專利名稱：基于普通微機的大數(shù)據(jù)量醫(yī)學影像三維交互方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及計算機圖形學與信息可視化技術(shù)領域。具體涉及醫(yī)學影像的三 維交互方法。
背景技術(shù)：
隨著科學技術(shù)的進步，現(xiàn)代化的醫(yī)學影像設備功能越來越強，各種醫(yī)學影
像設備已成為醫(yī)務工作者得出診斷依據(jù)的重要工具，如CT、 MR、 PET、 SPET、 DSA 等等，均可針對不同病因而生成清晰的解剖圖像。目前，主流的醫(yī)學影像設備 均能提供大量等距離的、空間對齊的二維影像序列。隨著影像技術(shù)的不斷進步， 影像設備生成的數(shù)據(jù)量也越來越大，從最初的幾十兆、上百兆開始向G級別發(fā) 展，這也導致了對其進行分析所需的工作量的日益增大。要得出準確的診斷結(jié) 果，醫(yī)生需要依靠其專業(yè)知識和主觀判斷，從多幅二維圖像中構(gòu)思病灶在人體 中的三維位置、形狀、大小，從而導致了整個過程的不直觀。為了使得診斷過 程更為直觀，學者們將視線轉(zhuǎn)移到了三維層面，希望將連續(xù)的二維的斷層圖像 序列通過計算機重建出三維的效果，這種技術(shù)被稱之為科學可視化技術(shù)。可視 化技術(shù)使人能夠在三維圖形世界中直接對具有形體的信息進行操作，和計算機 直接交流。這種技術(shù)已經(jīng)把人和機器的力量以一種直覺而自然的方式加以統(tǒng)一， 這種革命性的變化無疑將極大地提高人們的工作效率。
就三維可視化的方式而言，目前大體分為兩種基于等值面的面繪制方法和 基于體元的體繪制方法。面繪制法是在三維數(shù)據(jù)場中按用戶給定的閾值提取一 個與陶值相匹配的曲面幾何圖元拼接而成的等值面，然后再由傳統(tǒng)的計算機圖 形學技術(shù)實現(xiàn)畫面繪制，如經(jīng)典的Marching cubes算法。體繪制法則是直接由 三維數(shù)據(jù)生成最終的圖像，如ray-casting、 splatting和shear-warp等算法。 面繪制的重建速度很快，在普通微機上基本能實現(xiàn)交互繪制，但由于其包含信 息較少，無法反映三維數(shù)據(jù)的全部特征。而體繪制雖然包含的信息量大，在繪 制過程中的計算量也遠遠大于面繪制方法，因此當數(shù)據(jù)量達到一定程度時，單 純依靠軟件算法難以較快速的實現(xiàn)可視化。1993年，Cullip和Neumann利用SGI公司的RealityEngine圖形工作站首 次實現(xiàn)了硬件加速的體繪制，為三維可視化的研究指出了一個新的方向，可視 化技術(shù)開始由軟件加速向硬件加速方向轉(zhuǎn)變，三維醫(yī)學數(shù)據(jù)通常是由二維圖像 序列疊加而成的，上述硬件加速技術(shù)將疊加后形成的體數(shù)據(jù)裝載至計算機顯卡 的圖形紋理緩存后，利用圖形卡硬件來完成復雜的插值計算，重建為三維模型。 自二十世紀后，各種影像設備生成圖像的質(zhì)量也在逐步增長，高質(zhì)量的信息采 集技術(shù)也為可視化技術(shù)提供了逼真的數(shù)據(jù)源。也正是由于數(shù)據(jù)采集精度和圖像 質(zhì)量的提升，導致醫(yī)學影像數(shù)據(jù)量的激增，對其的三維可視化也變得越來越困 難。大數(shù)據(jù)量三維可視化實現(xiàn)困難的主要原因在于計算機硬件有限的存儲容量 和帶寬，因此為了實現(xiàn)對大數(shù)據(jù)量醫(yī)學影像的可視化，最直觀的方法是提高計 算機的硬件性能。但首先數(shù)據(jù)的增長速度遠遠超過了硬件性能的增長；其次， 高性能的硬件必然伴隨著極為昂貴的價格，這對于該技術(shù)在各個應用領域的普 及也是一個很大的障礙。隨著醫(yī)療領域逐漸向"精細化"發(fā)展，對可視化的要 求不再局限于"看"的層面，還需要在"看"的同時能與重建模型進行交互， 這也是可視化研究的主要目的。目前，大多數(shù)的大數(shù)據(jù)量可視化研究仍集中在 如何能實現(xiàn)大數(shù)據(jù)量的三維重建方面，即如何能較快速地顯示出最終的三維模 型，還沒有關(guān)于如何對重建后的大數(shù)據(jù)量三維模型進行交互的研究。本發(fā)明中 所稱的三維交互即是指對已經(jīng)完成了從二維的斷層圖像序列通過計算機重建成 三維圖像后，再對該三維圖像的旋轉(zhuǎn)或平移操作。通過對該三維圖像的交互， 使醫(yī)務工作者能得到其需要的三維圖像的角度或位置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于普通微機的大數(shù)據(jù)量醫(yī)學影像三維交互方 法，以解決對重建后的大數(shù)據(jù)量三維模型進行交互的問題。
