[发明专利]一种基于VTK的文物CT影像与三维外壳融合切割的方法

说明书

本发明提供了一种基于VTK的文物CT影像与三维外壳融合切割的方法，实现了对文物的CT二维影像与三维外壳进行融合分割的效果，包括对整体模型(包括三维颜色外壳和CT体渲染)进行任意角度方向的实时切割，切面精准地显示对应位置的CT影像，直观展示文物各个部分的结构、密度、纹理走向。同时，支持多视角、任意方向切片观察的三维可视化系统，通过鼠标和键盘等图形化交互实现三维图像的缩放、平移、旋转以及切片剖面的灰度图参数调整等功能。

技术领域

本发明涉及文物保护多元数据管理与融合展示研究领域，具体属于一种基于VTK的文物CT影像与三维外壳融合切割的方法。

背景技术

文物资源是一种特殊、不可再生、不可共享的非数字资源。采用信息技术对文化遗产进行复刻留存，不仅能结合多媒体技术和系统设计方法来面向整个世界进行活化展示，将其蕴含的文化、艺术价值进行广泛的传播；同时也可以获取文物内部的形状、结构、密度，这对文物制作工艺、成分分析以及年代判定等方面起着重要作用。

计算机断层扫描——CT(Computed Tomography)技术作为一种医疗诊断工具，其无损检测的优点有效地满足对文物内部结构探索的需求。其最主要的目的是精确地获取文物内部各组织结构相对位置，检测对象结构尺寸的测量，以及进行密度分析，同时精确的三维模型数据也是后期数字化应用的基础。

但仅有CT数据不足以满足文物研究的完整性和全面性。由于出土文物经常面临复杂的病害问题，包括腐蚀、挤压变形、破碎、残缺等，以及可能存在大量泥土填充并板结的情况，从CT灰度图上无法分辨结构细节，这时就必须结合文物颜色外观进行研究。此外，大量文物的外表面本身有各种色彩、纹路，例如珐琅、青花瓷、青铜器等，其绚丽的颜色外观是文物研究无法忽略的部分，因此，将三维外壳和二维CT影像融合研究非常必要。

目前的二维CT影像由计算机断层扫描得到序列数据集，带颜色的三维外壳模型可由三维激光扫描或拍照建模提取得到，但两者数据来源不同、类型不同，可于不同的窗口分别显示。因此需要首先对文物二维CT影像与三维颜色外壳模型进行配准融合，精确地还原文物本身的样貌，在此基础上再从任意角度进行整体切片观察，即在三维外壳切割的切面上直接显示该处的CT影像，便于展示二者的空间关系的同时也实现精准的定位。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于VTK的文物CT影像与三维外壳融合切割的方法，将二维CT影像与三维外壳置于同一坐标空间下融合配准之后，可以进行统一虚拟切片切割观察，完成文物任意角度的整体、部分以及切面的展示呈现。

一种基于VTK的二维文物CT影像和三维外壳融合切割的方法，包括以下步骤：

步骤S1、数据采集：通过计算机断层扫描技术对文物进行扫描，得到CT序列图像数据；再对文物进行扫描测量，获取三维外壳模型；

步骤S2、读取数据：通过Visualization Toolkit内置类分别读取步骤S1得到的文物CT序列图像数据与三维外壳数据；

步骤S3、体渲染重建：利用VTK对步骤S2读取的CT序列图像进行体渲染，然后得到三维实体模型；

步骤S4、配准融合：将步骤S3中体渲染重建得到的三维实体模型与步骤S1中读取的三维外壳模型在大小、位置、方向上进行匹配，以此将三维外壳套在三维实体模型上；

步骤S5、虚拟切片：构建三维切割平面，对体渲染得到的三维实体模型进行剖面切片处理，切片平面获取CT数据并将数据输出至纹理映射管线，得到该剖面的CT二维贴图；

步骤S6、切割外壳：采用vtkClipPolyData()类定义一个切割器cliper，将三维外壳模型输送给cliper，设置切割器的切割平面vtkPlane，将裁剪后的模型数据设置为clipedData放入clipMapper传递给一个clipActor；