4.3　三维标量数据可视化

最常见的标量场可视化方法包括颜色映射(color mapping)、轮廓法(contouring)以及高度图(height plot)。颜色映射的方法将每一标量数值与一种颜色相对应,可以通过建立一张以标量数值作为索引的颜色对照表的方式实现。更普遍的建立颜色对应关系的方法称为传递函数(transfer function),它可以是任何将标量数值映射到特定颜色的表达方式。对于颜色映射的可视化,选择合适的对应颜色非常重要,不合理的颜色方案将无法帮助解释标量场的特征,甚至产生错误的信息。轮廓法是将标量场中数值等于某一指定阈值的点连接起来的可视化方法。地图上的等高线、天气预报图中的等温线都是典型的二维标量场的轮廓可视化的例子。多条等值轮廓线(或等值轮廓面)在标量场上分布的稀疏程度表示了相应标量场变化的快慢。二维标量场的轮廓线可以通过移动正方形(marching square)的方法获得。三维标量场的轮廓可视化即为等值面的提取和绘制。高度图(height plot)则是根据二维标量场数值的大小,将表面的高度在原几何面的法线方向做相应的提升。这样表面的高低起伏对应于二维标量场数值的大小和变化。

三维标量场也被称为三维体数据场(volumetric field),其主要可视化方法包括直接体绘制和等值面的提取与绘制。直接体绘制通过颜色映射,可以直接将三维标量场投影成二维图像。这种算法并不构造中间几何图元,而是由离散的三维数据场直接产生屏幕上的二维图像。选择三维标量场的颜色映射方案就是对体数据的直接体绘制设计传递函数的问题。如何设计合理的传递函数一直是可视化研究中的重要课题。等值面方法可以更好地表示特定曲面的特征和信息,但是与直接体绘制方法相比,丢失了指定等值面以外的数据场信息。另一方面,直接体绘制虽然显示了包括全部三维数据场的信息,但是由于数据之间的遮挡以及体绘制中的合成计算,特征之间可能发生干扰。如何通过选择合理的传递函数,使得体数据可视化最佳地揭示内在特征是一个很大的挑战。此外,三维标量场还可以通过设立切面(slicing)的方式对特定平面的信息可视化,这种方法在医学成像数据方面使用较多。

三维空间数据场方法主要分为抽取表面信息的可视化方法和直接体绘制方法两种。(https://www.daowen.com)

·抽取表面信息的可视化方法(面绘制):分为断层间的构造等值面、等值面生成。

·直接体绘制方法(体绘制):光线投射、投影方法、其他体绘制方法。