实体三维模型自动建模技术研究

低成本的实体三维模型自动建模技术是当前计算机视觉领域的重要研究课题。本研究给出一种基于Kinect的全自动三维建模方法及其系统实现，该方法主要利用Kinect Fusion获取物体模型，再经过点云处理、表面重建等步骤，获得实体三维模型。针对Kinect Fusion得到的模型，提出了一种点云处理方法，滤除背景和转台点云，并填充物体底部，从而得到完整的物体点云模型。对几类典型物体的实验结果表明，本文方法便捷实用，建模效果较好。应用在有大量遮挡的物体上也可以取得较好的建模效果。     

实景树木参数化建模方法研究

受限于航空倾斜摄影图像的拍摄角度，三维重建场景中的树木模型存在大量失真、变形和空洞。而更为精细的树木建模方法，如基于近景图像、激光点云的树木建模方法效率低且成本较高。因此，提出一种具有真实感的实景树木参数化建模方法，对真实场景中的航空倾斜摄影图像和树木三维点云进行特征提取，归纳各类树木的几何外形、拓扑结构和纹理材质，设计一套适用于各类树木的生长规则，最终实现实景树木多细节层次建模。实验结果表明，该方法能够保证模型整体的完整性和细节的真实性，同时满足场景渲染要求，为三维场景重建、数字林业和智慧城市等应用提供有效的技术支撑。     

一种可视化空间随机分布粒子系统

目的用计算机建立空间随机分布粒子系统，实现在虚拟空间坐标系中自定义粒子分布的生成，为体视学理论方法研究建立计算机仿真实验平台。方法用数学方法描述所定义的粒子的分布及其三维形态特征，建立应用程序。采用X^2拟合优度检验法检验实际生成的粒子其空间位点分布的均匀性、独立性，采用动差法和Kolmogorov-Smirnov／Z拟合优度法检验粒子半径分布的正态性。结果在计算机上构建出一套可视化空间随机分布粒子系统。该系统可据要求自动生成包容空间和大小及坐标位点随机的粒子。100次虚拟粒子分布实验的均匀性、独立性和正态性检测结果表明，均匀性和独立性符合离散随机变量的理论分布。均匀性检测通过率达94．5％以上，独立性检测通过率超过92％。球粒子的半径分布符合正态分布。结论本文构建了一套计算机随机分布粒子系统，能在虚拟空间中生成可视化随机分布粒子及包容空间，输出符合用户定义的粒子系统，输出空间分布呈随机分布，粒子大小呈正态分布的球粒子。     

欢迎订阅《中国体视学与图像分析》

《中国体视学与图像分析》是经国家出版署批准，中国科学技术协会主管、国家一级学会-中国体视学学会主办，全面反映中国体视学理论和图像应用技术研究的学术性和技术性综合刊物，报道国内外有关三维结构与图像的定量分析和表征的最新理论与方法，内容涉及体视学，图像分析，三维视觉，三维建模，     

计算机辅助肺部小病灶穿刺定位系统的建立

目的：在“肺癌早期诊断立体定位仪”的基础上，利用计算机技术，研制一个新型的同步实时三维X线定位穿刺诊断系统，方法：该系统模拟利用两台X线机，从两个不同的角度同时获取图像，采用计算机图像处理和计算机视觉技术进行处理，以获得病灶和穿刺针的三维信息。结果：两台X线机可以较好地模拟一台双球管双C臂的X线机，完成两路图像的实时同步采集。实验表明两束X光在成像时相互之间没有干扰，系统的平均定位误差约为0．5mm，最大定位误差约为1．0mm，实时显示速度为4帧／秒，结论：实验结果表明，应用计算机技术研制一个新型同步实时三维立体定位系统，从理论和实践上是可行的。本系统无论是硬件配置，还是软件性能，都可以满足临床实用的需要。     

逆向工程技术在乳房整形中的应用研究

目的探讨逆向工程技术在乳房整形再造中的临床应用价值。方法应用逆向工程技术对56例乳房整形患者进行了三维数字化模型重建、计算机辅助测量分析、仿真手术模拟和快速原型技术制作乳房实体模型,再根据三维模型提供的直接信息,制定合理有效的治疗措施。结果应用逆向工程技术实现了计算机辅助的乳房整形手术模拟,制定量化、个性化的手术方案。术后乳房整形美容效果：50例为优,6例为良。结论逆向工程技术为乳房整形和再造提供了一种新的技术手段和具体指导．     

