可視化技術(shù)

圖1 美國ADAC實(shí)驗室給出的多種模態(tài)的融合圖象

由于EBCT血管造影圖像時(shí)間分辨率高，消除了呼吸及運動(dòng)偽影，可以明確診斷各種主動(dòng)脈病變和顯示冠狀動(dòng)脈搭橋血管解剖結構。三維重建圖像利于整體直觀(guān)地顯示病變，幫助明確診斷并指導手術(shù)。從而在主動(dòng)脈病變的診斷和冠狀動(dòng)脈搭橋術(shù)后的血管顯示方面，可望取代有創(chuàng )的常規血管造影

在可視化技術(shù)的基礎上可以進(jìn)一步實(shí)現放射治療、矯形手術(shù)等的計算機模擬及手術(shù)規劃。例如，在做腦部腫瘤放射治療時(shí)，需要在顱骨上穿孔，然后將放射性同位素準確地安放在腦中病灶部位，既要使治療效果最好,又要保證整個(gè)手術(shù)過(guò)程及同位素射線(xiàn)不傷及正常組織。由于人腦內部結構十分復雜，而且在不開(kāi)顱的情況下，醫生無(wú)法觀(guān)察到手術(shù)實(shí)際進(jìn)行情況，因而要達到上述要求是十分困難的。利用可視化技術(shù)就可以在重構出的人腦內部結構三維圖像的基礎上，對顱骨穿孔位置、同位素置入通道、安放位置及等劑量線(xiàn)等進(jìn)行計算機模擬，并選擇最佳方案。同時(shí)還可以在屏幕上監視手術(shù)進(jìn)行的情況，從而大大提高手術(shù)的成功率。又如，有不少兒童的髖關(guān)節發(fā)育不正常，當作矯形手術(shù)時(shí)，需要對髖關(guān)節進(jìn)行切割、移位、固定等操作。利用可視化技術(shù)可以首先在計算機上構造出髖關(guān)節的三維圖像，然后在計算機上對切割部位、切割形狀、移位多少及固定方式等的多種方案進(jìn)行模擬，從而大大提高矯形手術(shù)的質(zhì)量。

2.油氣勘探

圖2 用PGS Tigress有限公司軟件顯示的油藏三維圖

多年前，人們就已經(jīng)找到了許多大型油氣田。目前石油工業(yè)面臨的一個(gè)嚴峻問(wèn)題是：如何尋找規模小而埋藏深的油氣田。除了尋找新油田之外，新技術(shù)的出現還允許我們通過(guò)改善分析和回收方法，使現存油田處于最佳狀態(tài)，并延長(cháng)很多油田的產(chǎn)油壽命?？茖W(xué)家和工程技術(shù)人員必須先對大量的地震勘探數據進(jìn)行精確的解釋?zhuān)缓蟛拍艽_定油田是否存在，并確定對地下資源的開(kāi)采管理方案。油氣勘探的主要方式，是通過(guò)天然地震波或人工爆炸產(chǎn)生的聲波在地質(zhì)構造中的傳播，來(lái)重構大范圍內的地質(zhì)構造，并通過(guò)測井數據了解局部區域的地層結構，探明油藏氣藏位置及其分布，估計蘊藏量及其勘探價(jià)值。由于地震數據及測井數據的數據量極其龐大，而且分布不均勻，因而無(wú)法根據紙面上的數據作出分析。利用可視化技術(shù)可以從大量的地質(zhì)勘探數據或測井數據中，構造出感興趣的等值面、等值線(xiàn)，并顯示其范圍及走向，并用不同顏色顯示出多種參數及其 相互關(guān)系，從而使專(zhuān)業(yè)人員能對原始數據作出正確解釋?zhuān)玫降V藏是否存在、礦藏位置及儲量大小等重要信息。這不僅可以指導打井作業(yè)、減少無(wú)效井位、節約資金，而且必將大大提高尋找油藏的效率，從而具有重大的經(jīng)濟效益及社會(huì )效益。英國的PGS Tigress有限公司開(kāi)發(fā)了數據的可視化軟件,已在全世界許多油田和天然氣開(kāi)發(fā)中得到廣泛的應用。利用這種軟件，可以進(jìn)行地震數據處理、測井多井評估、模擬油氣的儲存和生產(chǎn)過(guò)程。不僅能確定油氣儲存的位置，而且便可以跟蹤油氣的運動(dòng)，便于確定開(kāi)采油氣的最優(yōu)路徑。我國大慶勘探開(kāi)發(fā)研究院開(kāi)發(fā)了地質(zhì)數據可視化系統，可以全方位、方便靈活地對三維數據體中的斷層、部面、層面及其內部所包含的數據類(lèi)別、地質(zhì)屬性進(jìn)行立體顯示，具有面向對象的開(kāi)發(fā)環(huán)境，能滿(mǎn)足用戶(hù)的各種數據可視化要求。

