基于光线相关性的快速光线投射算法

光线投射算法是一种应用广泛的体绘制技术的基本算法，其存在的主要问题是绘制速度较慢。为了提高光线投射算法的绘制速度，以满足医学图像三维重建的应用需求，在深入研究和比较各种光线投射加速算法的基础上，提出了以接近云算法为核心的、适用于医学图像三维重建的综合性加速算法，并在PC机平台上实现了该算法，在保证图像质量的同时绘制速度提高了一个数量级左右，为医学图像三维重建的实用化提供了有效的手段。     

基于PC硬件的大规模数据场快速可视化方法

科学可视化技术在众多领域具有十分广泛的应用,然而直接体绘制技术却有着计算量大、计算时间长的缺点,在普通的PC机上很难实现对大规模数据的实时交互绘制。目前的三维可视化系统通常需要架构在高端的图形工作站或转用计算机上。随着计算机软硬件技术的发展,普通的PC机图形处理器GPU(Graphic Processing Unit)具有了可编程功能。正是借助GPU的可编程功能及其强大的并行处理能力,研究并实现了一种基于普通PC硬件的体会之方法。最后应用该方法对工业、医学等体数据进行可视化,结果证明该方法可以在普通PC上实现较大规模数据的快速可视化。     

基于奔腾SIMD和分割技术的快速体绘制

成像速度是影响体绘制应用的关键 .为了提高成像速度 ,提出一种基于 Intel奔腾 SIMD和分割技术的快速体绘制算法 .仅仅应用奔腾 SIMD并行技术 ,常规光线投射算法的成像速度能够提高 2～ 5倍 .奔腾 SIMD并行指令与分割技术相结合 ,减少了大量空采样 ,进一步提高了成像速度 ,而且这种简单的分割技术能够快速地适应转换函数的改变 .在一台 P4 / 1.6 G的 PC机上 ,以 5 12× 5 12分辨率渲染时 ,该算法渲染速度比常规光线投射算法提高了 10多倍 ,使得等值面的体绘制速度能够达到 1～ 3帧 /秒 .实验结果表明 ,该算法具有渲染速度快、成像质量高等显著优点 ,而且不需要费时的预处理和特殊体视硬件 ,具有较大的实际应用价值 .     

首例男女人体数据的自动分割和体透明分析

在研究体绘制技术的基础上，提出了体透明分析的新思想，给出了基于广义模糊粗糙集GFRS的体数据分割算法和体数据对比度增强算法，研究了这些技术在体透明分析系统中的应用，并利用第4代交互数据语言IDL6.2设计实现了体透明分析系统。中国和美国首例男女人体数据在该系统上的成功验证，标志着该系统有一定的理论价值、实用价值及广阔的市场前景。     

交互式实时虚拟内窥镜系统的关键技术

在分析虚拟内窥镜和体数据可视化方法的基础上，提出了一种基于透视投影体绘制的交互式实时虚拟内窥镜算法，在微机平台上实现的基于体绘制的虚拟内窥镜系统，验证了该算法的实时性和所生成图像的质量。     

基于GPU的三维医学图像混合可视化系统

研究并实现了一个基于GPU的医学图像混合可视化系统，该系统采用三维纹理映射的方法实现直接体绘制，利用GPU的可编程特性完成体绘制方法中的插值后分类算法和传输函数的传递及实时修改，采用OpenGL技术实现表面的绘制，并基于场景图结构实现时表面数据的管理。面绘制和体绘制部分都采用OpenGL实现，运用OpenGL的融合机制，系统实现了面绘制和体绘制的混合显示。本系统大大提高了体绘制的速度，有效地保留了面绘制和体绘制的优势，在保证绘制速度的基础上丰富了图像信息。     

基于硬件加速的纹理映射体绘制

介绍了体绘制的概念及其在计算机绘图中的重要性。提出了利用图形显示卡的相关性纹理和多重纹理映射功能对三维纹理进行有效改进的新算法,研究了该算法在体绘制中的应用,结果表明,它在快速、准确重建和交互性方面具有优势,对于提高体绘制的效率具有重要的意义。     

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。     

基于标准PC机的大数据实时体绘制算法研究究

为了解决在标准PC机上对大数据进行实时体绘制的问题，提出了一种基于图形处理器的大数据高质量体绘制算法。该算法采用三维纹理映射作为核心的绘制算法，结合可见性测试、遮挡测试和模板测试来加快绘制速度。实验结果表明，对虚拟人体数据，可以在不损失图像质量的前提下，以可交互的速度进行绘制。     

一种大规模地形的快速漫游算法

地形漫游在仿真、模拟、虚拟现实等领域中有着广泛应用。大规模地形的实时漫游算法一般采用视见体裁剪和与视点相关的连续细节层次等技术来减少实际绘制的地形数据量。通过地形分块和视见体投影三角形扫描算法实现快速裁剪，通过调整顶点的高度值消除裂缝，通过基于三角形的四叉分割实现连续细节层闪地表简化，简化了算法实现，提高了算法效率，在没有利用帧连贯性的情况下，算法可以在PC机上实现较大规模地形的快速交互式漫游。     

