任继成[1]1999年在《三维数据场并行体绘制技术及可视化系统的研究与实现》文中研究表明数据场可视化技术是计算机图形学研究领域中最热门的课题之一，它为洞察大规模三维数据内含信息提供了直观有效的手段，在医学、气象、计算流体力学等领域有着重要的应用价值。本文首先介绍了可视化技术和并行图形生成的基本概念与方法，综述了并行体绘制技术的当前最新研究进展，针对三维数据场的并行体绘制技术及可视化系统进行了研究，提出并实现了以下算法，并完成了部分可视化的实际应用工作。 1．提出了基于动态数据分布的并行体绘制算法，利用广播通讯线路，使数据重分布与绘制并行执行，在保持原算法效率的基础上，大大降低了存储空间。改进的任务分配方法避免了结点机之间的负载不平衡和流水线作业的积压。 2．依据Cache相关存储器模型，实现了一个分布式共享体数据缓冲区(DSVB)，提出了基于光线束的分布式并行混合光线跟踪算法，利用光线跟踪过程中的相关性，改善了Cache的效率；提出了一个基于最近加载队列的动态负载平衡方法，提高了处理机的利用率；并提出了基于数据页的空间数据结构和光线与体数据求交的优化方法，减少了远程数据的访问。 3．提出了一个分布式计算环境下的非规则数据场并行体绘制算法，采用静态数据分布，避免了绘制过程中数据的重分布；优化的图象合成方法，避免了通讯相对集中造成的网络阻塞，并使图象合成与绘制并行执行，提高了算法的并行性；采用静态与动态相结合的负载平衡策略和任务预分配策略，提高了处理机的利用率。 4．提出了一个非规则数据场粒子跟踪算法，运用了启发式搜索方法，能够在整个数据场中快速定位种子点，并能十分方便地插值计算出该点的数据值。本文还给出了基于粒子跟踪算法的非规则数据场体绘制算法。 5．提出了基于粒子的非稳定数据场动态可视化方法，采用了先进行粒
曹轶[2]2007年在《协调多处理器和多图形硬件的三维数据场并行体绘制研究》文中研究指明直接体绘制技术为三维科学计算提供了逼真直观的数据分析方式,但当数据量和绘制分辨率增加,高密集度的计算使会交互式的绘制难以实现。对此,图形硬件加速和并行加速是两种常用的解决途径,却各有缺陷。单处理器单图形硬件的硬件加速体绘制难以绘制超出纹理内存范围的大规模体数据,基于软件方式的并行体绘制则需要占用过多的处理器资源才能达到交互性能。然而结合上述两种加速技术,采用多处理器耦合多图形硬件的并行体绘制技术,则可以有效利用计算资源,解决大规模数据场对内存和性能造成的瓶颈问题。但是针对并行机环境,成本价格使得图形硬件数量无法与处理器数量达到一致。此时,如何协调多处理器多图形硬件完成体绘制是个值得研究的问题,这需要依赖算法设计进行解决。为此,本文工作开展了对并行硬件加速体绘制算法的相关研究,目的在于:如何根据可视化需求,评测并行机的处理器与图形硬件的数量配置关系;如何实施有效算法尽量减少绘制对硬件资源的占用;在不具备图形硬件的并行机上,如何利用现有硬件资源实现三维数据可视化能力,这些都是迫切需要研究的问题。本文立足SGI共享存储并行机环境,针对大规模三维数据场,基于并行硬件加速体绘制技术,研究实现了协调多处理器与多图形硬件的并行体绘制算法。实验测试表明,经协调化改造后的并行硬件加速体绘制,无论在硬件环境可用性还是绘制性能上,都有显著改变和提高。论文的主要贡献包括了下述几方面:1.提出一个平衡多处理器与多图形硬件的并行体绘制模型,能够通过对体数据的绘制预测和分析,指导并行机上多处理器和多图形硬件的合理配置与使用。在具体算法实现阶段,通过平衡绘制质量与速度、图形硬件内存到主存的数据传输控制、优化并行图像合成通信量和采用并行流水线等关键技术,可以有效平衡处理器和图形硬件负载。2.提出一个协同并行机和远程图形工作站的混合并行绘制模型,可以利用没有本地图形硬件的并行机环境,通过远程图形工作站的配合,高效绘制本地大规模数据。3.通过使用不同规模的体数据,进行大量实际测试,验证了协调绘制模型的切实有效性和可扩展性,并都在本文涉及的两种并行绘制环境上通过了测试。
