医学体绘制的一种快速光线投射算法

针对医学体数据场的直接体绘制(DVR)的加速算法进行了讨论。基于体绘制的多种加速技术,利用格雷厄姆求凸壳算法和与平面簇求交算法对体数据场和投射光线进行裁剪,结合多边形的扫描线转换和投射光线的离散化、体素化,改进了光线投射算法。     

空间跳跃的光线投射加速算法研究

光线投射算法原理简单而且易于实现,但是绘制速度较慢。提高光线投射算法的绘制速度,降低算法时空复杂度。利用光线跳跃到相邻光线所需在空区域内穿过的距离即光线的相关性,不需要任何的数据预处理和三维的数据结构、独立于转换函数。作为一种基于图像空间的加速技术,它和所需绘制的体数据的复杂程度没有关系,因而加快了绘制速度。     

图像体绘制算法的分析与评价

体绘制技术作为可视化技术的一个重要分支,已经得到了迅速发展。本文不仅描述了光线投射法、溅射法、错切-变形法,而且还阐述了频域体绘制法、基于小波的体绘制法,在描绘了以上算法的基本知识的基础上,对它们进行了分析与评价,提出充分利用光线投射算法的各种相关性对图像进行采样及绘制,将有利于体绘制技术的进一步发展和推广应用。     

一种基于医学三维数据场模糊分割的体元投射算法

论证了医学三维数据场边界过渡区域的存在性，并提出了一个修正体元投射算法。该方法先对三维数据场进行归一、整数化的预处理，并修正扩展二维图像的分割方法，使之适用于提取三维数据场边界过渡区。在此基础上将三维数据场非此即彼的分类优化为将数据场分为边界过渡区域和非边界过渡区域的模糊分割，再分别予以不同的体元投射绘制。最后给出的实验结果表明，算法既可以提高了数据场过渡区域的图像质量，又可以保证图像的绘制速度。     

基于地理坐标系的电磁环境快速仿真与体绘制

为有效考虑地球曲率的影响,采用球形规则网格模型组织电磁场数据。针对ITM(Irregular Terrain Model)模型计算量大的问题,提出一种地形重用方法提高仿真效率。针对多辐射源计算问题,将多线程计算和地形重用方法相结合,提高仿真效率。针对传统光线投射算法使用立方体作为包围盒,不能直接绘制球形规则网格数据问题,提出一种使用圆顶体作为包围盒的光线投射算法。经实验验证,考虑地形影响仍然能够获得较高的计算效率,满足多辐射源电磁环境仿真的需要,且圆顶体包围盒使光线投射算法的应用范围更加广泛。     

基于可编程图形加速硬件的实时光线投射算法

为了在保证绘制图像质量的基础上将体绘制算法的绘制速度提高至实时,提出一种基于可编程图形加速硬件(GPU)的光线投射算法实现(GRC,GPU-based Ray Casting)。GRC在可编程GPU中进行重采样和分类,使用矩阵逆运算以降低重采样坐标的计算复杂度,使用后分类技术以降低算法的空间复杂度。实验表明:对于2563规模的体数据,GRC能够在保证图像质量的基础,以超过30fps的速度进行绘制。     

气象数据标量场的建模与可视化研究

气象标量场的可视化仍有着许多效率、交互性和准确性上的欠缺。针对这些问题,提出基于多层次体绘制技术的显示方法,对空间场数据进行处理,形成三维空间网格,通过标量值与颜色值、透明度之间的动态映射,实现气象标量数据的三维动态可视化效果。针对传统MC(Marching Cubes)算法存在的插值方法不适用于气象数据,连接方式具有二义性的问题,提出MC算法的改进方法,完善了MC算法在气象可视化领域的不足。实验证明,体绘制能够快速逼真地仿真出气象数据的动态变化效果,改进后的MC算法则能使结果更加精确。     

质点-弹簧模型驱动的体数据模型快速变形模拟

探讨三维体数据模型的快速真实感变形模拟和绘制方法。该方法用离散的质点-弹簧模型具有物理真实感地模拟变形过程；利用FFD从离散质点的运动信息插值求得体数据空间任意点的变形；而将重采样和绘制过程融为一体的光线虚拟弯曲技术和光线提前终止技术则避免了将大量无用计算，使变形和绘制速度明显提高；根据局部变形的连续线性特性提出了光照修正算法，算法实现简单，算出的光照浓淡变化具有高的真实感。     

一种光线跟踪的加速算法

本文提出了一种光线跟踪的加速算法,该算法对整体光照模型的镜面反射项进行了改进,提出了层次包围体与均匀空间划分相结合的方法,采用了一种快速方盒查找方法,消除了光线与占据多个方盒的物体多次求交。提高了光线跟踪速度。     

一种基于图像空间的碰撞检测算法

根据光线与封闭物体间的相交特性,设计并开发了一种基于图像空间的碰撞检测算法。采用VBO技术提高图形渲染速度以提高算法的性能。利用待测物体对的轴向包围盒（AABB）设置合理的视锥和视口,减少图形的绘制量,进一步提高算法性能。测试结果表明,该算法可以直接处理非凸体,处理复杂模型的碰撞检测问题实时性好、平稳性高,但是其性能受到分辨率的影响。最后讨论了将该算法扩展到多个物体间进行碰撞检测的实现策略。     

