科学可视化技术可以广泛应用于医学、气象学、地质学等多个领域,是当前发展最为迅速的技术之一。体绘制技术作为科学可视化的关键技术也得到了国内外研究者的极大关注。虽然体绘制算法在观察绘制对象内部结构方面具有其独特优势,但是,高计算复杂度、低绘制性能限制了体绘制技术的广泛应用。因此,必须使用软件和硬件方法提高绘制性能,研究体绘制算法的加速技术势在必行。近年来,基于GPU(图形处理单元)的体绘制算法迅速发展起来。GPU专为图形处理而设计,在绘制性能方面具有优势,而且提供了越来越多的控制功能和灵活性,已经成为最常使用的体绘制加速技术之一。本文首先实现了传统的基于纹理的物序体绘制算法,并对其进行全面分析,指出物序体绘制算法固有的绘制缺陷,肯定了基于三维纹理的像序体绘制算法的优势所在。在此基础上,提出以三维纹理为基础数据结构的基于逆投影的光线投射算法。在新算法中,我们采用逆矩阵投影方法求解重采样点的屏幕坐标,充分利用GPU的矩阵计算功能,简化了重采样操作的坐标控制。另外,还使用了依赖纹理技术,将传递函数映射的过程从CPU中转移到GPU中进行,节省了大量的存储空间,也提高了绘制性能,实验证明:基于逆投影的光线投射算法对于2563规模的体数据在绘制性能和绘制结果质量上均比基于纹理的物序体绘制算法有很大提高;与其他基于GPU的像序体绘制算法相比,其绘制过程简单易控。光线投射算法是最经典的体绘制算法,它能够产生高质量的结果图形,但是绘制的时间复杂度高。文中我们提出一种新的基于片段的光线投射算法(SRC)以实现加速。同许多加速技术一样,SRC是利用体数据的数据一致性,但是却将优化重点放在不同的绘制阶段。SRC将连续的具有相似属性的重采样点合并成一个片段,并对片断进行融合而不是重采样点,减少了融合操作的次数和时间。我们对SRC从理论和实验两个方面进行验证,并对SRC的适用性和灵活性进行了讨论。实验证明:在不降低绘制质量的基础上,软件实现的光线投射算法使用SRC后性能提高大约30%,而基于GPU的光线投射算法使用SRC后性能提升的倍数与片断长度几乎相同。