许元飞[3]2005年在《三维数据场可视化中体绘制技术的研究》文中指出科学计算可视化是 20 世纪 80 年代发展起来的一门新学科,它运用计算机图形学和图像处理技术,将计算过程中及计算结果的数据转化为图形图像在屏幕上显示并进行交互式处理。这样极大的提高了计算数据的处理速度和质量,实现了科学计算工具和环境的现代化。在科学计算可视化的研究领域,体绘制技术是一个重要的研究方向,具有较大的研究价值和应用前景。本文首先对体绘制技术的相关内容进行了详细的介绍,包括体绘制的概念,体绘制的特点,体绘制的光学模型,体绘制方程,近似合成公式和体绘制的过程;接着分析了几种体绘制中典型而又常用的算法,概括了它们的改进之处,同时又对它们的性能进行了评价,得出减少重新采样的计算量是提高体绘制算法效率的有效方法,并结合体绘制技术实现的过程,从算法和硬件两方面总结出了体绘制技术加速的一般思想;最后本文提出了一种基于相关性单元投影法的快速体绘制算法,并把这种算法应用于矿井瓦斯浓度数据场的可视化中,实现了对矿井安全的监测,在实现过程中,利用了 OpenGL 平台,简化了算法的实现过程,提高了算法的效率。
朱金亮[4]2009年在《基于足迹法的三维地震数据并行可视化方法研究》文中研究表明科学计算可视化是实现三维地震数据三维解释的主要方法,它运用计算机图形学和图像处理技术将三维地震数据转换为图形及图像在屏幕上显示出来并进行交互式处理,主要包括面绘制和直接体绘制两种方法。体绘制技术能够产生三维数据场的整体图像,包括每一个细节,并且具有图像质量高、便于并行处理等优点,但它的问题是计算量大、计算时间长。随着各应用领域中数值模拟及测量技术的发展,三维数据的规模急剧扩大,如何提高体绘制速度已经成为可视化研究领域中迫切需要解决的问题,采用并行可视化技术是一种可行的方法。本文首先分析了足迹法的基本原理,实现了基于Sheet-Buffer的足迹法,然后分析了该算法存在的问题并提出了改进方法,设计了基于View-Buffer的足迹法。实验结果表明,改进的算法能够有效地消除经典足迹法图像模糊的问题,图像的质量明显提高。在对足迹法的并行运算过程进行详细分析后,结合计算机集群的环境设计了基于足迹法的并行体绘制算法,并用实际的三维地震数据进行测试,与串行算法相比,并行体绘制算法在绘制速度上有了明显的提高。
洪振刚, 罗省贤[5]2009年在《多层次并行体绘制算法的研究与应用》文中指出三维数据场的体绘制技术是科学可视化中一个重要的研究方向,本文在研究和总结体绘制的发展历程与关键技术的基础之上,着重研究了体绘制中的光线投射算法,结合多核处理器机群系统,提出并实现了一种基于多层次并行编程模型的并行光线投射体绘制算法,并成功地将该算法应用于三维城市浅层地质模型,取得了良好的可视化效果。分别对MPI环境和多层次并行编程MPI+OpenMP环境下的光线投射算法进行了不同计算规模的性能比较实验。实验和分析表明,多层次并行光线投射体绘制算法加快了体绘制的速度,MPI+OpenMP多层次并行模型性能高于纯MPI编程模型的性能。
邵超杰[6]2011年在《基于Web Service的分布式并行体绘制研究》文中研究指明目前,随着可视化要处理的数据量变得越来越大以及可视化操作变得越来越复杂,基于网格或Web服务的分布式可视化技术得到了快速发展。在体绘制领域,体数据的大规模增长,迫切期待提高计算设备的处理能力。基于Web服务的分布式技术的快速发展为体绘制的研究提供了新的途径。为了便于Web服务技术在体绘制中的应用的,该文提出了一种基于Web服务的分布式并行体绘制模型(SBVRS)。在体绘制过程中,该模型可方便地调用所需Web服务进行可视化。
张毅力[7]2008年在《医学图像三维可视化体绘制技术研究》文中研究指明科学计算可视化是当前计算机图形学研究的重要方向,它将大量抽象的数据或计算结果用图形或图像形象、直观地表示出来,应用领域十分广泛。医学图像三维可视化是可视化技术在医学领域的一个重要应用,是当前医学图像处理的研究热点。医学图像三维可视化重建出的三维图像,能直观地显示人体组织的内部复杂结构,弥补医学成像设备在成像上的不足。其中的体绘制方法直接对所有的体数据进行处理,有利于保留三维医学图像的细节信息,具有较好的绘制效果。医学图像体绘制的意义在于高质量的绘制效果,所以体绘制的研究热点及目的在于在绘制质量和绘制速度之间寻求较好的平衡点。