘制速度。实验结果表明,该方法加速效果明显。     

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。     

医学图像大体数据快速体绘制算法研究

为了在保证绘制质量的前提下有效提高大的医学体数据的绘制速度,提出了一种快速的体绘制算法。该算法将大的体数据分割成等大小的数据块,然后通过对每一数据块进行空白数据块的空间跳跃、提前数据块截止和提前光线截止的可见性测试来加快体绘制的速度,最后使用体绘制预积分来提高体绘制的图像质量。实验结果表明,对大的体数据,可以在不损失图像质量的前提下,实现快速的绘制。     

基于相邻层间相似性和空体素跳跃的体绘制加速算法研究

Splatting是经典的基于物序的直接体绘制方法,运算数据量的多少制约着算法绘制图像的速度。为了进一步提升绘制速度,采用基于相邻层间相似性和空体素跳跃相结合的方法进行加速,在读取数据过程中对图片中的三维纹理数据进行筛选,并使用足迹表对筛选后的三维纹理数据进行二维投影,利用相邻层间相似性计算每一个点的灰度值,并根据灰度值将数据分类,算出对成像没有影响的空体素,跳过其绘制过程从而加速算法。实验结果显示,该算法能够在保证绘制图像质量的基础上,在一定程度上解决和改善Splatting算法数据的空间相关性和运算效率的问题。     

三维地震数据场的快速体绘制方法

在纹理和体元投影绘制方法的基础上,提出了适用于地震勘探数据的等值体素投影体绘制方法(IVP)。该方法对图形硬件的依赖程度较小,可以在微机上实现．其绘制速度基本上达到了交互的要求,绘制时间仅是光线投射算法的1／16～1／8,但生成的图像要模糊一些,能够满足地震勘探数据解释对图像质量的要求。     

基于体素模型的优化体绘制技术

直接体绘制技术因可绘制数据场中包含的内部结构形成较高图像质量而倍受青睐，但大量计算导致的绘制速度慢严重制约着其在大规模数据场交互绘制方面的应用。对现有算法进行优化是其发展方向之一。对目前基于体素模型的体绘制关键环节优化技术进行了概括，并分析了进行优化的主要思路，为进一步应用、改进这些技术提供参考。     

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。     

离散场的一种快速体绘制方法

针对大规模离散数据场的特点,首先给出了三维直线的两种体素化表示方法,然后建立了三维离散直线的基路径,并提出了基于基路径的直接体绘制方法。该方法由于充分利用了射线之间的相关性,所以可明显加速体绘制过程,且对高分辨率离散数据场有普遍的应用价值。     

Data-parallel,volumerendering algorithms

In this presentation, we consider the image-composition scheme for parallel volume rendering in which each processor is assigned a portion of the volume. A processor renders its data by using any existing volume-rendering algorithm. We describe one such parallel algorithm that also takes advantage of vector-processing capabilities. The resulting images from all processors are then combined (composited) in visibility order to form the final image. The major advantage of this approach is that, as viewing and shading parameters change, only 2D partial images, and not 3D volume data, are communicated among processors. Through experimental results and performance analysis, we show that our parallel algorithm is amenable to extremely efficient implementations on distributed memory, multiple instruction-multiple data (MIMD), vector-processor architectures. This algorithm is also very suitable for hardware implementation based on image composition architectures. It supports various volume-rendering algorithms, and it can be extended to provide load-balanced execution.     

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.     

通过区域块投影方法直接绘制三维数据场

直接的体绘制技术提供了在一幅图形内显示三维数据场各种信息的巨大潜力。然而，生成这样的图形是极其昂贵的，而且高质量图形的绘制远远达不到交互实现的水平。体元投方法之所以能引起人们的极大举是因为在处理过程中充分地利用了体元的空间连贯性。本文提出了一个更有效的体绘制方法：区域块投影方法（Ｂｌｏｃｋ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ）。这一算法不仅利用了体元的空间连贯性而且还充分地利用了数据场函数值分布的     

利用Master-Slave-Collector模式的大规模数据集的并行体绘制

以内部网络和普通配置计算机为实验平台,研究大规模数据集的并行体绘制的实现方法,以提高绘制速度和算法效率。分别介绍并行可视化、Master-Slave-Collector模式、负载平衡、任务池和结果池等关键技术。在传统的Master-Slave模式基础上的改进模式Master-Slave-Collector,具有减少计算时间、实现负载平衡、提高绘制效率等优点。实验结果表明,该方法较好地解决了运算速度和内存空间这两大难题,效果良好,实时性强,在临床诊断和科学研究中发挥重要作用。     

Interactive volume rendering of large fields

We first present the volume-rendering pipeline and the most typical of the existing methods for each pipeline stage. The complexity of each stage in terms of computing time is analyzed for each method. Then the demands and the scope of interactive volume rendering are briefly summarized. Based on this analysis we examine alternate solutions to optimize each pipeline stage in order to allow interactive visualization while maintaining the image quality. The proposed method maximizes interactive manipulation possibilities and minimizes runtimes by sampling at the Nyquist rate and by flexibly trading off quality for performance at any pipeline level. Our approach is suitable for rendering large, scalar, discrete volume fields such as semitransparent clouds (or X-rays) on the fly.     

Efficient CPU‐based Volume Ray Tracing Techniques

Recent research on high‐performance ray tracing has achieved real‐time performance even for highly complex surface models already on a single PC. In this report, we provide an overview of techniques for extending real‐time ray tracing also to interactive volume rendering. We review fast rendering techniques for different volume representations and rendering modes in a variety of computing environments. The physically‐based rendering approach of ray tracing enables high image quality and allows for easily mixing surface, volume and other primitives in a scene, while fully accounting for all of their optical interactions. We present optimized implementations and discuss the use of upcoming high‐performance processors for volume ray tracing.     

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.     

针对类球形对象的改进光线投射算法

为提高光线投射算法的绘制速度和图像绘制质量,提出了一种针对类球形对象的改进光线投射算法。该算法首先设置球形包围盒的方法剔除对最后绘图结果没有影响的光线投射,用快速求交的方法来提高获取采样点的速度,通过自适应采样的方法加入新的采样点来提高绘制图像的质量。实验结果表明该算法不仅比传统方法绘制出的图像质量清晰,并且提高了算法的执行速度。     

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。