[发明专利]一种预投影光线投射体绘制的并行处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种科学计算可视化处理技术，尤其涉及的是一种体绘制技术中图像空间预投影的并行处理方法。

背景技术

现有技术中，以体绘制技术为代表的科学可视化技术可把抽象的数据变换成易于被人接受和理解的直观形式——图形，为理解、发现科学计算过程中的各种现象、规律提供有力的工具。

体绘制技术能产生三维数据场的整体图像，能包含数据场的大量细节，绘制高质量的图像，但它涉及的数据量较多，计算量较大，因而绘制时间较长，且难以利用传统的图形硬件实现绘制。虽然研究工作者在串行体绘制算法的优化方面做了很多工作，但是随着应用领域的发展，数据规模急剧扩大，绘制精度急剧增加，仅仅依靠对串行算法本身的优化已经无法满足对绘制速度的需求。

可视化(Visualization)把抽象的数据变换成易于被人接受和理解的直观形式——图形。根据侧重面的不同，可视化可以分成三个分支：科学可视化(Scientific Visualization)、数据可视化(Data Visualization)和信息可视化(Information Visualization)。科学可视化(Scientific Visualization)，又称科学计算可视化(Visualization in Scientific Computing)，指运用计算机图形学和图象处理技术，将科学计算过程中产生的计算结果转换为图形及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。

科学计算可视化是20世纪80年代后期提出并发展起来的一个新的研究领域，是计算机图形学中的一个重要研究方向。它将数据挖掘、图形生成技术、图象处理技术和人机交互技术结合在一起，其主要功能是分析和理解输入到计算机中的多维数据，并将中间过程或分析结果用图形或图象形象、直观地显示出来，供科研工作者和相关人员观察和使用。

科学计算可视化的应用领域十分广泛，几乎涉及一切自然学科和工程领域，其主要应用领域有医学、分子模型构造、工业无损探伤、考古学、地质勘探、气象学、计算流体力学和有限元分析等。

此外，科学计算可视化还可应用于空间探测、天体物理、数学领域等。以医学领域的数字化虚拟人为例。基于二维的计算机断层扫描(CT)数据、核磁共振(MRI)数据以及真实人体的切片数据等三维规则数据场，利用人体结构数字化和科学可视化技术可以重建出一个三维的数字化虚拟人，也就是将人体结构数字化。通过计算机技术和图像处理技术，在电脑屏幕上显示一模拟人体，再进一步将人体功能性的研究成果加以数字化，由信息科学家将其转变为电脑的语言符号，赋加到这个人体形态框架上；经过与虚拟现实技术的交叉融合，通过操作者的调控，这个“虚拟人”将能模仿真人做出各种各样的反应。

数字化虚拟人将人体结构数字化与可视化，建立起能够用计算机处理的数学模型，使计算机的定量分析和精确模拟成为可能。随着信息获取和处理技术的进步、数据采集精度的提高，虚拟人将在越来越广泛的领域内更加精确地模拟人体的功能和行为，为医学、国防、汽车等多学科研究提供应用基础。

科学计算可视化可以大大加速数据的处理速度，使每时每刻都在产生的庞大数据得到有效的处理、利用；它可以通过图片、图像表达蕴含在科学计算数据中的信息，为理解、发现科学计算过程中的各种现象、规律提供有力工具。总之，科学计算可视化将极大地提高科学计算的速度和质量，从而使科学研究工作的面貌发生根本性的变化，最终给人们的社会生活带来巨大的便利。

以医疗领域为例。在以往的影像医疗诊断中，主要是通过观察一组CT、MRI的三维切片图像发现病变体，这主要依赖于医务工作者丰富的读片经验，对图像进行定性分析。利用科学可视化技术可对二维切片图像进行二维或三维分析及处理，如对人体器官、软组织和病变体的分割提取、三维重建和二维显示，可以辅助医务工作者对病变体及其它感兴趣的区域进行定性直至准确的定量分析，从而可以大大提高医疗诊断的准确性和正确性，最终带来巨大的经济效益和社会效益。