本文首先对体绘制技术的相关内容进行了详细的介绍,包括体绘制的概念,体绘制的特点,体绘制的过程,体绘制的光学模型,重采样原理;分析了几种体绘制的典型算法,概括了它们的改进之处,对性能进行了评价,总结了提高体绘制算法效率的有效方法,即减少重新采样的计算量;由于光线投射算法对所有的体数据进行处理,具有较好的图像质量,缺点在于绘制速度较慢,所以着重研究了光线投射算法的原理和实现过程,利用对象空间的相关性,采用舍弃贡献不大的射线段参与采样的方法,提出了一种基于光线投射法的快速体绘制算法。在实现过程中,利用了VTK可视化开发包,简化了算法的实现过程,提高了算法的效率。
沈林[8]2009年在《体光线相关性投射算法的研究》文中指出科学计算可视化(Visual in Scientific Computing—VISC)是上个世纪90年代初期发展起来的科学领域。它可以将科学计算所产生的中间及最终结果转换为人们直观可视的图形、图像,并可进行交互处理,对于加快数据处理速度、洞察多种物理现象的本质、控制科学计算的过程起着重要的作用。VISC研究的核心问题是三维数据场的可视化。三维数据场可表示为分布于三维空间的单值函数S=f(x,y,z),若S为标量则为标量场,S为矢量则为矢量场,目前数据场的可视化研究主要集中于标量场。体绘制是近几年来迅速发展起来的一种三维数据场可视化方法,是当前可视化研究的热点。体光线投射算法作为体绘制的重要算法,其原理采用为每个体素分配不透明度和颜色值的方法来合成图像,因此有利于保留图像细节,绘制高品质的图像,特别适用于绘制区域特征模糊的三维图像,因而得到了广泛的应用。本文首先对体绘制技术总体进行了一下探讨和研究,分类概述了体绘制技术实现的几种主要算法,重点是以图像空间为序的体光线投射算法,分析了它们之间的差异和特点。根据目前体光线投射算法的一些不足之处,给出了一些解决方案,论文的主要工作如下。1.为了减少交互式体绘制中每次视点变换都必须将三维数据场由物体空间坐标旋转变换到相应的图像空间坐标,采用中间辅助平面法,只将成像平面旋转到物体空间坐标,图像在中间辅助平面合成,然后把合成的2D图像作为2D纹理利用硬件完成由物体空间坐标到图像空间坐标的旋转变换。2.找到体光线和(x,y,z)平面簇求交的相关性,可以快速确定体光线上的采样点及其特征值并利用体光线自身之间的相关性给出了投射点的确定方法。减少了插值计算的复杂度。3.将基于相关性的体光线投射算法应用到一个三维温度场的体绘制中,其中包括如何在附加上地理信息的条件下,加速体数据的预处理速度,然后利用体光线投射算法实现三维温度场的体绘制。
徐嘉丽[9]2004年在《石油勘探开发中的数据场可视化技术的研究》文中研究说明石油勘探开发是石油工业的重要部分，直接决定了我国的石油产量。在石油勘探、开发过程中，会采集到大量的数据，形成三维数据场，如某一区块的密度场、孔隙度场、高压射流的流场，目前使用这些数据时，通常采用的方法是画出数据场的等值线，然后由专业人员进行分析、解释。但是由于等值线是二维的，不能形成一个直观的、清晰的概念。利用可视化技术，尤其是三维数据场可视化技术，可以从大量数据中构造出三维图像。所以数据场可视化技术在石油勘探开发中的应用前景十分广泛，同时三维数据场的可视化技术也广泛地应用于医学影像学、气象学等领域。 光线投射法假定三维空间的数据f(x_i，y_j，z_k)分布在均匀的网格或规则网格的网格点上。算法过程中的预处理包括原始数据的格式转换、剔除冗余的数据及导出所需数据等功能。然后进行数据分类，其目的是根据数据值的不同，正确地将其分为若干类，并给每一类赋予不同的颜色值和不透明度值，以求正确地显示多种物质的不同分布或单一物质的不同属性。重采样，是从屏幕上的每一个象素根据设定的观察方向发出一条射线，这条射线穿过三维数据场，沿着这条射线选择K个等距的采样点，并由距离某一采样点最近的8个数据点的颜色值和不透明度值做三次线性插值，求出该采样点的不透明度值及颜色值。最后进行图像合成，将每一条射线上的各采样点的颜色值及不透明度值由前向后或由后向前的加以合成，即可得到发出该射线的象素点处的颜色值。 本文是将三维数据场可视化技术应用到石油勘探开发过程中的地质建模和数值模拟之中。先研究了石油勘探开发过程中形成的三维数据场以及三维数据场可视化技术中的直接体绘制技术，把直接体绘制技术应用到该领域中达到了较好的效果，直观、准确地再现了油藏分布以及石油勘探开发过程中的参数的动态变化，辅助相关领域工作人员的分析、设计，具有广泛应用前景。将体绘制技术中光线投射法应用到石油勘探开发中产生的地质数据中，直观地再现石油在油气藏中的状态，指导设计人员进行井位的确定，以及在石油开采中确定采油工艺的过程，提高石油生产的效益。
