基于WebVR的医学体数据可视化

传统的医学体数据可视化通过计算机屏幕显示三维医学影像,由于使用者对二维屏幕缺乏深度感知,对于组织内各部位无法准确判断相对位置,难以观察理解。为了解决这个问题,结合虚拟现实(VR)技术与体绘制技术,提出并实现基于WebVR的医学体数据可视化系统。基于B/S模式设计系统的整体架构,浏览器端从服务器端获得体数据,使用WebGL调用本地显卡对渲染进行硬件加速。运用光线投射算法进行体绘制,渲染结果通过浏览器显示或使用WebVR连接至VR设备显示在虚拟空间中,实现沉浸式的可视化。同时,针对虚拟现实环境对光线投射算法提出优化方法,实现激光拾取、体数据内部可视化和平面裁剪的交互方式。系统实现了新的三维立体视觉的感知方式和方便灵活的交互功能,增强使用者对三维医学体数据可视化影像的感知。     

基于图像分割的三维重构

三维重构方法是医学图像可视化系统、治疗计划系统的重要技术。基于图像分割的三维重构方法结合了图像分割、等值面抽取、网格简化三种技术,是不同于传统Marching Cubes算法的一种三维重构方法。它首先将医学图像分割为二值图,然后利用Marching Cubes方法进行等值面抽取,最后对得到的网格模型进行简化。实验结果表明,基于图像分割的三维重构方法加快了Marching Cubes的运算速度,改善了重构的效果,有利于实现对基于三维重构的大型几何模型的实时绘制和交互。     

基于二维直方图图像智能分割的体绘制传递函数设计

为了增强传递函数的特征区分能力并简化交互模式,提出一种基于二维直方图图像分割和特征度量差异性分析的渐进式体绘制传递函数设计方法.通过渐进式地用不同的特征组成传递函数对目标区域进行逐步求精地分离,并在每次分离时采用面向数据分类的特征空间度量差异性的评估方法智能指导二维传递函数数值特征的选取.使用这一系列二维传递函数对目标区域进行多次分离,得到目标区域精确的分离结果;再利用此结果突出目标区域的显示,增强可视化效果.由于该方法借鉴了前人建立在对二维直方图图像进行normalized cut分割和层次聚类的交互方式,使得二维直方图的交互也非常简单便捷.实验结果表明,文中方法是有效的.     

基于VTK的医学三维图像模型构建与切割

虚拟外科手术是医学领域的一个重要研究方向。基于面绘制和体绘制两种可视化算法实现医学图像的三维模型重建,针对不同重建模型分别实现虚拟任意切割：面切割和体切割,并讨论了虚拟切割的交互操作实现方法。用VTK(Visualization Toolkit)初步实现了模拟手术系统中的虚拟切割脊柱体功能。     

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。     

用于体绘制可视化的交互式直方图传递函数设计研究

医学图像体绘制可视化可以直接显示体数据的内部信息,成为可视化研究的一个重要的领域.由于医学图像数据本身的复杂性和传递函数的设计的灵活性,可视化传递函数成为研究的热点.通过CT,MRI设备获取的体数据,其质量受噪声影响严重,首先使用非线性增强方法对数据进行预处理,之后对体数据进行边界体素预判,并构造二维直方图用以设计传递函数,最终用光线投射算法绘制体数据.利用文中方法对大小为256×256×161的牙齿数据集进行非线性增强去噪,并设计传递函数,牙齿数据噪声得到了有效地抑制,不同边界区分比较明显.此外对牙齿体数据进行边界体素预判后,通过二维直方图查找边界的时间由78.2s减少至28.3s.实验结果表明,文中方法能有效地去除噪声、查找边界并提高绘制速度.基于构造出的直方图能够方便进行半自动化传递函数设计,提高绘制结果的质量.     

3D widgets交互在三维图像处理中的应用研究

本文主要研究3D widgets方法在三维医学图像交互处理中的应用,并使用MITK开发工具包,实现了一个颅颌面外科手术交互处理软件.在三维医学图像处理研究中,把通过医学图像输入设备获得的二维影像数据构建成三维可视化模型,然后对三维模型进行交互操作,包括拖拽、旋转、距离角度的测量、虚拟切除等操作.     

