可视化技术

图1 美国ADAC实验室给出的多种模态的融合图象

由于EBCT血管造影图像时间分辨率高，消除了呼吸及运动伪影，可以明确诊断各种主动脉病变和显示冠状动脉搭桥血管解剖结构。三维重建图像利于整体直观地显示病变，帮助明确诊断并指导手术。从而在主动脉病变的诊断和冠状动脉搭桥术后的血管显示方面，可望取代有创的常规血管造影

在可视化技术的基础上可以进一步实现放射治疗、矫形手术等的计算机模拟及手术规划。例如，在做脑部肿瘤放射治疗时，需要在颅骨上穿孔，然后将放射性同位素准确地安放在脑中病灶部位，既要使治疗效果最好,又要保证整个手术过程及同位素射线不伤及正常组织。由于人脑内部结构十分复杂，而且在不开颅的情况下，医生无法观察到手术实际进行情况，因而要达到上述要求是十分困难的。利用可视化技术就可以在重构出的人脑内部结构三维图像的基础上，对颅骨穿孔位置、同位素置入通道、安放位置及等剂量线等进行计算机模拟，并选择最佳方案。同时还可以在屏幕上监视手术进行的情况，从而大大提高手术的成功率。又如，有不少儿童的髋关节发育不正常，当作矫形手术时，需要对髋关节进行切割、移位、固定等操作。利用可视化技术可以首先在计算机上构造出髋关节的三维图像，然后在计算机上对切割部位、切割形状、移位多少及固定方式等的多种方案进行模拟，从而大大提高矫形手术的质量。

2.油气勘探

图2 用PGS Tigress有限公司软件显示的油藏三维图

多年前，人们就已经找到了许多大型油气田。目前石油工业面临的一个严峻问题是：如何寻找规模小而埋藏深的油气田。除了寻找新油田之外，新技术的出现还允许我们通过改善分析和回收方法，使现存油田处于最佳状态，并延长很多油田的产油寿命。科学家和工程技术人员必须先对大量的地震勘探数据进行精确的解释，然后才能确定油田是否存在，并确定对地下资源的开采管理方案。油气勘探的主要方式，是通过天然地震波或人工爆炸产生的声波在地质构造中的传播，来重构大范围内的地质构造，并通过测井数据了解局部区域的地层结构，探明油藏气藏位置及其分布，估计蕴藏量及其勘探价值。由于地震数据及测井数据的数据量极其庞大，而且分布不均匀，因而无法根据纸面上的数据作出分析。利用可视化技术可以从大量的地质勘探数据或测井数据中，构造出感兴趣的等值面、等值线，并显示其范围及走向，并用不同颜色显示出多种参数及其 相互关系，从而使专业人员能对原始数据作出正确解释，得到矿藏是否存在、矿藏位置及储量大小等重要信息。这不仅可以指导打井作业、减少无效井位、节约资金，而且必将大大提高寻找油藏的效率，从而具有重大的经济效益及社会效益。英国的PGS Tigress有限公司开发了数据的可视化软件,已在全世界许多油田和天然气开发中得到广泛的应用。利用这种软件，可以进行地震数据处理、测井多井评估、模拟油气的储存和生产过程。不仅能确定油气储存的位置，而且便可以跟踪油气的运动，便于确定开采油气的最优路径。我国大庆勘探开发研究院开发了地质数据可视化系统，可以全方位、方便灵活地对三维数据体中的断层、部面、层面及其内部所包含的数据类别、地质属性进行立体显示，具有面向对象的开发环境，能满足用户的各种数据可视化要求。

3.气象预报

图3 美国国家海洋和大气局预报的北克拉罗多的天气数据的三维图象

气象预报关系到亿万人民的生活、国民经济的持续发展和国家安全。对灾害性天气的预报和预防将会大大减少人民生命财产的损失。气象预报的准确性依赖于对大量数据的计算和对计算结果的分析。一方面，科学计算可视化可将大量的数据转换为图像，在屏幕上显示出某一时刻的等压面、等温面、旋涡、云层的位置及运动、暴雨区的位置及其强度、风力的大小及方向等，使预

报人员能对未来的天气作出准确的分析和预测。另一方面,根据全球的气象监测数据和计算结果，可将不同时期全球的气温分布、气压分布、雨量分布及风力风向等以图像形式表示出来，从而对全球的气象情况及其变化趋势进行研究和预测。美国国家海洋和大气局(NOAA)的预报系统实验室开发了气象预报办公室(WFO-Advanced)的高级版，其关键部分是显示天气数据的三维图象。为此，该实验室开发了三维可视化软件系统Display 3D(D3D)。利用这个系统可以将从气球、地面站、雷达、飞机和卫星等收集来的大量数据进行显示和处理，并在此基础上及时跟踪和评估当地的重要气象情况，从而及时准确地作出天气预报。通常情况下，气象工作者将二维的层状数据人为叠加来进行分析，而运用三维可视化，可让气象工作者从大量二维图像计算中解脱出来，让他们的精力集中于预报所需的实际数值。利用WFO-Advanced 和 D3D ，气象工作者可以建立在4小时内做出未来12-18小时的中尺度(20-200km)或区域预报模式。该软件中的动画模块可以生成图像序列、显示出动态图像。这一软件的最大特点在于生成云雾十分逼真。我国军事气象部门最近开发的“军用数值天气预报系统”，能高速处理数千个气象台站气象观测数据，自动滚动制作10天以内逐日军用天气预报、军事气象要素预报和三维可视化信息。

4.工程

计算机辅助工程(CAE)包括计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)和计算机辅助运行等多项内容。可视化技术有助于整个工程过程一体化和流线化，并能使工程的领导和技术人员看到和了解过程中参数变化对整体的动态影响，从而达到缩短研制周期、节省工程全寿命费用的目的。可视化技术可将多种来源的各种数据(包括表格数据、离散采样数据、贴体坐标数据、多重半结构网格数据和非结构网格数据等)融合成三维的图形图像。