[發明專利]基于自動多閾值的多層著色體繪制方法

有效

• 申請號: 201310750389.7
• 申請日: 2013-12-31
• 公開（公告）號: CN103646418A
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發明（設計）人: 田捷;楊飛;李秀麗;楊鳳;楊彩云
• 申請（專利權）人: 中國科學院自動化研究所
• 主分類號: G06T15/08
• 分類號: G06T15/08
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

技術領域

本發明屬于計算機圖形與可視化技術領域，尤其涉及一種基于自動多閾值的多層著色體繪制方法，可用于三維標量體數據的可視化。

背景技術

三維標量體數據的體繪制技術可以幫助人們觀察、挖掘三維標量體數據（如CT切片數據）中包含的信息，在科學計算可視化和醫學影像可視化領域有著重要的應用價值。

三維標量體數據的體繪制有多種實現方式，從計算順序上分，有物體順序的體素投影法（可參考文獻“Rottger?et?al.2000.Hardware-Accelerated?Volume?And?Isosurface?Rendering?Based?On?Cell-Projection”）和圖像順序的光線跟蹤法（可參考文獻“Parker?et?al.2005.Interactive?ray?tracing?for?volume?visualization”）等。

在三維標量體數據的體繪制中，對不同結構的分類和著色是一個至關重要的技術。由于從三維體空間投影到二維平面會產生空間重疊，因此必須根據需要對各種結構通過透明度的設定進行取舍，并通過顏色的設定進行標記。為了區分不同的結構，現有的方法主要采用傳遞函數和分割兩種技術。

采用傳遞函數的方法是直接根據體數據在空間各點的取值設定透明度和顏色，或者結合局部特征或預先計算的特征信息在二維空間進行透明度和顏色的設定，可參考文獻“Kindlmann?et?al.1998.Semi-automatic?generation?of?transfer?functions?for?direct?volume?rendering”和“Haidacher?et?al.2010.Volume?visualization?based?on?statistical?transfer-function?spaces”等。采用傳遞函數的方法由于主要使用鄰域信息，對全局結構，尤其是多層結構的區分效果不理想，有些較復雜的預處理算法耗時較長。

采用分割技術的方法是通過一個額外的體數據對結構進行明確的標記，在繪制的過程中根據結構信息選擇不同的傳遞函數，可參考文獻“Hadwiger?et?al.2003.High-quality?two-level?volume?rendering?of?segmented?data?sets?on?consumer?graphics?hardware”和“Xiang?et?al.2011.Skeleton-cuts?an?efficient?segmentation?method?for?volume?rendering”等。采用分割技術的方法需要復雜的預處理步驟，計算代價大，同時給繪制過程帶來額外的空間和時間開銷。

發明內容

基于以上現有技術中存在的問題，本發明提出了一種基于自動多閾值的多層著色體繪制方法，該方法根據輸入體素樣本自動確定多個閾值，在體繪制過程中用這些閾值將光線分為多個區段，并在每個區段應用不同的傳遞函數實現對體數據的多層著色顯示。

根據本發明的一方面，提出一種基于自動多閾值的多層著色體繪制系統，該系統包括：閾值生成模塊和繪制模塊，其中：

所述閾值生成模塊用于根據輸入的體素樣本生成閾值序列；

所述繪制模塊用于根據所述閾值序列對于輸入的體數據進行多層著色，生成著色后的輸出圖像。

根據本發明的另一方面，還提出一種基于自動多閾值的多層著色體繪制方法，該方法包括以下步驟：

步驟1，根據用戶輸入的體素樣本生成閾值序列；

步驟2，根據所述閾值序列對于輸入的體數據進行多層著色，生成著色后的輸出圖像；

所述步驟1進一步包括以下步驟：

步驟11，輸入體素樣本；

步驟12，根據所述體素樣本生成光線樣本；

步驟13，根據所述光線樣本生成目標函數，并根據所述目標函數得到最優解區域；

步驟14，對于所述最優解區域進行距離變換得到內部極大值點，該點的兩維坐標即為所求的一組閾值；

所述步驟2進一步包括以下步驟：

步驟21，輸入體數據；

步驟22，根據所述閾值序列生成狀態信息，并根據所述狀態信息對于光線進行分段；

步驟23，根據分段信息對于所述體數據進行多層著色，得到顏色值；

步驟24，對每條光線進行遍歷，得到一組樣本顏色值，將其進行混合，并將混合結果寫入輸出圖像；