医学成像技术之三维重建技术讲义必威体育精装版PPT课件.pptVIP

体绘制方法 体光照模型提供了体数据中各数据点光照强度的 计算方法，体绘制方法提供的是二维结果图象的生 成方法。 首先根据数据点值对每一数据点赋以透明度 t 和 颜色值（ R,G,B ），再根据各数据点所在点的梯度 及光照模型计算出各数据点的光照强度，然后将投 射到图象。 平面中同一象素点的各数据点的透明度和颜色值 综合在一起，形成最终的结果图象。 根据不同的绘制次序，体绘制可以分为两类 以 图象空间 为序的体绘制方法 - 体光线跟踪法 以 对象空间 为序的体绘制方法 - 体单元投影法 体光线跟踪法 - 光线投射法 (Ray Casting) 以图象空间为序的体光线跟踪绘制算法是从屏 幕上的每一象素点出发，根据视点方向，发出一条 射线，这条射线穿过三维体数据场。沿这条射线选 择 K 个等距采样点，由距离采样点最近的八个体素 的颜色值和不透明度值做三线性插值，求出该采样 点的颜色值和不透明度值。而后可以采用由后到前 或由前到后的方法，将射线上每一采样点的颜色和 不透明度组合起来，计算出屏幕上该象素点对应的 颜色值。 光线跟踪算法的主要步骤是： For 每条光线 Do For 每个与光线相交的体素 Do 计算该体素对图象空间对应象素的贡献。 根据光子传输理论 , 有以下体显示方程 : 体单元投影法 以 对象空间 为序的体绘制方法首先根据每个数 据点的函数值计算该点的不透明度及颜色值， 然后根据给定的视平面和观察方向，将每个数 据点的坐标由对象空间变换到图象空间； 接着根据选定的光照模型，计算出每个数据点 处的光强；然后根据选定的重构核函数计算出从三 维数据点光强到二维图象空间的映射关系，得出每 个数据点所影响的二维象素的范围及对其中每个象 素点的光强的贡献； 最后将不同的数据点对同一象素点的贡献加以 合成。 单元投影算法的主要步骤： For 每一体素或单元 Do For 该体素在视平面投影区域内的每一象素 Do 计算象素点获得的光强。 面绘制与体绘制比较 面绘制的最大的特点是 采用曲面造型技术，生成数 据场等值面的曲面表示 ，再采用面光照模型计算出绘制 图象。与面绘制相比较，体绘制的一个特点就在于放弃 了传统图形学中体由面构造的这一约束，采用体绘制光 照模型直接从三维数据场中绘制出各类物理量的分布情 况。等值面、等势面、等数据场的几何面表示方法是研 究者们为了适应图形显示，人为地提出的一种数据场表 示形式。体绘制的根本点就在于放弃了这一做法， 直接 研究光线穿过三维体数据场时的变化 ，得到最终的绘制 结果，所以有时体绘制也被称做直接体绘制。由于体绘 制的这种直接性，非常符合人的视见过程，因此保留了 大量的细节信息大大地提高了图象的保真度，这时图象 质量已不在以来面地分割如何，而是集中在光照模型、 绘制过程上。 面绘制要构造中间曲面表示，必然要通 过域值或极值等方法提取出中间曲面，这就 是被称为分割（ Segmentation ）的过程。由于 目前的分割基本上还是一种二者择一的方法， 缺少准确有效的方法。通过分割，许多三维 数据场中的细节信息被丢失，有些分界面被 扩大，结果的饱真性较差。体绘制由于直接 研究光线通过体数据场时与体素的相互关系， 无须构造中间面，体素中的许多细节信息得 以保留，结果的饱真性大为提高。 因而从结果图象的质量上讲，体绘制要优 于面绘制。单从交互性能和算法效率上讲，至 少在目前的硬件平台上，面绘制还是要优于体 绘制的。这是因为面绘制采用的是传统图形学 的绘制方法，现有的交互算法、图形硬件和图 形加速板能充分发挥作用，在一些对细节要求 不多，交互要求较高的环境中，面绘制仍发挥 着较大的作用。 中间面表示 等值面抽取 面绘制 3D 扫描转换 体绘制 体数据 图 3.10 两种绘制方法的绘制过程 离散图象 3D 可视化软件 VolView 打开文件 打开 DICOM 文件 表面 重建 皮肤 灰度 阈值 HU=500 表面 重建 皮肤 HU=500 骨头 HU=1150 表面 重建 透明显示 皮肤 HU=500 表面 重建 阻光度 =0.8 阻光度 =0.6 透 明显示 皮肤 HU=500 骨骼 HU=1150 阻光度 =0.4 阻光度 =0.25 7.3 体绘制 在自然环境和计算模型中，许多对象和现象只 能用三维数据场来表示。与传统的计算机图形学相 比，对象体不再用几何曲面或曲线表示的三维实体， 而是用体素（ V oxel ）作为基本造型单元。对于每一 体素，不仅其表面而且其内部都包含了对象信息， 这是仅用曲线和曲面等几何造型方法所无法表示的。 体绘制的目的就在于提供一种基于体素的绘制技术， 它有别于传统的基于面的绘制，能显示出对象体的 丰富的内部细节 。 体光照模型 体光照模型是研究直接体绘制的基础。从物理意