针对脊柱CT图像三维重构MC方法的改进

对原始MC（Marching Cubes）方法存在的问题和局限进行改进,并以此为基础重构脊柱三维模型,使之满足术前分析和远程手术的要求。采用双曲渐近线判别式消除面二义性问题,利用插值函数的空间连续性解决体二义性问题。提出基于对象相关性的cube连通性判断,减少三角面片过多的问题,进一步采用Decimation算法消减面片网格。实验证明了上述改进方法的有效性和正确性,可得到良好的三维重构效果。     

基于三角剖分算法的BIM模型高精度显示方法

BIM模型在Web前端的渲染问题是BIM技术在实际应用中的重要问题,利用三角面片来加快模型前端渲染效率（模型轻量化）是该问题的解决方案。根据Revit二次开发技术中BIM模型的三角面片网格平均质量系数较低的问题,针对BIM模型轻量化和基于Web端共享的应用需求,提出结合Revit二次开发和Delaunary剖分算法的改进算法。通过在Revit二次开发得到的BIM模型原始点上增加点,使得原始点与增加的点按照B-W算法符合Delaunay准则,生成更为精细的三角面片,同时避免了域外三角形的产生,改进了算法实际应用效果。实验结果表明改进算法得到的三角面片的网格平均质量系数和网格关联质量系数相较于原始算法均有提高。最后设计利用WebGL将BIM模型按照优化算法生成的三角面片的方式进行渲染,实现BIM模型在Web端的渲染,验证该方法的有效性。     

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。     

基于最近邻Marching Cubes的医学图像三维重建

在医学图像三维可视化中,移动立方体算法（Marching Cubes,MC）是面绘制的经典算法。针对MC算法计算插值点导致执行速度慢、效率不高的缺点,提出一种基于最近邻逼近的MC算法,该方法在n次等分点量化序列中寻找等值面最近邻点代替线性或非线性插值,既避免了插值的大量计算又保证了误差精度,还可改善三角面片结构。利用可视化工具开发包VTK对人体脸部和脚部CT数据集进行三维重建,实验表明改进算法明显缩短了绘制时间,提高了重建效率。     

利用空间几何信息的改进PMVS算法

基于多视图像的立体重建是计算机视觉的核心问题之一. 由Furukawa提出的PMVS算法是目前为止表现最好的多视立体重建算法之一. 但该算法仍存在一些不足.一方面, PMVS不能保证重建表面的几何形状与重建 面片法向保持好的一致性, 特别是在一些特定拍摄角度下,如大场景重建经常 碰到的俯仰拍摄,情况尤为严重.另外, PMVS算法时间和空间复杂度高,特别是在 利用高分辨率图像重建时,往往要付出巨大的时间和空间代价.针对这些不足, 本文提出了一种基于空间几何信息的面片调整和多分辨率分层扩散重建的改进 策略,一方面提高了重建精度和表面的光滑性,另一方面,在尽量保持场景细节 的同时,提高了重建效率.文中的实验证实了改进策略的有效性和实用性.     

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。     

轮廓线的经纬线连接法

为了减少面绘制中三角面片数量,节省空间,提高重建效果,提出了经纬线连接法。该方法利用夹角对轮廓线进行重采样,并用等比法生成辅助采样点,实现采样点一一对应,连接采样点形成四角面片来组成物体表面,实现三维重建。以一组头部CT图像为研究对象进行实验仿真,仿真分析表明对轮廓线进行重采样,用四边形代替三角形,减少了面片数量,节省了存储空间,重建时间较短,重建效率较高。     

基于标签化医学图像的多阈值三维重建算法

针对传统面绘制重建方法 MC无法一次性提取多个阈值器官的问题,提出一种将MRI图像中靶区及其周边组织进行标签化分割的多阈值三维重建算法。该算法通过将二维图像中的多阈值器官标签化为简单的整数,降低提取等值面时的数据存储量,进而提高等值面的绘制速度。同时,定义了多阈值三维重建时体素顶点索引方式和等值面相交形态,减少了传统MC算法提取多个阈值器官时存在三角面片与顶点复用的情况,且仅需一次性扫描即可重建多个器官等值面。实验结果表明,本文算法较传统MC算法,重建器官数量越多,器官彼此结构越紧密,三角面片与顶点复用情况减少越明显,在保证重建效果的同时,绘制速度可提高30%。     

三维模型有向三角面片链码压缩方法

首先提出一种适用于三角面片链码算法的改进MC规格化方法,使用单位为2的体素作为改进MC算法中的单位体素,并使用其中的27个顶点重新构建等值面,最终获取高质量的规格化三角网格模型.在新的规格化模型上提出一种新的面片遍历方式,在三角面片链码算法的基础上,采用优先遍历右连接面片原则,控制面片的遍历方向,该方法能够减少面片遍历...     

