基于三维标量场的光线投射并行体绘制算法

针对大规模三维标量场相关算法计算量大且数据绘制速度慢、不能满足用户实时需求的问题,在研究和总结三维标量场和体绘制关键技术的基础上,对体绘制的原理进行了深入探讨,重点研究了体绘制中的光线投射算法。利用集群多节点的并行优势,对体绘制的光线投射算法进行了改进,采用MPI并行编程模式,成功地将该算法运行于PC集群环境中,并应用于三维城市建模,充分发挥了集群的高性能计算,大大提高了绘制效率。实验结果表明,该算法具有良好的并行效率和可视化效果。     

关于光线投射算法的OpenGL高效实现

采用光线投射算法对二维(2D)图片实现三维(3D)重建,用3线性插值算法计算每个采样点的颜色值和不透明度,提高三维重建图像后的精度。该算法实现主要借助于OpenGL函数库及其三维观察矩阵,以其精确计算规则三维数据场在观察方向上的二维投影区域,减少了光线投射算法中投射光线数量。根据Phone光照模型为数据场预先计算和保存明暗表,并通过优化常规现实代码,有效地提高了光线投射体绘制算法的效率。该算法既保证了精度,又提高了显示的速度。     

利用光线投射法虚拟X光线图片进行基于灰度的2D/3D配准算法研究

2D/3D图像配准是一种图像信息融合技术,解决了医学图像领域不同维度的图像存在信息缺失的问题,在临床诊疗和手术导航中都有广泛的应用.所采用的配准方法是基于图像灰度的配准,通过以光线跟踪算法(Ray Casting)为基础的数字影像重建技术对CT体数据进行操作,从而生成虚拟X光线图像,使其与待配准的X光线图像进行比较,进行相似性测度的计算,通过优化算法使测度值达到最小.实验结果表明,本算法精度较高,而且当改变曝光强度,添加噪声等条件下,仍能保证很好的精度.     

基于GPU加速的光线跟踪体绘制算法研究

光线跟踪算法是真实感图形学中体绘制的主要算法之一,本文分析了基于GPU的光线跟踪技术的实现原理,设计了基于流的GPU光线跟踪体绘制方法。根据设计的三个实验场景所包含的三角形面片数,在2种不同分辨率下,分别实现GPU和CPU的光线跟踪绘制。通过实验结果比较、分析,发现随着场景复杂度的增加,基于GPU加速的光线跟踪算法将明显优于CPU上的算法。     

基于光线投射算法实现与三维场景的交互功能

详细地介绍了采用光线投射算法实现与三维场景的交互功能的基本原理与过程,并针对效率的提高介绍了采用层次包围盒技术来加速计算的方法。     

GPU的对半剖分体数据的光线投射法

为解决传统可视化方法无法有效跳过具有空腔结构数据集的中空体素的问题,提出一种基于GPU的面向中空结构体数据的光线投射法.在进行光线投射之前,首先把体数据对半剖分成两部分,对此两部分分别使用八叉树进行重构,并同时剔除空块,建立起各自新的有效数据块的顶点集合;然后使用GPU对顶点集合进行渲染,生成光线起点和方向等信息;最后利用CUDA对重构后的两部分体数据依次进行光线投射和颜色累积,将其结果合成后得到最终图像.实验结果表明,这种方法生成的图像质量与传统的可视化方法相比没有损失,但对具有较多空腔结构的体数据,则可以快速跳过中空体素,具有非常明显的加速效果.     

八叉树编码与GPU加速结合的光线投射法

为了同时保证绘制速度和图像质量,提出了一种基于GPU加速的光线投射算法.该算法利用图形硬件自带的三线性插值功能来完成光线投射算法中耗时的采样、插值过程,在采样过程中进行空间跳跃,以实现绘制加速.实验结果表明：该算法保证了高质量的图像绘制效果,在增加存储容量较小的同时将绘制速度提高了95倍,实现了海量体数据基于GPU的实时绘制.     

基于VTK的虚拟心脏切面交互式可视化方法

为解决传统医学影像技术方向性单一的问题,满足临床医学从不同方位从整体或切面等多角度对器官组织进行观察分析的需求,提出了心脏核磁共振成像(MRI)数据的体可视化和任意角度切面的可视化方法.基于可视化工具包VTK,在VC6.0开发环境中,运用光线投射算法设计并实现了MRI羊心脏切片数据的三维体绘制,横断、冠状、矢状位置的标准切片、切面以及任意角度、任意位置切面的绘制技术.通过简单的鼠标操作就可以实时的对切面进行移动、旋转、缩放等交互操作.实验结果表明:该方法有助于医生从多个方位观察整体器官组织和切面形态.在疾病预防、医疗诊断、手术方案制定以及术后评价中具有较大的实用价值.     

基于GPU加速的光速跟踪体绘制算法

采用GPU编程技术,实现加速的光线跟踪体绘制算法.将原先在CPU中进行的光线进入点计算、离开点计算和光线遍历采样等步骤,移入GPU中进行,利用GPU的高速浮点运算能力,使实时绘制成为可能.通过只绘制一个代理面,避免了使用固定管线的混合操作,从而可通过自定义的混合算法来实现各种复杂的绘制效果.     

