基于光线分析的特征体绘制算法研究

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体绘制是科学计算可视化领域中的一项重要技术。近年来,这项技术被广泛应用于医学诊断、气象模拟和地质勘探等领域。体绘制技术以三维空间数据作为输入,以特征提取与显示为目的,辅以提供丰富的交互手段,帮助用户充分地挖掘数据内部的隐藏信息。在这项技术的发展过程中,如何正确而又高效地提取和显示数据特征,始终是可视化研究中充满挑战的核心部分。   在体绘制技术中,直接体绘制算法以及最大密度投射系列算法是特征提取与显示的方法两类重要技术。前者预先将体数据的属性信息进行统计,通过在传输函数空间提供一定的交互方式来选取用户感兴趣的特征结构与组织;最大密度投射系列算法是一类基于光线分析的体绘制算法,直接在光线投射过程中自动识别特征并加以增强显示。该类方法充分利用了光线与视点的优势,在光线域中实时地分析数据,提供了具有实时反馈性,更加准确的体绘制结果。随着近年来计算机技术发展不断革新,硬件计算能力日益增强,基于光线分析特征体绘制算法的设计思路也拥有了更大的施展空间,更多性能优异的方法正在孕育之中。   本文首先介绍了传统体绘制方法中的基础理论与技术细节。然后分析了基于光线分析的绘制技术与剥离技术,分别剖析了每类算法的细节与优劣势。针对最大密度差分累加算法中的不足,本文提出一种基于光线深度调节的改进算法,旨在更好地解决复杂数据内部结构互相遮挡的问题。该算法还结合了特征剥离的思想,对光线域中标量值轮廓信息的分析,自动识别出更多的数据特征。通过对特征区间分配增强权重,进一步达到尽可能多特征同时增强与显示的目的。   本文展示了大量试验结果,通过与传统直接体绘制等算法的比较,充分表明本文提出的方法在特征提取与显示方面的有效性。
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