三维可视化技术研究

三维可视化技术在医学及工业领域应用广泛。文章首先介绍了三维可视化技术的概念,分析了三维可视化技术的原理和关键算法,即面绘制、体绘制、点绘制算法;然后对三维可视化开发包VTK进行了介绍,并以Ray Casting算法为例给出了基于VTK的三维体绘制算法的实现过程;最后对三维可视化技术的发展趋势进行了展望。     

基于VTK的医学图像三维可视化的研究与实现

根据当前PACS系统的需要,利用VTK—基于面向对象方法设计,功能强大的可视化类库,实现医学影像数据三维可视化系统。本文介绍了面绘制和体绘制两种常用的方法。基于VTK的体绘制重建速度快,效果逼真。     

基于VTK的虚拟心脏切面交互式可视化方法

为解决传统医学影像技术方向性单一的问题,满足临床医学从不同方位从整体或切面等多角度对器官组织进行观察分析的需求,提出了心脏核磁共振成像(MRI)数据的体可视化和任意角度切面的可视化方法.基于可视化工具包VTK,在VC6.0开发环境中,运用光线投射算法设计并实现了MRI羊心脏切片数据的三维体绘制,横断、冠状、矢状位置的标准切片、切面以及任意角度、任意位置切面的绘制技术.通过简单的鼠标操作就可以实时的对切面进行移动、旋转、缩放等交互操作.实验结果表明:该方法有助于医生从多个方位观察整体器官组织和切面形态.在疾病预防、医疗诊断、手术方案制定以及术后评价中具有较大的实用价值.     

基于三维标量场的光线投射并行体绘制算法

针对大规模三维标量场相关算法计算量大且数据绘制速度慢、不能满足用户实时需求的问题,在研究和总结三维标量场和体绘制关键技术的基础上,对体绘制的原理进行了深入探讨,重点研究了体绘制中的光线投射算法。利用集群多节点的并行优势,对体绘制的光线投射算法进行了改进,采用MPI并行编程模式,成功地将该算法运行于PC集群环境中,并应用于三维城市建模,充分发挥了集群的高性能计算,大大提高了绘制效率。实验结果表明,该算法具有良好的并行效率和可视化效果。     

基于VTK 的足部骨骼三维可视化研究

基于CT图像序列利用VTK(Visualization Toolkit,可视化工具箱)实现了人体足部骨骼的三维表面重建。采用最大熵阈值算法进行足部骨骼图像分割,将该阈值作为骨骼等值面抽取值;在VC++中利用VTK编程实现了基于移动立方体法的足部骨骼表面重建,并对所得三维表面进行了优化;将所得结果存为三维模型常用的STL文件格式。实验结果表明,此方法获得了理想的可视化效果,可在足部疾病诊断和治疗、手术仿真等方面发挥重要作用。     

基于VTK的工业CT可视化关键功能的设计与实现

为了改善三维工业CT数据可视化效果,提高开发效率,对工业CT三维数据可视化关键技术进行了研究,并对相应的关键技术及VTK的功能和特点进行了介绍.提出了应用VTK实现三维工业CT数据的可视化,探讨了VTK在工业CT数据可视化的相关技术,通过具体的三维工业CT数据可视化为例,介绍了VTK在工业CT可视化关键功能的设计与实现方法,试验证明了应用VTK开发工业CT可视化软件效果良好.     

D-S算法在气象卫星功能仿真中的应用

气象卫星云图模拟是气象卫星功能仿真所研究的核心问题,在此研究了Diamond\|Square算法的原理与实现,然后应用正弦函数和高斯函数,从Diamond\|Square算法生成的二维数组出发,构造三维离散数据场;运用体绘制技术实现三维数据场的可视化,得到卫星云图。     

基于VTK的三维地层可视化探讨

地层可视化是地质工程中急需解决的一个热点问题.在研究VTK体系结构的基础上,探讨了VTK支持下地层可视化技术,结合Microsoft Visual Studio .NET 2005和VTK.Net,采用规则网格三棱柱模型,开发了三维地层可视化系统.研究表明,以VTK为三维可视化工具来进行地层的三维可视化的途径是可行的,在可视化性能以及可视化效果等方面均有较好的效果.     

基于VTK的恒牙三维重建

三维重建是计算机图形学的一个重要研究领域.针对牙体形态的测量问题,研究了恒牙的三维重建,采用面绘制的方法,构建了恒牙的三维可视化模型.借助三维可视化工具包VTK的强大功能,在VS2008的编程环境中,使用轮廓拼接法,完成了单颗恒牙的三维重建.     

基于VTK的医学图像可视化设计与实现

本文在VTK类库提供可视化与实现的基础上,首先运用卷积神经网路实现器官的识别与分割,然后分别采用移动立方体算法和光照投影法进行了器官图像的重建工作.本文提出识别与分割的方法达到了94.3%的准确率,重建工作可满足对医学图像与可视化的需要.     

并行体绘制中的自适应负载平衡算法

针对并行绘制系统中的负载平衡问题和三维体数据的绘制特点,在Whiteman自适应负载平衡算法的基础上,提出了一种基于深度计算和时间统计的自适应负载平衡算法,该算法利用深度计算设置图像空间中各划分区域的权值,用时间统计的方式对运行中的任务重分配时机进行控制.实验结果表明,该算法能有效提高并行体绘制系统的帧率稳定性和绘制效率.     

