自适应光线投射直接体绘制算法及实现
VTK中光线投射法实现体绘制
VTK中光线投射法实现体绘制【转】VTK中光线投射法实现体绘制1、体绘制函数VTK 为使用者提供了三种用于光线投射法的函数分别是：等值面绘制函数（vtkVolumeRayCastIsosurfaceFunction）；最大密度投影函数（vtkVolumeRayCastMIPFunction）；合成体绘制函数（vtkVolumeRayCastCompositeFunction）其中最常用的是合成体绘制函数，最大密度投影函数在显示血管影像方面有比较好的作用。
但是如图所看到的，MIP函数没有空间立体感，也就是不能提供深度的信息。
2、不透明度映射函数不透明度映射函数是设置光线方向上的灰度值及其不透明度映射。
vtkPiecewiseFunction *opacityTransferFunction = vtkPiecewiseFunction::New(); opacityTransferFunction->AddPoint(10, 0.0);//灰度值及不透明度值opacityTransferFunction->AddPoint(50,0.1);opacityTransferFunction->AddPoint(200 ,0.1);opacityTransferFunction->AddPoint(2900,0.1);opacityTransferFunction->AddPoint(2950,0.8);opacityTransferFunction->AddPoint(3050,1);//不透明度值为1则为完全不透明opacityTransferFunction->ClampingOff();3、颜色映射函数颜色映射函数是设置灰度值与RGB颜色的映射。
vtkColorTransferFunction *colorTransferFunction = vtkColorTransferFunction::New();colorTransferFunction->AddRGBPoint(0.0, 0.91, 0.65, 0.66); //灰度值及RGB颜色值colorTransferFunction->AddRGBPoint(30.0, 0.91, 0.65, 0.66); colorTransferFunction->AddRGBPoint(128.0, 0.91, 0.65, 0.66); colorTransferFunction->AddRGBPoint(1200.0, 0.43, 0.43, 0.43); colorTransferFunction->AddRGBPoint(1800.0, 0.43, 0.43, 0.43); colorTransferFunction->AddRGBPoint(2950, .9, 0.0, 0.0); colorTransferFunction->AddRGBPoint(3050, .9, 0.0, 0.0); colorTransferFunction->ClampingOff();4、梯度变换函数梯度变换函数设置灰度值变换的大小与不透明度之间的映射。
自适应光学仪器的设计原理
自适应光学仪器的设计原理自适应光学（Adaptive Optics, AO）是一种先进的技术，用于补偿和校正由于大气湍流或其他因素造成的波前畸变，从而提高光学系统的成像质量。
这项技术广泛应用于天文观测、医学成像、激光通信和激光武器等领域。
本文将介绍自适应光学仪器的设计原理。
1. 光学系统的工作原理光学系统主要由光源、透镜、反射镜、分束器、探测器等组成。
光学系统的工作原理是利用光源发出的光经过透镜、反射镜等光学元件的传输、聚焦、成像，最终被探测器接收并转化为电信号，以便进行图像重建或数据传输。
2. 自适应光学的基本原理自适应光学的基本原理是通过测量和补偿波前畸变，使光学系统输出的图像质量达到最优。
波前畸变是由于光学系统中的各种因素（如大气湍流、光学元件的加工误差、热变形等）导致的。
自适应光学系统通过实时测量波前畸变，然后采用特定的算法对光学系统中的元件进行调整，从而补偿波前畸变，提高成像质量。
3. 自适应光学仪器的设计要素自适应光学仪器的设计主要包括以下几个要素：（1）波前传感器：用于测量波前畸变的装置。
常用的波前传感器有夏克-哈特曼波前传感器、液晶光调制器等。
（2）控制器：根据波前传感器的测量结果，对光学系统中的元件进行调整，以补偿波前畸变。
控制器通常采用数字信号处理器（DSP）或FPGA等硬件实现。
（3）光学元件：用于校正波前畸变的装置。
常用的光学元件有变形镜、反射镜等。
（4）激光器或光源：提供稳定的光源，用于产生待测波前。
（5）图像探测器：用于接收补偿后的图像，评估成像质量。
4. 自适应光学仪器的设计流程自适应光学仪器的设计流程主要包括以下几个步骤：（1）确定光学系统的应用场景和性能指标：如视场角、分辨率、成像质量等。
（2）分析光学系统中的波前畸变来源：如大气湍流、光学元件的加工误差等。
（3）选择合适的波前传感器、控制器和光学元件。
（4）搭建实验系统，进行波前测量和补偿实验。
（5）优化系统参数，提高成像质量。
一种预投影光线投射体绘制的并行处理方法
一种预投影光线投射体绘制的并行处理方法随着计算机技术的不断发展，人们对图形绘制的需求也越来越高，特别是在虚拟现实、游戏开发、电影特效等领域。
