真三维生物医学显示系统中的体素数据处理研究与仿真验证

摘要

真三维显示技术是一种在立体介质上显示立体图像的技术，不同于利用透视、阴影等方法在二维平面显示三维物体的传统显示技术，真三维显示技术能直接在空间中渲染出物体的三个维度，允许多人、多角度同时进行观察。本文将真三维显示技术应用于分子结构、人体器官、软组织等模型的重建和显示，重点对其中的体素数据处理进行研究。 本文首先介绍真三维概念及其分类，根据显示技术的发展与应用需求，分析真三维显示技术在生物医学领域的应用前景，然后阐述了支持该技术的科学原理，给出了动、静态图像的真三维显示成因。 本文随后重点研究了真三维显示技术中的体素数据处理。基于多维信号采样理论，通过建立采样矩阵的数学模型，从采样效率和采样相对偏移距离范围（SRD）两个方面，对立方体和体心立方（Body Centered Cubic，BCC）两种采样栅格进行了比较；给出了基于欧式判据的BCC体素采样算法。本文还针对原有基于欧式判据的BCC体素采样算法中因过度压缩体素数据量而导致图像质量下降的缺陷进行了改进；并借鉴二维图像质量评价方法，提出了主、客观两种针对三维体素化图像成像质量的评价方法，对改进前后的体素化图像进行评估。最后，利用改进后的算法，在真三维显示平台上完成了以生物医学模型为显示对象的成像验证实验。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1真三维显示概述

1.1.1真三维显示概念

1.1.2真三维显示与一般三维显示的区别

1.2真三维显示技术分类

1.3国内外真三维显示在生物医学领域研究现状

1.3.1国外真三维显示在生物医学领域的研究现状

1.3.2国内真三维显示在生物医学领域的研究现状

1.3.3本文涉及的真三维显示系统

1.4三维图形体素化概念简述

1.4.1三维图形表示法

1.4.2三维图形体素化

1.5本文完成的主要研究工作

2真三维显示技术视觉机理

2.1引言

2.2真三维显示的视觉机理

2.2.1视觉暂留现象

2.2.2似动现象

2.3真三维显示的视觉机理的成因分析

2.3.1视觉暂留现象的成因分析

2.3.2似动现象的心理成因

2.4本章小结

3多维信号采样理论

3.1引言

3.2高维信号采样理论分析

3.2.1一维信号采样

3.2.2二维信号采样

3.3体素化采样过程数学描述

3.3.1高维信号采样矩阵数学模型

3.3.2高维信号时频分析

3.4本章小结

4真三维体素数据处理算法分析与优化

4.1引言

4.2采样栅格分析与优化

4.2.1采样栅格分析中的拓扑学基础

4.2.2规则栅格采样分析

4.2.3不规则栅格高维采样分析

4.2.4采用不规则采样栅格优化采样效率分析

4.2.5采用不规则采样栅格优化被采样点采样相对偏移距离范围分析

4.2.6采用不规则采样栅格优化效果小结

4.3体素化算法分析与优化

4.3.1基于欧式距离判断的体素化算法原理

4.3.2传统采样栅格下基于欧式距离判断算法中的阈值求取

4.3.3基于不规则采样栅格的欧式距离判断算法中的阈值求取

4.3.4本文提出的基于欧式距离判断的增强BCC体素采样算法

4.4图像评价方法

4.4.1主观评价方法

4.4.2客观评价方法

4.4.3主、客观结合(加权)评价方法

4.4.4本文中采用的方法

4.5本章小结

5真三维体显示体素数据处理优化算法实现

5.1引言

5.2软件仿真

5.2.1软件仿真环境简介

5.2.2三维模型的读取

5.2.3三维模型的体素化

5.2.4三维模型的体素化过程的优化分析

5.2.5三维模型体素化优化软件仿真实验设计

5.2.6三维模型体素化可视化程序结构

5.3硬件实验

5.3.1 Helix-3D真三维显示平台简介

5.3.2 Melix-3D真三维显示平台原理

5.4实验结果

5.4.1软件仿真结果

5.4.2硬件实验结果

5.5本章小结

6本文工作总结与后续工作展望

6.1本文工作总结

6.2本文后续工作

结 论

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间参加的科学研究情况