基于GPU的高質(zhì)量交互式可視化技術(shù)研究.pdf

1、近十年來(lái)，可視化技術(shù)成為科學(xué)研究的一個(gè)熱點(diǎn)方向。隨著醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的發(fā)展，迫切需要有效的可視化技術(shù)對(duì)海量體數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。由于體繪制技術(shù)可以真實(shí)地顯示三維物體內(nèi)部信息，逐漸成為主要的可視化手段。高質(zhì)量的體繪制效果需要大量的運(yùn)算，從而導(dǎo)致交互性能的嚴(yán)重下降，不能應(yīng)用于許多對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的領(lǐng)域。同時(shí)，由于缺乏適合用于描述和建模真實(shí)物體內(nèi)在特性的物理模型，繪制參數(shù)的選擇和交互工具的設(shè)計(jì)對(duì)體繪制非常關(guān)鍵。本文重點(diǎn)研究基于通用圖形處理器(GPU)的

2、直接體繪制技術(shù)，力圖在繪制的真實(shí)感與交互性能之間尋求一個(gè)良好的平衡，最終設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)能夠具有應(yīng)用價(jià)值的可視化處理系統(tǒng)。本文的主要貢獻(xiàn)包括以下四個(gè)方面： 1．在體繪制的光照效果方面，利用GPU的可編程性提出了一種基于per-pixel光照的體繪制算法。在繪制過(guò)程中使用歸一化梯度對(duì)每個(gè)像素實(shí)時(shí)計(jì)算光照貢獻(xiàn)，明顯改善了繪制的明暗效果，在一個(gè)繪制通道中完成所有繪制過(guò)程，得到可交互的高質(zhì)量繪制結(jié)果。 2．在體繪制的傳遞函數(shù)設(shè)計(jì)方面，利

3、用GPU的紋理特性提出了一種基于空間信息的交互式多維傳遞函數(shù)設(shè)計(jì)算法。在傳遞函數(shù)中根據(jù)體數(shù)據(jù)值和位置信息對(duì)局部空間區(qū)域指定繪制參數(shù)，并將整個(gè)繪制過(guò)程映射到GPU上，實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)據(jù)場(chǎng)中感興趣區(qū)域的自由繪制。 3．在體數(shù)據(jù)的交互式分析方面，利用圖像分割理論根據(jù)組織結(jié)構(gòu)對(duì)數(shù)據(jù)場(chǎng)分類，提出了一種基于組織分割的多物體混合體繪制算法。在GPU的像素處理階段完成對(duì)分割物體的獨(dú)立繪制，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)場(chǎng)中不同物體結(jié)構(gòu)的快速分析。另外，利用體素的空間位置