三维虚拟物体表面重建的研究

在激光扫描共焦显微三维成像，CT成像，MRI成像，以及在图象处理和识别中，三维物体的显示是必不可少的，目前，最流行的显示方式是虚拟物体的三维重建，通常虚拟物体三维重中以采用体素级重建，可也以采用切片极重建，由于切片级重建仍需要解决物体轮廓对应，分叉曲面，轮廓拼接等关键性问题，为此，提出了一些新的方法，在这些方法中，轮廓的对应采用OR运算和AND运算来确定，如果两个轮廓的OR和ND运算结果满足预先设置的准则，则这两个轮廓相对应；分叉曲面采用数字形态学方法来分解，其由形态学方法生成的边界就是分叉曲面的分割线，轮廓拼拦则是将对应轮廓经多边形简化后，由三角形接拼法来构成表面，且三角形是根据最小轮廓跨接边准则来构建的，通过对这些方法进行的实验结果表明，理论与实际完全相符，这些方法的优点是编程简单，运算速度快。     

“中国针炙虚拟穴位人”的三维表面重建

本文在对医学图像三维重建的研究现状和已有的重建方法进行分析的基础上,从“中国针炙虚拟穴位人”所得图片的实际情况出发,利用传统的切片级重建方法,重构出三维物体的表面。由于切片级重建仍需要解决轮廓对应、分叉曲面、轮廓拼接等关键性问题,为此,采用了一些比较适合于该问题的方法:轮廓的对应采用重叠的方法;分叉曲面采用数学形态学方法来求解,由数学形态学生成的边界就是分叉曲面的分割线,并将生成的中间层轮廓不再插入两层之间,而且融入其中一对应层中;轮廓拼接则是将对应轮廓经多边形简化后,由三角形拼接来构成表面,且三角形是根据最短对角线法准则来构建的。最后,对重建后的物体进行简单的三维切割显示。这些方法的特点总的来说是编程简单、运算速度快。     

由任意形状轮廓线重建三维表面的方法研究

由一组二维轮廓线重建出物体的三维表面是医学数据可视化的一种主要绘制方式。当轮廓线比较复杂,例如当遇到非凸轮廓或相邻层轮廓线相差过大时,常用的三角化拼接方法就会失败。文章提出一种新的轮廓拼接方法能够处理任意形状的轮廓线。该方法的基本思想是对轮廓线进行凹凸性层次分析,然后将相邻轮廓线从外到内逐层拼接,从而构成一个三角化的物体表面。实验结果表明,该算法对于手动勾画和自动提取的轮廓线都可以给出较好的重建效果。     

"中国针炙虚拟穴位人"的三维表面重建

本文在对医学图像三维重建的研究现状和已有的重建方法进行分析的基础上．从“中国针炙虚拟穴位人”所得图片的实际情况出发，利用传统的切片级重建方法，重构出三维物体的表面。由于切片级重建仍需要解决轮廓对应、分叉曲面、轮廓拼接等关键性问题，为此，采用了一些比较适合于该问题的方法：轮廓的对应采用重叠的方法；分叉曲面采用数学形态学方法来求解，由数学形态学生成的边界就是分叉曲面的分割线，并将生成的中间层轮廓不再插入两层之闻，而且融入其中一对应层中；轮廓拼接则是将对应轮廓经多边形简化后，由三角形拼接来构成表面，且三角形是根据最短对角线法准剧来构建的。最后，对重建后的物体进行简单的三维切割显示。这些方法的特点总的来说是编程简单、运算速度快。     

一种由二维轮廓线重建物体表面的方法

本文提出一种通过体数据转换实现由轮廓线重建物体表面的方法 .该方法根据“表面投影区”比较两相邻切平面上对应像素点的状态函数值 ,以确定影响等值面生成的像素点 ,从而只进行影响等值面生成的像素点的距离函数的计算 ,并可在根据需要对相邻切平面上的对应点进行插值计算后 ,生成分辨率较高的体数据 .本文采用改进的 MT算法生成等值面 ,完成物体的表面重建 .该方法缩短了体数据的构造时间 ,在保证了重建正确性的前提下提高了整个表面的重建速度     

