基于面采样的体绘制可视化方法

摘要

本发明为基于面采样的体绘制可视化方法，首先将体数据转换为3D纹理存储；再设计一个包含全部体数据的包围盒，其中心为直角坐标系原点，设定其8个顶点坐标与颜色值的初始对应关系，让包围盒围绕中心旋转，用自定义旋转矩阵计算包围盒顶点旋转后的新坐标；对垂直于视线的切割平面与包围盒各棱的交点，进行点坐标逆旋转操作并做线性变换得到其对应的颜色值后，GPU三线插值计算得彩色凸多边形采样面，以采样面各点的颜色值为坐标采样出3D纹理中体数据值，进行颜色合成计算；修改步进值使切割平面沿视线前进，至其与包围盒不再相交，绘制出最终图像。方法一次计算多边形采样面内大量采样点坐标，提高程序并行性，减少工作量，显著提高体绘制速度。

主权项

1.一种基于面采样的体绘制可视化方法，其特征在于包括如下步骤：I、体数据转换为3D纹理数据并存储在显存中；II、设计体数据包围盒设计包含全部体数据立方体包围盒，设定直角坐标系的原点位于包围盒的中心，观测者视线为某一坐标轴；设定初始状态包围盒8个顶点的坐标与满足3D纹理的颜色值的对应关系，并得到包围盒12条棱上的任意一点的坐标与其对应的颜色值的线性变换关系；III、包围盒的旋转操作初始状态下的包围盒围绕中心旋转操作，根据初始状态下的包围盒相对坐标轴旋转的角度，定义4×4的旋转矩阵，计算包围盒棱上任一点的旋转后的新坐标；IV、采样面的生成①计算垂直于视线方向的系列切割平面与包围盒的各棱的交点坐标；②对交点进行顺或逆时针排序，构成以各交点为顶点的凸多边形的采样面；③根据步骤II的旋转矩阵，对多边形采样面各项点坐标进行逆旋转操作并换算为其对应的颜色值；④根据多边形采样面各顶点的颜色值，图形处理器三线插值计算一次计算得到位于同一个采样面上的大量采样点颜色值，构造出一个彩色的多边形采样面；V、在图形处理器中进行颜色合成计算按各采样点的颜色值在图形处理器的片段程序中采样出相应的采样面的体数据灰度值，再利用前一采样面绘制保存下来的结果，根据光线投射算法的颜色合成公式，进行光线投射算法的颜色合成计算；VI、计算系列采样面的灰度值，颜色合成，绘制出最终图像按预设的采样间距，计算所需采样面的数量并生成一系列垂直于观察者视线的采样面，按采样间距步进，对下一采样面进行上述IV、V步骤的采样和颜色合成；当系列采样面遍历包围盒的8个顶点，最终的图像绘制完成。