基于深度的虚实场景高清图像的融合方法

以图像处理、计算机视觉和计算机图形学为核心的虚实融合技术的关键,是将计算机生成的三维虚拟物体同真实场景图像／视频中的物体无缝融合,从而起到对真实世界信息补充和增强的作用。随着技术发展的不断深入,如何提高虚实融合画面的视觉一致性、提供更加逼真、柔和的虚实融合界面,成为新的研究热点。本文以寻求虚拟环境与真实环境无缝融合为目的,以虚实融合高精度、高速率、高分辨率及视觉一致性等原则,设计了一套新的基于深度图像的高清虚实融合框架,基于该框架分别提出了基于分割树的深度图像快速修复方法、基于图像空间的虚实遮挡方法、基于空间分布的人体姿势识别方法及基于双目视觉的高清图像匹配方法;在保证高分辨率虚实融合显示、高精度姿势识别的同时,采用高速率的虚实遮挡检测技术,实现了视觉一致性的效果,实验结果显示了本文所提出的方法的有效性及高清性。     

轻量化高精度三维眼动追踪系统

作为新型的视觉感知与认知研究的基础方法,三维眼动跟踪技术和系统已成为当前心理学、计算机科学、人机交互等学科的研究热点。目前三维眼动跟踪系统普遍采用多摄像机与多红外光源技术来实现,其注视精度高,但系统复杂繁重、配准过程繁琐,滑移误差无法避免。因此,难以在要求轻量化和高精度的领域获得应用,如航空航天等领域。为此,本文提出并实现了一种单相机单光源三维眼动跟踪系统,该系统使用瞳孔逆投影时序序列法向量求交来获得高精度的三维视线,通过双目三维视线获得注视深度信息,通过一种IMU滑移补偿算法实现滑移误差校正。相比多摄像机多红外光源的技术方案,本文技术的整体设备重量为后者的1/4;在保证注视精准度的情况下,设备具有更高鲁棒性。     

基于CT图像的汽车碰撞假人上衣模型点云数据提取研究

CT辅助逆向工程技术是在不破坏实物原型基础上,利用CT扫描获得物体内外表面有序点云数据,是现代产品设计与建模的重要手段。对于具有薄壁结构的产品,传统方法在利用其CT断层图像提取点云数据时,会存在轮廓线交错、断点等问题,影响着点云的提取精度。本文针对汽车碰撞假人上衣这种薄壁件表面点云数据提取困难的问题,提出一种适用于复杂薄壁件内外点云提取的新方法。实验证明,该方法能够得到高精度的复杂薄壁件内外表面点云数据,为后续的CAD建模提供基础。     

欢迎订阅《中国体视学与图像分析》

《中国体视学与图像分析》是经国家出版署批准,中国科学技术协会主管、国家一级学会——中国体视学学会主办,全面反映中国体视学理论和图像应用技术研究的学术性和技术性综合刊物。主要报道国内外有关三维结构与图像的定量分析和表征的最新理论与方法,内容涉及体视学、图像分析、三维视觉、三维建模、     

基于视觉运动捕获数据的三维模型驱动方法

基于视觉运动捕获数据的三维模型驱动涉及到将三维位置数据转化为模型运动数据,和三维模型的动作驱动。视觉运动捕获的三维运动数据,由于缺乏骨架各关节点间的旋转信息,不能直接用于三维模型的驱动。本文提出了依据各关节点的相关性,求解骨架关节点的旋转信息,并计算出各关节点的欧拉角,将原始据转换为模型运动数据。然后,将转换后的运动数据应用于三维模型,通过改进后的线性混合皮肤变形算法（LBS）,实现了基于三维运动参数的三维模型驱动。文中实验结果验证了算法的有效性。     

基于Kinect的物体表面重建方法研究

随着测量技术的发展,基于深度图像的物体表面重建技术得到了越来越多的应用。本文实现了一种基于Kinect的物体表面重建方法。通过Kinect采集原始数据并经过感兴趣剔除、原始点云滤波、不同帧点云之间的配准、物体表面重建以及网格平滑等步骤,构造出了物体表面的模型。与传统的基于深度图像的重建方法相比,本文方法简便实用,能够获得较好的重建效果。     

裸眼立体显示中3D模型多视点影像提取

基于图像的立体显示能够把拍摄的符合要求的二维图像信息以三维实体的形式显示出来，使人们获得真正的立体感觉与深度信息。本文从人类立体视觉的原理出发，重点讨论在计算机中如何从3D模型获取用于裸眼立体显示视差图像的问题。文中采用了两种方法，一种是用单一摄像机拍摄。另一种是用摄像机序列同步拍摄，文章还对两种方法的优缺点做了论述，并在结尾验证了提取方法的正确性。     

CT辅助逆向工程技术在畸齿矫正中的应用研究

如何快速、高精度获取齿形CAD模型是目前畸齿矫正行业中的技术难题。介绍了一种基于3D-CT的牙颌数字模型快速获取方法。利用3D-CT扫描获得牙齿石膏阳模精细的三维灰度图像;对三维CT图像进行相应的图像、图形处理,获取实物内外表面点云数据;并将其输入CAD设计平台,逆求出实物原型的CAD模型。与传统逆求方法相比,该方法具有扫描速度快、点云数据各向等分辨率和逆求精度高的优点。     

