基于自适应带宽均值漂移聚类算法设计传递函数

本文采用均值漂移聚类算法为三维数据场设计传递函数.首先根据采样点的分布提出了两种自适应的带宽计算方法;然后利用梯度幅值对采样点加权,实现数据场的物质分类;最后对分类的结果设计高斯型的映射函数.实验表明,与固定带宽均值漂移算法相比,该方法提高了算法的速度和分类的准确性,并获得了高质量的绘制效果.     

基于K-Means++聚类的体绘制高维传递函数设计方法

如何将体数据中重要的信息高质量地绘制出来是医学可视化急需解决的问题。基于高维直方图的高维传递函数交互设计法是目前流行的方法,但是该方法设计复杂且效果不理想。针对高维特征的传递函数设计问题,提出一个基于改进的K均值(K-Means++)聚类的高维传递函数自动设计与交互式的体绘制方法：首先,对三维数据场进行特征提取;然后,采用基于K-Means++聚类的传递函数自动生成方法;最后,提供便捷的交互式界面给用户进行调整。还利用基于图形处理器(GPU)的体绘制方法,充分利用图形卡的强大并行计算能力,达到实时绘制的效果。实验结果表明,该方法能消除高维传递函数设计的复杂性,并且能有效地融合多种人体组织结构特征,提高渲染效果。     

用于体绘制可视化的交互式直方图传递函数设计研究

医学图像体绘制可视化可以直接显示体数据的内部信息,成为可视化研究的一个重要的领域.由于医学图像数据本身的复杂性和传递函数的设计的灵活性,可视化传递函数成为研究的热点.通过CT,MRI设备获取的体数据,其质量受噪声影响严重,首先使用非线性增强方法对数据进行预处理,之后对体数据进行边界体素预判,并构造二维直方图用以设计传递函数,最终用光线投射算法绘制体数据.利用文中方法对大小为256×256×161的牙齿数据集进行非线性增强去噪,并设计传递函数,牙齿数据噪声得到了有效地抑制,不同边界区分比较明显.此外对牙齿体数据进行边界体素预判后,通过二维直方图查找边界的时间由78.2s减少至28.3s.实验结果表明,文中方法能有效地去除噪声、查找边界并提高绘制速度.基于构造出的直方图能够方便进行半自动化传递函数设计,提高绘制结果的质量.     

基于二维直方图图像智能分割的体绘制传递函数设计

为了增强传递函数的特征区分能力并简化交互模式,提出一种基于二维直方图图像分割和特征度量差异性分析的渐进式体绘制传递函数设计方法.通过渐进式地用不同的特征组成传递函数对目标区域进行逐步求精地分离,并在每次分离时采用面向数据分类的特征空间度量差异性的评估方法智能指导二维传递函数数值特征的选取.使用这一系列二维传递函数对目标区域进行多次分离,得到目标区域精确的分离结果;再利用此结果突出目标区域的显示,增强可视化效果.由于该方法借鉴了前人建立在对二维直方图图像进行normalized cut分割和层次聚类的交互方式,使得二维直方图的交互也非常简单便捷.实验结果表明,文中方法是有效的.     

基于表层剥离原理的传递函数设计

针对体绘制领域目前存在的计算开销、经验提取和复杂人工干预等几个重要的应用问题,提出了传递函数设定的表层剥离算法。表层剥离算法通过单程交越检测和高梯度比例边缘检测,解决了表层起伏现象导致的分类误差较大,需要复杂的人工干预调整的问题;避免引入高阶偏导等复杂的计算,保持了较低的计算开销;而且形成了一种简单且能发挥用户直觉,具有较高自动化成分的传递函数设定方式,取得了较好的效果。据此开发的普及型医学图像分析系统验证了算法的有效性。     

应用于传递函数设定的交互式体绘制工具

传递函数是体绘制过程中用以定出体数据与光学特征的对应关系,因此,传递函数的设定对成像质量有着直接的影响,文章提出一应用于传递函数设定、简单且有效的交互式体绘制工具,由于二维纹理硬件在通用的个人计算机上被普遍使用,因而该工具采用基于二维纹理硬件的体绘制方法,利用本工具,用户能根据体数据的直方图来交互地分别设定R、G、B和A四种传递函数,以定出体数据与光学特征的对应关系,并获得实时的反馈视觉信息(绘制结果),该工具亦提供一虚拟轨迹球让用户交互地改变观察体数据的视点,用户不但可以交互地控制放大或缩小比率来绘制体数据,还可以选择采用光照或由多重纹理实现的三线性插值来获得不同的绘制效果,该文描述开发此工具的各种技术,并给出利用此工具得到的一些绘制结果。     

