基于GPU的实时光线投射算法
ＣｏｍｐｕｔｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ计算机工程与应用２００８，４４（９）
１引言
直接体绘制是非常重要的体数据三维可视化技术，目前主要包括以下几种算法：ＲａｙＣａｓｔｉｎｇ算法、Ｓｐｌａｔｔｉｎｇ（ＦｏｏｔＰｒｉｎｔ）算法、Ｓｈｅａｒ－Ｗａｒｐ算法、ＭＩＰ算法、３ＤＴｅｘｔｕｒｅＭａｐｐｉｎｇ（三维纹理映射）算法等，它们的优点在于绘制时不需要生成中间几何图元，而是根据离散的三维体数据标量值直接绘制成像，绘制过程充分利用了体数据标量值来获得全局信息。然而，体数据的存储量非常大，直接体绘制又涉及大量的插值运算和颜色混合运算，计算量巨大，这些算法往往难以满足体绘制积分实时成像和交互式帧率的要求。随着对直接体绘制技术研究的不断深入，产生了多种体绘制加速技术，如射线提前终止法、自适应采样法、空间跳跃采样法、基于模板的加速算法、基于有效组织等方法，但是从目前的研究结果看，要实现体数据的实时绘制，必须走软硬件结合的道路，充分利用软件和硬件的能力，来解决实时绘制时图像绘制速度与绘制质量之间的矛盾。
为了获得实时高质量的体绘制图像，基于图形硬件的体绘制方法已成为目前最具有优势的发展方向。当前，可编程图形硬件发展迅速，其ＳＩＭＤ（ＳｉｎｇｌｅＩｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＤａｔａ）的高度并行计算和多数据流处理能力强大，数据传输带宽不断提升；而且显存容量日益增大，多数中低端通用显卡的显存容量都已经达到１２８ＭＢ或者２５６ＭＢ，高端的甚至达到５１２ＭＢ，使得中小规模甚至大规模的体数据可以一次性地以三维纹理形式装入显存，避免了由于显存过小而将体数据进行分块造成的系统主存到纹理内存之间的体块数据并行传输所导致的绘制效率严重下降问题［１］。因此，利用图形硬件的三维纹理功能进行体绘制是当前最为高效的体绘制方法，同时还可以应用相应的体绘制加速技术。
本文以光线投射算法为基础算法，用预积分分类法对体数据标量值进行分类转换，充分利用ＧＰＵ并行数据流处理的能力，在通用ＰＣ的图形硬件上实现基于ＧＰＵ的快速光线投射体绘制算法。光线投射算法具有图像绘制质量高，视点变换不会造成图像走样和突变，且绘制性能与数据规模无关的特点。而预积分分类法对任何非线性传递函数，都能在不增加采样率的情况下为体绘制积分方程赋于正确的颜色值和不透明度值，从而保证绘制图像的质量。绘制时首先将体数据标量值读出后以三维纹理形式一次性全部装入纹理内存，然后将计算出来的预
基于ＧＰＵ的实时光线投射算法
何晶，陈家新，黎蔚
ＨＥＪｉｎｇ，ＣＨＥＮＪｉａ－ｘｉｎ，ＬＩＷｅｉ
河南科技大学电子信息工程学院，河南洛阳４７１００３
Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ＆ＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｌｌｅｇｅ，ＨｅｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｌｕｏｙａｎｇ，Ｈｅｎａｎ４７１００３，Ｃｈｉｎａ
Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｅｊｉｎｇ＿ｈｊ２００６＠１２６．ｃｏｍ
ＨＥＪｉｎｇ，ＣＨＥＮＪｉａ－ｘｉｎ，ＬＩＷｅｉ．ＲｅａｌｔｉｍｅＧＰＵ－ｂａｓｅｄｒａｙｃａｓｔｉｎｇ．ＣｏｍｐｕｔｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，２００８，４４（９）：４０－４２．
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｅｓｅｎｔｓａｖｏｌｕｍｅｒｅｎｄｅｒｉｎｇａｐｐｒｏａｃｈｏｎｃｕｒｒｅｎｔｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅｃｏｎｓｕｍｅｒｇｒａｐｈｉｃｓｈａｒｄｗａｒｅｕｓｉｎｇｒａｙ－ｃａｓｔｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｎｔｈｅｆｒａｇｍｅｎｔｓｈａｄｅｒｏｆＯｐｅｎＧＬ２．０，ｗｈｉｃｈｅｘｐｌｏｉｔｓｔｈｅｎｅｗｆｅａｔｕｒｅｓｏｆｍｏｄｅｒｎｃｏｎｓｕｍｅｒｇｒａｐｈｉｃｓｈａｒｄｗａｒｅ．ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｐｒｏｃｅｓｓｔｈｅＬａｒｇｅＶｏｌｕｍｅＤａｔａＳｅｔｓ，ｉｎｔｈｅｆｉｒｓｔｗｅｄｉｒｅｃｔｌｙｌｏａｄｔｈｅｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃｄａｔａｉｎｔｏｔｅｘｔｕｒｅｍｅｍｏｒｙ，ｗｈｉｃｈｈａｓａｌ－ｒｅａｄｙｄｅｆｉｎｅｄｉｎｔｈｅｆｏｒｍｏｆ３Ｄｔｅｘｔｕｒｅ．Ｉｎｔｈｅｓｅｃｏｎｄｗｅｕｔｉｌｉｚｅｐｒｅ－ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｑｕａｌｉｔｙｏｆｒｅｎｄｅｒｉｎｇ．Ａｔｌａｓｔ，ｇｒａｄｉｅｎｔｓａｒｅｃｏｍｐｕｔｅｄｉｎｒｅａｌ－ｔｉｍｅ，ｗｈｉｃｈｇｒｅａｔｌｙｉｍｐｒｏｖｅｓｔｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｒａｙ－ｃａｓｔｉｎｇ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅａｐｐｒｏａｃｈｃａｎａｃｈｉｅｖｅｈｉｇｈｑｕａｌｉｔｙｉｍａｇｅａｎｄｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅｆｒａｍｅｒａｔｅｓ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒａｙｃａｓｔｉｎｇ；ｔｈｅｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅｇｒａｐｈｉｃｈａｒｄｗａｒｅ；ｆｒａｇｍｅｎｔｓｈａｄｅｒ；３Ｄｔｅｘｔｕｒｅ
摘要：介绍了一种基于ＧＰＵ（可编程图形处理单元）的快速实时光线投射算法。为满足大规模体数据集的绘制要求，利用当前ＧＰＵ的新特性，直接将体数据作为纹理载入显存，采用预积分分类方法在ＧＰＵ中对体数据进行重采样和分类，避免了计算机主内存与ＧＰＵ纹理内存之间数据交换的瓶颈问题；利用硬件支持的三维纹理和片元着色器，实时计算每个体素的梯度，实现高质量的光照，保证高质量的图像绘制效果。实验结果表明该方法在医学三维数据场可视化中，能够实时、高效地生成高质量的交互式体可视化图像。
关键词：光线投射；可编程图形硬件；片段着色器；三维纹理
文章编号：１００２－８３３１（２００８）０９－００４０－０３文献标识码：Ａ中图分类号：ＴＰ３１７．４
基金项目：国家自然科学基金（ｔｈｅＮａｔｉｏｎａｌＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａｕｎｄｅｒＧｒａｎｔＮｏ．６０６４２００９）。
作者简介：何晶（１９７９－），男，硕士研究生，主要研究方向为计算机图形图像处理与虚拟现实技术；陈家新（１９６２－），男，教授，博士，主要研究方向为虚拟现实技术、计算机图形与图像处理、智能控制；黎蔚（１９６０－），女，副教授，主要研究方向为计算机图形图像处理与虚拟现实技术。
收稿日期：２００７－０９－１８修回日期：２００７－１１－３０
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２００８，４４（９）
ｓｌｉｃｅ－ｂｙ－ｓｌｉｃｅｓｌａｂ－ｂｙ－ｓｌａｂ
图１体数据分类示意图
Ｃｏｍｐｕｔｅｖｏｌｕｍｅｅｎｔｒｙｐｏｓｉｔｉｏｎ
Ｃｏｍｐｕｔｅｔｈｅｒａｙｄｉｒｅｃｔｉｏｎ
Ｗｈｉｌｅｉｎｖｏｌｕｍｅ
Ｌｏｏｋｕｐｄａｔａｖａｌｕｅａｔｒａｙｐｏｓｉｔｉｏｎ
Ａｃｃｕｍｕｌａｔｅｃｏｌｏｒａｎｄｏｐａｃｉｔｙ
Ａｄｖａｎｃｅａｌｏｎｇｒａｙ
图２基于光线投射算法的片段程序伪码
ｓ（ｘ（!））
ｓｂ＝ｓ（ｘ（（ｉ＋１）ｄ））
ｓｆ＝ｓ（ｘ（（ｉｄ））
ｉｄ（ｉ＋１）ｄ
ｄ
ｘ（ｉｄ）ｘ（（ｉ＋１）ｄ）ｘ（!）
!