本發(fā)明通過下述步驟實現(xiàn) 一、醫(yī)學影像三維數(shù)據(jù)體的多精度分塊具體 為將醫(yī)學影像的三維數(shù)據(jù)體按精度進行多次等份分塊，其中高精度的等份分塊 是在低精度的等份分塊所產(chǎn)生的各塊數(shù)據(jù)基礎上的再次細分，將分塊后的數(shù)據(jù) 用八叉樹結(jié)構(gòu)進行存儲；
二、多精度數(shù)據(jù)塊的紋理映射具體為建立多分塊數(shù)據(jù)與微型計算機顯卡 的圖形紋理緩存間的映射關(guān)系，從而實現(xiàn)用紋理的變化來表示數(shù)據(jù)塊的精度變 化；
5三、 選定一組等距且平行的切面，利用該組切面與醫(yī)學影像三維數(shù)據(jù)體相 交產(chǎn)生多個切片，確定位于切片上的數(shù)據(jù)塊并通過對八叉樹結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)塊遍歷的
方式依次選定數(shù)據(jù)塊的精度；數(shù)據(jù)塊的精度選擇以使其紋理精度最大且多個切 片上所有數(shù)據(jù)塊總體紋理尺寸之和小于微型計算機顯卡緩存能夠容納的最大容
四、 交互繪制的實現(xiàn)把由數(shù)據(jù)塊組成的切片送入微型計算機顯卡的圖形 紋理緩存，由微型計算機顯卡完成各切片的間隙的插值計算，從而繪制三維圖 像。
醫(yī)學三維可視化的主要目的是為了使得醫(yī)務工作者能更便捷地與醫(yī)學數(shù)據(jù) 進行交互，而大規(guī)模集成電路的發(fā)展也使得計算機圖形硬件的功能和處理能力 越來越強。本發(fā)明則是利用目前普通微機圖形硬件都具有的紋理功能，結(jié)合有 效的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和調(diào)度算法，在普通微機上實現(xiàn)對大數(shù)據(jù)量三維重建模型的動態(tài) 交互。且對發(fā)明的測試是在目前終端配置的微機上進行的，具體參數(shù)為奔騰
IV3.0G，內(nèi)存1GB，顯卡為支持三維紋理的Radeon X600，顯存大小256MB。本 發(fā)明將三維醫(yī)學影像集按精度進行分塊，并建立八叉樹結(jié)構(gòu)來對其進行管理。 在交互過程中將數(shù)據(jù)按照所設計的策略分層次載入圖形紋理緩存，從而突破普 通微機圖形紋理緩存和帶寬的限制，逐層實現(xiàn)大數(shù)據(jù)量醫(yī)學影像的多精度繪制 與交互。本方法將普通微機紋理特性與調(diào)度算法進行了有效結(jié)合，在兼顧繪制 質(zhì)量與交互性的同時，有效降低了大數(shù)據(jù)量可視化技術(shù)對硬件的需求。針對大 數(shù)據(jù)量醫(yī)學影像可視化對硬件性能、容量高要求的問題，本發(fā)明用普通微機完 成對超過計算機顯卡緩存容量限制的大數(shù)據(jù)量醫(yī)學影像集的三維動態(tài)交互。通 過充分挖掘圖形卡的硬件特性，結(jié)合樹形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和構(gòu)建數(shù)據(jù)塊分類鏈表算法 實現(xiàn)一種合理的圖形紋理緩存調(diào)度方法，在保證一定三維重建質(zhì)量的前提下， 在普通微機上實現(xiàn)對大數(shù)據(jù)量醫(yī)學影像集的三維動態(tài)交互。


圖1是實施方式一中數(shù)據(jù)分塊與建立八叉樹的示意圖；圖2是一維數(shù)據(jù)的 紋理元示意圖；其中a代表像素，c代表共享區(qū)域。圖3至圖6是某一切片在分 塊的數(shù)據(jù)中的精度選擇過程4步示意圖；圖7是實施方式二的示意圖，由于交 互時切片位置的變化必然導致數(shù)據(jù)塊在圖形紋理緩存中的重新變化，數(shù)據(jù)塊鏈 表則是依據(jù)此變化的不同建立起來的；圖8至圖12是實施方式五確定位于切片
