基于深度八叉树的三维数据场LOD可视化

提出了广度八叉树、深度八叉树概念,分析了它们逻辑结构和存储结构,探讨了这两种数据结构在三维数据场可视化中的应用,把深度八叉树应用于三维数据场LOD体绘制算法中。算法在某三维震波数据场进行了体绘制实验,并与传统方法进行了比较分析。结果表明,该方法通过逐层简化细节来减少场景的复杂性,提高了渲染效率,将全局和局部体绘制相结合,既提高了绘制速度,又实现了精细观察。     

八叉树编码体数据的快速体绘制算法

提出一种基于并行投影Shear-Warp分解的射线模板快速RayCasting体绘制算法．体数据采用有效的八叉树存储和表达方案．八叉树的适应性均一化分级策略使得算法在简化了不必要的处理过程的同时,为构建用于RayCasting算法的射线模板和后续的交叉计算提供了有力的应用基础．针对体绘制中八叉树编码体数据构造基本的交叉运算如节点单元定位、区域定能和邻接节点单元搜索的需要,相应地提出了,简单而且有效的方法．这些方法是非递归的,在减少比较运算的同时不需要构建中间结果列表,进而减少了对内存的占用和避免了繁重的交叉计算．所提出的体绘制算法能在标准PC平台下快速实现超大型数据集的处理和高质量的人体内部结构图像的绘制．     

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。     

针对全空子数据体的GPU体绘制

目的 体绘制是3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,提出基于GPU体高效绘制方法。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节点子数据体表面,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节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节点子数据体。结果 当数据体中空体素较多时,确定合适的八叉树深度,有效地跳过数据体中的空体素,减少体绘制运算量,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。结论 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。     

基于线性八叉树的快速直接体绘制算法

提出了基于线性八叉树的加速体绘制算法.利用线性八叉树对物体进行空间剖分,光线投射法跨越体数据集中的空体素,以提高绘制的速度.针对光线穿越体数据时的特殊情况,改进线性八叉树邻域查找的方法,特别是不同尺寸的邻域查找方法,克服了层次八叉树邻域查找的低效率,同时提出了光线离开平面的简洁判定方法,方便光线下一个采样点的计算.实验结果表明,该算法能够有效地提高绘制的速度.     

步进立方体算法的SOB数据结构的改进

为了对步进立方体算法进行加速,首先分析了在等值面生成时此算法出现蜕变点的原因1,并提出了相应的解决方法;然后论述了一种加速步进立方体方法的数据结构——基于层和对象(SOB)的结构,并同八叉树和行程编码方法进行了比较.实验数据表明当数据体中存在一个对象时,SOB方法和八叉树方法的绘制时间没有大的差别,而当数据体中存在多个对象或等值面时,虽然八叉树方法的绘制时间是SOB方法的几倍,但SOB方法的存储容量要比八叉树方法大一些.可见,在数据量不是很大的情况下,以差别不大的存储空间来换取较少的等值面生成时间是可行的,其比八叉树方法有较高的效率,尤其在用户需要选择感兴趣的对象进行绘制时,比八叉树和行程编码更具有灵活性.     

一种基于小波变换的三维体数据压缩算法

该文结合三维小波变换与八叉树算法,提出了一种新的三维体数据压缩算法。该算法利用小波的多分辩率分析能力对体数据进行压缩,同时结合了八叉树特点对体数据进行编码、存储与重构。实际应用表明该算法能较好地对体数据进行压缩,并且能快速地进行重构和随机地访问体单元数据。     

适用于GPU的四面体体数据规则化与可视化

为实现三维不规则体数据场的高效绘制,提出一种适用于GPU的四面体体数据规则化和可视化算法.将以四面体为基本单元的稀疏体数据用一个有限深度的八叉树结构逼近,并将逼近误差表达为一个离散的完全空间哈希结构;然后将半规则的八叉树转换为规则的八叉树纹理(三维),并将完全空间哈希表转换为三维查找表,两者均可在绘制时快速随机取值,故可直接作为三维纹理在GPU中访问.通过这种双规则化的表示方法,可将四面体体数据的可视化转化为在GPU中并行地绘制2种三维纹理.实验结果表明,该算法在处理空间稀疏体数据时保证了较高的精度,同时减少了数据存储量.     

基于八叉树邻域分析光线跟踪的云三维模拟

针对目前三维云模拟绘制效率低、计算资源消耗大、绘制效果差等问题,提出基于八叉树邻域分析的光线跟踪算法,并用于WRF模式云数据的三维模拟。使用八叉树结构优化传统光线跟踪算法的数据存储结构,通过存储节点编码和划分层次改进邻域分析算法,通过简化光线的折射公式优化Whitted光照模型,借助OpenGL和Vapor工具实现云数据的三维可视化。实验结果表明,该方法降低了绘制时间,提高了渲染效率,更好体现了云的真实物理特征。     

海量数据GPU体绘制优化研究

高性能GPU使得体绘制在廉价的硬件上获得良好的性能,但海量数据体绘制的效率依旧低下.本文探讨了GPU体绘制中图形硬件的瓶颈,并提出新颖的算法解决这些问题:采用数据分块和八叉树划分体数据实现空单元跳过优化.该算法解决了海量数据超过可用纹理空间的难题,同时允许实时改变体绘制传递函数.     

