實(shí)時(shí)體繪制關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、體可視化技術(shù)廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、氣象學(xué)、地質(zhì)學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域，是當(dāng)前發(fā)展最為迅速的技術(shù)之一。本文主要就體繪制加速算法和傳遞函數(shù)設(shè)計(jì)進(jìn)行研究。
　　 光線投射算法是繪制質(zhì)量最高的體繪制算法，但計(jì)算復(fù)雜度高、繪制時(shí)間較長(zhǎng)，GPU具有高浮點(diǎn)運(yùn)算能力、高度硬件并行的優(yōu)點(diǎn)。本文在最新一代GPU的技術(shù)基礎(chǔ)上，提出了基于GPU的光線投射算法，該算法在單道繪制內(nèi)完成沿視線的所有重采樣操作，避免了多道繪制引起的CPU和GPU之間的頻繁數(shù)據(jù)交換，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了

2、提前光線截至和無(wú)效體素剔除的優(yōu)化技術(shù)，達(dá)到顯存可容納規(guī)模體數(shù)據(jù)的高質(zhì)量實(shí)時(shí)繪制。
　　 通過(guò)分析體數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)一致性，提出了基于片段的光線投射算法。該算法將連續(xù)的相似重采樣點(diǎn)合并成片段，并將融合的基本單位由重采樣點(diǎn)擴(kuò)大為片段，減少了融合次數(shù)，提高了繪制性能。在理論方面，由體繪制的繪制方程出發(fā)，依據(jù)基于片段的簡(jiǎn)化條件，重新推導(dǎo)繪制方程；在實(shí)踐方面，由軟件算法對(duì)參數(shù)進(jìn)行定量分析，根據(jù)參數(shù)最優(yōu)值對(duì)基于GPU的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行進(jìn)一步簡(jiǎn)化，在保持繪

3、制質(zhì)量的的同時(shí)，進(jìn)一步提高繪制性能。
　　 傳遞函數(shù)是體繪制技術(shù)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，本文提出了基于重采樣點(diǎn)擴(kuò)展模型的傳遞函數(shù)調(diào)整方案。該方案將一個(gè)重采樣點(diǎn)擴(kuò)展為由多個(gè)樣本組成的重采樣段，通過(guò)模板規(guī)定的未知樣本光學(xué)屬性與已知樣本光學(xué)屬性的相關(guān)系數(shù)比例及其選定的樣本融合方法計(jì)算重采樣段的光學(xué)屬性，并據(jù)此建立傳遞函數(shù)查找表。文中提出多種相關(guān)系數(shù)模板，給出每個(gè)模板的相關(guān)系數(shù)的計(jì)算方法。將擴(kuò)展模型應(yīng)用于傳遞函數(shù)可以強(qiáng)化繪制對(duì)象的結(jié)構(gòu)特征，提高

4、繪制結(jié)果質(zhì)量，不同相關(guān)系數(shù)模板為繪制效果控制提供了一定的靈活性。
　　 基于擴(kuò)展模型的傳遞函數(shù)調(diào)整方案是一種對(duì)已有傳遞函數(shù)的優(yōu)化策略，本文還提出了基于力作用模型的傳遞函數(shù)設(shè)計(jì)規(guī)則。在力作用模型中，重采樣點(diǎn)不是等間距的采樣點(diǎn)，而是以等間距采樣點(diǎn)為基礎(chǔ)劃分的一致性片段的首點(diǎn)，根據(jù)數(shù)據(jù)一致性不同，相鄰重采樣點(diǎn)的間距也不同。我們將力作用模型中的重采樣點(diǎn)看作具有初速度的質(zhì)點(diǎn)，并在其他重采樣點(diǎn)的作用力下移動(dòng)做功。重采樣點(diǎn)值、梯度、相鄰重采樣