面向医学数据的分层剥离体绘制算法

采用直接体绘制方法显示医学数据时,一般通过修改传递函数来显示感兴趣区域,但仅通过调节传递函数很难清晰地显示被遮挡的人体组织,为此提出一种新的分层剥离直接体绘制算法.通过计算相邻的不透明度极小值和极大值之间的斜率,并根据用户指定的斜率阈值和累积不透明度阈值确定分层点,实现对体数据的分层绘制.实验结果证明,该算法可以根据不同医学数据的特征信息更精确地定位分层点,绘制效果清晰,速度较快.     

利用空间信息实现保留上下文体绘制

直接体绘制中,为了去除非感兴趣组织对感兴趣区的遮挡,增强感兴趣区域的显示效果,提出利用空间信息的保留上下文体绘制方法。通过人机交互设定焦点,快速定位感兴趣区;提取光线上每个采样点与焦点的空间位置以及夹角信息;根据这些信息构建高斯衰减函数,作用于当前采样点的不透明度,控制光线合成,以突出显示感兴趣区。对CT头部数据的实验结果表明,该方法可以去除非感兴趣组织对感兴趣组织的遮挡,突出显示感兴趣区,且具有良好的人机交互性。     

应用RBF神经网络的体绘制传递函数设计方法

提出一种基于RBF神经网络的体绘制多维传递函数设计方法,利用直观的交互界面,通过画笔获得感兴趣体素的特征信息作为训练样本对RBF神经网络进行训练,使用训练后的RBF神经网络实现全部体素的分类识别,对不同的分类结果赋予不同的光学参数进行显示,自动完成传递函数的设计。实验结果表明,所设计的交互界面能直观方便地定义感兴趣的对象,大幅提高人机交互的效率;RBF神经网络的自主学习能力能够避免传递函数设计的盲目性,增强感兴趣区域的绘制效果,实现传递函数设计的自动化和智能化。     

面向大规模地震体的多切片实时交互绘制优化

在普通计算平台上实现大规模地震体的多切片可视化时,传统缓存调度方法由于未考虑体块与切片的空间关联,导致交互时体块命中率较低,而常用的多分辨率绘制方法也难以达到较高的绘制质量,针对这些问题,设计了一种新的高速缓存调度策略——最大距离先出（MDFO）。首先,根据交互切片的空间位置改进缓存中体块的调度优先级,保证候选体块在切片连续交互时有更高的命中率;然后,提出了两阶段切片交互绘制方法,通过使用固定分辨率体块保证交互的实时性,通过渐进细化提升最终显示质量,并进一步结合体块数据的信息熵提升用户感兴趣区域的分辨率。实验结果表明,所提方法能够有效提高体块的整体命中率,提升比例达到60%以上,同时也实现了面向应用需求的高质量图像显示,较好地解决了大规模地震体可视化在交互效率与显示质量间的矛盾。     

基于多维传输函数的三维医学图像系统研究

传输函数是直接体绘制的基础,传输函数的设计是体视化结果的关键。本文在传输函数的定义上,讨论了将体数据标量值和梯度模值作为定义域的多维传输函数的原理及实现方法。针对传输函数与位置无关,难以提取感兴趣的区域(Region Of Interest 简称ROI),提出了基于三切面交互式体数据的切割方法,从而有效的提取感兴趣区域。最后,设计和实现了一个基于多维传输函数的三维医学图像系统,获得了很好的体绘制效果。     

直接体绘制中交互显示控制技术研究

针对直接体绘制中的交互显示控制问题,在深入分析交互显示控制中的颜色控制、Alpha控制和区域控制方法的基础上,结合等值面提取与绘制方法的特点,提出了一种基于直方控制的类等值面交互显示控制方法,该方法通过用类似窄直方图的Alpha折线控制体数据的透明度从而实现类似等值面的显示。试验表明该方法不仅能够有效模拟等值面绘制效果,而且在等值面值变化时效率较等值面算法大大提高,能够有效满足实时性要求。     

设计转换函数实现保留上下文环境体绘制

摘要为了帮助医生对医学图像进行准确的定位和诊断,在显示感兴趣区域的同时保留其上下文信息,提出一种保留上下文环境体绘制方法.首先记录沿光线方向的首个等值面的空间位置;然后根据采样点到等值面的距离和采样点处的梯度构造衰减函数,将衰减函数作用于不透明度转换函数,以控制光线合成.对头、腹和脚部等CT数据的实验结果表明,该方法可以在保留组织轮廓清晰的前提下增强感兴趣区域显示.     

