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医学图像三维重建的体绘制技术综述
摘要:体绘制技术是目前医学图像三维重建的主要方法之一,是一种能够准确反映出数据内部信息的可视化技术,是可视化研究领域的一个重要分支,是目前最活跃的可视化技术之一。本文首先分析了医学图像三维重建的两大方法及其基本思想,并将体绘制技术与面绘制技术进行了比较;然后分别描述了射线投射法、足迹法、剪切-曲变法、基于硬件的3D 纹理映射、频域体绘制法以及基于小波的体绘制等典型算法;最后通过比较分析给出了各类算法的性能评价,并在此基础上展望了体绘制技术研究的发展前景。
关键字:体绘制;三维重建;可视化;性能评价
Abstract:Volume rendering techniques is one of the main methods of 3D reconstruction of medical images currently. Its also an important branch of visual technology which can reflect the inside information of data. It is one of the most active visualization technology.This paper first introduces are the two methods of 3D reconstruction of medical image and the basic thought of them,then volume rendering technology and surface rendering technology are compared.Secondly,the author introduces some kinds of algorithm for volume rendering:Ray Casting ,Splatting,Shear-Warp,3D Texture-Mapping Hardware,Frequency Domin Volume Rendering,Wavelet .Based Volume Rendering.The differences of their performances are compared and discussed in the last. Then some results are presented and their perspective are given in the end.
Key words:Volume rendering techniques;3D reconstruction of medical images;visual technology;Performance evaluation
1.引言
自20世纪70年代以来,利用计算机X射线断层投影(Computer Tomography,CTCuberille) 方法,移动立方体法(Marching Cubes),MarchingTetrahedral(MT) 和剖分立方体法(Dividing Cubes) 等。
面绘制技术需要对体数据进行判别分类,即需要判别每一个体素是否在当前绘制的面上,因此在处理复杂的、边界模糊的人体组织时,经常出现分类上的错误,从而造成虚假的面显示或在显示面上产生空洞。
体绘制法是由Drebin 和Levoy 在80年代末提出的,该方法避免了面绘制技术中构造几何多边形等表面的中间过程,采用直接对所有的体数据进行明暗处理的方法,进而合成具有三维效果的图像。其优点是无须进行分割即可直接进行绘制,有利于保留三维医学图像的细节信息,增强图像整体的绘制效果。但缺点是需要对所有体素进行处理,加大了计算量,限制了图像的绘制速度。
随着计算机、工作站性能的提高,各种分布计算和并行绘制算法和硬件环境的发展,以及医学体数据密度和分辨率的不断提高,面绘制的交互优势越来越不明显,体绘制优异的三维表现能力正在吸引使用者越来越多的注意力。可以预见,在不久的将来,体绘制技术将在越来越多的应用中取代面绘制技术,成为三维绘制的主要技术。另外,许多科研工作者从不同的角度提出了体绘制的加速算法,使体绘制的速度有了明显的提高,表现出很大的发展潜力。
医学图像三维重建的体绘制技术
体绘制法是由Drebin 和Levoy 在80年代末提出的,该技术的中心思想是为每一个体素指定一个不透明度(Opacity) ,由光线穿过整个数据场,并考虑每一个体素对光线的透射、发射和反射作用。这里体素就是将三维图像中的每一像素看成是空间中的一个六面体小单元。光线的透射取决于体素的不透明度;光线的发射取决于体素的物质度(Objectnes
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