医学三维影像数据可视化是科学可视化与生物医学信息工程相结合的热点技术,近年来发展非常迅速,并在临床诊断上获得了广泛的应用.实时的人机交互和高质量的绘制是医学可视化的关键技术.实时的交互性是医学可视化技术在临床诊断和治疗中进一步推广应用的必要条件;高质量的绘制图像是医生做出准确判断的基本要求.　　 体绘制技术被广泛应用于医学可视化领域.体绘制发展的二十多年间取得了很大进展、逐渐成熟,但与此同时,数据规模和用户需求也不断增加.本文主要研究提高体绘制实时性、交互性和绘制质量的算法和相关技术.研究思路是从分析现有体绘制算法的绘制速度和绘制质量这一对基本矛盾出发,对现有算法缺点的产生原因进行细致分析,结合GPU强大的处理能力和灵活的可编程性,提出改进方案,提高其绘制速度和图像质量,将其应用于医学三维影像数据可视化.　　 利用DirectX9.0与HLSL在GPU中实现了单通道的光线投射算法,并提出了结合GPU光线投射算法的实时传输函数设计,不用对数据进行预分割,可以在直方图上实时改变传输函数映射规则,实现体数据内部不同组织的分割显示.　　 在基于GPU的单通道体绘制算法基础上,将代理面拓展为任意形状,提出了一种改进的基于GPU的体面结合的绘制方法,实现了影像数据可视化的加速.利用基于2D轮廓线的面绘制算法,提取包含用户感兴趣数据的闭合曲面,并将它作为基于GPU的光线投射算法的代理几何面,进行快速体绘制.通过代理几何面的绘制可减少光线的数量及采样长度,节省光线投射算法的时间.将该方法应用于医学、工业等领域,得到的数据结果表明,在保证有效数据不丢失的情况下提高了绘制效率.　　 在体绘制过程中,为了给物质表面加入材质(光照和纹理)来提高结果的可读性,提出一种带材质的体绘制算法.通过引入2D球面光照贴图,用纹理映射替代了GPU中复杂的光照模型计算;利用物质表面单位法向量索引球面光照贴图中对应点的颜色信息,从而给物体表面赋予各种材质属性;并结合基于3D纹理的GPIJ光线投射算法完成绘制.实验结果表明,该算法简单易行,在增强可视化效果的同时使得绘制的效率也得到提升.　　 为实现实时高效的体数据切割操作,提出一种将人机交互和基于GPU的体绘制相结合的切割方法.先通过人机交互生成多个切割体的几何形状并三角化,作为基于GPU的光线投射算法的代理面,然后利用深度剥离算法获得光线在所有代理面上的出入射点坐标,最后用多个通道完成体绘制.该方法在单个3D纹理上进行,可以实现多个任意形状的切割体切割,在节省GPU内存空间的同时,提高了切割后的绘制效率.