交互式动态体绘制及其加速算法

体绘制三维成象法是一门新兴的3D采样数据场可视化技术，在医学成象和科学可视化领域有着极为广泛的应用，但由于3D数据量大，其使用往往受到巨大计算开销的限制，因此很多研究人员致力于静态体绘制加速算法的研究，并解决医学图象三维可视化中三维体数据显示速度与成象质量问题，因而提出了一种交互式动态体绘制算法，即从任意的视点距离和视线方向进行动态编制，并在分析其算法复杂度的基础上，提出一种新的加速算法，同时使得动态体绘制过程几乎达到实时的效果，经验证，这种算法比标准算法快4～5倍。     

基于GPU的三维地震数据场体绘制方法

体绘制技术是计算可视化研究和应用热点之一。在对三维数据体进行形式化定义基础上,讨论光线投射算法中数据体划分,重采样计算以及图像合成的原理和方法。利用着色器进行重采样和图像合成运算,实现体绘制的GPU加速。将GPU加速的光线投射体绘制方法应用于地震数据解释,分别实现地震数据的灰度和伪彩色样式可视化,并通过转换函数,凸显出地震数据场的层位特征,克服了地震数据剖面、切片以及三维面绘制图像的局限性。     

针对全空子数据体的GPU体绘制方法

体绘制是三维数据可视化的主要方法之一。用于体绘制的数据体中包含有大量的空体素,导致光线投射算法进行没有意义的重采样计算,必然降低绘制算法效率。针对全空子数据体体绘制低效问题,本文提出基于GPU体高效绘制方法。利用八叉树数据结构组织数据,有效管理包含许多空体素的子数据体。通过绘制八叉树非全空叶子结点子数据体表面,使光线投射算法中起始和终止重采样位置更接近数据体中的可视部分,同时根据八叉树全空结点子数据体判定纹理查询结果,计算合适的跳跃步长,快速跳过八叉树中全空结点子数据体,减少无效重采样点。当数据体中空体素较多时,实现对原基于体包围盒表面绘制的GPU光线投射算法的加速。设计不透明度函数,凸显数据体中层位面,并将算法成功应用于地震数据可视化,取得很好应用效果。     

非规则数据场体绘制技术的研究

科学计算可视化的核心是三维数据场的可视化．当前三维可视化的研究热点是体绘制技术。文中介绍了三维非规则数据场体绘制技术的研究现状。在此基础上，通过对已有非规则数据场体绘制技术和算法的分析比较．预测非规则数据场体绘制技术今后的发展趋势以及将来应该重视的研究方向。除了改进已有算法、将各种算法结合起来外，还应该在硬件及系统加速技术方面做研究，同时结合漫游技术研究和开发高效的三维空间非规则数据场的可视化技术和并行算法。     

基于PC系统平台实现快速体绘制技术

体绘制技术可将难于理解的三维数据场转化成直观的图像，作为一种最具前景的科学计算可视化技术在医学影像方面有着极强的实用意义。由于体绘制算法需要强大的计算能力，在通常的PC系统上难以实现满足交互式应用的绘制速度，因此阻碍了其普及。研究PC系统上的快速体绘制技术，无疑具有重要的意义．本文使用Shear-warp的体绘制算法，并利用Intel公司的SSE2扩展指令对整个绘制过程进行加速，实现了基于中高档桌面PC系统平台的快速体绘制应用。     

基于GPU的实时光线投射算法

介绍了一种基于GPU（可编程图形处理单元）的快速实时光线投射算法。为满足大规模体数据集的绘制要求,利用当前GPU的新特性,直接将体数据作为纹理载入显存,采用预积分分类方法在GPU中对体数据进行重采样和分类,避免了计算机主内存与GPU纹理内存之间数据交换的瓶颈问题;利用硬件支持的三维纹理和片元着色器,实时计算每个体素的梯度,实现高质量的光照,保证高质量的图像绘制效果。实验结果表明该方法在医学三维数据场可视化中,能够实时、高效地生成高质量的交互式体可视化图像。     

三维数据场实时体绘制研究进展

在分析了三维数据场实时体绘制研究现状的基础上，重点探讨了三维数据场实时体绘制的五种方法：降低采样维数法、空间相关性法、跳过空体元法、基于硬件的方法及并行处理的方法，并比较了各种绘制算法的特点，从而指明了三维数据场实时体绘制进一步研究的方向。     

基于物质分类的频域体绘制算法

本文提出了一种新的频域体绘制算法，与以前的频域体绘制（ＦＶＲ－Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｏｍａｉｎ Ｖｏｌｕｍｅ Ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ）算法不同的是，该算法借鉴并引入了传统空域绘制算法中普遍采用分类过程，从而使得生成的图象更加接近于空域方法的结果，在些算法的基础上，文中又提出了一种在图象效果上类似于传统空域面绘制算法的方法。该方法通过频域重采样过程中运用Ｌａｐｌａｃｅ算子，使得数据场的三维物质边界面得到     

基于GPU的风暴数据场多维纹理混合绘制

在气象领域,三维风暴数据场可视化是风暴监测及灾害预测的重要技术手段之一。可视化效率及质量直接影响到风暴体分析研究的准确性和时效性。针对传统的二维、三维纹理映射体绘制方法进行了研究,提出了一种基于GPU的风暴数据场多维纹理混合绘制技术。该方法采用了三维纹理存储风暴数据场并结合代理几何体动态生成方法,克服了传统方法中纹理数据冗余的问题,并保证了模型的三维交互流畅性。该方法中提出的纹理映射光滑重采样策略,显著提高了风暴体模型显示效果,并在一定程度上避免了CPU-GPU通信瓶颈。     

非规则数据场体绘制技术的研究

科学计算可视化的核心是三维数据场的可视化,当前三维可视化的研究热点是体绘制技术.文中介绍了三维非规则数据场体绘制技术的研究现状.在此基础上,通过对已有非规则数据场体绘制技术和算法的分析比较,预测非规则数据场体绘制技术今后的发展趋势以及将来应该重视的研究方向.除了改进已有算法、将各种算法结合起来外,还应该在硬件及系统加速技术方面做研究,同时结合漫游技术研究和开发高效的三维空间非规则数据场的可视化技术和并行算法.     

