虚拟内窥镜实时体绘制技术研究

针对虚拟内窥镜技术中空体素较多和近景因素对视觉影响较大的特点,将一帧场景的绘制分为近景和远景两个部分．近景与远景的绘制分别采用加速的光线投射和改进的快速对象投影方法处理,较大地提高了当前帧的绘制速度;利用相邻帧的连贯性特点,将当前帧远景的绘制结果进行变换,得到下一帧远景的部分绘制结果,进一步提高了漫游的实时性。     

基于OpenGL的光线投射算法的研究

利用VC＋＋6．0以及OpenGL实现光线投射算（payCasting）法。介绍了光线投射算法以及OpenGL的知识。主要实验方法为：第一、对原始CT图像进行数据预处理、数据分类,得到满足绘制要求的规则体数据,并且对各个数据点赋予颜色值和不透明度;第二、利用体绘制算法绘制出人头（主要是人脑）图像,并且能够实现空间上三个方向的浏览与绘制功能,但是绘制速度比较慢。实验结果表明：采用光线投射算法能够实现人脑的三维可视化,并且能够绘制出清晰图像,图像效果令人满意。     

基于OpenGL的光线投射算法的研究

利用VC＋＋6．0以及OpenGL实现光线投射算（payCasting）法。介绍了光线投射算法以及OpenGL的知识。主要实验方法为：第一、对原始CT图像进行数据预处理、数据分类,得到满足绘制要求的规则体数据,并且对各个数据点赋予颜色值和不透明度;第二、利用体绘制算法绘制出人头（主要是人脑）图像,并且能够实现空间上三个方向的浏览与绘制功能,但是绘制速度比较慢。实验结果表明：采用光线投射算法能够实现人脑的三维可视化,并且能够绘制出清晰图像,图像效果令人满意。     

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。     

基于数据场相关性的光线投射算法

光线投射算法是体绘制中的经典方法,这一算污具有结构清晰实现便利的特点。但简单的光线投射算法存在采样效率低和绘制精度低的缺点。本文利用数据场的相关性和不等步长的采样方法来改善泡线投射算法的品质,使它既有快速的优点又具有较高的成象精度     

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.     

基于GPU的烟雾数据体面混合绘制技术研究

研究烟雾等大规模体数据在虚拟场景中实时可视化的技术是一种新的体面混合绘制技术,在灾害现象仿真中有着重要的应用。在处理体面混合绘制时,已有的绘制算法难以实时地处理体数据的遮挡和裁剪,并在内窥绘制中出现片元空洞。针对以上问题,提出一种基于GPU的体面混合绘制算法,将体数据视为参与介质,同时将面绘制的结果作为体绘制的积分域约束条件,从而把面绘制中的裁减算法推广到体数据的绘制中,实现了体面混合绘制的无缝融合。仿真结果表明算法能够实时地绘制虚拟场景中的大规模体数据,并且能够处理复杂的内窥效果。     

直接体绘制技术研究

直接体绘制技术是可视化研究领域的一个重要分支,是目前最活跃的可视化技术之一。该文首先介绍了体绘制技术的原理,分析其实现的关键技术及算法。然后介绍了可视化工具VTK,及其对光线投射算法的实现过程。     

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。     

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。     

一种实时体切割绘制的光线分段预处理方法

针对传统图形绘制算法速度慢,质量不高的缺点,提出了一种快速的基于光线投射法的体切割预处理方法。通过外接球面和进行分段的光线投射预处理,在保证绘制质量的同时,实现了实时体切割。实验结果表明,本方法对于医学可视化应用,在使用规则体数据时,有令人满意的结果。     

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GPGPU的数字图像并行化预处理

首先简要介绍了统一设备架构CUDA(Compute Unified Device Architecture)技术的背景、特点、内存模型,利用通用计算图形处理单元GPGPU(General Purpose GPU)及CUDA技术,实现了图像直方图均衡化和薄云去除的并行化处理,与传统的基于CPU的方法相比,两个基于GPGPU的图像预处理操作的执行效率分别提高了40倍与80倍左右,在大规模实时性图像处理操作中,有很大的实用价值。     

Physically Based Real-Time Rendering of Teeth and Partial Restorations

Visually accurate real-time rendering of teeth has many applications ranging from computer games to dental computer aided design (CAD). Similar to skin, the realistic and physically correct appearance of teeth cannot be achieved by simply using opaque diffuse textures, mainly because of the subsurface scattering behaviours of both. While both have a layered structure in common, the scattering characteristics of the teeth layers are drastically different from those of the skin, making rendering much more complicated. We present an approach which uses the Henyey–Greenstein scattering to achieve a near realistic real-time rendering of human teeth. To simulate the multi-layered geometry of teeth, we use standardized teeth models with dentin cores and fit them to real scanned teeth or dental restorations. By using a proxy geometry to compute the scattering, we can also render partial restorations as they would look like when attached to the remaining teeth. Finally, we compare our results to the VITA shade systems and human teeth to evaluate the visual fidelity of our approach.     

Improving Initial Flattening of Convex-Shaped Free-Form Mesh Surface Patches Using a Dynamic Virtual Boundary

This study proposes an efficient algorithm for improving flattening result of triangular mesh surface patches having a convex shape. The proposed approach, based on barycentric mapping technique, incorporates a dynamic virtual boundary, which considerably improves initial mapping result. The dynamic virtual boundary approach is utilized to reduce the distortions for the triangles near the boundary caused by the nature of convex combination technique. Mapping results of the proposed algorithm and the base technique are compared by area and shape accuracy metrics measured for several sample surfaces. The results prove the success of the proposed approach with respect to the base method.     

OpenCL加速的基于虚拟节点法的柔性体实时切割仿真

为了提高柔性体变形仿真运行速度并且解决切割对变形计算稳定性的负面影响,提出了能与GPU加速的变形算法协同运作的基于虚拟节点法的柔性体实时切割仿真方法.柔性体模型由真实四面体网格嵌入虚拟四面体网格中构成,前者用于碰撞处理和图形渲染,而后者则用于变形计算.切割算法首先分裂真实四面体网格;然后复制包含超过一块真实四面体连通碎片的虚拟四面体,每个复制品包含一块真实四面体碎片;再根据真实四面体之间的连接关系更新虚拟四面体之间的连接关系;最后更新真实四面体网格与虚拟四面体网格之间的镶嵌关系.为了确保仿真系统不被限制在NVIDIA公司的GPU上,GPU加速使用OpenCL实现.仿真测试结果表明,该方法可以在任意多次切割情况下保持变形计算稳定不发散,并且在NVIDIA公司和AMD公司的GPU上都可以正确运行.     

采用非均匀纹理层的短毛实时绘制

提出一种采用非均匀纹理层来实时绘制真实感短毛的方法,通过混合绘制多层次半透明纹理层来表示物体表面的毛发效果,根据视点位置以及物体表面各部位毛发形态的不同,自适应地采用不同的层数来表示物体各部位的毛发.这种非均匀层数的方式可以在保证绘制质量的情况下尽量减少绘制的面片数,从而加快绘制速度.该方法对中等规模的模型达到了实时的处理速度,并可以有效地表现物体表面的局部性长毛或倒伏毛发等各式毛发形态.     

一种加速的规则体数据场光线投射体绘制算法

本文讨论了规则体数据场的体绘制算法,将光线投射体绘制算法看作是对体数据立方体投影多边形的填充,减少了投射光线的数目。将Bresenham画线算法推广到三维空间,减少了光线投射算法的计算时间。本算法已应用于我所开发的三维核磁共振图像分析系统中,效果较好。     

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。