光线跟踪体绘制算法的研究

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1、摘要主要研究了三维重构的体绘制技术，体绘制是将三维重构计算结果的数据转换为图形及图像在屏幕上显示出来并进行交互处理的理论、方法和技术。它几乎涉及到了所有能应用计算机的部门如医学、生物学、航天工业、工业无损探伤、考古学、气象和地质勘探等，因此，对体绘制技术的研究具有重要的学术意义和应用价值。介绍了体绘制的主要算法，描述了体绘制算法中的光线跟踪算法的流程，指出了光线跟踪体绘制具有算法灵活，图像细节丰富等优点，但同时由于体数据量庞大，计算过程复杂，所以有必要对算法进行加速。提出了一种适用于光线跟踪类型体绘制的加速算法，称为空间跨越法，

2、它在理论上是基于体数据中等灰度区域的采样复合方程的因子分解。在算法的实现中，为了确定体数据中具有相同灰度值的相邻体素，建立了一种称为可跨越空间的数据结构，这种结构独立于视点和绘制参数。同时把位于可跨越空间中的投射光线上的累积颜色和透明度，根据所在区域的灰度值和线段长度，预先计算好并存入查找表中。此外还改进了基于并行虚拟机结构的体绘制算法。在该算法中利用切片为单位来划分和组织体数据，降低了通信代价，也保证了各子任务的数据局部性；在任务分配时，维护并使用性能指数数据库，自适应式地确定各个子任务：并且使用一种异步二分方法减少了局部图像

3、的合并时间。最后，通过实验对所提出的算法进行了验证。关键词三维重构：体绘制；光线跟踪算法：并行虚拟机；负载平衡燕山大学工学硕士学位论文Abstract11蛇mainsubjectisstudyforvolumerenderingof3D·reconstruction,volumerenderingisatheory,measure，technique，whichconvertdatagotfromsciencecalculationtoimageorgraphicsusingcomputergraphicsprocessingt

4、echnology,andshowtheiInageorgraphicsinscreen．Itcoversalmostallthefieldrelatedwithcomputer,suchasmedicalscience，biology,aerospaceindustry,industrynondestructiveinspection,archaeology,meteorolo-gicalphenomenaandgeologicprospecting．Studyonvolumerenderinghasimportantsign

5、ificanceonscienceandworthinessinpracticalapplication．n圮mainalgorithmforvolumerenderingisintroduced．whichdescribesprocessoftheray-tracingalgorithm，asthealgorithmisnimbleanddetailsofimageisrich，butthedataamotrotisample，andthecalculationiscomplicated，SOitisnecessarytOac

6、celeratethevolumerenderingalgorithm．Anewaccelerationtechniqueforraycastingvolumerenderingcalledregionleaping．isadvanced．itisbasedonfactorizationofequationwhichhomogeneitygrayelementinsideavolumehesampledandcomposedintheory．Wecreateanregionleapingdatastructuretohelpid

7、entifyinghomogeneousvoxelcubes，whichisindependentoftheviewingparametersandshadingconditions．Accumulatedcolorsandtransparenciesofhomogeneousraysegmentsarepre-eomputedintoalook-uptableaccordingtodifferentvoxelvaluesandraysegmentlengths．Also，analgorithmforvolumerenderin

8、ginallenvkonrnentofparallelvirtualmachineisimproved，inordertoreducethecommunicationcost，aswellastoguaranteethelocalityofallsubtasks