基于PC平臺(tái)的醫(yī)學(xué)可視化系統(tǒng).pdf

1、醫(yī)學(xué)圖像三維可視化技術(shù)是當(dāng)前可視化研究的重點(diǎn)，也是實(shí)踐中最常遇到的。直接體繪制技術(shù)是可視化中一類重要的技術(shù)。與從數(shù)據(jù)場(chǎng)中抽取幾何面進(jìn)行可視化的方法相比，體繪制方法不生成中間幾何元素，而是直接將數(shù)據(jù)進(jìn)行整體的合成。這樣，不同的內(nèi)容可以在一幅圖像中同時(shí)顯示，便于人們對(duì)數(shù)據(jù)場(chǎng)進(jìn)行全面綜合的分析和研究。 光線投射算法能生成高質(zhì)量的圖像，是醫(yī)學(xué)圖像可視化的理想于段，但其龐大的計(jì)算量制約了顯示速度。本文首先采用了一種軟件加速方法：錯(cuò)切-變換

2、算法。該算法將三維離散數(shù)據(jù)場(chǎng)的投影變換分解為三維數(shù)據(jù)場(chǎng)的錯(cuò)切變換和二維圖像的變形兩步米實(shí)現(xiàn)，從而將三維空間的重采樣過程轉(zhuǎn)換為二維平面的重采樣過程，大大減少了計(jì)算量，使得三維數(shù)據(jù)場(chǎng)的體繪制可以在圖形工作站上以接近實(shí)時(shí)的速度實(shí)現(xiàn)，而不顯著降低圖像的質(zhì)量。 隨著計(jì)算機(jī)圖形硬件的不斷發(fā)展，GPU 的強(qiáng)大計(jì)算能力和可編程性為體繪制提供了加速可能。本文著重介紹了基于3D紋理的體繪制算法。該算法用整個(gè)體數(shù)據(jù)牛成一個(gè)3D紋理，并確定體數(shù)據(jù)空間坐

3、標(biāo)和體數(shù)據(jù)3D紋理坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換關(guān)系。根據(jù)這個(gè)關(guān)系，可以確定片層多邊形各個(gè)定點(diǎn)和3D紋理坐標(biāo)。從而可以利用3D紋理硬件的紋理采樣功能(三線性插值)，計(jì)算片層多邊形內(nèi)部各個(gè)采樣點(diǎn)上的體數(shù)據(jù)采樣值。 通過對(duì)光線投射算法的分析，不難發(fā)現(xiàn)各條光線內(nèi)存在并行性。在對(duì)Intel和AMD各自的SIMD擴(kuò)展指令進(jìn)行比較后，本文提出了基于SIMD擴(kuò)展指令的體繪制加速方法。其主要思想是將四條光線的參數(shù)存入128位的寄存器，并行地投射并計(jì)算。三線性插值是

4、體繪制過程中比較消耗時(shí)間的一步，本文同樣提出了基于SIMD的優(yōu)化方法，減少了乘法和加法的次數(shù)。在顏色累積的過程中，為減少頻繁地條件指令帶來的性能下降，采用了SIMD的飽和指令自動(dòng)限定了最人值。 在上述算法的基礎(chǔ)上，本文開發(fā)了一個(gè)整合了基于圖形硬件和基于SIMD擴(kuò)展指令的醫(yī)學(xué)圖像可視化系統(tǒng)。該系統(tǒng)町讀取DICOM格式的醫(yī)學(xué)影像文件，并根據(jù)用戶的需要產(chǎn)生不同精度的圖像。同時(shí)，該系統(tǒng)提供了實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)傳遞函數(shù)和視點(diǎn)的接口，使用戶可以觀察到