基于GPU的工業(yè)CT三維可視化技術研究.pdf

1、工業(yè)計算機層析成像技術(Industrial Computerized Tomography)，簡稱工業(yè) CT或ICT，它利用射線穿過物體時發(fā)生衰減并將由傳感器獲得的數(shù)據(jù)進行重建由此獲得物體的三維圖像，清晰、準確、直觀地反映被檢測物體內(nèi)部結構、材料密度和缺陷狀況。工業(yè)CT圖像的三維可視化是計算機科學可視化的重要組成部分，也是無損檢測(NDT)領域的一門重要技術。ICT數(shù)據(jù)場的可視化是工業(yè)CT檢測中的關鍵性工作。
　　由于體繪制技術

2、可以真實地顯示三維物體內(nèi)部信息，逐漸成為主要的可視化手段。而高質(zhì)量的體繪制效果需要大量的運算。對于中等規(guī)模的體數(shù)據(jù)在普通PC機上都很難達到實時交互繪制的效果，因而往往使用價格昂貴的高端圖形工作站或?qū)Ｓ糜布韺崿F(xiàn)。近年來，圖形處理硬件 GPU的快速發(fā)展，其可編程性、并行計算和浮點計算能力不斷提高，為達到繪制的真實感與交互性能的平衡提供了硬件上的支持。本文研究工作主要集中在以下幾個方面：
　　第一，介紹了三維數(shù)據(jù)場可視化技術，包括繪制

3、的概念、特點、過程。接著分析了體數(shù)據(jù)的來源，數(shù)據(jù)特點。詳細討論了體繪制的繪制方程和光學、光照模型，詳述了體繪制流程中各個步驟，同時介紹了體繪制技術的幾種常見算法，分析了它們在繪制質(zhì)量和性能上的不同，并確定三維紋理映射算法和光線投射加速算法為最終的研究方向。
　　第二，研究了GPU在硬件結構上的特點和編程模式，著重說明了可編程渲染管線的結構和加速技術以及編程軟件接口OpenGL和高級渲染語言Cg，對在GPU上完成通用計算的方法進行了

4、介紹。
　　第三，研究了將體繪制算法從CPU映射到GPU上的實現(xiàn)方法。分析了傳統(tǒng)基于二維和三維紋理的體繪制算法并討論了他們的不足之處，并在 GPU上實現(xiàn)了三維紋理映射算法。接著，將原先在 CPU中進行的光線進入點、離開點計算和光線的重采樣等步驟移入GPU中進行，利用GPU的高速浮點運算能力和并行計算能力，在頂點程序和片段程序中實現(xiàn)了光照和混合等費時的計算，最終在 GPU上實現(xiàn)了光線投射算法，使得實時繪制成為了可能，繪制的質(zhì)量和速度