基于边界体素的Shear-warp Splatting体绘制算法

将错切空间中体素投影到中间图像平面的过程中,要影响到该体素对应象素周围的其它象素,该文重新设计了计算对应象素权值的简单方法,使结果图像的质量与最近邻点投影方法相比有较大提高。为了加速体绘制,方法是先找出切片数据集中包围同种物质的边界体素,由于被这一边界所包围的体素有相同的属性,可以一次投影这一体素块,从而提高了绘制速度。文章还设计了低、中、高三种不同分辨率的投影模式,可根据需要选择一种。在数据结构上,使用了索引和游程编码方式,缩减了存储容量并加快了查找边界体素的速度。     

应用RBF神经网络的体绘制传递函数设计方法

提出一种基于RBF神经网络的体绘制多维传递函数设计方法,利用直观的交互界面,通过画笔获得感兴趣体素的特征信息作为训练样本对RBF神经网络进行训练,使用训练后的RBF神经网络实现全部体素的分类识别,对不同的分类结果赋予不同的光学参数进行显示,自动完成传递函数的设计。实验结果表明,所设计的交互界面能直观方便地定义感兴趣的对象,大幅提高人机交互的效率;RBF神经网络的自主学习能力能够避免传递函数设计的盲目性,增强感兴趣区域的绘制效果,实现传递函数设计的自动化和智能化。     

基于多尺度等值面设计传递函数

在体绘制中传递函数将体数据转换成光学参数,因此体绘制的效果直接由传递函数决定.本文提出了基于多尺度等值面设计传递函数的高效方法.该方法通过梯度阈值提取边界体元来简化数据场,然后将提取等值面的目标函数的计算化简为累加的拉普拉斯加权的直方图极值的计算.最后对直方图进行多尺度平滑,利用提取出的多尺度等值面来设计高斯型传递函数,提高了等值面的准确度和传递函数的设计效率.     

一种基于交互式多维传递函数的纹理映射体绘制算法

本文设计了一种基于空间信息的交互式多维传递函数的纹理映射体绘制算法。该算法不仅可以根据体数据的强度而且还利用体素的空间位置来设定绘制的颜色和阻光度。通过采用一种独特的空间投影变换,根据用户需求,将体数据划分为不同区域,并分别定义各自的传递函数。该特点使得本文的算法可以有效地对体数据进行交互式分析。在算法实现中,利用了通用图形硬件的可编程特性,在普通PC上可以达到理想的绘制质量和交互速度。     

基于相邻层间相似性和空体素跳跃的体绘制加速算法研究

Splatting是经典的基于物序的直接体绘制方法,运算数据量的多少制约着算法绘制图像的速度。为了进一步提升绘制速度,采用基于相邻层间相似性和空体素跳跃相结合的方法进行加速,在读取数据过程中对图片中的三维纹理数据进行筛选,并使用足迹表对筛选后的三维纹理数据进行二维投影,利用相邻层间相似性计算每一个点的灰度值,并根据灰度值将数据分类,算出对成像没有影响的空体素,跳过其绘制过程从而加速算法。实验结果显示,该算法能够在保证绘制图像质量的基础上,在一定程度上解决和改善Splatting算法数据的空间相关性和运算效率的问题。     

基于二维直方图局部聚类的半自动传递函数设计方法

传递函数对直接体绘制结果有重要影响, 但设计合适的传递函数并非易事。通过在二维直方图中嵌入体数据的空间信息, 并基于嵌入的空间信息对直方图中的散点进行聚类, 然后利用聚类结果自动/半自动地生成二维传递函数。该方法避免了传统的二维传递函数设计时用户在直方图上繁琐的操作, 提高了传递函数的效率和直观性。此外, 多组体数据的实验结果证明了该方法的有效性和实用性。     

融合多种特征的传递函数快速设计框架

设计能同时显示体数据内的多种结构的传递函数是繁琐、耗时且无法预期的过程。为解决此问题,提出了由多个显示单一结构特征的传递函数出发,融合出新的复杂传递函数,能保留感兴趣结构特征的快速设计框架,对框架实现的最优化问题和交互性方面做了深入研究。实验结果验证了方法的快速性和有效性。     

基于拉普拉斯特征映射的传递函数设计方法

为降低体绘制中传递函数参数选择的盲目性和设计的复杂性,提出一种基于拉普拉斯特征映射的传递函数设计方法.提取体数据中各种特征信息构建高维传递函数参数空间,通过拉普拉斯特征映射将其映射到保持了体数据局部流形结构和高维参数空间分类能力的二维参数空间,在此嵌入空间上设计一种基于k-means聚类的传递函数,得到了较好的体数据分类和绘制结果.通过在一组体数据上的实验验证了该方法的有效性.     