在这些领域中，预投影光线投射体绘制技术是常用的一种方法。
本文将介绍一种基于并行处理的预投影光线投射体绘制方法。
预投影光线投射体绘制技术可以用于实现实时的光线追踪渲染，它利用预先计算的投射体信息，加速了光线追踪的过程。
该方法首先将场景中的物体分割为一个个投射体，然后对每个投射体进行光线追踪计算，最终得到渲染图像。
传统的预投影光线投射体绘制方法需要在计算机的主内存中保存投射体的相关数据，然后通过计算CPU逐一处理每个投射体的光线追踪计算。
这样的方式存在着计算速度慢、内存占用大的问题。
为了解决以上问题，本文提出一种基于并行处理的预投影光线投射体绘制方法。
该方法利用了现代计算机的并行架构，将光线追踪的计算任务分配给多个处理单元同时进行计算，提高了计算速度。
首先，我们需要将场景中的物体进行分割，将其划分为多个投射体。
然后，将每个投射体的相关数据保存在计算机的显存中，以便并行处理单元可以直接访问。
在并行处理单元中，我们可以使用GPU进行光线追踪的计算。
GPU的并行架构可以同时处理多个光线，大大提高了计算速度。
在光线追踪计算中，我们可以利用并行处理的特点，将多个光线的计算任务分配给不同的处理单元。
这样，不同的处理单元可以同时进行光线的投射和相交计算。
通过合理的任务分配和并行计算，可以大大提高光线追踪的效率和速度。
此外，我们还可以利用GPU的纹理映射功能来加速光线追踪的计算。
通过将场景中的纹理数据保存在显存中，并在光线追踪过程中直接访问，可以减少在主内存和显存之间的数据传输，提高计算速度。
综上所述，基于并行处理的预投影光线投射体绘制方法是一种高效的光线追踪技术。
通过利用计算机的并行架构和GPU的计算能力，可以大大提高光线追踪的效率和速度。
该方法在实时图形绘制中具有广泛的应用前景，可以为虚拟现实、游戏开发、电影特效等领域提供更加出色的图像渲染效果。
使用 vtk体绘制中常用的光线投射算法
使用 vtk体绘制中常用的光线投射算法使用vtk体绘制中常用的光线投射算法光线投射算法是计算机图形学中常用的算法之一，用于在三维空间中模拟光线的传播和交互。
在vtk（Visualization Toolkit）中，光线投射算法被广泛应用于体绘制（Volume Rendering）中。
本文将介绍vtk体绘制中常用的光线投射算法，并对其原理和应用进行详细说明。
一、光线投射算法概述光线投射算法是一种基于光线追踪的体绘制算法，通过模拟光线与物体之间的相互作用，实现对三维体数据进行可视化。
它基于光线与物体之间的交互，计算光线在物体内部的传播路径和颜色，从而生成逼真的体绘制效果。
在vtk中，光线投射算法主要包括两个步骤：光线传播和光线采样。
光线传播是指光线从视点出发，沿着视线方向向前传播，直到与物体相交或超出体数据范围为止。
光线采样是指在光线与物体相交的位置上进行采样，获取物体的颜色和透明度信息，并将其累积到最终的像素颜色中。
二、光线传播算法光线传播算法是光线投射算法的核心部分，它决定了光线的传播路径和采样点。
在vtk中，常用的光线传播算法有正向投影和反向投影两种方式。
1. 正向投影（Front-to-Back Compositing）正向投影是指光线从视点出发，沿着视线方向向前传播，直到与物体相交或超出体数据范围为止。
在传播过程中，每次都将光线经过的像素颜色叠加到最终的像素颜色中，从而得到物体的透明效果。
正向投影算法通常采用透明度混合的方式，根据物体的透明度信息对像素颜色进行加权叠加。
透明度越高的像素将对最终的像素颜色贡献越大，从而实现透明效果。
该算法适用于透明度变化较大的情况，但对于密度变化较大的物体可能会出现混合效果不佳的问题。
2. 反向投影（Back-to-Front Compositing）反向投影是指光线从视点出发，沿着视线方向向后传播，直到与物体相交或超出体数据范围为止。
在传播过程中，每次都将光线经过的像素颜色累积到最终的像素颜色中，从而得到物体的阴影效果。
体绘制光线投射加速算法研究与实现
３ 、光线 透射 算法 的加速 ３１ ．简化光 照模 型及 法 向量明 暗度 查找表
对医学图像进行体绘制过程 中，要进行 真实感处理 ，包括颜 色 ，光 照 ，明暗色调和纹理 等 ，图１ 中给数据点 赋颜 色值其实就 是一种真实感处理 ，如果绘 制的是彩色 图像 ，要给体数据 中的每 个体素赋ＲＧ 颜 色值 ，如果仅绘制灰度 图象 ，就是 我们所说 的明 Ｂ 暗度处理 。体绘制 中的明暗度处理要模拟光照射到物体表面情况
是 图像 合成 ，即将每条射线上各采样点 的颜 色值和不透 明度 值由
前 向后或 由后向前加以合成 ，即可得到发 出该 射线 的象 素点处 的 颜色值 。重新采样 和图像合成是按屏幕上 每条扫描线 的每个象 素 逐个进行 的 ，因而这一算法又称为 图像空 间扫描 的体绘制算法 。 光线投射算法 中体 素的不透明度在０ 之 问变化 ，可 以表示透 明 和１ 度不同的半透明体。１ 表示完全不透明 。
离 ； ，２ 常数 ；为光 源方 向的单 位法 向量 ；为镜 面反射 方向的 Ｋ１ 为 Ｋ Ｌ Ｒ 单位 向量； ｖ为观察方 向的单位 向量 ；（Ｙ ） Ｎｘ ，为体素ｖ（ ，ｚ ，ｚ ｘｙ ）处的表 ， 面单位 法向量。利用灰度梯度 法估 计多灰度值体数据中一点的法
向量 ， 即
鼯 十
算 法分 析
敦＿ 字一 拉～ 术一 Ｌ 与 斑 吊
姆
