一种实时体切割绘制的光线分段预处理方法.pdfVIP

一种实时体切割绘制的光线分段预处理方法1 1 1 1 2 2 1 1 位军 ，齐华 ，王毅 ，赵海涛 ，魏梦绮 ，樊养余 ，郝重阳 1 西北工业大学电子信息学院，西安（710072 ） 2 第四军医大学第一附属医院放射科，西安（710032 ） E-mail ：weijun0711@126.com 摘 要：针对传统图形绘制算法速度慢，质量不高的缺点，本文提出了一种快速的基于光线 投射法的体切割预处理方法。通过外接球面和进行分段的光线投射预处理，在保证绘制质量 的同时，实现了实时体切割。实验结果表明，本方法对于医学可视化应用，在使用规则体数 据时，有令人满意的结果。 关键词：实时体切割；外接球面；预处理；光线投射 中图分类号 TP391.41 1. 引言 在医学可视化中，充分理解病人组织结构和 ROI 的空间关系是很重要的。体切割方法 作为一种可视化交互手段，可以任意地去除数据场中次要的部分，减少数据场的复杂度，突 出显示ROI 以及数据的重要细节部分，因而从数据场中得到更多的信息。 光线投射算法[7] 是直接体绘制技术的基本算法之一。由于它具有原理简单、易于实现、 可以生成高质量的显示图像的优点。各种加速算法[6,8] 的实现和大型计算机、加速硬件的发 展，弥补了该算法速度慢、内存开销大的缺陷，使光线投射算法广泛地应用于医学、气象学 等领域。但是，在复杂的数据场中使用耗时的光线投射算法很难达到实时的体切割效果。按 照光线投射的方法，一旦用户交互地确定和改变了裁剪参数，整个场景必须重遍历、重采样 和重显示。虽然剪切－变形算法，硬件辅助及特定硬件绘制的方法可以实时地进行体切割， 但绘制质量始终比采用三线性插值的光线投射算法差，在医学图像处理中的应用并不广泛。 本文在对光线投射法加速方法和体切割绘制算法进行研究的基础上[1~9] ，针对医学规则 体数据，通过首先外接球面[4] ，跳过空的体素，减少投射光线数量再进行分段的光线投射 预处理[3] 的方法，在保证绘制质量的同时，实现了实时体切割。对相同的一个体数据，该 方法只需要一次预处理即可以在该数据上进行多次切割，每次切割不需要再另外进行预处 理。相对传统算法而言，该方法在对同一体数据进行多次切割时能减少大量绘制时间。同时， 由于该方法针对规则体数据，所以特别适用于医学可视化应用。 2. 预处理方法的原理与实现步骤 2.1 方法原理 本文仅考虑直接体绘制的方法，故采用 N·MAX 总结的体积分公式[4] ： s L t dt (− τ( ) ) ∫ I (x,r ,0,L) C (s)τ(s)e 0 ds （1） λ ∫ λ 0 I (x ,r ,0, L ) 是光线 r 在距离为 L 的x 处波长为λ的光亮度分量。右边的积分中， 其中， λ （0，L ）为积分范围，C (s) 是沿光线 r 的点光亮度，τ(s) 为衰减系数。实际应用中，方 λ 1本课题得到国家博士点基金（20040699015 ）和西北工业大学研究生创业种子基金（Z2000631 ）的资助。 -1-