第四章三维空间数据场的直接体绘制N41VIP专享VIP免费

1 第四章 三维空间数据场的直接体绘制 第一节 直接体会制的基本原理 一 直接体绘制方法产生的背景 有关三维可视化的研究始于70 年代中期，它是伴随着CT 技术的产生和发展而发展起来的。从70 年代中期到70 年代末，由于受当时CT 技术发展水平的限制，切片之间的间距很大，因此早期的研究工作主要集中在轮廓连接(Contou r Connection, Contou r Tracking)或称为从平面轮廓线重建形体(Shape from Planer Contou rs，如图1，图2)，其中具有代表性的是Keppel 在1975 年提出的用三角片拟合物体表面的方法。这类重建方法需要解决断层图像上的轮廓抽取、层之间的轮廓对应和物体外表面的拟合等问题。1979 年，Herman 和Liu 提出了立方体方法(Cu berille)，他们用物体边界处体素的表面拼接起来去代表物体表面。总的来说，在这个时期，体可视化的基本思想已经初步建立起来，其中图像分割和重建方法对以后的研究都有一定的指导意义。然而，也有许多问题没有解决好，象图像分割、轮廓连接中的对应问题和分叉问题以及显示图像质量低等。当然，造成这种状况的部分原因是影象技术还不成熟，更主要的原因是因为图像分割和轮廓对应的本质决定了它们都是不适定的(Ill-posed, Ill-defined)问题。 图1 由二维轮廓线重建三维形体 2 图2 陈矛，医学图像数据的三维重构及手术模拟的研究， 1998 80 年代是体视化技术迅速发展的年代。在这十年中，各种影象技术不断出现，如磁共振成像(MRI:Magnetic Resonance Imaging)、超声(US:Ultrasonography )、正电子辐射断层摄影(PET:positron Emission Tomography )和单光子辐射断层摄影(SPECT:Single Photon Emission Compu ted Tomography )等影象技术逐渐成熟。它们能够产生高分辨率低躁声的三维图像，极大地促进了体视化的发展。 在这个时期，人们提出了大量算法，并尝试利用硬件实现一些费时的处理过程。在明暗计算上，首先提出了以深度代表明暗的方法，它是最简单的浓度计算方法，但不能清楚地反映出物体的细节。随后又有人提出深度梯度明暗计算方法和文法结构明暗计算方法，一定程度上提高了图像的明暗层次，显示比较粗糙、走样严重。1986 年，Hohne 和 Bernstein 提出了一种灰度梯度明暗计算方法，他能够细腻地表现物体微小的结构。这种方法至今仍被广泛采用，因为它利用原始三维灰度图像的梯度估计表面法向量，因此当原始三维图像的分辨率足够高时能够产生高质量的显示...