基于CUDA架构的改进Marching Cubes算法

Marching Cubes是医学体数据可视化的经典算法,但生产的网格质量差、算法执行速度慢成为阻碍其用于数值分析的两个主要缺点。文中提出一种基于硬件加速的Marching Cubes改进算法。该算法采用统一设备架构(CUDA)充分发挥Marching Cubes算法分而治之的优点,利用CUDA的可编程性并行分类体数据,加快了活跃体素和活跃边的提取;同时,该改进算法将得到的活跃边按照中点投影方式进行偏移,从而达到了改善网格质量的目的。最后通过实验表明,该算法可以保证在阈值未知的情况下,进行交互式的高质量网格建模。     

基于Fast Marching方法的多目标点路径规划的研究

目前,水下自主机器鱼已经被应用于对水域多个目标点依次进行水质监测,因此有必要研究多个目标点的路径规划。针对遍历多个目标点的路径规划问题,提出一种Multi-Direction Fast Marching（MDFM）方法和遗传算法相结合的路径规划方法。该方法首先使用MDFM方法对工作站和多个目标点两两之间进行路径规划,然后使用遗传算法规划出遍历所有点的最短路径,最后通过仿真实验验证算法的可行性。     

基于Marching Cubes重组的外存模型渐进压缩

外存模型是指其规模远远超出内存容量的海量模型．为提高其存储、传输、显示等操作的效率,对外存模型进行渐进式的压缩是非常重要的．但当前已有的外存模型压缩算法都是单一层次的,不能做到渐进压缩．为此,该文提出一种针对外存模型的渐进压缩方法．能高效地压缩外存模型,并进行多分辨率的传输和显示．该方法首先将外存模型的包围盒空间按照八叉树形式进行剖分和层次化组织,使得最精细层次的各个立方块空间中的局部模型都能完全装入内存进行处理;然后,在各个立方块中对局部的模型进行基于Marching Cubes方式的重新拟合,并在此基础上建立各个局部的自适应八叉树;最后,基于各个局部自适应的八叉树,由粗至细渐进地遍历全局自适应八叉树的各个节点,并利用对内存模型能高效渐进压缩编码的先进方法进行编码压缩．实验表明,该方法对外存模型的压缩比达到了与处理内存模型相似的压缩比．高于目前的外存模型压缩方法,是第一个能渐进压缩外存模型的方法．     

基于改进Marching Cubes算法的乳腺MRI肿块三维重建

核磁共振成像MRI(Magnetic Resonance Imaging)是目前乳腺癌肿块诊断的常用辅助手段,对图像的正确解析是关键,针对传统MC(Marching Cubes)面绘制算法应用于乳腺MRI图像的不足,提出了改进方法。首先利用乳腺MRI序列图相邻帧间图像灰度分布的相似,肿块组织形状相近等相关性,在RSF(Region-Scalable Fitting)模型的基础上利用初始轮廓迭代的方法提取肿块区域。接着将多组参数下获得的结果,依据每一帧与其前后帧的重叠面积越大越好作为条件进行筛选,使提取的等值面最优化。最后采用基于加权二次误差度量的三角形折叠方法,对面绘制产生的大量三角网格进行了简化。将所提出的改进方法应用于30例乳腺MRI序列图,实验结果表明,对于乳腺MRI肿块的三维重建在精度和绘制速度上都比使用传统MC算法有很大提高。     

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。     

一种基于自适应均值平滑算法的三维重绘技术

传感器工艺仿真的计算基础是体素模型,但是由于体素模型分辨率所限可能造成阶梯效应,以致体素模型的可视化效果不好。因此我们需要将体素模型转化为三角面片模型,但是通过常见的转化方法所得到的三角面片模型表面粗糙。本文提出了一种基于自适应均值平滑算法的三维重绘技术,对体素模型进行程度不同的平滑滤波,再利用marching cubes算法得到三角面片模型。经仿真实验表明文章中方法得到的三角面片模型表面光滑可视化效果更好。     

适应灰度和光照变化的运动目标跟踪方法

提出一种适应目标表面灰度和光照不均匀的运动目标跟踪方法，首先从序列图像的前2帧中检测出运动的目标，然后针对Level Set中Fast Marching方法的不足，在改进Fast Marching方法的基础上对运动目标进行跟踪，实验结果表明了该方法的有效性。     

基于分层四叉树的多分辨率数字岩心的表示与生成

传统的数字岩心建模方法建立的数字岩心模型尺寸单一,分辨率固定,导致存储空间过大,难以维护等问题.因此,提出了一种分层四叉树模型,给出了模型的构建及扩展方法,基于此模型,建立多分辨率数字岩心体素模型,同时在分层四叉树模型基础上,结合Marching Cubes移动立方体算法生成数字岩心面模型.通过实例检验证明,该方法建立的数字岩心模型极大地节省了存储空间,耗时较少,同时具有易于维护管理等优点.     

基于近平面合并的三角网格简化算法

提出一种基于近平面合并的三角网格简化算法,针对三维重建MarchingCubes算法中产生的大量三角片进行简化。首先依据近平面判断条件将近似共面的三角形合并成一个大的多边形,然后按相应的准则将其重新进行三角化得到更少的三角形面片,以达到简化的目的。该算法在最大化的保留图像细节的前提下,精简了三角片的数目,提高了重建后图像绘制和传输的速率,节省了存储空间和处理时间。     

基于Double Marching Cubes的表面重建算法

为克服基于Marching Cubes的表面重建算法在绘制三维表面时因二义性面的存在而使生成的表面网格易出现错误连接而形成层间空洞的不足,提出了基于Double Marching Cubes的表面重建算法.该算法采用双立方体体素作为生成表面网格的基本单元,以双立方体的12个特征点的标记情况为依据,建立一个双立方体体素索引表,通过查找索引表的方法绘制三维表面.该算法在建立双立方体索引表时就排除掉了二义性面的所有错误连接方式,因而生成的表面网格不会出现层间空洞,避免了为消除二义性面所进行的复杂计算,加快了表面重建的速度.     

