医学图像三维可视化体绘制技术研究

论文摘要

科学计算可视化是当前计算机图形学研究的重要方向,它将大量抽象的数据或计算结果用图形或图像形象、直观地表示出来,应用领域十分广泛。医学图像三维可视化是可视化技术在医学领域的一个重要应用,是当前医学图像处理的研究热点。医学图像三维可视化重建出的三维图像,能直观地显示人体组织的内部复杂结构,弥补医学成像设备在成像上的不足。其中的体绘制方法直接对所有的体数据进行处理,有利于保留三维医学图像的细节信息,具有较好的绘制效果。医学图像体绘制的意义在于高质量的绘制效果,所以体绘制的研究热点及目的在于在绘制质量和绘制速度之间寻求较好的平衡点。本文首先对体绘制技术的相关内容进行了详细的介绍,包括体绘制的概念,体绘制的特点,体绘制的过程,体绘制的光学模型,重采样原理;分析了几种体绘制的典型算法,概括了它们的改进之处,对性能进行了评价,总结了提高体绘制算法效率的有效方法,即减少重新采样的计算量;由于光线投射算法对所有的体数据进行处理,具有较好的图像质量,缺点在于绘制速度较慢,所以着重研究了光线投射算法的原理和实现过程,利用对象空间的相关性,采用舍弃贡献不大的射线段参与采样的方法,提出了一种基于光线投射法的快速体绘制算法。在实现过程中,利用了VTK可视化开发包,简化了算法的实现过程,提高了算法的效率。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 医学图像可视化技术
• 1.2.2 体绘制技术
• 1.3 本文工作
• 第2章 体绘制技术原理
• 2.1 直接体绘制中的重采样
• 2.1.1 图像信号的空域和频域表示
• 2.1.2 滤波
• 2.1.3 重构与重采样
• 2.2 直接体绘制算法中的光学模型
• 2.2.1 光线吸收模型
• 2.2.2 光线发射模型
• 2.2.3 光线吸收模型与光线发射模型
• 2.3 体绘制的实现算法
• 2.3.1 Splatting 算法
• 2.3.2 Shear-Warp 算法
• 2.3.3 硬件辅助的三维纹理映像算法
• 2.4 主要的体绘制方法比较
• 2.5 本章小结
• 第3章 光线投射算法及改进
• 3.1 光线投射算法
• 3.1.1 数据值分类
• 3.1.2 颜色赋值
• 3.1.3 光照效应
• 3.1.4 重采样
• 3.1.5 图像合成
• 3.2 光线投射算法的改进
• 3.2.1 利用相关性加速算法
• 3.2.2 使用随机样本判断射线段性质
• 3.2.3 舍弃无用射线段采样
• 3.2.4 射线和规则数据场的快速求交
• 3.2.5 自适应采样
• 3.2.6 改进性能分析
• 3.3 本章小结
• 第4章 应用VTK 实现改进算法
• 4.1 可视化工具包VTK
• 4.2 VTK 类库结构
• 4.3 VTK 对象模型
• 4.4 利用VTK 类库进行绘制过程
• 4.5 模块功能实现
• 4.6 本章小结
• 第5章 结果与总结
• 5.1 获取图像DICOM 格式信息
• 5.2 与改进前算法比较
• 5.3 与 Shear-Warp 算法比较
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