基于點(diǎn)模型的體繪制和3D幾何濾波及其在醫(yī)學(xué)圖像處理中的應(yīng)用.pdf

1、盡管三角形網(wǎng)格模型在繪制和建模領(lǐng)域都取得了很大的成功，具有圖形建模中“皇后”的美譽(yù)。然而，隨著三維掃描技術(shù)的迅猛發(fā)展，例如計(jì)算機(jī)斷層成像(ComputedTomography，CT)、核磁共振成像(MagneticResonance，MR)、超聲成像(Ultrasound，US)、三維激光掃描(LaserScanning)和結(jié)構(gòu)光掃描(StructureLightScanning).所產(chǎn)生的體數(shù)據(jù)和曲面數(shù)據(jù)的規(guī)模越來越大。如果仍然用三角

2、形網(wǎng)格重建曲面，不論是從體數(shù)據(jù)抽取曲面還是從曲面數(shù)據(jù)重建曲面，都會(huì)產(chǎn)生海量的網(wǎng)格模型，網(wǎng)格的連接信息對(duì)模型的管理、處理和操作提出了新的挑戰(zhàn)：更重要的是在物理模擬領(lǐng)域(如整容手術(shù)模擬)，大的變形經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生細(xì)長條的三角形，嚴(yán)重影響了物理模擬的計(jì)算精度，而一些流體模擬和撕裂變形經(jīng)常需要改變網(wǎng)格的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，為了準(zhǔn)確的模擬這些物理現(xiàn)象，必須實(shí)時(shí)的重建網(wǎng)格，這已成為了圖形硬件加速的瓶頸。因此隨著用體素(Voxel)描述三維體數(shù)據(jù)在可視化領(lǐng)域取得巨大

3、成功，很多研究者發(fā)現(xiàn)用點(diǎn)模型來表達(dá)曲面也正在成為一種可能，并且點(diǎn)模型可以作為表達(dá)三維實(shí)體模型和表面模型的統(tǒng)一模型來描述和模擬三維世界。本文也正是在這樣的背景下，對(duì)點(diǎn)模型進(jìn)行了研究。 本文研究的目的主要是為“顏面整容手術(shù)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)”提供技術(shù)支持。因此主要針對(duì)“顏面整容手術(shù)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)”兩種三維數(shù)據(jù)(體數(shù)據(jù)和點(diǎn)采樣曲面數(shù)據(jù))進(jìn)行了研究。對(duì)于體數(shù)據(jù)，主要從兩方面進(jìn)行了研究。一方面是怎樣從體數(shù)據(jù)中抽取用點(diǎn)模型表達(dá)的等值面，通過用等值微

4、分點(diǎn)(具有位置、法向、主曲率和主方向的位于等值面上的點(diǎn))代替?zhèn)鹘y(tǒng)的三角網(wǎng)格表達(dá)等值面，加速了等值面的抽取速度。試驗(yàn)結(jié)果表明，該算法比基于三角網(wǎng)格的等值面抽取時(shí)間縮短了約1/4。另一方面是利用現(xiàn)代圖形處理卡對(duì)基于點(diǎn)的直接體繪制進(jìn)行加速，通過用等值微分點(diǎn)(具有位置、法向、主曲率和主方向的位于等值面上的點(diǎn))代替?zhèn)鹘y(tǒng)的三角網(wǎng)格表達(dá)等值面，加速了等值面的抽取速度。試驗(yàn)結(jié)果表明，該算法比基于三角網(wǎng)格的等值面抽取時(shí)間縮短了約1/4。 對(duì)于點(diǎn)采

5、樣曲面數(shù)據(jù)，主要對(duì)點(diǎn)采樣曲面的濾波進(jìn)行了研究。首先是把魯棒統(tǒng)計(jì)理論應(yīng)用在了對(duì)點(diǎn)采樣曲面保護(hù)特征的濾波中，并擴(kuò)展該算法到定義在曲面上的函數(shù)的濾波中。其次提出了基于雙邊濾波對(duì)曲面和定義在曲面上的函數(shù)的非一致雙邊濾波算法，該算法不僅避免了濾波過程中點(diǎn)的切向漂移，而且考慮了點(diǎn)采樣的密度使得算法可以適應(yīng)非均勻采樣。最后把無網(wǎng)格局部彼得羅夫伽遼金方法(MLPG)引入了圖形學(xué)領(lǐng)域，提出了基于各向異性擴(kuò)散模型對(duì)點(diǎn)采樣曲面濾波的算法。該算法的核心是把定義