基于GPU的体绘制流水线优化与预处理加速算法

提出一种基于GPU的体绘制流水线优化与预处理加速算法。对目前GPU体绘制流水线结构进行了深入地分析,为消除流水线速度瓶颈,采用自适应数据划分剔除算法对体数据进行子划分,剔除空白子块后将子数据块定义成子纹理块,然后使用体纹理打包算法VTP将子纹理块打包成适合GPU纹理内存的纹理,再依次传输至GPU纹理内存中。实验结果表明加速算法能有效提高流水线实际吞吐率,与原始算法相比,加速算法节省了40%~60%的绘制时间。     

一种基于现代GPU的大地形可视化算法

地形渲染在计算机游戏,飞行模拟和视景仿真等领域的应用越来越广泛,随着渲染场景复杂度的增加,每次需要绘制的地形数量也越来越庞大。同时,新一代的显卡绘制能力的不断增强,原有的许多地形渲染算法已经不能很好的满足用户需求。在总结现有算法的基础上,提出了一种基于现代GPU的地形渲染算法。该算法同样使用高程图作为地形数据,将地形分成很多小块,每次渲染时以块为单位,所有小块使用四叉树组织成一个层次化结构,不同层次的节点代表了不同细节层次的地形范围,并且采用了与Mipmap类似的细节简化方式,渲染时不需要对分块重新简化。为了保证CPU和GPU的负载平衡,将一些复用率高的地形分块缓存到显卡中,大大降低带宽需求。实验证明该算法可以更为充分利用图形处理器的加速能力,既能满足渲染精度要求也能达到一个较高的帧率。     

一种基于数字地球的运动模型与地形匹配方法

三维模型与地形的匹配问题涉及到模型控制矩阵与模型与地形接触点高程值的计算。其中接触点高程值的计算问题与地形渲染采取的数据组织和绘制算法密切相关,采用规则网格构建地形的数字高程模型,在此基础上提出了弱网格实现数据结构的地形匹配算法。首先为三维模型在三维GIS视景中建立了数学控制匹配模型,然后基于规则网格像素坐标系计算模型与地形接触点的高程值。方法不考虑规则网格的具体绘制实现技术,在采用规则网格的地形下具有较强的适用性。     

一种基于顶点纹理的LOD地形渲染算法

Shader Mode 3.0引入的Vertex Shader Fetch是GPU可编程图形渲染技术发展的又一重要进展,基于该技术提出了一种新的地形渲染算法.算法主要特点是将地形高程数据组织成单通道纹理存放于显存,用于支持视点跟随的LOD地形渲染.绘制阶段,CPU端只需输入平坦的嵌套状的网格,GPU端首先根据当前视点参数计算该网格顶点的实际二维位置坐标,使用该坐标从地形纹理中采样出该顶点的高程值,这样平坦网格的顶点获取到实际的三维坐标值,图形渲染管线将继续处理直至输出显示.如此安排绘制流程可以彻底消减CPU计算负载,转而充分运用GPU高数据处理能力和可编程特性.实验表明,使用本算法绘制地形,效果逼真、绘制效率大大高于传统LOD地形绘制算法.     

电磁环境数据场多频段绘制算法

针对现有电磁环境绘制研究中未考虑频段信息的情况,提出了一种多频段电磁环境绘制算法。基于光线投射算法实现,对传递函数进行了多频段设计,各频段颜色可以交互设置,同时定义了频段颜色增强因子,能够提高不同频段的颜色对比效果。最后,在统一计算设备架构下并行实现本算法,完成了实时交互的多频段电磁环境绘制。实验证明该算法能够方便、有效的展示电磁环境的频段信息,同时用户可以交互控制绘制及频段对比结果,便于观察和理解电磁环境。     

实时地形绘制的两级瓦片四叉树索引

针对地形场景绘制的海量数据管理和实时性要求,提出一种两级瓦片四叉树索引方法:首先将地形数据在水平面上进行初级方格剖分,然后在每个初级方格面片上构建瓦片四叉树,分块数据被两级索引唯一标识。以此为基础,设计了自底向上的视点扩散绘制数据检索算法。实验结果表明,该索引能够大幅度减少辅助信息存储,并提高绘制检索的速度。     

基于GPU的自由立体显示器通用渲染算法

自由立体显示器作为三维显示器中的一种,能够产生具有空间感的三维映像,但在显示虚拟的三维场景时,需要对场景进行多视角渲染,渲染和数据传输次数都数倍增加,因而实时渲染成为难题。与传统的多视角渲染方法不同,提出的加速算法改变了渲染流程,把每个视角渲染后用于合成的子图像不再存回系统主存中,而是将这些子图像传入纹理内存。同时程序中采用了多处最新的OpenGL扩展功能,通过FBO将场景直接渲染到三维纹理,极大提高了纹理传输和多层纹理混合的效率,从而加速了整个渲染过程。另外,由于本方法保留了对各视角图像的独立渲染运算,对渲染场景具有很强的通用性。通过与其他算法的实验比较,证明了提出方法的通用性和稳定性,达到了实时显示的要求。     

建筑结构动力反应分析过程仿真表现方法

为了更好表现建筑结构动力仿真分析结果，研究利用多媒体表现技术与工程结构分析算法相结合的仿真表现新方法。论文阐述在复杂工程仿真中，运用体绘制算法，变形绘制算法，定性数据表达方法，快速绘制算法和连续仿真场景生成方法，特别是综合应用达到最优表现。具体说明了论文的方法在实现钢筋混凝土框架结构在地震作用下的结构动力反应的仿真表现中的实际效果，验证了这种仿真表现方法的有效性。在以Windows2000为操作系统，以OpenGL作为开发工具的微型机上实现这种复杂仿真表现，展现了多媒体仿真表现技术广阔的应用和发展前景。