基于影响因子的医学图像快速体绘制算法

目的:为了消除传统体切割算法的缺点,提出了一种基于影响因子的医学图像快速体绘制算法。方法:在应用GPU进行加速的基础上,将影响因子引入到传递函数的构造中,对重要组织、感兴趣器官部分的体数据赋予大的影响因子,相反则为其赋予小的影响因子,通过对体数据影响因子的调节来达到增强重要组织、感兴趣器官抑制次重要组织、非感兴趣器官的效果。结果:通过对由球形光照模型映射而来的纹理的索引来进行非真实感绘制,实现了对艺术式绘制风格的模拟,增强绘制图像对物体重要特征和细节的绘制能力。结论:该方法能够弥补传统切割算法的不足,在保证交互速度的前提下清楚地显示体数据内部的结构,为医务人员诊断提供尽可能多的信息。     

基于GPU的医学图像快速体绘制算法

目的:将传统的光线投射体绘制算法在具有可编程管线的图形处理器(GPU)上重新实现,将耗时的三线性插值和采样过程放在GPU上进行,提高重建速度.方法:首先将体数据和传递函数映射为纹理并将其载入到显存,接着通过对顶点着色程序和像素着色程序的编写将光线进入点、离开点的计算以及图像的合成运算移入GPU中,最后通过调整传递函数来实现不同的绘制效果.通过使用渲染到纹理技术,将绘制的中间结果保存到纹理,并以此来避免使用着色器的动态分支功能.结果:与传统的光线投射算法相比,本文算法可快速重建出质量较高的图像.结论:实验表明,在同等绘制质量的前提下,该方法的绘制速度显著提高,能够满足医学影像可视化的实时交互需求,具有较好的临床应用前景.     

基于Shear-Warp的加速透视体绘制算法

在医学图像的三维可视化中，不透明度传递函数和观察角度是需要频繁调节的，因此，难以实现实时体绘制。为了提高三维图像的视觉效果和重建效率，提出了一种加速的透视体绘制算法。依据不透明度传递函数的相关性对原有的min-max octree数据结构进行有效的再利用，从而加速体数据分类编码，以使在频繁改变不透明度传递函数和观察角度时，也能实现快速重建；基于透视Shear-Warp算法，并用即时中间切片插值重采样的方法，提高重建的效果。实验证明该方法不仅效率高，而且显示效果好。     

心脏三维虚拟内窥镜系统

本文提出并实现了一个高效快速且易于推广的心脏虚拟内窥镜系统,用以观察心脏内部,辅助医生诊断。系统使用双源CT图像作为原始数据,采用基于图形处理器(GPU)的三维纹理映射体绘制方法,重建了心脏的三维结构,并能实时动态显示。在实时显示方面,提供内窥镜视角从心腔内部进行观察的同时,设计了交互式的任意数量平面裁剪后的三维立体视图作为辅助。本系统的用户可以根据自己的需要用自定义的平面对三维图像数据进行裁剪。在虚拟内窥镜漫游模式中,采用交互和自动两种方式。在自动方式下,采用以三维欧氏距离为权重的Dijk-stra算法快速生成漫游路径,并利用漫游路径推算出相应的四腔切面位置。     

基于GPU通用计算的图像体绘制

基于GPU(graphic processing unit)的体绘制是体视化技术研究的重要分支。应用GPU通用计算改进基于GPU的图像体绘制,在体积图像处理、代理几何面生成、代理几何面渲染等体绘制过程中使用GPU通用计算技术,以提高绘制效率,改善图像质量。实验证明,基于GPU通用计算的体绘制在交互性能和绘制效果方面均表现良好。     

快速显示三维医学体数据的光线投射方法

本文提出了一种快速显示三维医学体数据的光线投射方法，方法原型是基于以图像空间为序的体显示算法，但在物体空间实施加速方法。在本文中，首先我们简要介绍了图像空间为序的休绘制算法原理及步骤。接着，叙述了如何利用物体空间的包围体方法来减少追踪光线数量。最后，给出了该算法用于显示同一医学体数据内多器官的研究结果。     

基于三维纹理的医学体数据实时切割

随着三维数据可视化的不断发展，传统的体绘制方法如Ray—casting、Splatting、Shear-warp算法等已经不能满足用户在虚拟环境中对图像质量、实时性和交互性方面的要求。本研究提出了一种基于三维纹理的体数据任意面切割方法，利用计算机硬件支持的三维纹理技术和任意切面像素提取算法，构建了一种新颖的可观察医学体数据任意切面的软件仿真平台。实验证明该平台能以大于30帧／s的帧率实现体数据的交互重建和任意面的实时切割，且能得到清晰的切面图像，在医学分析、培训和临床辅助诊断方面有着广泛的应用前景。     

三维医学图像的交互式图形处理器快速重建

目的:开发一种基于图形处理器(GPU)的医学三维图像交互式重建系统,用于临床辅助诊断、手术计划等领域。方法:在GPU重建算法基础上使用了八叉树空间结构和多边形辅助光线投射方法实现进一步的优化,分别用基础算法和优化后的算法对一组CT图像进行重建,验证优化效果。结果:本研究实现的优化算法在真实医学三维图像重建中得到了高质量的重建结果,并且比原有的基于GPU的重建算法快2～3倍。结论:本研究实现的三维重建系统能有效加快重建速度,实现交互式快速重建。     