图３沿视线ｘ方向对ｓ（ｘ）采样
积分查找表以二维纹理形式装入显存，最后在片段着色器中实现光线投射算法，在保证较高图像质量的前提下绘制速度可以达到实时交互的帧率。此外，还可以在片段中实时计算梯度，实现体绘制的明暗处理。
２相关研究
２．１基于三维纹理映射的体绘制方法
基于三维纹理体绘制方法最早是由Ｃｕｌｌｉｐ［２］等人在１９９３年提出，Ｃａｂｒａｌ［３］于１９９４年采用三维纹理映射的方法实现了对大小为２５６３的体数据的交互式绘制。采用基于３Ｄ纹理映射的体绘制时，用整个体数据生成一个３Ｄ纹理，同时确定体数据空间坐标和体数据３Ｄ纹理坐标的转换关系，根据这个关系，可以确定片层多边形各个顶点的３Ｄ纹理坐标，从而可以利用３Ｄ纹理硬件的三线性插值计算片层多边形内部各个采样点上的体数据采样值。基于三维纹理硬件的直接体绘制方法最大的缺点是缺少光照，图像真实感不强。尽管后来Ｒｅｚｋ－Ｓａｌａｍａ［４］和Ｄｅｃｈｉｌｌｅ［５］等人对该方法进行改进添加了光照，但是由于所有的明暗处理操作都是基于经过插值的非归一化的梯度进行的，造成了光照的伪影和绘制速度的下降。
２．２分类方法
在计算体绘制积分时，由于获得颜色和不透明度值方法的不同，最终所产生的图像质量也会有较大差别。根据插值运算和应用传递函数两者的先后顺序，可将分类方法分为先分类和后分类两种。由于后分类体绘制方法能更加准确地产生采样点的光学属性，也因此能生成较好质量的图像。然而，先分类和后分类体绘制积分都没有很好地解决重构三维数据场所需的采样频率问题。进行体绘制积分时，若采样频率不能满足该奈魁斯特频率（ｔｈｅＮｙｑｕｉｓｔｆｒｅｑｕｅｎｃｙ），会造成图像质量下降，但是过高的采样频率又会增加运算量，降低绘制速度。
为了解决采样频率的问题，ＫｌａｕｓＥｎｇｅｌ［６］等人于２００１年提出了预积分分类法。基于预积分分类的体绘制积分方法计算射线Ｘ上相邻两个采样点之间线段的颜色和不透明度，而其它分类方法只计算每个采样点位置的颜色和不透明度。因此与一般的体绘制方法相比，预积分分类体绘制方法计算图像象素强度Ｉ时，首先对射线上每个小线段进行积分，得到厚度为ｄ的薄板层的颜色和不透明度值，再进行体绘制积分运算；而先分类和后分类的方法只计算采样点处的颜色和不透明度值作体绘制积分运算，因此也称前者为ｓｌａｂ－ｂｙ－ｓｌａｂ的积分方式，后者为ｓｌｉｃｅ－ｂｙ－ｓｌｉｃｅ积分方式。如图１所示。
对于任何非线性传递函数，预积分分类的体绘制方法都能够在不增加标量场ｓ（ｘ）的采样频率的情况下，正确为体绘制积分方程赋值，降低了重构三维连续数据场所需的奈魁斯特频率。因此，能够提高体绘制方法的执行效率，并同时获得较高的图像质量。
３基于ＧＰＵ的光线投射算法
随着半导体芯片集成度的提高，图形处理芯片ＧＰＵ（ＧｒａｐｈｉｃＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）的并行处理能力和处理速度越来越强。现在的ＧＰＵ不仅并行处理能力远远超过了ＣＰＵ，而且抛弃了过去的固定渲染管线，大多数ＧＰＵ开始支持动态循环和分支，成为灵活的可编程管线。而基本的光线投射算法非常适合片段着色器的这种并行流处理，因此很容易在片段着色器中实现该算法［７］，其伪代码基本如图２所示。
３．１预积分分类法
预积分分类法可以获取较高的图像绘制质量，然而预积分查找表的计算比较费时。查找表有三个参数，分别为线段起始位置的标量值ｓｆ＝ｓ（ｘ（ｉｄ）），线段末尾位置的标量值ｓｂ＝ｓ（ｘ（（ｉ＋１）ｄ））和线段的长度ｄ。如果线段长度ｄ为常数，即各线段长度相等，则查找表只需两个参数，即只依赖于ｓｆ和ｓｂ，这样可以减少计算量。如图３。
ＫｌａｕｓＥｎｇｅｌ等人对查找表进行了优化：首先是设定射线Ｘ的采样长度ｄ为常量，这样查找表就降为二维，只有变量ｓｆ和ｓｂ；其次当传递函数只对特定的标量值ｓ做局部变动时，没有必要重新计算整个查找表，而只对产生变化的那一部分重新
计算；最后通过对传递函数ｃ!（ｓ）和τ（ｓ）引入积分函数加速方程求解。因此，相应的不透明度和颜色计算公式为：
#（ｓｆ，ｓｂ，ｄ）≈１－ｅｘｐ（－
ｄ
ｓｂ－ｓｆ
（Ｔ（ｓｆ）－Ｔ（ｓｂ）））（１）
ｃ!（ｓｆ，ｓｂ，ｄ）≈ｄ
ｓｂ－ｓｆ
（Ｋ（ｓｂ）－Ｋ（ｓｆ））（２）其中Ｔ（ｓ）＝
ｓ
０
#τ（ｓ）ｄｓ，Ｋ（ｓ）＝ｓ０#ｃ!（ｓ）ｄｓ。
３．２基于片段着色器的高质量光照
在利用纹理映射绘制体数据时，为了实现光照处理就必须提供相应体数据的表面梯度，然而着色器并不直接提供梯度计算。倘若预先计算梯度会造成两方面的问题：一是梯度计算非
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２００８，４４（９）绘制算法普通ＧＰＵｒａｙｃａｓｔｉｎｇ算法
本文算法
体数据
ＥｎｇｉｎｅｈｅａｄＦｏｏｔ
ＥｎｇｉｎｅｈｅａｄＦｏｏｔ
数据规模
２５６＊２５６＊１１０２５６＊２５６＊２２５２５６＊２５６＊２５６
２５６＊２５６＊１１０
２５６＊２５６＊２２５２５６＊２５６＊２５６
预处理／ｓ１６．２１３．５１３．１０．２４０．２８０．２８
显存占用／ＭＢ３０．８５６．２４８．０７．０４１４．４１６．４
帧速率／（ｆ／ｓ）
１０．８７．２７．２１４．７９．８９．８
表１
普通ＧＰＵｒａｙｃａｓｔｉｎｇ算法与本文算法绘制结果对比
常耗时，计算出来的梯度数据量将会是体数据量的３倍，而且一些计算结果用不上；二是体数据和梯度同时载入纹理内存将会占用４倍于体数据的纹理内存，这样必然不利于处理大规模的体数据。因此，基于片段着色器的可编程特性，我们考虑实时计算梯度，在片段着色器中应用Ｐｈｏｎｅ光照模型进行光照渲染。具体步骤如下：
步骤１利用片段着色器中的卷积操作，对纹理采样获得当前采样点的标量值和其周围采样点的标量值计算该点的梯度值（Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚ），并进行归一化处理。这里可以采用中心差分或者３×３×３的Ｓｏｂｅｌ算子，由于中心差分采用６邻域来计算中心体素的梯度，而３×３×３的Ｓｏｂｅｌ算子采用２６邻域计算梯度，相对来说３×３×３的Ｓｏｂｅｌ算子计算的梯度值更为准确。
步骤２根据光照方向矢量Ｌ和观察者视线Ｖ计算半角矢量Ｈ。
Ｈ＝
Ｌ＋Ｖ｜Ｌ＋Ｖ｜
（３）
步骤３将ｋａ环境光系数，ｋｄ散射光系数，ｋｓ镜面光系数作为一致变量传入着色器。
步骤４根据Ｐｈｏｎｇ光照模型进行光照计算。Ｉ＝ｋａＩａ＋ｋｄＩｌ（Ｎ?Ｌ）＋ｋｓＩｌ（Ｎ
?Ｌ）ｎｓ
（４）
４实验结果与讨论
本文应用三维纹理映射和片段着色器，实现了基于ＧＰＵ
的实时光线投射算法。试验平台为：ＡＭＤ双核３６００＋，５１２ＭＢ内存，ＮＶＩＤＩＡＧｅＦｏｒｃｅ７１００（１２８ＭＢ显存），操作系统为Ｗｉｎ－ｄｏｗｓＶｉｓｔａ。采用ＶＣ＋＋和ＯｐｅｎＧＬ２．０对算法进行了实现，结果表明该算法能够实时生成高质量的可视化图像。表１显示了对三组ＣＴ扫描体数据进行绘制的性能参数。其中预处理时间为少量计算和体数据载入图形硬件的时间。
可以看出由于体数据一次性装入纹理内存，光照明暗处理所需要的归一化梯度采用实时计算，避免了存储梯度所需的巨大纹理内存空间，整个纹理内存占用量只为普通算法的四分之一。对比一般体绘制软件算法，本文的算法大大节约了体数据的预处理时间，而且显存的占用基本上是普ＧＰＵ体绘制算法的四分之一，同时保证了实时交互所需要的帧率。图４为对头部和脚部的绘制结果，绘制图象清晰，可以清楚地显示出体数据中的内部结构。
５结论
本文提出一种有效的基于ＧＰＵ的快速光线投射算法，避免了ＣＰＵ与ＧＰＵ之间的数据交换，利用ＧＰＵ的高度并行计算和多数据流处理能力计算梯度，对体数据进行光线投射计算，明显减少了预处理计算梯度的时间，节省了软件算法中梯度存储所需的显存。实验证明，该算法充分利用了通用图形硬件灵活的纹理操作和强大的并行处理能力，避免了体数据的巨大计算量成为体绘制的瓶颈。采用普通ＰＣ机上的可编程图形处理器使得我们能够由硬件加速完成过去只能由软件计算完成的直接体绘制方法，而且能与软件计算方法得到同样的结果，绘制速度和性能得到极大的提高，能够满足大规模体数据实时绘制的需要。
参考文献：
