医学图像三维重建的规则移动立方体法

标准的移动立方体(Marching Cubes,MC)算法不适合实时绘制大量的三角面片。在MC算法的基础上提出了一种能大量减少三角面片数量的规则移动立方体算法(Regularized Marching Cubes,RMC)。该算法通过建立表面判断查找表寻找等值面,不需要判断体数据中的每个立方体,起到了减少立方体数目判断的作用,从而节省计算时间;同时在等直面的合并过程中,通过确定种子等值面、设置阈值,自适应地合并已判断过的立方体中包含的面片,保证了不同精度下的合并效果。在用户设定的误差范围内,可以加快医学图像的三维重建。

基于移动立方体法的矿体三维绘制技术

利用计算机技术进行矿体形态的模拟对指导矿山开采设计具有重要的意义。提出了一种基于移动立方体法的矿体绘制算法,研究了该算法的关键技术,即根据矿石品位寻找矿体的边界体元,在体元内构造三角面片拟合等值面。给出了求等值面的算法流程。采用该技术在某铁矿进行了实际的应用,取得了逼真的效果。最后,指出了该技术的进一步发展方向。

矢量与栅格结合的三维地质模型编辑方法

三维地质模型主要通过剖面构造·自动建模方法要求这些剖面基本平行,并且相邻剖面地质体的差别不能过大·本文针对剖面数据较少且不平行的情形,设计了人机交互的三维地质模型构造方法,利用普通多面体栅格化算法和由MarchingCubes算法得到的光栅矢量化,实现了光栅和矢量模型的相互转换·在保证模型间拓扑正确的基础上,提高了地质模型的编辑效率,并在实践中得到了检验·

Marching Cubes算法改进研究及应用

对MC算法进行了改进和优化,运用渐近线判别法解决了原有算法的二义性问题,改善了生成图形的质量;利用线性八叉树结构提高了图形的绘制速度,使实时绘制和交互操作成为可能。运用改进后的MC算法,结合某铁矿实测数据进行矿体表面三维重构,得到了满意的效果。

变分辨率的曲面重建算法

在研究平均二次误差与曲面曲率关系的基础上,提出了变分辨率的曲面重建算法。该算法首先在给定的平均二次误差门限下,自适应于曲面曲率大小,将最小立方体包围盒按八叉树结构分割成许多大小不同的立方体,并在立方体内部用Marching cubes(MC)算法进行等值面提取;然后用垂直投影法对大小不同且又相邻的立方体间产生的缝隙进行拼接,并输出最终的网格模型。算法的主要优点是能自动用较大和较小的三角形分别去逼近曲面的小曲率和大曲率区域,不但能够恢复模型的细节,而且大量减少了三角形数目。应用实例表明,算法效果良好。

用MC算法优化基于SPH的海浪粒子模型

结合风浪场复杂的动力学、时空特性以及对目前海浪仿真方法的研究总结,针对海浪仿真模拟中存在的真实感不足,难以模拟海浪破碎等问题,根据流体的物理特性,采用光滑粒子流体动力学(SPH)的方法实现了海浪的动态演变仿真。然后针对基于SPH方法的海浪粒子模型存在的离散性和真实感较差的问题,采用一种基于移动立方体法(MC)的海浪运动的自由表面抽取算法,完成了海浪场的表面建模,优化了基于粒子系统的海浪模拟效果。实验表明,用MC算法优化的方法既满足了海浪动态演变的仿真要求,又使水体模型更加连贯,更接近真实水体效果,优化效果较为明显,是综合利用体绘制与面绘制法实现三维可视化模拟的一次成功的探索。

MRI脑序列图像的三维重建算法研究

针对MRI脑图像分割和三维重建中存在精度与效率不高的问题,提出了一种MRI脑图像分割与三维重建方法。首先,采用双边滤波法对MRI脑图像进行去噪;其次,通过一种改进的区域增长算法对MRI脑图像进行了颅骨去除;同时,再利用改进的模糊空间聚类对脑图像中的组织进行聚类,以准确提取脑白质;最后,将提取出来的脑白质通过规则移动立方体法进行了三维重建。所给实例表明,对MRI脑序列图像的重建效果良好,为后续的定量分析和可视化打下了良好的基础。

医学图像三维重建面绘制算法研究

面绘制是医学图像三维重建中能够快速绘制出物体表面轮廓的方法,面绘制比体绘制具有更快的速度。该文首先简单介绍了三维重建的一般流程,然后分别论述了三维重建面绘制的立方块法、移动立方体法、移动四面体法、剖分立方体法、表面跟踪法、网格简化的方法以及现在常用的三维可视化开发工具。

