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(nèi)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(nèi)部著色，給三維實體內(nèi)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(jié)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(jié)果。體繪制技術(shù)就是要將這一三維空間樣本直接轉(zhuǎn)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(shù)的實質(zhì)是將離散的三維空間數(shù)據(jù)場轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(shù)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?gòu)核函數(shù)，對離散的三維數(shù)據(jù)場進行三維卷積運算，重構(gòu)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(nèi)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。