基于GPU图像直接体绘制算法分析与评价

近年来计算机图形硬件性能不断提高,利用硬件来实现体绘制过程中的某些环节以获取交互的绘制速率成为可能,是目前体绘制的研究热点。描述了基于GPU的光线投射法、2D纹理映射法和3D纹理映射法等典型算法,给出了各类算法的分析与性能评价,最后实现相关算法并得出实验结果。     

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.     

不规则地质体的分割与体绘制方法研究

提出一种基于局部信息的区域增长方法(LI—RGA),该方法克服了最小偏差区域增长算法(R—RGA)中一致性准则函数定义的模糊性问题．实验结果证明,算法的分割准确性有所下降,但基本上不影响对不规则地质体的解释和分析工作．针对地震数据的特点,对传统光线投射算法进行了简化,并将分割出的不规则地质体定义成区域模板,再与改进的光线投射体绘制算法结合起来．实验证明,此方法能够清晰地再现数据体中的不规则地质体,并能同时显示重要的地质特征体．     

基于相关性的快速体绘制研究

光线投射法是三维直接体绘制算法中的一种最基本方法,但简单的光线投射算法存在采样效率低和绘制速度慢的缺点。本文充分利用对象空间与图像空间的各种相关性,利用 对象空间中数据场的相关性,对采样点处的均匀性区域采用正方体进行度量,并以此来确定采样步长,在射线方向上采用自适应的采样方式,避免在采样点周围均匀性区域中中重复地进行采样,大大地提高了三维数据场的绘制速度。     

彩色三维体数据场的直接体绘制方法

提出基于光线投射和三维纹理映射的彩色体数据成像算法，研究如何从每个体素的R，G，B三元组映射成不透明度值，即不透明度转换函数。首先把原始的RGB色彩空间转换成LUV色彩空间；然后以亮度分量的中心差分来近似估计法向量，并应用Phong光照模型进行着色，根据亮度分量及其梯度等信息计算不透明度值；最后合成、累积颜色。对美国数字人男子照相彩色体数据分别采用两种算法进行实验。结果表明：基于光线投射的彩色体数据算法成像质量较高，可以表现体表毛细血管等细微结构，但速度较慢；基于三维纹理映射的彩色体数据成像算法速度较快，但成像质量适中。     

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。     

四种体绘制算法的分析与评价

体绘制技术是科学计算可视化的重要组成部分,具有较大的研究价值和广阔的应用前景。体绘制有两种方法即间接体绘制和直接体绘制,直接体绘制(简称体绘制)以其在体数据处理及特征信息表现方面的优势,已经得到了研究者越来越多的重视。文章对四种典型的体绘制算法进行了描述,并概述了它们的改进之处,同时对它们各自的性能进行了分析和评价。     

基于实时梯度计算的快速纹理映射体绘制

本文分析讨论了一种基于实时梯度计算的纹理映射体绘制算法。在绘制过程中实时计算每个体素上的梯度,有效地减少了在传统基于纹理映射的体绘制中,对梯度预先计算的耗时操作,也降低了内存的消耗,加快了整个绘制过程。同时,采用三维Sobel算子对梯度进行计算,并进行归一化处理,有效地提高了绘制图像的质量。在实现中充分利用了目前PC图形硬件成熟的可编程特性,特别是fragment program,来完成梯度的实时计算。最后对医学体数据进行绘制,得到了理想的结果。     

基于GPU与Monte-Carlo的体绘制光线投射算法的研究

体绘制过程中等距离采样在显示效果不理想的情况下,每减少一个采样步长会增加大量采样点,大大增加了体绘制过程中的计算负担。针对这个问题,提出了一种基于Monte-Carlo积分方法的光线投射实现的实时体绘制算法,采用Monte-Carlo积分方法解决了光照明方程中的积分问题。实验结果表明,在显示效果几乎一样的前提下,采用本文的方法绘制效率提高了十多帧。     

