三维图像中阶梯型边缘曲面的追踪算法

首先选取能够代表不同边缘曲面的种子立方体,并根据立方体面的连通性追踪出由于除躁而丢失的边缘曲面.在追踪过程中,采用具有高效空间复杂度和时间复杂度的基于动态链栈的非递归深度优先遍历方法.实验结果表明,文中算法克服了边缘曲面抽取算法抽取的边缘曲面有洞的缺陷.与等值面抽取算法相比,该算法能够获得更高精度的边缘曲面的多边形曲面模型.     

基于边界曲面零交叉点的体绘制

体绘制中体元二义性使灰度—梯度幅值传递函数空间中出现拱形区域, 可视化工具操作者难以快速、准确地选取出感兴趣目标。针对这个问题, 介绍了一种在传递函数空间引入边界曲面零交叉点特征的算法。该算法结合面绘制移动立方体算法跟踪边缘立方体并记录所有边界曲面的零交叉点, 并利用这些零交叉点的特征信息对灰度—梯度特征空间进行重构并选取感兴趣边界曲面。最后通过实验证明了上述方法对目标边界曲面的选取行之有效。     

散乱点云曲面边界的二次提取算法

针对点云曲面边界提取算法计算量大、时间耗费多的问题,提出一种点云曲面的二次边界提取算法。采用空间包围盒法将点云曲面均匀地分为若干个小立方体,将每个点都放入一个立方体内,并通过每个立方体周围非空子立方体的个数以及分布情况提取边界子立方体。结合点云曲面数据点的分布特征,在边界子立方体内将目标点的所有K近邻点投影到以目标点为中心的平面上,计算投影点与中心点形成的向量与某条坐标轴的夹角,通过判断其是否满足预先设定的条件来判定目标点是否为边界点。实验结果表明,该方法可有效减少计算量,提高提取精度。     

三维图像中边界曲面的抽取与半透明可视化

已有算法在重构及可视化梯度值从高到低变化且包含弱边界的边界曲面时无法分辨弱边界与噪声碎片。针对上述问题,提出边界曲面半透明显示方法。采用半透明显示技术显示边界曲面及附着在其上的小碎片,利用人的智能及知识在观察可视化结果时对小碎片及弱边界进行有效的区分。结果证明,该方法有助于正确理解及完整显示三维图像中梯度值从高到低变化的边界曲面,为进一步的交互式操作去除小碎片提供依据。     

三角网格上的代数曲面重建

提出一种用分片代数曲面构造三角曲面片的方法,利用具有公共边的2个三角形区域的4个顶点的函数值以及公共边2个端点的外法向量来构造一个二次曲面V(g)和一个截面V(h),其交V(g,h)即为2个三角曲面片的公共边界曲线.对每个已确定了边界条件的三角片内部进一步划分成3部分,每部分各自定义一个三次代数曲面.这3个三次代数曲面不仅在其交线处光滑拼接,而且分别沿三角形的边界与V(g)光滑拼接,从而构成一个具有GC1连续性的分片代数曲面.对于只属于一个三角片的边界留有一个自由度,可对曲面形状加以控制.     

边界保持的隐式曲面三角化方法

隐式曲面三角化是隐式曲面绘制的常用算法.对于开区域上散乱点数据重建的隐式曲面,常用的隐式曲面三角化方法得到网格模型不能很好地保持散乱点数据的边界.针对该问题,提出了一种边界保持的隐式曲面三角化方法.根据散乱点数据的空间分布,控制等值面的抽取范围,实现了边界保持.实验结果表明,该算法能够产生和散乱点数据边界一致的三角网格.     

代数曲面混合的切分结合S曲面补洞方法

该文首先采用代数曲线样条逼近的方法参数化混合边界,然后用三次样条曲面混合任意两个隐式代数曲面,实现样条曲面和基曲面之间光滑过渡.进一步,文中采用GB样条混合两张代数曲面,当混合边界为Lissajous曲线、二次曲线、三角函数曲线、双曲函数曲线、悬链线或螺旋线等特殊曲线时,可实现混合曲面精确插值边界曲线.而对于多个隐式代数曲面混合,又首次提出了G1连续的切分结合S曲面片补洞的方法,且每张曲面片的形状都可通过形状参数直观地进行调整.     

