体绘制基本概念

1、体绘制基本概念体绘制描绘了一种支持三维数据可视化的一种技术；体绘制是三维空间的采 样功能，计算彩色半透明物体的二维可视化的技术；目前，体绘制主要的应用领 域是医学成像领域，其中，所用到的体积数据可以从CT扫描仪和PET扫描仪获 得；CT扫描仪产生的是平行的平面图像的三维堆叠，每一张都包含了射线吸 收系数的阵列；典型的X射线CT影像有512*512*12的位分辨率，届时在一个 堆栈中将会有多达50张幻灯片；幻灯片厚15毫米，并且被隔开15毫米； CT图像比传统的X射线图像的优点在于，它们只包含了一个平面中的信息；另 一方面，传统的X-射线图像，包含了所有平面的信息，并且结果是描述任何吸 收了X射

2、线的组织，骨骼，内脏等密度函数的阴影的累积。体绘制最重要的功能就是向用户显示物体的内部细节。利用体绘制技术的特 点，我们可以在图像中观察该物体的内部物质分布情况。体数据体数据记录了三维空间中，每个离散格点上的值。虽然体数据和面数据都是 三维的，但是体数据包含的是整个物体的细节信息，而面数据包含的仅仅是物体 的等值面信息。只要是包含了物体细节信息的数据，都可以称之为体数据。体素体素空间为一个归一化的立方体空间，利用分辨率为nXnXn的三维笛卡尔 栅格在3个轴向上等间隔采样，采样点位于栅格点；把采样点的一个小邻域定义 为一个体素，是一个以采样点为中心的立方体单元。由于像素在二维空间中用X 和Y坐标

3、定义了二维空间上的一个点，所以我们需要第三个坐标Z。在三维空间 中每个坐标都是对于位置，颜色或密度等的定义；利用这些信息和体显示软件， 我们可以从不同角度观察一个图像的二维显示。在实际的采样中，会给出相邻体 素之间的间隔数据，表示相邻体素的间隔，如下图：图1：体素体纹理体纹理是能够用于绘制原始的点或线的体素的三维集合。每个原始的点都需 要三元素的纹理坐标。物体被组织成切片，可以将它堆叠出以宽度x高度为二维 表面的宽度X高度X深度的物体。体数据存储的最主要的文件格式就是体纹理。其实，体纹理就是体数据按照一定规则存放得到的，换句话说体纹理就是另外一 种形式的体数据。Phong模型在可接受的结果和处

4、理成本之间达到均衡的计算机图形学“标准”反射模型 是Phong模型。就物体表面属性和入射光的性质而言，Phong模型描述了光与表 面的相互作用。反射模型是观察三维阴影对象外观的基本因素，它使得一个物体 的二维屏幕投影看起来更真实；Phong模型的反射光考虑的是环境光，漫反射 光和镜面反射光。表面一点的光强度为这三个分量的线性组合。首先，光源是Phong模型的重要因素。光源是那些能够产生光的东西，比如 太阳。但并不是所有会发光的物体都是光源，一些物体本身不产生光，但是会反 射光（比如物体的表面等），我们称其为反射光源。通常我们能看到一个的物体， 是因为它反射了光源的光和其他物体表面的反射光。材质

5、也是影响Phong模型的 重要因素，材质的颜色是由它反射的光的组成来决定的，材质表面的光滑程度会 影响其反射的光的量1环境光反射光可分为环境光、漫反射光和镜面反射光3种类型。环境光是墙壁和物 体多次反射的结果，并从物体表面的各个方向入射。环境光强度可表示为：/广ph其中，I为环境光反射强度；/为环境光的光强度；k为环境光反射系数，并 apaa且 0 k 1。a2漫反射光我们周围的大多数物体自己不会发光。相反，他们吸收日光或人造光源的灯 光，并反射这些光的一部分。反射是由于入射光与表面材料之间的分子相互作用。 当被白光或彩色反射光照亮的时候，由于漫反射的作用，物体会反射有颜色的光。 表面是一个在

6、各个方向上均匀散光的完美扩散器。这意味着观察者看到的反射光 的量不依赖于观察者的位置。漫反射光强度可由郎伯余弦定律给出：对于一个漫 反射物体，其表面的反射光强度与入射光和表面法向量夹角的余弦成正比，即：1 广其中，I为物体表面漫反射光强度；I为光源的光强度；k为漫反射系数， dpdd由材料的属性和入射光的波长决定（0kd b _b妃bpapdps首先，假设, N 0, R0, V0是与L, N , R , V相对应的单位向量;图3：孔,气巴,V0的关系由上图可知：cos i = (N - L )cos0 = (R V )R0 = 2cosi - N0 - L0又因为cos0= (R -V )会用(N -H )来代替，其中，H为以沿L和V为入 00000射光线和反射光线的平面法向量