基于聚类的自动颜色传输

提出了一种基于聚类的颜色传输算法。利用算法可以自动完成彩色图像间、彩色图像和黑白图像间的全局或者局部颜色传输。首先,对于源图像,将采用混合高斯模型进行建模,并利用EM算法求得相应参数完成图像自动聚类。对于目标图像,如果是彩色图像,采用同样聚类方法。如果是黑白图像,采用K-Means聚类法。完成源图像和目标图像的聚类,并建立双方聚类区域的对应关系后,通过改变目标图像中像素的Lαβ通道值完成色彩传输功能。实验证明,算法高效且无需人工干预,颜色传输效果很理想。     

面向爆炸压力场的体绘制自动传输函数设计

直接体绘制广泛应用于可视化领域,其中传输函数决定了最终绘制的效果。大规模爆炸数据属于复杂的时变数据,其压力场的取值范围和分布会随时间剧烈变化。为了实现对冲击波传播特征的连续跟踪,提出了一种基于标量-时间梯度（scalar-temporal gradient,STG）二维空间的自动传输函数设计方法。结合爆炸过程中的物理规律,将STG空间划分为多种状态并总结了状态之间的转移规律。将冲击波的传播特征编码为一段一定长度的状态转移链（state transitions chain,STC）,称为时变特征。传输函数中颜色以时变特征为单位,基于完全状态转移链自动分配。传输函数中的不透明度采用基于压强变化速率的分段非线性曲线,凸显压强变化剧烈的特征。选取了两类典型的大规模爆炸场景对方法进行了验证,绘制结果中都包含了丰富的明显可区分的冲击波传播特征。结果表明,生成的传输函数在整个时间维度上都能稳定、准确地捕捉冲击波的传播特征。     

体绘制中显示隐含分界面的一种方法及其实现

在普通的体光照模型下,使用直接体绘制显示对象内部的隐含分界面(内部不同介质之间的分界面),需要改变传递函数,确定体素的颜色值和不透明度.虽然能够看到对象内部的结构,但是在这种模型下,要透过物体的表面清晰地看到其内部的隐含分界面是不可能的.这一方面是由于普通体光照模型中的粒子不具有选择透光性,即不能透过波长在一定范围内的可见光而吸收另一部分波长不同的可见光,只能同等地吸收各种波长的光;另一方面是因为普通体光照模型缺乏表面信息部分.该算法使用一种具有选择透光性的体光照模型,在这种模型中加入表面散射部分,这一部分与视线、光源位置无关,同时采用非真实感绘制技术来加大隐含分界面的显示效果.在这种光照模型下,可以清晰地显示出隐含分界面具体的细节部分.     

基于压缩体素模型的快速成型直接切片算法*

基于STL文件模型的间接分层切片算法存在缺乏拓扑信息, 面误差诊断修复困难等问题,结合压缩表示形式的体素模型特点,提出了一种新的基于压缩体素模型直接切片分层优化算法.该算法利用Dexel模型记录的Dexel射线和物体交点所表达的物体表面点位置,通过设定分层平面厚度等参数获得截面轮廓数据,生成可直接适用于快速成型系统的共用层接口CLI文件.该算法在虚拟油泥造型系统中得到了应用,实验结果表明算法稳定、分层效果良好.     

基于完整可见性模型的改进鲁棒OctoMap

从移动机器人自主导航对3D地图精度的需求出发,在鲁棒OctoMap的基础上提出一种基于完整可见性模型的改进鲁棒OctoMap并应用于基于Kinect的RGB-D同时定位与地图创建（SLAM）中。首先,通过考虑相机和目标体素的相对位置关系及地图分辨率进行可连通性判断,获得满足可连通性的相邻体素的个数及位置;其次,根据不同的可连通性情况分别建立目标体素的可见性模型,从而构建普适性更强的完整可见性模型,有效克服了鲁棒OctoMap可见性模型的局限性,提高了建图精度;再次,使用基于高斯混合模型的Kinect深度误差模型代替简单深度误差模型,进一步克服传感器测量误差对地图精度的影响,降低了地图的不确定性;最后,结合贝叶斯公式和线性插值算法来更新八叉树中每个节点的实际占用概率,从而构建基于八叉树的立体占用地图。实验结果表明,所提方法有效克服了Kinect传感器深度误差对地图精度的影响,降低了地图的不确定性,其建图精度较鲁棒OctoMap有明显的提高。