基于压缩索引的二阶四面体网格等值面抽取方法

基于二阶10节点四面体网格单元可视化过程中存在的等值面拓扑、三角等值面片结果的计算、存储及传输代价问题,提出了基于压缩索引的等值面抽取方法。为真实表现网格单元内部等值面片拓扑结构并克服其二义性,分析并简化了二阶10节点四面体单元等参插值函数,提出顶点、棱边、表面间的关系矩阵,分别在网格单元棱边、表面及体内计算提取可以表现等值面几何拓扑特征的等值点,设计了关键点匹配规则;结合三类插值点间的逻辑关系制定了令拓扑准确唯一的等值面片三角化及优化策略,设计了辅助三角化、图像优化及绘制过程的可分裂式三角面片压缩索引结构,提出了针对初始面片及优化后面片存储结构的分裂策略。试验结果证明,该方法可准确描述及确定二阶四面体网格单元内部等值面片的唯一拓扑结构,基于压缩索引结构的计算及优化分裂方法简捷有效,可适应不同的精度要求,大幅降低了计算与绘制传输中产生的代价。     

三角网格简化的一种新方法——抽取算法

介绍曲面重构中有效减少三角曲面片的方法——抽取算法,这种算法使用网格顶点的局部几何拓扑特性,改变网格顶点到特征边的距离以及特征边之间的角度,在三角网格上产生位移,减少三角网格的数目;删除网格顶点而产生的“拓扑洞”由局部三角化来修补。     

基于等值面构造的CT图像三维重构

现代医学图像与计算机技术的发展以及它们之间的相互融合,使得基于CT的快速成型制造和三维可视化医学辅助系统的设计与开发成为现实.针对医学CT图像三维重建的关键技术,分析并利用等值面构造法进行CT图像的三维构造.分析了标准MC算法计算量大且不易实现的不足,并把SMC(special MC)算法应用到医用螺旋CT图像上进行三维重建.对两种算法进行了实例验证与比较.     

基于几何图像的三角网格分割

对反求工程中三角网格数据的分割算法进行研究,提出一种基于几何图像的三角网格分割方法.在网格参数化的基础上,改进几何图像的生成方法.结合形态学方法,用去除逼近项小波重建方法和梯度图像方法两种方法分割法矢图像,基于阈值法分割曲率图像,把几何图像的分割结果映射回到原始网格.实例表明基于几何图像的三角网格分割方法对没有复杂自由曲面的网格数据可以取得较好的分割效果.     

基于数学形态学与拓扑规则的三角网格修补算法

针对散乱点云数据在三角剖分过程中产生的拓扑缺陷,提出一种基于数学形态学运算和拓扑规则的网格拓扑修补算法。通过交互的方式选择需要修改的区域,使用自适应分层栅格的缺陷识别技术提取有拓扑缺陷的网格的顶点,从而确定待修复区域的边界,然后利用数学形态学的开启运算和闭合运算去除该修复区域的拓扑缺陷,并利用基于柄体理论的拓扑运算法则对该区域进行局部拓扑修改,生成二维流形的三角网格。应用实例表明,由于不需要对整个点云数据重新进行三角剖分,简化数据处理的过程,该算法具有运算速度快、结果准确性好的优点,并能较好地消除网格中的拓扑缺陷,有效地提高三角网格的显示精度,最终得到具有几何一致性和网格单元拓扑一致性的三角网格模型。     

融合图像域信息的面结构光测量点云数据三角化处理

点云数据三角化处理是逆向工程及快速原型领域中不可缺少的环节。针对传统点云数据三角化算法效率低及鲁棒性差的特点,结合面结构光三角法测量原理,提出融合图像域信息的点云数据三角化方法;根据点云数据图像域信息所具有的空间拓扑关系完成图像域内的三角化连接;然后将其映射到三维空间域中完成点云数据的三角化。由于图像域具有拓扑确定性,不需要将点云数据映射到二维平面再进行平面空间的拓扑关系确定及三角化处理,从而使算法的鲁棒性及处理效率得到提升,最后以具体的实例验证算法有效性。算法已用到具体的项目中实现了测量过程中点云数据的快速三角化。     

