虛擬人三維重建及可視化關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、本文以中國虛擬人數(shù)據(jù)集和美國虛擬人數(shù)據(jù)集為主要研究對象,在改進型數(shù)據(jù)管線構(gòu)架和并行處理模式基礎(chǔ)上,系統(tǒng)研究了在PC應(yīng)用環(huán)境下完成超大數(shù)據(jù)集的三維重建,分別以表面繪制和體繪制兩個方式實現(xiàn)了可視化繪制,并開發(fā)了實施重建的原型系統(tǒng).人體組織是非均一、非剛性、存在復(fù)雜變形的特殊實體.對數(shù)字化人體數(shù)據(jù)集進行三維重建的主要處理難點是被處理的數(shù)據(jù)量龐大、內(nèi)部組織組成復(fù)雜且邊界模糊.為了有效重建這類復(fù)雜實體,基于體素的建模方法優(yōu)于傳統(tǒng)的邊界表達方法.論

2、文重點討論和研究了基于體素建模的重建方式和工作流程.論文的主要研究內(nèi)容包括:基于并行處理模式的數(shù)據(jù)管線構(gòu)架的構(gòu)建與實現(xiàn);基于醫(yī)學(xué)圖像序列的預(yù)處理、配準、分割、表面重建、模型簡化、表面光滑等算法的改進與實現(xiàn);超大數(shù)據(jù)的體繪制技術(shù)研究與比較;針對中國虛擬人彩色圖像切片序列的整體配準和組織分割算法的規(guī)劃和應(yīng)用及原型系統(tǒng)開發(fā)等等.本文除了第一章緒論和第七章工作總結(jié)外,其他章節(jié)主要的內(nèi)容如下:論文第二章主要討論了虛擬人真彩色圖像序列的混合配準方法

3、.本章首先介紹了基于圖像信息的通用醫(yī)學(xué)圖像配準原理和基本配準流程.本章接著針對中國虛擬人真彩色圖像序列的特點,提出了一種集成圖像特征點方向校正和圖像截面組織信息標準化相關(guān)性分析的高精度快速配準方法.論文第三章對虛擬人彩色圖像序列的分割算法進行了研究.對組織或器官的分割與提取是保證重建模型準確表達其相應(yīng)組織器官的前提.本章提出一種針對彩色圖像切片序列的基于模糊連通性的分割算法,結(jié)合圖像局域分析范圍內(nèi)的基于向量表達的各向異性三維擴散分析策略

4、,成功實現(xiàn)了對部分人體組織的有效分割.論文第四章闡述所研究和采用的超大數(shù)據(jù)集的表面重建和可視化并行工作模式、重建流程及主要算法.本章首先研究了數(shù)據(jù)管線框架的構(gòu)建和改進,即在通用數(shù)據(jù)管線的基礎(chǔ)上,在數(shù)據(jù)處理實體和數(shù)據(jù)實體間構(gòu)建數(shù)據(jù)緩沖實體,用以實現(xiàn)對當前處理數(shù)據(jù)塊的存儲、管理與調(diào)配.在改進的數(shù)據(jù)管線框架中,提出了三種并行處理模式:任務(wù)并行模式、數(shù)據(jù)并行模式和管線并行模式,用以充分利用PC機環(huán)境下的多CPU處理能力,進而加快重建速度.接下來

5、,本章重點討論和規(guī)劃了針對超大數(shù)據(jù)集表面重建的流程,并系統(tǒng)地闡述了流程中的各個環(huán)節(jié),包括統(tǒng)一化的分析模型、三維空域濾波、表面模型重建、模型簡化和表面光滑.論文第五章介紹所研究并實現(xiàn)了的一種新的面向超大數(shù)據(jù)集重建的快速體繪制算法.本章首先系統(tǒng)闡述了已有的體繪制加速技術(shù).接著介紹了經(jīng)典的Shear-Warp快速體繪制算法.隨后,在分析了Shear-Warp體繪制算法不足和考慮了已有加速體繪制技術(shù)的問題基礎(chǔ)上,本章設(shè)計并實現(xiàn)了一種新的面向超大

6、數(shù)據(jù)集處理的快速體繪制重建算法.該算法采用優(yōu)化的新型八叉樹編碼的體數(shù)據(jù)存儲和快速八叉樹單元節(jié)點訪問算法實現(xiàn)了體數(shù)據(jù)的分級壓縮存儲處理和對節(jié)點單元的快速定位、搜索和遍歷,同時結(jié)合改進的基于Shear-Warp分解的射線模板策略,最終在PC環(huán)境下實現(xiàn)了超大數(shù)據(jù)集的高質(zhì)量的快速體繪制.論文第六章主要介紹了運行于通用多CPU的PC機環(huán)境下面向人體建模的通用醫(yī)學(xué)圖像重建系統(tǒng)的系統(tǒng)功能模塊劃分、功能流程規(guī)劃與開發(fā)實現(xiàn).該系統(tǒng)不僅全面地實現(xiàn)了上述基于