离散Marching Cubes算法在骨科手术模拟系统的应用

为保证模型相对准确和满足模拟手术过程中三维交互的实时性要求,手术模拟系统要求在保持模型拓扑结构的前提下简化模型。该文详细介绍了离散MarchingCubes(DiscMC)算法及其实现,在实现过程中使用查表法,解决了二义性问题,提高了程序的运行效率。实验表明,DiscMC算法在保持模型的拓扑结构基础上大幅度减少了三角面片数目,缩减比例达66%。DiscMC算法作为计算机模拟骨科手术系统的三维表面模型重构和简化算法是合适的。     

三维网格模型的布尔运算方法

提出了一种基于三维网格模型的布尔运算方法。首先通过基于方向包围盒（OBB）层次包围盒树的碰撞检测算法,得到实体的相交三角形对;接下来求出两相交三角形之间的交线,建立与三角形的交线拓扑关系;通过分类处理三种交线类型来对相交三角形进行区域划分,得到一系列多边形,并对多边形进行三角剖分形成结果区域;最后根据体的包含关系构建关系邻接表,判断多边形区域的相对于其他实体的内外关系并通过网格模型的拓扑关系,定位表面三角网格区域;同时根据交、并、差等布尔操作,对结果区域进行取舍,得到最终结果。实验结果表明相交部分的岩性与实体的岩性相吻合,验证了该算法的正确性以及可行性。     

基于A/D能量直方图的JPEG图像检索

提出了一种新的基于DCT系数的A/D能量直方图的图像检索方法,其特点是直接在DCT域中统计图像的A／D能量直方图,不需要解压缩、大大降低了计算复杂度,同时对图像的平移、旋转和尺度变换有较好的鲁棒性。试验结果表明这种图像检索方法具有良好的检索性能。     

一种高效检测图像中是否有三角形的算法

在停车场的停车位检测系统中,要识别停车位是否空闲,就必须对检测系统获取的图像中的任何可能停靠在停车场中的汽车进行识别,但由于汽车种类、形状、大小等千变万化,因此通过识别图像中是否有汽车来判断停车位是否空闲是不现实的。由于可以先在每个停车位上画上一个实心黑三角形,然后通过识别图像中是否包含有三角形来判断停车位是否空闲,如果图像中没有实心黑三角形,则表明该停车位已经被汽车所占据;否则表明停车位空闲,因此,对空闲停车位的检测就转换为检测图像中是否有三角形,这要比识别所有的汽车容易得多。而传统的Hough变换则不能有效地检测图像中是否包含有三角形,为了准确检测三角形,提出了一种有效的检测图像中是否有三角形的算法。该算法首先利用Sobel算子检测出图像的边缘信息;然后抽取一条连通的边缘,并对当前抽取出来的连通边缘所围成的区域进行填充;接着利用三角形面积与它的3条边的关系来判断当前被填充的区域是否是三角形。当分析完该条边缘后,再继续抽取图像中的下一条边缘进行分析,如此反复,直到图像中的所有边缘被抽取完,则停止循环;最后输出结果,如果图像中有三角形,则输出三角形的个数;如果图像中没有三角形,则输出0。实践表明,该算法具有运算量小、运算速度快、所需内存少的优点。     

Topological equivalence between a 3D object and the reconstruction of its digital image