孙文武[10]2001年在《三维数据场体绘制中几类问题的研究与实现》文中指出二维数据场是可视化技术处理的主要对象，而体绘制方法又是可视化中应用最广泛 的一类技术。但是体绘制方法通常存在成象速度较慢、交互操作不灵活的缺点。为此， 本文通过对人们认识数据场这一过程的分析以及研究数据场成象中具有的一些特点，提 出了一些新的思想，以提高人们利用体绘制技术认识数据场的效率。现将作者在这方面 所做的研究工作及取得的研究成果概括如下： l）在以物体主间为序的非规则数据场体绘制过程中，直接将那些投影完全位于图像不透 明区域内的数据单元裁剪掉，可以减少需处理的数据量，加速绘制过程，且不影响图 像质量。为此，本文通过建立一个与不透明度缓冲区同样大小的平均不透明度缓冲区， 使得新方法只需对每一数据单元重心点在平均不透明度缓冲区内的值进行判定，就可 得到此数据单元的可见性。其中平均不透明度缓冲区内每一个象素点的值，为不透明 度缓冲区中相应点，在其周围一包含单元投影的区域内的平均不透明度值。而此区域 人小可在预处理阶段得到。 2）立体视图借助深度信息，能增强人们对复杂结构的认识程度。但是生成立体图却需要 花费较长的绘制时间。为此，本文在采用基于一组平行切割平面的体绘制方法生成左 视图的过程中［Yage96］，通过将连续若干层切割平面上的中间采样图像先进行合成， 将合成后的结果再投影到右图像平面上，从而减少右视图生成过程中对图像合成的计 算量，提高立体绘制效率。 3）对各种物质进行多种方式的组合成象，以了解它们各自的情况以及相互之间的关系， －”3 中国科学院软件研究所博士学位论文 三维数据场体绘制中几类问题的研灾与实现 是认识数据场的有效途径。本文提出一种新的数据组织和表达结构，以方便组合可视 化的实现。该方法通过为每类数据建立其空间分布信息的索引组织结构，使得进行可 视化时，绘制方法只需选择所需处理的数据内容，从而避免对其它内容数据的计算。 此外，由于该方法中每类内容是按照其空间分布有序组织的，因此所处理的各类内容 数据之间的前后位置关系也易得到，保证了绘制效率。 4）应用驾驭式可视化方法可以克服对整个数据场进行可视化具有的不足之处。本文通过 在驾驭过程中抽取物质分界面，采取投影成象的体绘制方法，加快绘制过程。另外， 该方法还提供局部操作的机制，以便对感兴趣局部特征进行细致研究。
参考文献：
[1]. 三维数据场并行体绘制技术及可视化系统的研究与实现[D]. 任继成. 中国科学院研究生院（计算技术研究所）. 1999
[2]. 协调多处理器和多图形硬件的三维数据场并行体绘制研究[D]. 曹轶. 中国工程物理研究院. 2007
[3]. 三维数据场可视化中体绘制技术的研究[D]. 许元飞. 西安科技大学. 2005
[4]. 基于足迹法的三维地震数据并行可视化方法研究[D]. 朱金亮. 南京理工大学. 2009
[5]. 多层次并行体绘制算法的研究与应用[J]. 洪振刚, 罗省贤. 计算机工程与科学. 2009
[6]. 基于Web Service的分布式并行体绘制研究[J]. 邵超杰. 电脑知识与技术. 2011
[7]. 医学图像三维可视化体绘制技术研究[D]. 张毅力. 哈尔滨理工大学. 2008
[8]. 体光线相关性投射算法的研究[D]. 沈林. 河南大学. 2009
[9]. 石油勘探开发中的数据场可视化技术的研究[D]. 徐嘉丽. 浙江大学. 2004
[10]. 三维数据场体绘制中几类问题的研究与实现[D]. 孙文武. 中国科学院软件研究所. 2001
标签：计算机软件及计算机应用论文; 大数据论文; 可视化技术论文; 三维可视化论文; 并行处理论文; 空间数据论文; 空间分析论文; 算法论文;