基于变换编码的压缩体绘制

论文摘要

体绘制技术是科学计算可视化的一种重要方法,它能够从体数据集中抽取内在的本质信息,并借助交互式图形图像技术展现出来。由于体绘制是将三维空间的离散数据直接转换为二维图像而不必生成中间几何图元,所以又称为直接体绘制。它适合生成原始数据集的整体图像,并能够清晰地显示其中的细节信息。体绘制的应用领域十分广泛,涵盖了医学、气象学和地质勘探等领域。随着科学探测仪器性能和精度的不断提高,数据集的容量急剧增大,为体绘制技术带来了更大的挑战。使用GPU的硬件加速体绘制是实时体绘制常用的方法,但是在绘制大数据集时,仍然存在图形内存有限的问题。体数据压缩和绘制结合在一起则是一种有效解决方案。本文提出了一种为实时体绘制特别设计的基于方块的变换编码方案,使得在不牺牲压缩质量的情况下快速地进行解压;这是通过一种以预计算方式结合逆变换和量化解码的技巧实现的。进一步,为了尽量优化编码并对解码器隐藏其复杂性,我们利用了离线压缩的自由性。在此背景下,我们研制了一种新型块分类方案,使得在压缩中保留重要的数据特征。最后,本文给出了一个不对称的变换编码方案,使体数据在GPU上渲染时实时地被解压缩。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 研究概况
• 1.3 本文内容和结构
• 第2章 体绘制技术介绍
• 2.1 直接体绘制技术
• 2.2 数据的分类与表示
• 2.2.1 体数据的数据类型
• 2.2.2 数据分布及拓扑关系
• 2.2.3 体数据的表示方法
• 2.3 体绘制的理论基础
• 2.3.1 体绘制中的重新采样
• 2.3.2 体绘制中的光学模型
• 2.4 体绘制算法
• 2.4.1 光线投射算法
• 2.4.2 物体空间扫描的体绘制算法
• 2.4.3 基于GPU加速的三维纹理体绘制算法
• 2.5 压缩体绘制框架
• 2.6 本章小结
• 第3章 体数据的压缩编码
• 3.1 数据压缩技术
• 3.1.1 无损压缩
• 3.1.2 有损压缩
• 3.1.3 有损与无损压缩比较
• 3.2 变换编码
• 3.2.1 小波变换
• 3.2.2 离散余弦变换
• 3.2.3 K-L变换
• 3.2.4 权衡取舍
• 3.2.5 实验结果
• 3.3 量化
• 3.3.1 标量量化
• 3.3.2 矢量量化
• 3.3.3 码本生成
• 3.3.4 码字搜索
• 3.3.5 多层次矢量量化
• 3.3.6 分类分段矢量量化
• 3.4 本章小结
• 第4章 压缩体数据的解码与绘制
• 4.1 矢量重投影
• 4.2 压缩体数据的表示
• 4.3 解压与绘制算法
• 4.4 实验结果
• 第5章 结论
• 5.1 全文总结
• 5.2 未来展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简历