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科学计算可视化是上个世纪90年代初期发展起来的科学领域。它可以将科学计算所产生的中间及最终结果转换为人们直观可视的图形、图像,并可进行交互处理,对于加快数据处理速度、洞察多种物理现象的本质、控制科学计算的过程起着重要的作用。VISC研究的核心问题是三维数据场的可视化。三维数据场可表示为分布于三维空间的单值函数S=f(x,y,z),若S为标量则为标量场,S为矢量则为矢量场,目前数据场的可视化研究主要集中于标量场。体绘制是近几年来迅速发展起来的一种三维数据场可视化方法,是当前可视化研究的热点。体光线投射算法作为体绘制的重要算法,其原理采用为每个体素分配不透明度和颜色值的方法来合成图像,因此有利于保留图像细节,绘制高品质的图像,特别适用于绘制区域特征模糊的三维图像,因而得到了广泛的应用。本文对体绘制技术总体进行了一下探讨和研究,分类概述了体绘制技术实现的几种主要算法,重点是以图像空间为序的体光线投射算法,分析了它们之间的差异和特点。根据目前体光线投射算法的一些不足之处,给出了一些解决方案。主要工作如下:
⑴为了减少交互式体绘制中每次视点变换都必须将三维数据场由物体空间坐标旋转变换到相应的图像空间坐标,采用中间辅助平面法,只将成像平面旋转到物体空间坐标,图像在中间辅助平面合成,然后把合成的2D图像作为2D纹理利用硬件完成由物体空间坐标到图像空间坐标的旋转变换。
⑵找到体光线和(x,y,z)平面簇求交的相关性,可以快速确定体光线上的采样点及其特征值并利用体光线自身之间的相关性给出了投射点的确定方法。减少了插值计算的复杂度。
⑶将基于相关性的体光线投射算法应用到一个三维温度场的体绘制中,其中包括如何在附加上地理信息的条件下,加速体数据的预处理速度,然后利用体光线投射算法实现三维温度场的体绘制。