体绘制方法研究与实现

体绘制方法是当前研究的一个热点问题,它的应用遍及医学、地质学、物理学、和科学计算等诸多领域。但目前它仍处于发展阶段,有许多问题都有待于进一步的研究。该文对体绘制方法中的若干算法进行了研究与比较,实现的算法是基于开发平台windows SDK,用C语言和原始的API编写Windows程序,以提供最佳的性能、最强大的功能和最大的灵活性。     

体绘制方法研究与实现

体绘制方法是当前研究的一个热点问题,它的应用遍及医学、地质学、物理学、和科学计算等诸多领域。但目前它仍处于发展阶段,有许多问题都有待于进一步的研究。该文对体绘制方法中的若干算法进行了研究与比较,实现的算法是基于开发平台windows SDK,用C语言和原始的API编写Windows程序,以提供最佳的性能、最强大的功能和最大的灵活性。     

Stochastic Volume Rendering of Multi‐Phase SPH Data

In this paper, we present a novel method for the direct volume rendering of large smoothed‐particle hydrodynamics (SPH) simulation data without transforming the unstructured data to an intermediate representation. By directly visualizing the unstructured particle data, we avoid long preprocessing times and large storage requirements. This enables the visualization of large, time‐dependent, and multivariate data both as a post‐process and in situ. To address the computational complexity, we introduce stochastic volume rendering that considers only a subset of particles at each step during ray marching. The sample probabilities for selecting this subset at each step are thereby determined both in a view‐dependent manner and based on the spatial complexity of the data. Our stochastic volume rendering enables us to scale continuously from a fast, interactive preview to a more accurate volume rendering at higher cost. Lastly, we discuss the visualization of free‐surface and multi‐phase flows by including a multi‐material model with volumetric and surface shading into the stochastic volume rendering.     

Adaptable Splatting for Irregular Volume Rendering

By employment of a footprint table in conducting intensity integration, splatting method has been very successful in rendering regular data volumes. Recently, the method has also been extended to render irregular data volumes. However, since samples in irregular volumes vary greatly in size and shape, the footprint table is unable to be employed in an efficient manner. This hinders the application of splatting approach from being used in the irregular volume case. In this paper, an adaptable splatting method is proposed, which provides an efficient way to integrate color intensity in terms of footprint table for the samples in various sizes. Experiments show that the new method may be used to produce better images without extra expense.     

协同分布式图形硬件的混合并行体绘制

由于一般的共享存储并行机缺乏图形硬件,其上产生的3维科学计算数据,无法采用硬件加速的并行体绘制来就地进行数据可视化。为此基于本地并行机和分布式图形工作站,给出了一种混合并行绘制模型。该模型的工作原理是先将源数据存留在并行机,然后通过并行机的多处理器发布远程绘制命令流,进而通过操控工作站的图形硬件完成绘制;后期图像合成在并行机上执行,以发挥共享存储通信优势。通过负载平衡优化,并行绘制流水线有效实现了绘制、合成与显示的重叠。实验结果显示,该方法能以1024×1024图像分辨率,交互绘制并行机上的大规模数据场。     

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。     

加速体绘制技术

根据体绘制成像的各个操作环节，对体绘制的加速技术进行了较全面且系统的介绍，包括色彩合成、光线与数据的求交、插值计算、排序及视见变换、对体绘制的基于硬件及系统方面的加速技术（如并行体绘制和漫游体绘制）也进行了一些讨论，在实际应用中，只有将各种加速技术进行有机地结合才能充分发挥体绘制的可视化作用。     

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。     

基于数据场特征的直接体绘制方法

论文在数据点分类的基础上,采用不同的方式计算表面采样点和内部采样点的颜色,改进了物质单一的数据场的光线投射体绘制方法。对物体模型内部的各数据点,采用一种简单的颜色映射经验模型来求解,简化了数据场内部数据点颜色的计算,减少了计算量,提高了绘制效率。     

基于可见性选择体元的投影成像体绘制方法

基于可见性避免了对不可见体元的合成操作,是提高体绘制速度的有效方法.为此提出了一种方法,根据体元基于体元面的相邻性及累积非透明度没有饱和的像素来挑选体元进行处理.这使得投影成像方法能有效地避免处理不可见体元.该方法不仅适用于平行投影和透视投影的成像运算,而且能处理各种规则场和非规则场.     

