基于纹理硬件的大规模体数据快速绘制算法

针对大规模的体数据 ,有限的硬件纹理内存将大大降低算法的有效性 ,提出了一个新算法用于加速基于纹理硬件的大规模体数据的体绘制。基于一个新的 4级体数据装入流水线 ,算法在绘制前快速有效的对体数据进行预处理后 ,只将对最终结果图像有贡献的体元装入纹理内存并用于绘制 ,从而有效的降低了系统负载。同时 ,提出的算法支持对原始体数据分类阈值的交互修改与分类结果的快速预处理与交互显示。实验显示 ,与原始的基于纹理硬件的体绘制方法比较 ,本文提出的算法节省了 40 %到 6 0 %的绘制时间     

基于改进Marching Cubes算法的血流实时仿真研究

针对传统的Marching Cubes算法空体元检测时间过多影响执行效率的问题,设计了一种针对流体表面绘制的Marching Cubes改进算法。在算法中,首先检测了规则点阵的密度,然后通过设定阈值将粒子密度低于阈值的区域与密度高于阈值的区域分离,仅将密度较高的区域使用简化版Marching Cubes算法绘制。仿真实验证明,与球形渲染算法和Marching Cubes算法相比,本文提出的算法减少了对空体元的访问,提高了显示的质量,从而使得整体绘制算法符合实时渲染的要求。     

基于尺度空间的体数据边界不确定性可视化研究

数据可视化的数据预处理过程中会不可避免地导致数据的不确定性.以体数据中边界体元为研究对象,提出了基于多尺度空间的边界体元中多种物质的概率分布计算方法,并采用信息熵度量边界体元的不确定性,然后使用颜色渐变的方式将不确定性信息叠加绘制在表面模型上.实验表明,该方法能快速有效地计算和表示体数据中物质边界的不确定信息.     

融合构型查找表与邻接查找子表的改进MC方法

针对医学图像三维可视化中移动立方体面绘制算法（marching cubes,MC）执行速度慢、效率不高的问题,提出了融合构型查找表与邻接查找子表的改进MC方法。该方法通过显性构建邻接查找子表约束体元搜索路径,使面绘制时只处理有效体元,根据邻接查找子表特点设计堆栈结构实现搜索算法,不仅提高了算法访问效率,而且减少了临时存储空间。在可视化工具包(VTK）下用改进MC方法对人体脚、胸腔、头部的CT数据集进行三维重建实验,结果表明在不损失重建质量的前提下,重建过程中遍历立方体数目缩短95%左右,重建时间缩短20%左右,提高了MC方法的执行速度和重建效率。     

不锈钢材料微观结构的数据约束模型表征

不锈钢材料中的微观缺陷分布对其机械性能及耐蚀性具有重要影响。文章对一316L不锈钢样品进行了X光断层扫描成像(X-ray CT),发展了一种CT图像移动体积平均方法以去除线性吸收系数空间不均匀性伪影。建立了样品的数据约束模型,提取到样品中包含小于CT体元尺寸的缺陷分布。基于计算所得每个体元中缺陷的体积分数对缺陷的联通团簇进行了计算,以此为基础估算了样品中的缺陷分布尺寸范围。研究结果表明,相比目前主流的图像阈值分割算法,数据约束模型可有效提取样品中小于CT体元尺寸的缺陷分布,为不锈钢样品的三维微观结构表征提供了新的思路。     

基于工业CT图像的可视化研究

工业CT图像三维可视化能够对工业构件提供真实、直观的反映。体绘制技术可以显示工业CT三维数据的整体特征和内部细节信息。根据光线投射算法的特点,采用对原始数据场进行最大熵原则的预处理的方法,加快了绘制速度,在一定程度上改进了光线投射算法。取得了较好的显示效果。     

使用GPU编程的工业CT断层图像三维可视化技术

在具有可编程管线的图形处理器（GPU）上重新实现了传统的光线投射算法,将耗时的三线性插值和采样过程放在GPU上进行,以提高绘制速度.首先将体数据映射为三维纹理并将其载入到显存,接着通过对顶点着色程序和像素着色程序的编写将光线进入点、离开点的计算以及图像的合成运算移入GPU中,最后根据不同的采样点颜色混合公式实现不同的绘制效果.本算法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.结论：与传统的光线投射算法相比,文中算法可快速重建出质量较高的图像,使实时绘制工业CT断层图像成为了可能.     

