第1章 绪论 1
1.1 科学计算可视化概述 1
1.1.1 科学计算可视化的含义 1
1.1.2 实现科学计算可视化的重要意义 2
1.1.3 科学计算可视化的应用领域 3
1.1.4 科学计算可视化的研究内容 5
1.1.5 国内外科学计算可视化现状 6
1.2 三维空间数据场可视化 8
1.2.1 数据类型 9
1.2.2 三维空间数据场可视化的基本流程 12
1.2.3 两类不同的三维空间数据场可视化算法 14
第2章 三维空间规则数据场的直接体绘制 15
2.1 体绘制技术中的重采样 16
2.1.1 几个基本概念 16
2.1.2 图象信号的空域和频域表示 17
2.1.3 滤波 18
2.1.4 重构与重采样 23
2.2 体绘制中的光学模型 24
2.2.1 光线吸收模型 25
2.2.2 光线发射模型 26
2.2.3 光线吸收与发射模型 26
2.3 图象空间扫描的体绘制技术——光线投射体绘制算法 28
2.3.1 光线投射算法的基本原理 28
2.3.2 三维数据场的分类问题 29
2.3.3 颜色赋值 32
2.3.4 图象合成 33
2.3.5 明暗计算 34
2.3.6 改进的光线投射体绘制算法 34
2.3.7 用光线投射算法显示多等值面 35
2.4 物体空间扫描的体绘制技术 38
2.4.1 足迹表法 38
2.4.2 基于错切-变形技术的体绘制算法 45
2.4.3 体元投射法 47
2.4.4 子区域投射法 51
2.5 频域体绘制技术 58
2.5.1 频域体绘制技术的原理 58
2.5.2 基于物质分类和颜色赋值的频域体绘制算法 60
2.5.3 重构核阶次的自适应选择 62
2.5.4 进一步减少计算量和存储空间 66
2.5.5 频域体绘制中的指数深度补偿 71
2.5.6 频域体绘制中的边界面动态突出算法 74
2.6 由三维纹理映射硬件支持的直接体绘制 76
2.6.1 纹理映射 76
2.6.2 三维纹理映射及其硬件实现 76
2.6.3 由三维纹理映射硬件支持的直接体绘制算法 78
第3章 构造三维空间规则数据场中的等值面 89
3.1 Marching Cubes（MC）方法 89
3.1.1 MC方法的基本原理 89
3.1.2 MC方法存在的问题 92
3.1.3 用渐近线方法判别和消除二义性 94
3.1.4 多边形的连接及三角化 95
3.1.5 等值面的成组连接 97
3.2 Marching Tetrahedral（MT）方法 98
3.2.1 MT方法的基本原理及存在的问题 99
3.2.2 MT方法中的二义性判别和消除 100
3.2.3 连接等值点构造多边形 101
3.2.4 多边形的三角化 104
3.2.5 几种方法的比较 105
3.3 剖分立方体方法 106
3.3.1 剖分立方体方法的基本原理 107
3.3.2 剖分立方体方法的两点改进 107
第4章 三维空间不规则数据场的可视化 110
4.1 三维空间不规则数据场可视化的光线投射算法 110
4.1.1 将三维空间不规则数据场转换为规则数据场 110
4.1.2 将光线投射算法直接应用于不规则数据场 110
4.2 三维空间不规则数据场的体元投影方法 112
4.2.1 凸多面体网格的深度排序 113
4.2.2 非凸多面体网格的深度排序 118
4.2.3 三维空间不规则数据场体元投影方法的实现 122
4.3 体元投影与光线投射相结合的方法 124
4.4 构造三维空间不规则数据场中的等值面 125
4.4.1 不规则网格中各角点梯度值的计算 126
4.4.2 单元内等值面的几何表示 126
4.4.3 等值面边界法向的连续性 129
第5章 散乱数据的可视化 130
5.1 中、小规模散乱数据的插值 130
5.1.1 与距离成反比的加权法 130