3.氣象預報

圖3 美國國家海洋和大氣局預報的北克拉羅多的天氣數據的三維圖象

氣象預報關(guān)系到億萬(wàn)人民的生活、國民經(jīng)濟的持續發(fā)展和國家安全。對災害性天氣的預報和預防將會(huì )大大減少人民生命財產(chǎn)的損失。氣象預報的準確性依賴(lài)于對大量數據的計算和對計算結果的分析。一方面，科學(xué)計算可視化可將大量的數據轉換為圖像，在屏幕上顯示出某一時(shí)刻的等壓面、等溫面、旋渦、云層的位置及運動(dòng)、暴雨區的位置及其強度、風(fēng)力的大小及方向等，使預

報人員能對未來(lái)的天氣作出準確的分析和預測。另一方面,根據全球的氣象監測數據和計算結果，可將不同時(shí)期全球的氣溫分布、氣壓分布、雨量分布及風(fēng)力風(fēng)向等以圖像形式表示出來(lái)，從而對全球的氣象情況及其變化趨勢進(jìn)行研究和預測。美國國家海洋和大氣局(NOAA)的預報系統實(shí)驗室開(kāi)發(fā)了氣象預報辦公室(WFO-Advanced)的高級版，其關(guān)鍵部分是顯示天氣數據的三維圖象。為此，該實(shí)驗室開(kāi)發(fā)了三維可視化軟件系統Display 3D(D3D)。利用這個(gè)系統可以將從氣球、地面站、雷達、飛機和衛星等收集來(lái)的大量數據進(jìn)行顯示和處理，并在此基礎上及時(shí)跟蹤和評估當地的重要氣象情況，從而及時(shí)準確地作出天氣預報。通常情況下，氣象工作者將二維的層狀數據人為疊加來(lái)進(jìn)行分析，而運用三維可視化，可讓氣象工作者從大量二維圖像計算中解脫出來(lái)，讓他們的精力集中于預報所需的實(shí)際數值。利用WFO-Advanced 和 D3D ，氣象工作者可以建立在4小時(shí)內做出未來(lái)12-18小時(shí)的中尺度(20-200km)或區域預報模式。該軟件中的動(dòng)畫(huà)模塊可以生成圖像序列、顯示出動(dòng)態(tài)圖像。這一軟件的最大特點(diǎn)在于生成云霧十分逼真。我國軍事氣象部門(mén)最近開(kāi)發(fā)的“軍用數值天氣預報系統”，能高速處理數千個(gè)氣象臺站氣象觀(guān)測數據，自動(dòng)滾動(dòng)制作10天以?xún)戎鹑哲娪锰鞖忸A報、軍事氣象要素預報和三維可視化信息。

4.工程

計算機輔助工程(CAE)包括計算機輔助設計(CAD)、計算機輔助制造(CAM)和計算機輔助運行等多項內容?？梢暬夹g(shù)有助于整個(gè)工程過(guò)程一體化和流線(xiàn)化，并能使工程的領(lǐng)導和技術(shù)人員看到和了解過(guò)程中參數變化對整體的動(dòng)態(tài)影響，從而達到縮短研制周期、節省工程全壽命費用的目的?？梢暬夹g(shù)可將多種來(lái)源的各種數據(包括表格數據、離散采樣數據、貼體坐標數據、多重半結構網(wǎng)格數據和非結構網(wǎng)格數據等)融合成三維的圖形圖像。