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.     

用鞍点保证拓扑正确的快速等值面提取技术

等值面提取是研究三维数据场可视化的有效方法。针对已有的一些等值面提取算法存在的二义性问题,提出了用鞍点保证拓扑正确的快速等值面提取算法。用二线性插值和三线性插值函数来近似计算立方体表面和内部点的值,根据立方体中面鞍点和体鞍点个数的不同,将立方体剖分成不同数目的四面体。这种剖分只和原始数据的属性有关,与给定的等值无关,因此在数据不变的情况下只需要剖分一次。最后,用分层分组的方法将四面体分类到不同组中,避免在等值面提取过程中访问那些不含有等值面的四面体,从而提高了算法的速度。该算法在等值平滑变化或是随机变化时都能保持良好的特性。     

一种新的抽取等值面的四面体分解方法

Marching Cubes算法是一种从三维数据场中抽取等值面的简单有效的算法。然而，该算法并不能保证抽取出的等值面的拓扑同三维数据场的数据保持一致，即等值面的拓扑存在二义性。解决这个问题的方法是，将三维数数据场中每一个立方体网格单元分解为五个四面体单元，从每一个四面体单元中抽取等值面。但是，在分解过程中由于分解二义义性的存在，等值面的拓扑仍然存在二义性。本文采用24-分解方法解决了这个问题，生成了拓扑正确的等值面。     

利用VTK进行三维肠道重建算法的改进

肠道CT的三维重建是提高肠道疾病诊疗准确性的迫切需要。利用可视化工具包VTK并结合VC++,实现了肠道三维重建。经典三维重建Marching Cubes（简称MC）算法会产生二义性,针对常用的渐近线法消除二义性计算量大的问题,提出了一种改进的MC算法：采用线性插值法求出二义性面与等值面的交点,然后分别连接二义性面对边上的交点形成两条相交直线,最后通过判断直线交点的状态值,来唯一地确定等值线的连接方式,从而快速重建出三维肠道。实验结果表明,利用改进的MC算法比起传统MC算法,在三维重建的质量和效率上都得到了很大的提高。     

一种改进的MC算法

为了对等值面与子等值面进行提取和分组,在MC算法原理的基础上,提出了一种改进的等值面提取与子等值面分组算法。该算法首先将数据场分解为点、棱边、面与体元的拓扑结构;然后在整个数据场范围内求所有棱边与等值面的交点,并在面内连接交点形成面与等值面的交线,交线在体元内连接生成空间多边形;接着通过三角化各个体元内的空间多边形得到由顶点表与三角形表组成的等值面数据;最后根据三角形在顶点处的连接关系,采用种子算法对属于同一子等值面的三角形与顶点进行标记,属于同一子等值面的顶点与三角形将被存放在独立的顶点表与三角形表中。实验结果表明,该算法可以高效地实现等值面提取与子等值面的分组。     

绘制数据场等值面的中点递归剖分算法

众所周知,在用Lorensen和Cline的跟踪立方体(Marching Cubes)算法绘制三维数据场等值面时会产生二义性.针对这个问题,基于divide-and-conquer的思路,提出了一个从三维数据场中抽取等值面的新算法--中点递归剖分算法,实验结果表明,该算法首先将Marching Cubes算法中会产生二义性的立方体进行递归剖分,直到不存在二义性的立方体/六面体为止;然后抽取等值面只需利用非二义性立方体模式的等值面拓扑查找表即可完成;实验结果表明,该算法简单、高效、容易实现.此外,还给出了剖分算法的正确性和收敛性的构造性证明,并简明扼要地对算法的复杂度进行了分析.     

移动立方体算法中的三角剖分

Marching Cubes（MC）算法是基于规则体数据抽取等值面的经典算法。分析了该算法中的交点连接问题,解决连接上的二义性问题,从而更好地生成多边形;对于生成的非平面多边形,对三角剖分进行了优化,以此改进了移动立方体算法,通过实验验证了算法的正确性。     

等值线抽取中交点连线二义性问题的研究

科学计算可视化是一门新兴的学科，网格序列法是其中二维标量场上学值线抽取的一种主要方法，如何解决交点连线的二义性问题是该方法的一个关键性问题本文提出了解决该问题的一个新方法，它克服了现有方法中所存在的缺点，在不增加采样点的前提下，较好地解决了二义性问题。     

拓扑结构正确的三线性插值曲面的三角片逼近

在等值面的三角片逼近问题中，采样点的选择对于逼近等值面拓扑结构的正确性和逼近的精确性都非常关键．现有的Marching Cubes以及对其进行改进的方法缺乏对原始曲面拓扑结构的考虑，通常选择同类采样点，无法保证逼近等值面具有正确的拓扑结构．为解决上述问题，将Morse理论的基本思想引入到等值面逼近问题中，提出基于拓扑复杂度的等值面逼近的新方法，该方法根据体元内部曲面拓扑复杂度不同，自适应地提取两类等值点作为采样点：临界点和边界等值点．由于临界点是反映曲面拓扑结构的关键点，因此，无论原始曲面的拓扑结构复杂与否，新方法都能保证逼近等值面具有正确的拓扑结构、较高的逼近精度且基本不增加计算量和数据量．用实例对新方法和已有方法的逼近结果做了比较．     

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.