基于体绘制的三维数据场可视化

论文摘要

科学计算可视化视是20世纪80年代发展起来的一个新的研究领域。它主要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转换为图形及图像在屏幕上显示出来,并进行交互处理。三维空间数据场的可视化是科学计算可视化的核心,体绘制技术是近几年来迅速发展的一种三维数据场可视化方法,是当前可视化研究的热点,具有很大的应用前景。本文首先引入科学计算可视化的概念,介绍了其核心三维数据场可视化的几种方法,并分析了它们各自的特性和差异;接着介绍了几类常用的体绘制算法,对每类算法各自的特点做了阐述并进行了比较。然后介绍了体绘制技术的基本概念及实现的关键技术,包括体绘制光学模型,体数据的分类,体元的排序,空间变换,投影变换和图像合成等。其中对不透明度函数做了比较详细的讨论。再次,通过对体绘制过程的分析,概括了体绘制算法的改进方法,得出减少重新采样的计算量是提高体绘制算法效率的有效方法。最后本文通过对体元投影法的研究,提出了一种改进的体元投影的体绘制算法。本文讨论的数据场是由四面体构建的,首先要判断四面体在投影平面上的投影形状,我们将视点设置在原点,通过对视点重心坐标每项符号的判断来得到其投影形状。其次通过建立空体元,跳过空体元来改善绘制,在透明度的合成方面,利用重心坐标来辅助合成,简化合成的公式。通过实验加以验证,达到了一定的效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景意义
• 1.2 科学计算可视化的国内外研究状况
• 1.3 论文主要工作
• 1.4 论文结构
• 第二章 三维数据场可视化技术
• 2.1 三维数据场可视化基本流程
• 2.2 三维数据场可视化方法
• 2.2.1 面绘制技术
• 2.2.2 体绘制技术
• 2.2.3 混合绘制方法
• 2.3 体绘制常用算法比较
• 第三章 体绘制基础
• 3.1 体数据的分类和表示
• 3.1.1 体数据的分类
• 3.1.2 体数据的表示方法
• 3.2 体绘制光学模型
• 3.2.1 光线吸收模型
• 3.2.2 光线发射模型
• 3.2.3 光线吸收与发射模型
• 3.3 体绘制方程
• 3.4 体绘制关键技术
• 3.4.1 分类操作
• 3.4.2 色彩与非透明度传递函数
• 3.4.3 排序
• 3.4.4 空间变换
• 3.4.5 投影变换
• 3.4.6 图像合成
• 第四章 一种改进的体绘制方法
• 4.1 算法介绍
• 4.1.1 算法中用到的基本概念
• 4.1.2 算法概述
• 4.2 算法主要步骤介绍
• 4.2.1 数据场的预处理
• 4.2.2 体元在投影平面上投影的确定
• 4.2.3 规范四面体的顶点位置
• 4.2.4 重心坐标和光线前后点间距的计算
• 4.2.5 参数的赋值
• 4.2.6 不透明度的计算
• 4.3 实验结果及分析
• 第五章 结论及展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录作者在攻读硕士学位期间发表的论文