基于等值面优化重建医学图像的改进算法

医学图像可视化技术利用二维医学图像序列重建出三维模型,为医生提供了直观、全面、准确的病灶和正常组织信息.传统的方法直接采用由序列轮廓线生成的三角片来拟合曲面,重建的速度与效果均有限.为了提高医学三维图像的重建速度和效果,在对用于构造等值面的MCfMarching cubes)算法进行分析的基础上,提出一种三点线性插值法代替相邻多边形顶点的位置,并对等值面法向矢量场进行平滑,实现了目标图像的三维重建.     

基于MC算法的医学建模方法与研究

针对现有医学图像特点,提出了一种医学三维建模的新方法.该方法基于传统MC算法,结合种子填充思想进行等值面扩展,并利用DMC方法进行插值位置取代,最后直接连接等值点生成多边形网,从而减少了面片数量,很好的解决了二义性问题.实验表明,该方法较传统方法在拓扑结构、存储空间和处理速度方面均有较大改善.     

基于GPU的等值面提取与绘制*

利用图形硬件的并行性将六面体网格数据映射为纹理,从每个六面体中提取等值面片,并将其绘制到纹理而得到最终等值面。基于Cg着色器编程语言实现三维电磁环境表现的实验结果表明,该方法有效地减轻了CPU负担,提高了等值面提取速度,适合实时应用。     

对体可视化Marching Cube算法的改进

提出一个由三维数据计算等值面中点的算法,它在两方面对标准Ｍａｒｃｈｉｎｇ Ｃｕｂｅ算法进行了改进。第一个改进是：在等值面上样本点的状态依赖于它所连接的边同等值面相交的数目;第二个改进是：两相邻样本点中等值面多边形顶点被定位于中点,使得共面三角片合并为一个多边莆,减少了生成多边形的数量,提高了算法效率。     

一种新的三维模型表示与存储方法

利用三维模型三角面片的点面信息,对模型进行基于体素的规格化表示,重新构建三维模型。对在同一平面的相邻两个规格化三角面片进行合并,构成新的四边形面片,由此获得由三角面片和四边形面片混合显示的三维模型。分别对三角面片和四边形面片进行分类和编码,探索三角面片与四边形面片混合存储的方法。实验结果表明,该方法能够在规格化三角面片存储方法的基础上,进一步压缩三维模型的存储空间,提高存储效率。     

基于等值面点的快速三维表面重建算法

医学图像可视化技术利用二维医学图像序列重建出三维模型,为医生提供了直观、全面、准确的病灶和正常组织信息。传统的方法直接采用由序列轮廓线生成的三角片来拟合曲面,重建的速度与效果均有限。本文采用了一种直接绘制等值面点的三维重建算法,该算法只对视觉有贡献,约占总体数据的2%左右表面点进行遍历绘制,大大提高了绘制速度。另外,本文提出了由等值面数据计算法向量的方法,实现了在只有等值面坐标数据的情况下计算法向量。     

基于多尺度等值面设计传递函数

在体绘制中传递函数将体数据转换成光学参数,因此体绘制的效果直接由传递函数决定.本文提出了基于多尺度等值面设计传递函数的高效方法.该方法通过梯度阈值提取边界体元来简化数据场,然后将提取等值面的目标函数的计算化简为累加的拉普拉斯加权的直方图极值的计算.最后对直方图进行多尺度平滑,利用提取出的多尺度等值面来设计高斯型传递函数,提高了等值面的准确度和传递函数的设计效率.     

硬件加速的等值面提取与绘制

图形硬件的发展为通用计算提供了新的平台.利用图形硬件的高密集和并行运算能力,将非规则四面体网格数据映射为纹理,在GPU中从每个四面体提取等值面片,并将其绘制到纹理而得到最终等值面.基于Cg着色器编程语言实现三维雷达作用范围表现的实验结果表明:该方法有效的减轻了CPU负担,提高了等值面提取速度,适于实时应用.     