关大 勇
（ Ｍ￣ Ｉ ８国开发 中心 北京 １０ ９ ） Ｂ ０ １３
摘要： 文在光 线透射 法的各个环 节提 出了 速算法， 本 加 包括 简化光 照模 型， 法向量 明暗度 查找 表 ， 减少投 射光 线， 快求交及 采样 ， 加 简化 三维几何
。
该算 法假 定三维空 间数据ｆ ｉ Ｊ ｋ 布在均匀 网格或规则 网 （ ，， ） ｘ ｙｚ 分 格的 网格 点上 （ 简化起见 ，在插 图中三维 空间数据用ｆ，ｋ表 为 （ｉ ） ｉ， 示 。流程 图 中的数 据 预处理 包括原 始数 据格 式 的转 换 、图像滤 波及 断层 间插值 等功能 。接 着 ，进 行 数据值 分类 （ 即体数 据分 割 ），其 目的是根据数据值 的不 同 ，正确地将其分为若干类并给 每类 数据赋予不同的颜色值 和不透 明度值 ，以求正确地表示多种 物质的不同分布或单一物质 的不 同属性 。然后是重采样 ，即从屏 幕 上的每一个象素点根据设定 的观察 方向发 出一条射线 ，这条射 线 穿过三维数 据场 ，沿着这 条射线选 择Ｋ 个等距 的采样 点 ，并 由 距 离某一 采样点最 近的８ 数据点 的颜色值 和不透 明度值作 三次 个 线性插 值 ，求 出该采样点 的不透 明度值及颜色值。显而易见 ，在 作 重新 采样前 ，需要将具有颜色值及 不透明度值的三维数据场由 物体空间坐标转换为相应的 图像空 间坐标 。这一算法的最后一步
光线投射算法
光线投射算法光线投射算法是一种用来进行三维计算的计算机图形学技术，它可以帮助渲染器迅速计算出物体的精确形态。
这种算法最早由Paul S. Heckbert于1979年提出，但直到最近几年，它才变得普及并成为三维计算的重要工具。
光线投射算法可以用来描述光线照射在物体表面上，以及如何从那里反射出来，而不是表面的颜色，造型或其他属性。
这种算法从发射光线开始一步步计算，模拟出它们在真实环境中的行为。
为实现这一过程，光线投射算法需要进行以下步骤：首先，它会把三维模型划分成网格单元，把每个单元看做一个定义空间的小区域，这样就可以确定一个原点，即光源所在的位置，以及把物体呈现出来所需要的数据。
然后，算法会把每个光线按照特定的角度划分，并对对象表面进行采样，从而获得每个光线要穿过小单元的信息。
接着，它会根据这些采样结果，使用数学方程式计算出某个物体表面点的反射强度、着色和细节的数据，从而得出最终的模型。
有许多方法可以提高光线投射算法的性能，其中主要有：使用更多的光线进行采样，以及针对特定问题开发特定的优化算法。
使用多光线采样可以提高算法的精确度，而且这种方法通常会使渲染结果更加真实。
而针对特定问题开发特定的优化算法则能够减少计算量，使性能得到最大化。
目前，光线投射算法已经在许多领域得到了广泛应用，比如模拟物理现象，电影后期制作，游戏引擎，工业设计及三维打印等等。
它可以帮助渲染器尽可能快地计算出物体的形态，并且可以给出较高的精度结果。
尽管光线投射算法被认为是一项重要的三维计算技术，但它也有一些局限。
例如，它需要大量的计算资源，而且在特定情况下，它可能会产生不准确的结果。
因此，在使用光线投射算法时，应仔细考虑它的局限性。
总之，光线投射算法是当今三维计算的重要工具，它能够帮助渲染器尽可能快地计算出物体的形态，从而减少渲染时间。
但同时，它也有许多局限性，因此在使用时应仔细考虑。
使用 vtk体绘制中常用的光线投射算法
使用 vtk体绘制中常用的光线投射算法使用vtk体绘制中常用的光线投射算法光线投射算法是一种常用的图形学算法，用于模拟光线在三维场景中的传播和交互。
在vtk体绘制中，光线投射算法被广泛应用于体数据的可视化和分析。
光线投射算法基于光线与物体之间的相互作用，通过追踪光线的路径和计算光线与物体的交点来生成图像。
在vtk中，常用的光线投射算法包括体素光线投射、等值面提取和体绘制。
体素光线投射是一种基于体素的光线投射算法，它通过在体数据中追踪光线的路径来实现体的可视化。
该算法首先将体数据划分为一组体素，然后根据光线与体素的交点来计算光线的颜色和透明度。
通过对每个像素进行光线投射计算，可以得到包含体数据信息的图像。
vtk中提供了多种体素光线投射算法的实现，如多通道体素光线投射、多层次体素光线投射等。
等值面提取是一种基于等值面的光线投射算法，它通过在体数据中提取等值面并对等值面进行光线投射计算来实现体的可视化。
等值面是指与体数据中特定数值相等的曲面，它可以用来表示体数据中的特定结构或属性。
通过对等值面进行光线投射计算，可以得到包含等值面信息的图像。
vtk中提供了多种等值面提取算法的实现，如Marching Cubes等。
体绘制是一种基于体数据的光线投射算法，它通过在体数据中追踪光线的路径来实现体的可视化。
与体素光线投射不同，体绘制算法不需要对体数据进行划分，而是直接对体数据进行光线投射计算。
该算法通过追踪光线的路径并计算光线与体数据的交点来生成体绘制图像。
vtk中提供了多种体绘制算法的实现，如体绘制、直接体绘制等。
在vtk中，使用光线投射算法进行体绘制可以通过以下步骤实现：1. 加载体数据：首先需要加载体数据，可以是常见的体数据格式，如DICOM、VTK等。
2. 创建光线投射器：根据需要选择合适的光线投射算法，并创建对应的光线投射器对象。
3. 设置光线投射参数：根据需要设置光线投射器的参数，如光线起点、方向、步长等。
光线投射算法