基于混合数据场的快速体绘制算法

为了突出人体重点器官的显示，提出了一种新颖的基于混合数据场的快速体绘制算法，从原始的三维数据中提取重要的结构，然后将原始三维数据中非重点的部分转换为梯度数据，构成混合数据，从而对混合数据进行体绘制，结果表明，该算法可以加快体绘制速度同时改善重点器官的显示效果。     

基于有序体数据的最大密度投影算法

研究快速获取血管造影的方法，提出了一种基于有序体数据的新的最大密度投影算法．该算法采用Shear—warp投影思想，通过调整对有序体数据遍历的阈值实现快速绘制，在不影响显示有效信息的情况下，对中等规模的体数据能达到每秒10帧以上的绘制速度，并在微机上实现了血管造影图像的实时绘制．     

基于PC系统的快速体绘制实现

由于体绘制算法需要强大的计算能力，通常在PC系统上难以实现满足交互式应用的绘制速度，因而阻碍了其应用普及。该文使用Shear-Warp体绘制算法，结合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PC系统对256*256*256体数据的实时快速体绘制技术。     

扫描线多边形区域填充算法研究

在CAD系统中,经常需要对封闭区域进行填充,对于一个功能完善的CAD系统而言,区域填充算法是十分重要的内容,同时该算法也是图形学的基本算法之一．单连通多边形是解决复杂区域填充问题的基础,从扫描线区域填充的原理、数据结构的设计、算法实现等几个方面进行了详细的分析．     

三维体积数据截面图获取的算法设计

提出一种获取三维体积数据截面图的算法,它先确定多边形的每一条线段,再求非多边形区域内的每一个像素值.将其程序化后,可对体积数据进行任意方向的截面图求取,从而获得相应的内部断层图像信息.     

数字地面模型的加密与显示

介绍以航测数据重建三维地形模型,改进三次样条曲面算法用于格网加密,提出以格网为基础的地表、地物快速显示算法,实现地物造型、树木及地表纹理的三维表示。     

GIS中基于拓扑信息的矢量图形叠置方法

针对GIS系统中实现无拓扑信息多边形叠置过程复杂的问题,提出了一种新的快速多边形叠置方法.通过在无拓扑矢量数据中局部引入拓扑关系,对同一结点连接的弧段,采用二叉树方法进行排序,构建最小多边形,完成无拓扑信息的矢量图形的重组,并对新算法与已有算法的结构进行了对比.研究结果表明,这种新的叠置算法实现过程简单,速度快,避免了全局构建拓扑关系数据量大、空间和时间关系复杂、维护和更新困难等问题.     

基于概率图谱和Random Walker的肝脏三维分割算法

针对腹部CT图像内部结构复杂和相邻脏器灰度相近而导致分割精度较低的问题,提出了一种新的基于概率图谱和Random Walker的三维肝脏分割算法.首先利用大量的由医生分割的肝脏区域图像建立肝脏存在位置的概率图谱,表示肝脏解剖位置信息;然后提出了改进的全自动的Random Walker算法,并建立由Random Walker优化的灰度概率图谱;最后基于该灰度概率图谱从腹部CT图像进行肝脏三维分割.实验结果表明,提出的算法能够有效地进行肝脏区域的分割并具有较好的鲁棒性,与传统算法相比,分割精度得到了明显的提高.     

