《基于预积分的三维纹理体绘制》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于预积分的三维纹理体绘制（45页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、西安电子科技大学 硕士学位论文 基于预积分的三维纹理体绘制 姓名：刘向涛 申请学位级别：硕士 专业：生物医学工程 指导教师：杨兵 20100122 摘要 直接体绘制技术在三维体数据处理及特征信息表现方面具有明显的优势，因 而作为科学计算可视化技术的个主要分支，直接体绘制技术受到了越来越多的 重视和研究。目前关于直接体绘制技术的研究主要集中于两点，一个是加快绘图 速度，增加实时互动性，另一个就是改善绘图效果，清晰显示更多的图像信息。 在这些研究的基础上，提出了很多围绕四种经典体绘制算法进行的改进算法。这 些改进算法的大体思路都是在不影响最终图像效果的情况下，最多的减少计算量。 本文应用基于预积分
2、分类的三维纹理体绘制算法，并结合G P U 编程实现了体数据 的三维重构，主要工作如下： 首先，理论分析四种经典算法的优缺点，对比基于预积分分类算法的三维纹 理体绘制，在理论上得出了预积分分类算法可以实现的改进效果，并论证了预积 分分类算法在三维纹理体绘制中的应用步骤。 其次，按照基于预积分的三维纹理体绘制算法，在C 的基础上利用O p e n G L 进行G P U 编程，充分发挥显卡在图像处理方面的优越性能，加速三维重建。和传 统的体绘制算法相比，本文所用方法明显提高了三维重建速度和改善了三维重建 效果。 关键字：预积分分类算法体绘制O p e n G L G P U 编程 A B S T
3、 R A C T D i r e c tv o l u m er e n d e r i n gt e c h n i q u eh a so b v i o u sa d v a n t a g e si nt h r e e d i m e n s i o n a l v o l u m ed a t ap r o c e s s i n ga n dp e r f o r m a n c ec h a r a c t e r i s t i c so fi n f o r m a t i o n ，S Oa so n eo f t h em a i nb r a n c h e so f
4、s c i e n t i f i cc o m p u t i n gv i s u a l i z a t i o nt e c h n o l o g y , d i r e c tv o l u m e r e n d e r i n gt e c h n i q u e sa t t r a c tm o r ea n d m o r ea t t e n t i o na n dr e s e a r c h C u r r e n t l y , t h ed i r e c t v o l u m er e n d e r i n gt e c h n o l o g yr e
5、 s e a r c hi sf o c u s i n go nt w op o i n t s ，o n ei st oa c c e l e r a t e t h ed r a w i n gs p e e da n di n c r e a s er e a l t i m ei n t e r a c t i v i t y , t h eo t h e ri St oi m p r o v et h e d r a w i n gr e s u l t sa n ds h o wm o r ei m a g ei n f o r m a t i o n Al o to ft h
6、ei m p r o v e da l g o r i t h m s ， w h i c hc o m ef r o mf o u rk i n d so ft h ec l a s s i cv o l u m er e n d e r i n ga l g o r i t h m ，a r eb r o u g h to u t b a s e do nt h e s es t u d i e s T h em a i ni d e ao ft h e s ea l g o r i t h m si sm i n i m i z et h eq u a n t i t yo f c o
7、m p u t a t i o n w i t h o u t i n f l u e n c i n g t h ee f f e c to ff i n a l i m a g e I n t h i s p a p e r , t h r e e d i m e n s i o n a lv o l u m ed a t ai Sr e b u i l tb yt h r e e - d i m e n s i o n a l t e x t u r ev o l u m e r e n d e r i n ga l g o r i t h m sb a s i n go np r e
8、i n t e g r a t i o nc l a s s i f i c a t i o na n dG P U p r o g r a m m i n g T h ep r i n c i p a lt a s k sa r ea sf o l l o w s ： F i r s t ，t h ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so ft h ef o u rc l a s s i ca l g o r i t h m s a r et h e o r e t i c a l l y a n a l y z e d B yc
