基于Ray-casting的实时三维融合绘制

论文摘要

随着科学技术的迅猛发展,科学计算可视化已经广泛应用于医学、地质勘探、气象学、分子模型构造和有限元分析等领域。然而,采用传统的科学计算可视化算法,得到的重建图像视觉效果单一。本文主要研究三维图像融合方法,将多个三维重建后的图像融合在一起显示,从而充分地反映体数据的内部特征。本文取得的主要研究成果与创新点如下：为了提高体数据分割的速度和实用性,本文提出了基于光线投射的等值面分割方法。根据光线在穿过体数据时,各个位置处的密度值不同,可以在体数据中划分出若干个等值面,从而实现体数据的分割。实验结果表明,该方法不仅绘制速度快,满足实时性,而且可以有效地分割体数据。为了在重建图像中能够直观地反映体数据的空间关系,本文提出了基于光线投射的区域融合体绘制技术,将等值面分割后的体数据进行融合显示。融合后的图像在焦点区域上实现“雾”状的半透明效果,突出体数据的内部结构；在背景区域的外表面上实现不透明效果,提供体数据的外部结构信息。实验结果表明,这种显示效果可以直观地反映出体数据的空间结构。传统的体绘制方法在重建体数据时,只能采用单一的绘制方式重建体数据的组织结构,难以显示体数据复杂的内部特征。针对这一局限,本文提出了基于光线投射的双层融合绘制技术,能够以不同的绘制方式重建出体数据的各个结构。实验结果表明,得到的融合图像能反映出更丰富的体数据内部信息。基于光线投射的融合绘制技术是利用图形处理器实现的,可以快速地绘制出体数据,满足实时性要求。融合后的图像可以直观地反映出体数据的空间结构,降低人们分析体数据结构的复杂度,在计算机辅助诊断、计算机辅助制造等领域具有广泛的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 研究进展及现状
• 1.2.1 图像融合技术
• 1.2.2 融合图像的显示
• 1.3 论文的研究内容及安排
• 第二章 快速Ray-casting算法
• 2.1 引言
• 2.2 Ray-casting基本算法
• 2.3 基于GPU的单步Ray-casting算法
• 2.3.1 光线终点的生成
• 2.3.2 光线方向的计算
• 2.3.3 光线的投射过程
• 2.4 实验结果与分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于Ray-casting的区域融合技术
• 3.1 引言
• 3.2 焦点结合背景绘制方法
• 3.2.1 曲变透镜
• 3.2.2 剖视图
• 3.2.3 多分辨率的焦点结合背景体绘制
• 3.2.4 背景保留的体绘制
• 3.3 区域融合技术
• 3.3.1 基于Ray-casting的等值面体数据分割
• 3.3.2 表面重建
• 3.3.3 区域融合
• 3.4 实验结果及分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于Ray-casting的双层融合技术
• 4.1 引言
• 4.2 高级Ray-casting算法
• 4.2.1 离散等值面重建
• 4.2.2 最大密度投影
• 4.3 双层融合技术
• 4.3.1 最大密度投影与等值面重建的融合
• 4.3.2 直接体绘制与等值面重建的融合
• 4.3.3 最大密度投影与直接体绘制的融合
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在读期间参加的科研工作及研究成果