[发明专利]一种由直接体绘制引导的高质量几何建模方法

说明书

本发明涉及一种几何建模方法，特别涉及一种由直接体绘制引导的高质量几何建模方法。该方法主要针对三维体数据，在直接体绘制的引导下，重建三维几何模型，属于几何建模与三维重建领域。该方法首先采用光线投射对给定的体数据进行直接体绘制，得到可视化的三维场景；然后根据体数据网格构造几何模型，并按照直接体绘制的传输函数为几何模型的顶点赋予颜色、不透明度和法向量等属性；最后，清除冗余的顶点和面片，得到最终的几何模型。该模型在光照条件下的渲染效果，与直接体绘制的可视化效果十分接近，不仅能够呈现物体的表面形状特征，还可以半透明地展示模型内部的细节信息。

技术领域

本发明涉及一种几何建模方法，特别涉及一种由直接体绘制引导的高质量几何建模方法。该方法主要针对三维体数据，在直接体绘制的引导下，重建三维几何模型，属于几何建模与三维重建领域。

背景技术

三维重建是指对三维物体建立适合计算机表示和处理的数学模型，在计算机动画、计算机视觉、医学图像处理和虚拟现实等领域有着广泛的应用。

在医学图像处理领域，三维重建主要是指利用计算机图形学和图像处理等方法，将三维医学图像数据转换为图形或图像在屏幕上显示出来，构建出物体的三维视觉效果，以便分析其中的三维结构和形态信息。目前，医学图像三维重建主要包括表面重建和体绘制重建。

表面重建一般是通过构建物体的表面模型来呈现物体的表面轮廓。在具体的实现方式上，有基于图像分割的表面重建以及基于等值面提取的表面重建。不管哪种方式，表面重建只是构建出了具有外部形状特征的表面模型，该模型并不包含内部的细节信息。

体绘制重建一般是采用某种直接体绘制算法(如光线投射算法)，将体数据包含的三维信息投影到二维屏幕上。相比于表面重建，体绘制重建结果不仅包含物体表面结构和形状信息，还能够显示物体内部的细节信息，在某种意义上是一种高质量的三位重建。然而，这种重建实际上只是可视化了体数据蕴含的三维场景，并没有建立可供实际操作的几何模型，难以满足虚拟现实和混合现实等需要实际几何模型的应用场合。

鉴于上述情况，本发明提出一种由直接体绘制引导的高质量几何建模方法。该方法首先采用光线投射(Ray Casting)算法(参见Levoy M.Display of Surfaces fromVolume Data.IEEE Computer Graphics and Applications,Vol.8,No.3,1988.)对给定的体数据进行直接体绘制，得到可视化的三维场景；然后根据体数据网格构造几何模型，并按照直接体绘制的传输函数为几何模型的顶点赋予颜色、不透明度和法向量等属性；最后，清除冗余的顶点和面片，得到最终的几何模型。该模型在光照条件下的渲染效果，与直接体绘制的可视化效果十分接近，不仅能够呈现物体的表面形状特征，还可以半透明地展示模型内部的细节信息。

发明内容

本发明的目的是提供一种由直接体绘制引导的高质量几何建模方法，以此解决体绘制重建可以建立高质量三维场景但并没有产生实际几何模型的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种由直接体绘制引导的高质量几何建模方法，包括以下步骤：

步骤1：输入三维体数据V，令V中各个体素的编号分别(i,j,k)(0≤i＜W，0≤j＜H，0≤k＜D)，起始体素中心点的坐标为(x₀,y₀,z₀)，每个体素的大小为Δx×Δy×Δz，第(i,j,k)个体素的取值为v(i,j,k)。

步骤2：采用光线投射算法对体数据V进行直接体绘制，得到体绘制结果，令体绘制过程中采用的不透明度传输函数为OTF，颜色传输函数为CTF，梯度不透明度传输函数为GTF。

步骤3：将V中所有体素的中心点连接成三维正交矩形网格G，用G(i,j,k)(0≤i＜W，0≤j＜H，0≤k＜D)表示该网格的格点。