第1章 绪论 1
1.1 科学计算可视化概述 1
1.2 矢量图形与光栅图形 2
1.3 计算机三维重构 5
1.4 面绘制技术 7
1.4.1 面绘制技术的成像机制 7
1.4.2 面绘制技术存在的问题 9
1.4.3 面绘制技术的关键问题研究 9
1.5 体绘制技术 10
1.5.1 体绘制技术的成像机制 10
1.5.2 体绘制技术所具有的优势 11
1.5.3 体绘制技术所存在的问题 12
1.5.4 面绘制技术与体绘制技术的特性对比 13
1.5.5 体绘制技术的关键问题研究 13
1.6 体视化技术的应用 14
1.6.1 体视化在医学中的应用 14
1.6.2 体视化在教育中的应用 16
1.6.3 体视化在显微分析中的应用 18
1.6.4 体视化在生物学和分子模型构造中的应用 19
1.6.5 体视化在计算流体动力学中的应用 20
1.6.6 体视化在有限元分析中的应用 21
1.6.7 体视化在气象学中的应用 21
1.6.8 体视化在无损伤探测中的应用 22
1.6.9 体视化在考古中的应用 23
1.6.10 体视化在石油勘探中的应用 25
1.7 本章小结 26
第2章 体视化基础 27
2.1 引言 27
2.2 体数据的来源 27
2.3 断层图像的几种采集方式 27
2.4 体数据的定义及体素化 28
2.4.1 体数据的定义 28
2.4.2 体素化 30
2.5 体数据的表示方式 30
2.6 体数据的类型 31
2.6.1 按采样空间的维数分类 31
2.6.2 按体素的数据类型分类 31
2.6.3 按采样点之间的拓扑结构分类 31
2.7 三维离散拓扑学基础 33
2.8 体视化的理论模型 34
2.9 体数据的预处理 35
2.9.1 图像文件的处理 35
2.9.2 体数据的滤波 35
2.9.3 图像分割 37
2.9.4 平行切割图像的插值 60
2.9.5 扇扫切割图像的插值算法 62
2.10 本章小结 71
思考题 71
第3章 Marching Cubes方法 72
3.1 Marching Cubes方法的基本原理 72
3.1.1 体素中等值面剖分方式 73
3.1.2 等值面与体素边界的交点计算 74
3.1.3 等值面法向的计算 74
3.1.4 MC算法流程 75
3.2 March ingCubes方法中二义性的消除 76
3.2.1 Marching Cubes方法中二义性问题 76
3.2.2 二义性消除方法 77
3.3 多边形的连接与三角化 78
3.4 本章小结 79
思考题 79
第4章 体视见方法 80
4.1 引言 80
4.2 二维几何变换 81
4.2.1 二维平移变换 81
4.2.2 二维比例变换 81
4.2.3 二维旋转变换 82
4.2.4 二维错切变换 83
4.2.5 二维复合变换 83
4.3 体变换 84
4.3.1 空间几何变换 85
4.3.2 前向映射变换 89
4.3.3 逆向映射变换 90
4.3.4 逆正交变换和投影 90
4.4 逆向映射中的光线投射 91
4.5 两种视见方法 92
4.6 视见方法的比较 93
4.7 颜色 94
4.8 阻光度传递函数设计 95
4.8.1 阻光度传递函数 95
4.8.2 基于体素的阻光度传递函数 95
4.8.3 基于体素和梯度的阻光度传递函数 96
4.8.4 基于体数据直方图熵的分类算法 98
4.8.5 基于体数据直方图矩的分类算法 106
4.8.6 基于直方图凹度的阈值选取方法 112
4.8.7 基于Fisher准则的阻光度传递函数 113
4.8.8 基于核估计的阻光度传递函数 116
4.8.9 基于自然选择粒子群的阻光度传递函数 121
4.9 体浓淡方法 130
4.9.1 概述 130
4.9.2 光照模型的选择 131
4.9.3 表面法向量的估算 132
4.10 沿着光线的累积和合成 132
