基于体绘制的三维数据场可视化技术研究

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1、西南交通大学硕士学位论文基于体绘制的三维数据场可视化技术研究姓名：田玲申请学位级别：硕士专业：计算机应用技术指导教师：诸昌钤20070501西南交通大学硕士研究生学位论文第1页摘要科学计算可视化是20世纪80年代发展起来的一个新的研究领域。它运用计算机图形学和图像处理技术，将科学计算过程中产生的数据及计算结果数据转化为图形及图像在屏幕上显示出来，并进行交互式处理。科学计算可视化技术的核心是三维空间数据场的可视化，有几种不同的可视化算法。体绘制技术是近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，具有

2、较大的研究价值和应用前景。本文首先探讨了三维数据场可视化的几种方法，分析了它们的差异和特点；接着描述了几种典型而又常用的体绘制算法；分析了体绘制技术的基本概念及实现的关键技术，包括体绘制的光学模型，体数据的分类，体绘制转换函数的设计，梯度估计，空间变换，投影变换和图像合成等。特别是针对不同类型的体数据，通过分析其灰度直方图设计了不同的不透明度转换函数。接下来，本文研究并实现了基于纹理映射的体绘制算法．此算法是利用二维或三维纹理数据，通过混合体素的属性信息来绘制三维图像。算法的实现原理类似于光线投射体绘制算法。但与光线投射

3、算法不同的是，此算法利用空间信息对穿过同一切片的所有光线同时处理。因此，算法拥有比光线投射算法更高的性能，可以在普通PC机上实现。本文将基于纹理映射的算法分为基于二维纹理映射的体绘制算法和基于三维纹理映射的体绘制算法分别进行描述。针对二维纹理映射算法的缺点，提出了改进的算法，利用变换纹理序列以避免结果图像的失真。对于三维纹理映射体绘制算法，采用了求体数据包围盒与垂直于视线的平面的切片多边形的方法，通过计算顶点的坐标确定切片多边形，达到了较好的绘制效果。最后，利用文中分析的基于纹理映射的体绘制算法设计并实现了一个初级的可视

4、化系统。系统具有良好的可移植性，可以在不同的操作系统平台上运行。在实现过程中，运用了．1ava3D技术。通过选择不同的体数据进行体绘制及切片的显示，验证了本文研究的体绘制技术及其应用的有效性。关键词：三维数据场可视化：体绘制：纹理映射：．1ava3D西南交通大学硕士研究生学位论文第Ⅱ页AbstractvisualizationinScientitleComputingCCISQisakindofnewlydevelopIedsubjectinthe1980s．Itisbasedoncomputergraphicsandi

5、magemanipulationtechnology．andthedatageneratedintheprocedureandthecalculationresultswillbech扭gedgraphicsorimages，whicharedisplayedonthescreenforinteractiveprocessing．Thecoreofvisualizationinscientificcomputingisvisualizationofthreedimensionalspatialdatasets．There

6、a∞severalalgorithmsforvisualization．Thedirectvolumerenderingisarapidlydevelopedvisualizationmethodofthreedimensionaldatasctsinrecentyearsandisahotresearchfeld．whichhasmuchresearchvalueandfutureapplication．Inthisthesis，severalrenderingmethodsofvisualizationofthree

7、dimensionaldatasetsarediscussedfirstly，andtheircharactersanddifferencesareanalyzed．Severaltypicalandcommonalgorithmsofthevolumerenderingaredescribed．Thebasicc,onceptsandkeytechnologyofthevolumerendering,includingtheopticalmodal，classification,designingofthetransf

8、erfunction,gradientestimating,spacetransformation,projectiontransformationandimagecompositionareanalyzed．Specially。differentopacitytransferfuncIionsaredesigned