基于GPU的移动立方体算法及其应用

论文摘要

表面绘制方法及其应用是科学计算可视化技术研究中的热点问题之一,涉及数字图像处理、计算机图形学、计算机视觉以及虚拟现实等多个学科。表面绘制方法能够产生轮廓清晰的等值面图像,有效表示数据场中的三维信息,且绘制速度快。因此,探索如何进一步提高表面提取速度与绘制质量、如何将表面绘制方法应用于实践,对于发展和完善可视化理论具有重要的理论意义和实用价值。针对传统移动立方体算法中等值面提取速度较慢、实时性不高等问题,本文利用GPU强大的并行计算能力实现等值点的提取,并且将提取的等值点保存在显存中,当对等值点操作时直接从显存中读取,避免CPU与GPU之间大量的I/O操作。实验结果表明,与传统的算法相比,基于GPU的移动立方体算法在等值面的提取速度与绘制实时性方面都有很大的提高。在实际应用中,为了充分挖掘数据场中包含的信息,还需要对数据进行交互式处理。本文在GPU的移动立方体算法基础之上,提出面标记策略的实时着色与实时切割技术。实验结果表明,面标记策略的实时着色与实时切割技术可达到增强对模型的理解。为解决面标记策略中着色与切割时存在的着色不均和方向依赖性问题,本文通过在物体空间中标记感兴趣区域,提出块标记策略的实时着色与实时切割技术。实验结果表明,块标记策略有效解决了面标记策略过程中存在的问题。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 研究进展与现状
• 1.2.1 可视化算法
• 1.2.2 三维编辑技术
• 1.3 本方研究内容与安排
• 第二章 表面绘制
• 2.1 引言
• 2.2 表面绘制算法
• 2.2.1 Marching Cubes 算法
• 2.2.2 Marching Tetrahedrons 算法
• 2.2.3 其它表面绘制算法
• 2.3 MC 与MT 算法对比分析
• 2.4 小结
• 第三章 基于GPU 的移动立方体算法
• 3.1 引言
• 3.2 可编程管线与OpenGL 扩展
• 3.2.1 GPU 可编程管线
• transform_feedback'>3.2.2 OpenGL 扩展NV_transform_feedback
• 3.3 基于GPU 的MC 算法实现
• 3.3.1 环境初始化
• 3.3.2 等值点提取与保存
• 3.3.3 光照与表面绘制
• 3.4 实验结果与分析
• 3.5 小结
• 第四章 交互式实时三维编辑技术
• 4.1 引言
• 4.2 顶点拾取
• 4.3 三维编辑
• 4.4 面标记策略的实时编辑
• 4.4.1 实时着色
• 4.4.2 实时切割
• 4.5 块标记策略的实时编辑
• 4.5.1 实时着色
• 4.5.2 实时切割
• 4.6 小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间获得的科研成果及参与的科研项目