科学计算可视化-第二讲-规则数据场及MC-20091008.ppt

科学计算可视化Visualization in Scientific Computing(ViSC) 第二讲 三维规则标量数据场及基于面片提取的绘制算法（2）计算机学院 虚拟现实技术与系统国家重点重点实验室  内容回顾 第一讲 绪论 可视化及数据可视化 科学计算可视化 产生背景及概念 技术分类 处理过程 主要应用领域 第二讲（1） 基本概念 等值线生成算法（假设、二义性问题） 主要内容 Cuberille算法 Marching Cube算法 基本算法 存在的问题和改进工作 Marching Tetrahedral算法 适合正交密集数据场的方法，主要适合于无损探伤、医学图像等领域的应用。 实际是采用了计算机图形学中物体的实体表示方法。 基本思想是包括： 将整个三维物体空间看作是小立方体的集合，每个小立方体中具有相同的场值。（这类小立方体称作Cuberille体素） 在提取等值面时，提取出小立方体值等于等值面值的体素，保留中心点的坐标值，无须表述体素间的连接关系 对提取出的体素，根据一定的规则进行Shading计算，将物体进行绘制。 消隐的计算 Cuberille表示对象每个体素的面元可由中心点确定，且面元仅在三个相互垂直的方向。 Shading的计算 是这个方法逼真性表示的关键。 一般在预处理时要作插值计算，保证体素为立方体 由于是近似表示，而且Shading计算参数选取任意，绘制效果一般 用Cuberile表示的对象，每个体素可以由中心点确定，每个面元可由该面上的中心点表示（且面元只位于三个互相垂直的方向上），这个条件为Cuberile中消隐的处理带来了很大的便利 通过体素与视点的“序关系”，可得到（可证明）如下的结论：假定有两个面元a,b，O为视点，点A位于a内，点B位于b内，A挡住B当且仅当a中心C(a)到O的距离小于b中心C(b)到视点的距离 根据上述的结论，可得体素绘制的参数包括 体素的亮度值 体素中心与视点的距离 采用标准的Z-Buffer算法进行消隐处理。对于显示图像上的每一点D，计算两个参数值，亮度b(D)和与视点的距离d(D)，初值b(D)=0，d(D)=∞。 For each face a Do 计算b(a),d(a) 确定a在屏幕上的投影区域A For each dot in A Do If d(a)d(D) Then b(D) = b(a),d(D)=d(a) End If End For End For 在Cuberile表示中，Shading是提高其显示质量的主要手段 面元a上的Shading计算与其中心点C(a)上的计算一致。由于面元仅有三个方向，Shading计算较方便。 有很多种Shading方法，其目的是使边界表面更接近于对象表面 基本Shading公式： I = (Imax – I a)*(D -d)/D * N()+Ia 六种Shading方法 Distance-Only Shading Constant Shading Image-based Contexual Shading Normal-based Contexual Shading Phong Shading (best ) Gradient Shading 三维规则标量场中基于等值面的方法 ——Marching Cube 算法——概念与假设 三维规则标量场中基于等值面的方法 ——Marching Cube 算法——基本流程 三维规则标量场中基于等值面的方法 ——Marching Cube 算法——等值面计算 三维规则标量场中基于等值面的方法 ——Marching Cube 算法——等值面计算 三维规则标量场中基于等值面的方法 ——Marching Cube 算法——法向量计算 光照计算公式 三维规则标量场中基于等值面的方法 ——Marching Cube 算法——法向量 三维规则标量场中基于等值面的方法 ——Marching Cube 算法——法向量计算 在Lorenson的原文中，还提到了两种改进措施，一是相关性的运用（减少求交点运算）；二是在原算法基础上增加了切割等操作 小结 通过以上的过程，可以求出等值面与体元相交的每个三角形及法向量，随后可以采用常规的图形学方法进行绘制 可以表现用户关注的内容，但不能完整反映整个数据场的信息 如何在精确与快速进行折衷 小结 Questions? 三维规则标量场中基于等值面的方法 ——Marching Cube 算法——问题及改进 三维规则标量场中基于等值面的方法 ——Marching Cube 算法——问题及改进 因为：按照三线性插