基于光线投影的医学影像体绘制加速技术

针对标准光线投射算法计算量大、速度慢的特点,本文提出一种满足医学图像实时需要的体绘制加速新算法.利用图元在矩阵变换前后呈均匀变化的特性,递推得到除6个顶点外的其余重采样点的物体空间坐标,大大减少矩阵运算量;同时利用包围盒技术避免对空体元的采样,通过将Bresenham算法扩展至三维使投射光线的体元化与重采样参数的计算一次完成,极大地加速光线投影的效率.大量的对比实验均表明,本文算法和传统标准算法具有相同图像质量,体绘制的速度提高了2～3倍.     

3D非均匀直线网格GPU体绘制方法研究

计算机图形硬件技术的快速发展可以用来加速可视化过程,为此针对非均匀直线网格,给出了基于均匀辅助网格的CPU光线投射算法、基于辅助纹理的GPU光线投射算法,以及基于切片的3D纹理体绘制算法,并在Nvidia Geforce 6800GT图形卡上对这些算法进行了测试。结果表明,GPU算法远远快于CPU算法,而基于切片的3D纹理体绘制算法则快于GPU光线投射算法。     

椭球体三维数据场可视化模型及实现

分析了三维数据场可视化的典型应用及两类基本构造方法;提出一种椭球体三维数据场可视化模型,详细论述该模型的物理意义及实现算法,并给出利用该模型及其算法实现三维数据场可视化的实例。通过对效果图的分析表明,该方法所建立的三维图像具有良好的真实感,运行速度快且交互性能强。     

基于稀疏激光点云数据和单帧图像融合的三维重构算法

由于激光雷达获取的深度数据非常稀疏,为了能够将深度数据与图像数据重构出稠密三维深度图,本文提出了基于稀疏激光点云数据和单帧图像融合的三维重构算法。该方法首先使用点直方图特征有效地选择对应于目标的点数据并消除体素中的非相似点;然后,使用高斯过程回归对局部深度数据建模,并通过插值获得三维深度数据,本文算法获得的三维深度点更接近基准值,并保持了目标的局部形状特征;最后,利用马尔科夫随机场对图像灰度数据和三维插值点进行融合来构建三维深度图。仿真实验结果表明:相比现有基于激光雷达数据和单目图像数据的三维重建算法,本文提出的算法将大大提升算法的鲁棒性与重构的准确度,可辅助用于复杂的城市场景中车辆的无人驾驶。     

光线投射算法刍议

采用光线投射算法来为移动设备创建一个3D引擎,这可大大降低算法的复杂度并减少计算量。     

基于深度信息的医学三维图像体绘制算法研究

医学图像可视化属于科学计算可视化的范畴,对医学体数据的体绘制方法加以分析,在传统光线投影体绘制过程中引入深度信息,提出一种基于深度信息的体绘制算法,通过深度交互,指导特征信息及其上下文信息的绘制,在此基础上再进行颜色值合成,生成三维图像,这种方法对医生直观解患者的目标隐藏组织很有帮助。     

三维数据场可视化的算法及实现

本文介绍了科学计算可视化的核心问题——三维数据场可视化(volu-me visualisation)的基本算法,并以CT扫描医学图像的三维重构及三维流场的可视化为例,讨论了绘制三维场的面表达及体直接表达算法的实现问题,文中还给出了算法实现中的实验结果。     

强偏折场的光偏折层析重建技术

强偏折场的重建是光学层析技术测量复杂流场领域的难点问题.在研究现有重建算法及其适用性的基础上,结合光线追迹算法提出基于曲线路径反演的正则化修正重建技术.该技术克服了现有重建技术中光路直进的假设,基于几何光学原理设计了光线通过强偏折场的积分路径追踪算法,使用代数重建技术和正则化重建技术相结合的思想,通过偏折角投影数据的迭代修正实现非线性反演.使用该技术对强偏折场进行数值重建,证实了其在有限角投影数据条件下重建大梯度折射率分布的有效性,并显示了其在刻画场关键特性方面相对于现有算法的优势.     

生成三维多边形平面域的双直线算法

提出了一种生成三维多边形平面域的新算法,该算法由主投影的扫描转换与主投影方向坐标的离散计算两部分构成。算法的两个部分相互独立,因而在第一部分可采用任意一种已有的多边形扫描转换算法来实现。主投影方向坐标的离散计算可通过两个整型数组（代表双直线）快速获得。算法可保证在理论上共面的两个多边形面域的公共部分在离散后完全重叠。     

基于体素的体积计算在地质领域中的应用

根据水文地质钻孔数据建立地下水三维数据场模型,进而研究地下标量场和矢量场特征,是一种新的研究方法。体积计算是地质领域的一项基础性工作,针对地质体数据的特点,研究了两种基于体素的体积计算方法——1/8 体素和移动立方体体积计算方法,并将其与种子填充算法结合,用于遍历整个数据场。最后将计算结果与传统方法进行了对比,实验证明具有较好的精度。     

四维空间内的有限元体绘制转换函数设计

经典的有限元体绘制转换函数是定义在三维位置空间内的,然而有限元分析中还存在四维空间的数据,为了对该类数据进行显示,现提出一种面向四维有限元数据的体绘制转换函数模型.该模型结合有限元数据极大值区高关注度的特点和体绘制技术良好的数据筛选能力,在原有位置空间转换函数的基础上扩充第四维,以变换出时序体绘制效果和多标量体绘制效果.该模型的使用可极大的丰富有限元数据的图形显示方法.     

