科学计算可视化-第二讲-规则数据场及.ppt
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1、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李吉刚计算机学院 虚拟现实技术国家重点实验室 软件开发环境国家重点实验室,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,按照数据场的分布空间(二维、三维、四维、)按照连接类型(规则、不规则、)按照数据类型(标量、矢量、张量),本讲主要内容,三维规则标量数据场及绘制算法分类典型的基于面片提取的绘制算法,三维规则标量数据场及绘制算法分类,描述:定义在3维空间正交网格上的数据场,其空间结构为:Grid
2、=()|Dx,Dy,Dz0 且为常数;=i*Dx,i=0,1,2,Maxx;=j*Dy,j=0,1,2,Maxy;=k*Dz,k=0,1,2,Maxz;数据场的标量数据定义在每个网格节点()上。在这种方式下,每个节点的坐标值和相邻节点可以便利的推算出来,三维规则标量数据场 1 场的描述,体元(CELL):如下式所示的八个点构成了一个数据场中的体元 CELL=(i,j,k),(i+Dx,j,k),(i,j+Dy,k),(i+Dx,j+Dy,k),(i,j,k+Dz),(i+Dx,j,k+Dz),(i,j+Dy,k+Dz),(i+Dx,j+Dy,k+Dz)定义该体元标号为(i,j,k)。,三维规则
3、标量数据场 2 体元,体素(Voxel):正交网格中的网格点。其主要属性为该点在三维空间的坐标值、数据场的场值等信息。,三维规则标量数据场 3 体素,三维规则标量数据场 4 图示,数据常见的获取方法:CT,MRI,计算获取等,例如:常见的CT图片,每一幅图构成了一层,全部图构成三维规则标量场。实际上,如何获取这类数据、数据如何进行预处理、几何映射等本身也是数据场研究的一些重要内容。,CT是用X线束对人体某部一定厚度的层面进行扫描,由探测器接收透过该层面的X线,转变为可见光后,由光电转换变为电信号,再经模拟/数字转换器(analog/digital converter)转为数字,输入计算机处理。
4、图像形成的处理有如对选定层面分成若干个体积相同的长方体,称之为体素(voxel)。扫描所得信息经计算而获得每个体素的X线衰减系数或吸收系数,再排列成矩阵,即数字矩阵(digital matrix),数字矩阵可存贮于磁盘或光盘中。经数字/模拟转换器(digital/analog converter)把数字矩阵中的每个数字转为由黑到白不等灰度的小方块,即象素(pixel),并按矩阵排列,即构成CT图像。所以,CT图像是重建图像。每个体素的X线吸收系数可以通过不同的数学方法算出。,为了显示整个器官,需要多个连续的层面图像。通过CT设备上图像的重建程序的使用,还可重建冠状面和矢状面的层面图像,可以多角
5、度查看器官和病变的关系。,三维规则标量数据场 5 数据结构,外存组织方式:数据文件 文件头可存储场的大小信息,各个方向单位距离信息 文件内容按照顺序图层的方式组织内存组织方式:三维数组 Double RegularFieldMaxXMaxY MaxZ 其中,数组标号为各个场顶点的空间位置索引值,数组内容为场数据值。例如:假设整个数据场初始点坐标为(x,y,z),则数据标号为(i,j,k)的顶点坐标为(x+i*Dx,y+i*Dy,z+i*Dz)按照体元定义中取出的8个顶点就构成了体元。根据对数据结构的掌握,可采用指针、指针数组、指针的指针等方式描述三维数组。,常见的绘制方法,常见的绘制方法,基于
6、等值面面片提取的方法 在物体空间的每个体元中提取等值面片,随后按照计算机图形学中绘制面片物体的方法进行绘制。其最大的特点是可以充分利用现有计算机对三维图形的支持。(OpenGL、显卡加速等)体绘制方法 直接基于体数据进行绘制,其最大的特点是可以体现数据场中的整体数据分布,而且绘制效率高。从图像空间出发的方法(像序)从物体空间出发的方法(物序)PS:轮廓线提取及绘制算法Michael Burns ACM/SIGGRAPH2005,常见的绘制方法,小结,Questions?Exercise 2.1:将三维空间的单位球构造为体数据,并保存在文件中。,关于作业Exercise 2.1:,规则网格,球的
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