虛擬中國人的體繪制重建及其并行化研究.pdf

1、數(shù)字化虛擬人研究有著重要的科學(xué)意義和廣泛的應(yīng)用前景,對虛擬人的切片數(shù)據(jù)集進(jìn)行三維重建是研究中的關(guān)鍵步驟.對三維重建而言,體繪制算法具有能夠顯示數(shù)據(jù)場的內(nèi)部細(xì)節(jié)的獨(dú)特優(yōu)勢,但計(jì)算量大,處理時(shí)間長.虛擬人數(shù)據(jù)集的規(guī)模很大,對其采用體繪制方法進(jìn)行三維重建,在普通的個(gè)人計(jì)算機(jī)上往往難以實(shí)現(xiàn).為此,本文研究了采甩并行計(jì)算結(jié)構(gòu)對虛擬人這一大規(guī)模數(shù)據(jù)集進(jìn)行三維體繪制重建的問題.論文以虛擬中國人女性一號(Virtual Chinese Female N

2、o.1,VCH-F1)的切片數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),在集群并行環(huán)境中基于MPI標(biāo)準(zhǔn)平臺實(shí)現(xiàn)了一種光線投射體繪制的并行算法.文章詳細(xì)描述了光線投射體繪制算法實(shí)現(xiàn)中的各個(gè)關(guān)鍵步驟.在處理三維空間的幾何變換時(shí),算法保持體數(shù)據(jù)空間不變,對視平面進(jìn)行三維變換,減小了數(shù)據(jù)處理量,并采用了繞變換的空間直線軸的旋轉(zhuǎn)方案使交互操作更加直觀方便;采樣點(diǎn)的插值應(yīng)用了三線性插值算法;在物質(zhì)分類方法中選擇了較為簡單、速度較快的閾值法;明暗計(jì)算中采用Phong光照模型以增強(qiáng)繪

3、制效果的真實(shí)感;為減少光線投射的采樣次數(shù),算法還選用了從前向后的圖像合成方法.對虛擬中國人女性一號的切片圖像進(jìn)行重建的結(jié)果表明算法具有較好的體繪制效果.在此基礎(chǔ)上,論文探討了體繪制算法并行化思想及其并行策略.并行算法采用了基于圖像空間的劃分策略,在每個(gè)子節(jié)點(diǎn)上都存有一份完整的體數(shù)據(jù),各子進(jìn)程間無需大容量體數(shù)據(jù)的交互,加快了整個(gè)繪制過程的速度.任務(wù)分配和負(fù)載平衡策略則由任務(wù)池方法實(shí)現(xiàn),任務(wù)的劃分粒度基于預(yù)實(shí)驗(yàn)確定.最后,本文對并行算法的性