[发明专利]基于GPU加速的体数据动态剖切方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种体数据实时剖切方法，特别是一种基于GPU加速的动态剖切方法，属于体数据的剖切与可视化领域。

背景技术

随着当前硬件设备的更新换代，尤其是计算机图形硬件性能的飞速提升，利用高性能的图形设备进行交互，使得高质量的三维体数据可视化成为可能。三维可视化技术虽然已经渗透到各行各业，在医学、地质学、气象学，空间物体学、化学，显微摄影学，计算流体力学和有限元分析等诸多领域都有不同程度的应用。然而，体视化技术目前还面临着许多问题，其中最主要的是体数据显示速度慢，不能进行实时动态显示。基于体视化技术所面临的这样一个现实，体数据规则庞大，显示和剖切所需的计算量都非常大。如果不从硬件角度来解决这个问题，那么只能在牺牲速度或者显示质量之间做出选择。于是，人们便求助于硬件，利用由硬件实现的三维纹理映射功能来进行三维体数据的加速体绘制。体视化的任务和目的是把三维体数据中蕴藏的信息挖掘出来，并显示在人们面前。如何挖掘并显示体数据内部的有用信息就要涉及到体数据的剖切技术。

发明内容

本发明目的在于克服上述现有技术的不足而提供一种基于GPU(Graphics Progressing Uint即可编程图形处理器)加速的体数据的实时剖切方法，该实时剖切方法可以动态地对三维体数据进行剖切，大大提高了剖切与显示的速度，达到实时显示的效果，提高图形真实感。

实现本发明目的所采用的技术方案是：一种基于GPU加速的体数据动态剖切方法包括以下步骤：

(1)首先读取数据，再对体数据进行预处理，数据的预处理是通过一定的间隔在数值上取平均值，对数据进行抽稀。

(2)将体数据的属性值映射成对应的颜色值；

(3)根据视点与模型的距离确定要加载的数据块体和数据块的分辨率并剔除不可见的块体；

(4)将三维体数据读入系统内存后，定义为三维纹理，然后装入纹理内存；

(5)构建代理几何体；

(6)纹理坐标数据的填充；

(7)利用GPU对每个采样点进行插值；

(8)利用GPU实现光照计算；

(9)利用GPU实现纹理重采样；

(10)通过交互操作或者参数设置的方法得到剖切的参数；

(11)由上一步得到的剖切参数，根据场景中相机的位置可以获得观察视角，然后根据视角重新构建待剖切模型的代理几何体，并实时地计算纹理坐标变换参数，再利用纹理映射进行体绘制，完成剖切的过程。

本发明对体数据剖切的方法，是利用基于GPU加速的动态剖切方法，通过对体数据的插值预处理，将体数据属性值以某种映射关系映射成颜色值，然后装载到体纹理，通过纹理坐标变化进行实时计算，然后通过GPU加速实现纹理重采样技术，最终将像素值映射到模型上。

本发明由硬件实现的三维纹理映射功能来进行三维体数据的直接体绘制，这里的硬件指的是在纹理空间中实现重采样的插值运算及具有不透明度值的图像合成等均由硬件完成。利用三维纹理硬件的加速绘制方法，即借助纹理映射功能，通过动态地修改纹理几何体的纹理坐标并进行实时的计算，动态地呈现剖切后的三维图形效果。本发明通过基于GPU加速的体纹理绘制方法对三维体数据进行实时剖切，使三维体数据的剖切达到实时动态显示的效果。

本发明具有如下显著的优点：

(1)基于三维体纹理映射功能可以由硬件实现，通过GPU插值可以大大加速数据的处理速度，达到实时显示的效果。

(2)本发明生成代理几何体的算法由CPU执行，其结果是产生一系列多边形代理几何体的顶点及各顶点相应的纹理坐标，然后渲染所生成的代理几何体，实现体绘制的目的，该过程由GPU执行完成。通过代理几何体技术可以大大提高图象的显示效果，其它的方法都不能达到同样的效果。

(3)对体数据的剖切过程实时快速，效果真实感强。

(4)对体数据属性值过滤也实时快速。

(5)在剖切的过程中可以随时设置显示参数。

(6)动态的剖切过程可以实时地观察到体数据的剖面信息。

附图说明

图1为本发明方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明方法作进一步的说明。

一种基于GPU加速的体数据动态剖切方法包括以下步骤：

(1)数据的读取与处理。首先读取数据，再对体数据进行预处理。数据的预处理是通过一定的间隔在数值上取平均值，对数据进行抽稀的过程。