保留上下文環(huán)境體繪制模型研究.pdf

1、科學(xué)可視化可以將科學(xué)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖像,便于顯示復(fù)雜數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。醫(yī)學(xué)可視化是科學(xué)可視化在生物醫(yī)學(xué)工程上的重要應(yīng)用,在臨床與醫(yī)學(xué)研究中具有重要意義,而體繪制是醫(yī)學(xué)可視化方法中研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn)。體繪制分為直接體繪制和間接體繪制,直接體繪制可以將數(shù)據(jù)的所有信息以圖像的形式顯示出來,而間接體繪制方法只能生成中間幾何圖元,不能顯示物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。直接體繪制因其成像結(jié)果的優(yōu)點(diǎn)而被廣泛的應(yīng)用和研究。
　　 光線投射算法作為直接體繪

2、制常用的方法之一,能夠滿足醫(yī)學(xué)領(lǐng)域?qū)D像重建質(zhì)量的要求,在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域被廣泛采用,但該算法的重建結(jié)果中組織彼此之間存在重疊和遮擋,會(huì)影響對(duì)感興趣區(qū)的精確定位與診斷。為解決上述問題,目前常用剖切與優(yōu)化轉(zhuǎn)換函數(shù)的方法來增強(qiáng)感興趣區(qū)顯示。剖切技術(shù)可以將遮擋部位的組織完全去除,直接顯示感興趣組織,但剖切是無選擇的去除遮擋區(qū)域,會(huì)造成組織上下文環(huán)境的缺失,同時(shí)感興趣組織本身的一部分也可能被去除掉；優(yōu)化轉(zhuǎn)換函數(shù)的方法通過優(yōu)化不同組織之間的對(duì)比度,增強(qiáng)感

3、興趣組織與周邊組織的視覺區(qū)分度來達(dá)到增強(qiáng)顯示的目的。
　　 本文對(duì)目前優(yōu)化轉(zhuǎn)換函數(shù)的方法進(jìn)行分析和總結(jié),針對(duì)現(xiàn)有方法中的不足,提出構(gòu)建依賴于數(shù)據(jù)本身和用戶需要的模型,通過優(yōu)化和構(gòu)造轉(zhuǎn)換函數(shù),實(shí)現(xiàn)了兩種不同的保留上下文環(huán)境體繪制,有效地增強(qiáng)了感興趣區(qū)的顯示效果。并將提出的模型采用通用計(jì)算圖形處理器進(jìn)行加速,以提高這兩種模型的交互速度。具體工作如下:
　　 (1)提出基于等值面的保留上下文環(huán)境體繪制方法。該方法首先記錄沿光線

4、方向首個(gè)等值面的空間位置,然后根據(jù)采樣點(diǎn)到等值面的距離和采樣點(diǎn)處的梯度構(gòu)造衰減函數(shù),將衰減函數(shù)作用于不透明度轉(zhuǎn)換函數(shù),以控制光線合成。對(duì)頭、腹和腳部等 CT 數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該方法可以在保留組織輪廓清晰的前提下增強(qiáng)感興趣區(qū)域顯示。
　　 (2)根據(jù)用戶對(duì)感興趣區(qū)域的選擇,提出基于高斯函數(shù)的轉(zhuǎn)換函數(shù)的設(shè)計(jì)。該方法首先由用戶選擇感興趣點(diǎn),然后以該點(diǎn)為中心來構(gòu)建不透明度衰減函數(shù),以采樣點(diǎn)到感興趣點(diǎn)的空間距離為高斯函數(shù)的輸入,以視點(diǎn)

5、和感興趣中心的連線與視線的夾角為方差來控制透視區(qū)域的大小,有效的保留組織的上下文信息,并達(dá)到顯示感興趣區(qū)域的目的。
　　 (3)隨著通用計(jì)算圖形處理器(General Purpose Graphics Processing Unit,GPGPU)的飛速發(fā)展,為了測(cè)試 GPGPU 在光線投射算法上的性能、構(gòu)建可應(yīng)用的軟件平臺(tái),選擇了 NVIDIA 公司的CUDA 平臺(tái),實(shí)現(xiàn)光線投射算法,并將該算法封裝到現(xiàn)有軟件包 VTK 之中,以