一种辅助轮廓线的断层医学图像三维重建算法

针对轮廓线重建过程中的轮廓分叉问题,提出了一种改进的多轮廓线三维重建算法,通过构造辅助轮廓线将多轮廓线的连接转换为单轮廓线的连接,改进了利用多轮廓线进行三维重建的不足,利用可接受表面实现特征点的三角化,并根据曲率的变化拟合重建过程中的不光滑表面,进而实现断层医学图像的三维重建。实验结果证明,运用本算法在保证重建物体正确的同时,缩短了体数据的构造时间,加快了整个表面的重建速度。     

多轮廓线的三维形体重构技术研究与实现

实际应用中,三维重构经常面对的不是直接的体数据信息,而是一序列的二维轮廓线数据,因此基于轮廓线的三维重构研究有着极其重要的实用价值。在多轮廓线的三维形体重构中,轮廓对应、轮廓拼接、分叉处理和末端轮廓线的封闭处理等是其关键技术。提出了三维重构中每一个实现步骤具体的解决方案。针对轮廓线绕向问题提出了夹角和检测法,有效避免了轮廓多边形的绕向误判;对轮廓线一对多分叉问题提出了按周长比率解决问题的思路;在末端轮廓线的三角剖分算法中提出了最大张角三角形方法,减少了三角剖分的计算量,达到了在各种形态轮廓线条件下能够实现正确的拼接。实现结果表明,轮廓线拼接过程中每个步骤的解决方法是正确有效的,相较于其他实现方法通用性更强。     

基于双视角的可见外壳三维重建研究

针对双目视觉重建方法在三维重建过程中步骤繁琐与重建效果不理想的问题,文中提出了一种基于双视角下可见外壳的三维重建方法。该方法主要借助平面镜成像原理,在不同视角拍摄包含物体与其成像的两幅图像,并根据成像原理确定物体之间的位置关系。通过相机与周围物体的运动关系求得相机参数,实现相机自标定。然后根据阈值分割及区域生长算法处理边缘信息得到目标轮廓,通过可见外壳方法计算侧影轮廓线,连接轮廓线形成重建模型。该方法通过自适应可见外壳种子体素生长在不了解物体先验知识的情况下完成重建。文中对比文献"基于图像轮廓的三维重建方法"中的单视角重建物体方法,提出了双视角重建物体模型方法。实验结果表明,双视角重建方法简单实用,生成的三维模型准确真实。     

颌骨重建中的图像分割和轮廓对应及分支问题

根据人体颌骨的形状特征,提出一系列有针对性的方法,在CT断层数据的基础上重建三维表面模型．研究的内容包括医学图像的分割和从轮廓线重建表面两个方面．首先,采用一种称为“非种子区域分割”方法提取物体的轮廓线;然后,建立一条反应颌骨走向的弓形“参照基准线”,充分利用轮廓线相对于它的“归一化位置”信息解决表面重建中的对应和分支问题;同时考虑相邻层的影响,使生成的表面更加光滑、自然．最后,提出“多阶凸包点对应匹配”的思想,用分层分段迭代的方法拼接三角面片．     

一种鲁棒的可视外壳生成算法*

针对各种传统可视外壳生成算法中数据冗余、精确度低、健壮性不足等问题, 提出了一种新的可视外壳生成算法,即采用加权线段求交、线段集合中心线性过滤、多边形边界检测等方法重建物体模型。与传统方法相比,本算法能够更稳定地计算线段交集,表面边界提取更加准确,重建结果精确逼近真实物体。实验表明, 通过该算法计算的物体可视外壳能够更好地逼近真实模型,精度高。     

基于凸包算法的三维表面重建中边缘轮廓提取

在三维表面重建过程中，边缘轮廓的提取起着关键的作用。为了对头部CT图片中的颅骨边缘进行有效地提取，提出利用平面凸包进行边缘轮廓提取的方法。利用该方法提取出头部CT图像中的颅骨边缘，并将其作为三维表面重建中的轮廓输人，取得了良好的效果。同时，将通过该方法得到的颅骨边缘应用于基于颅骨的三维面貌复原技术研究中，为面貌复原技术的发展提供了新的思路。     

Smooth surface approximation to serial cross-sections

The reconstruction of the surface model of an object from 2D cross-sections plays an important role in many applications. In this paper, we present a method for surface approximation to a given set of 2D contours. The resulting surface is represented by a bicubic closed B-spline surface with C² continuity. The method performs the skinning of intermediate contour curves represented by cubic B-spline curves on a common knot vector, each of which is fitted to its contour points within a given accuracy. In order to acquire more compact representation for the surface, the method includes an algorithm for reducing the number of knots in the common knot vector. The proposed method provides a smooth and accurate surface model, yet realizes efficient data reduction. Some experimental results are given using synthetic and MRI data.     

