三維實體體繪制

實體色彩的體現(xiàn)可以有兩種方式，一是給三維實體表面著色就可很好體現(xiàn)色彩。但有時為了工業(yè)需要實體內部也必須有色彩，例如，若汽車發(fā)動機中的每個零件都有自己的色彩這將為產(chǎn)品管理以及裝配工人和維修工人提供很大的方便，因此另外一種是給實體內部著色，給三維實體內部添加色彩常用的方法有體繪制法。
（1）體素
繪制彩色信息時通常是以二維平面為目標，即面模型(Surface Graphics)，在面上添加色彩，例如平面中像素的概念，它是指每平方英寸的面上所具有的點數(shù)的個數(shù)，即為像素。與面模型相對應的是體模型(Volume Graphics)，即應用三維立體格網(wǎng)來直接繪制三維場景，空間中的每一個格網(wǎng)對應某一個可測的屬性值。三維立體格網(wǎng)單位視為體素(Voxel)。體素可以看作是二維像素在三維空間的推廣，可以理解為實體是由若干個小的
立方體或其它三維單元體，實體可以通過已知的函數(shù)映像而由體素所組成。
真三維場景的可視化，主要指的是符合式（4.9）的可視化的方式，其中 F 值的信息是三維坐標（x，y，z）上所對應的屬性數(shù)據(jù)。在真三維的可視化方法中，三維坐標（x，y，z）是作為獨立參數(shù)來進行空間實體對象的幾何建模的，因而所建立的模型不僅可以實現(xiàn)真三維可視化，還可以進行三維空間分析。
F=f(x，y，z) (4.9)
（2）體繪制色彩添加過程
一般，三維空間數(shù)據(jù)場是連續(xù)的，而數(shù)值計算結果或測量所得數(shù)據(jù)是離散的，是對連續(xù)的三維場進行采樣的結果。體繪制技術就是要將這一三維空間樣本直接轉換為屏幕上的二維圖像，盡可能準確地重現(xiàn)原始的三維數(shù)據(jù)場。屏幕上的二維圖像決定于幀緩存中對應于每一個像素點的光亮度值，這也是一個二維的離散數(shù)據(jù)場。因此，體繪制技術的實質是將離散的三維空間數(shù)據(jù)場轉換為離散的二維數(shù)據(jù)點陣。
將離散的三維空間數(shù)據(jù)場轉換為離散的二維數(shù)據(jù)點陣，首先必須進行三維空間數(shù)據(jù)場的重新采樣。其次，應該考慮三維空間中每一個數(shù)據(jù)對二維圖像的貢獻，因而必須實現(xiàn)圖像的合成。所以，體繪制技術的實現(xiàn)是一個三維離散數(shù)據(jù)場的重新采樣和圖像合成的過程。
實現(xiàn)重新采樣從理論上說應有以下幾個步驟：
①選擇適當?shù)闹貥嫼撕瘮?shù)，對離散的三維數(shù)據(jù)場進行三維卷積運算，重構連續(xù)的三維數(shù)據(jù)場。
②對連續(xù)的三維數(shù)據(jù)場根據(jù)給定的觀察方向進行幾何變換。
③由于屏幕上采樣點的分辨率是已知的，由此可計算出被采樣信號的 Nyquist 頻率極限，采用低通濾波函數(shù)去掉高于這一極限的頻率成分。
④對濾波后的函數(shù)進行重新采樣。
由于進行三維卷積運算是十分費時的，因而在過去的幾年里，國外的學者們相繼提出的一些體繪制算法，大多是用離散方法加以實現(xiàn)的。其中具有代表性的是L.westover提出的以物體間為序的體繪制算法（即單元投影法）和 M.Levoy提出的以圖像空間為序的體繪制算法（即光線投射法）。
（3）單元投影法：
將實體空間中每一個數(shù)據(jù)采樣點的光亮度值變換到圖像平面，也就是計算出每一個數(shù)據(jù)采樣點的光亮度值對屏幕上各像素點的貢獻，然后進行合成得出最后的圖像。其思想是：首先確定出各體素的投影順序，然后將體素分解成若干個更小的體素，使得從投影方向看這些更小的體素只有一個正向面和一個反向面，而且正向面和反向面在投影面上對應著同一個投影多邊形，從而在投影多邊形內充分利用其二維連貫性進行累積光強和透明度的插值計算值。

光線投射法
光線投射法，又稱為光線跟蹤法，它的基本思想是：從屏幕上的每一個像素點出發(fā)，根據(jù)當前視點的位置，發(fā)射一條線穿過數(shù)據(jù)場，在光線上選擇一系列的采樣點，采用插值方法計算出采樣點的不透明度值和顏色值，然后采用由后到前或由前到后的順序依據(jù)各采樣點的不透明度值對其相應的顏色值進行合成，從而得到屏幕上該像素處的顏色。