基于GPU的体绘制框架

在基本的光线投射算法基础上,提出一种简单灵活的体绘制框架。该框架根据现有的标准和非标准的体绘制技术,在保证渲染质量和易交互性的前提下,实现了多个不同的着色器程序,包括最大密度投影、等值面绘制、体绘制等。实验表明:该框架具有易扩展性,灵活性高,表达了现有的医学可视化技术,将可编程图形显卡技术集成到直接体绘制中展现了强大的生命力。     

基于空间数据插值算法的空间散乱数据体绘制实现

体绘制技术是一种能够真实地反映空间数据场内部信息的可视化技术。在体绘制研究领域中,非规则的空间散乱数据体绘制目前仍然是一个研究热点。文中采用空间数据插值算法对散乱的原始数据进行网格化插值,然后使用光投影体绘制算法对规则网格数据进行体绘制。最后,通过新方法实现了某油藏区地下流体压力和孔隙度分布结构的体绘制。     

工业CT数据场面绘制和体绘制改进算法研究

工业CT图像的重建速度和精度是工业CT产品的两个重要指标。针对面绘制的MC算法提出了一种基于相似性区域分割的三维工业图像表面重建算法,实现了准确分割,并利用分割结果精确地提取等值面,显著提高了检测效率;针对体绘制的光线投射算法提出了一种基于二维最大熵阈值的分割预处理方法,利用二维直方图熵最大化寻找阈值的最佳组合,能有效减少重建体数据量,实测数据表明体绘制速度明显提高。     

交互式实时水面渲热

介绍了一种利用可编程图形硬件来实现水面实时渲染的方法。该渲染过程分为两个阶段,即水面建模和光照实现。通过当前图形硬件新提供的顶点纹理技术来对水面进行建模,并结合环境纹理映射技术和二维纹理映射技术实现了水面上的反射与折射等光照现象。实验证明,该方法大大提高了渲染速度,增强了水面渲染的交互性和实时性。     

基于硬件加速的纹理映射体绘制

介绍了体绘制的概念及其在计算机绘图中的重要性。提出了利用图形显示卡的相关性纹理和多重纹理映射功能对三维纹理进行有效改进的新算法,研究了该算法在体绘制中的应用,结果表明,它在快速、准确重建和交互性方面具有优势,对于提高体绘制的效率具有重要的意义。     

基于图形硬件加速的体绘制关键技术综述

随着近年来计算机图形硬件性能的不断提高,利用硬件来实现体绘制过程中的某些环节以获取交互的绘制速率变为可能,并逐渐成为目前的研究热点。从体绘制的分类、明暗处理、重构、体积裁剪等4个角度对基于图形硬件加速的体绘制方法进行了分类综述,介绍了各种关键技术的研究进展和典型算法,并讨论了各自特点及其相互联系。     

基于体元投影的一种非规则数据场体绘制方法

随着科学计算可视化的发展及其在实践中的应用,非规则数据场的可视化已成为当前的研究热点之一。由于非规则场中样点的大小、形状和分布是不一致的,在成像时面临更多的困难。常用的方法有光线投射法,单元投影法,以及单元投影与光线投射相结合等算法。吸取了上述算法的优点,同时利用非规则数据场的一些特性,采用了一些加速措施来加速绘制。通过实验验证,可以达到比较理想的效果。     

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。     

建立在图像识别基础上的体绘制加速方法

提出了一种新算法——IRVR（Image Recognition Volume Rendering）,该算法能大幅降低冗余数据,从而提升体绘制速度。IRVR算法首先利用交叉熵阈值分割法从三维数据集中将物体像素和背景像素识别出来,然后将迭代光线追踪方法和物体检测采样策略结合起来对原始三维数据集进行采样。接着运用快速迭代法对分类数据集进行采样,从而定位视线与原始数据集的交点。IRVR算法还应用了准确正规采样方法（例如,三线性插值、样条插值等）在体绘制过程中对原始数据集进行插值。经过实验得出的结论证明IRVR算法既能提高体绘制的速度,又可以保证体绘制图像的质量。