基于特征变形的体数据图示可视化方法研究

复杂体数据可视化过程中存在的对象之间互相遮挡、混杂、噪声等问题是观察体数据内部结构关系的一大难题。为了能更清楚地观察内部对象细节，同时保留周围的相关物质，本项目研究一种针对体数据的通用变形方法，综合考虑对象的变形特点，沿着体数据中对象的特征面进行基于语义的交互式切割、解剖、剥离等变形操作，提供一种更正确、更清晰的图示效果，使用户可以多角度、多层次的观察被隐藏的感兴趣对象及其周围数据。本项目主要研究内容包括：研究基于并行计算的体数据分割算法，解决分割结果的不确定性度量问题，实现交互式特征提取；基于空间变形技术，提出一种通用一致的变形方法，解决切割、解剖等不连续变形中断裂区域不连续问题；基于特征的粘弹性特征，提出变形的约束准则，解决变形过程中自相交等问题。本项目将促进变形技术在可视化技术中的应用，为复杂体数据的可视化提供新的思路，为领域内的学习和教育提供新的交互式图示可视化方法。

复杂体数据可视化过程中对象之间互相遮挡和混杂是观察体数据内部结构关系的一大难题.本项目从体数据的特征提取、边界不确定性分析和体数据变形等多个方面探索解决方案.本项目首先通过并行的特征提取来建立对象的特征结构,在充分考虑物质边界的不确定性的基础上,沿着对象的特征面进行交互式切割、解剖、剥离等变形操作,使用户可以多角度多层次的观察被隐藏的对象.本项目还结合现代浏览器技术,研究了基于HTML5的展示平台,并尝试将项目研究成果移植到该平台,以实现更便捷的跨平台访问..本项目主要研究内容包括：.1.研究了基于并行均值漂移算法的交互式特征提取方法.本项目实现了一个基于GPU的交互式体数据特征提取原型系统.系统通过体数据的自适应空间划分存储方法,降低冗余信息的存储量.系统还通过动态更新和路径传递机制来降低计算量,提高均值漂移算法的效率.系统提供了灵活的交互手段,用户更自由的实现特征提取和体数据绘制..2.研究了边界体元不确定计算方法和绘制方法.本项目以体数据中边界体元的分类不确定性为研究对象,提出了基于多尺度空间的边界体元中多种物质的概率分布计算方法,并采用信息熵度量边界体元的不确定性,然后使用颜色渐变的方式将不确定性信息叠加绘制在表面模型上..3.研究了基于位移纹理的体数据的变形方法.本项目实现了基于三维位移纹理交互式体数据变形原型系统.该系统提供了基本形变模板,如切片、膨胀、剥离等.用户可以交互的设计变形模版的大小、变形的位置、变形的程度等参数,还可以通过融合简单的变形模板获得复杂的变形模板.本系统还解决了变形点和不连续点的法向量计算问题,保证了变形后的绘制效果..4.研究了基于HTML5的体数据可视化系统.本项目还实现了面向现代浏览器的医学影像可视化系统.系统使用了WebWorkers异步数据技术、WebGL技术和自定义传输协议,实现高效的基于Web的体数据交互式可视化系统.我们还正在进一步尝试将本项目的研究成果移植到该平台,以实现更便捷的跨平台用户访问..另外,在本项目的支持下,研究团队积极参加可视化领域的国际顶级会议.研究团队连续三年参加了IEEE VIS组织的国际可视分析挑战赛,并获得了三项一等奖奖和一项二等奖.通过项目研究和参加竞赛,充分锻炼了研究团队的研究能力,积累了宝贵的经验,并为进一步推动我国可视化领域的发展,做出了积极的贡献.