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基于vk的医学图像三维重建 近年来，计算机图象图像等技术不断发展，逐步进入医学领域，开创了数字医疗的新时代。基于计算机数字图像处理、计算机图形学、虚拟现实和计算机网络等技术的医学图像处理与三维重建技术,已逐渐成为了一门具有特色的交叉学科。 VTK是开放式的免费软件,并且具有强大的三维图形图像处理功能,良好的体系结构、高度的灵活性及可移植性,目前在美国、西欧等各高校、研究所已经得到广泛的应用。在美国的耶鲁大学里就有专门的教材用于高校教学。虽然VTK在欧美已经十分流行,但其在国内的发展情况却不容乐观,这些都应该引起有关部门和高校的重视。 1 医学图像的可视化算法 VTK完全采用面向对象的设计思想来设计与开发,支持Windows,Unix与Linux等多种平台,支持C,C++,Java,Tcl/Tk以及Python等编程语言。VTK将众多常用的图形操作、图像处理算法封装成不同的类,非常易于理解和调用。相对于Matlab与Open GL库,VTK具有应用灵活、重建效果逼真、重建速度较快等优点,同时还可以对图像进行缩放、旋转、平移、组织提取等多种操作。与此同时VTK具有很好的流(streaming)和高速缓存(catching)能力,同时支持多线程处理,这些都使得VTK成为医学图像可视化开发的一个较好的选择。 VTK最初设计的目的是为了医疗领域的应用,它支持一系列可视化算法和许多高级建模技术,并且己经集成了许多的可视化算法,像MC算法、光线投射法等。自从开发以来受到广泛重视和应用,并不断得到完善,已成为可视化领域最负盛名的软件开发包。 1.1 支持脚本语言的解释层 VTK主要有两个子系统组成,一个是利用C++语言编写的核心层(C++Class Library),另一个是按照一定规则生成的支持脚本语言的解释层(Tcl/Tk,java etc Interpreted Interface)。这种结构的好处是既可用C++建造有效的算法,同时保持解释性语言代码的特点,使得开发人员能选择自己熟悉的工具语言进行开发,而且这些语言都具有自己的GUI开发支持。 1.2 为和接口接口 使用VTK进行可视化应用非常方便,只需两个部分。首先,建立目标图形用以演示数据;其次,建立数据流水线(data pipeline)来处理数据,建立流水线(data pipeline)就是将Source、Filters、Mappers链接起来。 类似于MFC中的CObject基类,VTKObject是VTK的基类,它为可视化流程提供基本的方法。VTKSource是VTKObject的派生类,它为整个可视化流程的开始(比如数据读取等)定义具体的行为和接口。VTKFilter是VTKSource的派生类,它对数据进行各种处理,使得数据可以直接用某种算法模块进行处理式。VTKMapper是VTKObject的另一个派生类,它将经过VTKFilter处理后的应用数据映射为几何数据,为原始数据与图像数据之间定义接口。这样,多种类型的Sources,Filters和Mappers就连接了起来。 VTK使用了面向对象编程,包含大量的对象模型(Object Models),根据其继承关系,流水线(data pipeline)的对象模型可分为两个方面:可视化模型(the Visualization Models)和图形模型(the Graphics Models)。 可视化模型(the Visualization Models)又可分为数据对象(vtk Data Object)和处理对象(vtk Process Object)。数据对象(vtk Data Object)表达各种类型的数据。处理对象(vtk Process Object)主要作为过滤器(filter),它被用来对数据对象进行操作并产生新的数据对象。 图形模型(the Graphics Models)主要的类有以下7个:渲染窗口(vtk Render Window)、渲染器(vtk Renderer)、灯光(vtk Light)、照相机(vtk Camera)、演员(vtk Actor)、属性(vtk Property)和映射器(vtk Mapper)。当我们将这些对象组合在一起,就可以创建一个场景,生成一幅图像。 1.3 维属性映射 可视化流程的职责是转换信息为图形数据,图形流程的职责是转化图形数据为图像。换句话说,就是可视化流程应用与建立几何表现,然后由图形流程来处理。图1所示为流水线的可视化流程。 VTK的三维数据可视化流程与三维数据场的可视化流程的过程是相同的。过程如下: (1)使用VTK源处理对象(source process object)来读入数据并产生数据对象(data object); (2)数据对象(datao