一种在物体空间加速的光线投射体显示方法

本文提出了一种减少体显示时的投射光线数量的方法，方法原型是基于以图像空间为序的体显示算法，但在物体空间实施加速方法。首先我们简要介绍了图像空间为序的体绘制算法原理及步骤。接着，叙述了如何利用物体空间的包围体方法来减少追踪光线数量。最后，给出了该算法用于显示医学体数据的实验结果。     

医学图像表面重建中等值面的快速定位

提出一种基于Shear- Warp投影原理快速定位等值面的直接体绘制算法。它通过生成有序医学图像体数据,并对选定区间中的体素进行定位,来减少遍历的体数据和提高等值面的定位速度。算法还能通过调整数值区间,按应用需要来灵活调整图像质量和重建速度。此外,在生成有序体数据后,算法在重建过程中不必生成中间数据。因此,在无任何硬件加速的条件下,能在PC机上实现医学图像的快速三维表面重建     

基于蒙特卡洛的医学图像重建体积计算算法GPU加速研究

目的:确定基于蒙特卡洛算法计算体积的精度及提高其速度,为医学图像的应用领域快速提供可靠的数据。 方法:在FonicsPlan计划系统平台上,实现基于蒙特卡洛方法的体积计算,并使用C++AMP对算法做GPU并行加速,然后对体积计算结果在精度和速度上进行比较分析。 结果:与像素累加法、体元累加法相比,蒙特卡洛算法的准确性最高但其算法用时也最长。通过充分利用计算机的显卡计算性能,可将计算速度平均提高50倍。 结论:经GPU加速后的蒙特卡洛算法在计算体积的速度和精度两方面都能满足临床要求,在医学图像处理及临床诊疗具有较高的应用价值。     

基于硬件加速体绘制的切割方法

本研究在可编程图形硬件加速体绘制的基础上,提出了一种三维切割方法:将体数据的蒙板作为切割纹理,通过三维纹理渲染,实现物体的切除与恢复。实验表明,该方法可实现质量较高、交互速度较好的切割操作,在临床中有一定实用价值。     

基于CUDA的快速光线投射法

NVIDIA的GeForce8系列显卡上的统一设备架构(common unified device architecture,CUDA)不需要映射到图形API便可在GPU上进行计算的分配和管理,因此较适合于大数据量的医学图像可视化领域。本文分析了CUDA的设计思想和编程模式,针对其特点对传统基于硬件的光线投射法进行改进,将计算耗时的绘制部分改造成单指令多数据模式(single instruction multiple data,SIMD),并分别运用纹理存储器和共享存储器对算法进行优化。实验结果表明,该方法能够快速、高效地生成可视化图像。     

Fast perspective volume ray casting method using GPU-based acceleration techniques for translucency rendering in 3D endoluminal CT colonography

Recent advances in graphics processing unit (GPU) have enabled direct volume rendering at interactive rates. However, although perspective volume rendering for opaque isosurface is rapidly performed using conventional GPU-based method, perspective volume rendering for non-opaque volume such as translucency rendering is still slow. In this paper, we propose an efficient GPU-based acceleration technique of fast perspective volume ray casting for translucency rendering in computed tomography (CT) colonography. The empty space searching step is separated from the shading and compositing steps, and they are divided into separate processing passes in the GPU. Using this multi-pass acceleration, empty space leaping is performed exactly at the voxel level rather than at the block level, so that the efficiency of empty space leaping is maximized for colon data set, which has many curved or narrow regions. In addition, the numbers of shading and compositing steps are fixed, and additional empty space leapings between colon walls are performed to increase computational efficiency further near the haustral folds. Experiments were performed to illustrate the efficiency of the proposed scheme compared with the conventional GPU-based method, which has been known to be the fastest algorithm. The experimental results showed that the rendering speed of our method was 7.72 fps for translucency rendering of 1024×1024 colonoscopy image, which was about 3.54 times faster than that of the conventional method. Since our method performed the fully optimized empty space leaping for any kind of colon inner shapes, the frame-rate variations of our method were about two times smaller than that of the conventional method to guarantee smooth navigation. The proposed method could be successfully applied to help diagnose colon cancer using translucency rendering in virtual colonoscopy.     

Analysis of Direct Volume Rendering in VTK

INTRODUCTION Medical volumetric data is the 3D volumetric data gained by the medical scanning devices such asCT、MRI and ultrasound scanners. According to the human’s vision characteristic and computationalprocessing by computers, we can visualize medical volumetric data to show the inner details. In thiscase, much more information is presented. Techniques of visualization for medical volumetric data aredivided to surface rendering and direct volume rendering. Theory of surface render…     

中国数字人脑部体数据的任意切面绘制

目的:实现医学断层图像序列的三维重建及任意切面显示。方法:结合医学图像三维可视化的2种方法:表面绘制方法和体绘制方法,采用以三维矩阵数值运算与逻辑运算为基础的体数据面绘制算法。结果:可以从任意角度和位置来观察切面的形状、大小、灰度分布等各种生理病理特征。结论:通过分析子矩阵分解算法解决实时性要求与存储空间和运行时间的矛盾,克服了表面绘制不能体现内部数据的缺点,从一定程度上解决了体绘制的速度问题。