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。     

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.     

A Survey of Volumetric Illumination Techniques for Interactive Volume Rendering

Interactive volume rendering in its standard formulation has become an increasingly important tool in many application domains. In recent years several advanced volumetric illumination techniques to be used in interactive scenarios have been proposed. These techniques claim to have perceptual benefits as well as being capable of producing more realistic volume rendered images. Naturally, they cover a wide spectrum of illumination effects, including varying shading and scattering effects. In this survey, we review and classify the existing techniques for advanced volumetric illumination. The classification will be conducted based on their technical realization, their performance behaviour as well as their perceptual capabilities. Based on the limitations revealed in this review, we will define future challenges in the area of interactive advanced volumetric illumination.     

应用于传递函数设定的交互式体绘制工具

传递函数是体绘制过程中用以定出体数据与光学特征的对应关系,因此,传递函数的设定对成像质量有着直接的影响,文章提出一应用于传递函数设定、简单且有效的交互式体绘制工具,由于二维纹理硬件在通用的个人计算机上被普遍使用,因而该工具采用基于二维纹理硬件的体绘制方法,利用本工具,用户能根据体数据的直方图来交互地分别设定R、G、B和A四种传递函数,以定出体数据与光学特征的对应关系,并获得实时的反馈视觉信息(绘制结果),该工具亦提供一虚拟轨迹球让用户交互地改变观察体数据的视点,用户不但可以交互地控制放大或缩小比率来绘制体数据,还可以选择采用光照或由多重纹理实现的三线性插值来获得不同的绘制效果,该文描述开发此工具的各种技术,并给出利用此工具得到的一些绘制结果。     

基于Shear-Warp算法的三维地震数据场体绘制

利用三维可视化软件包,采用Shear—Warp算法实现地震数据的模型可视化,并给出了具体算法流程。实验结果表明此算法可提高地震数据的体绘制速度,实现地震数据解释的实时交互式绘制,为地质勘探提供可视化依据。     

硬件加速的大数据量自适应体绘制

利用树形结构和纹理映射技术,在普通微机上实现对大数据量体数据的实时交互.依靠八叉树结构和显卡的硬件加速功能,将体数据划分为不同精度的数据块,打破了大数据显示时显存与内存间容量和带宽的限制,通过交互策略动态遍历该树,实现对大数据量体数据多精度的绘制.实验结果表明,文中方法在普通微机上可以大于10帧/s的速度交互操纵GB级以上的体数据.该方法可有效地降低体绘制对于硬件的需求,使得在较低配置下对其交互成为可能.     

基于动态纹理载入的大规模数据场体绘制

为克服图形硬件对传统纹理映射体绘制的限制,提出了一种在普通PC上进行大规模数据场体绘制的有效方法。该方法中,体数据被划分为合适大小的数据块,这些数据块被动态的载入图形硬件,并利用3维纹理映射进行绘制。在整个绘制过程中,仅有一个数据块存储在图形硬件上,有效地提高了对大规模体数据的绘制能力。同时,充分利用目前PC图形硬件成熟的可编程特性,通过对梯度的实时计算来减少在传统纹理映射体绘制中巨大的内存消耗。实验结果表明,该方法在普通PC上可以对超过纹理内存容量的大规模体数据进行交互式体绘制。     

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。     

虚拟手术中的模型实时绘制

实时的视觉反馈在虚拟手术中可以加强操作者的沉浸感。该文分析了体绘制和面绘制的优缺点,在系统实时性的要求下,实现了基于立体纹理映射的三维体模型的面绘制。算法在容许实时交互的同时,为操作者提供了真实感较强的视觉反馈。由于文中立体纹理生成及纹理坐标计算的特殊性,对虚拟手术中的拉压变形和切割等操作也能很好地处理。     

基于GPU的水面实时渲染算法

提出基于可编程图像硬件实时生成真实水面的渲染方法,通过实现水面建模、水面折射和反射完成整个渲染过程。在正弦波叠加的同时,利用2个凹凸纹理实现水面的动画效果,通过实时纹理映射技术实现水面的反射、折射和菲涅尔等水面光照效果。实验证明该算法能够很好地满足人们对真实感和实时性的要求,适用于虚拟现实中真实水面的生成。