金属断裂表面的三维重建和定量分析

利用扫描电镜立体对成象技术、图像处理和计算机视觉方法建立了一套金属断裂表面三维形貌的自动重建系统。运用体视学、粗糙度分析及分形几何原理对断口的三维重建结果定义了断面几何形貌量化参量，并用图像分析技术给出了这些参量的计算机辅助测量方法。测量结果表明：断面粗糙度参量Ｒｓ和Ｒｑ与断裂的物理背景显示了良好的关系，而分形维数是一个对断裂模式不敏感参量；断面几何特征具有各向异性，单一方向的二维截面分析难以全面描述复杂的断裂表面。     

由CT三维数据重建物体曲面剖面技术研究

用X-CT设备对被检测物体扫描后获得了一系列的二维图像,然后通过计算机图形图像学中的可视化技术从这些二维图像中重建出物体内部的三维结构。这正成为无损检测中一项重要的技术。而重建被检测物体的任意剖面的技术正是三维可视化技术的重要组成部分。本文在总结以前绘制物体任意剖面的众多方法基础上,对其中主要两种任意剖面方法进行深入探讨和比较研究,针对绘制曲面剖面的重采样困难,并结合基于体元的剖面直接生成方法的内在特点,在不影响剖面图像质量的前提下,提出了绘制曲面剖面的近似方法,而且使用数据预处理技术对其算法进行改进,大大提高了运算速度,达到实时绘制的要求。这改进的方法不仅能够绘制任意平面剖面,而且能够绘制包括球面等曲面剖面,因而它具有良好的扩展性和广阔的应用前景。     

A high-precision system for conformal intracranial radiotherapy

PURPOSE: Currently, optimally precise delivery of intracranial radiotherapy is possible with stereotactic radiosurgery and fractionated stereotactic radiotherapy. We report on an optimally precise optically guided system for three-dimensional (3D) conformal radiotherapy using multiple noncoplanar fixed fields. METHODS AND MATERIALS: The optically guided system detects infrared light emitting diodes (IRLEDs) attached to a custom bite plate linked to the patient's maxillary dentition. The IRLEDs are monitored by a commercially available stereo camera system, which is interfaced to a personal computer. An IRLED reference is established with the patient at the selected stereotactic isocenter, and the computer reports the patient's current position based on the location of the IRLEDs relative to this reference position. Using this readout from the computer, the patient may be dialed directly to the desired position in stereotactic space. The patient is localized on the first day and a reference file is established for 5 different couch positions. The patient's image data are then imported into a commercial convolution-based 3D radiotherapy planning system. The previously established isocenter and couch positions are then used as a template upon which to design a conformal 3D plan with maximum beam separation. RESULTS: The use of the optically guided system in conjunction with noncoplanar radiotherapy treatment planning using fixed fields allows the generation of highly conformal treatment plans that exhibit a high degree of dose homogeneity and a steep dose gradient. To date, this approach has been used to treat 28 patients. CONCLUSION: Because IRLED technology improves the accuracy of patient localization relative to the linac isocenter and allows real-time monitoring of patient position, one can choose treatment-field margins that only account for beam penumbra and image resolution without adding margin to account for larger and poorly defined setup uncertainty. This approach enhances the normal tissue sparing, high degree of conformality, and homogeneity characteristics possible with 3D conformal radiotherapy.     

Robotic surgery and cancer: the present state, problems and future vision

In the 1990s, laparoscopic surgery entirely changed the traditional style of surgical operations. Laparoscopic cholecystectomy has spread rapidly and is now established as the standard treatment. However, besides cholecystectomy, endoscopic procedures are still not applied so widely to a variety of surgical operations. This is because laparoscopic techniques, such as suturing or ligation, make it difficult for surgeons to perform other kinds of operations and thus greatly increase their mental and physical stress. It is necessary to introduce various advanced technologies such as: surgical robots, three dimensional (3D) images, computer graphics (CG), computer simulation technology and others. Surgical robots, including the AESOP, da Vinci and ZEUS systems, provide surgeons with technologically advanced vision and hand skills. As a result, such systems are expected to revolutionize the field of surgery. However, there have so far been few studies which discuss the indications of robotic surgery for tumors/cancer. Therefore, herein we review various studies published in English to focus on the application of robotic surgery to tumors/cancer. We point out that there are several problems to be solved for robot surgery: i) price of surgical robots, ii) training systems for surgeon, iii) coverage by medical insurance, iv) downsizing and v) navigation system. In conclusion, we believe that, in the near future as robotic technology continues to develop, almost all kinds of endoscopic surgery will be performed by this technology. It will replace traditional surgery not only in the treatment of benign diseases but also in malignant illnesses.