基于图形处理器加速光线投射算法的多功能体绘制技术

为克服传统算法中体绘制交互速度不流畅、重建耗时长、绘制效果单一的不足,实现了基于图形处理器(GPU)的光线投射算法用于医学层析图像实时体绘制,并能快速切换不同组织器官的绘制效果。首先,读入医学层析图像到计算机内存,构造体素;然后,设置相应体素属性(如插值方式、着色处理、光照参数)等,设计显示不同组织器官的颜色及不透明度传输函数;最后,GPU加载体素据并进行光线投射算法的计算。实验结果表明,在绘制速度上,GPU加速光线投射算法实现的多功能体绘制技术的绘制速度能达到每秒40帧以上,完全满足临床应用需求。在绘制质量上,用户交互中由于重采样而产生的锯齿现象明显低于CPU端实现的光线投射算法,GPU端与CPU端绘制时间的加速比在9倍左右。     

基于图形处理器加速光线投射算法的多功能体绘制技术

为克服传统算法中体绘制交互速度不流畅、重建耗时长、绘制效果单一的不足,实现了基于图形处理器(GPU)的光线投射算法用于医学层析图像实时体绘制,并能快速切换不同组织器官的绘制效果。首先,读入医学层析图像到计算机内存,构造体素;然后,设置相应体素属性(如插值方式、着色处理、光照参数)等,设计显示不同组织器官的颜色及不透明度传输函数;最后,GPU加载体素据并进行光线投射算法的计算。实验结果表明,在绘制速度上,GPU加速光线投射算法实现的多功能体绘制技术的绘制速度能达到每秒40帧以上,完全满足临床应用需求。在绘制质量上,用户交互中由于重采样而产生的锯齿现象明显低于CPU端实现的光线投射算法,GPU端与CPU端绘制时间的加速比在9倍左右。     

基于多平面重建提取冠脉轮廓线的曲面重建算法

针对三维切割及多平面重建只能获取组织或器官的几何平面信息,无法将弯曲结构的组织或器官展示在单张图片上的问题,实现了基于多平面重建(MPR)提取轮廓线的冠脉曲面重建(CPR)算法.首先,利用多平面重建获取冠脉轮廓的离散点;然后,对离散点进行Cardinal样条插值,获取平滑的轮廓拟合曲线;其次,沿着感兴趣方向对轮廓线进行投影形成扫描曲面;最后,显示扫描曲面对应的心脏体数据,得到冠脉重建曲面.实验结果表明,在绘制速度上,与三维切割法和三维数据场法相比,冠脉轮廓线提取速度提高了每秒4~6帧,绘制时间较短.在绘制质量上,与三维分割法相比,得到的冠脉曲面成像清晰,结构完整,有助于医师对病变的直观分析,能满足实际临床诊疗需求.     

基于Vega Prime的多场景仿真系统框架

介绍了基于MFC的Vega Prime视景仿真开发方法.分析了多场景仿真系统中不能正常进行场景切换的原因,提出了基于进程的场景切换方法.该方法将基于MFC的主控进程和基于MFC的Vega Prime仿真进程分离开来.主控进程通过创建/中止仿真进程的方式实现场景间切换;进程间采用内存映射文件和消息机制两种方式进行数据通讯,以传递Vega Prime环境初始化参数、仿真控制参数和场景属性数据,能够保证仿真系统的大数据量通讯要求和实时性要求.构建了基于Vega Prime的多场景仿真系统框架.     

纹理映射技术在三维游戏引擎中的应用

游戏引擎是游戏的心脏,它在后台控制着游戏中各个模块同时有序的工作,渲染模块是游戏引擎中最复杂,也是最能体现游戏效果的模块。纹理映射技术的应用能增强场景绘制的真实感并能提高场景的渲染速度。该文是对三维游戏引擎中的渲染模块的初步研究,首先介绍了三维游戏引擎系统以及纹理映射技术,使用OpenGL图形库实现了大环境天空盒、三维地形的贴图效果、并加入了地面建筑物,再现了真实的三维场景。介绍了纹理映射技术在三维游戏引擎中的应用及作用。     

利用Master-Slave-Collector模式的大规模数据集的并行体绘制

以内部网络和普通配置计算机为实验平台,研究大规模数据集的并行体绘制的实现方法,以提高绘制速度和算法效率。分别介绍并行可视化、Master-Slave-Collector模式、负载平衡、任务池和结果池等关键技术。在传统的Master-Slave模式基础上的改进模式Master-Slave-Collector,具有减少计算时间、实现负载平衡、提高绘制效率等优点。实验结果表明,该方法较好地解决了运算速度和内存空间这两大难题,效果良好,实时性强,在临床诊断和科学研究中发挥重要作用。     

A web application for follow-up of results from a mobile device test battery for Parkinson's disease patients