电磁环境实时分频段绘制算法

提出了一种分频段电磁环境绘制算法。以雷达设备的电磁辐射功率密度表征电磁环境,计算数据时不区分频段,获得所有频段联合作用的数据场,根据雷达设备的分布及作用情况将数据场划分为对应不同频段的子区域。使用光线投射算法绘制电磁环境数据场,在设计传递函数时生成多频段颜色查找表,以颜色区分频段,并绘制数据场。在所有颜色查找表中保持前部若干颜色相同,绘制所有频段的联合分布。最后,使用统一计算设备架构加速实现了实时分频段绘制。实验结果表明,绘制结果显示了电磁环境中的频段分布信息,又反映了所有频段的联合作用情况,方便用户直观理解电磁环境。     

GPU加速技术在医学三维可视化中的应用

针对三维可视化体显示技术在医学影像领域应用时,在没有硬件加速的情况下几乎很难做到实时交互显示的效果问题。本文尝试了基于GPU架构进行并行计算的方法。同时利用MFC扩展动态库及导出类技术,避免了大量代码移植。在试验过程中,针对特定显卡,对GPU同时执行的线程数与计算时间做了统计分析,找到了计算时间最少的最优线程数。实验表明,本文提出的GPU加速方法,计算速度可以提高5～6倍。     

压缩感知OMP算法与IRLS算法在计算鬼成像中的对比分析

将压缩感知技术和鬼成像系统相结合,能够大幅度地降低成像所需的测量次数,并能有效地提高重构图像的峰值信噪比。本文将离散余弦变换（DCT）矩阵作为图像稀疏化矩阵,采用正交匹配追踪算法（OMP）和迭代加权最小二乘算法（IRLS）两种压缩感知算法作为压缩感知鬼成像系统图像重构的算法。通过对两种算法在改变稀疏度和测量次数时重构结果的峰值信噪比变化的比较,探究了这两个变量对峰值信噪比的影响。发现IRLS算法重构精度更高,图像质量更好,而OMP算法迭代速度比IRLS更快,重构图像所需的时间较少。     

一种改进的电力系统保留非线性潮流算法

保留非线性潮流算法是为了改进牛顿法在处理病态条件时的缺陷,提高收敛性能而提出的。为了进一步提高收敛速度,提出一种改进的保留非线性潮流算法。该算法采用PQ分解法替代牛顿法得到第一次迭代结果作为保留非线性潮流算法的计算初值。通过仿真验证,改进算法在收敛速度上有明显的优势,且不影响其计算精度和准确性。     

Surfer在水平管三相流流动成像中的应用

电容阵列仪采用多个探头测量井筒内不同方位的持水率,对其测井资料进行成像处理可直观了解井筒内的油气水分布.基于电容阵列仪的测量原理和井眼环境,提出将Surfer软件应用到测井数据处理和流动成像中.     

内蒙古地区某多层三塔楼建筑流场计算域的选择

流场计算域的大小对结构流场数值模拟的合理性有很大影响,计算域过小会造成出口处产生回流,致使结果发散,不能真实地模拟流场;而计算域过大则会使计算速度变慢,造成不必要的浪费．以内蒙古地区某多层三塔建筑为例,采用流体分析软件CFX模拟了其在稳态下的绕流,最终确定了合理的流场计算域．     

一种适合逆合成孔径激光雷达的成像算法

逆合成孔径激光雷达是主动式有源成像雷达,能够实现高速运动物体的实时高分辨成像。但传统R-D算法很难得到目标的二维高分辨图像。提出一种适合逆合成孔径激光雷达成像的算法,通过时频分析法分析逆合成孔径激光雷达的回波信号特征,对光外差探测后的回波信号进行重排Wigner分布和Radon变换的处理,估计出目标的运动速度,通过构造有效的补偿因子,实现对目标的二维高分辨率成像。通过仿真实验得到了分辨率更高的图像,验证了此方法的有效性。     

一种改进的合成孔径激光雷达成像算法

合成孔径激光雷达作为新体制激光雷达,可以实现对目标的高分辨率的成像。微波波段的合成孔径成像雷达所采用的回波信号模型已不能用在合成孔径激光雷达系统,传统的距离多普勒算法亦得不到较高的成像分辨率。提出一种改进的合成孔径激光雷达的成像算法,在对合成孔径激光雷达回波信号特征分析的基础上,对经过了光外差探测的回波信号进行脉冲压缩并基于时间作傅里叶变换,构建一个补偿因子,最后通过距离徙动校正实现对被测目标的高分辨率二维成像。采用了仿真实验的方法验证了此方法的可行性。     

并行体绘制中的自适应负载平衡算法

针对并行绘制系统中的负载平衡问题和三维体数据的绘制特点,在Whiteman自适应负载平衡算法的基础上,提出了一种基于深度计算和时间统计的自适应负载平衡算法,该算法利用深度计算设置图像空间中各划分区域的权值,用时间统计的方式对运行中的任务重分配时机进行控制.实验结果表明,该算法能有效提高并行体绘制系统的帧率稳定性和绘制效率.