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１９９４：９１－９８．［４］Ｒｅｚｋ－ＳａｌａｍａＣ，ＥｎｇｅｌＫ，ＢａｕｅｒＭ，ｅｔａｌ．Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅｖｏｌｕｍｅｒｅｎｄｅｒ－
ｉｎｇｏｎｓｔａｎｄａｒｄＰＣｇｒａｐｈｉｃｓｈａｒｄｗａｒｅｕｓｉｎｇｍｕｌｔｉｔｅｘｔｕｒｉｎｇａｎｄｍｕｌｔｉ－ｓｔａｇｅｒａｓｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ［Ｃ］／／ＰｒｏｃｏｆＥｕｒｏｇｒａｐｈｉｃｓ／ＳＩＧＧＲＡＰＨＷｏｒｋ－ｓｈｏｐｏｎＧｒａｐｈｉｃｓＨａｒｄｗａｒｅ，Ｉｎｔｅｒｌａｋｅｎ，Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ，Ａｕｇｕｓｔ２０００：１０９－１１８．
［５］ＤａｅｈｉｌｌｅＦ，ＫｒｅｅｇｅｒＫ，ＣｈｅｎＢ，ｅｔａ１．Ｈｉｇｈ－ｑｕａｌｉｔｙｖｏｌｕｍｅｒｅｎｄｅｒ－
ｉｎｇｕｓｉｎｇｔｅｘｔｕｒｅｍａｐｐｉｎｇｈａｒｄｗａｒｅ［Ｃ］／／ＰｒｏｃｏｆＥｕｒｏｇｒａｐｈｉｃｓ／ＳＩＧ－ＧＲＡＰＨＷｏｒｋｓｈｏｐｏｎＧｒａｐｈｉｃｓＨａｒｄｗａｒｅ，Ｌｉｓｂｏｎ，Ｐｏｒｔｕｇａｌ，Ａｕｇｕｓｔ１９９８：
６９－７６．［６］ＥｎｇｅｌＫ，ＫｒａｕｓＭ，ＥｒｔｌＴ．Ｈｉｇｈ－ｑｕａｌｉｔｙｐｒｅ－ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｖｏｌｕｍｅｒｅｎ－
ｄｅｒｉｎｇｕｓｉｎｇｈａｒｄｗａｒｅ－ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄｐｉｘｅｌｓｈａｄｉｎｇ［Ｃ］／／Ｅｕｒｏｇｒａｐｈｉｃｓ／ＳｉｇｇｒａｐｈＷｏｒｋｓｈｏｐｏｎＧｒａｐｈｉｃｓＨａｒｄｗａｒｅ’
０１，ＡｎｎｕａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅＳｅｒｉｅｓ．Ａｄｄｉｓｏｎ－ＷｅｓｌｅｙＰｕｂｌｉｓｈｉｎｇＣｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ，２００１：９－１６．［７］ＳｔｅｇｍａｉｅｒＳ，ＳｔｒｅｎｇｅｒｔＭ，ＫｌｅｉｎＴ，ｅｔａｌ．Ａｓｉｍｐｌｅａｎｄｆｌｅｘｉｂｌｅｖｏｌ－
ｕｍｅｒｅｎｄｅｒｉｎｇｆｒａｍｅｗｏｒｋｆｏｒｇｒａｐｈｉｃｓ－ｈａｒｄｗａｒｅ－ｂａｓｅｄｒａｙｃａｓｔｉｎｇ［Ｃ］／／Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ
ｏｆｔｈｅＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＷｏｒｋｓｈｏｐｏｎＶｏｌｕｍｅＧｒａｐｈｉｃｓ’０５，２００５：１８７－１９５．
４２
光线基本概念
光线基本概念 1、什么是光线：(1)显现物质面貌，(2)展现物质形状。一种客观认识（自然现象），揭示物质形状、结构、色彩、质地、空间和距离的主要物体。 (3)摄影与影视艺术创作灵魂。是电影、电视艺术生存的媒介和造型生命，一种艺术创作的活动。摄影师对光线认识是对物质鲜明特征的体验，心理活动认知。是反映自然美景的先决条件，反映色彩暖意层次变化条件。主观认识。带有情感认识。 4、光源：指能发光的物体。（提问：生活中有几种光源？） 1)自然光源？（有几种类？） 有太阳、月亮、星体、闪电、萤火虫光、深海鱼. 3)光源强度：指可见光源辐射出的紫外线和红外线。（什么时段光照强度最大） 按光质分： 自然光源、人工光源,混合光源 第一节色彩学基本认识 一、色彩的认识：观赏《9阳朔5分.flv》 1、自然现象：●色彩与光线密不可分，“色从光来，光随色变”。●色彩是一种自然现象，色与“光谱”有关，自然界有五彩缤纷色彩，都是光谱变化组成，色彩与生活紧密联系一起。 2、产生联想与情感：色彩是视觉语言，●色彩是人类情感反映重要元素，不同色彩对人类情感反映不同，直接刺激人的视觉感观。如天空、海边是蓝色，给予宁静、广阔、浩瀚感受；太阳红色给予热情、力量、危险等色彩。●带给人们各种联想与情感。举例：红色、白色等。 3、影视表现手段：色彩是影视创作重要表现手段。色彩是影视语言重要造型元素，如《红高粱》《黄土地》等。 4、人眼视觉反映：人眼对色彩视觉反映强烈，取决于光源颜色与物体本身色彩。 二、色彩基本特性观赏< 10色彩甘南9分.FLV > 1、物理特性。＊色彩构成由两部分：1）自然光线产生，光谱波长不同产生色彩。2）物体反射产生，如红色衣服等。 2、基本属性。（共三种）色彩学基本属性：色彩是视觉语言另一属性语言，是人眼视觉反映重要元素，改变人的情绪与态度。也影视造型情感元素。1）色彩是物质存在形式，生活中色彩较复杂，每天面对各种色彩变化，2）色彩由红绿蓝三原色组合，有种类、深浅、鲜艳等组成，呈现出色别、色调、纯度等特征。3）不同文化背景、个人经历对色彩反映不同。 1)色别：(色相)各种色彩名称和相貌,表示颜色种类。 色别具天然丰富性，自然界中有五彩缤纷色彩组成。色别是区分颜色标识。如红、绿、蓝。 2)明度：色彩颜色明暗、深浅程度。可理解光照值。如雪是亮，煤是黑 明度含义：(1)各纯正色彩相比较所产生明暗差别。(2)某色彩受不同光线照射，产生明暗变化其明度不同。下图中同样绿色，光线不同色彩不同。光线照明决定物体颜色品质。3）大气也影响物体颜色。 3)饱和度：色彩光谱纯度。 主要指色彩鲜艳度。◆强光下物体饱和鲜艳程度较浓明快，而暗光下色彩反映模糊。如陶瓷与本质色彩鲜艳程度陶瓷较好。所以：一天之中物体颜色是不断变化。 3、三原色与色彩的补色：
投射测验的科学性研究
投射测验的科学性研究 摘要：投射测验是一种重要的心理学测验技术。文中对罗夏墨迹测验、主题统觉测验、团体个性投射测验、笔迹分析等几种着名的投射测验的研究与应用状况作了简单的回顾，虽然关于投射测验还有不少争议，但作为一种间接的测量方式，它在一定程度上可以避免直接测量所带来的一些缺陷。投射测验的理论与方法也在不断的完善之中，因此它在未来的心理学研究与应用中所起的作用不容忽视。关键词：投射测验；研究应用；科学性 “投射”概念最早由弗洛伊德提出，他认为“‘投射’是将本属于自身某种不快的思绪、动机、欲望或情感，投射于他人或他物”，是来访者怕暴露内心欲望的一种防御机制。在此基础上发展出了投射测验。投射测验的出现对心理治疗和临床心理学产生了极大的影响，但现在随着心理测验的不断发展，它受到了很大的质疑，本文就从投射测验的发展演变来看看它未来的发展前景。 所谓投射, 就是一种潜意识的自发心理活动, 是个人把内在心理内容外射给对象( 他人或外物) , 进而认为这些东西是对象固有属性的过程,既把物特性吸纳并内化的过程。被投射的内容往往是个人心灵深层的图式, 与主体的生活经历、原型、情结、文化密切相关。投射过程总是在无意识中完成, 所以投射者自己并不觉其为投射。 一、投射测验的心理机制 为了更好地把握和有效利用投射, 我们需要了解投射的几个心理机制: 第一, 投射源于人类心灵外显于对象化的需求, 广义的投射可以视为把生命特征、生命意志、情感特征、生命情调赋予客体对象的过程, 这一点可以在文学作品中得到印证。如在西方的史诗中天神与人一样有着七情六欲等特征。 第二, 投射心理通常是潜在的,而且是可以诱发的。正如荣格所说,“人们说‘人制造投射’。这是胡说八道, 人不制造投射人发现投射。”每种投射不论隐藏得多深, 都有一个暴露在外的‘钩’ ( hook) 。所以我们可以采用各种手段去利用人们的投射钩, 以引投射者入境。 第三, 投射心理的存在具有普遍性, 并且为心理咨询、心理辅导提供了宝贵的契机。投射是一种完全自发的过程, 它会在人们毫不觉察的情况下使人发出某种行为而不自知。
自适应光线投射直接体绘制算法及实现
