大规模科学数据体绘制的优化方法研究
发布时间：2021-03-06 04:21
科学可视化近年来得到了长足的发展,而针对科学可视化的数据分析,体绘制是使用最为广泛的方法之一。体绘制能够将晦涩难懂的数据结构用直观的三维图像表示出来,并通过交互方式,对数据内部以及隐含的信息进行分析。但是,随着科学数据采集的精准度越来越高,以及科学数据采集的领域越来越广,所采集到的科学数据的体量也与日俱增,如此巨大的科学数据,无法在单一计算机上高效率地完成数据的预处理,体绘制以及实时交互。本文针对该问题,主要从两个方面研究了针对大规模的科学数据的体绘制优化方法:（1）基于WebGL的大规模科学数据体绘制;（2）基于并行架构的大规模科学数据体绘制。WebGL将数据预处理,并利用浏览器GPU的高性能对图片数据进行光线投射算法,生成数据的三维视图。为了进一步减少数据的内存占用和绘制时间,本文采用了维度压缩方法,大幅度减少了原始数据的空间占用。而并行架构体绘制将多个计算机利用网络组成集群,并将数据划分成块,并分配至节点各上进行体绘制。本文采用Isabel飓风时变数据集,针对上述两个方面进行了算法设计,并进行了试验验证,同时,本文设计了基于B/S架构的体绘制系统,从数据的预处理,体绘制以及实时交...
【文章来源】：西南科技大学四川省
【文章页数】：55 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
体数据的表达形式
第2章体绘制算法介绍7图2-2面绘制要在3D空间数据场中获取等值面的方法有很多，在各类提取等值面的算法中，最为经典的是在各类等值面提取方法中最经典的是由W.E.Lorenson和H.E.Cline1987年提出的移动立方体法(MarchingCubes)[17]，该算法设定3D数据场中遍布了边长固定的立方体，并给定阈值（等值面值），然后从第一个立方体开始，在其棱上找到所有原始数据值等于等值面值的点，并连接这些点，于是便得到了一些三角片面，连接数据场中所有立方体中的三角片面，最终即可得到如图2-2所示的轮廓外形。由于面绘制计算机速度快，计算量小，因此也被广泛采用，但是面绘制不能观测其内部信息的缺点，使得其在数据分析上具有比较大的瓶颈，尤其是在医学、洋流等需要充分获取数据内部信息的领域，面绘制无法达到目标，所以，目前在科学数据3D成像和分析方面，体绘制成为了最主流的方法。2.2.2体绘制面绘制需要创建中间几何元（等值面），并通过拟合得到体数据的轮廓展示，这种轮廓是一种近似表达[18]。而体绘制不需要创建中间几何元，它是一种直接通过原始体数据，将体素值（某些物理性质的属性值）通过传递函数，计算成为颜色和不透明度，直接生成3D视图，并利用投影计算，将其投影到2D屏幕上的绘制方法，体绘制的示意图如图2-3所示。由于空间体数据的所有体素值都参与了体绘制的过程，因此体绘制能够完整的展示出原始数据的视图，包括数据内部的细节信息。图2-3体绘制
第2章体绘制算法介绍7图2-2面绘制要在3D空间数据场中获取等值面的方法有很多，在各类提取等值面的算法中，最为经典的是在各类等值面提取方法中最经典的是由W.E.Lorenson和H.E.Cline1987年提出的移动立方体法(MarchingCubes)[17]，该算法设定3D数据场中遍布了边长固定的立方体，并给定阈值（等值面值），然后从第一个立方体开始，在其棱上找到所有原始数据值等于等值面值的点，并连接这些点，于是便得到了一些三角片面，连接数据场中所有立方体中的三角片面，最终即可得到如图2-2所示的轮廓外形。由于面绘制计算机速度快，计算量小，因此也被广泛采用，但是面绘制不能观测其内部信息的缺点，使得其在数据分析上具有比较大的瓶颈，尤其是在医学、洋流等需要充分获取数据内部信息的领域，面绘制无法达到目标，所以，目前在科学数据3D成像和分析方面，体绘制成为了最主流的方法。2.2.2体绘制面绘制需要创建中间几何元（等值面），并通过拟合得到体数据的轮廓展示，这种轮廓是一种近似表达[18]。而体绘制不需要创建中间几何元，它是一种直接通过原始体数据，将体素值（某些物理性质的属性值）通过传递函数，计算成为颜色和不透明度，直接生成3D视图，并利用投影计算，将其投影到2D屏幕上的绘制方法，体绘制的示意图如图2-3所示。由于空间体数据的所有体素值都参与了体绘制的过程，因此体绘制能够完整的展示出原始数据的视图，包括数据内部的细节信息。图2-3体绘制
