一种基于OpenCL的三维体数据可视化并行渲染方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111369661A(43)申请公布日2020.07.03(21)申请号202010160531.2(22)申请日2020.03.10(71)申请人四川大学地址610064四川省成都市武侯区一环路南一段24号(72)发明人尹皓曲超刘东权(74)专利代理机构成都正华专利代理事务所(普通合伙)51229代理人李蕊(51)Int.Cl.G06T15/20(2011.01)G06T19/20(2011.01)权利要求书3页说明书9页附图3页(54)发明名称一种基于OpenCL的三维体数据可视化并行渲染方法(57)摘要本发明公开了一种基于OpenCL的三维体数据可视化并行渲染方法，该方法包括读取三维体数据，坐标归一化，视点坐标变换，计算射线与体数据的交点，自适应采样，平滑插值和梯度计算，根据采样点的颜色值和阻光度累加结果进行三维可视化渲染。本发明通过采用衰减函数作为自适应采样方法的采样密度函数进行非均匀采样，能够高效利用计算资源，提升渲染效果；并且采用三次B样条函数对采样点进行平滑插值和梯度计算，在保证较低计算复杂度的前提下，提供了更大的自由度，能够得到更平滑的渲染结果。CN111369661ACN111369661A权利要求书1/3页1.一种基于OpenCL的三维体数据可视化并行渲染方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、读取用于图像渲染的三维体数据；S2、对三维体数据进行坐标归一化处理；S3、对视点进行坐标变换；S4、基于光线投射算法，对成像平面的每一个像素点引出一条射线，采用OpenCL并行计算射线与体数据的交点；S5、选取衰减函数作为自适应采样方法的采样密度函数，在射线上非均匀采样得到采样点；S6、采用三维B样条函数对采样点进行平滑插值和梯度计算，得到对应三维体数据的采样点位置处的取值和梯度值；S7、采用光照模型计算采样点的颜色值和阻光度并进行累加求和，得到成像平面上对应像素点的取值进行三维可视化渲染。2.如权利要求1所述的基于OpenCL的三维体数据可视化并行渲染方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：设定三维体数据的长、宽、高分别为h，w，d，其中最大值为max，将三维体数据的每一个维度坐标限定为(-h/max,h/max)，(-w/max,w/max)，(-d/max,d/max)。3.如权利要求2所述的基于OpenCL的三维体数据可视化并行渲染方法，其特征在于，所述步骤S3具体为：对视点进行逆向的旋转和平移操作，将包含平移和旋转操作的变换矩阵表示为：其中，平移变换矩阵为绕x轴旋转矩阵为绕y轴旋转矩阵为绕z轴旋转矩阵为2CN111369661A权利要求书2/3页得到逆变换矩阵表示为：其中，tx,ty,tz分别表示x,y,z轴的平移距离，θ,ψ分别表示绕x,y,z轴的旋转角度，m0至m11表示变换矩阵系数。4.如权利要求3所述的基于OpenCL的三维体数据可视化并行渲染方法，其特征在于，所述步骤S4具体为：设定视点坐标为引出的视线方向为将视线方程表示为三维体数据平面的法向量为平面上的点为将平面方程表示为得到射线与体数据的交线段表示为：5.如权利要求4所述的基于OpenCL的三维体数据可视化并行渲染方法，其特征在于，所述步骤S5中选取衰减函数y＝e-αx作为自适应采样方法的采样密度函数，其中α表示衰减系数，x表示距离，在射线上非均匀采样的间距为：其中，a为衰减常数，Δ为采样点密度，i为采样点序号。6.如权利要求5所述的基于OpenCL的三维体数据可视化并行渲染方法，其特征在于，所述步骤S6中采用三维B样条函数表示为：其中，Ni,p表示B样条基函数，p,q,r分别表示每个维度的B样条基函数的幂次，Pi,j,k表示三个维度的控制点，u,v,ω分别表示x,y,z轴的偏移量。7.如权利要求6所述的基于OpenCL的三维体数据可视化并行渲染方法，其特征在于，所述三维B样条一阶、二阶、三阶函数控制点的矩阵分别表示为：3CN111369661A权利要求书3/3页梯度矩阵表示为4CN111369661A说明书1/9页一种基于OpenCL的三维体数据可视化并行渲染方法技术领域[0001]本发明属于图像渲染技术领域，具体涉及一种基于OpenCL的三维体数据可视化并行渲染方法。背景技术[0002]作为科学计算可视化的重要组成部分，体绘制在超声医学成像中发挥着重要的作用。体绘制以计算机图形学、图像处理、计算机视觉等学科为基础，将采集到的三维离散数据以二维图像的方式显示在屏幕上。操作者通过操作鼠标可以达到对成像平面进行旋转和缩放的效果，屏幕上的图像随着鼠标的运动做相应的变换，来完成对三维空间信息的二维图像渲染。借助于OpenCL并行编程技术，可以实现对三维数据的实时可视化。[00