一种基于零交叉的图像边缘检测的改进方法

理论上，边缘像素应该是二阶梯度图像产生零交叉时的位置对应的像素，但对于斜坡边缘这一类灰度变化非常缓慢的情形，单纯的零交叉方法并不能得到合适的边缘。为解决这类问题，在高斯拉普拉斯边缘检测算子的基础上，结合了梯度图像二值化，边界跟踪和细化技术，从而得到了具有较高定位精度的单像素宽的边缘图像。     

利用Voronoi图改进离散数据重构曲面算法

本文利用Delaunay三角剖分和 Voronoi图的性质,实现了一种对散乱点重构闭合曲面的方法。该方法在搜索策略上进行了改进：首先对输入点进行三角剖分,产生相互独立的四面体,构建一个凸包;然后利用Delaunay三角剖分产生Voronoi图;最后根据Voronoi图的性质,选择包含在形体内部的四面体,提取出边界三角形,完成散乱点边界重构。计算复杂度和Delaunay四面体数量成正比,在自动形状重构时形状边界提取过程的计算复杂度为O(n),算法适用于各种涉及图形重构的工程应用。     

基于广义基曲面参数化的N边域曲面重构

研究了由散乱数据点集重构N边域曲面的方法.已有方法大都使用单张B样条曲面进行拟合,或由用户手工描绘曲面片的边界曲线网格.与之不同,为便于数字处理,采用广义基曲面参数化方法可以在建立曲面片网格同时进行散乱数据的参数化,全过程无需人工干预.另外,推导了在曲面拟合算法中控制顶点约束的确定方法以满足给定的边界条件.通过仿真,研究了曲面片网格的光顺以在N边域曲面内部达到G1连续,并以实例证明了文中算法的有效性.     

三维图像边缘曲面模型交互式选择抽取算法

提出一种新的三维图像边缘曲面模型选择抽取算法,能以交互方式获取用户感兴趣的三维边缘曲面模型.用户在二维断层图像的切片区选择目标三维边缘曲面模型对应的二维区域,将选定坐标映射到三维区域,利用基于Laplacian算子的三维边缘检测算子检测三维区域内的部分边缘立方体,除噪后置为种子立方体,根据立方体共面和三维区域增长法原理追踪获得用户感兴趣的具有亚体素精度三维图像边缘曲面模型.     

Image‐based modeling of 3D objects with curved surfaces

This paper addresses an image‐based method for modeling 3D objects with curved surfaces based on the non‐uniform rational B‐splines (NURBS) representation. The user fits the feature curves on a few calibrated images with 2D NURBS curves using the interactive user interface. Then, 3D NURBS curves are constructed by stereo reconstruction of the corresponding feature curves. Using these as building blocks, NURBS surfaces are reconstructed by the known surface building methods including bilinear surfaces, ruled surfaces, generalized cylinders, and surfaces of revolution. In addition to them, we also employ various advanced techniques, including skinned surfaces, swept surfaces, and boundary patches. Based on these surface modeling techniques, it is possible to build various types of 3D shape models with textured curved surfaces without much effort. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.     

Adaptive marching cubes

The marching cubes algorithm (MC) is a powerful technique for surface rendering that can produce very high-quality images. However, it is not suitable for interactive manipulation of the 3D surfaces constructed from high-resolution volume datasets in terms of both space and time. In this paper, we present an adaptive version of MC called adaptive marching cubes (AMC). It significantly reduces the number of triangles representing the surface by adapting the size of the triangles to the shape of the surface. This improves the performance of the manipulation of the 3D surfaces. A typical example with the volume dataset of size 256×256×113 shows that the number of triangles is reduced by 55%. The quality of images produced by AMC is similar to that of MC. One of the fundamental problems encountered with adaptive algorithms is thecrack problem. Cracks may be created between two neighboring cubes processed with different levels of subdivision. We solve the crack problem by patching the cracks using polygons of the smae shape as those of the cracks. We propose a simple, but complete, method by first abstracting 22 basic configurations of arbitrarily sized cracks and then reducing the handling of these configurations to a simple rule. It requires onlyO(n ²) working memory for an×n×n volume data set.     