光线投射算法
1光线投射算法
光线投射算法（Rasterization Algorithm）是计算机图形学中经常用来将多边形像素化的一种算法。
它主要把高度复杂的多边形，通过光线投影的方式，把一个三维多边形投影到二维屏幕上，以像素的形式来表示。
光线投射算法的原理有简单和复杂两种。
简单原理很容易理解：它采用了一种算法，将空间中的物体投影到打印或显示的屏幕上，自动把多边形翻译成由像素组成的二维图像。
而复杂的原理是能够把三维坐标变换，把多边形投影成直线、贝塞尔曲线等复杂形状，这些投影对象再转化成黑白点之类的离散点，通过彩色来表示透射量、反射率、光源强度等属性。
光线投射算法的好处很多，它不仅可以用一种直观的方式渲染出美丽的多边形，而且可以快速、准确地进行三维空间投影，大大提高渲染效率。
它可以作为单独的算法，也可以与现有的三维模型和贴图算法相结合，为游戏开发等应用提供更高效的三维投影功能。
总之，光线投射算法是一种常见而有用的算法，它拥有高效率、准确性和直观性三个特点，可以作为三维投影算法的基础模块，为计算机图形学的发展贡献力量。
VTK中的体绘制方法
基于VolumePro硬件辅助的体绘制方法，成像质量虽然不及光线投射法，但是要比二维纹理映射好。利用VolumePro硬件支持的体绘制速度是最快的，一般每秒至少20帧画面，但目前只支持平行投影且价格昂贵。
每种技术各有其优点和缺点，开发人员应该根据实际需要进行选择。就目前看来，VTK中的光线投射法是应用最多的。这是因为不仅它的成像质量是最好的，而且随着计算机技术的发展和算法的不断改进，其绘制能力也在不断提高。二维纹理映射受限于其成像质量和图形硬件，VolumePro更是由于其价格原因使用较少。
VTK中的光线投射法
(1)不透明度传递函数。该函数确定各体素或单位长度值的不透明度；
(2)颜色传递函数。该函数确定体素的颜色值或者灰度值；
(3)梯度传递函数。该函数确定不同梯度值的不透明度，从而突出不同组织之间的结构和相互之间的层次关系。
在VTK中，使用vtkPiecewiseFunction类来实现传递函数的设计，使用该类中的AddPoint和AddSegment函数来实现数值点的添加。一个简单的传递函数的设计如以下代码所示：
在上述代码中，只需要对最大密度投影函数vtkVolumeRayCastMIPFunction和等值面绘制函数vtkVolumeRayCastIsosurfaceFunction分别初始化，在vtkVolumeRayCastMapper类中的SetVolumeRayCastFunction函数里将体绘制的方法分别进行替换即可实现最大密度投射体绘制和等值面体绘制。
光线追踪技巧 Photoshop的灯光与投影效果制作
光线追踪技巧：Photoshop的灯光与投影效果制作Photoshop是一款功能强大的图像处理软件，其中的光线追踪功能可以帮助我们在设计中实现逼真的灯光与投影效果。
本文将为大家介绍一些Photoshop中灯光与投影效果的制作技巧。
首先，打开你需要编辑的图像或创建一个新的工作空间。
然后，选择“滤镜”菜单下的“渲染”选项，找到“光线追踪”功能。
在“光线追踪”面板中，你可以调整光线的颜色、强度、光源类型等参数。
接下来，我们将用一个简单的例子来演示如何使用光线追踪功能制作一个灯光效果。
首先，在图像中选择一个合适的位置作为光源，用画笔工具在该位置上绘制一个白色的圆形。
然后，选择“滤镜”菜单下的“渲染”选项，点击“光线追踪”功能。
在光线追踪面板中，调整光源的属性，如颜色、强度、光源类型等。
你可以通过拖动滑块或手动输入数值来调整这些参数，以达到你想要的效果。
在调整光源参数后，点击“光线追踪”面板中的“读取”按钮，Photoshop将开始渲染灯光效果。
这个过程可能需要一些时间，取决于你的电脑性能和图像的复杂程度。
等待渲染完成后，你将看到图像中出现了逼真的灯光效果。
你可以通过调整光源的位置、颜色和强度来进一步改变效果。
此外，还可以在“光源”选项下选择不同的光源类型，如点光源、聚光灯等，以实现不同类型的灯光效果。
接下来，我们将介绍如何在Photoshop中制作投影效果。
首先，在图像中选择一个需要添加投影的物体，用选区工具将其选中。
然后，在“滤镜”菜单下找到“光线追踪”功能，点击“新增投影”选项。
在“新增投影”面板中，你可以调整投影的位置、角度、颜色等参数。
通过拖动滑块或手动输入数值，你可以微调投影的效果，以使其看起来更真实。
当调整完毕后，点击“确定”按钮，Photoshop将自动为你生成投影效果。
除了使用“新增投影”功能，你还可以使用“编辑投影”功能对已有的投影效果进行修改。
只需选择需要修改的投影，再次点击“光线追踪”菜单中的“编辑投影”选项，即可对投影参数进行调整。
VTK中的体绘制方法[修订]
![VTK中的体绘制方法[修订]](https://img.taocdn.com/s3/m/b5c935d2ba4cf7ec4afe04a1b0717fd5370cb240.png)
VTK中的体绘制方法VTK中的体绘制方法VTK最初是针对医疗领域的应用而设计的，所以对于医疗的可视化方面，如处理CT的扫描数据等，具有强大的功能。
它将在可视化过程中经常遇到的细节屏蔽起来，并封装了一些常用的可视化算法，如将面绘制中常用的MC（Marching Cubes）算法和体绘制中常用的光线投射（Ray-Casting）算法封装成类的形式提供给使用者。