Contrast-enhanced ultrasound (CEU) is an ultrasound imaging technique used to assess tissue perfusion. Analysis of microvascular recruitment necessitates the definition of a region of interest (ROI) containing exclusively the tissues to be studied. Conventional ROI selection requires examining the images and drawing the ROI by hand, making the analysis of CEU images non-reproducible and analyst-dependent. We have designed a systematic ROI selection method that is both reproducible and analyst-independent. Microvascular blood volume (MBV) assessed in 21 sequences of images was used to correlate the systematic ROI selection method with the conventional method performed by two independent analysts (correlation of 0.88 and 0.87 respectively) and the MBV sample distribution from the systematic method was not significantly different from those obtained from the conventional one. Using the systematic method, we found no significant insulin-induced capillary recruitment in subjects with type 1 diabetes mellitus, which might be related to the observed low glucose uptake during the hyperinsulinemic euglycemic clamp compared to healthy patients.     

Enabling the interactive display of large medical volume datasets by multiresolution bricking

In this paper, we present an approach to interactive out-of-core volume data exploration that has been developed to augment the existing capabilities of the LhpBuilder software, a core component of the European project LHDL (). The requirements relate to importing, accessing, visualizing and extracting a part of a very large volume dataset by interactive visual exploration. Such datasets contain billions of voxels and, therefore, several gigabytes are required just to store them, which quickly surpass the virtual address limit of current 32-bit PC platforms. We have implemented a hierarchical, bricked, partition-based, out-of-core strategy to balance the usage of main and external memories. A new indexing scheme is introduced, which permits the use of a multiresolution bricked volume layout with minimum overhead and also supports fast data compression. Using the hierarchy constructed in a pre-processing step, we generate a coarse approximation that provides a preview using direct volume visualization for large-scale datasets. A user can interactively explore the dataset by specifying a region of interest (ROI), which further generates a much more accurate data representation inside the ROI. If even more precise accuracy is needed inside the ROI, nested ROIs are used. The software has been constructed using the Multimod Application Framework, a VTK-based system; however, the approach can be adopted for the other systems in a straightforward way. Experimental results show that the user can interactively explore large volume datasets such as the Visible Human Male/Female (with file sizes of 3.15/12.03 GB, respectively) on a commodity graphics platform, with ease.     

基于SOA的实时动态专题地图服务生成方法

针对用户不能在线实时获得个性化专题地图的问题,以ArcGIS的SOA架构为技术支撑,提出一种实时动态专题地图服务生成方法.采用契约优先的Document样式封装服务,利用支持OGC标准的Web服务发布地图数据,使用扩展的二维数据表的叠加操作策略,实现地图数据与第三方渲染数据的融合,以及渲染服务与地图数据发布服务的在线组合.以江苏省农林渔牧总产值为例在线制作系列专题地图,验证了该方法的有效性.     

基于点的造型中如何计算采样点的法向量

随着三维扫描技术的迅速发展,以及大量采样点数达百万数量级的高精度模型的产生,使得基于点的绘制技术逐渐成为热点。文章介绍了一种在基于点的造型中不必经过三角化,由采样点直接计算法向量的方法。该方法首先找到当前点周围的临近采样点;然后,根据最小二乘法由这些临近点近似计算当前点所在位置的切平面;最后,将切平面的法向量作为当前采样点的近似法向量。试验表明,该方法可以快速有效地计算采样点的法向量。     

Automatic selection of arterial input function on dynamic contrast-enhanced MR images

Dynamic susceptibility contrast-magnetic resonance imaging (DSC-MRI) data analysis requires the knowledge of the arterial input function (AIF) to quantify the cerebral blood flow (CBF), volume (CBV) and the mean transit time (MTT). AIF can be obtained either manually or using automatic algorithms. We present a method to derive the AIF on the middle cerebral artery (MCA). The algorithm draws a region of interest (ROI) where the MCA is located. Then, it uses a recursive cluster analysis on the ROI to select the arterial voxels. The algorithm had been compared on simulated data to literature state of art automatic algorithms and on clinical data to the manual procedure. On in silico data, our method allows to reconstruct the true AIF and it is less affected by partial volume effect bias than the other methods. In clinical data, automatic AIF provides CBF and MTT maps with a greater contrast level compared to manual AIF ones. Therefore, AIF obtained with the proposed method improves the estimate reliability and provides a quantitatively reliable physiological picture.     

三维图形系统中的物体裁剪问题

三维图形系统是三维游戏引擎中的子引擎部分,负责处理三维世界的数据结构以及从玩家或相机所在的视点渲染三维世界。其中的一个重要问题就是物体剪裁问题。对物体裁剪的工作原理进行了详细的分析,提出了一个新的简便的裁剪算法,并给出了该算法的关键代码。