直接体绘制技术(Direct Volume Rendering)是计算机图形学的一个分支和热点研究方向,同时也是计算机可视化技术的一项核心技术,在医学、地质科学、流体力学等领域得到广泛重视和应用。其中基于象序Ray-casting算法是目前国际上最流行的一种体绘制技术,绘制质量较高。但随着可视化技术的深入发展和应用,数据规模越来越大,导致体绘制速度与用户要求实时、交互进行显示处理之间的矛盾越来越严重,因此在保证绘制质量的前提下,速度成为体绘制技术进一步发展的瓶颈。本文主要针对该问题提出了基于Ray-casting算法的硬件支撑体系结构RCAA(Ray-casting Arithmetic Accelerator)。针对Ray-casting算法的特点,本文给出了相应的计算模型(高速模型和高质量模型)和硬件支撑体系结构RCAA,同时描述了RCAA各模块的主要功能。作为RCAA中的瓶颈部件——存储器系统,本文提出了无访存冲突的并行低位交叉存储方式以提高存储系统的吞吐率。根据并行存储器的特点,提出了体素在并行存储器中的存储方式以及如何充分的利用DRAM的页模式结构来提高Cach命中率。根据体素在并行存储器中的分布方式,本文提出了一种确定体素在存储器中具体位置的地址计算方法,此方法完成从三维地址到一维地址的变换。此外还提出如何采用基于FPGA查找表结构完成坐标变换以确定重采样点的位置。针对Ray-casting算法的重构部分,本文对线性插值进行了改进并设计了三维线性插值器。利用功能仿真工具、逻辑综合工具与软件相结合验证了结果在逻辑上的正确性。最后,本文完成了对RCAA中明暗计算单元和融合单元的设计,并利用功能仿真工具、逻辑综合工具与软件相结合验证了结果在逻辑上的正确性。根据明暗计算单元的特点,提出了一种新的设想以解决明暗计算速度和芯片面积存在的问题。