医学物理与工程学 Implement of adaptive raycasting direct volume rendering algorithm J I N Zhao 2y ang 3 ,W A N G J i an 2z hong (I nstitute of I ntelli gent I nf ormation and Cont rol Technolog y ,H angz hou Dianz i Universit y ,Hangz hou 310018,China ) [Abstract] A new method for direct volume rendering based on adaptive mesh refinement is presented.The method can speedup the volume rending with adaptive casting and terminating rays ,by computing the samples f rom tri 2linear interpola 2tion of the neighborhood voxels ,shading the images with the simplified phone illuminated modal ,and compositing images from f ront to back order.The experiment results show that this method can improve the rendering speed and can be used in the volume visualization based on internet. [K ey w ords] Adaptive mesh ;Raycasting ;Direct volume rendering ;Visualization ;Medical images 自适应光线投射直接体绘制算法及实现 金朝阳3,王建中 (杭州电子科技大学,智能信息与控制技术研究所,浙江杭州 310018) [摘 要] 提出一种基于自适应光线投射的直接体绘制方法。该方法从自适应的发出光线和终止光线两个方面来加速体 绘制的进行,通过三次线性插值空间邻近点计算采样点的值,利用简化的Phone 光照模型进行消隐,由前向后合成图像。该算法提高了绘制的速度,能满足一定的临床应用实时性要求,在基于Internet 的体数据可视化中有很好的应用前景。 [关键词] 自适应网格;光线投射;直接体绘制;可视化;医学图像 [中图分类号] TP391.4 [文献标识码] A [文章编号] 100323289(2005)0420634205 [基金项目]本研究为浙江省自然科学基金资助项目(Y204160)。[作者简介]金朝阳(1974-),女,浙江余姚人,硕士,讲师。研究方向: 科学计算可视化。 [通讯作者]金朝阳,杭州下沙高教园区杭州电子科技大学自动化学院,310018。E 2mail :jzy @https://www.wendangku.net/doc/3511836227.html, [收稿日期]2004211202 [修回日期]2004212217 随着医学成像设备种类的增多和空间分辨率的提高,图 像数据与日俱增,为临床提供了更全面的有助于诊断的信息,数据可视化问题成为研究的热点。医学体数据由多层CT 、MR 等二维图像数据的叠加形成,是一种基于规则网格的标量数据场。医学体数据的三维可视化就是将体数据在计算机上直观地表现为三维效果,提供传统二维表示法无法获得的结构信息,从而进一步帮助放射治疗、矫形手术等的计算机模拟及手术规划的展开。 医学体数据三维可视化方法大致可分为两大类:面绘制、直接体绘制。面绘制首先在三维空间数据场中构造出中间几何图元,然后再由传统的计算机图形学技术实现画面绘制。面绘制有多种算法,各种算法的不同点在于所采用的近似表面的几何单元不同或几何单元尺度的选择不同,典型算法有:MC 方法(Marching Cubes )[1]、M T 方法(Marching Tetrahe 2 dral )[2] 、剖分立方体法(Dividing Cubes )[3]等。面绘制适用于绘制表面特征分明的组织和器官,对数据分割要求高,且物体 内部信息无法保留,对于精细组织和器官的三维显示,常常效果不佳。 体绘制是将三维空间的离散数据直接转换为二维图像而不必生成中间几何图元,又称为直接体绘制,其实质为重新采样与图像合成。典型算法有光线投射法[4,5]、足迹表法(Foot 2 print Met hod )[6] 、错切形变法(Shear 2Warp )[7,8]等。直接体绘制算法认为体数据场中每个体素都具有一定的属性(透明度和光亮度),通过计算所有体素对光线的作用即可得到二维投影图像,有利于保留三维医学图像中的细节信息,适合于形状特征模糊不清的组织和器官,但存在计算量大,图像生成速度慢,实时性难以得到保证等缺点。近年来,随着计算机运算速度的提高和软硬件技术的发展,研究者从多个方面提出了体绘制的加速方法,如基于硬件加速[9]、并行绘制[10]、多分辨率[11] 等,从而使体绘制的速度接近实时。 随着计算机的飞速发展,直接体绘制可在PC 机上接近实时显示,为了进一步提高直接体绘制的速度,本文采用一种新的像空间序的自适应光线投射算法[12],该方法可以从两个方面来加快绘制速度,一方面利用图像相邻像素间的相关性自适应的发出光线,另一方面当光线上累积不透明度达到1时自适应的终止光线投射。实验表明该方法提高了直接体绘制的速度,适用于基于PC 机的实时体绘制的临床应用场合,在基于Internet 的体数据可视化中有良好的应用前景。1 自适应光线投射算法原理
VTK中光线投射法实现体绘制
VTK中光线投射法实现体绘制【转】 VTK中光线投射法实现体绘制 1、体绘制函数 VTK 为使用者提供了三种用于光线投射法的函数分别是： 等值面绘制函数（vtkVolumeRayCastIsosurfaceFunction）； 最大密度投影函数（vtkVolumeRayCastMIPFunction）； 合成体绘制函数（vtkVolumeRayCastCompositeFunction） 其中最常用的是合成体绘制函数，最大密度投影函数在显示血管影像方面有比较好的作用。但是如图所看到的，MIP函数没有空间立体感，也就是不能提供深度的信息。
2、不透明度映射函数 不透明度映射函数是设置光线方向上的灰度值及其不透明度映射。vtkPiecewiseFunction *opacityTransferFunction = vtkPiecewiseFunction::New(); opacityTransferFunction->AddPoint(10, 0.0);//灰度值及不透明度值opacityTransferFunction->AddPoint(50,0.1); opacityTransferFunction->AddPoint(200 ,0.1); opacityTransferFunction->AddPoint(2900,0.1); opacityTransferFunction->AddPoint(2950,0.8); opacityTransferFunction->AddPoint(3050,1);//不透明度值为1则为完全不透明opacityTransferFunction->ClampingOff(); 3、颜色映射函数 颜色映射函数是设置灰度值与RGB颜色的映射。 vtkColorTransferFunction *colorTransferFunction = vtkColorTransferFunction::New(); colorTransferFunction->AddRGBPoint(0.0, 0.91, 0.65, 0.66); //灰度值及RGB颜色值 colorTransferFunction->AddRGBPoint(30.0, 0.91, 0.65, 0.66); colorTransferFunction->AddRGBPoint(128.0, 0.91, 0.65, 0.66); colorTransferFunction->AddRGBPoint(1200.0, 0.43, 0.43, 0.43); colorTransferFunction->AddRGBPoint(1800.0, 0.43, 0.43, 0.43); colorTransferFunction->AddRGBPoint(2950, .9, 0.0, 0.0); colorTransferFunction->AddRGBPoint(3050, .9, 0.0, 0.0); colorTransferFunction->ClampingOff(); 4、梯度变换函数 梯度变换函数设置灰度值变换的大小与不透明度之间的映射。 