用自适应的三线性逼近方法构造等值面

在三维空间数据场中构造等值面是科学计算可视化的有效方法，本文提出了一个新的等值面构造方法，新算法建立在对立方体面上的边有效连结的基础上，本文给出了由边连结成多边形的快速方法，详细讨论了多边形的三角化过程，然后，提出了一个自适应的三角形剖分方法，使产生的子三角形网格能满足用户规定的容差，成为等值面的更为精确的多边形逼近，最后给出了用新的算法生成的等值面图形。     

一种基于矢量场结构的等值面构造方法

为得到非结构矢量场中的等值面图像,给出了一种基于矢量场曲线结构的等值面构造新方法.算法利用矢量可视化映射过程中获得的曲线结构来组织数据并计算等值点,采取自适应聚类划分方法获得各个等值面包含的数据点集合后利用曲面重建算法来构造等值面.在计算等值点时,不但利用了数据场中各个数据点处的空间位置与场值大小,而且充分考虑了数据点处的矢量方向信息.实验表明,该方法能够稳定、有效地构造出非结构矢量数据场中的等值面.与基于体元的传统等值面构造方法相比,可以有效加快计算进程,得到更为准确的计算结果.     

一种基于NPR的虚拟环境生成方法

非真实感绘制(NPR)为传统虚拟现实技术的使用开辟了新的空间。针对传统基于图像的绘制无法满足艺术风格虚拟环境需要的问题,通过将非真实感绘制技术引入虚拟场景构建中,提出了一种基于非真实感绘制的虚拟环境生成方法。该方法首先通过计算结构张量刻画图像局部结构,并采用全变分偏微分方程自适应滤波处理来得到平滑张量场;然后在此基础上采用线积分卷积指导画笔走向来模拟生成线条波动感艺术图像;最后将其融入3维场景来生成可漫游的艺术感虚拟环境。实验结果表明,采用该新算法不仅可以较好地模拟线条波动感艺术图像,而且可实现艺术风格虚拟环境的构建。     

基于VTK人体肺部的三维重建

医学图像三维重建技术是利用二维医学图像序列重建出三维模型,为医生提供直观、全面、准确的病灶和正常组织信息,是当今医学影像领域研究的热点之一。利用一个包含了多种面绘制技术的基于面向对象方法设计的、功能强大的可视化类库Visuali zation ToolKit（VTK）进行人体肺部断层图像的三维重建,讨论了面绘制算法中最常用的移动立方体法（MC）。重建效果表明基于VTK的面绘制技术具有应用灵活、重建效果逼真、重建速度较快等优点。为进一步研究人体肺部的动态建模打下基础。     

基于截面数据的C1插值融合曲面重建

为了避免NURBS曲面重建需要进行节点矢量相容的问题，提出了一种双方向融合插值的[C1]参数曲面重建方法，该方法先后分段插值截面上连续的数据点、截面曲线以构造样条曲线和曲面片，并引入融合算法进行曲线、曲面拼接，从而得到光滑的待建曲面。该方法不会产生由节点插入所带来的大量的数据冗余以及复杂的计算过程，同时采用了融合的思想来处理曲线、曲面的拼接，改良了传统参数曲线、曲面拼接方法需要满足边界条件的缺陷。     

An enhanced depth map based rendering method with directional depth filter and image inpainting

Depth image-based rendering (DIBR), which is used to render virtual views with a color image and the corresponding depth map, is one of the key techniques in the 2D to 3D video conversion process. In this paper, a novel method is proposed to partially solve two puzzles of DIBR, i.e. visual image generation and hole filling. The method combines two different approaches for synthesizing new views from an existing view and a corresponding depth map. Disoccluded parts of the synthesized image are first classified as either smooth or highly structured. At structured regions, inpainting is used to preserve the background structure. In other regions, an improved directional depth smoothing is used to avoid disocclusion. Thus, more details and straight line structures in the generated virtual image are preserved. The key contributions include an enhanced adaptive directional filter and a directional hole inpainting algorithm. Experiments show that the disocclusion is removed and the geometric distortion is reduced efficiently. The proposed method can generate more visually satisfactory results.     