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MITK的医学图像三维表面重建算法

对MITK算法平台进行研究,根据其总体框架、数据模型、算法模型的设计准则,依托该平台对医学图像序列实现基于体积元素的Marching Cubes表面绘制算法,并将绘制后的模型进行三维可视化显示。该方法构造出的等值面虽不能反映整个原始数据场的全貌及细节,但对感兴趣的等值面可以产生清晰的图像,而且可以利用现有的图像硬件实现绘制功能并进行实时交互操作。     

基于OpenGL的三维可视化以及交互裁剪应用

通过对于医学图像可视化方法的研究,实现基于GLSL的带有交互裁剪等多种功能的三维纹理体绘制应用。该应用能使医生更加方便地观察医学图像数据内部结构,同时将多平面显示结果与体绘制结果合并显示以方便医生在观测到具体位置时获得更好的细节信息。实验结果表明：所实现应用可以对常见医学图像序列进行三维可视化并可以交互显示内部细节,交互性能好,切割速度快,效果逼真。     

适用于多模式虚拟学习的交互医学可视化及模拟

医学图像及其衍生的知识是医学教育中的一个关键学习部分，透过不同的图像模式，町以使医生及医科学生更有效地学习人体的体内结构．而计算机可视化技术最近的发展正满足了医生、外科医生及医科学生与日俱增的需求，为深入地了解人体生理学及病理学提供了宝贵的资料．本文提出了一个网上交互医学学习系统，并提供了一个虚拟现实工具包以支持二维医学图像序列观察、体数据和表面数据的三维可视化、目视放大镜．以及医学数据的交互变形模拟．其中人体组织物理特性的模拟以有限元法为基准．通过优化而获得有关的变形模型参数．该工具包可应用于个性化的二维及三维数据场可视化、优化的学习及手术规划和在线的交互医学教育．     

基于体平滑的体绘制纹理伪边界消除算法

直接体绘制能够清楚的显示三维数据场的内部信息,是科学可视化中非常重要的一类方法。其中,基于二维纹理映射的三维数据直接体绘制方法具有绘制速度快、可交互性强的优点。其基本思路是将三维数据体在时间或深度方向形成一组水平纹理切片,通过这些切片的纹理贴图,实现三维数据体的体绘制,在交互性和资源消耗之间取得了较好的平衡。本文针对基于二维纹理映射的直接体绘制方法中在透明与不透明边界产生阶梯状条纹的伪边界问题,提出了一种基于体平滑的算法。该算法通过在透明数据与不透明数据的边界进行体平滑,使采样过程中缺失的数据表现到抽样的切片上,从而在最终图像生成阶段淡化甚至消除阶梯状条纹伪边界。实验结果表明,相对于传统二维纹理映射方法,本算法实现体绘制效果平滑,提高了绘制效果。     

基于视觉面距离的三维模型检索

研究计算机视觉图像优化问题,针对目前三维模型检索较低的的检索精度,为改善检索结果与人视觉上保持一致,减少计算量,提出一种新的基于视觉面距离的模型检索算法。利用模型的整体特征;根据表层视觉特性构建视觉面距离模型将三维模型映射到二维模型;由于二维傅立叶算法不仅对噪音具有很好的鲁棒性,而且对几何变换具有不变性。采用二维傅立叶变换提取二维模型特征向量对特征进行融合,从而有效地评估三维模型之间的相似度。进行仿真分析,仿真结果表明,改进方法较传统其他三维模型检索有更高的精度,并与人视觉的一致性。     

基于微机的三维真实感浓淡绘制方法研究

三维真实感浓绘制方法是三维可视化技术中一项重要的研究课题，本文针对其中具有重要实用价值的距离梯度浓淡绘制方法进行了深入研究，提出了自适应曲面拟合浓淡绘制方法，使浓淡绘制效果最显著提高，为医学图像三维可视化技术在微机领域的应用提供了理论和算法基础。     

基于卫星遥感的三维景观建模与优化技术应用

基于QuickBird卫星图像立体像对提取的三维可视化信息,结合VC++ 6.0平台和DirectX SDK,自主开发构建研究区的三维景观.针对基于卫星影像构建的大范围场景,包含的模型和纹理图像的数据量大,系统的负担加重,导致绘制速度降低的现象,采用可见性剔除、LOD技术和Mipmap等技术,对DEM和纹理图像进行优化,提高了系统的运行速度,实现了三维可视化场景流畅的交互浏览.     

