三维可视化系统参照.pdfVIP

1. 三维可视化的目标与主要研究内容 可视化（ Visualization ）技术是利用计算机图形学和图像处理技术，将数据转 换成图形或图像在屏幕上显示出来， 并进行交互处理的理论、 方法和技术。 它涉 及到计算机图形学、图像处理、计算机视觉、计算机辅助设计等多个领域，成为 研究数据表示、数据处理、决策分析等一系列问题的综合技术。在之前的十几 年中，计算机图形学得到了长足的发展，使得三维建模技术逐步完善，通 过计算机仿真能够再现三维世界中的物体，并且能够用三维形体来表示复 杂的信息；同时，最近几年来并行计算技术与图形加速硬件的快速崛起， 使得可视化技术也得到了质的飞跃。 一般讲的可视化， 包括 科学计算可视化 和信息可视化 。前者大量运用在医学、 地理、物理等领域（空间数据） ，比如 虚拟样机系统 对数字样机部件运行时的实 时演示图像生成，就可以归为科学计算可视化的一种；后者则主要是信息系统、 商业金融、网络等领域（非空间数据，或者多维数据） 。在我们的基于超算的三 维可视化子系统中，所涉及的基本为科学计算可视化的范畴。 在我们基于超算的数字样机应用中，实际的物理模型是由样机来产生激 光，并使激光在一个具有各种物理参数的场中的特定位置处聚焦。因此， 可视化模块就能将样机的虚拟模型、靶场物理属性的动态变化、激光打靶 的动态仿真数据以即时动画的方式显示，使用户能够实时地观测到样机产 生激光时的温度、动能的变化情况，也能即时看到激光在靶场中的射击效 果以便调整激光喷射头的位置和角度。此外，激光对环境介质的影响以及 激光的的一些破坏性效果，也能通过精良的可视化技术来渲染这些基于物 理及仿真数据的模型，使用户看到具有相当真实感的激光物理效果。 2. 三维可视化技术相关领域国内外技术现状、 发展趋势及国 内现有工作基础 2.1 国际标准中图形软件到硬件的接口 相关领域的研究者对三维可视化技术的研究已经历了一个很长的历程， 而且形成了许多比较实用的可视化工具。由于可视化需要图形应用程序与 图形硬件驱动程序的数据交互，因此首先要考虑的是这两者之间的中间件， 即用户需要一个向底层的驱动程序发送指令、回馈数据的中介，然后用户 和中介之间的交互只需使用简单的 API 来定义各种相关参数。 这个中介目前有两个主流的技术标准。其中 SGI 公司推出的 GL 三维图 形库表现突出，易于使用而且功能强大。利用 GL开发出来的三维应用软件 颇受许多专业技术人员的喜爱，这些三维应用软件已涉及建筑、产品设计、 医学、地球科学、流体力学等领域。现在 GL 已经进一步发展成为 OpenGL， OpenGL 已被认为是高性能图形和交互式视景处理的标准，目前包括 ATT 公 司 UNIX 软件实验室、IBM 公司、DEC 公司、SUN 公司、HP 公司、Microsoft 公司和 SGI 公司在内的几家在计算机市场占领导地位的大公司都采用了 OpenGL图形标准。 此外，Microsoft 公司开发的 DireccX 三维图形库，也是业界的另一个 图形标准。DireccX 和 OpenGL都可以看成是从软件到硬件的底层接口库， 但 DireccX 只针对于 Windows 平台设计， 而 OpenGL是跨平台的标准； DireccX 目前最热门的应用便是 3D 游戏的开发上，因为 DireccX 有针对性地进行了 封装和优化，使得 DirectX 加速在实时绘制中仿佛更有优势；然而，在实 时 CG/离线动画的制作、CAD 应用上以及海量数据可视化上， OpenGL 拥有更 多的优势，而且由于它的跨平台特性， OpenGL 在大型图形工作站中仍然是 首选。在我们的三维