基于拓扑关系的交线快速生成方法

三角网格是逆向工程中常用的数据模型。由于模型拓扑关系的复杂性，目前在网格模型的交线生成过程中数据点排序与分离存在诸多缺陷。提出了一种利用网格模型拓扑关系的交线生成与分离算法，该算法充分利用了网格模型的拓扑关系，对各种拓扑类型的数据点完成排序、分离，实现任意复杂拓扑关系的交线生成，为逆向工程中曲线框架的构造提供了依据。     

保证拓扑正确的高精度等值面提取技术

基于体数据的等值面提取是反求工程的重要组成部分。针对传统移动立方体算法存在二义性和提取精度较低等缺陷,新算法首先在立方体内采用三线性方法构造出精确等值面,然后引入面肩点、体肩点和变形点作为等值面的关键点,并对其几何属性进行分析,提出了一种自动保持拓扑正确的高精度等值面三角化算法。不同于以往的移动立方体算法,新算法无需事先生成多边形的基本构形列表,也不必进行旋转和互补等操作。对于任一给定的立方体配置,一旦计算出相应的变形点,新算法自动地对等值面进行三角化。最后给出的实例显示了新算法的有效性。     

基于模糊聚类的Kohonen神经网络三角网格曲面重建

针对密集点云的三角网格曲面重建,提出一种用于数据精简和分块的神经网络算法:将模糊聚类方法与Kohonen神经网络算法结合.该算法具有按不同曲率进行曲面点云分块重建的能力,而且提高了自组织神经网络的效率.并应用该算法进行了仿真试验,建立了三角拓扑网格曲面,验证了算法的有效性.     

基于隐式曲面的三角网格模型等距算法

针对三角网格模型,提出了一种基于隐式曲面的等距算法.该算法首先对三角网格模型进行拓扑重建,然后对顶点进行八叉树采样,由采样点及采样点的单位法矢点来构建隐式曲面,将隐式曲面等距,最后将原模型的顶点投影到等距曲面得到投影点,根据先前建立的拓扑关系,将投影点三角网格化得到等距后的三角网格模型.该算法在一定数值范围内避免了等距模型自交问题,而且等距模型三角网格均匀,质量高.     

基于轮廓线法的三维重建技术研究

提出基于轮廓线法的改进算法,使其更加适用人体组织的三维重建。先根据医学图像的特点将轮廓数据进行分类,然后分别在各类中进行对应处理和分支处理确定轮廓间的拓扑关系,最后以最小对角线为优化目标进行三角面片的拼接,进而得到三维模型。由于较好地确定了拓扑关系,使得组织器官的三维模型表达更精确,建模效率更高。     

3D treatment planning and simulating for craniofacial skeleton

In surgery of the craniofacial skeleton, the current simulation planning systems extrapolate 3D surgical movements and outcomes based on 2D radiographs, which are inadequate for complex surgical movements. This paper presents a 3D treatment-planning system based on computerized tomography (CT) data. Based upon MedGraphics software, a 3D data field is constructed out of the sectional image stack through linear interpolation, and a seeded region-growing algorithm is adopted for the objective tissue segmentation. With the marching cubes algorithm, the triangular mesh model and 3D geometric model of diseased facial skeleton are reconstructed. Then the model is cut, the segments are moved or rotated to their predicted positions, and angles and distances are measured. After the triangular mesh model is decimated, an RP model is manufactured for surgical simulation and a prosthesis is designed. The system has been clinically used for more than 50 cases and technically validated with success.     

基于二维Delaunay近邻的空间散乱数据曲面重建算法

给出了一种新的散乱数据曲面重建算法。算法基于曲面的局平特性，通过二维Delaunay三角剖分到三维空间的映射，快速查找空间任意点的Delaunay近邻，然后根据散乱数据重建三角网格中顶点互为Delaunay近邻的原理，进行曲面拓扑重建。应用新的求解κ-近邻和二维Delaunay近邻的算法，提高了曲面重建的算法效率。实验表明，该算法高效、稳定，对不均匀数据有较好的适用性。     

Digital manufacture of titanium prosthesis for cranioplasty

Based on multi-point forming (MPF) technology, a novel digital manufacturing method of cranial titanium plates for the repair of skull defects is developed in this paper. First, a 3D triangular mesh model of the skull is constructed from a CT data set. Then, a non-uniform rational B-splines-format (NURBS-format) patch surface is obtained by surface interpolation based on the skull polygon model. Finally, the patch surface model is input to MPF CAD/CAM software and the cranial titanium prosthesis is deformed by an MPF press. The method has many new features compared with other means. Implementing medical image processing and MPF technology, the method can remarkably shorten the production cycle of titanium cranioplasty, as well as offer improved fitting precision. About 20 practical applications have been finished, which prove the feasibility and efficiency of the method.     

