本文選題：VTK　切入點：CVH　出處：《第三軍醫(yī)大學》2007年碩士論文

【摘要】： 目的 本研究主要針對中國可視化人(CVH,Chinese Visible Human)數(shù)據(jù)集的特點和應用需求,探討對數(shù)據(jù)集進行可視化的標準方法和科研路徑,為數(shù)字解剖和虛擬手術的理論和應用奠定基礎。在數(shù)據(jù)集的二維可視化方面,實現(xiàn)對圖像數(shù)據(jù)進行更靈活方便的瀏覽、連續(xù)縮放、任意旋轉及拖動等操作。在三維重建可視化方面,考慮到數(shù)據(jù)集中的薄層斷面數(shù)據(jù)量大、色彩豐富、細節(jié)顯示清晰等特點,探索對人體解剖結構的可視化重建和虛擬顯示,建立人體結構數(shù)字化三維模型。本研究在三維可視化的基礎上結合虛擬現(xiàn)實建模語言(VRML,Virtual Reality Modeling Language),進行“VRML”程序模塊開發(fā),以實現(xiàn)基于網(wǎng)絡的人體薄層斷面三維重建,以上三種模式(二維顯示、三維重建和網(wǎng)絡展示)的研究對中國可視化人數(shù)據(jù)集的應用做一個初步的探討。 材料與方法 1.軟硬件環(huán)境 1.1微機配置:Pentium IV 2.0G;內存:512MB; 1.2操作系統(tǒng):Windows XP操作系統(tǒng) 1.3數(shù)據(jù)和軟件:中國可視化人數(shù)據(jù)集、VTK圖形庫、VC++ 6.0集成開發(fā)環(huán)境、Photoshop 8.0圖像處理軟件。 2.進行本研究的主要方法及步驟為下 2.1.獲取研究需要的中國可視化人數(shù)據(jù)集中的圖像序列,對要重建的結構進行精確配準定位,在Photoshop下對配準圖像進行數(shù)據(jù)分割。此外,還對海量數(shù)據(jù)的人體薄層斷面圖像文件進行不同程度的縮小處理,探索最佳的圖像大小、縮放比例和圖像處理的可行方案。 2.2.針對中國可視化人體數(shù)據(jù)集具有海量圖像數(shù)據(jù)的特點及二維圖像靈活顯示的需求,本研究在圖像操作算法的基礎上結合VTK的圖像處理類及其方法,自主開發(fā)“CVH-2D”二維可視化程序模塊,對人體頭部薄層斷面圖像進行顯示操作。 2.3.運用三維重建的原理和算法,結合VTK的可視化類及其方法進行“CVH-3D”三維可視化程序模塊開發(fā)。分析和比較對圖像進行縮小處理前后對三維重建速度和解剖結構細節(jié)顯示的影響。運用“CVH-3D”程序模塊分別對人體肱骨、膝關節(jié)薄層斷面圖像序列及頭部灰度斷層圖像進行三維重建、虛擬顯示以及互動操作。 2.4在三維重建原理和算法的基礎上,利用虛擬現(xiàn)實建模語言(VRML),在VC++的編譯環(huán)境下開發(fā)“VRML”程序模塊,使用該程序模塊輸出適合于網(wǎng)絡虛擬現(xiàn)實操作的*.vrml數(shù)據(jù)格式。 結果 1.實現(xiàn)了對所需要的中國可視化人數(shù)據(jù)集中圖像序列的精確配準和分割,在此基礎上完成對原始圖像進行裁剪和縮小的處理,有效地減少了資源的占用,從而在保證解剖結構顯示完整的基礎上完成快速高效的重建。探索了對CVH數(shù)據(jù)集進行最優(yōu)化的圖像大小和標準的研究路徑(圖像大小準備、圖像二維顯示,圖像三維展示,網(wǎng)絡應用的方法和效果)。 2.實現(xiàn)對中國可視化人數(shù)據(jù)集中二維圖像顯示的靈活操作。開發(fā)出的“CVH-2D”程序模塊對醫(yī)學圖片的瀏覽提供了極大的方便,可以使圖像快速顯示,并能連續(xù)地對圖像進行任意比例縮放觀察、任意角度的旋轉以及在窗口中任意拖放和移動到合適的位置,從而更有利于解剖結構的觀測。 3.完成對中國可視化人數(shù)據(jù)集中的圖像序列的三維可視化。自主開發(fā)出的“CVH-3D”三維重建程序模塊成功地重建出雙側肱骨、雙側膝關節(jié)和頭部的三維可視化模型,能清楚地辨識出重建結構的細節(jié)特征,可從任意角度和任意比例大小對它們進行觀察,能清楚地顯示各個結構在空間上的位置關系。此外,還能夠實現(xiàn)靈活的交互操作以及對顯示背景色彩設定、對象透明度的任意調整、對象的顏色設置,以及賦予重建對象特定的屬性等。 4.嘗試并完成了中國可視化人三維模型在網(wǎng)絡上的虛擬現(xiàn)實展示。本研究利用“VRML”程序模塊輸出可基于Web瀏覽器觀測和互動顯示的*.vrml格式的文件,該文件可在互聯(lián)網(wǎng)上利用網(wǎng)絡瀏覽器進行方便、快速地互動瀏覽。 結論 1.本研究以中國可視化人數(shù)據(jù)集為研究對象,對圖像獲取中產生的位移和旋轉,進行了精確的配準,高精度的配準圖像確保了三維重建模型的準確。通過對海量數(shù)據(jù)的薄層斷面圖像進行裁剪和縮小操作,尋找到更適合的圖像分辨率,提高了重建效率,降低了對計算機軟硬件系統(tǒng)的要求,在普通個人計算機上可進行實時交互操作。 2.由于中國可視化人數(shù)據(jù)集中對二維數(shù)據(jù)可視化靈活性的要求較高,開發(fā)的自主知識產權的“CVH-2D”程序模塊在顯示高分辨率的大圖像時,既快速又靈活方便,特別是在對圖像的縮放、旋轉和移動等方面,為CVH薄層斷面圖像二維可視化提供了一個全新的工具。 3.對中國可視化人數(shù)據(jù)集中的圖像序列進行三維重建的結果表明,用“CVH-3D”程序模塊重建的可視化模型能直觀再現(xiàn)各結構的空間形態(tài)、毗鄰關系和形態(tài)變化規(guī)律,重建視覺效果和商業(yè)化軟件相比無明顯差異。此外,程序的功能易于擴展、修改、升級和維護,這為CVH數(shù)據(jù)的可持續(xù)深入開發(fā)提供了新思路。 4.在實現(xiàn)對中國可視化人數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡虛擬現(xiàn)實展示方面,將數(shù)字化三維模型轉換為“*.vrml”數(shù)據(jù)格式,并結合web網(wǎng)絡的應用,實現(xiàn)了人體三維結構模型在遠程網(wǎng)絡上互動顯示瀏覽。這為未來的解剖教學提供了新的嘗試,也為人體結構重建結果遠程瀏覽和研究提供了新思路。
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【學位授予單位】：第三軍醫(yī)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2007
【分類號】：R322;R319

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