这样在进行医学体数据的可视化时就可以直接使用VTK中已提供的相关类。
VTK主要提供了三种体绘制技术，除了光线投射法外，还有二维纹理映射和基于VolumePro硬件辅助的体绘制。
光线投射法是一种基于图像空间扫描的，生成高质量图像的典型的体绘制算法，基本思想是从图像平面的每个像素都沿着视线方向发出一条射线，此射线穿过体数据集，按一定步长进行采样，由内插计算每个采样点的颜色值和不透明度，然后由前向后或由后向前逐点计算累计的颜色值和不透明度值，直至光线完全被吸收或穿过物体。
该方法能很好地反映物质边界的变化，使用Phong模型，引入镜面反射、漫反射和环境反射能得到很好的光照效果，在医学上可将各组织器官的性质属性、形状特征及相互之间的层次关系表现出来，从而丰富了图像的信息。
二维纹理映射与光线投射法不同，它是基于物体空间扫描的，也就是对物体空间的数据点加以处理，计算每个数据点对屏幕像素的贡献并加以合成，形成最终的图像。
它的绘制速度比光线投射法快上5～10倍，但是成像质量远不及采用三线性插值的光线投射法精确，当视角改变时还会产生伪迹。
基于VolumePro硬件辅助的体绘制方法，成像质量虽然不及光线投射法，但是要比二维纹理映射好。
利用VolumePro硬件支持的体绘制速度是最快的，一般每秒至少20帧画面，但目前只支持平行投影且价格昂贵。
每种技术各有其优点和缺点，开发人员应该根据实际需要进行选择。
就目前看来，VTK中的光线投射法是应用最多的。
这是因为不仅它的成像质量是最好的，而且随着计算机技术的发展和算法的不断改进，其绘制能力也在不断提高。
基于光线投射体绘制的医学图像可视化方法研究与实现
图３－６光线投射体绘制结果经过加窗显示技术，可以有目的地选择需要观察的组织或器官，屏蔽背景和其他组织器官，减少不必要的干扰。
图４—５给出了一副ＣＴ头颅图像进行窗宽、窗位调整前后的显示结果对比。
其中调整后窗宽（ＷｉｎｄｏｗＷｉｄｔｈ）＝９００窗位（ＷｉｎｄｏｗＣｅｎｔｅｒ）＝５５０‘ａＪ默∥。
窗盘窗位ＷｉｎｄｏｗＷｉｄｔｈ＝２８２６ＷｉｎｄｏｗＣｅｎｔｅｒ＝３８９ｆｂＪ调整后面宽宙位ＷｉｎｄｏｗＷｉｄｔｈ＝９００ＷｉｎｄｏｗＣｅｎｔｅｒ＝５５０图４．５窗宽、窑位调整后显示结果对比图４－６给出了一副ＣＴ心脏图像进行窗宽、窗位调整前后的显示结果对比。
其中调整后窗宽（ＷｉｎｄｏｗＷｉｄｔｈ）＝２００窗位（ＷｉｎｄｏｗＣｅｎｔｅｒ）＝４００（ｃ：默认茁宽甜位ＷｉｎｄｏｗＷｉｄｔｈ＝３５１］ＷｉｎｄｏｗＣｅｎｔｅｒ＝４ＧＩｄｊ调整后窗宽宙位ＷｉｎｄｏｗＷｉｄｔｈ＝２００ＷｉｎｄｏｗＣｅｎｔｅｒ＝４００图４．６心脏窗宽、窗位调整后显示结果对比４．３．２图像彩色增强处理技术在医学图像处理中ｐｏ，，为了直观地观察和分析图像数据，常采用将灰度图像映射为彩色图像，突出兴趣区域或待分析的数据段，通常选择若干种明显不同的颜色来分别代表不同的数据区间，以达到分类目的，由此分辫出可能存在的病灶组织。
一般要将灰度图像进行伪彩色变换，常用的伪彩色变换方法是将ＤＩＣＯＭ图像转换为ＢＭＰ图像显示过程中分配一个２５６色的调色板，其中定义了每种狄度级所对应的ＲＧＢ值，也就提供了一个从狄度值到彩色值的映射关系。
由此生成和显示的是～个全局伪彩色图像，即对整副图像进行了伪彩色处理，但在医学应用中可能只对局部灰度范围内组织信息感兴趣，需对该局部区域进行彩色增强处理，且为了有一个良好图像参照，需要保留和显示该区域外的原始灰度信息。
为了对局部灰度区域进行伪彩色变换的同时保留其它区域的灰度图像信息，结台上文所述加窗技术，本文对转换后的ＢＭＰ位图的伪彩色信息采用真彩格式显示和存储，即转换后ＢＭＰ图像每一个像素占３个字节，ＲＧＢ各占一个字节存储颜色信息。
直接体绘制方法
朝画面每一像素投射光线，沿该光线方向对标量场 进行重采样，选取适当光照模型计算各采样点处的 光亮度值
沿投射光线方向对各采样点的光亮度值合成，生成 像素的显示光亮度
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光线投射体绘制算法
设计传输函数
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光线投射体绘制算法
光亮度值合成
将分布在同一光线上的所有重采样点的光照强度按 照一定的次序进行累计得到相应屏幕像素最终显示 的颜色
两种合成方法
➢ 从后向前 ➢ 从前向后
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光线投射体绘制算法
光亮度值合成
从后向前合成
10
光线投射体绘制算法
光亮度值合成
从前向后合成
在从前向后的累加过程中，不透明度α将不断增加， 逐渐向1逼近。当α接近于1时，可终止当前光线的跟 踪过程
每个像素点的光亮度由多个数据点的贡献累加得到
12
对三维数据场各采样点上存贮的数据值进行分类， 依据一定的准则为数据场每一采样点赋一颜色值（R， G，B）和不透明度值（opacity，用α表示）
6
光线投射体绘制算法
沿投射光线方向重采样计算光亮度值
从当前视点位置出发，向屏幕上的每一像素点发出
一条光线，穿过数据场，同时沿着光线进行均匀点
采样，得到一系列重采样点
像素
采样点
光线
重采样点
7
光线投射体绘制算法
沿投射光线方向重采样计算光亮度值（cont.)
