基于GPU的虛擬內(nèi)窺技術(shù)研究.pdf

1、虛擬內(nèi)窺技術(shù)為醫(yī)療診斷開(kāi)拓了新方法，它是無(wú)創(chuàng)的、非侵入式的，可以檢測(cè)極其微小的或傳統(tǒng)內(nèi)窺鏡所無(wú)法探入的器官，如腦、心臟等。雖然目前虛擬內(nèi)窺技術(shù)發(fā)展迅速，但仍存在中心路徑提取速度慢、交互效率低等問(wèn)題。因此，本文的主要研究目的是將GPU的并行計(jì)算性能融入到虛擬內(nèi)窺技術(shù)的實(shí)現(xiàn)中，提高中心路徑的提取效率，開(kāi)發(fā)出具備高交互性能的虛擬內(nèi)窺系統(tǒng)，為臨床醫(yī)學(xué)的診療提供幫助。
　　在中心路徑提取方面，本文采用勢(shì)能場(chǎng)方法。為了降低該方法的時(shí)間復(fù)雜度，

2、提出了基于GPU的勢(shì)能場(chǎng)中心路徑提取并行算法，并充分利用CUDA架構(gòu)特有的常量存儲(chǔ)器和共享存儲(chǔ)器對(duì)普通并行算法進(jìn)行改進(jìn)。通過(guò)對(duì)多組3D模型進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明，隨著數(shù)據(jù)規(guī)模的增大，加速效果逐漸提升。處理256×256×487的體數(shù)據(jù)時(shí)，可獲得18倍的加速比，解決了中心路徑提取時(shí)間長(zhǎng)、效率低的問(wèn)題。
　　在三維可視化方面，本文實(shí)現(xiàn)了基于移動(dòng)立方體算法的面繪制和基于光線(xiàn)投射算法的體繪制。由于體繪制運(yùn)算量大，僅用CPU進(jìn)行計(jì)算常常無(wú)法滿(mǎn)足

3、實(shí)時(shí)繪制的要求。因此，本文還提出了基于GPU的并行體繪制方法，利用GPU的并行計(jì)算性能來(lái)提高繪制幀率。測(cè)試結(jié)果表明，對(duì)于多組不同大小的3D模型，該并行方法的繪制幀率均可達(dá)到40以上，滿(mǎn)足實(shí)時(shí)繪制的要求。另外，本文還提供了實(shí)時(shí)交互功能，用戶(hù)可自行設(shè)置傳遞函數(shù)以達(dá)到理想的繪制效果，并可對(duì)可視化結(jié)果進(jìn)行放縮、旋轉(zhuǎn)和拖動(dòng)等操作。
　　在虛擬漫游方面，本文將平行投影改為透視投影以實(shí)現(xiàn)近大遠(yuǎn)小的視覺(jué)感官效果。提供引導(dǎo)式漫游方式，用戶(hù)可操控虛擬