海量医学数据处理框架及快速体绘制算法

设计并实现了一套针对海量数据的处理和分析算法框架,并将其融入实验室早先开发完成的医学影像算法研发平台MITK(medical imaging toolkit)中,真正建立起一个海量医学影像数据的处理平台,并在此基础上研究了针对海量数据的基于光线投射和三维纹理的快速体绘制算法,提出了一种半自适应分块的方法对原始数据进行分块,在不对分块速度产生太大影响的基础上得到了更好的分块结果,同时使用图形硬件来进一步加速整个算法的绘制流程.实验结果表明了该平台和算法对于海量医学数据处理和可视化的有效性.     

基于VTK人体肺部的三维重建

医学图像三维重建技术是利用二维医学图像序列重建出三维模型,为医生提供直观、全面、准确的病灶和正常组织信息,是当今医学影像领域研究的热点之一。利用一个包含了多种面绘制技术的基于面向对象方法设计的、功能强大的可视化类库Visuali zation ToolKit（VTK）进行人体肺部断层图像的三维重建,讨论了面绘制算法中最常用的移动立方体法（MC）。重建效果表明基于VTK的面绘制技术具有应用灵活、重建效果逼真、重建速度较快等优点。为进一步研究人体肺部的动态建模打下基础。     

交互式虚拟内窥镜系统

计算机图形图象技术与虚拟现实技术应用于医学内窥镜系统,产生了虚拟内窥镜技术,为了将虚拟现实技术应用在医学图象处理方面,以方便医生进行虚拟手术与无创诊断,在综合利用各种计算机图形,图象技术的基础上,提出了完整的交互式虚拟内窥镜系统的框架,同时对系统结构和各种模型进行了分析和讨论,还针对系统的实时性和绘制结果的逼真性要求,提出了基于Object Cache和扩展的区域增长方法,并将其应用到医学图象处理当中,得到了较好的效果,该系统较好地解决了虚拟现实与可视化实时性和绘制精度两方面的要求,从而为医学图象可视化提供了有力的工具。     

医学体数据三维可视化方法的分类与评价

医学图象三维可视化具有极大的医学研究和临床诊疗应用前景,是现代医学影象研究的重要领域。医学图象三维可视化方法通常分为表面绘制和体绘制,已有许多具体的算法提出,一些算法兼具表面绘制和体绘制的特点,归为混合绘制方法,该文概述了一些典型算法,并讨论了其特点及相互联系,同时对各类方法的应用场合及前景了分析和评价。     

基于PC的医学图像体绘制方法研究与仿真

体绘制技术是一种能够准确反映体数据内部信息的可视化技术。本文主要介绍了一种改进的体绘制算法，即首先对三维医学图像施加模糊增强，然后对增强后的图像进行模糊阈值分割，从而可以清晰地对三维数据场进行分类，即边界区与非边界区。对边界区与非边界区分别进行绘制。在PC机上进行仿真的结果表明，此方法既能提高绘制的速度，又能保证绘制质量。     

体绘制技术在医学可视化中的新发展

科学计算可视化体绘制算法能反映出体数据的内部信息，在医学，它已经从辅诊断发展成为辅助治疗的重要手段，体可视化技术是医学可视化的重要研究内容，其处理过程包括体数据的获取，模型的建立，数据的映射，绘制等操作，该文介绍了医学可视化中常使用的几种光照模型，针对基于图象空间和对象空间两种体绘制算法，介绍了它们的基本思想方法，并详细阐述了在近期的主要加速技术和提高图象质量方法的新进展，最后给出了实验数据和结论。     

基于MC的医学三维等值面的平滑与归并

为了提高医学三维图象的重建效果和速度,在对用于构造等值面的MC（Marching Cubes）算法进行分析的基础上,提出了对等值面进行三维空间方向平滑和多边形法形法向归并的方法。等值面方向平滑的方法就是将等值面分解为一个三维坐标场和一个法向矢量场,然后对其法向矢量场作矢量平滑处理;而等值面的多边形法向归并则是根据适当的门限值,将原来由大量小三角面片构成的等值面归并成由较少的多边形面片构成的等值面。实验结果表明,该方法能显著改善三维重建的效果,并能提高三维绘制的速度。     

A framework for fusion methods and rendering techniques of multimodal volume data

Many different direct volume rendering methods have been developed to visualize 3D scalar fields on uniform rectilinear grids. However, little work has been done on rendering simultaneously various properties of the same 3D region measured with different registration devices or at different instants of time. The demand for this type of visualization is rapidly increasing in scientific applications such as medicine in which the visual integration of multiple modalities allows a better comprehension of the anatomy and a perception of its relationships with activity. This paper presents different strategies of direct multimodal volume rendering (DMVR). It is restricted to voxel models with a known 3D rigid alignment transformation. The paper evaluates at which steps of the rendering pipeline the data fusion must be realized in order to accomplish the desired visual integration and to provide fast re‐renders when some fusion parameters are modified. In addition, it analyses how existing monomodal visualization algorithms can be extended to multiple datasets and it compares their efficiency and their computational cost. Copyright © 2004 John Wiley & Sons, Ltd.