基于八叉树快速分类的Shear-Warp交互式体绘制算法

基于八叉树的快速分类Shear-Warp算法,是三维规则数据场可视化的一种经典算法。它适用于三维重建过程中用户需要交互式地动态调整透明度变换函数,以观察三维实体的不同细节的应用场合。论文对算法进行了深入的研究和局部的优化。论文首先介绍算法原理,然后给出算法实现模型,最后给出实验结果和进一步的研究前景。     

基于逆向Shear-Warp和边缘体素的快速重建算法

医学图像表面重建是协助医生对人体内部病变做出准确诊断的重要手段,而重建的速度直接影响医生的工作效率。为加快重建的速度,提出一种基于逆向Shear-Warp和边缘体素的快速重建算法。采取逆向Shear-Warp方法,减少了不必要的数据处理;通过在完全相反的两个方向上提取边缘体数据,得到全部的表面体素,重复利用这些体数据,而不必每次重新遍历整个数据场,提高了边缘体素的利用效率,达到了快速重建的目的。     

扩展有限状态机EFSM的后向切片

切片是一种重要的约减技术，基于代码的程序切片已经得到广泛的研究和大量的应用，但基于规格和模型的切片研究不多．EFSM是一种重要的规格模型，将切片技术引入EFSM对于分析和测试基于EFSM的软件模型具有重要的作用．由于一个实际的EFSM相当复杂，导致对EFSM模型的分析和修改非常困难．EFSM的切片对于测试和分析EFSM模型具有重要意义．由于EFSM依赖关系的特殊性，依赖图的可达性问题对于EFSM依赖图中并不是一个简单的图可达性问题．而且现有的基于标志已访问节点的遍历算法不适于解决该问题．对EFSM的依赖关系的传递性进行了详细的讨论和分析，定义了一个递归的依赖传递函数来描述变迁的影响如何通过依赖关系传递，而计算后向切片则可以通过逆依赖传递函数来描述，最后给出一个基于变迁的EFSM后向切片算法．     

飞机颤振模态参数辨识的频域广义整体最小二乘算法

采用一种适用于噪声环境的广义整体最小二乘算法，准确地辨识飞机的颠振模态参数．该算法结合有理传递函数模型，将带噪系统的辨识问题转化为广义整体最小二乘问题．利用线性的广义奇异值分解求解模型系数，避免了非线性优化的复杂计算．通过迭代法更新加权项，获得了接近于极大似然估计的辨识效果．最后利用试飞试验数据辨识飞机的模态参数，验证了该方法的有效性．     

一种基于模拟退火的多目标Memetic算法

为了改善多目标进化算法的搜索效率，提出了基于模拟退火的多目标Memetic算法．此算法根据Pareto占优关系评价个体适应值，采用模拟退火进行局部搜索，并结合交叉算子和基于网格密度的选择机制改善算法的收敛速度和解的均衡分布．flowshop调度问题算例的仿真结果表明，基于模拟退火的多目标Memetic算法能够产生更接近Pareto前沿的近似集．     

基于K均值聚类的体绘制传递函数设计方法研究

提出一种基于K均值聚类算法的体绘制多维传递函数设计方法。在利用灰度—梯度直方图分析体数据内部结构信息的基础上,应用K均值聚类算法对整个体数据进行聚类分类,对属于不同聚类中的体素值进行伪彩色映射,实现体数据与彩色编码的转换关系。实验表明,利用该方法所设计的体绘制传递函数能够揭示体数据的内部结构关系,重建的三维图像逼真、质量高。     

基于边界曲面零交叉点的体绘制

体绘制中体元二义性使灰度—梯度幅值传递函数空间中出现拱形区域, 可视化工具操作者难以快速、准确地选取出感兴趣目标。针对这个问题, 介绍了一种在传递函数空间引入边界曲面零交叉点特征的算法。该算法结合面绘制移动立方体算法跟踪边缘立方体并记录所有边界曲面的零交叉点, 并利用这些零交叉点的特征信息对灰度—梯度特征空间进行重构并选取感兴趣边界曲面。最后通过实验证明了上述方法对目标边界曲面的选取行之有效。     

多变量非方系统多环PI控制器设计

基于等价传递函数（ETF）理论,提出含有多时滞的高维多变量非方系统多环PI（preportional-integral）控制器设计方法．首先,利用等价传递函数与被控过程传递函数的广义逆之间关系推导出ETF的求解通式．接着,基于已获得的ETF,利用IMC-PID（internal model control-proportional integral derivation）原理设计控制器,再利用Maclaurin级数展开获得多环PI控制器参数．所提ETF算法不仅具有更高的精度且适应于高维非方系统．最后通过仿真实例验证了所提算法的简单性和有效性．     

利用有序数据结构实现Shear-Warp加速算法

提出一种有序数据结构,在不影响算法效果的前提下,改进并加速Shear-Warp算法的运行速度.将体数据每个层片编码成以体素值为序的有序数组,依据不透明度函数确定不透明体素所对应的体素值范围.通过对有序数组的截取,快速定位不透明体素,跳过所有的透明体素,提高绘制速度.在普通配置计算机上验证该算法,绘制过程一般在数秒内即可完成.该算法思路明晰、操作便捷,在不影响图像质量的前提下显著提高绘制速度,满足实时性的要求.     

