最小旋转标架下的虚拟内窥镜自动漫游方法EI北大核心CSCD

为了准确地提取虚拟内窥镜的漫游路径,消除漫游过程中视觉上的画面旋转的现象,提出一种结合骨架提取与路径优化的虚拟内窥镜自动漫游方法.首先采用一种基于体素密度值加权的最短路径生成算法,在细化后的三维医学影像数据初始骨架上提取简单漫游路径;然后采用三次B样条曲线拟合方法得到最终的漫游路径;在沿此路径漫游时,通过计算最小旋转标架来优化虚拟摄像机的向上矢量,并设定向上矢量角度旋转阈值对漫游路径进行动态重采样,优化虚拟摄像机的位置参数.实验结果证明,该方法能提取准确的虚拟内窥镜漫游路径,并能获得较好的漫游视觉效果.     

结构化骨架求取和内窥可见性计算

提出了包含距离和拓扑信息的结构化骨架提取方法和骨架指导的内窥可见性计算方法,并将其有机地应用于虚拟漫游系统中.结构化骨架提取算法结合了并行细化算法和距离变换算法,使得骨架能够有效地控制虚拟内窥镜的视点移动和漫游位置的跟踪,有利于准确地观察病变位置.内窥可见性算法利用人体器官的封闭管状特征,将其分割成许多网格单元,并在预处理中使用深度缓存计算单元间的可见性,同时对每个单元建立可见性树.虚拟漫游时,通过当前视点信息可进一步动态地删减所在单元的可见性树,从而得到实时可见性,最终实现实时漫游并保持漫游图像的质量.     

基于Hessian矩阵的中心路径提取算法

虚拟内窥镜可用来对人体内部管腔结构进行无损检测,在医疗诊断及手术上有着重要意义.要想快速准确地进行虚拟内窥漫游,一个首要的步骤是要先提取出模型的中心线以指导视点的移动.提出了一种基于Hessian矩阵的中心路径提取算法.在距离变换的基础上,先利用Hessian矩阵的几何意义找出中心线的大致形状作为初始路径;然后进行可视性检测以确定最终的路径点,可视球的半径通过Hessian矩阵的特征值自适应地确定;最后用最短路径生成算法得到模型的中心路径.实验结果表明了该算法的有效性.     

改进的边界距离变换算法在虚拟内窥镜中应用

为提高虚拟内窥镜实现中提取中心路径的时间效率,改善虚拟内窥镜的实时漫游,边界距离变换算法是提取中心路径的常用算法.上述算法在建立边界距离场和源距离场时非常耗时,故实时性很差.针对建立两个场非常耗时的缺点,提出定义超大数组,建立体素点ID值和体素点在体素点集中位置的一一对应关系,减少在确定体素点位置时对体素集的扫描次数,从而提高算法的效率.实验结果表明,改进后的算法时间效率高,实时漫游效果好,速度快,提取的中心路径漫游效果好,实现了虚拟漫游效果,具有一定的实际应用与理论研究价值.     

一种新的虚拟血管镜自动导航路径生成方法

血管的中心路径提取是虚拟血管镜的重要组成部分, 它提供了自动导航的路径. 本文提出一种新的内窥路径生成方法, 用改进L1中值算法对体素点云化的脑血管数据进行骨架的提取. 首先,对核磁共振成像(Magnetic resonance imaging, MRI)增强血管数据进行基于统计的分割算法进行分割; 其次,对推广的Roberts算子在体素空间分割出的单体素点边界进行体素点的点云化, 生成点云模型; 最后,在点云空间中运用基于法向信息的L1中值算法进行骨架提取. 该过程克服了传统方法在体素中进行骨架提取时对数据缺失、孤点敏感的局限性, 并且对下采样后的点云化数据提取的骨架效率高, 骨架居中性较好, 最终把骨架用作脑血管虚拟内窥的自动漫游路径, 实现自动导航.     

一种虚拟场景的自动漫游方法

提出一种新的虚拟场景自动漫游方法.首先,在模糊理论的基础上建立了一个视点质量评价模型;然后,使用模糊综合评判方法求出视点集对应的虚视点,进而以虚视点的视点质量作为目标函数,并采用蚁群优化算法进行求解,得到一个场景观察的最优视点集;最后,对最优视点集中的视点进行排序,并以样条曲线连接,从而构造出一条虚拟场景的自动漫游路径.实验表明,使用该方法能够自动获得一条有效的漫游路径,沿此路径漫游,观察者能够全面而快速地实现对场景的认知和理解.     

一种基于形态学编码的地形骨架特征提取方法

鉴于剖面识别骨架特征提取方法(profile recognition and polygon breaking algorithm,PPA)准确性差、不能提取特殊地形等问题,提出了一种结合形态学的剖面识别骨架特征提取方法(profile recognition and polygon breaking algorithm based on morphology erosion,MEPPA).通过剖面识别提取原始的骨架特征候选点,根据方向系数连接成多边形条带,在此基础上提出了生成标量特征域的填充算法;引入形态学区域细化思想,提出了形态编码和骨架特征形态简化算法,将特征域简化为骨架特征线;为了满足各领域对矢量骨架特征的需求,提出了标量特征线复原、检测与优化剔除等策略,准确地复原了矢量骨架特征模型;提出了保留外分支和环路特征的解决方案,解决了传统骨架特征提取方法不能保留较长的主干线以及不能提取环路地形特征的问题.在真实数据上进行了实验研究,结果表明提取的骨架特征形态的整体效果优于传统方法.     

基于Cardinal样条曲线的虚拟漫游路径优化

漫游路径不平滑和漫游相机视角方向固定是导致虚拟漫游沉浸感差的主要问题.基于此,提出一种基于Cardinal样条曲线拟合的漫游路径平滑过渡算法,解决漫游中由于漫游路径不平滑造成的视点跳跃问题;提出一种虚拟漫游相机视角方向动态更新算法,实现漫游相机视角方向沿路径方向动态更新,更加符合人们的观察习惯;最后,基于开源场景图形引擎(OpenSceneGraph,OSG)对上述算法进行了实现和实验验证.结果表明,基于所提方法生成的漫游路径平滑、漫游相机视角方向过渡自然,有效提高了漫游的虚拟沉浸感.     

基于边界距离场的管腔中心路径自动提取算法

首先计算三维空腔目标的精确边界距离场,然后建立基于该距离场的代价最大生成树,最后从生成树中提取中心路径.实验结果表明,精确的边界距离场使得提取的中心路径更加精确,而快速算法的应用提高了该算法的效率,获得的结果可直接用作虚拟内窥镜的漫游路径.     

基于3D模型的骨架提取

根据3D模型骨架的基本定义,即内切圆圆心集合的定义,采用了一种通过对网格化的3D模型体素化的方法,运用改进的欧式距离变换提取出3D模型的骨架点,通过对骨架点的保存连通的无损连接形成了模型的骨架.对于提取的模型骨架具有的性质,提出了基于骨架的医学内窥镜漫游、基于骨架的局部网格重建(模型动画初步)、基于骨架的模型分割.为了方便应用这些功能,制作了一个友好的用户使用界面,使其功能得以更好的应用.