双下肢医学CT图像的三维可视化研究与实现

将医院提供的二维断层图像序列转变为直观立体效果的图像,展现人体双下肢骨骼的三维结构与形态.结合模糊C-均值聚类算法和区域增长法对CT断层图像进行分割,提取图像中感必趣的区域ROI,即骨骼区域,再对分割后的图像采用面绘制的方法进行三维重建.两种分割方法的结合使用能使分割结果更加准确,Marching Cubes算法进行三维重 建能获得良好的骨骼观察视觉效果.该方法涉及到了数字图像处理、计算机图形学以及医学领域的相关知识,可实现医学CT图像的三维可视化,为骨科医学诊断提供了形象直观的技术方法.     

海量地形的GIS特征数据实时渲染算法研究

研究优化管理储存海量地形信息问题,目前二维特征数据(河流,公路,区域图等)在三维地形上的可视化渲染的传统算法中,针对海量地形数据的适应方法,大地坐标系的处理以及用户对数据的交互操作缺乏完善的实现方案.为解决上述问题,提出了一种自适应的特征数据渲染算法.方法基于纹理进行数据覆盖,并自适应地根据视野范围内四叉树地块节点的LOD级别将GIS特征数据实时绘制到相应的纹理上,不仅解决了纹理覆盖方法所普遍存在的特征数据的走样和模糊问题,还可免去额外的坐标转换而直接应用到球面系统中,并且对于用户交互的特征数据绘制具有很好的自适应能力.最后,以一个使用了算法的三维地理信息管理系统为例,证明了算法在实际应用中对海量地形和用户动态绘制的特征渲染可达到预期的效果,并且配置要求低廉,具有广泛的实际应用前景.     

考虑视觉显著性的模型浅浮雕位置优化算法

针对目前给定单幅图像与三维模型生成浅浮雕的算法并不考虑浮雕在三维模型上的位置这一问题,提出一种基于视觉显著性的浅浮雕位置优化算法.该算法从视觉显著性出发,首先计算三维模型的最佳观察视角,并构造有限的视角采样区域,通过定义的基于浅浮雕面积与形变的评价准则;然后优化求解浅浮雕位置参数,得到评价准则下的最优浅浮雕结果.实验结果表明,文中算法对于大部分模型可以自动获得符合视觉显著性的浅浮雕效果.且无需交互,适用于面向三维打印的用户产品定制服务.     

基于K-Means++聚类的体绘制高维传递函数设计方法

如何将体数据中重要的信息高质量地绘制出来是医学可视化急需解决的问题。基于高维直方图的高维传递函数交互设计法是目前流行的方法,但是该方法设计复杂且效果不理想。针对高维特征的传递函数设计问题,提出一个基于改进的K均值(K-Means++)聚类的高维传递函数自动设计与交互式的体绘制方法：首先,对三维数据场进行特征提取;然后,采用基于K-Means++聚类的传递函数自动生成方法;最后,提供便捷的交互式界面给用户进行调整。还利用基于图形处理器(GPU)的体绘制方法,充分利用图形卡的强大并行计算能力,达到实时绘制的效果。实验结果表明,该方法能消除高维传递函数设计的复杂性,并且能有效地融合多种人体组织结构特征,提高渲染效果。     

基于弱监督学习的三维人脸形状与纹理重建

三维人脸相较于二维人脸包含了更多特征信息, 可应用于如人脸识别、影视娱乐、医疗美容等更多实际应用场景, 因此三维人脸重建技术一直是计算机视觉领域的研究热点. 由于真实三维人脸数据较难获取, 很多基于深度学习的重建算法首先利用传统重建方法为大量二维人脸图像构建三维标签, 作为训练数据, 这些数据可能并不精准, 从而导致算法的重建精度受到影响. 为此, 本文提出一种基于multi-level损失函数的弱监督学习模型, 结合传统三维人脸形变模型3DMM与深度学习方法, 直接从大量无三维标签的二维人脸图像中学习三维人脸特征信息, 从而实现基于单张二维人脸图像的三维人脸重建算法. 此外, 为解决二维人脸图像中常存在遮挡或大姿态情况而影响人脸纹理重建的问题, 本文使用基于CelebAMask-HQ数据集的人脸解析分割算法对图像进行预处理去除遮挡区域. 实验结果表明, 基于本文方法的三维人脸重建质量与重建精度均实现了一定的提升.