基于GPU的三维医学图像混合可视化系统.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CN104599311A(43)申请公布日(43)申请公布日2015.05.06(21)申请号201310528014.6(22)申请日2013.10.31(71)申请人镇江华扬信息科技有限公司地址212009江苏省镇江市镇江新区智慧大道(经十二路)689号1518室(72)发明人不公告发明人(51)Int.Cl.G06T15/00(2011.01)权利要求书1页说明书3页(54)发明名称基于GPU的三维医学图像混合可视化系统(57)摘要实现了一个基于GPU的医学图像混合可视化系统,该系统采用三维纹理映射的方法实现直接体绘制,利用GPU的可编程特性完成体绘制方法中的插值后分类算法和传输函数的传递及实时修改,采用OpenGL技术实现表面的绘制,并基于场景图结构实现对表面数据的管理。面绘制和体绘制部分都采用OpenGL实现,运用OpenGL的融合机制,系统实现了面绘制和体绘制的混合显示。本系统大大提高了体绘制的速度,有效地保留了面绘制和体绘制的优势,在保证绘制速度的基础上丰富了图像信息。CN104599311ACN104599311A权利要求书1/1页1.基于GPU的三维医学图像混合可视化系统其特征是基于GPU的直接体绘制，基于三维纹理映射的体绘制，插值后分类。2.根据权利要求1表面绘制就是将数据场中感兴趣的部分提取出来并以面片的方式表达,常用的是等值面。3.根据权利要求2提取等值面的方法分为两类:(1)切片级重建方法,即先在一系列切片上生成等值线,然后连接等值线得到等值面;(2)体素级重建方法,即直接从体数据中抽取等值面。4.根据权利要求3则由于在切片上生成等值线方法很多,所以灵活性好,但是等值线对应和拼接以及对分叉情况的处理都比较困难。5.根据权利要求3则最是MarchingCubes算法。2CN104599311A说明书1/3页基于GPU的三维医学图像混合可视化系统技术领域[0001]一种关于计算机领域中的三维图像技术方面的领域。背景技术[0002]从20世纪70年代末开始,许多数据场可视化绘制方法被提出并成功地应用于医学领域。目前许多医学图像处理系统,例如三维放射治疗计划系统、虚拟人体系统、计算机辅助手术导航系统、医学影像工作站等,都包含了三维图像的显示部分,但各个部分都是单独重新构造的。一些已经开发的专用体视化系统,由于其不具有医学图像三维显示的所有功能,同时又缺乏一定的开放性与扩充性,很难作为二次开发的工具。[0003]三维数据场的可视化方法主要有面绘制和体绘制两类]。面绘制可以有效地绘制三维物体的表面,但缺乏内部信息的表达;体绘制以体素作为基本单元,直接由体数据生成最终的图像,也称直接体绘制,其能够表示对象体的内部信息,但是计算量很大,尽管采用了许多种加速算法,仍然不能在普通PC机上实现中等规模体数据(比如医学三维数据)的实时动态显示。近年来,在游戏和娱乐市场的巨大推动下,PC图形硬件方面的技术不断进步,性能不断提高,许多原来只有在高档图形工作站的三维纹理映射硬件才具有的三维纹理映射功能,在为普通PC机配备的中高等显卡上也已具备。用三维纹理映射功能来进行体数据的直接体绘制,可以在达到同等效果的前提下,大大提高绘制速度。在医学领域的实用系统中,这两种显示方法都很有必要,将两种绘制结果混合显示可以充分发挥各自的优势,丰富图像信息。Kreeger[2]等采用硬件三维纹理映射与Z2Buffer实现了混合场景的绘制,虽然可以进行快速的渲染,但由于采用了Pre2Shaded技术,从而导致结果图像质量不高。新一代图形处理器的可编程渲染器改变了以往GPU固定管道线的绘制方式,使得程序员能够干预图像生成过程。发明内容[0004]新一代图形处理器的标志是提供了图形硬件的可编程能力,即集成了对三角形顶点进行几何变换和光照计算的点元渲染器(Vertexshader)和对像素进行着色的片元渲染器(Fragmentshader或Pixelshader)。可编程渲染器并没有完全替代传统处理器中的顶点管道和像素管道的固定处理单元。[0005]为了利用现代图形处理器的可编程性,图形程序员需要编写在图形处理器上运行的程序,这种程序称为着色程序(Shader)。图形处理器通过通用的3DAPI(DirectXöOpenGL)向图形程序员提供可编程能力。为了与面绘制部分保持一致,本文采用OpenGL接口实现着色程序。[0006]在体积绘制中最重要和最大的工作量就是采样和插值计算。由于体积数据本身就是一种采样后得到的离散数据,这个过程也称为重采样。为了绘制出一幅高质量的体积图像,这些重采样点的对应数值需要仔细地计算。把体积数据作为三维纹理,可以利用图形硬件的纹理插值功能