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

【摘要】： 目的 本研究主要針對(duì)中國(guó)可視化人(CVH,Chinese Visible Human)數(shù)據(jù)集的特點(diǎn)和應(yīng)用需求,探討對(duì)數(shù)據(jù)集進(jìn)行可視化的標(biāo)準(zhǔn)方法和科研路徑,為數(shù)字解剖和虛擬手術(shù)的理論和應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。在數(shù)據(jù)集的二維可視化方面,實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行更靈活方便的瀏覽、連續(xù)縮放、任意旋轉(zhuǎn)及拖動(dòng)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(xì)節(jié)顯示清晰等特點(diǎn),探索對(duì)人體解剖結(jié)構(gòu)的可視化重建和虛擬顯示,建立人體結(jié)構(gòu)數(shù)字化三維模型。本研究在三維可視化的基礎(chǔ)上結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)建模語(yǔ)言(VRML,Virtual Reality Modeling Language),進(jìn)行“VRML”程序模塊開(kāi)發(fā),以實(shí)現(xiàn)基于網(wǎng)絡(luò)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(luò)展示)的研究對(duì)中國(guó)可視化人數(shù)據(jù)集的應(yīng)用做一個(gè)初步的探討。 材料與方法 1.軟硬件環(huán)境 1.1微機(jī)配置:Pentium IV 2.0G;內(nèi)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(guó)可視化人數(shù)據(jù)集、VTK圖形庫(kù)、VC++ 6.0集成開(kāi)發(fā)環(huán)境、Photoshop 8.0圖像處理軟件。 2.進(jìn)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(guó)可視化人數(shù)據(jù)集中的圖像序列,對(duì)要重建的結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確配準(zhǔn)定位,在Photoshop下對(duì)配準(zhǔn)圖像進(jìn)行數(shù)據(jù)分割。此外,還對(duì)海量數(shù)據(jù)的人體薄層斷面圖像文件進(jìn)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(duì)中國(guó)可視化人體數(shù)據(jù)集具有海量圖像數(shù)據(jù)的特點(diǎn)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(chǔ)上結(jié)合VTK的圖像處理類及其方法,自主開(kāi)發(fā)“CVH-2D”二維可視化程序模塊,對(duì)人體頭部薄層斷面圖像進(jìn)行顯示操作。 2.3.運(yùn)用三維重建的原理和算法,結(jié)合VTK的可視化類及其方法進(jìn)行“CVH-3D”三維可視化程序模塊開(kāi)發(fā)。分析和比較對(duì)圖像進(jìn)行縮小處理前后對(duì)三維重建速度和解剖結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)顯示的影響。運(yùn)用“CVH-3D”程序模塊分別對(duì)人體肱骨、膝關(guān)節(jié)薄層斷面圖像序列及頭部灰度斷層圖像進(jìn)行三維重建、虛擬顯示以及互動(dòng)操作。 2.4在三維重建原理和算法的基礎(chǔ)上,利用虛擬現(xiàn)實(shí)建模語(yǔ)言(VRML),在VC++的編譯環(huán)境下開(kāi)發(fā)“VRML”程序模塊,使用該程序模塊輸出適合于網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)操作的*.vrml數(shù)據(jù)格式。 結(jié)果 1.實(shí)現(xiàn)了對(duì)所需要的中國(guó)可視化人數(shù)據(jù)集中圖像序列的精確配準(zhǔn)和分割,在此基礎(chǔ)上完成對(duì)原始圖像進(jìn)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(jié)構(gòu)顯示完整的基礎(chǔ)上完成快速高效的重建。