CT数据三维重建及可视化技术的研究

根据CT图像特点,运用计算机图形、图像和三维可视化技术,开发了一套基于医用X-CT的三维重建原型系统,实现对二维有序CT的浏览、图像分割及重建图像显示等操作.介绍了系统的结构和各种算法的实现.试验结果表明,该系统满足临床辅助诊断和手术计划制定的要求.     

FEATURE EXTRACTION OF BONES AND SKIN BASED ON ULTRASONIC SCANNING

In the prosthetic socket design,aimed at the high cost and radiation deficiency caused by CT scanning which is a routine technique to obtain the cross-sectional image of the residual limb,a new ultrasonic scanning method is developed to acquire the bones and skin contours of the residual limb.Using a pig fore-leg as the scanning object,an overlapping algorithm is designed to reconstruct the 2D cross-sectional image,the contours of the bone and skin are extracted using edge detection algorithm and the 3D model of the pig fore-leg is reconstructed by using reverse engineering technology.The results of checking the accuracy of the image by scanning a cylinder work pieces show that the extracted contours of the cylinder are quite close to the standard circumference.So it is feasible to get the contours of bones and skin by ultrasonic scanning.The ultrasonic scanning system featuring no radiation and low cost is a kind of new means of cross section scanning for medical images.     

基于快速三维主成分分析的肺CT图像检测

为解决基于二维图像处理的计算机辅助诊疗系统(CAD)仅考虑每幅图像自身包含的信息而忽略不同扫描层之间的联系,以及数据处理过程中的海量计算问题,提出一种新的基于快速三维主成分分析(3D PCA)的有效肺CT病灶检测算法。该算法首先引入高维张量奇异值分解(HOSVD)设计3D PCA;然后以提取出的三维空间特征点为种子点,进行区域增长以获取完整的疑似病灶区域;最后,根据医学图像具体特征,设计了一种HOSVD的简化分解算法。对来自吉林省肿瘤医院的10个典型病例的五百余幅临床CT图像进行了实验,并将实验结果与当前同类算法做了比较。结果表明,检测精确度提高了约10%~21%;另外,快速算法与原算法比较,计算复杂度可降低约1/3。由于快速3D PCA可以挖掘更多存在于不同连续扫描层间的有用信息,更精准提取病灶特征,在一定程度上提高了检测率。     

基于全局特征与局部特征的图像分级匹配算法研究及应用

移动机器人基于拓扑地图导航时要求图像特征提取与匹配算法具有高的精度和鲁棒性、良好的实时性,针对此,提出了基于全局特征和局部特征的图像分级匹配算法。首先对输入的待匹配图像应用改进的形状上下文算法提取全局特征与图像库中图像进行遍历粗匹配,得到与当前待匹配图像相似度最高的3幅图像并构建临时图像库;然后利用改进的SIFT算法提取输入图像局部特征与临时图像库中3幅图像的局部特征进行精确匹配,最终得到与待匹配图像相似度最高的图像作为匹配结果输出。所提出的图像分级匹配算法将基于全局特征的改进形状上下文算法和基于局部特征的改进SIFT算法相结合,从而达到优势互补的目的。实验结果表明,该算法在机器人基于拓扑地图导航过程中有效地提高了图像匹配效率,缩短了运行时间。     

基于隐式曲面的三角网格模型等距算法

针对三角网格模型，提出了一种基于隐式曲面的等距算法。该算法首先对三角网格模型进行拓扑重建，然后对顶点进行八叉树采样，由采样点及采样点的单位法矢点来构建隐式曲面，将隐式曲面等距，最后将原模型的顶点投影到等距曲面得到投影点，根据先前建立的拓扑关系，将投影点三角网格化得到等距后的三角网格模型。该算法在一定数值范围内避免了等距模型自交问题，而且等距模型三角网格均匀，质量高。