对于每一数据场内的重采样点PR，找出它所在的体 素，对该体素的8个顶点的不透明度和颜色作三线性 插值得到PR处的不透明度和颜色
类似地，通过三线性插值计算得到PR处的梯度（即 法线方向）
自适应光线投射直接体绘制算法及实现
自适应光线投射直接体绘制算法及实现
金朝阳;王建中
【期刊名称】《中国医学影像技术》
【年(卷),期】2005(021)004
【摘要】提出一种基于自适应光线投射的直接体绘制方法.该方法从自适应的发出光线和终止光线两个方面来加速体绘制的进行,通过三次线性插值空间邻近点计算采样点的值,利用简化的Phone光照模型进行消隐,由前向后合成图像.该算法提高了绘制的速度,能满足一定的临床应用实时性要求,在基于Internet的体数据可视化中有很好的应用前景.
【总页数】5页(P634-638)
【作者】金朝阳;王建中
【作者单位】杭州电子科技大学,智能信息与控制技术研究所,浙江,杭州,310018;杭州电子科技大学,智能信息与控制技术研究所,浙江,杭州,310018
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.4
【相关文献】
1.基于三维标量场的光线投射并行体绘制算法 [J], 殷智慧;李朝奎;杨武;张强;严雯英
2.体绘制光线投射加速算法研究与实现 [J], 关大勇
3.体绘制光线投射加速算法研究与实现 [J], 关大勇
4.一种改进求交的自适应光线投射体绘制算法 [J], 樊鹏;郭宝龙
5.一种改进的基于CUDA的纹理映射和光线投射结合的体绘制算法 [J], 朱奭;常晋义
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VTK中光线投射法实现体绘制
VTK中光线投射法实现体绘制【转】VTK中光线投射法实现体绘制1、体绘制函数VTK 为使用者提供了三种用于光线投射法的函数分别是：等值面绘制函数（vtkVolumeRayCastIsosurfaceFunction）；最大密度投影函数（vtkVolumeRayCastMIPFunction）；合成体绘制函数（vtkVolumeRayCastCompositeFunction）其中最常用的是合成体绘制函数，最大密度投影函数在显示血管影像方面有比较好的作用。
但是如图所看到的，MIP函数没有空间立体感，也就是不能提供深度的信息。
2、不透明度映射函数不透明度映射函数是设置光线方向上的灰度值及其不透明度映射。
vtkPiecewiseFunction *opacityTransferFunction = vtkPiecewiseFunction::New(); opacityTransferFunction->AddPoint(10, 0.0);//灰度值及不透明度值opacityTransferFunction->AddPoint(50,0.1);opacityTransferFunction->AddPoint(200 ,0.1);opacityTransferFunction->AddPoint(2900,0.1);opacityTransferFunction->AddPoint(2950,0.8);opacityTransferFunction->AddPoint(3050,1);//不透明度值为1则为完全不透明opacityTransferFunction->ClampingOff();3、颜色映射函数颜色映射函数是设置灰度值与RGB颜色的映射。
vtkColorTransferFunction *colorTransferFunction = vtkColorTransferFunction::New();colorTransferFunction->AddRGBPoint(0.0, 0.91, 0.65, 0.66); //灰度值及RGB颜色值colorTransferFunction->AddRGBPoint(30.0, 0.91, 0.65, 0.66); colorTransferFunction->AddRGBPoint(128.0, 0.91, 0.65, 0.66); colorTransferFunction->AddRGBPoint(1200.0, 0.43, 0.43, 0.43); colorTransferFunction->AddRGBPoint(1800.0, 0.43, 0.43, 0.43); colorTransferFunction->AddRGBPoint(2950, .9, 0.0, 0.0); colorTransferFunction->AddRGBPoint(3050, .9, 0.0, 0.0); colorTransferFunction->ClampingOff();4、梯度变换函数梯度变换函数设置灰度值变换的大小与不透明度之间的映射。
基于最优采样模式的自适应光线投射法
基于最优采样模式的自适应光线投射法
国栋;程乾生
【期刊名称】《中国图象图形学报：A辑》
【年(卷),期】1999(4)10
【摘要】三维直接体显示算法是显示三维数据体的一种重要显示方法，已广泛应用在医学图象生成和科学可视化领域之中。
光线投射法又是三维直接体显示算法中最基本的一种方法。
然而由于光线投射法需要大量的计算而受到限制。
该文从减少光线投射数目的角度出发，提出了一种基于最优采样模式的频率投射算法。
它的优点是不仅可以利用人的简单的视觉模型和强大的傅立叶分析工具，而且在采样模式上也更能符合人类视觉特点，减少了假模式，从而使更多的噪音变频到视觉不敏感处，加强了图象的生成质量。
【总页数】6页(P843-848)
【关键词】自适应;光线投射算法;最优采样模式;体显示
【作者】国栋;程乾生
【作者单位】北京大学数学学院信息科学系
【正文语种】中文
【中图分类】TN919.8;TP391.41
【相关文献】
1.基于舍弃采样的光线投射加速算法 [J], 刘长征;张毅力
2.基于自适应采样的并行光线投射体绘制算法 [J], 王华维;
3.一种空间自适应采样和递归线性估计的光线投射算法 [J], 袁非牛;彭霁
4.基于VTK的光线投射算法的采样间距 [J], 陈华;张喜
5.可视化光线投射采样法的研究 [J], 马金盛;贾宝玺;黄毓瑜
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光线投射编程