医学图像3维重建模型的虚拟剖切算法

对医学图像体数据及重构几何模型进行虚拟剖切,可以方便地看到内部的组织,便于观察和诊断,可用于医疗放射治疗规划.针对医学图像重建的表面几何模型,提出了对模型进行平面剖切、立体开窗及任意交互切割的算法.平面剖切和开窗是用剖切面或剖切体对重建模型施以剖切,在剖切面上生成边序列及顶点序列;由此边序列和顶点序列生成封闭的边界轮廓,确定各轮廓的包含关系;对封闭轮廓包围的截面区域进行Delaunay三角剖分,得到完整的剖切后的表面模型.任意交互切割过程是交互生成切割路径,确定切割边界,并沿切割边界对表面模型进行切割.实验结果证明了本文算法的有效性.采用本文算法可得到良好的虚拟剖切效果.     

三维表面模型的快速切割算法

讨论了一个三维表面模型的快速切割算法.由改进的MC(marching cubes)方法抽取、构成了连续曲面的分组信息以及构成曲面的三角面片的层次包围盒信息，并利用记录了上述信息的B+树模型,完成了三维表面模型的快速切割算法.讨论的算法通过充分发掘和利用MC算法中所隐含的三角面片的包围盒信息和物体各部分间的三维相关信息，在对三维表面模型进行切割计算时,可以快速定位交点，并且根据交点信息，不必遍历模型的所有三角面片，而直接完成对整个被切割模型的分割.研究背景是髋关节整型手术中平面手术刀及球面手术刀对髋关节的切     

CubeCover– Parameterization of 3D Volumes

Despite the success of quad‐based 2D surface parameterization methods, effective parameterization algorithms for 3D volumes with cubes, i.e. hexahedral elements, are still missing. Cube Cover is a first approach for generating a hexahedral tessellation of a given volume with boundary aligned cubes which are guided by a frame field. The input of Cube Cover is a tetrahedral volume mesh. First, a frame field is designed with manual input from the designer. It guides the interior and boundary layout of the parameterization. Then, the parameterization and the hexahedral mesh are computed so as to align with the given frame field. Cube Cover has similarities to the Quad Cover algorithm and extends it from 2D surfaces to 3D volumes. The paper also provides theoretical results for 3D hexahedral parameterizations and analyses topological properties of the appropriate function space.     

3维图像中边界曲面可被等值面逼近的判定方法

在可视化技术中,人们常试图从3维图像中抽取特定的等值面,以近似表示3维图像中所包含目标的边界曲面。考虑到实际的3维图像中,某些目标的边界曲面可以被特定的等值面很好地逼近,但是由于许多目标的边界曲面事实上难以被任何等值面很好地逼近,因此,识别3维图像中哪些边界曲面可以被特定的等值面很好地逼近就成为可视化技术中一个非常重要的研究问题。为了准确地判定哪些边界曲面可以被特定的等值面很好地逼近,特提供了一个有效的判定方法。该方法首先计算紧密地分布于连续隐边界曲面两侧的目标网格点,然后判定计算得到的目标网格点集合与背景网格点集合可否在误分很小的情况被某些等值面分离开来。实验结果表明,该判定方法是可行有效的。     

动态变形表面三维重建方法研究与实现*

提出一种对可变性物体表面的动态变形过程进行三维重建的方法.将图像序列第一帧中物体表面划分成多个图像块,利用优化函数寻找每个图像块在所有帧中的对应关系,最终实现物体运动过程的三维重建;完成每一帧的三维重建后,根据图像关联度和局部拓扑结构对结果进行错误检测,并对出错块进行重新优化.模拟实验、实际数据实验以及与同类算法的比较,验证了该方法的有效性和可行性.