三维医学图象可视化技术综述

概要地分析和评述了近年来三维医学图象可视化技术的发展,并主要从三维医学图象的分割标注、多模态医学图象的数据整合、体数据的绘制等3个角度对三维医学图象的可视化技术进行了分类综述,同时介绍了各种算法的原理和最新进展,由于医学图象可视化的目的是辅助医学了解生物内部组织的信息,因此除图象绘制技术外,组织及组织特性的精确自动分割标注技术,以及将不同图象模态提供的互补信息综合起来的匹配/融合技术外,都是医学图象可视化需要解决的重要问题,其中,多模态图象的可视化在三维医学图象可视化领域中最具有挑战性和发展前景。     

交互式动态体绘制及其加速算法

体绘制三维成象法是一门新兴的3D采样数据场可视化技术，在医学成象和科学可视化领域有着极为广泛的应用，但由于3D数据量大，其使用往往受到巨大计算开销的限制，因此很多研究人员致力于静态体绘制加速算法的研究，并解决医学图象三维可视化中三维体数据显示速度与成象质量问题，因而提出了一种交互式动态体绘制算法，即从任意的视点距离和视线方向进行动态编制，并在分析其算法复杂度的基础上，提出一种新的加速算法，同时使得动态体绘制过程几乎达到实时的效果，经验证，这种算法比标准算法快4～5倍。     

基于VTK的医学序列图像可视化

数字人体是目前的一个研究热点，而医学图像三维建模及可视化研究是其中的一项重要内容，医学序列图像的可视化技术包括体绘制和表面绘制两大类。他们各有其特点和适用领域。使用VTK可以很大程度的简化医学序列图像重建的问题。本文讨论了两种方法的原理、特点以及VTK实现三维重建及可视化的算法过程，并给出了一个实例。     

基于VTK的医学图像可视化三维重建

医学三维数据场可视化是当前科学计算可视化应用的重点,具有重要的学术意义和应用价值.体绘制是该技术的一个主要的方法.在VTK(Visualization Toolkit)类库提供可视化与显示功能的基础上,主要讨论了光线投射算法进行体数据的绘制的特点,同时采用了包围盒技术改善了光线投射算法的绘制速度.实验结果表明,图像的质量在没有受到影响的前提下,图像的绘制速度得到了大幅度的提高,同时证明了VTK是医学三维数据场可视化的有力工具.     

体绘制技术在医学可视化中的新发展

科学计算可视化体绘制算法能反映出体数据的内部信息，在医学，它已经从辅诊断发展成为辅助治疗的重要手段，体可视化技术是医学可视化的重要研究内容，其处理过程包括体数据的获取，模型的建立，数据的映射，绘制等操作，该文介绍了医学可视化中常使用的几种光照模型，针对基于图象空间和对象空间两种体绘制算法，介绍了它们的基本思想方法，并详细阐述了在近期的主要加速技术和提高图象质量方法的新进展，最后给出了实验数据和结论。     

体绘制源和反射-衰减模型

为解决医学图象三维可视化中三维体数据显示的问题,在综合了体绘制源－衰减模型和兰伯特漫反射余弦定律的基础上,提出了体绘制源和反射－衰减光照模型,新的模型假定三维标量数据场中的每一点都既是点光源,又能够反射外部入射光,并且反射光的分布遵循兰伯特漫反射余弦定律,由以上假定推导出体绘制的基本运算公式。实验结果表明,体绘制源和反射－衰减模型是一种性能优良的体光照模型,其用于医学断层图象三维可视化能够生成逼真     

医学体数据三维可视化改进算法综述

医学体数据三维可视化技术有着广泛的应用前景。近年来为加快绘制速度，提高成像质量和节省存储空间提出了许多改进算法，本文总结了这些算法，为进一步研究奠定了基础。     

几种变换域体绘制算法的比较研究

医学图像三维重建技术具有重要的学术意义和应用价值。变换域体绘制是该重建技术的一个新兴的重要分类,目前它已成为一个热点研究方向。综述了变换域体绘制下的傅里叶体绘制、哈特里体绘制、小波域射线投射法、小波足迹法典型算法的算法思想和优缺点,而且通过列表与其它三维医学图像可视化算法的特点及性能进行了分析比较,从而得出变换域体绘制具有绘制速度快、图像品质高等其它绘制算法不可比拟的优点及其相应的改进之处。     

几种变换域体绘制算法的比较研究

医学图像三维重建技术具有重要的学术意义和应用价值.变换域体绘制是该重建技术的一个新兴的重要分类,目前它已成为一个热点研究方向.综述了变换域体绘制下的傅里叶体绘制、哈特里体绘制、小波域射线投射法、小波足迹法典型算法的算法思想和优缺点,而且通过列表与其它三维医学图像可视化算法的特点及性能进行了分析比较,从而得出变换域体绘制具有绘制速度快、图像品质高等其它绘制算法不可比拟的优点及其相应的改进之处.     

