医学图像三维可视化技术是当前可视化研究的重点，也是实践中最常遇到的。直接体绘制技术是可视化中一类重要的技术。与从数据场中抽取几何面进行可视化的方法相比，体绘制方法不生成中间几何元素，而是直接将数据进行整体的合成。这样，不同的内容可以在一幅图像中同时显示，便于人们对数据场进行全面综合的分析和研究。光线投射算法能生成高质量的图像，是医学图像可视化的理想手段，但其庞大的计算量制约了显示速度。本文首先采用了一种软件加速方法：错切-变换算法。该算法将三维离散数据场的投影变换分解为三维数据场的错切变换和二维图像的变形两步来实现，从而将三维空间的重采样过程转换为二维平面的重采样过程，大大减少了计算量，使得三维数据场的体绘制可以在图形工作站上以接近实时的速度实现，而不显著降低图像的质量。随着计算机图形硬件的不断发展，GPU的强大计算能力和可编程性为体绘制提供了加速可能。本文着重介绍了基于3D纹理的体绘制算法。该算法用整个体数据生成一个3D纹理，并确定体数据空间坐标和体数据3D纹理坐标的转换关系。根据这个关系，可以确定片层多边形各个定点和3D纹理坐标。从而可以利用3D纹理硬件的纹理采样功能(三线性插值)，计算片层多边形内部各个采样点上的体数据采样值。通过对光线投射算法的分析，不难发现各条光线内存在并行性。在对Intel和AMD各自的SIMD扩展指令进行比较后，本文提出了基于SIMD扩展指令的体绘制加速方法。其主要思想是将四条光线的参数存入128位的寄存器，并行地投射并计算。三线性插值是体绘制过程中比较消耗时间的一步，本文同样提出了基于SIMD的优化方法，减少了乘法和加法的次数。在颜色累积的过程中，为减少频繁地条件指令带来的性能下降，采用了SIMD的饱和指令自动限定了最大值。在上述算法的基础上，本文开发了一个整合了基于图形硬件和基于SIMD扩展指令的医学图像可视化系统。该系统可读取DICOM格式的医学影像文件，并根据用户的需要产生不同精度的图像。同时，该系统提供了实时调节传递函数和视点的接口，使用户可以观察到体数据的不同层次和部位。最后，本文对该系统的性能作了分析，指出SIMD优化的瓶颈在于对LUT表的查找，而基于图形硬件的实现对于大规模的体数据缺乏较好的支持。