光线投射编程（最新版）目录1.光线投射编程的定义与原理2.光线投射编程的应用领域3.光线投射编程的实现方法与技巧4.光线投射编程的发展前景与挑战正文光线投射编程是一种基于光学原理的编程技术，其基本思想是通过光线的投射和接收来实现信息的传递和处理。
在计算机科学领域，光线投射编程主要应用于虚拟现实、计算机视觉、图像处理等领域，为相关技术发展提供了有力支持。
一、光线投射编程的定义与原理光线投射编程，顾名思义，是指利用光线进行编程的一种方法。
在实际应用中，光线投射编程通常涉及到光线发射器、光线接收器和计算机等设备。
光线发射器负责发射光线，光线接收器负责接收光线并将其转换为电信号，计算机则根据接收到的电信号进行相应的信息处理。
光线投射编程的原理主要基于光学原理，其核心思想是通过调整光线的投射角度和强度来实现信息的编码和解码。
具体来说，光线投射编程可以分为两个阶段：第一个阶段是光线发射阶段，通过对光线的投射角度和强度进行调节，将信息编码到光线中；第二个阶段是光线接收阶段，通过对接收到的光线进行解码，从而实现对信息的提取和处理。
二、光线投射编程的应用领域光线投射编程在计算机科学领域具有广泛的应用前景，主要体现在以下几个方面：1.虚拟现实：在虚拟现实技术中，光线投射编程可以用于实现虚拟物体与现实世界之间的交互，为用户提供更加沉浸式的体验。
2.计算机视觉：在计算机视觉领域，光线投射编程可以用于实现三维场景的重建和识别，从而提高计算机对现实世界的感知能力。
3.图像处理：在图像处理领域，光线投射编程可以用于实现图像的深度信息提取和分析，从而提高图像处理的质量和效果。
三、光线投射编程的实现方法与技巧光线投射编程的实现方法与技巧主要包括以下几个方面：1.光线发射方法：通过调节光线发射器的参数，如发光角度、发光强度等，来实现对光线的精确控制。
2.光线接收方法：通过选择合适的光线接收器和接收策略，如主动接收和被动接收，来提高光线接收的准确性和稳定性。
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医学物理与工程学Implement of adaptive raycasting direct volume rendering algorithmJ I N Zhao 2y ang3,W A N G J i an 2z hong(I nstitute of I ntelli gent I nf ormation and Cont rol Technolog y ,H angz hou Dianz i Universit y ,Hangz hou 310018,China )[Abstract] A new method for direct volume rendering based on adaptive mesh refinement is presented.The method can speedup the volume rending with adaptive casting and terminating rays ,by computing the samples f rom tri 2linear interpola 2tion of the neighborhood voxels ,shading the images with the simplified phone illuminated modal ,and compositing images from f ront to back order.The experiment results show that this method can improve the rendering speed and can be used in the volume visualization based on internet.[K ey w ords] Adaptive mesh ;Raycasting ;Direct volume rendering ;Visualization ;Medical images自适应光线投射直接体绘制算法及实现金朝阳3,王建中(杭州电子科技大学,智能信息与控制技术研究所,浙江杭州 310018)[摘 要] 提出一种基于自适应光线投射的直接体绘制方法。
该方法从自适应的发出光线和终止光线两个方面来加速体绘制的进行,通过三次线性插值空间邻近点计算采样点的值,利用简化的Phone 光照模型进行消隐,由前向后合成图像。
该算法提高了绘制的速度,能满足一定的临床应用实时性要求,在基于Internet 的体数据可视化中有很好的应用前景。
[关键词] 自适应网格;光线投射;直接体绘制;可视化;医学图像[中图分类号] TP391.4 [文献标识码] A [文章编号] 100323289(2005)0420634205[基金项目]本研究为浙江省自然科学基金资助项目(Y204160)。
[作者简介]金朝阳(1974-),女,浙江余姚人,硕士,讲师。
研究方向:科学计算可视化。
[通讯作者]金朝阳,杭州下沙高教园区杭州电子科技大学自动化学院,310018。
E 2mail :jzy @[收稿日期]2004211202 [修回日期]2004212217 随着医学成像设备种类的增多和空间分辨率的提高,图像数据与日俱增,为临床提供了更全面的有助于诊断的信息,数据可视化问题成为研究的热点。
医学体数据由多层CT 、MR 等二维图像数据的叠加形成,是一种基于规则网格的标量数据场。
医学体数据的三维可视化就是将体数据在计算机上直观地表现为三维效果,提供传统二维表示法无法获得的结构信息,从而进一步帮助放射治疗、矫形手术等的计算机模拟及手术规划的展开。
医学体数据三维可视化方法大致可分为两大类:面绘制、直接体绘制。
面绘制首先在三维空间数据场中构造出中间几何图元,然后再由传统的计算机图形学技术实现画面绘制。
面绘制有多种算法,各种算法的不同点在于所采用的近似表面的几何单元不同或几何单元尺度的选择不同,典型算法有:MC 方法(Marching Cubes )[1]、M T 方法(Marching Tetrahe 2dral )[2]、剖分立方体法(Dividing Cubes )[3]等。
面绘制适用于绘制表面特征分明的组织和器官,对数据分割要求高,且物体内部信息无法保留,对于精细组织和器官的三维显示,常常效果不佳。
