在可视化研究中,三维体积数据的显示与交互占据十分重要的地位,其与游戏娱乐、工程建模仿真、医学影像等许多方面都有紧密的联系；同时受可视化领域内众多应用需求的推动,计算机图形绘制硬件GPU的性能提升愈发迅猛,甚至已经远超CPU所遵照摩尔定律的发展速度。本文结合生物医学图像处理的背景知识探索了其在医学影像领域中的研究与应用发展状况,聚焦在基于图形硬件的高质量体绘制这一课题上开展了较为深入的研究。　　 本文绪论描述了体绘制方法及国内外研究进展,接着探讨了体绘制技术在医学影像领域的应用情况,介绍了东南大学影像科学与技术实验室自主研究开发的医学影像工作站平台并侧重于体绘制模块的设计与实现细节；随后对医学影像中涉及三维可视化技术的应用领域进行了广泛的涉猎与总结,为后续在此方向的研究深入明确了目标。　　 论文主体部分首先系统地阐述了体绘制方法的实现原理、步骤和典型算法,并就体绘制技术中最重要的传递函数问题进行了研究,尝试了不同的设计思路；随后对基于OPU的体绘制方法进行了详细的探讨,介绍了可编程图形硬件渲染管道及渲染语言的相关知识,实现了单通道GPU光线投射算法并给出了实现过程与结果。　　 接着,本文着重对基于nVidia公司的新型GPU通用计算模型CUDA的体绘制方法进行了研究,首先从多核线程体系与异构并行思想阐述了通用计算原理,随后研究了如何实施基于CUDA编程模型的光线投射算法,细致分析了线程映射和纹理存储器分配的过程,在实验部分就性能表现与前述基于图形学API的GPU光线投射算法进行了分析比较,结果表明本章的并行化算法改造性能较前述更优。　　 最后,本文基于隐式KD树结构,提出了一种非堆栈存储的快速等值面光线投射算法,区别于传统分配堆栈空间用来保存返回结点信息的方法,该算法利用索引下标计算返回结点的位置,由于采用CUDA的多核并行体系来实现,目标等值面可以实时交互更新,实验结果显示该方法能够克服传统表面显示方法中存在的问题并获得较高质量的绘制结果。