9、 o m p a r i n gt ot h et h r e e d i m e n s i o n a lt e x t u r ev o l u m er e n d e r i n ga l g o r i t h m s b a s i n g o n p r e i n t e g r a t i o nc l a s s i f i c a t i o n ，t h ei m p r o v e d r e s u l t sa c q u i r i n gb y p r e i n t e g r a t i o nc l a s s i f i c a t i o na l
10、 g o r i t h m sa r ee d u c e dt h e o r e t i c a l l y , a n dt h ea p p l i c a t i o n s t e p s o ft h e p r e i n t e g r a t i o n c l a s s i f i c a t i o n a l g o r i t h m i sd e m o n s t r a t e d i n t h r e e d i m e n s i o n a lt e x t u r ev o l u m er e n d e r i n g S e c o n d
11、 ，a c c o r d i n gt ot h et h r e e d i m e n s i o n a lt e x t u r ev o l u m er e n d e r i n ga l g o r i t h mb a s e d o nt h ep r e 。i n t e g r a t i o n ，G P Up r o g r a m m i n gi sm a d eo nt h eb a s i so fCu s i n gO p e n G L ， a n dt h ep r e d o m i n a n tc a p a b i l i t yo fg r
12、 a p h i c sc a r di ni m a g ep r o c e s s i n gi sf u l l ye x e r t e d t o s p e e du pt h et h r e e d i m e n s i o n a lr e c o n s t r u c t i o n C o m p a r i n gw i t ht h et r a d i t i o n a lv o l u m e r e n d e r i n ga l g o r i t h m ，t h em e t h o du s e di nt h i sp a p e rs i
13、g n i f i c a n t l yi m p r o v et h es p e e d o f t h r e e d i m e n s i o n a lr e c o n s t r u c t i o na n dr e s u l t so ft h r e e - d i m e n s i o n a lr e c o n s t r u c t i o n K e y w o r d ：p ie - i n t e g r a t i o n c l a s s i f i c a t i o nv o l u m er e n d e r i n gO p e n
14、G L G P U p r o g r a m m i n g 创新性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或 其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做 的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：刻鱼逢 日期型丛 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究 生在校攻读学
15、位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。本人保证毕 业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为西安电子科技大学。 学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全 部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。 本人签名： 导师签名： 刻鱼酶 日期兰坐2 第一章绪论 第一章绪论 1 1 引言 近年来，伴随着科学技术的迅猛发展，各种工作中需要处理的数据与日俱增， 来自各种精密仪器的庞大数据也是越来越多，大量的数据需要快速有效的进行处 理。在此需求的推动下，科学计算可视化技术 1 6 , 4 0 , 4 3 1 得到了越来越多的关注和应 用。科
16、学计算可视化的基本含义是指运用计算机图形学或者一般图形学的原 理和方法，借助于计算机的图形处理能力，将科学与工程计算等产生的大规 模数据转换为图形或图像，以直观的形式表示出来。它涉及计算机图形学、 图像处理、计算机视觉、计算机辅助设计及图形用户界面等多个研究领域， 已成为当前计算机图形学研究的重要方向，其中三维数据场的可视化一直是 科学计算可视化的核心。 在医学图像处理方面，尽管X 射线断层投影( C T ) 、核磁共振( M ) ，以 及超声波等成像技术已经得到了广泛应用，得到的人体或人体器官二维断层图像 已经包含了人体或人体器官的三维信息，但此二维图像只能表达局部的解剖信息， 仅仅依靠这些二维图像还是很难确定物体结构和相互之间的关系，给医生的诊断 带来了很大的麻烦。因此医学图像的三维重建具有特殊的应用价值，也获得了越 来越多的关注和研究。 在这种情况下，体绘制作为科学计算可视化技术的一个主要分支，就在医学 图像处理方面发挥了重要的作用。 体绘制是近几年迅速发展的一种三维数据可视化方法，它的研究开始于7 0 年
