基于可編程圖形硬件的體繪制技術(shù)研究.pdf

1、三維數(shù)據(jù)場可視化尤其是其中的體繪制是科學(xué)計(jì)算可視化領(lǐng)域最重要、近年來發(fā)展最迅速的一項(xiàng)技術(shù)，它是在吸收計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)視覺和計(jì)算機(jī)圖像處理等學(xué)科有關(guān)知識的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，在醫(yī)學(xué)三維重建、計(jì)算流體力學(xué)、有限元后處理、地震地質(zhì)勘探等眾多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。 體繪制技術(shù)無需構(gòu)造中間幾何圖元，直接將三維體數(shù)據(jù)映射到二維的投影平面上產(chǎn)生最終繪制結(jié)果，具有能夠半透明顯示數(shù)據(jù)場的不同區(qū)域和內(nèi)部細(xì)節(jié)的優(yōu)勢。但由于體繪制需要處理的數(shù)據(jù)量十分龐

2、大，生成圖像的算法又比較復(fù)雜，相比其他算法如面繪制其具有處理時(shí)間長，計(jì)算量大的固有缺陷。常常需要使用高端圖形工作站和特殊硬件來實(shí)現(xiàn)，在普通PC機(jī)上對于一般大小的體數(shù)據(jù)也很難達(dá)到實(shí)時(shí)交互處理。計(jì)算機(jī)硬件的飛速發(fā)展，特別是可編程圖形硬件的頂點(diǎn)和片段處理器，為實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)體繪制技術(shù)提供了硬件加速的支持。 本文首先介紹了科學(xué)計(jì)算可視化和可編程圖形處理器的概況；分析了可視化的主要流程，對二維數(shù)據(jù)切片進(jìn)行了相關(guān)的預(yù)處理，得到符合本文繪制算法要求

3、的體數(shù)據(jù)集；第三章講述了體繪制的關(guān)鍵技術(shù)，比較了各種典型的體繪制算法，實(shí)現(xiàn)了三維紋理映射的體繪制，討論其實(shí)現(xiàn)上的難點(diǎn)，三維紋理映射方法相當(dāng)于同時(shí)處理所有光線的光線投射體繪制算法，為簡化計(jì)算，采用了固定的視線方向和框架立方體，代理幾何體使用一系列垂直于視線方向與框架立方體相交的矩形切片，通過旋轉(zhuǎn)紋理坐標(biāo)系來達(dá)到變換視角的目的，利用over算子進(jìn)行最終的圖像合成；第四章介紹了圖形硬件流水線，利用GPU的可編程頂點(diǎn)和片段著色器，將三維紋理體繪