医学CT图像三维可视化系统的研究与开发

为开发符合医学数字成像与通讯(DICOM)标准的医学计算机断层扫描(CT)图像三维可视化系统,探讨了DICOM文件系统的结构和解析方法、医学CT图像窗宽/窗位调节技术及其三维可视化算法,描述了系统的结构和各功能模块的实现方法.通过对医学CT图像三维可视化软件的开发,比较了表面绘制和体绘制的特点,成功而有效地实现了符合DICOM标准的医学CT图像的三维可视化,为影像诊断提供了形象直观的技术方法,具有广泛的临床应用价值.     

一种全息体视图重现方法的研究

计算全息中采用基于衍射的光栅条纹生成方法,将视场分为连续的8个区域,每个区域由一个空间频率不同的基本条纹衍射生成,并利用规则照相机几何获取的空间透视体生成的对极平面图,用计算全息与图像处理技术产生一个全息立体图,实现简单景物具有3D视差效果体视重现。     

基于可编程GPU的快速体绘制技术

新一代的图形显示硬件集成了以图形处理器(Graphics Processing Unit,GPU)为核心的可编程顶点着色器和可编程像素着色器,为实现实时体绘制技术提供了硬件加速支持.该文首先分析了可编程GPU的绘制流水线、硬件体系结构和快速绘制原理.最后基于可编程GPU实现了医学体数据的快速最大密度投射体绘制方法.实验表明,采用GPU的可编程像素着色器进行体绘制所需要的时间明显地少与不用GPU的可编程像素着色器进行体绘制所需要的时间.     

计算机图形学中有关VUP矢量的探讨

为正确阐述图形学教材中世界坐标系下确定视坐标系时所采用的VUP矢量的作用及其确切含义,提出初始VUP矢量的概念,并将初始VUP矢量绕n矢量旋转与模拟相机横摇角(roll)的概念联系起来,由此得出任意VUP矢量的计算方法.利用该方法对OpenGL中的gluLookAt函数进行了再封装.在航海模拟器上的实验表明,使用该方法进行场景绘制的结果是准确的.     

大区域地物场景的交互绘制

研究了大区域地理环境中地物场景的数据组织和快速绘制问题.首先,给出了基于层次四叉树组织管理大区域地物场景数据的方法;其次,描述了大区域地物场景交互绘制的流程,并对节点级视锥剔除阶段和遮挡剔除阶段进行了重点介绍.该方法便于集成到已有的实时地形绘制软件中.实验结果表明,在保证场景画面质量的前提下,集成后的系统能在微机上对大区域地理环境进行快速交互显示.     

虚拟物体的力/触觉模型及再现技术研究进展

虚拟物体在受力作用时的形变建模是虚拟环境中力/触觉人机交互的关键.分析了虚拟物体的力/触觉模型及再现技术的研究难点.介绍了当前六种有代表性的力/触觉模型:自由式形变模型、3D ChainMail模型、弹簧-质点模型、有限元模型、Shape-Retaining Chain Linked模型、长单元模型,并在此基础上对这些模型的优缺点进行了比较.最后对力/触觉模型及再现技术的发展趋势进行了展望.     

混合场景绘制的光照一致性研究

光照计算是真实感图形绘制的重要的研究问题之一,调整光照效果是增强真实感效果最关键的一步,特别是在基于几何与图像混合绘制的系统中,调整图像的光照适应当前虚拟环境的光照是一个复杂的过程.利用三维模型在GPU中的绘制流程,在混合场景绘制系统中,提出了一种简单的光照一致性方法,生成虚拟场景绘制系统中动态光照下的图像模型,图像的光照随着虚拟光照环境的改变,与几何模型的光照具有一致性.     

结合面绘制的GPU体绘制加速

提出了一种改进的基于图形运算单元(graphic processing unit, GPU)的体绘制方法, 可用于影像数据的交互级可视化. 利用基于2D轮廓线的面绘制算法, 提取包含用户感兴趣数据的闭合曲面, 并将它作为基于GPU的光线投射算法的代理几何面, 进行快速体绘制. 通过代理几何面的绘制可减少光线的数量及采样长度,节省光线投射算法的时间. 将该方法应用于医学、工业等领域得到的数据结果表明,该方法在保证有效数据不丢失的情况下提高了绘制效率.     

基于元单元的Out-of-Core等值面绘制算法

针对核外可视化算法中理想元单元与实际使用元单元大小之间的差异,结合Marching Cube算法的加速方法,提出了两种以子元单元为基础的元单元加速绘制方法。两种方法均不影响任意元单元索引结构运行效率,都能以较低的空间耗费换取较好的加速绘制效果。两种方法对于大规模数据集,尤其是有实时性、交互性要求大规模数据集的等值面提取有重要意义。     

基于粒子系统的飞行特效模拟

基于粒子系统理论,提出飞机尾焰建模方法,采用纹理映射技术、多细节层次（levels of detail, LOD）技术对尾焰粒子进行实时渲染,加快了渲染速度,增强了真实感.仿真结果表明,生成的飞机尾焰效果真实,具有良好的实时性,可在普通的PC机上流畅运行,同时给出了雨和雪的特效仿真.