基于CT图像的土壤孔隙结构重构

土壤孔隙的几何结构和空间特征决定了土壤的透气性和保水性,对土壤功能多样性和生态修复具有重要影响,但现有对土壤孔隙的研究中,缺乏可直观性和定量性对孔隙特征进行描述的工具和方法。针对这一问题,本文采用基于面绘制的移动立方体法(Marching cubes,MC)和基于体绘制的光线投射法(Ray casting,RC)还原土壤孔隙的几何形态和空间分布。以单个孔隙和不同孔隙密集程度的土壤孔隙CT图像为应用对象进行实验,结果表明,2种算法的重构效果均不受土壤样本孔隙密集程度的影响。其中,MC算法重构出的孔隙结构存在边界锯齿化和缺失的现象,且其孔隙体积也小于实际情况;而RC算法重构的孔隙轮廓清晰,结构真实,可完整地呈现出孔隙结构的细节信息。为进一步评价2种算法的重构性能,采用模型品质、绘制速度和内存消耗3个指标进行实验结果的比较分析。结果表明,MC算法存在二义性的不足,使得孔隙结构存在一定程度的失真,重构的孔隙模型质量一般,但由于其只针对表面体素进行重构,因而具有较快的绘制速度和较小的内存消耗;而RC算法采用为每个体素分配不透明度和光强的方法来合成模型,避免了MC算法的缺点,能够保持孔隙模型的细节信息,但由于其重构过程中所有体素点都参与运算,使得其绘制速度较慢,内存占用较大。通过对模型品质、绘制速度和内存消耗3个指标的综合分析,RC算法更加适用于土壤孔隙的三维重构,不仅为土壤孔隙的可视化分析提供了一种较为先进的方法,也为研究土壤水分和养分的运移以及空气的交换奠定了技术基础。

基于VTK的肱骨薄层断面三维可视化重建研究

目的通过使用可视化工具包VTK的二维轮廓线的表面重建算法,在VC++的编译环境下实现对人体薄层断面中肱骨的三维表面重建。方法应用数字化可视人体数据获取技术,对双侧肱骨进行计算机三维重建及立体显示。结果重建出双侧肱骨的大、小结节,大、小结节嵴,桡神经沟,尺神经沟,肱骨小头,肱骨滑车,冠突窝,桡窝,鹰嘴窝,内、外上髁等结构的三维立体图像,可以任意角度和比例大小对它们进行观察,清楚地显示了它们在空间上的位置关系。结论本研究以中国可视化人体数据集和VTK为基础,实现了对人体肱骨的3D可视化重建,为进一步深入研究和实现更多人体解剖结构可视化以及科学计算提供支持,也为解剖教学展示提供参考。

医学影像三维可视化系统的设计与实现

研究医疗诊断图像。针对计算机断层扫描图像CT和核磁共振图像MR I只能提供人体内部的二维图像,医生们只能凭经验由多幅二维图像去估计病灶的大小和形状,"构思"病灶与其周围组织的三维几何关系,给诊断带来了困难。为了使手术医疗诊断和治疗规划更准确。提出了设计和实现一个交互性的医学图像三维重建和可视化系统。首先给出了医学图像可视化算法原理;然后进行了三维重建可视化系统设计。最后以VC和VTK为开发工具设计程序,实现了CT文件的读取、图像数据的显示和基于MC算法和MS算法的三维模型的重建。仿真结果表明:既可以作为单独三维可视化系统用于医疗诊断,也可以针对不同手术的需要进行功能扩展,证明诊断图像显示更精确,为手术提供了科学手段。

采用切片数据的多孔复杂模型三维实体重建

为了实现基于切片数据的多孔复杂模型的三维实体重建,提出将基于轮廓线的局部优化方法与移动立方体(Marc-hing Cubes,MC)算法相结合,通过采用辅助轮廓法精确提取等值线,制定模型复杂程度的分类原则,合理选择配置方法,克服了多分支轮廓拓扑重构的困难,重建出由三角面片组成的三维形体表面模型。利用ANSYS参数化设计语言(AP-DL)在ANSYS中实现面模型向实体模型的转化,使重建后的模型不仅三维显示,还可直接用于有限元分析,使提出的三维重建方法具有更好的实用性。

基于VTK的肝脏组织三维可视化面绘制

医学体数据可视化在临床上已成为辅助诊断和辅助治疗的重要手段,其技术也成为近年来研究和应用的热点。讨论了面绘制算法中最常用的移动立方体法(MC),并利用了一个包含了多种面绘制技术的基于面向对象方法设计的、功能强大的可视化类库Visualization Tool Kit(VTK),来实现断层医学图像的三维重建,重建效果表明基于VTK的面绘制技术具有应用灵活、重建效果逼真、重建速度较快等优点。

基于体素的体积计算在地质领域中的应用

根据水文地质钻孔数据建立地下水三维数据场模型,进而研究地下标量场和矢量场特征,是一种新的研究方法。体积计算是地质领域的一项基础性工作,针对地质体数据的特点,研究了两种基于体素的体积计算方法——1/8 体素和移动立方体体积计算方法,并将其与种子填充算法结合,用于遍历整个数据场。最后将计算结果与传统方法进行了对比,实验证明具有较好的精度。

基于GridMol的等密度图算法实现与应用

等密度图是由一系列密度相同的点所构成的面,它在高分子材料研究领域应用广泛。本文介绍了基于高性能计算化学系统(SCChem)的GridMol程序中等密度图显示功能的实现。应用Marching Cubes算法实现,并采用法向量均值的方法进行优化,在SCChem应用系统中进行测试,取得了较好的测试结果。