Silhouette smoothing for real-time rendering of mesh surfaces

Coarse piecewise linear approximation of surfaces causes undesirable polygonal appearance of silhouettes. We present an efficient method for smoothing the silhouettes of coarse triangle meshes using efficient 3D curve reconstruction and simple local re-meshing. It does not assume the availability of a fine mesh and generates only moderate amount of additional data at run time. Furthermore, polygonal feature edges are also smoothed in a unified framework. Our method is based on a novel interpolation scheme over silhouette triangles and this ensures that smooth silhouettes are faithfully reconstructed and always change continuously with respect to continuous movement of the view point or objects. We speed up computation with GPU assistance to achieve real-time rendering of coarse meshes with the smoothed silhouettes. Experiments show that this method outperforms previous methods for silhouette smoothing.     

基于小波的网络多分辨率体绘制

为了能在网络环境下，快速地进行三维绘制，提出了一种网络环境下的基于小波的体数据多分辨率体绘制方法，该方法采取基于客户端的三维重建方案，首先利用三维小波的多分辨率分析方法，将体数据分解为不同分辨率下的离散逼近信号与高频细节信号；然后按先离散逼近信号，后高频细节信号的次序将数据传输到客户端；最后在客户端实现由粗及精的、渐进式的三维绘制。在这个过程中，一种3D的Mallat滤波器组被用来加速体数据的3D小波分解与重构，一种离散的简略化小波域体绘制方程被用来满足体绘制的实时性。实验结果表明，由于该方法仅需要12．5％或更低的数据量，即可以绘制出品质良好的图像或图像的概貌，所以非常适宜于需要频繁选择、交互的三维图像网络系统。     

Smoothing of Partition of Unity Implicit Surfaces for Noise Robust Surface Reconstruction

We propose a novel method for smoothing partition of unity (PU) implicit surfaces consisting of sets of non-conforming linear functions with spherical supports. We derive new discrete differential operators and Laplacian smoothing using a spherical covering of PU as a grid-like data structure. These new differential operators are applied to the smoothing of PU implicit surfaces. First, Laplacian smoothing is performed for the vector field defined by the gradient of the PU implicit surface, which is then updated to reflect the smoothing of the gradient field. This process achieves a method for noise robust surface reconstruction from scattered points.     

利用距离变换实现CT图象中软组织显示

基于距离变换的软组织显示方法，由分割，距离变换，剥皮和体绘制4个步骤组成，为加快运算速度和满足实时交互的需要，在进行三维医学CT图象内部软组织显示时，采用了一种新的三维欧氏距离变换算法和基于体绘制的三维数据场多表面显示方法，实验结果表明，该方法能够清晰地再现皮下血管，肌肉与骨骼的空间解剖关系，在临床医学领域具有重要的应用价值。     

基于分形维数的层次多分辨率模型

多分辨模型作为一种加速实时显示的手段，近年来得到了普遍的重视和迅速的发展。但是关于在一个虚拟拟环境的漫游系统中如何有效利用这一技术的研究，上前国内外仍处于探讨阶段。     

Fast Mesh Reconstruction from Single View Based on GCN and Topology Modification

3D reconstruction based on single view aims to reconstruct the entire 3D shape of an object from one perspective. When existing methods reconstruct the mesh surface of complex objects, the surface details are difficult to predict and the reconstruction visual effect is poor because the mesh representation is not easily integrated into the deep learning framework; the 3D topology is easily limited by predefined templates and inflexible, and unnecessary mesh self-intersections and connections will be generated when reconstructing complex topology, thus destroying the surface details; the training of the reconstruction network is limited by the large amount of information attached to the mesh vertices, and the training time of the reconstructed network is too long. In this paper, we propose a method for fast mesh reconstruction from single view based on Graph Convolutional Network (GCN) and topology modification. We use GCN to ensure the generation of high-quality mesh surfaces and use topology modification to improve the flexibility of the topology. Meanwhile, a feature fusion method is proposed to make full use of the features of each stage of the image hierarchically. We use 3D open dataset ShapeNet to train our network and add a new weight parameter to speed up the training process. Extensive experiments demonstrate that our method can not only reconstruct object meshes on complex topological surfaces, but also has better qualitative and quantitative results.