基于光线投射技术的三维体数据场可视化

摘要

随着现代科学技术的迅猛发展及各种先进测量设备如计算机断层扫描（CT）、核磁共振（MRI）、计算机模拟（如核爆炸）、地球物理勘探仪等的使用，来源于生物医学、航空航天、资源勘探、气象勘测、科学模拟等领域的三维体数据垂手可得，但数据的采集仅仅是一个过程，有效地分析和利用这些海量的三维体数据场信息才是获取数据的最终目的，也正是21世纪最具挑战性的科学问题之一，而三维体数据场可视化是其首要环节，为三维数据场的整体结构提供直观形象的展示，以辅助各应用领域的研究者有效分析和利用复杂体数据蕴含的深层次关键信息。本文以三维体数据场为研究对象，对三维体数据场建立一种基于7方向 Box样条的连续模型，在该模型上进行高精度的可视化分析。体绘制技术是三维体数据场可视化方法中的热点之一，其中最为常用的是光线投射算法，具有广阔的应用前景。
　　传统的基于光线投射算法的体数据等值面可视化方法采用三线性插值用于求交计算，误差较大。针对传统算法的缺陷，提出一种基于7方向 Box样条的等值面可视化算法，改进插值和梯度计算的精度，采用多种体数据属性值和梯度幅值相结合的颜色映射传输函数。由于7方向Box样条具有C2全局光滑性以及优于三三次 B样条的诸多性质，本文的改进算法与已有的算法（如 Marching Cubes算法及基于三三次B样条的等值面绘制算法等）相比较，等值面的绘制精度更高。另外，在这种连续模型上进行梯度、法向、曲率等的计算更加精确和可靠，算法可实现高精度的等值面及其上的多种属性的可视化，论文中给出了丰富的体数据可视化实例验证了改进算法的效果。

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第一章 绪论

1.1 可视化的研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要内容和结构

第二章 三维体数据场可视化

2.1 体数据

2.2 可视化的基本流程

2.3 三维数据场可视化的常用方法

2.4 常见的体绘制算法概述

2.5 四种体绘制算法对比

2.6 本章小结

第三章 光线投射算法

3.1 体绘制中的光学模型

3.2 光线投射算法的基本原理

3.3 光线投射算法的关键技术

3.4 本章小结

第四章 改进的基于光线投射算法的三维体数据场可视化

4.1 传统的光线投射算法存在的缺陷

4.2 等值面绘制技术介绍

4.3 本文程序结构介绍

4.4 基于Box样条的重建

4.5 改进的基于光线投射方法的等值面可视化

4.6 实验的结果及分析

4.7 本章小结

第五章 总结和展望

5.1 本文工作总结

5.2 本文工作展望

致谢

参考文献

附录