CPU Ray Tracing of Tree-Based Adaptive Mesh Refinement Data

Adaptive mesh refinement (AMR) techniques allow for representing a simulation's computation domain in an adaptive fashion. Although these techniques have found widespread adoption in high-performance computing simulations, visualizing their data output interactively and without cracks or artifacts remains challenging. In this paper, we present an efficient solution for direct volume rendering and hybrid implicit isosurface ray tracing of tree-based AMR (TB-AMR) data. We propose a novel reconstruction strategy, Generalized Trilinear Interpolation (GTI), to interpolate across AMR level boundaries without cracks or discontinuities in the surface normal. We employ a general sparse octree structure supporting a wide range of AMR data, and use it to accelerate volume rendering, hybrid implicit isosurface rendering and value queries. We demonstrate that our approach achieves artifact-free isosurface and volume rendering and provides higher quality output images compared to existing methods at interactive rendering rates.     

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.     

Incremental Volume Rendering Using Hierarchical Compression

We present a new algorithm here for efficient incremental rendering of volumetric datasets. The primary goal of this algorithm is to give average workstations the ability to efficiently render volume data received over relatively low bandwidth network links in such a way that rapid user feedback is maintained. Common limitations of workstation rendering of volume data include: large memory overheads, the requirement of expensive rendering hardware, and high speed processing ability. The rendering algorithm presented here overcomes these problems by making use of the efficient Shear-Warp Factorisation method which does not require specialised graphics hardware. However the original Shear-Warp algorithm suffers from a high memory overhead and does not provide for incremental rendering which is required should rapid user feedback be maintained. Our algorithm represents the volumetric data using a hierarchical data structure which provides for the incremental classification and rendering of volume data. This exploits the multiscale nature of the octree data structure. The algorithm reduces the memory footprint of the original Shear-Warp Factorisation algorithm by a factor of more than two, while maintaining good rendering performance. These factors make our octree algorithm more suitable for implementation on average desktop workstations for the purposes of interactive exploration of volume models over a network. Results from tests using typical volume datasets will be presented which demonstrate the ability of the algorithm to achieve high rendering rates for both incremental rendering and standard rendering while reducing the runtime memory requirements.     

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。     

A single-pass GPU ray casting framework for interactive out-of-core rendering of massive volumetric datasets

We present an adaptive out-of-core technique for rendering massive scalar volumes employing single-pass GPU ray casting. The method is based on the decomposition of a volumetric dataset into small cubical bricks, which are then organized into an octree structure maintained out-of-core. The octree contains the original data at the leaves, and a filtered representation of children at inner nodes. At runtime an adaptive loader, executing on the CPU, updates a view and transfer function-dependent working set of bricks maintained on GPU memory by asynchronously fetching data from the out-of-core octree representation. At each frame, a compact indexing structure, which spatially organizes the current working set into an octree hierarchy, is encoded in a small texture. This data structure is then exploited by an efficient stackless ray casting algorithm, which computes the volume rendering integral by visiting non-empty bricks in front-to-back order and adapting sampling density to brick resolution. Block visibility information is fed back to the loader to avoid refinement and data loading of occluded zones. The resulting method is able to interactively explore multi-gigavoxel datasets on a desktop PC.     

Octree data structures and perspective imagery

The fundamental elements of perspective image generation from octree encoded graphics databases are examined. Procedures are presented for the encoding of spatially enumerated objects into an octree which is stored as a doubly-linked list. A perspective image rendering procedure is developed, based on raycasting, and involves a bidirectional traversal of the octree together with an adaptive level-of-detail control mechanism. The concepts and algorithms are verified by the synthesis of perspective terrain imagery.     

动态非均质半透明物体的实时绘制算法

现有的对半透明物体的绘制算法中大部分都是为均质材质设计的,虽然有少数算法可以绘制非均质材质,但效率不高,为此提出一种图形硬件加速的动态非均质半透明物体的实时绘制算法.首先将模型的采样点组织成八叉树的形式,将双向次表面散射反射函数(BSSRDF)表达绑定为顶点属性,同时充分利用图形硬件的并行性来实现八叉树的快速建立和遍历;然后以树的结点之间的空间距离和材质的相似度为准则提出一种新的采样方法来提高表面积分的效率.由于整个过程不需要任何预计算,因此该算法可以很容易地扩展到动画场景或者变化的材质,并且还可以灵活地选择BSSRDF的表达方式.实验结果表明,文中算法可以达到实时的绘制帧率和良好的视觉效果.     

Multiresolution volume visualization with a texture-based octree

Although 3D texture-based volume rendering guarantees image quality almost interactively, it is difficult to maintain an interactive rate when the technique has to be exploited on large datasets. In this paper, we propose a new texture memory representation and a management policy that substitute the classical one-texel per voxel approach for a hierarchical approach. The hierarchical approach benefits nearly homogeneous regions and regions of lower interest. The proposed algorithm is based on a simple traversal of the octree representation of the volume data. Driven by a user-defined image quality, defined as a combination of data homogeneity and importance, a set of octree nodes (the cut) is selected to be rendered. The degree of accuracy applied for the representation of each one of the nodes of the cut in the texture memory is set independently according to the user-defined parameters. The variable resolution texture model obtained reduces the texture memory size and thus texture swapping, improving rendering speed.     

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。