基于Kriging和Marching cube算法的地学3维形态模拟

地质构造的复杂性和勘查数据的不完备性,决定了对地质要素(地质体和场)的空间形态进行3维模拟是一个面临众多技术难题的艰巨任务。针对此问题,探讨了一种利用空间插值和等值面勾绘来建立地质要素的接近真实的3维可视化模型的方法。Kriging算法,由于其在揭示空间数据非均匀、各向异性分布规律方面具有良好表现,因而被用于对不完备地学数据进行空间插值,即先将分散的不规则分布的数据转换成规则分布的网格数据;再通过Marching cube算法实现由网格离散点构建光滑3维等值曲面;最后通过OpenGL接口实现等值曲面的计算机3维重绘。整个过程采用VC .net结合OpenGL编程完成。应用这种方法,可实现有限钻孔取样分析数据的矿体品位3维等值面模拟和电磁测深2维反演数据的电阻率3维等值面模拟,其模拟结果接近于传统勘探方法解释的结果,而且其效率高得多,也更加直观,证明此方法是有效的和实用的。     

等值面抽取技术在超声探头声场模拟中的应用

为了更好地研究超声波声场,提出了以等值面方式来表现超声探头的声场分布;运用并改进了经典的MC（Marching Cubes）算法得出了圆盘和矩形两种超声探头声源的三维声场等值面描述.实验表明改进后的算法能获得较好的效果.     

基于等值面点的快速三维表面重建算法

医学图像可视化技术利用二维医学图像序列重建出三维模型,为医生提供了直观、全面、准确的病灶和正常组织信息。传统的方法直接采用由序列轮廓线生成的三角片来拟合曲面,重建的速度与效果均有限。本文采用了一种直接绘制等值面点的三维重建算法,该算法只对视觉有贡献,约占总体数据的2%左右表面点进行遍历绘制,大大提高了绘制速度。另外,本文提出了由等值面数据计算法向量的方法,实现了在只有等值面坐标数据的情况下计算法向量。     

基于改进MC算法的CT/MR图像三维重建

针对MC(Marching Cubes)算法重建后模型表面的不光滑性和模型表面三角面片数量大的缺点,提出了在保证一定精度的前提下减少小面片的处理方式。通过对等值面进行三维空间上的方向平滑来代替等值面上的三维坐标平滑,达到了提高模型表面平滑性的目的。以边删除算法为基础,设计了网格简化算法,实现了模型表面的网格简化。以喉管和心血管两组磁共振(Magnetic Resonance,MR)体数据为例进行三维表面重建的结果表明,平滑后的三维显示效果有了显著改善,显示的结构细节清晰度与真实感明显提高。模型的网格简化90%后,依然能保持原模型的特征和较好的视觉效果,并大大提高了实时交互绘制的能力,明显缩短了交互操作时间。     

Element-Partition-Based Methods for Visualization of 3D Unstructured Grid Data

Element-partition-based methods for visualization of 3D unstructured grid data are presented.First,partition schemes for common elements,including curvilinear tetrahedra,pentahedra,hexahedra,etc.,are given,so that complex elements can be divided into several rectilinear tetrahedra,and the visualization processes can be simplified.Then,a slice method for cloud map and an iso-surface method based on the partition schemes are described.     

具有线性精度的Cuberille方法

针对Cuberille方法精度低、显示效果差的缺点，将Cuberille方法形成的小立方体侧面边界作为骨架，在其基础上蒙上一层多边形网格．多边形网格通过扩张小立方体的侧面得到，这种扩张可以弥补由Cuberille方法造成的误差，从而使多边形网格具有线性精度．详细讨论了如何确定多边形网格顶点的位置、法向量以及多边形网格的构造方法，所构造的多边形网格具有明确的几何意义．最后，分析了算法的复杂性，并且以具体实例对新方法和Marching Cube方法及Cuberille方法在显示效果和时间消耗上进行了比较．     

基于多尺度等值面设计传递函数

在体绘制中传递函数将体数据转换成光学参数,因此体绘制的效果直接由传递函数决定.本文提出了基于多尺度等值面设计传递函数的高效方法.该方法通过梯度阈值提取边界体元来简化数据场,然后将提取等值面的目标函数的计算化简为累加的拉普拉斯加权的直方图极值的计算.最后对直方图进行多尺度平滑,利用提取出的多尺度等值面来设计高斯型传递函数,提高了等值面的准确度和传递函数的设计效率.     

Volumetric data modeling and analysis based on seven-directional box spline

The existing methods for visualizing volumetric data are mostly based on piecewise linear models.And all kinds of analysis based on them have to be substituted by coarse interpolations.So both accuracy and reliability of the traditional framework for visualization and analysis of volumetric data are far from our needs of digging information implied in volumetric data fields.In this paper,we propose a novel framework based on a C2-continuous seven-directional box spline,under which reconstruction is of high accuracy and differential computations relative to analysis based on the reconstruction model are accurate.We introduce a polynomial differential operator to improve the reconstruction accuracy.In order to settle the difficulty of evaluating upon the seven-directional box spline,we convert it into B′ezier form and propose effective theories and algorithms of extracting iso-surfaces,critical points and curvatures.Plentiful of examples are also given in this paper to illustrate that the novel framework is suitable for analysis,the improved reconstruction method has high accuracy,and our algorithms are fast and stable.     

用鞍点保证拓扑正确的快速等值面提取技术

等值面提取是研究三维数据场可视化的有效方法。针对已有的一些等值面提取算法存在的二义性问题,提出了用鞍点保证拓扑正确的快速等值面提取算法。用二线性插值和三线性插值函数来近似计算立方体表面和内部点的值,根据立方体中面鞍点和体鞍点个数的不同,将立方体剖分成不同数目的四面体。这种剖分只和原始数据的属性有关,与给定的等值无关,因此在数据不变的情况下只需要剖分一次。最后,用分层分组的方法将四面体分类到不同组中,避免在等值面提取过程中访问那些不含有等值面的四面体,从而提高了算法的速度。该算法在等值平滑变化或是随机变化时都能保持良好的特性。     

基于多尺度的Marching Cube改进算法

在医学图像三维重建中,经典的等值面重建算法Marching Cube是一种比较常用的算法。该算法具有可以在给定阈值的情况下提取任意三维数据场的等值面的优点,但因需计算大量的数据和三角面片而使得该算法速度较慢。提出了使用不同尺度的等值面重建理论,实现了一个多尺度的Marching Cube算法,经过实验对比,该算法比原Marching Cube算法具有效率高、速度快的优点。