一种基于平面扫描的弧段分割与多边形自动构建算法

针对多边形自动生成的传统算法在自动化和时间效率方面的不足而导致的相应商用GIS软件数据处理和时空分析能力的欠缺, 提出一种基于扫描思想的弧段分割和多边形自动生成算法。本算法具有以下特点: 面向从求交开始至生成多边形结束的完整任务; 充分利用求交过程中的有益信息, 以较小的算法复杂度和极小的计算量, 实现弧段分割和多边形自动构建; 避免了传统方法中多边形嵌套关系的计算, 并能有效地处理桥和悬边问题。实验结果表明, 与传统算法相比, 本算法在效率方面有明显的提升。     

New Voronoi Diagram Algorithm of Multiply-Connected Planar Areas in the Selective Laser Melting

This paper studies the practical generation of Voronoi diagrams for multiply-connected planar areas bounded by line segments. The core of the algorithm was calculating Voronoi polygon of every Voronoi object in planar areas independently. The main approach had two steps. The first step was calculating all relevant bisectors of every Voronoi object. The second was combining obtained bisectors into completed Voronoi polygons individually. All code was implemented in Visual C++ platform. The resulting code was extensively tested in real-world data and its practical running time grew only linearly. Three statistical CPU-consumption charts had been drawn with the Voronoi diagrams computation data, and compared with other published codes for computing Voronoi diagrams. The algorithm was applied to compute offsetting of slice area consisting of large-scale line segments for the selective laser melting (SLM) trajectory scanning technology which is a kind of rapid prototyping (RP). The experimental results of offsetting for slice area based on Voronoi diagrams show that the approach is effective and simple for polygon offsetting problems. The method is helpful to those offsetting work and can provide more effective offsetting solution.     

基于几何元素的城市三维地理信息系统空间数据模型

空间数据模型是建立城市三维地理信息系统的核心问题。基于不同的城市空间对象划分方法 ,提出了城市三维地理信息系统的 18个空间数据模型 :①把空间现象抽象为点对象、线对象、规则面对象、规则体对象、不规则对象和DTM等 6类对象 ,基于 6种几何元素 (点、直线段、多边形、函数构造面、TIN面片、规则体素 )的不同组合 ,提出了城市三维地理信息系统的 9个空间数据模型 ;②把空间现象抽象为 5类对象 ,分别为零维空间对象 (点对象 )、一维空间对象 (线对象 )、二维空间对象 (面对象 )、三维空间对象 (体对象 )和DTM ,基于 6种几何元素的不同组合提出了 8个空间数据模型 ;③把空间现象抽象为零维对象、一维对象、二维对象、三维对象和DTM ,基于点、直线段、TIN面片、多边形、规则面、不规则面等 6类几何元素提出了一个空间数据模型。通过对一个数据模型的实验验证和各模型的理论分析 ,说明了这些模型的特点及可行性。     

基于插入法构建油藏剖面图中的多边形图元

为了获取指定剖面上油藏内部参数场的空间分布情况,需要依据剖面与油藏模型间的交点集构建多边形,进而根据不同油藏参数得到相应的剖面图.在研究常用多边形构建算法的基础上,根据交点数据集的特点,提出了基于插入法的多边形构建算法:利用矢量叉积性质,根据点与射线位置关系,确定待排序点在有序顶点集合中的位置,对有序顶点依次连接构成多边形.应用结果表明,该算法能够有效地解决油藏模型剖面可视化中多边形的构建问题.     

基于叉积法的凸多边形窗口裁剪算法

提出了一种建立在矢量叉积分析基础上的线段对凸多边形窗口进行二维裁剪的新算法．这种算法的基本思想是从多边形的某一边开始．沿多边形寻找线段所在直线与多边形的两个交点．然后用文中提出的判断准则找出线段的可见部分．使用本算法，可以不必求出多边形各边界边的单位内法线矢量；在绝大多数情况下．只有一部分边界边参与运算；参与运算的边界边中．除了被线段穿过的那两条之外．余者均可通过简单的运算与判断予以迅速排除．与现行算法相比．本算法浮点运算次数显著减少．裁剪速度明显提高．