新书书讯(二)

清华大学计算机系唐泽圣教授的学术专著《三维数据场可视化》已于 1999年 12月由清华大学出版社出版 ,定价 :(精装 )36 .0 0元 ;(平装 ) 2 4.0 0元 .科学计算可视化是 2 0世纪 80年代发展起来的一个新的研究领域 .它运用计算机图形学和图像处理技术 ,将科学计算过程中的数据以及计算结果的数据转化为图像 ,在屏幕上显示出来并进行交互处理 .科学计算可视化极大地提高了科学计算数据的处理速度和质量 ,实现了科学计算工具和环境的现代化 .本书全面、详细地介绍了三维数据场可视化的研究成果 ,内容包括规则数据场的体绘制算法、面绘制算法、非…     

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VTK的医学图像可视化三维重建

医学三维数据场可视化是当前科学计算可视化应用的重点,具有重要的学术意义和应用价值.体绘制是该技术的一个主要的方法.在VTK(Visualization Toolkit)类库提供可视化与显示功能的基础上,主要讨论了光线投射算法进行体数据的绘制的特点,同时采用了包围盒技术改善了光线投射算法的绘制速度.实验结果表明,图像的质量在没有受到影响的前提下,图像的绘制速度得到了大幅度的提高,同时证明了VTK是医学三维数据场可视化的有力工具.     

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。     

大规模数据快速体绘制方法的设计与实现

体绘制是科学计算可视化的重要手段,针对大规模数据场体绘制计算量大、效率低的问题,提出一种基于哈尔小波变换的三维规则网格数据场快速体绘制方法.采用整体描述、局部细化的策略对转换后的数据进行组织、管理和调度,实现了多尺度分析和快速随机存取,并有效解决了CPU在处理大规模数据集时纹理内存的局限;采用基于CUDA(计算统一设备架构)的GPU加速技术提高体绘制算法性能,很好的实现了大规模数据集的交互式可视化.     

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。     

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。     

三维有限元数据场体绘制算法的研究

三维有限元数据场包含了庞大的信息量,不易于人们深刻理解和分析。可视化技术将数据场以图形、图像的形式显示出来,揭示出三维有限元数据场中蕴藏的丰富内涵。讨论了三维数据场可视化体绘制中射线跟踪法和直接投影法的优点及不足,提出了将射线跟踪法及直接投影法各自优点结合起来的新算法,应用于三维有限元数据场的体绘制。新算法一方面充分利用场在投影区域上的二维连贯性,每次推进的是一个面片而不是一个孤立的像素点,另一方面针对每个视线段子段,充分利用场在深度方向的连贯性,用分析积分法完成累积光强和透明度计算。算法效率高,统一性强。     

光线投射算法中重采样的设计和实现

体绘制技术在医学成像和科学可视化领域有着极为广泛的应用，但由于其巨大的计算开销，限制了其实时动态体绘制的应用，因此许多研究人员致力于静态体绘制加速算法的研究，为了提高体绘制速度。分析了三维规则数据场重采样的原理。光线投射算法中对3D数据场重采样的实现方法；根据具体重建对象，提出了在3D数据场重采样中采用球形包围盒的方法，给出了人体头部和眼球的三维可视化结果，实验表明：这种算法能有效地减少重采样的计算量，并使求交计算更加简单。     

一个基于 Google Earth 的交互式空间体数据可视化系统

三维空间体数据的可视化既需要同时展示数据多个属性的特征,又需要结合数据周边复杂地理地貌的特征。体绘制是当前最有效的三维数据可视化方法之一,但现有的体绘制方法尚没有考虑到数据场周围复杂的地理地貌特征。本文提出了一种基于 Google Earth (简称 GE) 地理信息的空间数据体绘制可视化方法,其基本思想是首先由三维纹理算法出发,对数据做沿高度法向的切片,多层渲染后组合为最终的体绘制效果,然后将渲染结果转换为 GE 支持的 KML 数据格式,充分利用 GE 中的复杂地形和三维建筑群模型信息,最后加入体感控制和 WEB 呈现功能。这为三维空间数据的可视化提供了一种全新的思路,取得了更好的可视化效果。最后利用数值模拟的大气雾霾数据论证了技术的可行性。     

基于体元投影的一种非规则数据场体绘制方法

随着科学计算可视化的发展及其在实践中的应用,非规则数据场的可视化已成为当前的研究热点之一。由于非规则场中样点的大小、形状和分布是不一致的,在成像时面临更多的困难。常用的方法有光线投射法,单元投影法,以及单元投影与光线投射相结合等算法。吸取了上述算法的优点,同时利用非规则数据场的一些特性,采用了一些加速措施来加速绘制。通过实验验证,可以达到比较理想的效果。     

均匀导体辐射场的可视化仿真程序设计

可视化以图形、图像描述物理现象，使看不见的成为可见。该文讨论了三维电磁辐射场的基于科学计算的可视化程序设计方案。程序集科学计算与实时仿真于一体，将数据场以直观、易于研究人员理解、比较的形式展现出来。并可进行交互分析。     

IDW在医学断层图像可视化中的应用①

针对在医学三维数据场可视化过程中用三线性插值方法显示三维图像在绘制速度中的不足,利用反距离加权插值方法应用到医学断层图像可视化中。详细介绍了反距离加权插值算法的基本原理、实现技术和实验结果,实验证明该方法在不明显降低绘制质量的前提下,降低了插值次数,提高了绘制速度。     

大幅面地图的三维地形重建

研究完成了一个实用的可用于大幅面像素地图的三维地形重建系统.提出一个实用的 等高线内插算法,算法克服了网格绘制等值线方法和三角网绘制等值线方法因只考虑了点的位 置属性、未考虑等高线的线属性而使插出的等高线常常会与母线相交的弱点;同时提出了一个 实用的等高线高程识别算法和一个可用于大幅面地图的三维规则数据场建立算法,算法充分利 用了等高线的先验知识,不仅建立的数据场的质量很高,而且算法的时间复杂性与数据点数 (m)和网格点数(n)成线性关系O(m+n),因此计算速度很快.最后利用三维规则数据场生成真 实感图形.     

基于OpenGL 的等值面绘制软件的开发

以VC++应用软件的开发为背景,系统地总结了用OpenGL图形库绘制三维数据场可视化等值面的方法和流程,在此基础上以旋转变换为例介绍了交互式操作功能的实现算法.     

基于色彩分布合成的交互式可视化方法

在科学计算可视化中,由于数据场的数据一般都比较庞大,使得成像速度较慢,阻碍了人对数据场进行高效的分析和理解.基于体绘制中色彩在虚拟面上分布合成的方法,本文提出一种交互式可视化方法.该方法通过虚拟面上保存的已有的图像信息,提供细化、强化和弱化三种手段在虚拟面上进行局部操作,使用户可以对感兴趣的部分进行快速方便的成像和分析,提高可视化的效率.     

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。     

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。