利用距离变换实现CT图象中软组织显示

基于距离变换的软组织显示方法，由分割，距离变换，剥皮和体绘制4个步骤组成，为加快运算速度和满足实时交互的需要，在进行三维医学CT图象内部软组织显示时，采用了一种新的三维欧氏距离变换算法和基于体绘制的三维数据场多表面显示方法，实验结果表明，该方法能够清晰地再现皮下血管，肌肉与骨骼的空间解剖关系，在临床医学领域具有重要的应用价值。     

四种体绘制算法的分析与评价

体绘制技术是科学计算可视化的重要组成部分,具有较大的研究价值和广阔的应用前景。体绘制有两种方法即间接体绘制和直接体绘制,直接体绘制(简称体绘制)以其在体数据处理及特征信息表现方面的优势,已经得到了研究者越来越多的重视。文章对四种典型的体绘制算法进行了描述,并概述了它们的改进之处,同时对它们各自的性能进行了分析和评价。     

Analysis of a parallel volume rendering system based on theshear-warp factorization

This paper presents a parallel volume rendering algorithm that can render a 256×256×225 voxel medical data set at over 15 Hz and a 512×512×334 voxel data set at over 7 Hz on a 32-processor Silicon Graphics Challenge. The algorithm achieves these results by minimizing each of the three components of execution time: computation time, synchronization time, and data communication time. Computation time is low because the parallel algorithm is based on the recently-reported shear-warp serial volume rendering algorithm which is over five times faster than previous serial algorithms. The algorithm uses run-length encoding to exploit coherence and an efficient volume traversal to reduce overhead. Synchronization time is minimized by using dynamic load balancing and a task partition that minimizes synchronization events. Data communication costs are low because the algorithm is implemented for shared-memory multiprocessors, a class of machines with hardware support for low-latency fine-grain communication and hardware caching to hide latency. We draw two conclusions from our implementation. First, we find that on shared-memory architectures data redistribution and communication costs do not dominate rendering time. Second, we find that cache locality requirements impose a limit on parallelism in volume rendering algorithms. Specifically, our results indicate that shared-memory machines with hundreds of processors would be useful only for rendering very large data sets     

Data parallel volume-rendering algorithms for interactive visualization

The increasing availability of parallel computing platforms has led to the development of parallel volume-rendering algorithms. In the present paper we compare two algorithms for volume raytracing in a data-parallel framework: a shearing technique and a line-drawing technique. The two algorithms are primarily distinguished by the level of parallelism they exploit. Both algorithms have been implemented on the Connection Machine CM2 massively parallel computer and execute at speeds suitable for interactive volume-rendering applications. Since considerable floating-point resources are available on the CM2, we have used rendering algorithms based on transport theory. In the second part of the paper we examine some of the tradeoffs involved between image quality and rendering speed when using high-fidelity rendering algorithms.     

基于分块混合八叉树编码的海量体视化研究

在介绍当前体数据的数据模型与绘制方法的基础上,使用混合八叉树进行体数据的描述,实现了对其自适应分块存储。并用体元投射和三维纹理映射方法分别实现了混合八叉树的体绘制与多分辨率绘制。实验结果表明,该文的算法较好地实现了基于混合八叉树结构的海量体数据的组织、存储和绘制。     

Parallel Shear-Warp Factorization Volume Rendering Using Efficient 1-D and 2-D Partitioning Schemes for Distributed Memory Multicomputers

3-D data visualization is very useful for medical imaging and computational fluid dynamics. Volume rendering can be used to exhibit the shape and volumetric properties of 3-D objects. However, volume rendering requires a considerable amount of time to process the large volume of data. To deliver the necessary rendering rates, parallel hardware architectures such as distributed memory multicomputers offer viable solutions. The challenge is to design efficient parallel algorithms that utilize the hardware parallelism effectively. In this paper, we present two efficient parallel volume rendering algorithms, the 1D-partition and 2D-partition methods, based on the shear-warp factorization for distributed memory multicomputers. The 1D-partition method has a performance bound on the size of the volume data. If the number of processors is less than a threshold, the 1D-partition method can deliver a good rendering rate. If the number of processors is over a threshold, the 2D-partition method can be used. To evaluate the performance of these two algorithms, we implemented the proposed methods along with the slice data partitioning, volume data partitioning, and sheared volume data partitioning methods on an IBM SP2 parallel machine. Six volume data sets were used as the test samples. The experimental results show that the proposed methods outperform other compatible algorithms for all test samples. When the number of processors is over a threshold, the experimental results also demonstrate that the 2D-partition method is better than the 1D-partition method.     

基于空间数据插值算法的空间散乱数据体绘制实现

体绘制技术是一种能够真实地反映空间数据场内部信息的可视化技术。在体绘制研究领域中,非规则的空间散乱数据体绘制目前仍然是一个研究热点。文中采用空间数据插值算法对散乱的原始数据进行网格化插值,然后使用光投影体绘制算法对规则网格数据进行体绘制。最后,通过新方法实现了某油藏区地下流体压力和孔隙度分布结构的体绘制。     

Template-based rendering of run-length- encoded volumes

Template-based volume rendering is a technique to accelerate volume ray casting. It does not trade off image quality for rendering speed. However, it still falls short of interactive manipulation of volume data, mainly owing to the ray-by-ray volume access pattern and the long ray path in the transparent regions. In this paper we present an object-order template-based volume rendering method that uses run-length encoding to enable skipping highly transparent regions. We present three algorithms, one for each principal axis direction. By combining the advantages of object-order volume traversal and run-length encoded volumes, the algorithms achieve high quality rendering in a much shorter time than the original template-based volume rendering. © 1998 John Wiley & Sons, Ltd.     

交互式三维医学图像可视化系统MedVis

本文介绍了我们开发的三维医学图像可视化系统ＭｅｄＶｉｓ。绘制的实时性和系统的交互性是设计ＭｅｄＶｉｓ的两个重要原则。     

基于图形硬件加速的体绘制关键技术综述

随着近年来计算机图形硬件性能的不断提高,利用硬件来实现体绘制过程中的某些环节以获取交互的绘制速率变为可能,并逐渐成为目前的研究热点。从体绘制的分类、明暗处理、重构、体积裁剪等4个角度对基于图形硬件加速的体绘制方法进行了分类综述,介绍了各种关键技术的研究进展和典型算法,并讨论了各自特点及其相互联系。