4.11 本章小结 133
思考题 133
第5章 体光学模型 134
5.1 光线的发射 134
5.2 光线的吸收 135
5.3 光线的发射与吸收 136
5.4 本章小结 137
思考题 137
第6章 像空间的体绘制 138
6.1 光线投射的基本原理 138
6.2 逆映射中的光线投射 139
6.3 光线投射的基本过程 139
6.4 光线投射的计算方法 141
6.5 再采样方法 144
6.5.1 插值核 144
6.5.2 最小近邻法 145
6.5.3 线性插值法 146
6.5.4 三线性插值算法 147
6.5.5 加权插值法 148
6.6 图像合成的基本原理 148
6.7 光线投射积分 149
6.8 光线投射积分的离散化 149
6.8.1 光线积分的从前向后形式 150
6.8.2 光线积分的从后向前形式 151
6.9 图像合成的方法 151
6.9.1 利用光线上的一个采样点 151
6.9.2 利用光线上的所有采样点 151
6.10 本章小结 154
思考题 155
第7章 物空间的体绘制 156
7.1 Z缓存算法 156
7.2 足迹表法 157
7.2.1 体重构方程 157
7.2.2 体重构核 158
7.2.3 足迹函数 158
7.2.4 足迹表 159
7.3 错切－变形算法 163
7.3.1 错切－变形算法基本原理 163
7.3.2 两种基于错切－变形的体绘制算法的流程 165
7.4 本章小结 167
思考题 167
第8章 频域体绘制技术 168
8.1 基本的频域体绘制算法原理 168
8.1.1 二维空间傅里叶投影截面定理 168
8.1.2 三维空间傅里叶投影截面定理 170
8.2 频域体绘制所存在问题的解决方法 171
8.2.1 线性深度补偿 172
8.2.2 指数深度补偿 172
8.2.3 物质分类和颜色赋值与频域体绘制方法的融合 173
8.2.4 频域边界面突出算法 173
8.3 本章小结 175
思考题 175
第9章 三维不规则体数据的体绘制 176
9.1 规则体数据 176
9.2 不规则体数据 176
9.2.1 不规则体数据的规则化 176
9.2.2 直接对不规则体数据进行体绘制 178
9.3 本章小结 179
思考题 179
第10章 三维体数据并行体绘制 180
10.1 并行体绘制基本原理 181
10.1.1 基于CPU的并行体绘制的基本原理 181
10.1.2 基于GPU的并行体绘制的基本原理 182
10.2 基于CUDA的并行体绘制 184
10.2.1 CUDA软件体系结构及编程模型 184
10.2.2 CUDA C语言 185
10.2.3 基于CUDA的算法并行化原理 186
10.2.4 基于CUDA的脑组织图像体绘制实例 188
10.3 基于改进八叉树的工业CT体素编码 190
10.3.1 传统八叉树编码 190
10.3.2 改进八叉树编码 191
10.3.3 基于改进八叉树的并行光线投射体绘制 192
10.3.4 基于改进八叉树的并行光线投射绘制实验与分析 193
10.4 本章小结 195
思考题 195
第11章 体视化技术应用示例 196
11.1 由计算形成的体数据的体绘制 196
11.2 由计算机模拟形成的胸部脏器体数据的体绘制 197
11.3 由平行切割获得的头部CT图像数据的体绘制 198
11.4 规则模型的扇扫切割图像数据的体绘制 202
11.5 不规则模型的扇扫切割图像数据的体绘制 204
11.6 工业部件的三维无损检测及模拟拆卸 207
11.6.1 汽车模型的体绘制实验 207
11.6.2 电钻的体绘制实验 209
11.7 三维剖分 211
11.7.1 汽车模型的三维剖分 211
11.7.2 电钻的三维剖分 213
11.8 本章小结 214
参考文献 215