第6讲三维断层标量场数据可视化.ppt

环境信息可视化教学目的 环境信息可视化教学大纲1-4 环境信息可视化教学大纲5-7 环境信息可视化教学大纲 8-10 环境信息可视化教学大纲 11-12 环境信息可视化教学计划 映射模块应完成将数值数据转变为几何数据的功能，因此映射功能实质是一构模功能，是可视化技术的核心．可视化系统处理的数据类型应随着应用领域的不同而不同，从而对不同类型的应用数据应采用不同的可视化技术。 绘制功能应完成将几何数据转换成图像数据的过程．众所周知，成熟的计算机图形学理论和方法提供了丰富的绘制算法可供可视化技术利用，包括扫描转换、隐藏面的消除，光照模型、明暗处理、透明与阴影、纹理映射和反走样技术等等. 一般讲，计算机图形学提供的绘制方法基本上可满足可视化技术中绘制模块的需要，因此绘制功能的研究不是可视化技术的核心问题．然而，如前所述，在一些新的可视化研究方向上，绘制技术也有可能成为研究的关键技术，如体绘制技术. 显示模块的功能是将绘制模块生成的图像数据，按用户指定的要求（如指定何种输出设备，显示窗的大小与位置，存储格式等等）进行输出。 由此可见显示模块有些类似于图形用户界面（GUI）技术，其对应的软件层为提供各种设备驱动程序。实际上，显示模块除了完成可视图像信息输出功能外，用户的反馈信息也是通过显示模块的驱动程序送到其它软件层中的各个功能模块，以实现人一机交互功能。 可视化系统组成： 3D可视 化结点 2D可视 化结点 模型1 模型2 模型3 模型4 数据结点1 数据结点2 可视化系统模块库 输入库: 创建或输入数据 输出库：生成可视化结果的输出、注记、坐标轴等 数据过滤库：处理数据生成新的数据子集 数据映射库：把输入库和输出库模块的输出数据映射成几何原语 Cell库：处理由结点构成的拓扑单元数据 GIS/数据库库：读取GIS数据和数据库数据 通用可视化平台 AVS－－命令流驱动，Stardent公司，在其上开发了EVS软件 apE －－数据流驱动，Ohio IRIS Explorer －－数据流驱动，SGI GIVE －－浙江大学 OpenDX －－ IBM PV-WAVE EVS－－在AVS基础上开发成的面向环境领域的可视化系统 可视化的数据对象 可视化系统中，一般包括规整网格，结构网格，非结构网格，散乱点等数据集。每个数据集带有拓扑数据、几何数据和属性数据。属性数据包括：标量,矢量,张量,法向,纹理坐标,以及场数据等。 拓扑单元 规则格网 正交格网 无结构格网 三角网 可视化技术分类 点数据可视化 点数据可视化技术是对定义域中的一些点进行映射，其关键是如何将n维空间中的点向二维图像平面投影。 对于一维点、二维点和三维点的投影方法是较直接的。一维点是最简单的情况，可直接在坐标轴上用符号标注。二维点也是一直接的显示方法，在显示平面上可直接将二维点的两个值对应到（X，Y）坐标值上。三维点可采用投影方法，将三维点三个值对应到图像空间的三个坐标轴上，再将这些点向二维显示平面投影．可采用一些简单的光照模型，将第三维深度信息用光照强弱表示或采用一些更简单的方法，如用符号的大小、颜色直接表示第三维信息。在平时实践中，旋转是体现空间三维特性的最好手段，对于三维空间中的点，通过旋转等交互控制，则能更准确地把握第三维深度信息。 高维点的显示是可视化研究中的一个热门话题，许多研究者都提出了各自的显示高维点的方法和技术，比较有代表性的是Chernoff脸方法和Andrews绘图法。 2D 3D 标量场可视化 标量场可视化是目前可视化技术研究较多的领域，特别是三维标量场可视化技术。 最简单的标量场是一维标量场，一维标量场可直接用线画图表示，其基本方法是在x-y平面内，根据采样点的值，构造插值函数f(x)，根据f(x)生成采样点之间的线段。插值函数的选择要求能保持原数据集中的隐含属性，如单调性、正值性等。常用的有线性插值，埃尔米特插值，以及三次或高次样条插 值．在采样数据本身精度较低的情况下，更多的是采用逼近的方法。 二维标量场可看成是二维平面网格点或散乱点上的数据分布，其关键还是如何构造其插值函数或逼近函数、对于网格数据，最简单的方法是采用双线性插值。 二维标量场的等值线绘制是二维标量场可视化的主要技术，如等压线、等高线都是其具体实例。 二维标量场可视化的另一技术是曲面造型法．将函数值f(x，y，z)作为空间第三维，采用造型技术对空间中的一系列点构造一张曲面，将该空间曲面投影到显示平面上。同时，采用旋转、消隐、明暗处理以增强三维属性。 要在二维区域内显示两个或多个标量场，可采用与高维点相类似的组合方法。对于两个标量场，最常用的是高度填充技术