5.1.2 径向基函数插值法 133
5.1.3 有限元方法 136
5.1.4 实例与讨论 143
5.2 大规模散乱数据的插值 144
5.2.1 基于多层B样条的散乱数据插值方法 144
5.2.2 自适应的层次B样条散乱数据插值方法 148
第6章 三维矢量场的可视化 153
6.1 三维矢量场可视化概述 153
6.1.1 三种实验型矢量场可视化方法 153
6.1.2 用计算机实现三维矢量场的可视化 155
6.1.3 矢量场可视化的基本流程 156
6.2 矢量场数据的组织及预处理 157
6.2.1 基于六面体单元的矢量场数据组织 157
6.2.2 基于四面体单元的矢量场数据组织 159
6.3 基于几何形状的矢量场映射方法 163
6.3.1 点图标方法 163
6.3.2 矢量线方法 164
6.3.3 矢量面、矢量管方法 166
6.4 基于颜色、光学特性的矢量场映射方法 168
6.4.1 体绘制技术的扩展——动态体绘制技术 168
6.4.2 粒子方法 169
6.5 基于纹理的矢量场映射方法 170
6.5.1 点噪声方法 170
6.5.2 线积分卷积法 171
6.5.3 可变形参数域卷积法 172
6.6 特征可视化 174
6.6.1 矢量场拓扑结构分析法 174
6.6.2 流场中特征结构的可视化 175
6.6.3 基于选择的特征可视化 176
第7章 由二维轮廓线重构三维形体 177
7.1 单轮廓线之间的三维形体重构 178
7.1.1 凸轮廓线之间的三维形体重构 178
7.1.2 非凸轮廓线之间的三维形体重构 183
7.2 多轮廓线之间的三维形体重构 186
7.2.1 轮廓线对应问题的最小生成树方法 187
7.2.2 分支问题的中间轮廓线方法 188
7.2.3 将多轮廓线之间的形体重构问题转化为体数据中的等值面构造问题 190
第8章 科学计算可视化中复杂模型的简化及多分辨率表示 196
8.1 复杂模型简化技术概述 196
8.1.1 模型简化技术的重要性 196
8.1.2 模型简化方法的分类 197
8.2 复杂模型简化的超面方法 199
8.2.1 超面算法 199
8.2.2 超面算法的结果举例 201
8.2.3 超面算法的几点改进 202
8.3 三角形网格的实时、连续多分辨率表示 205
8.3.1 基本定义 206
8.3.2 三种变换操作 207
8.3.3 重要度的定义 208
8.3.4 有序递减网格 209
8.3.5 模型简化的结果数据 210
8.4 基于有序递减网格的实时动态绘制 213
8.4.1 距离驱动的实时动态绘制 213
8.4.2 自适应的多分辨率绘制 215
8.5 快速的非流形模型简化 218
第9章 三维数据场可视化算法的并行实现 220
9.1 并行可视化算法概述 220
9.1.1 并行计算体系结构 220
9.1.2 评价并行算法的主要指标 221
9.1.3 三维数据场可视化并行算法 222
9.2 基于PVM的三维数据场可视化算法 225
9.2.1 将并行计算技术引入频域体绘制算法 225
9.2.2 并行虚拟机 226
9.2.3 同构机群环境中的并行频域体绘制 226
9.2.4 异构机群环境中的并行频域体绘制 237
第10章 三维数据场可视化实用系统简介 239
10.1 人体断面解剖图象三维重构系统 239
10.1.1 应用背景 239
10.1.2 系统功能 240
10.1.3 系统开发环境 240
10.1.4 算法特点 240
10.1.5 系统的实现 241
10.2 三维气象动态图象系统 244
10.2.1 应用背景 244
10.2.2 系统功能 244
10.2.3 系统开发环境 245
10.2.4 算法特点 245
10.2.5 系统设计及实现 249
参考文献 253