基于PC平臺的醫(yī)學(xué)可視化系統(tǒng).pdf

1、醫(yī)學(xué)圖像三維可視化技術(shù)是當前可視化研究的重點，也是實踐中最常遇到的。直接體繪制技術(shù)是可視化中一類重要的技術(shù)。與從數(shù)據(jù)場中抽取幾何面進行可視化的方法相比，體繪制方法不生成中間幾何元素，而是直接將數(shù)據(jù)進行整體的合成。這樣，不同的內(nèi)容可以在一幅圖像中同時顯示，便于人們對數(shù)據(jù)場進行全面綜合的分析和研究。 光線投射算法能生成高質(zhì)量的圖像，是醫(yī)學(xué)圖像可視化的理想于段，但其龐大的計算量制約了顯示速度。本文首先采用了一種軟件加速方法：錯切-變換

2、算法。該算法將三維離散數(shù)據(jù)場的投影變換分解為三維數(shù)據(jù)場的錯切變換和二維圖像的變形兩步米實現(xiàn)，從而將三維空間的重采樣過程轉(zhuǎn)換為二維平面的重采樣過程，大大減少了計算量，使得三維數(shù)據(jù)場的體繪制可以在圖形工作站上以接近實時的速度實現(xiàn)，而不顯著降低圖像的質(zhì)量。 隨著計算機圖形硬件的不斷發(fā)展，GPU 的強大計算能力和可編程性為體繪制提供了加速可能。本文著重介紹了基于3D紋理的體繪制算法。該算法用整個體數(shù)據(jù)牛成一個3D紋理，并確定體數(shù)據(jù)空間坐

3、標和體數(shù)據(jù)3D紋理坐標的轉(zhuǎn)換關(guān)系。根據(jù)這個關(guān)系，可以確定片層多邊形各個定點和3D紋理坐標。從而可以利用3D紋理硬件的紋理采樣功能(三線性插值)，計算片層多邊形內(nèi)部各個采樣點上的體數(shù)據(jù)采樣值。 通過對光線投射算法的分析，不難發(fā)現(xiàn)各條光線內(nèi)存在并行性。在對Intel和AMD各自的SIMD擴展指令進行比較后，本文提出了基于SIMD擴展指令的體繪制加速方法。其主要思想是將四條光線的參數(shù)存入128位的寄存器，并行地投射并計算。三線性插值是

4、體繪制過程中比較消耗時間的一步，本文同樣提出了基于SIMD的優(yōu)化方法，減少了乘法和加法的次數(shù)。在顏色累積的過程中，為減少頻繁地條件指令帶來的性能下降，采用了SIMD的飽和指令自動限定了最人值。 在上述算法的基礎(chǔ)上，本文開發(fā)了一個整合了基于圖形硬件和基于SIMD擴展指令的醫(yī)學(xué)圖像可視化系統(tǒng)。該系統(tǒng)町讀取DICOM格式的醫(yī)學(xué)影像文件，并根據(jù)用戶的需要產(chǎn)生不同精度的圖像。同時，該系統(tǒng)提供了實時調(diào)節(jié)傳遞函數(shù)和視點的接口，使用戶可以觀察到