空间标量场可视化2

 规则三维标量场的直接体可视化
与间接体绘制不同，直接体可视化无须从三维标量场中提取中间几何图元。它采用光学贡献积分模型，直接计算三维空间采样点对结果图像的贡献，揭示三维标量场的内部结构，因此也称为直接体绘制(DVR)。直接体绘制的优点是能够一次性展现三维标量场数据的整体信息和内部结构，提供对数据场的全局预览。
基本原理与光学模型
基于光线投射的直接体绘制方法是三维标量场可视化的主流方法之一。光线投射法的过程:对屏幕图像空间的每个像素，构建从视点出发，穿过像素的光线，通过体绘制积分(Volume Rendering Integral)计算并累积三维标量场沿光线的光学贡献，作为像素的最终颜色。

采样重建
在绘制离散的三维标量场时，需要重构出采样点在原始三维空间连续标量场中的数据值。最常用的方式是三线性插值重构。高阶插值方法可提高数据采样的重构准确性，但计算代价更高。
体数据分类
直接体绘制的关键要素是:将采样后的标量值标记为不同的类别，并映射为可区分这些类别的光学属性。这个过程统称为体数据分类,即分析和提取三维标量场中的特征信息,建立这些特征信息与光学属性之间的映射关系，以区分感兴趣的特征和背景信息。
传输函数(Transfer Function)是一组定义了数据值及其相关属性与颜色、不透明度等视觉元素之间的映射关系的函数。不透明度决定了显示哪些特征，重要特征设置较大的不透明度，背景信息设置较小的不透明度:颜色定义了如何显示这些特征，不同的特征赋予不同的颜色，可以在视觉上直观地区分这些特征。

传输函数设计通常包含两个方面:映射规则设计和光学属性设计。前者一般提供交互界面支持用户对感兴趣的区域进行选取,后者允许用户控制不透明度和颜色，改变感兴趣区域在体绘制结果中的呈现方式(突出显示或隐藏、颜色标注)。
最常用的传输函数是基于标量值的一维传输函数，其定义域是三维标量场的标量值，值域是颜色和不透明度。采用一维传输函数，相当于根据标量值属性对三维标量场内部特征进行分类，用户交互地定义不同标量值特征对应的视觉元素，实现特征的分类和标注。

光学积分
在给定视点和投影方式下，三维标量场的体可视化结果的每个像素对应空间中的一根光线，其光学属性是光线上所有采样点的光学贡献的累积。计算单根光线的累积光学属性的过程，称为体绘制积分

不规则体数据的体可视化

基于规则化和半规则化的可视化
自适应网格数据的直接体可视化

四面体结构标量场的直接体可视化

光线投射法