体绘制技术是三维数据可视化研究领域的一种非常重要的方法,已经在许多领域得到了广泛的应用,是科学可视化的研究热点之一。直接体绘制技术虽然能够较好的显示三维数据场的内部结构,但是特征的纹理细节不能很好的展示,同时缺少空间立体感,因此,在体绘制中,往往需要加入光照模型,用于增加特征的形状感知和增强纹理细节,实现体数据的高质量绘制。在直接体绘制中,观察视点的改变、传输函数的调节以及采样步长的调整等,都会使得整个的绘制过程重新开始,加上体数据量越来越大,造成最终图像生成的速度缓慢,尤其是在增加了光照渲染之后,梯度和光照能量值的计算同样会增加绘制的复杂度,在进行高质量体绘制时,实时性难以得到保证。针对这一问题,本文做了一定的研究和探索,提出了两种高质量的体绘制方法来解决上述问题。(1)梯度的二次曲线插值重构算法。为了解决目前直接体绘制中梯度无法快速准确计算的问题,本文提出了一种梯度的二次曲线插值重构方法,首先采用移动最小二乘法对原始的采样光线进行重构,然后通过二次多项式对采样点的梯度进行插值,从而使得梯度呈现出非线性变化,最后根据插值重构得到的梯度值进行光照渲染。本文的方法能够快速准确的计算梯度,并获得较好的绘制效果。(2)最小梯度夹角预积分光照算法。为了获得高质量的体绘制结果和良好的交互性,本文提出了一种最小梯度夹角预积分光照算法,首先对预积分片段内的梯度进行插值重构,得到采样段的梯度统一表达形式,然后计算重构得到的梯度中与入射光方向夹角最小的梯度值,即光照能量最强,最后将该梯度用于预积分的光照渲染。该方法可以加强体数据中局部细节的光照效果,由于结合了预积分算法,因此保证了交互性。本文算法是基于GPU的光线投射方法实现的,通过对各个体数据的实验结果表明,本文方法具有超高采样的直接体绘制的清晰绘制效果,还具有预积分光照算法的实时交互性。此外,本文基于Qt、OpenGL和GLSL等开发包,开发一个通用的基础体绘制的软件平台。包括体数据的导入、传输函数的交互以及光照系数调节等操作,并且在该平台下实现了本文的算法。