基于目标特征的多分辨率体绘制算法研究

摘要

体绘制技术是一种用于三维数据体显示的主流技术,对三维体数据具有优良的表现能力,在医学、地球物理、工程设计以及流体物理等多个领域中均有大量的研究与应用。然而随着探测技术以及信号处理技术的日益发展,用于绘制的空间三维体数据的大小与日俱增。如何在显存甚至内存空间有限的情况下,完成海量数据的体绘制工作,成为了目前体绘制研究工作中的一个重点。
　　多分辨率体绘制技术是解决该问题的一种有效方法,通过对数据体进行划分以及多分辨率表示,该技术能够对数据体进行局部抽样,从而达到减小整体数据量的目的。传统的多分辨率体绘制方法依赖于数据变换情况,对于数据变化平缓,同质区域较多的数据体具有良好的压缩效果。对于数据散乱分布、同质区域较小的体绘制数据(例如石油地球物理勘探中的三维地震数据体),传统的基于香农熵或均方差的多分辨率方式均难以有效实现降低数据量的效果。
　　本文针对传统方法难以完成部分海量数据体绘制工作的问题进行了一些研究工作,并在此基础上,对传统多分辨率体绘制中的一些其他问题进行了一定程度的优化处理:
　　(1).本文提出了一种基于目标特征的多分辨率体绘制算法。该方法以数据体中的目标特征为指导,对数据体内的关键数据进行辨别。在存储空间有限的情况下,通过适当降低非目标区域的数据量的方式,保证绘制工作的顺利进行。因此,本文方法能够在有限数据空间的情况下,完成海量数据的体绘制工作,同时由于首先降低非目标区域的分辨率级别,该方法能够在一定程度上保证数据体中的关键信息的完整,以得到较好的绘制效果。将本方法试验结果与传统的方法相比较可以看出,本方法既能够较好地保证关键数据区域的绘制效果,又能进一步减少用于绘制的数据量。
　　(2).本文基于前人的研究成果,针对多分辨率体绘制中的分块失真问题,采用了一种分块细节水平逐渐变化的改进的融合方式以消弱多分辨率体绘制中由于分块处理而引起的分块失真现象。同时由于目标特征的引入,会在一定程度上增加分块处理过程的独立性,加大块间失真,本文针对此问题一并进行了优化工作。
　　(3).本文在试验过程中发现,用户难以直观的将传统多分辨率体绘制方法中所使用的误差门限参数与实际的绘制效果关联起来,导致用户使用过程中参数设置困难。针对此问题,本文提出了一种自适应的分块细节水平选择算法,使用空间参数替换了传统多分辨率方法中的误差门限,在一定的存储空间限制之下,自适应的选择每个分块的细节水平,使的最终的绘制结果中误差最小。此外,该分块细节水平选择算法还为上述边界处理方法为进行了数据准备工作。

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第一章绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 本文工作

1.4 章节安排

第二章相关理论基础

2.1 直接体绘制技术

2.2 可编程GPU技术

2.3 多分辨率体绘制算法

2.4 统一划分多分辨率体绘制

2.5 本章小结

第三章基于目标特征的多分辨率体绘制

3.1 目标特征

3.2 重要性级别

3.3 算法流程

3.4 仿真分析

3.5 本章小结

第四章 分块细节水平自适应选择及边界处理

4.1 自适应分块细节水平选择

4.2 边界处理

4.3 仿真分析

4.4 本章小结

第五章 算法实现

5.1 算法实现环境

5.2 软件结构

5.3 详细设计

5.4 仿真分析

5.5 本章小结

第六章 总结及展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间参加的科研项目和成果