一种改进的薄壁文物碎片特征轮廓线提取技术

针对使用一般的边界提取方法提取三维网格模型特征轮廓线不完整问题,提出一 种新的薄壁文物碎片特征轮廓线提取的综合算法。区别了特征轮廓线和轮廓线的概念,引入主 轮廓线和次轮廓线以及二级邻接生长曲面的概念。主轮廓线的提取使用改进的基于边重数判断 的提取方法;提出次轮廓线的一种新的提取方法：首先对三维网格曲面分割并识别断裂面,然 后对断裂面的二级邻接生长曲面进行曲面扫描,提取次轮廓线;最后从主轮廓线和次轮廓线中 得到三维模型的特征轮廓线。使用该算法准确地提取了文物碎片的特征轮廓线,实验结果表明 此方法稳定且准确。     

Lofted B-spline surface interpolation by linearly constrained energy minimization

This paper proposes a new approach for lofted B-spline surface interpolation to serial contours, where the number of points varies from contour to contour. The approach first finds a common knot vector consisting of fewer knots that contain enough degrees of freedom to guarantee the existence of a B-spline curve interpolating each contour. Then, it computes from the contours a set of compatible B-spline curves defined on the knot vector by adopting B-spline curve interpolation based on linearly constrained energy minimization. Finally, it generates a B-spline surface interpolating the curves via B-spline surface lofting. As the energy functional is quadratic, the energy minimization problem leads to that of solving a linear system. The proposed approach is efficient in computation and can realize more efficient data reduction than previous approaches while providing visually pleasing B-spline surfaces. Moreover, the approach works well on measured data with noise. Some experimental results demonstrate its usefulness and quality.     

基于B样条的平面轮廓重构闭合曲面算法

由一组平行轮廓线重构三维闭合表面是三维可视化研究的主要内容之一。文中通过对B样条插值算法的研究,提出了一种新的公共节点矢量确定方法,利用该方法首先对经过预处理的CT牙齿图片提取轮廓线获得三维数据点,之后对轮廓线数据点进行B样条曲线的拟合,在每条拟合曲线上根据所确定的节点矢量值重新采样,由重新采样的三维数据点利用B样条曲面插值算法构造闭合曲面．所构造的闭合曲面是对原始轮廓数据的拟合。通过实例验证可看出该方法可获得较好的拟合曲面,经过误差分析检测,满足拟合条件,因此该方法可以保证几何重建的准确性。     

A reliable surface reconstruction system in biomedicine

For common biomedical imaging facilities, such as CT, MRI, and confocal microscopy, the acquired scans are sequential parallel sections. The object of interest in each section image can be extracted by segmentation procedure to form serial parallel planar contours. How to reconstruct a trustworthy surface from these contours is a crucial issue in biomedical 3D visualization. In this paper, we propose an automatic, fast, and reliable surface reconstruction system. An improved correspondence-determining algorithm is proposed in the system to provide more reasonable contour-correspondences than the existing algorithms. It can handle more general input data, and does not produce wrong reconstruction results. A hybrid tiling algorithm is presented to tile the corresponding contours without the requirement of a contour-matching procedure. It can also handle the branching problem without any modification. For degenerate cases and branches, intermediate contours are introduced by means of contour interpolation to enhance the reconstruction results. The surface area and volume are also calculated to facilitate the practical applications.     

Graph-directed modelling from serial sections

We propose a general 3D-surface reconstruction technique for objects defined in terms of contours in a stack of serial sections. It is built around a data structure, in which the topology of the objects is represented as a set of disconnected graphs. The basic idea is to let the topological information direct the reconstruction process. There are several advantages with this approach. The alignment of the stack of sections is computed automatically. This operation does not depend on artificial reference points, such as fiduciary marks introduced by laser-beam penetration of a biological sample prior to sectioning. Furthermore, the unknown surfaces between successive sections can be created automatically, even though the sections contain a large number of arbitrarily shaped contours that are clustered or perhaps partly overlapped. If present, 3D irregularities in the surface model can be reduced in a controlled manner.