虚拟手术系统中渲染方法研究与程序实现

发布时间：2021-01-27 07:57

　　本文从虚拟手术系统中存在的问题以及现有的先进渲染方法入手,研究虚拟手术系统中的渲染方法,渲染在虚拟手术系统中的需求:（1）将抽象的数据转化为精准的图形动画呈现出来;（2）保证实时性,即保证动画的渲染速度与后台程序的输出速度之间不会有太大的延迟性;（3）在允许的条件下,利用一些算法达到更好的且后台计算程序不能做到的视觉效果。本文主要工作如下:可编程着色器技术的渲染方法是利用现代GPU硬件的特点结合可编程着色的方法来实现虚拟手术系统中变形程序的实时渲染技术。基于凹凸映射方法来渲染虚拟手术系统中的模型,主要是对传统凹凸映射方法进行改进:通过使用“桶”来记录法向量的偏置量,使用一个时间戳来记录用户改变视口的行为轨迹,来克服其只能在二维图形中使用的缺点,将其适用范围扩展到三维图形,最后将其应用于虚拟手术系统中切割时的渲染方法。曲面细分方法改进了基于四叉树来记录细分层次的曲面细分算法来优化对模型进行曲面细分时的渲染速度,能够极大的减少卡顿现象。对于在遍历基于每个片元所生成的四叉树时产生的发散现象,将每个不同的四叉树看做一个图结点,每个片元之间的拓扑关系看成边的关系来形成加权无向图,并利用图算法来快... 

【文章来源】：哈尔滨理工大学黑龙江省

【文章页数】：81 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究的背景和意义
        1.1.1 研究背景
        1.1.2 研究意义
    1.2 研究现状
        1.2.1 可编程着色器技术的研究现状
        1.2.2 凹凸映射技术的研究现状
        1.2.3 曲面细分技术的研究现状
        1.2.4 位移映射技术的研究现状
    1.3 课题来源
    1.4 本论文主要研究的内容
第2章 基于可编程着色器的虚拟手术系统渲染
    2.1 引言
    2.2 基于可编程着色器的渲染方法
        2.2.1 GPU管线概述
        2.2.2 可编程着色模型
        2.2.3 顶点着色器Vertext Shader
        2.2.4 几何着色器The Geometry Shader
        2.2.5 像素着色器Pixel Shader
        2.2.6 合并阶段The Merging Stage
        2.2.7 效果Effect
    2.3 算法设计与程序实现
    2.4 实验结果分析
        2.4.1 实时渲染中的速度性能
        2.4.2 实时渲染中的显示性能
    2.5 本章小结
第3章 基于凹凸映射的虚拟手术系统渲染方法研究
    3.1 引言
    3.2 基于凹凸映射的渲染方法
        3.2.1 基本理论
        3.2.2 凹凸映射的基本效果
    3.3 算法设计与程序实现
    3.4 实验结果分析
    3.5 本章小结
第4章 基于曲面细分的虚拟手术系统渲染方法研究
    4.1 引言
    4.2 基于曲面细分的渲染方法
        4.2.1 离线部分
        4.2.2 实时部分
        4.2.3 存在的问题与解决方法
    4.3 算法设计与程序实现
    4.4 实验结果分析与对比验证
        4.4.1 实时渲染中的速度性能
        4.4.2 实时渲染中的显示性能
        4.4.3 实时渲染中的计算性能
    4.5 基于曲面细分的渲染方法在虚拟手术系统中的应用
        4.5.1 应用在虚拟手术系统中的基本操作流程
        4.5.2 在虚拟手术中应用的结果
    4.6 本章小结
第5章 基于位移映射的虚拟手术系统渲染方法研究
    5.1 引言
    5.2 基于位移映射的渲染方法
        5.2.1 第一阶段（准备）
        5.2.2 第二阶段（碰撞检测与体素化）
        5.2.3 第三阶段（表面变形）
    5.3 算法设计
    5.4 本章小结
结论
参考文献
致谢



本文编号：3002724