[发明专利]一种三维地震体数据的实时光线投射体绘制方法

摘要

一种三维地震体数据的实时光线投射体绘制方法，使用CUDA并行技术进行体数据块是否可见的判断，再使用CUDA并行技术判断体数据块当前分辨率是否需要提高，以上两步从低分辨率开始循环，逐步提高分辨率，直到满足分辨率要求、显存不足无法提高分辨率或已经达到最高分辨率为止，以确定最终渲染时体数据块各自所使用的分辨率；在渲染处理中使用多线程技术对需要调度的体数据块进行I/O调度，同时使用CUDA并行技术对调度进来的数据进行光线投射体绘制。相对于现有的光线体绘制方法，本发明可适用于海量体数据实时体绘制、可以在一个场景下有多个分辨率等级的数据参与绘制，计算速度快、成像效果好。

主权项

一种三维地震体数据的实时光线投射体绘制方法，其特征是使用CUDA并行技术对三维地震多分辨体数据进行实时渲染，包括以下步骤：步骤1：使用CUDA并行技术进行当前分辨率下体数据块是否可见的判断：在当前渲染场景下，根据绘图程序接口OpenGL当前的ModelView矩阵和Projection矩阵计算出视锥的6个面，用来判断当前分辨率下体数据块是否出现在可见视锥中，即当前分辨率下体数据块是否可见：将视锥视为AABB包围盒，判断体数据块8个顶点中的positive顶点和negative顶点是否在视锥中，从而判断该体数据块是否出现在视锥中；所述的计算和判断利用CUDA并行技术并行化；如果当前分辨率级别未设置，将当前分辨率级别初始化为三维地震多分辨体数据的最低分辨率级别；步骤2：使用CUDA并行技术判断可见体数据块的当前分辨率是否满足需求，以确定最终渲染时，各可见体数据块所使用的分辨率，并生成本次渲染需要的体数据块列表：判断当前分辨率是否满足需求时，先将可见体数据块投影到绘制平面，得到体数据块在绘制平面上的8个投影点，计算这8个投影点的最小包围盒，此包围盒的面积为计为S，与当前分辨率下体数据块的侧面的面积RS相比较，如果S>RS说明该体数据块分辨率不足，将当前分辨率级别提高一级，如果此时已经达到三维地震多分辨体数据的最高分辨率级别，则分辨率选择结束，否则，回到步骤1，进行高一级分辨率下的判断，同时将本次分辨率判断的结果保存下来；如果所有体数据块的S≤RS，则所有体数据块都不再需要提高分辨率，分辨率选择结束；如果分辨率判断结束后，渲染所需要的体数据块数量超出显存所能容纳的范围，则恢复到上一次选择的分辨率结果；由最终确定分辨率的体数据块得到本次渲染需要的体数据块列表；步骤3：判断需要的体数据块是否被调度，使用多线程技术对需要调度的体数据块进行I/O调度，并进行硬盘、内存、显存的三级调度、缓存管理：对本次渲染所需要的体数据块列表，先查询数据管理器所需要的体数据块是否在显存中，如果在就不需要再重新调度了，如果不在，先在内存缓存中查找，找到后调度进入显存，如果没有找到再从硬盘中查找，然后调度入显存；其中，数据管理器采用硬盘→内存→显存的三级数据管理模式，显存用于存放本次渲染所需要的体数据块，内存用于存放本次渲染所需要的体数据块以及缓存数据，以提 高I/O调度的效率，硬盘用于存放全部三维地震体数据；内存管理使用“最近最少调度算法”，在内存空间不足时，标示为最近未用的体数据块将被淘汰，提供给新进入的体数据块使用；步骤4：在I/O调度的同时，使用CUDA并行技术对调度进来的数据进行光线投射体绘制：使用光线投射的方法对待渲染的体数据块进行采样，根据采样点所在体数据块使用的分辨率决定采样步长，每采样一个点后增加一个步长，直到穿透要绘制的体数据块区域，或超出采样点数量；对采样得到的数据值，按照颜色表计算得到颜色，再根据用户设置的透明度值将颜色值累加，得到当前采样射线在绘制平面上的最终投影点的颜色，所有采样射线的投影点颜色计算完毕后，绘制平面上就得到了最后的渲染结果。