Digitization is not as easy as it looks. If one digitizes a 3D object even with a dense sampling grid, the reconstructed digital object may have topological distortions and, in general, there exists no upper bound for the Hausdorff distance. This explains why so far no algorithm has been known which guarantees topology preservation. However, as we will show, it is possible to repair the obtained digital image in a locally bounded way so that it is homeomorphic and close to the 3D object. The resulting digital object is always well-composed, which has nice implications for a lot of image analysis problems. Moreover, we will show that the surface of the original object is homeomorphic to the result of the marching cubes algorithm. This is really surprising since it means that the well-known topological problems of the marching cubes reconstruction simply do not occur for digital images of r-regular objects. Based on the trilinear interpolation, we also construct a smooth isosurface from the digital image that has the same topology as the original surface. Finally, we give a surprisingly simple topology preserving reconstruction method by using overlapping balls instead of cubical voxels. This is the first approach of digitizing 3D objects which guarantees topology preservation and gives an upper bound for the geometric distortion. Since the output can be chosen as a pure voxel presentation, a union of balls, a reconstruction by trilinear interpolation, a smooth isosurface, or the piecewise linear marching cubes surface, the results are directly applicable to a huge class of image analysis algorithms. Moreover, we show how one can efficiently estimate the volume and the surface area of 3D objects by looking at their digitizations. Measuring volume and surface area of digital objects are important problems in 3D image analysis. Good estimators should be multigrid convergent, i.e., the error goes to zero with increasing sampling density. We will show that every presented reconstruction method can be used for volume estimation and we will give a solution for the much more difficult problem of multigrid-convergent surface area estimation. Our solution is based on simple counting of voxels and we are the first to be able to give absolute bounds for the surface area.     

基于约束误差判据的动态地形可视化算法

在动态地形可视化中,误差判据决定着每帧需要绘制的三角形结点个数, 决定着渲染地形的真实度和算法效率。常用的屏幕误差计算方法,在实时绘制阶段为避免 T-连接和裂缝的生成,需要大量的维护工作并产生大量冗余三角形,不利于地形的实时绘制。 论文利用局部地形粗糙因素约束嵌套误差判据球,能较好的体现地形的局部细节,同时减少 平坦地区冗余三角形的产生。并利用延迟判断的帧间连贯性减少实时绘制时的计算量,进一 步提高算法效率。实验结果表明,利用带约束的误差判据的动态地形可视化算法能够有效减 少冗余三角形,在体现地形真实效果的同时有效提高算法效率。     

基于相似三角形的SIFT错误匹配点剔除算法研究

图像匹配是图像处理应用于诸多领域的一项关键技术,基于不变特征的图像匹配是近年来图像匹配的研究热点。尺度不变特征是最有效的平移、尺度、旋转和亮度局部不变特征之一,但该算法一般会产生大量的错误匹配点。首先给出了交叉线和"一对多"类型的错误匹配点的剔除方法。然后针对一般性错误匹配点,提出了一种基于相似三角形的剔除方法,并通过实验将该算法与另外两种常用剔除算法进行了比较,证实本文提出的方法速度更快,且在剔除错误匹配点的同时保留了较多的正确匹配点。     

快速JPEG图像检索方法

本文给出了一种基于归一化化转动惯量(NormalizedMomentInertia,NMI)的JPEG图像快速检索方法,其特点是直接在压缩域中利用DCT系数进行块分类,每一类分块形成一个二值索引图,统计该索引图的NMI值作为该类的一个特征,所有类的NMI特征构成了图像的一个特征序列,以此进行图像检索。本方法不需要完全解压缩,降低了计算复杂度,对图像的平移,旋转和尺度变换有较好的鲁棒性。试验结果表明这种图像检索方法具有良好的检索性能。     

一种快速JPEG图像检索方法

给出了一种基于归一化转动惯量（Normalized Moment Inertia,NMI)的JPEG图像快速检索方法,其特点是直接在压缩域中DCT系数进行块分类,每一类分块形成一个直值索引图,统计该索引图的NMI值作为该类的一个特征,所有类的NMI特征构成了图像的一个特征序列,以此进行图像检索。本方法不需要完全解压缩,降低了计算复杂度,对图像的平移,旋转和尺度变换有较好的鲁棒性,试验结果表明这种图像检索方法具有良好的检索性能。     

一种快速计算参数曲面间Hausdorff距离近似值的方法

针对曲面间Hausdorff距离计算复杂度高、相关计算方法少的问题,提出一种三角面片-包围盒方法快速计算参数曲面间Hausdorff距离的近似值。曲面离散化后的三角面片集合可以较好地逼近曲面,借助这一特性,将曲面间的Hausdorff距离近似转化为三角面片集合间的Hausdorff距离。在具体计算过程中,辅之以包围盒技术对无效的三角面片进行排除,以提高计算效率。为进一步简化两三角面片间的距离计算,在误差可控范围内提出采样点近似计算方法。实验表明,与曲面直接构造包围盒方法相比,该方法简便、易于实现、排除率高,在不影响计算结果的情况下,计算效率显著提高,有广泛的应用价值。