[發明專利]一種用于突出顯示體數據中目標區域的體繪制方法

有效

• 申請號: 201410378697.6
• 申請日: 2014-08-04
• 公開（公告）號: CN104167013B
• 公開（公告）日: 2017-01-11
• 發明（設計）人: 陳莉;孫思遠
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G06T15/08
• 分類號: G06T15/08;G06T7/00
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙)11201
• 代理人: 羅文群

技術領域

本發明涉及一種用于突出顯示體數據中目標區域的體繪制方法，屬于計算機圖形學中科學可視化直接體繪制技術領域。

背景技術

直接體繪制方法是探索三維圖像整體信息和內部結構的一種有效手段。直接體繪制方法通過傳輸函數為不同的體素設置不同的顏色和不透明度，然后采用光學積分模型對體數據采樣，得到繪制結果。其中傳輸函數的設計是決定體繪制結果好壞的關鍵。通過傳輸函數，用戶可以從原始體數據中分離出用戶感興趣的區域，并對其突出顯示。按使用的特征維度分類，傳輸函數的幾種類型及相應存在的問題如下：

(1)以灰度作為特征的一維傳輸函數是目前應用最廣的傳輸函數，它具有良好的交互性和較好的可視化效果。但對于具有相同灰度的不同特征，一維灰度傳輸函數并不能很好地區分。

(2)二維傳輸函數在科研領域十分流行。它憑借特征維度的優勢相比一維傳輸函數擁有更強的特征區分能力。但是將三維以上的體素信息投射到二維傳輸函數上也會引起維度丟失，而且二維傳輸函數的交互不直觀，操作不便捷。

(3)三維以上的傳輸函數具有更好的特征維度優勢，特征區分能力更突出。但是其傳輸函數的交互非常復雜，無論在科研領域還是工業界都沒有得到廣泛的應用。

除此之外，還有很多應用于某種特定體數據的傳輸函數設計方法，如醫學中用于突出血管的傳輸函數設計。也有很多強化交互模式的傳輸函數設計方法，如直接與體繪制結果交互的所見即所得的傳輸函數設計。

以上這些方法都有自己獨特的優勢，但不能同時具有簡單的交互模式，強大的特征區分能力和多種數據應用范圍這些特點。如何讓傳輸函數對多種數據同時擁有強大的特征區分能力和交互的便捷性仍然是一個亟待解決的問題。

發明內容

本發明的目的是提出一種用于突出顯示體數據中目標區域的體繪制方法，在二維傳輸函數的基礎上，依次使用不同的特征對原始體數據進行處理，以求利用特征維度的拓展，逐步精確目標區域的分離。同時利用面向數據分類的特征空間度量差異性的評估方法，在分離目標區時下一二維傳輸函數特征維度的選取，使得選用特征之間的差異性較大，從而逐步構造合適的特征序列。

本發明提出的用于突出顯示體數據中目標區域的體繪制方法，包括以下步驟：

(1)分別計算體數據的梯度特征、曲率特征、分型特征、光滑度、線型特征和三維不變矩，具體過程如下：

(1-1)設體數據中任意一個體素的梯度特征為G，G＝|g|，G為g的模，g為體數據中體素的梯度向量，f為體數據灰度特征在x、y、z三個方向上的函數映射，灰度特征為體素的數值特征，為的轉置，則體數據的梯度特征為體數據中所有體素的梯度特征按照體素在體數據中的位置排列得到的一個三維矩陣；

(1-2)設體數據中任意一個體素的曲率特征為C_m，κ₁為體素所在位置的主曲率，κ₂為體素所在位置的副曲率，T為幾何張量Z的跡，F為幾何張量Z的弗羅貝尼烏斯范數，幾何張量其中H_e是體素的海森矩陣，P_m是體素所在位置的等值面切平面矩陣，P_m＝I-n_vn_v^t，I為單位矩陣，n_v為體素所在位置的表面向量，n_v^t為n_v的轉置，則體數據的曲率特征為體數據中所有體素的曲率特征按照體素在體數據中的位置排列得到的三維矩陣；