基于GPU的醫(yī)學(xué)圖像三維可視化重建算法研究.pdf

1、醫(yī)學(xué)圖像三維可視化重建算法是目前醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域研究的一個熱點(diǎn)問題,它橫跨計算機(jī)圖形學(xué)、計算機(jī)圖像處理和生物醫(yī)學(xué)工程等學(xué)科,目前在醫(yī)學(xué)輔助診斷、手術(shù)仿真、醫(yī)療教學(xué)等方面都得到了大范圍的應(yīng)用。對醫(yī)學(xué)圖像三維可視化算法進(jìn)行研究,提高成像速度、繪制速度以及交互操作性能,有非常重要的學(xué)術(shù)意義和應(yīng)用價值。而可編程圖形處理器GPU(Graphics Processing Unit)的出現(xiàn)并不斷地發(fā)展成熟,為醫(yī)學(xué)圖像三維可視化技術(shù)開辟了一片新天地:它專門

2、為圖形計算而設(shè)計,其最主要的突破就是在圖形硬件中引入了可編程功能,此功能允許用戶編制自定義的著色器程序(Shader Program)來替換原有固定流水線中的某些功能模塊,使得GPU在功能上更像一個通用處理器。
　　結(jié)合GPU的發(fā)展趨勢,本文對醫(yī)學(xué)圖像三維可視化算法最重要的表面繪制Marching Cubes算法和光線投射Ray Casting體繪制算法進(jìn)行深入研究,所做的主要工作以及創(chuàng)新成果包括:
　　1.提出了一種改進(jìn)的

3、基于Occlusion查詢的快速的表面繪制算法。對于傳統(tǒng)的Marching Cubes算法,往往生成海量的三角面片,因此繪制速度受到很大的影響?？紤]到由于存在相互遮擋關(guān)系的原因,大部分三角面片對觀察者是不可見的,因此無須被繪制出來,本文提出了一種改進(jìn)算法,利用最新GPU硬件所提供的Occlusion查詢功能,根據(jù)視點(diǎn)(觀察者)的位置,剔除存在相互遮擋關(guān)系而不可見的大量三角面片,減少被繪制的三角面片數(shù)量;并利用頂點(diǎn)緩沖區(qū)對象(Vertex

4、 Buffer Object)把需要繪制的三角面片數(shù)據(jù)加載到高性能的顯卡內(nèi)存里進(jìn)行顯示;兩種GPU新功能的配合應(yīng)用,明顯提高了表面繪制的速度。
　　2.充分利用GPU的可編程優(yōu)勢,提出了一種改進(jìn)的基于面采樣的GPU Ray Casting算法。改進(jìn)的算法通過求交點(diǎn)、排序、附加上正確的顏色屬性等操作,可以利用硬件實現(xiàn)的線性插值來加速求采樣點(diǎn)坐標(biāo),傳遞給GPU對體數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣、合成計算;改進(jìn)算法平衡了CPU與GPU的負(fù)載,各自利用其優(yōu)