探索了對(duì)CVH數(shù)據(jù)集進(jìn)行最優(yōu)化的圖像大小和標(biāo)準(zhǔn)的研究路徑(圖像大小準(zhǔn)備、圖像二維顯示,圖像三維展示,網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的方法和效果)。 2.實(shí)現(xiàn)對(duì)中國(guó)可視化人數(shù)據(jù)集中二維圖像顯示的靈活操作。開(kāi)發(fā)出的“CVH-2D”程序模塊對(duì)醫(yī)學(xué)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(duì)圖像進(jìn)行任意比例縮放觀察、任意角度的旋轉(zhuǎn)以及在窗口中任意拖放和移動(dòng)到合適的位置,從而更有利于解剖結(jié)構(gòu)的觀測(cè)。 3.完成對(duì)中國(guó)可視化人數(shù)據(jù)集中的圖像序列的三維可視化。自主開(kāi)發(fā)出的“CVH-3D”三維重建程序模塊成功地重建出雙側(cè)肱骨、雙側(cè)膝關(guān)節(jié)和頭部的三維可視化模型,能清楚地辨識(shí)出重建結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)特征,可從任意角度和任意比例大小對(duì)它們進(jìn)行觀察,能清楚地顯示各個(gè)結(jié)構(gòu)在空間上的位置關(guān)系。此外,還能夠?qū)崿F(xiàn)靈活的交互操作以及對(duì)顯示背景色彩設(shè)定、對(duì)象透明度的任意調(diào)整、對(duì)象的顏色設(shè)置,以及賦予重建對(duì)象特定的屬性等。 4.嘗試并完成了中國(guó)可視化人三維模型在網(wǎng)絡(luò)上的虛擬現(xiàn)實(shí)展示。本研究利用“VRML”程序模塊輸出可基于Web瀏覽器觀測(cè)和互動(dòng)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(luò)瀏覽器進(jìn)行方便、快速地互動(dòng)瀏覽。 結(jié)論 1.本研究以中國(guó)可視化人數(shù)據(jù)集為研究對(duì)象,對(duì)圖像獲取中產(chǎn)生的位移和旋轉(zhuǎn),進(jìn)行了精確的配準(zhǔn),高精度的配準(zhǔn)圖像確保了三維重建模型的準(zhǔn)確。通過(guò)對(duì)海量數(shù)據(jù)的薄層斷面圖像進(jìn)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(duì)計(jì)算機(jī)軟硬件系統(tǒng)的要求,在普通個(gè)人計(jì)算機(jī)上可進(jìn)行實(shí)時(shí)交互操作。 2.由于中國(guó)可視化人數(shù)據(jù)集中對(duì)二維數(shù)據(jù)可視化靈活性的要求較高,開(kāi)發(fā)的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“CVH-2D”程序模塊在顯示高分辨率的大圖像時(shí),既快速又靈活方便,特別是在對(duì)圖像的縮放、旋轉(zhuǎn)和移動(dòng)等方面,為CVH薄層斷面圖像二維可視化提供了一個(gè)全新的工具。 3.對(duì)中國(guó)可視化人數(shù)據(jù)集中的圖像序列進(jìn)行三維重建的結(jié)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(jié)構(gòu)的空間形態(tài)、毗鄰關(guān)系和形態(tài)變化規(guī)律,重建視覺(jué)效果和商業(yè)化軟件相比無(wú)明顯差異。此外,程序的功能易于擴(kuò)展、修改、升級(jí)和維護(hù),這為CVH數(shù)據(jù)的可持續(xù)深入開(kāi)發(fā)提供了新思路。 4.在實(shí)現(xiàn)對(duì)中國(guó)可視化人數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)展示方面,將數(shù)字化三維模型轉(zhuǎn)換為“*.vrml”數(shù)據(jù)格式,并結(jié)合web網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)了人體三維結(jié)構(gòu)模型在遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)上互動(dòng)顯示瀏覽。這為未來(lái)的解剖教學(xué)提供了新的嘗試,也為人體結(jié)構(gòu)重建結(jié)果遠(yuǎn)程瀏覽和研究提供了新思路。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：第三軍醫(yī)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類號(hào)】：R322;R319

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