虚拟肝脏手术中的纹理表现技术

论文摘要

随着计算机技术的飞速发展,人们对计算机生成图形的质量和速度的要求越来越高,可以显著提高图形的真实感而实现代价适中的纹理映射技术逐渐成为人们关注的研究方向。数字化技术是当今世界研究最热门、应用领域最广的技术之一。得益于“数字化人”的研究进展,人体器官的数字化三维模型的获取技术已经变的成熟容易。但对这些三维模型增加彩色纹理以体现真实感的研究并不多见。另外,在全国各学校、医院存有大量的医学教具模型,将这类模型数字化并增加纹理对多媒体教学、远程教育以及搭建虚拟手术平台均有重要意义,使之在视觉上产生一种沉浸于这个环境的感觉。因此,本文对肝脏器官模型的数字化和纹理映射技术展开研究,并满足真实感渲染的需要。本文首先介绍了纹理映射技术定义、分类和发展状况,简要介绍了纹理函数的分类,阐述了现今普遍流行的纹理贴图技术和反走样技术。视差纹理映射技术是基于凹凸纹理映射技术基础,新近提出的实现物体表面粗糙感的一种纹理映射技术,它是对目前因计算量过大而无法应用于实时渲染系统中的位移映射技术的改进,本文提出了一种改进的视差纹理映射技术,该技术能效果更佳的实现肝脏模型表面纹理贴图,使贴图后的模型更加逼真,具有实时性好和真实感强的优点。本文所涉及的纹理映射技术、视差纹理映射技术、肝脏器官虚拟化技术等关键技术都能为虚拟手术真实化提供更好的技术支撑。同时,采用面向对象的编程思想,利用VC++开发了基于OpenGL的肝脏器官可视化平台LOVS,该系统集成了纹理映射、纹理配准、纹理拼接、纹理输出等功能。本文以采集的肝脏纹理为实例,进行了多项相关实验,并给出了实验结果,对本文中的相关技术和算法进行了有力的验证。

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摘要

ABSTRACT

第一章绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 论文的主要工作和组织结构

第二章纹理映射和贴图表现技术

2.1 纹理及纹理映射定义

2.1.1 纹理及纹理映射的引入

2.1.2 纹理映射的分类

2.1.3 纹理映射的建立

2.2 纹理映射技术的发展

2.3 纹理函数

2.3.1 二次曲面的纹理映射

2.3.2 三次多项式参数曲线

2.3.3 Bezier 曲线和曲面

2.4 普通纹理（映射）贴图

2.4.1 Alpha 贴图

2.4.2 光照贴图

2.4.3 光泽贴图

2.4.4 环境贴图

2.5 凹凸纹理映射贴图

2.5.1 凹凸纹理映射技术原理

2.5.2 偏移凹凸纹理映射

2.5.3 点乘凹凸纹理映射

2.5.4 浮雕凹凸纹理映射

2.6 纹理反走样技术

2.6.1 纹理走样产生的原因

2.6.2 MIP-map 技术

2.6.3 纹理滤波方式

第三章支持纹理映射开发环境

3.1 VC++集成开发环境

3.2 OpenGL 开放图型库

3.2.1 0penGL 用途和特点

3.2.2 OpenGL 功能

3.2.3 OpenGL 用于纹理映射的有关函数

3.2.4 OpenGL 实现纹理映射的步骤

3.3 VRML 虚拟现实建模语言

3.4 ACIS

3.4.1 ACIS 系统的造型方法

第四章虚拟肝脏手术系统相关技术

4.1 国内外虚拟肝脏手术的研究现状

4.2 医学数据图像的预处理

4.2.1 CT/MRI 输出的DICOM 图像数据格式的读取

4.2.2 图像去噪工作

4.2.3 肝脏区域与血管区域的分割提取

4.3 肝脏体三维重建

4.3.1 面三维绘制方法

4.3.2 体三维绘制方法

4.4 肝脏体变形模型

4.4.1 质点弹簧模型（mass—spring model）

4.4.2 Spline 曲线模型和体积剥定模型

4.5 碰撞检测

第五章肝脏纹理贴图中的视差纹理映射技术实现

5.1 视差纹理映射技术引入

5.1.1 几何凹凸纹理映射技术的不足

5.1.2 位移映射及其不足

5.2 视差纹理映射技术

5.2.1 视差映射技术原理及实现

5.3 视差纹理映射技术的改进

5.3.1 对高度的调整

5.3.2 对偏移值的校正

5.3.3 添加自遮挡和自阴影效果

5.3.4 使用光泽图来改善镜面高光

5.4 改进的视差纹理映射技术设计与实现

第六章基于OpenGL的肝脏手术的切口纹理呈现

6.1 LOVS 数据结构

6.2 LOVS 功能模块

6.3 肝脏模型纹理映射贴图实验

6.3.1 实验环境

6.3.2 肝脏纹理数据采集

6.3.3 实验步骤

6.3.4 实验结果

第七章结束语

7.1 结论

7.2 工作展望

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果

虚拟肝脏手术中的纹理表现技术

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