本文编号：3066427
【文章来源】：西南科技大学四川省
【文章页数】：55 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
体数据的表达形式
第2章体绘制算法介绍7图2-2面绘制要在3D空间数据场中获取等值面的方法有很多，在各类提取等值面的算法中，最为经典的是在各类等值面提取方法中最经典的是由W.E.Lorenson和H.E.Cline1987年提出的移动立方体法(MarchingCubes)[17]，该算法设定3D数据场中遍布了边长固定的立方体，并给定阈值（等值面值），然后从第一个立方体开始，在其棱上找到所有原始数据值等于等值面值的点，并连接这些点，于是便得到了一些三角片面，连接数据场中所有立方体中的三角片面，最终即可得到如图2-2所示的轮廓外形。由于面绘制计算机速度快，计算量小，因此也被广泛采用，但是面绘制不能观测其内部信息的缺点，使得其在数据分析上具有比较大的瓶颈，尤其是在医学、洋流等需要充分获取数据内部信息的领域，面绘制无法达到目标，所以，目前在科学数据3D成像和分析方面，体绘制成为了最主流的方法。2.2.2体绘制面绘制需要创建中间几何元（等值面），并通过拟合得到体数据的轮廓展示，这种轮廓是一种近似表达[18]。而体绘制不需要创建中间几何元，它是一种直接通过原始体数据，将体素值（某些物理性质的属性值）通过传递函数，计算成为颜色和不透明度，直接生成3D视图，并利用投影计算，将其投影到2D屏幕上的绘制方法，体绘制的示意图如图2-3所示。由于空间体数据的所有体素值都参与了体绘制的过程，因此体绘制能够完整的展示出原始数据的视图，包括数据内部的细节信息。图2-3体绘制
第2章体绘制算法介绍7图2-2面绘制要在3D空间数据场中获取等值面的方法有很多，在各类提取等值面的算法中，最为经典的是在各类等值面提取方法中最经典的是由W.E.Lorenson和H.E.Cline1987年提出的移动立方体法(MarchingCubes)[17]，该算法设定3D数据场中遍布了边长固定的立方体，并给定阈值（等值面值），然后从第一个立方体开始，在其棱上找到所有原始数据值等于等值面值的点，并连接这些点，于是便得到了一些三角片面，连接数据场中所有立方体中的三角片面，最终即可得到如图2-2所示的轮廓外形。由于面绘制计算机速度快，计算量小，因此也被广泛采用，但是面绘制不能观测其内部信息的缺点，使得其在数据分析上具有比较大的瓶颈，尤其是在医学、洋流等需要充分获取数据内部信息的领域，面绘制无法达到目标，所以，目前在科学数据3D成像和分析方面，体绘制成为了最主流的方法。2.2.2体绘制面绘制需要创建中间几何元（等值面），并通过拟合得到体数据的轮廓展示，这种轮廓是一种近似表达[18]。而体绘制不需要创建中间几何元，它是一种直接通过原始体数据，将体素值（某些物理性质的属性值）通过传递函数，计算成为颜色和不透明度，直接生成3D视图，并利用投影计算，将其投影到2D屏幕上的绘制方法，体绘制的示意图如图2-3所示。由于空间体数据的所有体素值都参与了体绘制的过程，因此体绘制能够完整的展示出原始数据的视图，包括数据内部的细节信息。图2-3体绘制
本文编号：3066427
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