支持体三维显示的体素化算法研究与可视化平台开发

体三维显示技术是目前计算机图形图像领域的前沿研究方向之一。与传统二维平面显示器不同,体三维显示器是一种真正具有立体效应的显示器,它利用体视化技术能够在真实的立体空间提供具有实际三维物理深度的图像显示。 本文旨在研究支持体三维显示系统的三维体数据的获取及显示问题。体视化利用离散体素形式来描述物体,但目前专门的体素模型造型工具还没有投入使用,大多数三维模型采用面图形的造型方法。本文从实际需求出发,提出将现有三维物体的表面表示形式转换成最接近该物体的体素表示形式,获取支持体三维显示的体数据。这个过程称为体素化。 体素化通过对连续模型进行空间采样获得体数据。目前的体素化大多利用传统的笛卡尔栅格进行离散采样,存在采样效率低、采样数据量庞大的问题。本文通过采样效率分析得出结论:在三维空间中,体心立方(BCC)栅格是一种效率最优的采样栅格。受基于欧氏距离判断的体素化算法启发,本文设计了一种适用于包括BCC采样栅格和笛卡尔采样栅格在内的体素化算法,推广了原算法的应用范围。分别利用两种采样栅格实现了对3DS模型的体素化,构建了体三维显示的可视化仿真平台,并在体三维显示器中得到了验证。实验表明,在不损失模型精度的情况下,BCC栅格比笛卡尔栅格节省约30%的采样数量,而体素模型的实际体素量则降低40%～50%,这对于降低体数据的存储空间和传输带宽十分有利。