vtkPiecewiseFunction *gradient=vtkPiecewiseFunction::New(); gradient->AddPoint(50,.2);//灰度值变化梯度与不透明度的关系 gradient->AddPoint(1500,.7); gradient->AddPoint(2000,.1); 5、体数据属性设置 vtkVolumeProperty *volumeProperty = vtkVolumeProperty::New(); volumeProperty->SetColor(colorTransferFunction);//载入颜色映射函数volumeProperty->SetScalarOpacity(opacityTransferFunction);//载入不透明度映 射 volumeProperty->SetGradientOpacity(gradient);//载入梯度映射volumeProperty->ShadeOn(); volumeProperty->SetInterpolationTypeToLinear();//采用线性插值 6、光线投射函数设置及体绘制映射 本程序采用合成体绘制函数： vtkVolumeRayCastCompositeFunction*compositeFunction= vtkVolumeRayCastCompositeFunction::New(); vtkVolumeRayCastMapper *volumeMapper = vtkVolumeRayCastMapper::New(); volumeMapper->SetVolumeRayCastFunction(compositeFunction);//载入体绘制
声波透射法
10 声波透射法 10.1 适用范围 10.1.1声波透射法适用于混凝土灌注桩的桩身完整性检测，判定桩身缺陷的位置、范围和程度。 【条文说明】声波透射法是利用声波的透射原理对桩身混凝土介质状况进行检测。当桩径小于0.6m时，声测管的声耦合会造成较大的测试误差，因此该方法适用于桩径不小于0.6m，在灌注成型过程中已经预埋了两根或两根以上声测管的基桩的完整性检测；基桩经钻芯法检测后（有两个以及两个以上的钻孔）需进一步了解钻芯孔之间的混凝土质量时也可采用本方法检测。 由于桩内跨孔测试的测试误差高于上部结构混凝土的检测，且桩身混凝土纵向各部位硬化环境不同，粗细骨料分布不均匀，因此该方法不宜用于推定桩身混凝土强度。 10.2 仪器设备 10.2.1 声波发射与接收换能器应符合下列规定： 1 圆柱状径向振动，沿径向无指向性； 2 外径小于声测管内径，有效工作段长度不大于150mm； 3 谐振频率为30～60kHz； 4 水密性满足1MPa水压不渗水。 【条文说明】声波换能器有效工作面长度指起到换能作用的部分的实际轴向尺寸，该长度过大将夸大缺陷实际尺寸并影响测试结果。 换能器的谐振频率越高，对缺陷的分辨率越高，但高频声波在介质中衰减快，有效测距变小。选配换能器时,在保证有一定的接收灵敏度的前提下, 原则上尽可能选择较高频率的换能器。提高换能器谐振频率，可使其外径减少到30mm以下，有利于换能器在声测管中升降顺畅或减小声测管直径。但因声波发射频率的提高，将使声波穿透能力下降。所以，本规范仍推荐目前普遍采用的30～60kHz的谐振频率范围。 桩中的声波检测一般以水作为耦合剂，换能器在1MPa水压下不渗水也就是在100m水深能正常工作，这可以满足一般的工程桩检测要求。对于超长桩，宜考虑更高的水密性指标。当测距较大接收信号较弱时，宜选用带前置放大器的接收换能器，也可采用低频换能器，提高接收信号的幅度。 声波换能器宜配置扶正器，防止换能器在声测管内摆动影响测试声参数的稳定性。 10.2.2 声波检测仪应符合下列要求： 1 具有实时显示和记录接收信号的时程曲线以及频率测量或频谱分析的功能。 2 最小采样时间间隔小于或等于0.5μs，声波幅值测量相对误差小于5%，系统频带宽度为5～200kHz，系统最大动态范围不小于100dB。 3 声波发射脉冲为阶跃或矩形脉冲，电压幅值为200～1000V。 4 具有首波实时显示功能。 5 具有自动记录声波发射与接收换能器位置功能。 【条文说明】由于混凝土灌注桩的声波透射法检测没有涉及桩身混凝土强度的推定，因此系统的最小采样时间间隔放宽至0.5μs 。首波自动判读可采用阈值法，亦可采用其他方法，对于判定为异常的波形，应人工校核数据。
罗夏墨迹测验投射法人格测验
心理学研究发现，当将一些材料呈现给大家的时候，即使呈现同样的材料，不同的人会说出不一样的观点。原因在于，人们在日常生活中常常把自己的心理特征（如个性、好恶、欲望、观念、情绪等）不自觉地反应于外界事物或者他人身上的一种心理作用。例如，经常说谎的人，常常会认为别人也总在欺骗自己；自己自我感觉良好，就认为别人也都认为自己很出色……心理学家们称这种心理现象为“投射”。由于“投射”的存在，我们常常可以从一个人对别人的看法，通过分析被测试者对所呈现材料的解释来推测这个人的真正意图或其内心深处的心理特征。 在众多的心理测验理论中，心理投射理论是应用较多的一种，由其衍生而来的心理投射技术在人格测量中常被使用。其中“罗夏墨迹测验（the inkblot test）”和“主题统觉测验（TAT）”是在国内比较常见的投射法人格测验。[1]投射测验就是给被试呈现一些模棱两可的刺激，并假设被试会把自己的无意识过程投射在这上面。在罗夏墨渍测验中，刺激只不过是一幅对称的墨渍图，它可以被知觉为各种各样的物体。 罗夏墨渍测验例图 测验分为两步：一是联想阶段：将10张图片按顺序逐一交给受试者，问其看到什么，不限时间和回答数目，一直到没有回答时再换另一张，同时作好记录。二是询问阶段：看完10张图后，再从头对每一回答都询问一遍，问其看到的是图的整体还是部分，为什么说像某物，作好记录。两个阶段结束，测验即告完成，再进行结果分析。 在罗夏墨渍测验问世几年以后，亨利.A.默瑞（Henry A.Murray）和他的助手克里斯蒂安娜.D.摩尔根（Christiana D.Morgan）在哈佛心理诊所编制了另一种完全不同的投射测验，
Zemax非序列光线追迹剖析
非序列光线追迹 非序列光线追迹是 Zemax 中的核心技术。它是用于在具有多个光学路径的系统中对光线进行追迹的一种强大通用技术。典型用例包括： 1.照明系统，尤其是具有多个或复杂光源的照明系统 2.干涉仪这类系统，其中穿过几个不同光学系统的光线必须以相干方式重组 3.其他序列光学系统中的杂散光分析 非序列范式是任何光线都没有预定义路径。光线射出并投射到光路中的任意物体上，随后可能反射、折射、衍射、散射、分裂为子光线等。与序列光线追迹相比，这是一项更为通用的技术，因此在光线追迹速度方面要慢一些。 在非序列元件编辑器中提供了物体列表。此列表中的物体顺序没有意义（对此有几个例外情况：有关详细信息，请参见几何形状创建一节）。 光线从光源物体开始传播，直至投射到某个物体上，在该点可能会部分反射、透射、散射或衍射：
的 N-BK7 棱镜面反射，大约 50% 的能在此例中，大约 1% 的能量被涂有 MgF 2 量被两个棱镜相接触的直角斜边面上的膜层反射/透射。系统会发起新光线（称为“子”光线）以带走这部分能量，从而生成能量在系统中的去向的完整视图。 物体 Zemax 中的非序列光线追迹以三维物体为基础。（注意：要求所有程序均支持非序列光线追迹是不现实的。）在 Zemax 中，非序列物体完全由定义该物体所需的所有表面组成。例如，标准透镜物体由正面和背面、连接两面的柱体和边缘上的斜面组成。 多数 Zemax 物体均实现了参数化，这表示这些表面通过下列等式进行了定义。因此，创建和修改很方便，而且仅占用非常少的内存空间。此外，还可以进行优化并确定公差。 有些 Zemax 物体未实现参数化，如 CAD 物体。这些物体只是作为数据文件存在。由于 Zemax 将所有物体均视为三维体，而不是表面集合，所以很容易进行光线追迹和管理大型 CAD 文件。基于表面的代码可能需要成千上万个表面来表示复杂的 CAD 物体：在 Zemax 中，它就是一个物体。但是，不同的表面材料和膜层可应用到一个物体的任何表面，不论使用多少 CAD 实体来予以表示。Zemax 支持 80 多种物体，包括透镜、非球面透镜、棱镜、全息图、Zernike 物体、衍射光栅等。支持物体的完整列表如下所示。此外，还有一系列“运算符”物体，可以从现有物体生成复杂的几何图形。例如，您可以对本地 Zemax 物体