控制系统的辨识建模及微粒群优化设计

针对控制系统的传递函数建模与控制器的参数优化问题,提出了基于Prony和微粒群优化（PSO）算法的设计方案。首先在被控对象的输入端施加一个脉冲信号,然后对其输出信号进行Prony分析,得出该被控对象的传递函数,最后采用改进PSO算法进行控制器的参数优化设计。基于辨识的Prony算法可快速准确得出被控对象的传递函数;基于T-S模型模糊自适应的改进PSO算法（T-SPSO算法）依据种群当前最优性能指标和惯性权重自适应惯性权重取值,较好解决了PSO算法的早熟问题,可以更好地优化控制器参数。该方案实现了控制系统的精确建模与优化设计,仿真结果验证了所提方案的有效性。     

基于K均值聚类的传输函数设计方法

在直接体绘制中,传输函数定义了从体数据属性到光学属性的映射关系,直接决定了体绘制的效果,是体绘制研究的关键技术之一。传统的多维传输函数是基于体数据和梯度体数据进行设计的,本文提出基于K均值聚类的传输函数设计方法,并在此基础上进行气象数据的分类方法研究,实现基于GPU的气象台风数据的直接体绘制。     

基于K-Means++聚类的体绘制高维传递函数设计方法

如何将体数据中重要的信息高质量地绘制出来是医学可视化急需解决的问题。基于高维直方图的高维传递函数交互设计法是目前流行的方法,但是该方法设计复杂且效果不理想。针对高维特征的传递函数设计问题,提出一个基于改进的K均值(K-Means++)聚类的高维传递函数自动设计与交互式的体绘制方法：首先,对三维数据场进行特征提取;然后,采用基于K-Means++聚类的传递函数自动生成方法;最后,提供便捷的交互式界面给用户进行调整。还利用基于图形处理器(GPU)的体绘制方法,充分利用图形卡的强大并行计算能力,达到实时绘制的效果。实验结果表明,该方法能消除高维传递函数设计的复杂性,并且能有效地融合多种人体组织结构特征,提高渲染效果。     

基于纹理映射和GPU的焦点区域体绘制

利用图形硬件的纹理映射和可编程GPU功能,高效实现基于焦点区域的体绘制.使用模板缓存检测机制把体数据标记为3个不同的区域,然后对标记区域使用基于纹理映射的方法分别绘制;同时使用基于GPU方法实现了周围区域的体轮廓绘制以及体绘制中多个转换函数的指定过程.文中方法使得体绘制系统实现容易、可扩展性好.     

体绘制中多维传递函数的交互实现

为提高医学体绘制的精度和实时性,研究了多维传递函数的设计问题,基于体直方图产生多维传递函数.利用GPU的纹理特性,实现了基于GPU的多维传递函数,大大提高了绘制速度.采用划线的交互方式,使最终交互界面直观友好.研究结果表明,基于GPU的体绘制多雏传递函数的实现能够更灵活地挖掘数据的内部信息,更好地区分医学影像中的各种组...     

一种基于交互式多维传递函数的纹理映射体绘制算法

本文设计了一种基于空间信息的交互式多维传递函数的纹理映射体绘制算法。该算法不仅可以根据体数据的强度而且还利用体素的空间位置来设定绘制的颜色和阻光度。通过采用一种独特的空间投影变换,根据用户需求,将体数据划分为不同区域,并分别定义各自的传递函数。该特点使得本文的算法可以有效地对体数据进行交互式分析。在算法实现中,利用了通用图形硬件的可编程特性,在普通PC上可以达到理想的绘制质量和交互速度。     

Interactive Volume Rendering with Dynamic Ambient Occlusion and Color Bleeding

We propose a method for rendering volumetric data sets at interactive frame rates while supporting dynamic ambient occlusion as well as an approximation to color bleeding. In contrast to ambient occlusion approaches for polygonal data, techniques for volumetric data sets have to face additional challenges, since by changing rendering parameters, such as the transfer function or the thresholding, the structure of the data set and thus the light interactions may vary drastically. Therefore, during a preprocessing step which is independent of the rendering parameters we capture light interactions for all combinations of structures extractable from a volumetric data set. In order to compute the light interactions between the different structures, we combine this preprocessed information during rendering based on the rendering parameters defined interactively by the user. Thus our method supports interactive exploration of a volumetric data set but still gives the user control over the most important rendering parameters. For instance, if the user alters the transfer function to extract different structures from a volumetric data set the light interactions between the extracted structures are captured in the rendering while still allowing interactive frame rates. Compared to known local illumination models for volume rendering our method does not introduce any substantial rendering overhead and can be integrated easily into existing volume rendering applications. In this paper we will explain our approach, discuss the implications for interactive volume rendering and present the achieved results.     

