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基于改进PM滤波的折射体绘制

作　者: 朱懿敏
导　师: 袁非牛
学　校: 江西财经大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 折射体绘制 光线投射 等值面 各向异性扩散
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 2次
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内容摘要


科学计算可视化是20世纪80年代发展起来的一门新兴学科,已经广泛应用于医学、地质学、气象学等诸多领域。科学计算可视化技术的核心是三维数据场的可视化。体绘制技术是常用的三维数据场可视化方法,具有渲染图像细节丰富等优点,一直是研究的热点。然而,目前体绘制光学模型只考虑了光线的发射、吸收、发射与吸收三种光学现象,而光线的折射现象却常常被忽略。折射是最常见的光学现象之一,能够增强绘制图像的真实感和空间层次感,理应成为可视化系统强有力的工具。另一方面,不能表现折射现象的可视化成像系统不能说是完善的,无法为用户提供完美的视觉体验。因此,折射体绘制的研究势在必行。本文首先介绍了折射体绘制的基础理论,包括折射现象的原理和离散数据场中的折射模型,接着介绍了折射体绘制算法。现有的折射体绘制算法通过改进光线投射算法而实现。当采样点上的相对折射率不为1时,需要根据Shell定律重新计算光线的前进方向。相对折射率和法向量估计是折射体绘制的伪像误差主要来源。本文采用SSFL方法进行相对折射率估计,采用4D线性回归法进行法向量估计,试验证明估计的精度得到了保证。随后本文提出了折射体绘制的等值面显示方法,其难点在于离散数据场中没有明确的等值面,可能导致光线在等值面附近重复折射多次。本文采用异向搜寻的方法有效地解决了这个问题。为了提高折射体绘制的结果图像质量,本文研究了体数据的各异向扩散滤波。通过在Alvarez模型尺度函数中增加了一个曲率控制项,提出了一种基于曲率的各向异性滤波模型。该模型的解可以通过水平集方法得到。对比实验表明,该方法无论是在绘制质量上,还是几何失真程度上都具有很大的优势,绘制图像的空间层次感和真实感得到了很大程度上的提高。

全文目录


摘要  7-8
Abstract  8-10
1. 绪论  10-14
  1.1 研究背景及意义  10-11
  1.2 研究现状  11-13
    1.2.1 科学计算可视化  11-12
    1.2.2 折射体绘制  12-13
  1.3 本文主要工作和结构  13-14
2. 体绘制技术研究  14-25
  2.1 体绘制研究基础  14-16
    2.1.1 体绘制的基本概念  14
    2.1.2 体数据的分类与表示  14-15
    2.1.3 体绘制的光学模型  15-16
  2.2 体绘制算法介绍  16-20
    2.2.1 光线投射法  16-18
    2.2.2 足迹表法  18
    2.2.3 错切-变形法  18-19
    2.2.4 体元投射法  19
    2.2.5 非空域体绘制算法  19-20
  2.3 体绘制的加速技术  20-22
    2.3.1 软件加速技术  20-21
    2.3.2 硬件加速技术  21-22
  2.4 体绘制的关键技术  22-24
    2.4.1 预处理  22
    2.4.2 传递函数设计  22-23
    2.4.3 明暗计算  23
    2.4.4 图像合成  23-24
  2.5 本章小结  24-25
3. 折射体绘制技术  25-34
  3.1 折射定律  25
  3.2 折射模型  25-26
  3.3 折射体绘制  26-33
    3.3.1 基本原理  26-27
    3.3.2 相对折射率估计  27-28
    3.3.3 法向量估计  28-31
    3.3.4 等值面的显示  31-33
  3.4 本章小结  33-34
4. 基于曲率各向异性滤波的折射体绘制  34-53
  4.1 尺度空间与各向同性扩散  34-36
  4.2 各项异性扩散  36-40
    4.2.1 Perona-Malik模型  36-37
    4.2.2 滤波原理  37-38
    4.2.3 R-ANLD模型  38-40
  4.3 基于曲率各向异性扩散  40-44
    4.3.1 Alvarez模型  40
    4.3.2 基于曲率的滤波模型  40-42
    4.3.3 实现方法  42-44
  4.4 基于曲率各向异性滤波的折射体绘制的实现  44-49
    4.4.1 算法流程图  44-47
    4.4.2 算法实现  47-49
  4.5 试验结果与分析  49-52
  4.6 本章小结  52-53
5. 总结与展望  53-54
  5.1 总结  53
  5.2 展望  53-54
参考文献  54-58
发表论文和科研情况说明  58-59
致谢  59

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 模式识别与装置 > 图像识别及其装置
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