医学图像可视化关键技术研究

论文摘要

科学计算可视化是发达国家20世纪80年代后期提出并发展起来的一个新的研究领域,其核心是三维空间数据场的可视化。医学图像数据可视化是三维数据场可视化在生物医学工程上的重要应用,在医学临床与医学研究中具有重要意义。体绘制是三维数据场可视化方法中研究的热点和重点。体绘制分为直接体绘制（简称体绘制）和面绘制,面绘制方法只能生成中间几何图元,而不能显示物体内部结构,本文重点研究医学直接体绘制技术的理论与算法。系统地介绍了基于医学数据的直接体绘制技术实现基础,深入分析现有体绘制算法的原理和全面介绍改进算法的现状,评价了各个算法优缺点并实现了面绘制方法,光线投射法,剪切变形法的仿真。在此基础上详细讨论了光线投射算法的实现原理并给出了改进算法,最后介绍了可视化开发软件,引入了可视化工具包VTK,利用VTK完成了光线投射算法三种方法:最大密度法,等值面法,复合光线投射法仿真,给出仿真结果和相关评价。本文提出了一种基于快速求交的自适应采样光线投射算法（Adaptive Resampling Based on Improved-Intersecting Ray Casting Algorithm）,算法针对传统光线投射算法中采样过程速度慢的问题,利用光线和平面族相交改进采样过程,在此基础上引入自适应采样确定采样点,并在预处理阶段改进图像合成公式提高算法速度。实验表明,利用该算法进行图像三维重建可以在基本不影响图像质量的前提下,较之原算法有效提高图像绘制速度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 医学图像可视化概述
• 1.2 研究的背景意义和目的
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 本文的主要研究工作及内容安排
• 1.4.1 本文主要研究工作
• 1.4.2 论文章节安排
• 第二章 体绘制技术实现
• 2.1 体数据分类和表示
• 2.2 空间变换
• 2.2.1 平移变换
• 2.2.2 缩放变换
• 2.2.3 旋转变换
• 2.3 投影变换
• 2.4 三维图形的裁剪
• 2.5 光学模型
• 2.6 本章小结
• 第三章 体绘制算法分析评价
• 3.1 面绘制技术及特点
• 3.2 体绘制典型算法分析
• 3.2.1 光线投射法（Ray-casting）
• 3.2.2 溅射法（Splatting）
• 3.2.3 剪切-变形法（Shear-Warp）
• 3.2.4 基于硬件的3D 纹理映射（3D Texture-Mapping）
• 3.2.5 变换域方法
• 3.3 体绘制算法比较
• 3.4 相关实验仿真
• 3.5 本章小结
• 第四章 光线投射算法及其加速算法
• 4.1 光线投射算法原理
• 4.2 算法实现
• 4.2.1 数据分类
• 4.2.2 不透明度和颜色赋值
• 4.2.3 重新采样
• 4.2.4 图像合成
• 4.3 改进求交的自适应光线投射体绘制算法
• 4.3.1 存在的问题及相应解决措施
• 4.3.2 利用光线和平面族相交简化光线求交过程
• 4.3.3 采样点的确定
• 4.3.4 射线相关性
• 4.3.5 自适应采样
• 4.3.6 实验结果
• 4.4 本章小结
• 第五章 基于 VTK的医学图像可视化三维重建
• 5.1 可视化相关软件简介
• 5.1.1 Amira
• 5.1.2 IDL
• 5.1.3 OpenGL
• 5.1.4 ITK
• 5.1.5 VolView
• 5.1.6 MITK
• 5.1.7 3DMED
• 5.2 VTK 简介
• 5.3 vtk 对象模型
• 5.3.1 图形模型（the Graphics Models）
• 5.3.2 可视化模型（theVisualization Models）
• 5.4 VTK 中的体绘制方法
• 5.5 光线投射法VTK 实现
• 5.6 实验结果
• 5.7 本章小结
• 第六章 结论
• 6.1 论文完成的主要工作
• 6.2 未来研究展望
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 硕士在读期间的研究成果