基于VTK的OCT三维图像重建研究

从OCT系统的基本原理出发,应用体绘制中的光线投射算法,基于VTK可视化工具包,根据OCT系统的三维数据结构,提出一种对OCT系统获得的数据进行三维图像重建的方法,即多条射线从屏幕像素点出发穿过OCT系统获得的数据,沿射线方向对数据进行采样并累加,累加结果即可获得最终的三维重建图像。使用这种方法,传统OCT和宽场OCT样品的三维图像得以成功重建,且重建结果能够反映出样品的基本结构并给出样品的细节信息。     

基于方向重建滤波核的Splatting新算法

提出一种基于方向重建滤波核的Splatting新算法，以增强体绘制中物体的边缘．该算法基于三维数据场的梯度信息，投影时自适应地选择有方向的椭圆高斯足印函数，与传统Splatting相比，能够减小投影中的足印重叠现象，在绘制时间相比拟的条件下可更加精细地绘制出三维物体的轮廓．分别给出了平行投影和透视投影下的新Splatting算法，并对该算法在透视投影中的误差进行了分析．     

三维数据场可视化及其在医学图象处理中的应用

介绍了三维数据场可视化的有关知识及发展现状,并深入分析了各种可视化算法的原 理、优点和不足．详细阐述了三维可视化在医学影像中的重要作用并介绍了专用并行高速三维重建 系统．这一系统的核心部分完全由硬件（ ＡＳＩＣ）实现,对高速实现复杂的计算机图形学算法和科学计 算可视化有一定借鉴．     

三维爆炸场可视化

为了将三维爆炸场可视化及分析爆炸过程复杂的物理现象,从三维多流体网格法得到数值模拟结果,基于爆炸与冲击的特征,采用直接体绘制的方法进行三维可视化.在此基础上,设计了三维可视化软件--ViSC3D.介绍了三维爆炸场可视化的理论、方法及ViSC3D软件设计的算法、功能.该软件是三维爆炸场的重要分析工具,可以便于研究人员对难于直接观察、分析的爆炸场进行全貌和细节的观察和分析.利用ViSC3D,对山沟中的爆炸场进行了整体、剖面可视化及二维切片的抽取,比较详细地展现了爆炸场的概貌和局部细节.ViSC3D软件亦可适用于其它类似三维数据场的可视化.     

基于体素模型的体绘制算法

提出了一种基于体素模型的体绘制算法。该算法结合了面绘制及直接体绘制的优点,可以利用OpenGL图形标准及硬件加速对图象序列进行三维重建。重建效果逼真,重建速度较快,具有算法简单、实现容易的优点。     

加速的三维不规则数据场剖面绘制技术

剖面绘制是三维数据场可视化最常用的方法之一，本文提出了一些加快不规则数据场剖面绘制速度的技术．我们采用的方法是先确定一个与剖面相交的网格单元——种子单元，再扩展到所有与剖面相交的单元．本文通过设置区间标志表，可加快种子单元的确定，并介绍了由种子单元出发快速确定其它所有与剖面相交的单元的方法．在剖面与网格单元的求交上，我们通过设置相交情况表也加快了求交的速度．最后，我们给出了一个将该方法用于三维流场可视化中的具体实例     

三维模型轮廓线探测技术的研究与实现

在计算机图形图象领域中，非真实感绘制(Non-photorealistic rendering，简称NPR)技术近几年逐渐成为人们研究的热点，利用非真实感绘制技术可以生成图象的艺术效果或卡通效果。本文介绍了探测三维模型轮廓线的一些理论和算法，在研究的基础上给出了一种综合探测轮廓线算法，试验效果良好。     

基于可视化工具VTK的几何体构建技术

VTK(Visualization Toolkit)是面向对象的可视化工具包,主要针对的是2D,3D图像的处理和系统的可视化,它开放源代码、支持多平台,同时提供了强大的图像处理功能,近年来被从事可视化研究人员广泛采用.尝试采用VTK工具包,在主观简单、规则几何体基础上,组合构建复杂几何体.介绍了VTK的框架和机制,结合该算法中隐含数,实现几何体的构建.     

改进Marching Cubes算法的椎骨CT图像三维重建与可视化

在临床医学实际操作和教学研究中,尤其在椎弓根螺钉置入手术中,需要对椎骨进行三维重建,针对椎骨模型重建时间过长,清晰度、光滑度较低的问题,依据三维重建的面绘制理论,首先对54片分辨率为512×512的DICOM格式人体椎骨CT图像采用基于特征选择的双边滤波去噪算法进行预处理,在传统移动立方体(Marching Cubes,MC)算法基础之上进行改进,先选择种子体素,利用区域生长思想,提取出全部包含等值面的体素,再利用黄金分割法代替传统的线性插值法计算等值点,减少公共棱边计算次数,由可视化工具包VTK和OpenGL借助GPU并行处理,完成椎骨图像的快速、精准三维重建与可视化,算法的执行效率整体提高。