随着可视化应用领域的不断扩大,人们对可视化的需求也越来越复杂。可视化引擎的研究,有助于科学计算的数据用直观的三维真实感图形表现出来,方便用户更快更好地对这些数据进行理解和分析。数据建模是可视化关键技术之一,空间结构曲面按表达式可分为函数曲面与自由曲面。函数曲面可以由解析函数表达式来表达,建模方便,而自由曲面无法用解析函数表达式来表达,建模有一定难度。本文根据适合空间结构自由曲面建模的B样条方法及其特点,采用双三次B样条曲面插值算法进行数据建模;针对大规模数据,采用Delaunay三角网格剖分算法生成三角形网格来构造曲面。直接体绘制技术将三维体数据映射到二维投影平面上产生最终绘制结果,具有半透明显示数据场的不同区域和内部细节的优势,但体绘制需要处理的数据量庞大、生成图形的算法比较复杂、处理时间长。本文研究了光线追踪算法和投影成象算法相结合的体绘制方法,结合GPU的可编程顶点处理器和片段着色器,将三维体绘制的部分绘制计算(如顶点变换、纹理映射、色彩转换等)从CPU转移到GPU的顶点和片段着色器上进行处理,实现了图形的快速绘制。层次包围盒方法是解决碰撞检测问题固有时间复杂性的一种有效方法——通过包围盒间的快速相交测试来及早地排除明显不可能相交的基本几何元素对,进一步对包围盒重叠部分的元素进行相交测试,以提高碰撞检测速度。本文结合AABB(Axis-Aligned Bounding Box)包围盒和OBB(Oriented Bounding Box)包围盒的优点,研究了基于LDI(Layered-Depth Image)的碰撞检测算法。该算法通过构造物体的OBB层次包围树,递归遍历物体的层次包围盒树进行OBB包围盒的碰撞检测。针对碰撞发生在叶子节点的情况,通过计算两叶子节点的AABB包围盒来获取AABB包围盒的相交区域V。在该区域V内,采用LDI分层深度图像算法来研究运动物体的碰撞,实现了快速的碰撞检测。本文研究了数据建模、体绘制、碰撞检测等可视化引擎中的关键技术,并实现了可视化引擎关键模块的开发。