体绘制是将三维空间的离散数据直接转换为二维图像而不必生成中间几何图元,又称为直接体绘制,其实质为重新采样与图像合成。
典型算法有光线投射法[4,5]、足迹表法(Foot 2print Met hod )[6]、错切形变法(Shear 2Warp )[7,8]等。
直接体绘制算法认为体数据场中每个体素都具有一定的属性(透明度和光亮度),通过计算所有体素对光线的作用即可得到二维投影图像,有利于保留三维医学图像中的细节信息,适合于形状特征模糊不清的组织和器官,但存在计算量大,图像生成速度慢,实时性难以得到保证等缺点。
近年来,随着计算机运算速度的提高和软硬件技术的发展,研究者从多个方面提出了体绘制的加速方法,如基于硬件加速[9]、并行绘制[10]、多分辨率[11]等,从而使体绘制的速度接近实时。
随着计算机的飞速发展,直接体绘制可在PC 机上接近实时显示,为了进一步提高直接体绘制的速度,本文采用一种新的像空间序的自适应光线投射算法[12],该方法可以从两个方面来加快绘制速度,一方面利用图像相邻像素间的相关性自适应的发出光线,另一方面当光线上累积不透明度达到1时自适应的终止光线投射。
实验表明该方法提高了直接体绘制的速度,适用于基于PC 机的实时体绘制的临床应用场合,在基于Internet 的体数据可视化中有良好的应用前景。
1 自适应光线投射算法原理图1 自适应光线投射算法流程1.1光线投射算法 以图像空间为序的光线投射算法是从屏幕上的每一个像素点出发,根据设定的视线方向,发出一条射线,这条射线穿过三维数据场的体素矩阵,沿这条射线选择K个等间距的采样点,由距离某一采样点最近的8个体素的颜色值及不透明度值做三次线性插值,求出该采样点的不透明度值及颜色值。
在求出该条射线上的所有采样点的颜色值和不透明度值以后,可采用由后到前或由前到后的两种不同方法将每一采样点的颜色及不透明度进行组合,从而计算出屏幕上该像素点处的颜色值。
1.2自适应光线投射算法 考虑到在结果图像中相邻像素间存在很大的相关性,不必从图像平面中的每个像素点处发出射线,而是间隔若干个像素点投射出射线,如果对应组合而成的结果图像中的像素差值小于设定的阈值,则该间隔之间的像素就不必再投射出射线,而只需计算两间隔像素间的插值,否则必须细化后再投射出射线。
其次当发出光线上的累积不透明度达到1时,后面的采样点对光线合成已不再起作用,可以提前终止该光线上的采样,因此采用由前向后的图像合成方法。
自适应光线投射算法流程如图1所示,首先像平面分成若干正方形的区域,从正方形的4个顶点投射出光线,每条光线分成等距的采样间隔,采样点位于采样间隔中心处,通过对周围八个邻近点颜色和不透明度的三次线性插值得到采样点的颜色和不透明度,用简化的Phone光照模型对采样点进行消隐计算,由前向后的将各个采样点的颜色和不透明度值加以合成,当不透明度值累积为1时提前终止光线的投射。
如果正方形上发出的4条采样光线上所得最终差值小于域值ε,则不再进行下一步工作,否则,该正方形区域进一步分成4个二级正方形,投射出更多的光线,然后重复前面的步骤,直到最终颜色差值在域值范围之内或正方形的尺寸达到设定的最小值ωmin。
当所有正方形采样区域处理完后,像平面上的最终图像通过双线性插值法实现[13]。
2 直接体绘制技术要点2.1空间坐标变换 投射光线上采样点处坐标是像空间坐标,而体数据则形成物空间坐标,因此在计算采样点的颜色和不透明度时要涉及到空间坐标变换,这可通过平移、旋转等坐标变换来实现。
设像坐标至物坐标的变换函数为:A=TR(1)R=R x R y R z(2) 式中,T、R x、R y和R z分别为平移矩阵和绕x轴、y轴、z 轴的旋转矩阵,分别可表示成:T=100t x010t y001t z0001(3)R x=10000cos(<x)sin(<x)00-sin(<x)cos(<x)00001R y=cos(<y)0-sin(<y)0 0100 sin(<y)0cos(<y)0 0001R z=cos(<z)sin(<z)00-sin(<z)cos(<z)0000100001(4)2.2三次线性插值算法 体绘制涉及两种插值算法,最终图像形成时的双线性插值法和计算采样点数据的三次线性插值法。
双线性插值法仅限于二维平面,三次线性插值法则在三维空间上实现,假设采样点最近的相邻点的值分别为:f000、f001、f010、f011、f100、f101、f110、f111,用x、y、z表示采样点相对于000点的距离,则经三次线性插值后采样点f(p,q,r)的值可表示为:f(p,q,r)=(1-x)(1-y)(1-z)f000+x(1-y)(1-z)f001+ (1-x)y(1-z)f010+x y(1-z)f011+(1-x)(1-y)z f100+x (1-y)z f101+(1-x)y z f110+x y z f111(5)2.3简化的Phone光照模型 Phone光照模型可提高图形图像的真实感,一般可表示成:I=k a I a+6M i=1f i I li[k d(NL i)+k s(N H i)n](6)式中,I为局部光亮度;k a、k d、k s分别为环境、漫反射及镜面反射系数;M为点光源个数;Ia为环境光亮度分量;I li、f i为第i 个光源光强及衰减因子;N为单位法向量;L i为第i个光源的单位入射向量;H i为第i个光源的单位入射向量与单位视线向量的平均值,n为镜面高光指数。
在直接体绘制中,将该模型加以简化,采用单个点光源,n 设为常数1,则简化公式为:I=k a I a+f I l[k d(NL)+k s(N H)](7) 采用基于灰度梯度的中心差分法计算中间体素的表面法向量N,对于边界点处的法向量计算则采用向前或向后差分法。
中心差分法可表示成:Grad_x=[f(x i+1,y j,z k)-f(x i-1,y j,z k)]/2ΔxGrad_y=[f(x i,y j+1,z k)-f(x i,y j-1,z k)]/2ΔyGrad_z=[f(x i,y j,z k+1)-f(x i,y j,z k-1)]/2Δz(8) 2.4由前向后的图像合成原理 在由前向后图像合成的过程中,不透明度β必然逐步增大,当β值趋近于1时,说明该像素点的图像已接近于完全不透明,后面的体元不会再对该像素点的图像有所贡献,因而可以不必再计算了,从而可以省去无效的计算,提高计算速度。