在流水线结构上的基于Shear-Wrap的并行体数据绘制算法

在以前的基于目标空间划分的并行体数据绘制算法中，局部绘制和图象融合是两个串行的过程，在节点机的局部绘制阶段几乎没有数据通讯，但在数据融合阶段数据通讯量非常大，出现总线争用甚至通讯阻塞，而且在这个阶段有非常大的同步开销。本文利用流水线结构，让局部体数据绘制和图象融合并行执行，很好地解决了上述缺点。并在一个基于微机的流水线结构上实现了一个新的基于目标空间划分的并行体数据绘制算法。     

Efficient CPU‐based Volume Ray Tracing Techniques

Recent research on high‐performance ray tracing has achieved real‐time performance even for highly complex surface models already on a single PC. In this report, we provide an overview of techniques for extending real‐time ray tracing also to interactive volume rendering. We review fast rendering techniques for different volume representations and rendering modes in a variety of computing environments. The physically‐based rendering approach of ray tracing enables high image quality and allows for easily mixing surface, volume and other primitives in a scene, while fully accounting for all of their optical interactions. We present optimized implementations and discuss the use of upcoming high‐performance processors for volume ray tracing.     

Fast Volume Rendering and Data Classification Using Multiresolution in Min‐Max Octrees

Large‐sized volume datasets have recently become commonplace and users are now demanding that volume‐rendering techniques to visualise such data provide acceptable results on relatively modest computing platforms. The widespread use of the Internet for the transmission and/or rendering of volume data is also exerting increasing demands on software providers. Multiresolution can address these issues in an elegant way. One of the fastest volume‐rendering alrogithms is that proposed by Lacroute & Levoy ¹ , which is based on shear‐warp factorisation and min‐max octrees (MMOs). Unfortunately, since an MMO captures only a single resolution of a volume dataset, this method is unsuitable for rendering datasets in a multiresolution form. This paper adapts the above algorithm to multiresolution volume rendering to enable near‐real‐time interaction to take place on a standard PC. It also permits the user to modify classification functions and/or resolution during rendering with no significant loss of rendering speed. A newly‐developed data structure based on the MMO is employed, the multiresolution min‐max octree, M ³ O, which captures the spatial coherence for datasets at all resolutions. Speed is enhanced by the use of multiresolution opacity transfer functions for rapidly determining and discarding transparent dataset regions. Some experimental results on sample volume datasets are presented.     

大规模战场电磁环境并行体绘制技术研究

提出了一种基于PC集群的大规模三维战场电磁环境并行绘制方法。该方法采用直接体绘制的三维体数据可视化方法;利用空间八叉树对电磁绘制区间进行空间分割,并采用先序遍历八叉树叶节点的方式进行任务分配;采用Binary-swap算法对各PC节点的生成图像逐次进行全屏幕深度合成。实验表明,该方法能够较好满足大规模战场电磁环境实时可视化的要求。     

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.     

基于VTK的腹部医学图像体绘制应用研究

由于面绘制不能保留CT图像丰富的数据信息,无法良好地对于形状特征模糊的组织器官以及它们之间的层次关系进行三维显示,因此需要结合体绘制来为医生提供有力的病变分析依据。本文利用VTK开发包所提供的体绘制方法来实现腹部CT图像的三维重建,验证并比较了这几种方法各自的优缺点。实验结果表明,VTK用于CT图像的体绘制方法具有快速、效果好的特点,并可根据实际应用来选用不同的体绘制方法。     

基于体素模型的优化体绘制技术

直接体绘制技术因可绘制数据场中包含的内部结构形成较高图像质量而倍受青睐，但大量计算导致的绘制速度慢严重制约着其在大规模数据场交互绘制方面的应用。对现有算法进行优化是其发展方向之一。对目前基于体素模型的体绘制关键环节优化技术进行了概括，并分析了进行优化的主要思路，为进一步应用、改进这些技术提供参考。     

Extended specifications and test data sets for data levelcomparisons of direct volume rendering algorithms

Direct volume rendering (DVR) algorithms do not generate intermediate geometry to create a visualization, yet they produce countless variations in the resulting images. Therefore, comparative studies are essential for objective interpretation. Even though image and data level comparison metrics are available, it is still difficult to compare results because of the numerous rendering parameters and algorithm specifications involved. Most of the previous comparison methods use information from the final rendered images only. We overcome limitations of image level comparisons with our data level approach using intermediate rendering information. We provide a list of rendering parameters and algorithm specifications to guide comparison studies. We extend Williams and Uselton's rendering parameter list with algorithm specification items and provide guidance on how to compare algorithms. Real data are often too complex to study algorithm variations with confidence. Most of the analytic test data sets reported are often useful only for a limited feature of DVR algorithms. We provide simple and easily reproducible test data sets, a checkerboard and a ramp, that can make clear differences in a wide range of algorithm variations. With data level metrics, our test data sets make it possible to perform detailed comparison studies. A number of examples illustrate how to use these tools