心理投射测验案例集(含解析)
心理投射测试一、下面一组图形，并不是什么新潮派或是印象派的绘画，只是一些墨迹而已。请您只看一眼，也就是一瞬间便想象它是什么东西。无论把它想象成什么都可以。您 也许会想象它是什么？ 1. A两个在旋舞中的舞女或者少女 B云彩状的虫子或者云彩状的怪兽之类 C什么也看不出来，只是一团墨迹而已 2. A：X光照片; B：动物的脸; C：人的脸; D：人或动物在跳舞; E：火箭快发射时; F：其他（装饰品、铠甲等）; 3. A.两只披着羽长围巾、彼此相对的鸸鹋 B.甲虫或圣甲虫，可能还长着蟹爪 C.眼镜、胸罩或胡须 4. A.流鼻涕的小丑、动人面孔，或是伸舌头的人 B.穿连衣裙的女士，裙子下面是两只跳跃的海豚
C.丢失已久的可爱玩具 5. A.有舌头、扁桃体和咽喉的一张嘴 B.两只黄色雏鸟啄食 C.一只有胡须或爪子的红猫，可能还在吃蝴蝶，或是毒蛇嘴巴 二、请在以下9幅彩图中，选择你最合心意的一幅图。 A B错误！未找到引用源。 C错误！未找到引用源。 D错误！未找到引用源。 E错误！未找到引用源。 F错误！未找到引用源。 G错误！未找到引用源。 H错误！未找到引用源。 I错误！未找到引用源。 三、你要去一个布局如下图的公共卫生间，里面没有一个人，那么凭直觉你会选择 去哪个小间方便呢？ 四、请跟据您对下面一组图形的第一感觉，选择相应的答案 1、图中的女人为何掩面？她的情绪是怎样的？ A：悲伤——女人发现丈夫的婚外情。 B：忧虑——丈夫酒醉在床上。 C：关心——丈夫病重躺在床上，可能即将死去。 2、床上女子状态怎样？ A：身患重病。 B：沉睡。 C：已经死去。
3、图中戴领结的男子是女子的什么人？ A：秘密情人。 B：老板或者顶头上司。 C：可以为她提供帮助的权贵。 4、图中老妇人的眼神流露出怎样的情绪？ A：邪恶，她们之间可能隐藏着冲突。 B：同情。 C：焦虑，关心。 5、图中的女子正在打开房门，她打算做什么？ A：男友的房间，她一直很想看看房间里的布局陈设。B：下班，刚刚回家。 C：拿东西，然后回厨房做饭。 6、图中这个人物打扮成这样是为什么？ A：打扮成别人认不出来的样子去袭击仇人。 B：抢劫商店。 C：参加万圣节假面舞会。
三维地震数据体可视化方法及系统
硕士学位论文 三维地震数据体可视化方法及系统 3D SEISMIC DATASET VISUALIZATION METHODS AND SYSTEM 作者： 导师： 中国矿业大学
学位论文使用授权声明 Certificate of thesis authority 本人完全了解中国矿业大学有关保留、使用学位论文的规定，同意本人所撰写的学位论文的使用授权按照学校的管理规定处理： 作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者须授权所在学校拥有学位论文的部分使用权，即：①学校档案馆和图书馆有权保留学位论文的纸质版和电子版，可以使用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文；②为教学和科研目的，学校档案馆和图书馆可以将公开的学位论文作为资料在档案馆、图书馆等场所或在校园网上供校内师生阅读、浏览。另外，根据有关法规，同意中国国家图书馆保存研究生学位论文。 （保密的学位论文在解密后适用本授权书）。 作者签名：导师签名： 年月日年月日
摘要 三维可视化技术是用来显示、描述和理解地下及地面各种地质现象的一种先进手段，广泛应用于地质和地球物理学及其它行业的各个方面，在国内外研究应用如火如荼。随着三维地震勘探的开展，迫切需要与之相应的三维可视化显示、解释方式，这种方式能有效地利用各种结构的大规模数据，从中考察构造的连续性，辨认构造的形态，发现对地震勘探研究及生产实践有用的信息，并以此来指导钻探、矿井建设、采区布设等生产活动，可以极大提高生产效率，保障矿井生产工作安全进行。三维可视化技术既是一种成果表达手段，也是一种解释辅助工具。与传统的二维剖面解释方法不同，三维体可视化技术可以让解释人员用“走进去”的方式，形象生动地选定目标，同时还可以结合精细的钻井标定方法，帮助解释人员准确快速地描述各种复杂的地质现象。 本文使用目前世界上功能强大、构架优秀的可视化工具包VTK(Visualization Toolkit)来开发本设计中所用到的多条可视化管道线（Pipeline），实现了三维数据体的切片显示、提取等值面、三垂面显示等多种面绘制效果及光线投射法的体绘制效果，并利用了流行高效的跨平台图形界面开发工具包Qt来开发人机交互界面(GUI, Graphic User Interface)，为开发跨平台桌面应用程序提供了良好的支持。有机地结合这两种技术使得本设计中开发的应用程序具有良好的平台无关性，可以快速地在多种常见平台（Windows、POSIX 兼容）间进行移植，最大化减少了移植所要做的工作，而且尽量保持了程序的运行效率。 本文首先阐述了三维可视化技术及其在三维地震勘探中的应用，指出了本文研究的国内外背景、研究的主要内容和意义。然后研究了三维可视化的方法和操作流程，在分析了VTK和Qt及其他相关技术的基础之上，结合三维地震数据体可视化自身的特点和实际应用要求，确定了用于三维地震数据体的可视化技术及其实现方式，使用这些技术设计并实现了三维地震勘探数据体的三维可视化应用，并把程序应用到某矿七采区勘探所得数据体上，最后分析应用所得到的结果，基本达到了预期的效果。本文末尾总结全文，找出文章中存在的问题，并针对这些问题，根据作者目前的知识水平，提出了三维地震勘探可视化技术发展的方向。关键词:三维地震；三维可视化；跨平台；VTK；Linux；Qt - - I
投射法
投射法 定义 投射法,也称投射测试,在心理学上的解释，所指个人把自己的思想、态度、愿望、情绪或特征等，不自觉地反应于外界的事物或他人的一种心理作用。此种内心深层的反应，实为人类行为的基本动力，而这种基本动力的探测，有赖于投射技术的应用。常用的投射法包括词语联想法、句子、故事完型法、绘图法、漫画测试法、照片归类法等。 投射测试的特点 1．测试目的的隐蔽性 被试人一般不可能知道测试的真实目的，也不知道对自己的反应会作何种心理学解释，他们所意识到的是对图形、故事或句子等刺激的反应，实际上他们的反应行为却把内心的一些隐蔽东西表现了出来，这样就减少了受测者伪装自己的可能性。 2．内容的非结构性与开放性 这是指投射测试使用非结构化任务作为测试材料，即允许受测者产生各种各样不受限制的反应。为了促使受测者充分想象，投射测试一般只有简短的指示语，测试材料也是模棱两可的，不像一般的测试方法中的试题那样非常明确。由于测试材料的模糊性，受测者的反应较少受到情境线索和他人观点的影响，往往会表现出受测者的真实的内在感受、需要、个性、情绪、动机、冲突、防御等心理内容。采用投射法可以测试出受测者人格的更真实的面貌。 3．反映的自由性一般的测评技术都在不同的程度上对应聘者的回答(反应)进行了这样那样的限制。而投射测试一般对受测者的回答(反应)不作任何的限制，对受测者而言，是很自由的。 4．整体性这是指测试关注的是对人的总体评估，而不是针对单个特质的测量。受测者的任何反应都可能影响评估结论，在对投射测试进行解释时要注意它的整体性特征。 投射测试的优点 (1)投射测法的最大优点在于主试者的意图目的藏而不露。这样创造了一个比较客观的外界条件。采用投射测法可以测试出被试人人格更真实的一面，使测试的结果比较真实。 (2)它真实性强，比较客观，心理活动了解得比较深入，有利于提高招聘方法的科学化程度。 (3)有利于促进新方法在人员招聘工作领域中的应用。 投射测试的缺点 它的缺点是分析比较困难，需要有经过专门培训的主试。因此，在员工招聘中运用投射测验一般比较少，只有在招聘高层次的管理人员中才考虑运用，不可能大规模运用。 几种最常用的投射测试法 1) 词语联想法
