科学计算可视化是20世纪80年代发展起来的一门新兴学科,已经广泛应用于医学、地质学、气象学等诸多领域。科学计算可视化技术的核心是三维数据场的可视化。体绘制技术是常用的三维数据场可视化方法,具有渲染图像细节丰富等优点,一直是研究的热点。然而,目前体绘制光学模型只考虑了光线的发射、吸收、发射与吸收三种光学现象,而光线的折射现象却常常被忽略。折射是最常见的光学现象之一,能够增强绘制图像的真实感和空间层次感,理应成为可视化系统强有力的工具。另一方面,不能表现折射现象的可视化成像系统不能说是完善的,无法为用户提供完美的视觉体验。因此,折射体绘制的研究势在必行。本文首先介绍了折射体绘制的基础理论,包括折射现象的原理和离散数据场中的折射模型,接着介绍了折射体绘制算法。现有的折射体绘制算法通过改进光线投射算法而实现。当采样点上的相对折射率不为1时,需要根据Shell定律重新计算光线的前进方向。相对折射率和法向量估计是折射体绘制的伪像误差主要来源。本文采用SSFL方法进行相对折射率估计,采用4D线性回归法进行法向量估计,试验证明估计的精度得到了保证。随后本文提出了折射体绘制的等值面显示方法,其难点在于离散数据场中没有明确的等值面,可能导致光线在等值面附近重复折射多次。本文采用异向搜寻的方法有效地解决了这个问题。为了提高折射体绘制的结果图像质量,本文研究了体数据的各异向扩散滤波。通过在Alvarez模型尺度函数中增加了一个曲率控制项,提出了一种基于曲率的各向异性滤波模型。该模型的解可以通过水平集方法得到。对比实验表明,该方法无论是在绘制质量上,还是几何失真程度上都具有很大的优势,绘制图像的空间层次感和真实感得到了很大程度上的提高。