运用八叉树3D纹理实现CFD数据场的直接体绘制

基于3D纹理的直接体绘制算法可以在保证图像质量的同时达到较好的交互性能,但由于纹理内存的限制,大规模数据场的3D纹理直接体绘制比较困难。作者提出了一种适用于计算流体力学(ComputationalFluidDynamics,CFD)数据场的八叉树3D纹理分割算法。该算法首先对数据场进行层次分割,然后根据CFD数据场的四面体网格特点插值生成规则网格数据场,最后生成基于八叉树结点的3D纹理子块。试验证明该算法可以较好地实现CFD大规模数据场的直接体绘制,渲染速度基本达到交互性的要求,较好地体现数据场内部的层次与结构关系。     

Contrast Enhancement of MicroCT Scans to Aid 3D Modelling of Carbon Fibre Fabric Composites

This paper presents a methodology for volume capture and rendering of plain weave and multi-layer fabric meso-architectures within a consolidated, cured laminate. Micro X-ray Computed Tomography (MicroCT) is an excellent tool for the non-destructive visualisation of material microstructures however the contrast between tows and resin is poor for carbon fibre composites. Firstly, this paper demonstrates techniques to improve the contrast of the microCT images by introducing higher density materials such as gold, iodine and glass into the fabric. Two approaches were demonstrated to be effective for enhancing the differentiation between the tows in the reconstructed microCT visualisations. Secondly, a method of generating three-dimensional volume models of woven composites using microCT scan data is discussed. The process of generating a model is explained from initial manufacture with the aid of an example plain weave fabric. These methods are to be used in the finite element modelling of three-dimensional fabric preforms in future work.     

体绘制及三维交互技术在地质数据可视化中的应用

对地质勘探所提供的大规模三维规则风格数据进行可视化处理。     

4-D x 3-D ultrasound: real-time scan conversion, filtering, and display of displacement vectors with a motorized curvilinear transducer

Recent research in the field of elastography has sought to expand displacement tracking to three dimensions. Once the 3-D volumes of displacement data have been obtained, they must be scan converted so that further processing, such as inversion methods to obtain tissue elasticity, can take place in Cartesian coordinates. This paper details an efficient and geometrically accurate algorithm to scan convert 3-D volumes of displacement vectors obtained from a motorized sector transducer. The proposed algorithm utilizes the physical scan geometry to convert the 3-D volumes of displacement data to both Cartesian coordinates and Cartesian displacements. Spatially varying filters are also proposed to prevent aliasing while minimizing data loss. Validation of the system has shown the algorithm to be correct to floating point precision, and the 3-D scan conversion and filtering can be performed faster than the native rate of data acquisition for the motorized transducer.     

基于图形硬件加速的非真实感图形实时绘制技术

非真实感图形绘制(Non-PhotorealisticRendering,简称NPR)能够反映三维形体的几何要素和设计风格,适合于CAD系统和卡通等艺术效果的显示绘制。利用现代可编程图形显示硬件技术,提出了一种在图像空间实现轮廓线提取和绘制的算法,并通过对Blinn-Phong光照模型的改进设计了一种适合于NPR绘制的改进光照模型。实验表明运算速度能够满足交互系统的实时性需求。     

基于帧速率的地形渲染数据量自适应控制算法

针对大规模地形三维可视化系统在不同性能计算机平台上运行速度的差异,提出了一种基于帧速率的地形渲染数据量负反馈自适应控制算法,该算法以数据量与帧速率关系模型为基础,通过获取精确的系统渲染周期耗时,计算符合帧速率要求的地形数据量,并进行动态数据调整.基于FLTK(和OpenGL的系统实验表明,该算法可以根据特定计算机平台的性能,快速调整渲染数据量,使地形可视化系统稳定运行干预先设定的帧速率区间.该算法有效增强了三维地形可视化系统的平台适应能力,同时算法思想对于类似系统负载与耗时关系的研究也有借鉴意义.     

基于LLTSA的转子故障数据集降维方法

特征数据集降维是机械故障智能诊断的关键步骤之一。常见的数据集降维方法难以准确的从高维非线性数据集中获取反映转子运行状态的敏感特征信息,导致故障模式识别精度降低。局部切空间排列算法（LTSA）对部分高维非线性数据集达到较好降维效果。但该算法不适合处理高曲率分布、稀疏不均匀分布等高维数据源。为此,在LTSA算法的基础上结合线性分块思想,提出线性局部切空间排列算法（LLTSA）。该算法充分考虑了数据集的整体与局部结构,将数据样本空间划分为一组最大线性块,使降维后的同类数据具有更好的聚类性。通过高维非线性转子振动数据时域特征数据集对该算法进行验证,结果表明经该算法降维后的数据集具有较好的聚类与分类性能。