科學(xué)可視化近年來得到了長足的發(fā)展,而針對科學(xué)可視化的數(shù)據(jù)分析,體繪制是使用最為廣泛的方法之一。體繪制能夠?qū)⒒逎y懂的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)用直觀的三維圖像表示出來,并通過交互方式,對數(shù)據(jù)內(nèi)部以及隱含的信息進(jìn)行分析。但是,隨著科學(xué)數(shù)據(jù)采集的精準(zhǔn)度越來越高,以及科學(xué)數(shù)據(jù)采集的領(lǐng)域越來越廣,所采集到的科學(xué)數(shù)據(jù)的體量也與日俱增,如此巨大的科學(xué)數(shù)據(jù),無法在單一計(jì)算機(jī)上高效率地完成數(shù)據(jù)的預(yù)處理,體繪制以及實(shí)時交互。本文針對該問題,主要從兩個方面研究了針對大規(guī)模的科學(xué)數(shù)據(jù)的體繪制優(yōu)化方法:（1）基于WebGL的大規(guī)模科學(xué)數(shù)據(jù)體繪制;（2）基于并行架構(gòu)的大規(guī)�？茖W(xué)數(shù)據(jù)體繪制。WebGL將數(shù)據(jù)預(yù)處理,并利用瀏覽器GPU的高性能對圖片數(shù)據(jù)進(jìn)行光線投射算法,生成數(shù)據(jù)的三維視圖。為了進(jìn)一步減少數(shù)據(jù)的內(nèi)存占用和繪制時間,本文采用了維度壓縮方法,大幅度減少了原始數(shù)據(jù)的空間占用。而并行架構(gòu)體繪制將多個計(jì)算機(jī)利用網(wǎng)絡(luò)組成集群,并將數(shù)據(jù)劃分成塊,并分配至節(jié)點(diǎn)各上進(jìn)行體繪制。本文采用Isabel颶風(fēng)時變數(shù)據(jù)集,針對上述兩個方面進(jìn)行了算法設(shè)計(jì),并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證,同時,本文設(shè)計(jì)了基于B/S架構(gòu)的體繪制系統(tǒng),從數(shù)據(jù)的預(yù)處理,體繪制以及實(shí)時交... 

【文章來源】：西南科技大學(xué)四川省

【文章頁數(shù)】：55 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

體數(shù)據(jù)的表達(dá)形式

第2章體繪制算法介紹7圖2-2面繪制要在3D空間數(shù)據(jù)場中獲取等值面的方法有很多，在各類提取等值面的算法中，最為經(jīng)典的是在各類等值面提取方法中最經(jīng)典的是由W.E.Lorenson和H.E.Cline1987年提出的移動立方體法(MarchingCubes)[17]，該算法設(shè)定3D數(shù)據(jù)場中遍布了邊長固定的立方體，并給定閾值（等值面值），然后從第一個立方體開始，在其棱上找到所有原始數(shù)據(jù)值等于等值面值的點(diǎn)，并連接這些點(diǎn)，于是便得到了一些三角片面，連接數(shù)據(jù)場中所有立方體中的三角片面，最終即可得到如圖2-2所示的輪廓外形。由于面繪制計(jì)算機(jī)速度快，計(jì)算量小，因此也被廣泛采用，但是面繪制不能觀測其內(nèi)部信息的缺點(diǎn)，使得其在數(shù)據(jù)分析上具有比較大的瓶頸，尤其是在醫(yī)學(xué)、洋流等需要充分獲取數(shù)據(jù)內(nèi)部信息的領(lǐng)域，面繪制無法達(dá)到目標(biāo)，所以，目前在科學(xué)數(shù)據(jù)3D成像和分析方面，體繪制成為了最主流的方法。2.2.2體繪制面繪制需要創(chuàng)建中間幾何元（等值面），并通過擬合得到體數(shù)據(jù)的輪廓展示，這種輪廓是一種近似表達(dá)[18]。而體繪制不需要創(chuàng)建中間幾何元，它是一種直接通過原始體數(shù)據(jù)，將體素值（某些物理性質(zhì)的屬性值）通過傳遞函數(shù)，計(jì)算成為顏色和不透明度，直接生成3D視圖，并利用投影計(jì)算，將其投影到2D屏幕上的繪制方法，體繪制的示意圖如圖2-3所示。由于空間體數(shù)據(jù)的所有體素值都參與了體繪制的過程，因此體繪制能夠完整的展示出原始數(shù)據(jù)的視圖，包括數(shù)據(jù)內(nèi)部的細(xì)節(jié)信息。圖2-3體繪制

第2章體繪制算法介紹7圖2-2面繪制要在3D空間數(shù)據(jù)場中獲取等值面的方法有很多，在各類提取等值面的算法中，最為經(jīng)典的是在各類等值面提取方法中最經(jīng)典的是由W.E.Lorenson和H.E.Cline1987年提出的移動立方體法(MarchingCubes)[17]，該算法設(shè)定3D數(shù)據(jù)場中遍布了邊長固定的立方體，并給定閾值（等值面值），然后從第一個立方體開始，在其棱上找到所有原始數(shù)據(jù)值等于等值面值的點(diǎn)，并連接這些點(diǎn)，于是便得到了一些三角片面，連接數(shù)據(jù)場中所有立方體中的三角片面，最終即可得到如圖2-2所示的輪廓外形。由于面繪制計(jì)算機(jī)速度快，計(jì)算量小，因此也被廣泛采用，但是面繪制不能觀測其內(nèi)部信息的缺點(diǎn)，使得其在數(shù)據(jù)分析上具有比較大的瓶頸，尤其是在醫(yī)學(xué)、洋流等需要充分獲取數(shù)據(jù)內(nèi)部信息的領(lǐng)域，面繪制無法達(dá)到目標(biāo)，所以，目前在科學(xué)數(shù)據(jù)3D成像和分析方面，體繪制成為了最主流的方法。2.2.2體繪制面繪制需要創(chuàng)建中間幾何元（等值面），并通過擬合得到體數(shù)據(jù)的輪廓展示，這種輪廓是一種近似表達(dá)[18]。而體繪制不需要創(chuàng)建中間幾何元，它是一種直接通過原始體數(shù)據(jù)，將體素值（某些物理性質(zhì)的屬性值）通過傳遞函數(shù)，計(jì)算成為顏色和不透明度，直接生成3D視圖，并利用投影計(jì)算，將其投影到2D屏幕上的繪制方法，體繪制的示意圖如圖2-3所示。由于空間體數(shù)據(jù)的所有體素值都參與了體繪制的過程，因此體繪制能夠完整的展示出原始數(shù)據(jù)的視圖，包括數(shù)據(jù)內(nèi)部的細(xì)節(jié)信息。圖2-3體繪制


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