影视摄影光线的分类
影视摄影光线的分类 影视摄影中照明物体的光线往往不止一种。在外景，除了直射的阳光外，还有天空的散射光和环境的反射光；在室内，晚间也会有不同的灯光照明。许许多多的不同光线构成了环境的光效。为了模拟自然光的各种光效，为了更好地运用光线去创作，我们必须对每一类光线的性质进行研究，找出他们的特点和异同来，才能灵活地运用它。 对光的分类有三种方法：按光线的来源分、按光线的投射方向分、按光线造型作用分。 一、按光线的不同来源分类 一切可以发光的光源，根据其来源可分为自然光和人工光两大类。 １.自然光 天然发光的光源均称为自然光。从影视摄影的角度讲，可利用的自然光主要是太阳和天光。太阳是主要发光光源。太阳光除直接照射到地球上外，一部分光被大气层吸收，透过大气层再照射于地面，此光我们称为天光。近年来由于胶片的感光度的提高以及增感镜头的出现，摄像机的灵敏度不断提高，有时可直接拍摄月亮和月光下的景物，那么月亮也可以算为自然光了。此外，在阳光照射下，建筑物、墙壁等的反射光也属于自然光。
自然光的特点：亮度强，照明范围广而均匀。但它的亮度、照射角度、距离远近、色温等往往不以创作者的主观意志为转移。自然光的强弱随季节、时间、气候、地理条件的变化而变化。一年中，夏天光照最强，可利用拍摄的时间最长；冬季最弱，可利用拍摄的时间最短。日照强弱又受天气变化的影响，分为睛、阴、晦、雾、霾、雨、雪，其光照度也各不同。地理条件变化对日照强弱的影响也很大，如所处的经纬度不同，海拔高低的不同，其照度、色温也不同。海拔较高的地区，直射阳光较强，散射的天空光较弱，景物反差较大，天空暗蓝色。相反，海拔较低的地区，天空散射光较强，景物反差较柔和。靠赤道越近，日照度越强。在高山、平地、高空、海底所受光强弱也各不相同。 一天之内由于地球的自转形成黎明、日出、上午、中午、下午、日落、黄昏、夜晚等各种不同的光线照射情况，不同时期太阳光的特征各不相同。 如图6—3 一日之内太阳光的变化情况 ①日出和日落 当太阳从东方地平线上升起，到离开地面15度角之间的时间属于日出时刻；而当太阳西落，从地面15度角降到地平线以下的时刻称为日落时刻。日出和日落时刻光线特征基本相似，因此拍摄技术手段也相似。
人格测量方法两种——自陈量表法 投射测验法
人格测量方法两种——自陈量表法+投射测 验法 基础资料 (1)自陈量表法 特点：题目数固定,题目内容具体而清楚,因此施测简单,记分方便. 不足：因编制时缺乏客观指标,不容易保证有效性;而且测验内容多属于情绪态度等方面的问题,每个人对同一问题常常会因时控的改变而选择不同的答案,另外,使用这种方法时,还难免出现反应的偏向. (2)投射测验法 特点：弹性大,可在不限制被试的状况下,任其随意反应. 不足： A、评分缺乏客观标准,对测验的结果难以进行解释. B、这种测验对特定行为不能提供较好的预测. C、由于投射测验适于个别施测,因而它需要花费大量的时间. (3)情境测验：(见实用心理学P198)
基本特征 人格测验用于人才选拔或评价，与其它方法相比较，具有以下三方面的特征： 1、人格测验，不仅可以用于对在任人才进行工作绩效的考核、评价，而且更适合对人才的选拔过程，具有一定的预测性。 2、心理测验用于人才选拔，不仅可以反映人才的外在行为特征，对于人们不易观察到的内在特征(诸如情操、工作潜力、心理健康等)也可进行客观描述。 3、人格测验是以自陈为主，打破了以往在人事资料的获取的方式上以“他评”为主的一贯的作法。当然，他评可以充分反映民意，但也增加了的主观意识的参与作用。 人格测验完全可以抛开其它方法中对参与评价人员的直接依赖性，主要诉诸于被评价者个人和测量工具之间的刺激--反应的关系。这样可以有效地避免在人才选拔过程上人为的参与作用，同时也注定了一良好的心理测验工具制定的复杂性和作用的谨慎性。 尽管心理测验的方法用于人事选拔上的准确性和社会效果一直受到来自各方面的怀疑，事实上，其本身也确实存在着不完善之处，但是这种方法便于组织人事部门比较直接的，在不牵扯其他人的情况下迅速、客观地掌握用其他方法难以提供的被试者的基本人格特征。
光线投射,光线追踪与路径追踪的概念与区别
光线投射,光线追踪与路径追踪的概念与区别 光线投射Ray Casting [1968] 光线投射（Ray Casting），作为光线追踪算法中的第一步，其理念起源于1968年，由Arthur Appel在一篇名为《Some techniques for shading machine rendering of solids》的文章中提出。其具体思路是从每一个像素射出一条射线，然后找到最接近的物体挡住射线的路径，而视平面上每个像素的颜色取决于从可见光表面产生的亮度。 光线投射：每像素从眼睛投射射线到场景 光线追踪Ray Tracing [1979] 1979年，Turner Whitted在光线投射的基础上，加入光与物体表面的交互，让光线在物体表面沿着反射，折射以及散射方式上继续传播，直到与光源相交。这一方法后来也被称为经典光线跟踪方法、递归式光线追踪（Recursive Ray Tracing）方法，或Whitted-style 光线跟踪方法。 光线追踪方法主要思想是从视点向成像平面上的像素发射光线，找到与该光线相交的最近物体的交点，如果该点处的表面是散射面，则计算光源直接照射该点产生的颜色；如果该点处表面是镜面或折射面，则继续向反射或折射方向跟踪另一条光线，如此递归下去，直到光线逃逸出场景或达到设定的最大递归深度。 经典的光线追踪：每像素从眼睛投射射线到场景，并追踪次级光线（(shadow, reflection, refraction），并结合递归 光线追踪（Ray tracing）是三维计算机图形学中的特殊渲染算法，跟踪从眼睛发出的光线而不是光源发出的光线，通过这样一项技术生成编排好的场景的数学模型显现出来。这样得到的结果类似于光线投射与扫描线渲染方法的结果，但是这种方法有更好的光学效果，例如对于反射与折射有更准确的模拟效果，并且效率非常高，所以当追求高质量的效果时经常使用这种方法。
摄影用光的光位通常有哪五种
摄影用光的光位通常有哪五种 1、顺光，亦称“正面光”，光线投射方向跟摄影机拍摄方向一直的照明。 顺光时，被摄体受到均匀的照明，景物的阴影被自身遮挡，影调比较柔和，能隐没被摄体表面凹凸及褶皱，但处理不当会会比较平淡。顺光照明不利于在画面中表现大气透视效果，表现空间立体效果也较差。在色调对比和反差上也不如侧光侧逆光丰富。顺光的优势不但影调柔和，同时还能很好的体现景物固有的色彩效果，在进行光线处理时候，往往把较暗的顺光用作副光或者造型光。 2、侧顺光（斜侧光）： 光线投射水平方向与摄影机镜头成45度角左右时的摄影照明。在摄影艺术创作中，常用作主要的塑形光。这种光线照明能使被摄体产生明暗变化。很好的表现出被摄体的产生的立体感。 表面质感和轮廓，并能丰富画面的阴暗层次，起到很好的造型塑型作用。 3、侧光： 光线投射方向与拍摄方向成90度左右照明，受侧光照明的物体，有明显的阴暗面和投影，对景物的立体形状和质感有较强的表现力。缺点是，往往形成一半明一半暗的过于折中的影调和层次，在大场面的景色中往往形成不均衡。这就要求在构图上考虑受光面景物和阴影在构图上的比例关系。 4、侧逆光： 亦称反侧光、后侧光。光线投射方向与摄影机拍摄方向大约称水平135度时的照明。侧逆光照明的景物，大部分处在阴影之中，景物被照明的一侧往往有一条亮轮廓，能较好的表现景物的轮廓形式和立体感。在外景摄影中这种照明能较好的表现大气透视效果。利用侧逆光进行人物近景和特写时，一般要对人物做辅助照明，以免脸部太暗，但对辅助照明光线的亮度要加以控制，使之不影响侧逆光自然照明效果。 5、逆光：
亦称“背面光”。来自被摄体后面的光线照明，由于从背面照明，只能照亮被摄体的轮廓，所以又称作轮廓光。逆光有正逆光、侧逆光、顶逆光三种形式。在逆光照明条件下，景物大部分处在阴影之中，只有被照明的景物轮廓，使这一景物区别于另一种景物，因此层次分明，能很好的表现大气透视效果，在拍摄全景和远景中，往往采用这种光线，使画面获得丰富的层次。
