[发明专利]一种基于改进MC算法的三维重建方法

权利要求书

1.一种基于改进MC算法的三维重建方法，其特征在于，所述一种基于改进MC算法的三维重建方法包括以下步骤：

步骤一：依次扫描相邻两层数据，逐个构造立方体；

步骤二：根据等值面的阈值和立方体顶点的灰度值进行比较，计算索引值；由扩充的拓扑构型分三类构建边查找表，封装在协议映射表中；

步骤三：对于含有等值面的立方体，用差分法计算其顶点的梯度；

步骤四：由索引值利用多线程并行处理方法通过函数指针由步骤二创建的协议映射表指向相应的改进后的分类边索引表，获得和等值面有交点的当前立方体的相交边；其中多线程同步方法采用临界区实现；

步骤五：根据步骤五获得的相交边的两顶点及其法向量，通过中点选择法计算等值点坐标和法向量；

步骤六：根据边索引表中的数据通过协议映射表里的函数指针查改进扩充的三角片索引表，确定当前立方体内构成三角片的等值点的组合方式；

步骤七：由各立方体内的三角片构成等值面。

2.根据权利要求1所述的一种基于改进MC算法的三维重建方法，其特征在于所述步骤二分类构建，本方法采用24种拓扑构型分三类处理，每一类都有自己的查找表，函数指针以及处理函数，将他们封装在协议映射表中，便于快速查找处理；分类规则如下：

a.I型：单元中的等值面由几个分离的三角形组成；

此类型的三角测量相对简单，只需要考虑边和正顶点之间的关系，首先通过计算索引值找到对应的分类边索引表，在边索引表里找到对应的等值面信息，将等值点连接成三角形并存入链表中；

b.II型：单元中的等值面包含一个或多个相对平滑的空间多边形；

这一类的构型相对复杂，首先依旧需要计算索引值找到边索引表获取等值点，然后需要进行三角划分，当等值点连接成四边形的时候依照最大面积划分法可以将其划分成两个三角形，然后将其压入链表；当等值面包含多个相对平滑的多边形时候结合a中I型的操作之后，也将其压入链表即可；

c.Ⅲ型：单元格中的等值面由一个折叠空间多边形组成；

Ⅲ型构型最为复杂，首先还是计算索引值找到边索引表获取等值点，然后需要进行共面判断，当被标记的顶点位于立方体同一平面时，他们所对应的等值点也在同一平面上，基于这个思想，可以将共面的等值点找出连接成三角形，若共面点过多则按照b中方法先进行三角划分再连接成三角形，最后压入链表存储以便进行下一步操作。

3.根据权利要求1所述的一种基于改进MC算法的三维重建方法，其特征在于所述步骤二分三类处理采用多线程方式处理，每一类对应一个线程，多线程之间的同步采用关键段方法，也称临界区，首先在程序中分配一个CRITICAL_SECTION对象，用以初始化关键段，紧接着用EnterCriticalSection函数进入关键段，当结束后用DeleteCriticalSection函数来清理CRITICAL_SECTION对象，完成之后调用LeaveCriticalSection函数来释放访问资源，中间引入旋转锁机制来减少用户态和内核态频繁交互，上述函数均在MFC库中调用。

4.根据权利要求1所述的一种基于改进MC算法的三维重建方法，其特征在于所述步骤三，差分法计算顶点的梯度，其公式为：

式中，I表示其灰度值，Δx、Δy、Δz代表体素的边长。

5.根据权利要求1所述的一种基于改进MC算法的三维重建方法，其特征在于所述步骤五，设A₁、A₂分别代表立方体某边上的两顶点，A代表该边上的中点，则由中点选择法有：

n₁和n₂分别代表立方体体素两顶点的法向量，n为所求法向量。

6.根据权利要求1所述的一种基于改进MC算法的三维重建方法，其特征在于所述步骤二和步骤七的分三类处理封装在协议映射表中，协议映射表的设计类似于MFC中的消息映射表，每一类对应一个函数指针，通过宏消息触发函数指针来调用处理函数，这样每增加一个功能不需要复杂的添加函数，只需要封装在协议映射表中，因此维护了类的可扩展性。