应用于传递函数设定的交互式体绘制工具

传递函数是体绘制过程中用以定出体数据与光学特征的对应关系,因此,传递函数的设定对成像质量有着直接的影响,文章提出一应用于传递函数设定、简单且有效的交互式体绘制工具,由于二维纹理硬件在通用的个人计算机上被普遍使用,因而该工具采用基于二维纹理硬件的体绘制方法,利用本工具,用户能根据体数据的直方图来交互地分别设定R、G、B和A四种传递函数,以定出体数据与光学特征的对应关系,并获得实时的反馈视觉信息(绘制结果),该工具亦提供一虚拟轨迹球让用户交互地改变观察体数据的视点,用户不但可以交互地控制放大或缩小比率来绘制体数据,还可以选择采用光照或由多重纹理实现的三线性插值来获得不同的绘制效果,该文描述开发此工具的各种技术,并给出利用此工具得到的一些绘制结果。     

Extinction-based shading and illumination in GPU volume ray-casting

Direct volume rendering has become a popular method for visualizing volumetric datasets. Even though computers are continually getting faster, it remains a challenge to incorporate sophisticated illumination models into direct volume rendering while maintaining interactive frame rates. In this paper, we present a novel approach for advanced illumination in direct volume rendering based on GPU ray-casting. Our approach features directional soft shadows taking scattering into account, ambient occlusion and color bleeding effects while achieving very competitive frame rates. In particular, multiple dynamic lights and interactive transfer function changes are fully supported. Commonly, direct volume rendering is based on a very simplified discrete version of the original volume rendering integral, including the development of the original exponential extinction into a-blending. In contrast to a-blending forming a product when sampling along a ray, the original exponential extinction coefficient is an integral and its discretization a Riemann sum. The fact that it is a sum can cleverly be exploited to implement volume lighting effects, i.e. soft directional shadows, ambient occlusion and color bleeding. We will show how this can be achieved and how it can be implemented on the GPU.     

Fast Volume Rendering and Data Classification Using Multiresolution in Min‐Max Octrees

Large‐sized volume datasets have recently become commonplace and users are now demanding that volume‐rendering techniques to visualise such data provide acceptable results on relatively modest computing platforms. The widespread use of the Internet for the transmission and/or rendering of volume data is also exerting increasing demands on software providers. Multiresolution can address these issues in an elegant way. One of the fastest volume‐rendering alrogithms is that proposed by Lacroute & Levoy ¹ , which is based on shear‐warp factorisation and min‐max octrees (MMOs). Unfortunately, since an MMO captures only a single resolution of a volume dataset, this method is unsuitable for rendering datasets in a multiresolution form. This paper adapts the above algorithm to multiresolution volume rendering to enable near‐real‐time interaction to take place on a standard PC. It also permits the user to modify classification functions and/or resolution during rendering with no significant loss of rendering speed. A newly‐developed data structure based on the MMO is employed, the multiresolution min‐max octree, M ³ O, which captures the spatial coherence for datasets at all resolutions. Speed is enhanced by the use of multiresolution opacity transfer functions for rapidly determining and discarding transparent dataset regions. Some experimental results on sample volume datasets are presented.     

面向爆炸压力场的体绘制自动传输函数设计

直接体绘制广泛应用于可视化领域,其中传输函数决定了最终绘制的效果。大规模爆炸数据属于复杂的时变数据,其压力场的取值范围和分布会随时间剧烈变化。为了实现对冲击波传播特征的连续跟踪,提出了一种基于标量-时间梯度（scalar-temporal gradient,STG）二维空间的自动传输函数设计方法。结合爆炸过程中的物理规律,将STG空间划分为多种状态并总结了状态之间的转移规律。将冲击波的传播特征编码为一段一定长度的状态转移链（state transitions chain,STC）,称为时变特征。传输函数中颜色以时变特征为单位,基于完全状态转移链自动分配。传输函数中的不透明度采用基于压强变化速率的分段非线性曲线,凸显压强变化剧烈的特征。选取了两类典型的大规模爆炸场景对方法进行了验证,绘制结果中都包含了丰富的明显可区分的冲击波传播特征。结果表明,生成的传输函数在整个时间维度上都能稳定、准确地捕捉冲击波的传播特征。