基于改进MC算法的DICOM格式CT图像三维重建

保证MC算法所抽取等值面的拓扑正确并作有效实现是医学三维应用的关键技术。本文对MC算法的内部拓扑歧义判定方法作了改进,使其更为简单直观,并以此为基础开发了CT序列图像三维重建系统。系统读入D ICOM格式的CT图像数据,封装成由立方体单元组成的规则体数据,用改进的MC算法抽取等值面,得到三角网格模型,为后续基于三角网格的医用修复体设计研究打好了基础。     

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.     

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.     

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。     

三维标量场并行等值面提取与绘制技术

通过研究并行等值面提取与绘制的各项关键技术要点,面向三维标量场的特点,在sort-last并行绘制模式的基础上提出一个三维标量场并行等值面提取与绘制框架.该框架在任务分配时采用静态分配的模式,在等值面提取时采用Marching Tetrahedra等值面提取算法,在并行绘制与场景合成时采用预先构建绘制节点控制模型的混合场景并行绘制合成算法.实验结果表明,该框架能够有效地提高大规模时变三维标量场的等值面提取与绘制效率,满足实际应用的需要.     

3维图像中边界曲面可被等值面逼近的判定方法

在可视化技术中,人们常试图从3维图像中抽取特定的等值面,以近似表示3维图像中所包含目标的边界曲面。考虑到实际的3维图像中,某些目标的边界曲面可以被特定的等值面很好地逼近,但是由于许多目标的边界曲面事实上难以被任何等值面很好地逼近,因此,识别3维图像中哪些边界曲面可以被特定的等值面很好地逼近就成为可视化技术中一个非常重要的研究问题。为了准确地判定哪些边界曲面可以被特定的等值面很好地逼近,特提供了一个有效的判定方法。该方法首先计算紧密地分布于连续隐边界曲面两侧的目标网格点,然后判定计算得到的目标网格点集合与背景网格点集合可否在误分很小的情况被某些等值面分离开来。实验结果表明,该判定方法是可行有效的。     

Fast Isosurface Rendering on a GPU by Cell Rasterization

This paper presents a fast, high‐quality, GPU‐based isosurface rendering pipeline for implicit surfaces defined by a regular volumetric grid. GPUs are designed primarily for use with polygonal primitives, rather than volume primitives, but here we directly treat each volume cell as a single rendering primitive by designing a vertex program and fragment program on a commodity GPU. Compared with previous raycasting methods, ours has a more effective memory footprint (cache locality) and better coherence between multiple parallel SIMD processors. Furthermore, we extend and speed up our approach by introducing a new view‐dependent sorting algorithm to take advantage of the early‐z‐culling feature of the GPU to gain significant performance speed‐up. As another advantage, this sorting algorithm makes multiple transparent isosurfaces rendering available almost for free. Finally, we demonstrate the effectiveness and quality of our techniques in several real‐time rendering scenarios and include analysis and comparisons with previous work.     

基于医学体数据生成四面体网格的方法

为了从医学体数据直接构造四面体网格,提出一种基于栅格的网格生成算法.该算法的主要思想是从背景栅格中提取并填充代表区域边界的等值面.首先,对医学体数据进行预处理与采样,构建一个背景栅格.其次,用对偶方法从栅格提取三角表面网格,用于分段线性逼近等值面.然后,对栅格中所有位于等值面之内或与等值面相交的立方体,用预定义的模板分解成四面体单元.最后,用Laplacian平滑技术优化四面体网格.在均匀网格的基础上,研究了自适应网格生成算法,在保持网格几何精度的同时精简单元数量,以提高有限元计算效率.给出了从CT数据生成人体股骨远端四面体网格的实例,该网格模型被用于虚拟膝关节镜手术.     

基于三维栅格模型的最短距离等值面提取

通过研究三维最短距离分析及MC算法,提出基于三维栅格模型的最短距离等值面提取算法,通过导入费用数据和源点数据,即可自动输出到达源点任意有效取值的最短距离等值面。该算法允许输入多个源点,并可应用于非均质三维空间中。实验结果表明,该算法设计合理、可行。     

硬件加速的雷达作用范围三维可视化研究与实现

电磁信息可视化,尤其是雷达作用范围可视化,是虚拟战场环境中不可或缺的重要组成部分,目前研究多限于二维,而三维表现又受限于速度,为此本文提出一种硬件加速的三维可视化方法。在获取雷达波损失三维数据场的基础上,现到战场环境中。在普通微机上针对典型雷达的实验中,克服了二维表现不直观以及三维表现慢的缺点,形象地展示了三维雷达作用范围,为用户提供决策和感官支持。