高清體繪制算法的研究.pdf

1、體繪制技術是三維數(shù)據(jù)可視化研究領域的一種非常重要的方法，已經(jīng)在許多領域得到了廣泛的應用，是科學可視化的研究熱點之一。直接體繪制技術雖然能夠較好的顯示三維數(shù)據(jù)場的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，但是特征的紋理細節(jié)不能很好的展示，同時缺少空間立體感，因此，在體繪制中，往往需要加入光照模型，用于增加特征的形狀感知和增強紋理細節(jié)，實現(xiàn)體數(shù)據(jù)的高質(zhì)量繪制。在直接體繪制中，觀察視點的改變、傳輸函數(shù)的調(diào)節(jié)以及采樣步長的調(diào)整等，都會使得整個的繪制過程重新開始，加上體數(shù)據(jù)量越

2、來越大，造成最終圖像生成的速度緩慢，尤其是在增加了光照渲染之后，梯度和光照能量值的計算同樣會增加繪制的復雜度，在進行高質(zhì)量體繪制時，實時性難以得到保證。針對這一問題，本文做了一定的研究和探索，提出了兩種高質(zhì)量的體繪制方法來解決上述問題。
　　(1)梯度的二次曲線插值重構(gòu)算法。為了解決目前直接體繪制中梯度無法快速準確計算的問題，本文提出了一種梯度的二次曲線插值重構(gòu)方法，首先采用移動最小二乘法對原始的采樣光線進行重構(gòu)，然后通過二次多項

3、式對采樣點的梯度進行插值，從而使得梯度呈現(xiàn)出非線性變化，最后根據(jù)插值重構(gòu)得到的梯度值進行光照渲染。本文的方法能夠快速準確的計算梯度，并獲得較好的繪制效果。
　　(2)最小梯度夾角預積分光照算法。為了獲得高質(zhì)量的體繪制結(jié)果和良好的交互性，本文提出了一種最小梯度夾角預積分光照算法，首先對預積分片段內(nèi)的梯度進行插值重構(gòu)，得到采樣段的梯度統(tǒng)一表達形式，然后計算重構(gòu)得到的梯度中與入射光方向夾角最小的梯度值，即光照能量最強，最后將該梯度用于預

4、積分的光照渲染。該方法可以加強體數(shù)據(jù)中局部細節(jié)的光照效果，由于結(jié)合了預積分算法，因此保證了交互性。
　　本文算法是基于GPU的光線投射方法實現(xiàn)的，通過對各個體數(shù)據(jù)的實驗結(jié)果表明，本文方法具有超高采樣的直接體繪制的清晰繪制效果，還具有預積分光照算法的實時交互性。
　　此外，本文基于Qt、OpenGL和GLSL等開發(fā)包，開發(fā)一個通用的基礎體繪制的軟件平臺。包括體數(shù)據(jù)的導入、傳輸函數(shù)的交互以及光照系數(shù)調(diào)節(jié)等操作，并且在該平臺下實現(xiàn)