基于统一划分的多分辨率直接体绘制方法

摘要

体绘制是一种对三维体数据进行可视化的有效方法。在经历几十年的发展后，其已被广泛运用于多个科学研究领域，如地质勘探、气象预测、流体模拟。在过去的几年里，体绘制方法已从基于软件转变为基于硬件。借助于GPU较高的并行计算能力，直接体绘制方法已经可以对大部分普通的医学体数据进行交互的实时绘制。但是因为图形卡纹理缓存容量相对有限，在进行海量体数据直接体绘制时，实时性难以得到保证。针对这一问题，本文采用基于统一划分的多分辨率直接体绘制方法，该方法涉及以下几个方面：
　　 （1）为了对原始体数据进行合理的分析，并建立相应的多分辨率表示，本文提出一种新的分块细节水平选择算法，能在对原始体数据重要细节内容进行较好保留的基础上，得到较好的内存空间分配效率。
　　 （2）本文提出了一种自适应的纹理映射方法对原始体数据进行压缩。并在绘制过程中，根据与此相应的自适应多分辨率纹理采样方法，对纹理缓存中的体数据多分辨率纹理进行采样。
　　 （3）为了提高绘制结果质量，在绘制阶段，本文提出了块间回退采样算法，并对传统的光线投射算法进行改进，从而得到更好的绘制效果。
　　 本文提出的基于统一划分的多分辨率直接体绘制方法在可编程图形显示卡上进行了实现，实验证明本文算法可以在保证绘制质量满足用户要求的条件下，进一步提高基于GPU的光线投射算法的绘制效率。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 传输函数

1.2.2 直接体绘制技术

1.3 本文的研究内容

1.4 本文的结构框架

第2章 相关理论基础

2.1 直接体绘制技术

2.1.1 体数据集合及直接体绘制技术的光学模型

2.1.2 直接体绘制技术主要算法

2.2 可编程GPU技术

2.2.1 GPU渲染管线及着色器

2.2.2 GPU渲染语言

2.2.3 基于GPU的光线投射算法实现

2.3 多分辨率直接体绘制技术

2.3.1 对体数据的划分

2.3.2 分块属性描述

2.3.3 建立体数据多分辨率表示

2.4 本章小结

第3章 基于统一划分的多分辨率表示

3.1 体数据的统一划分策略

3.2 分块的细节水平选择

3.3 基于统一划分的体数据多分辨率表示

3.4 本章小结

第4章 基于统一划分与纹理映射的光线投射算法

4.1 自适应多分辨率纹理采样

4.2 确定分块采样步长

4.3 块间回退采样

4.4 改进的自适应光线投射算法

4.5 本章小结

第5章 算法实现

5.1 算法实现环境

5.2 算法实现的概念视图

5.3 算法实现的模块视图

5.4 实验结果分析

5.5 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间参加的科研项目和成果