Marching Cubes算法研究现状

对现有的Marching Cubes改进算法从拓扑结构二义性、提高逼近精度、算法的时间和空间效率3个方面进行综述,对每一类改进算法进行新的分类,并对各类算法的实验结果进行比较.     

移动立方体算法与移动四面体算法的对比与评估

等值面提取在标量场体数据可视化和隐函数曲面显示中具有重要应用,经典算法包括移动立方体算法和移动四面体算法,其核心是在立方体或四面体体素单元中用线性的三角面片逼近原始曲面.文中以可计算的代数曲面为例,对上述2种等值面提取算法的逼近精度、时间和空间效率等方面进行了详细的对比,为各种应用中等值面提取算法的选取提供了参考依据.     

Spherical Parameterization of Marching Cubes IsoSurfaces Based upon Nearest Neighbor Coordinates

We present some new methods for parameterizing the triangle mesh surface (TMS) which result from the Marching Cubes (MC) algorithm. The methods apply to surfaces of genus zero and the parameter domain is a unit sphere. We take advantage of some special properties of the TMS resulting from the MC algorithm to obtain simple, computational efficient representations of the nearest neighbor coordinates and utilize these coordinates in the characterization of the parameterization by means of systems of equatio...     

Fast Generation of Leakproof Surfaces from Well-Defined Objects by a Modified Marching Cubes Algorithm

Local surface reconstruction by the Marching Cubes algorithm and its derivatives has a well known ambiguity, which prevents constructed surfaces from being closed and simple. We investigate this ambiguity assuming that a 3D image samples well-defined objects. In this case it is justified to aim at tiling of extracted object voxels rather than at reconstructing iso surfaces. Compared to iso surface reconstruction, our algorithm provides essentially the same level of confidence with respect to surface location at a lower computational cost. We present a leak detection and mending scheme which resolves the Marching Cubes ambiguity and guarantees a well-defined behaviour with respect to which objects are covered by which surface. We detail how to implement our leak mending method within a completely tabulated Marching Cubes algorithm. We finally give an example of how the adapted algorithm is of benefit to a recently developed 3D MR spectroscopy technique.     

Dual Marching Cubes: Primal Contouring of Dual Grids

We present a method for contouring an implicit function using a grid topologically dual to structured grids such as octrees. By aligning the vertices of the dual grid with the features of the implicit function, we are able to reproduce thin features of the extracted surface without excessive subdivision required by methods such as Marching Cubes or Dual Contouring. Dual Marching Cubes produces a crack‐free, adaptive polygonalization of the surface that reproduces sharp features. Our approach maintains the advantage of using structured grids for operations such as CSG while being able to conform to the relevant features of the implicit function yielding much sparser polygonalizations than has been possible using structured grids.     

空间相关MC算法的VTK实现

移动立方体是面绘制的经典算法,但要求对所有空间所有体素进行处理,执行效率不高.通过对空间相关性进行研究,即六面体体素如果与等值面相交,则等值面一定会在该六面体的6个面的方面延续,对标准的MC算法进行改进,只处理那些与等值面相交的六面体体素.可视化工具包封装了许多常用的可视化算法,为研究人员提供了极大的便利.通过空间相关性,对VTK中已有库函数vtkMarchingCubes进行改进,提高了原有算法的执行速度,同时又扩充了VTK已有的类.     

激光三维扫描数据的表面重建

对激光三维扫描系统获得的没有任何附加信息的轮廓线点云数据进行处理,首先采用求最大连通域的方法删除噪声点,利用设定相邻点连线夹角正切阈值的方法精简数据,然后采用基于局部切平面簇的方法对数据点云进行切平面的估算、法向量的调整和计算距离函数,用改进的MC方法输出三维网格,并且应用基于顶点的网格删除算法对三维网格进行简化,在估算切平面的时候采用新的估算原则,提高了重建速度,改善了重建效果,所表述的重建流程,成功地解决了激光扫描系统所得轮廓数据点的表面重建问题。     

基于分割的三维医学图像表面重建算法

提出了一种基于分割的三维医学图像表面重建算法,它将图像分割与MC(marching cubes)算法有机地结合,这样可以根据不同医学图像的特点,采用适合的分割方法,实现对不同组织的准确分割,并利用分割结果精确地提取等值面,避免了MC只适合于阈值分割的局限性.同时采用一种基于区域增长的立方体检测方法,提高了表面跟踪的效率.实验证明,运用本算法,重建速度和显示效果均有提高.     

移动立方体算法的三重线性插值研究

移动立方体算法是目前最有影响的等值面构造方法,已经过了许多改进。现在采用的是三重线性插值模型,用三重线性插值计算等值面与体单元的交点。文章对三重线性插值生成的等值面进行了分析,分析了等值面的一些特点,重点讨论了等值面与边界体单元的交线的两种例外情况,基于这两种情况,给出了改进算法,最后通过实验验证了考虑这两种情况后算法的可行性。