基于GPU加速的醫(yī)學圖像3D實時繪制技術(shù).pdf

1、醫(yī)學圖像三維可視化技術(shù)是目前的一個研究熱點問題，也是一個多學科交叉的研究領(lǐng)域和計算機圖形學和圖像處理技術(shù)在生物醫(yī)學工程中的重要應(yīng)用。它涉及的相關(guān)知識有數(shù)字圖像處理、計算機圖形學以及醫(yī)學領(lǐng)域應(yīng)用背景知識等。 本文研究的主要內(nèi)容是：針對當前醫(yī)學圖像三維可視化計算量太大，在傳統(tǒng)CPU計算平臺很難實時運算進行交互式顯示的問題?？紤]到可視化算法高度的并行性，采用現(xiàn)有的顯卡GPU強大的并行流處理能力來進行加速計算，從而達到可視化技術(shù)的交互式

2、執(zhí)行。本文研究和在GPU上實現(xiàn)了幾種繪制方法：三維紋理代理幾何體繪制算法，GPU Shader光線跟蹤算法，GPU幾何Shader上等值面提取算法，改善了現(xiàn)有常用方法在CPU平臺上存在的無法實時交互性顯示的缺點。 本文的創(chuàng)新點和獨立工作主要體現(xiàn)在以下幾個方面： 1.研究和總結(jié)了醫(yī)學影像處理與分析中的醫(yī)學圖像的預(yù)處理技術(shù)、醫(yī)學圖像的三維可視化技術(shù)和GPU硬件平臺及其通用編程技術(shù)的各個特點。實現(xiàn)了常用的繪制算法，使其能更加靈

3、活的進行繪制，不同的繪制效果對應(yīng)不同的GPU Shader特效文件，算法在統(tǒng)一的軟件框架下進行了實現(xiàn)。 2.研究和實現(xiàn)了基于GPU加速的三維紋理代理幾何體方法，該方法是光線跟蹤思想的一個針對GPU硬件的實現(xiàn)改進。將體數(shù)據(jù)以三維紋理方式存入顯存，采用帶紋理坐標的代理幾何體對體數(shù)據(jù)進行采樣，使用Alpha混合進行顏色合成。 3.研究和針對GPU硬件特點，改進并利用Pixel Shader實現(xiàn)了光線跟蹤算法，該方法在像素sha

4、der的運算里面生成光線，并且通過固定采樣率在當前光線位置對體數(shù)據(jù)進行采樣，然后將光線沿方向延伸，直到光線穿出體數(shù)據(jù)。通過不同的shader特效的實現(xiàn)來產(chǎn)生不同效果，能產(chǎn)生透明，等值面，體光照等特效。 4.改進了經(jīng)典的Marching Cube等值面提取的實現(xiàn)方法，用了最新的GPU幾何Shader進行實現(xiàn)，每一個體素的三角形邊的可能的拓撲信息用一個紋理來進行保存，通過紋理采樣來進行三角形邊信息的查詢。用emitVertex sh