光线追踪原理
什么是光线追踪及其优缺点 光线追踪是一种真实地显示物体的方法，该方法由Appel在1968年提出。光线追踪方法沿着到达视点的光线的反方向跟踪，经过屏幕上每一个象素，找出与视线相交的物体表面点P0，并继续跟踪，找出影响P0点光强的所有光源，从而算出P0点上精确的光线强度，在材质编辑中经常用来表现镜面效果。 光线追踪或称光迹追踪是计算机图形学的核心算法之一。在算法中，光线从光源被抛射出来，当他们经过物体表面的时候，对他们应用种种符合物理光学定律的变换。最终，光线进入虚拟的摄像机底片中，图片被生成出来。由于该算法是成像系统的完全模拟，所以可以模拟生成十分复杂的图片。 几大图形巨头很早就提出了光线追踪的具体执行方案，但是一直由于硬件资源的不成熟，导致很多功能还无法实现，最大的一点就是不能支持实时渲染。但Larrabee可能会是第一款支持实时光线追踪的GPU产品，光线追踪也一定是NVIDIA和Intel等在最新一代3D显示技术中的必争之地。 【光线追踪的优点】 光线追踪的流行来源于它比其它渲染方法如扫描线渲染或者光线投射更加能够现实地模拟光线，象反射和阴影这样一些对于其它的算法来说都很难实现的效果，却是光线追踪算法的一种自然结果。光线追踪易于实现并且视觉效果很好，所以它通常是图形编程中首次尝试的领域。
【光线追踪的缺点】 光线追踪的一个最大的缺点就是性能，扫描线算法以及其它算法利用了数据的一致性从而在像素之间共享计算，但是光线追踪通常是将每条光线当作独立的光线，每次都要重新计算。但是，这种独立的做法也有一些其它的优点，例如可以使用更多的光线以抗混叠现象，并且在需要的时候可以提高图像质量。尽管它正确地处理了相互反射的现象以及折射等光学效果，但是传统的光线追踪并不一定是真实效果图像，只有在非常紧似或者完全实现渲染方程的时候才能实现真正的真实效果图像。由于渲染方程描述了每个光束的物理效果，所以实现渲染方程可以得到真正的真实效果，但是，考虑到所需要的计算资源，这通常是无法实现的。于是，所有可以实现的渲染模型都必须是渲染方程的近似，而光线追踪就不一定是最为可行的方法。包括光子映射在内的一些方法，都是依据光线追踪实现一部分算法，但是可以得到更好的效果。
投射测验
所谓投射测验是指采用某种方法绕过受访者的心理防御，在他们不防备的情况下探测其真实想法。在投射测验中，给受测者一系列的模糊刺激，要求对这些模糊刺激做出反应。如抽象模式，可以作多种解释的未完成图片，绘画。分别要求受测者叙述模式，完成图片或讲述画中的内容。从受测者的解释会带有自己潜意识的思想，来达到探测其真实想法的目的。这种方式能在一定程度上了解被试者内心想法。 1理论基础 2测验形式 ?（一）罗夏克墨迹测验（RIBT） ?（二）主体统觉测验 ?（三）投射测验的优缺点 1理论基础 编辑 以弗洛伊德（Freud）的心理分析人格理论为依据。这种理论主张，人一些潜意识的内驱力受到压抑，虽然不易觉察，但是却影响着人们的行为。这种潜意识可以在无规则的表达中表露出来，心理学家则根据被试表达出来的潜意识，进行人格分析。 2测验形式 编辑 给出模棱两可的刺激，由被试对之自由反应。主试对被试的反应进行分析，并推论出被试的人格特点。 （一）罗夏克墨迹测验（RIBT） 由瑞士精神医学家罗夏克于1921年设计。 结构：10张墨迹图片，五张彩色，五张黑白 施测：每次按顺序给被试呈现一张，同时问被试：“你看到了什么？”“这可能是什么东西？”或“你想到了什么？”等问题。 被试可以从不同角度看图片，做出自由回答。主试记录被试的语言反应，并注意其情绪表现和伴随的动作。 （二）主体统觉测验 （Thematic Apperception Test, TAT ） 美国心理学家H.A.Murray和C.D.Morgen1935年编制。 结构：由30张模棱两可的图片和一张空白图片组成。图片内容多为人物，也有部分风景，但每张图片都至少有一个物。如图所示。 测试：每次给被试呈现一张图片，让被试根据看到的内容编故事。每次被试都必须回答这样四个问题： 1.图中发生了什么事？ 2.为什么会出现这种情境？ 3.图中的人物正在想什么？ 4.故事的结局会怎样？ （三）投射测验的优缺点 优点：
光线跟踪算法
光线跟踪算法的研究与进展 刘进 摘要：光线跟踪算法是图形绘制技术中的经典算法，但是该算法光线与物体的求交量庞大，严重制约着应用。本文从经典的光线跟踪算法出发，研究了目前光线跟踪算法的国内外研究状况，具体从改进的光线跟踪算法和光线跟踪算法的加速技术，并进行了对比和分析。最后对近几年的光线跟踪方法发展进行了总结，对未来研究热点及应用前景进行了展望。 关键词：可视化；光线跟踪算法；并行绘制；GPU Research Status and Prospect for ray tracing algorithms Abstract: As an classic algorithms of volume rendering in computer graphics, ray tracing algorithms is hindered by the huge computation cost in ray and volume. This paper summarizes the research status in ray tracing technology from the two main solutions: different extended ray tracing algorithms and the acceleration techniques in ray tracing algorithms. Comparison and analysis the different performance. Both current research focus and the future research prospect are also discussed in recent years. Key words: visualization; ray tracing algorithms; parallel rendering; GPU 引言 随着科学技术和计算机高速发展，人类已经进入到一个科技支撑的时代，在我们的生活中到处充满了高科技产品和技术，给我们的生活带来了改变和方便，其中计算机图形学的应用已经渗透到了各个工程技术领域，其已经成为计算机科学的重要学科之一，具有相当的重要性和无可替代的作用。计算机图形学自诞生以来得到了飞速发展，其通过计算机的输入设备、显示设备及绘制设备等对图形的表示、绘制、存储、显示等相关理论知识、算法技术进行研究的一门学科。真实感图形绘制是计算机图形学的主要研究内容之一，在虚拟现实、文物保护、影视游戏、三维动画、医学研究、建筑设计和系统仿真等领域中得到广泛应用，它追求对场景的逼真渲染[1]。其中逼真的图形绘制技术是最为活跃的研究领域之一。 光线跟踪算法是真实感图形绘制技术的主要算法之一，其原理简单，能够有效生成具有比较真实视观效果的各种各样的场景。该算法可通过一些光照明模型模拟在光源或环境光照射下物体表面发生的多种光照效果，例如漫反射、高光、镜面映像、场景消隐及阴影等。在计算机中对现实场景或是虚拟场景进行显示，除了要构建场景图形外，还要将场景中的各种光照效果模拟出来，这样生成的场景才能更逼真，光线跟踪算法就是既在几何上相似，也能模拟出大部分的光照效果的生成真实感图形的方法。光线跟踪算法是逆着真实光线的投射方向进行反向跟踪的，从视点向场景发射光线，光线与场景中的物体相交，计算光分量，因为视点向场景的光线较多，因而该算法光线与物体的求交量较大，但是因为其对场景的模拟的逼真，及其可以模拟漫反射、镜面反射、反射折射以及阴影等光照效果[1-2]。 进入90年代，随着计算机技术的发展，光线跟踪技术广泛应用于三维特技电影、电视广告、电子游戏的制作中，其应用领域也正在向如物理、化学、生物等其他学科领域渗透，其应用的范围正不断扩大，很多基于光线跟踪算法的新理论也应运而生，物理学中的相对论、地理中地层的绘图等与光线跟踪算法相结合的研究已经实现，极大的推动其学科的发展。可