6上的數(shù)據(jù)塊的一種方法的示意圖；圖13至18是實施方式六實驗結(jié)果示意圖。 其中圖13和圖14表示脊骨醫(yī)學數(shù)據(jù)的交互效果，圖13和圖14中所建立的八 叉樹葉節(jié)點的大小依次為643和323;圖15和16表示肝臟醫(yī)學數(shù)據(jù)的交互效果， 圖15和16中所建立的八叉樹葉節(jié)點的大小依次為1283和643;圖17和18表示 高精度的頭部醫(yī)學數(shù)據(jù)的交互效果，圖17和18中所建立的八叉樹葉節(jié)點的大 小依次為643和2563。
具體實施例方式
具體實施方式
一本實施方式由下述步驟實現(xiàn) 一、醫(yī)學影像三維數(shù)據(jù)體 的多精度分塊具體為將醫(yī)學影像的三維數(shù)據(jù)體按精度進行多次等份分塊，其 中高精度的等份分塊是在低精度的等份分塊所產(chǎn)生的各塊數(shù)據(jù)基礎上的再次細 分，從而使得分割后的數(shù)據(jù)塊尺寸可以在微型計算機顯卡的圖形紋理緩存中進 行裝卸，將分塊后的數(shù)據(jù)用八叉樹結(jié)構(gòu)進行存儲，并在該八叉樹結(jié)構(gòu)中實現(xiàn)對 數(shù)據(jù)塊的遍歷；同一精度的數(shù)據(jù)塊所包含數(shù)據(jù)塊的尺寸和大小是均勻的，且八 叉樹每一個節(jié)點都對應三維醫(yī)學影像中的一個數(shù)據(jù)塊。醫(yī)學三維數(shù)據(jù)通常是由 多個二維圖像按照次序疊加而成的，因此在每兩個二維圖像間存在接縫，對該 接縫目前常用硬件加速技術(shù)處理，處理過程需將疊加后形成的體數(shù)據(jù)裝載至圖 形紋理緩存，再利用圖形卡硬件來完成復雜的插值計算，從而重建成醫(yī)學影像 三維數(shù)據(jù)體。由于計算機顯卡與計算機總線間進行傳輸?shù)膸捯约拔C顯存大 小的限制，對于大數(shù)據(jù)量的體數(shù)據(jù)，無法一次將其全部加載到顯存中，這是導 致繪制速度下降的主要原因之一 。
為了保證繪制過程中顯存加載數(shù)據(jù)的合理性，將大的體數(shù)據(jù)分塊，利用八 叉樹結(jié)構(gòu)進行存儲。如圖1所示，整個體數(shù)據(jù)被劃分為適當尺寸的塊，其中最 小尺寸的塊構(gòu)成八叉樹的葉節(jié)點，而每8個相鄰同尺寸的塊則構(gòu)成其父節(jié)點， 用來表示更粗糙級別的塊。以此類推，最終的根節(jié)點即為整個原始體數(shù)據(jù)。這 里的根節(jié)點表示最低精度，而葉節(jié)點則代表最高精度。
在利用八叉樹劃分數(shù)據(jù)塊并對其進行存取的時候，由于計算機可劃分的內(nèi) 存數(shù)量有限，有時候需要忽略父節(jié)點而直接從其子節(jié)點開始劃分。譬如在常用
的32位機中， 一次可以劃分出的內(nèi)存塊最大為2GB，對于大于2G的數(shù)據(jù)，就無 法分配出根節(jié)點和父節(jié)點所需的內(nèi)存，在這種情況下，就需要從某一子結(jié)點開 始劃分，而父節(jié)點保留只作為尋址用，而不實際存儲數(shù)據(jù)(即灰度或色彩)。二、 多精度數(shù)據(jù)塊的紋理映射具體為建立多分塊數(shù)據(jù)與微型計算機顯卡 的圖形紋理緩存間的映射關(guān)系，從而實現(xiàn)用紋理的變化來表示數(shù)據(jù)塊的精度變 化；數(shù)據(jù)塊的精度變化是以圖形硬件中紋理元表示數(shù)據(jù)位的多少來確定的。
對于八叉樹中不同精度等級的數(shù)據(jù)塊，用不同精度等級的紋理來表示。首 先，依據(jù)紋理技術(shù)的發(fā)展過程，從最簡單的一維紋理的表示方法開始。最初紋
理技術(shù)是表示某一像素為中心的插值過程，假設一段一維數(shù)據(jù)是由m個相鄰的 像素組合而成，則其在硬件紋理函數(shù)中可線性映射為區(qū)間[l/2m， (2m-1)/2m]上 的值。對于每個數(shù)據(jù)段的紋理表示，在圖形紋理緩存中都映射為[O， l]區(qū)間的值， 這樣每個數(shù)據(jù)段的紋理表示被稱之為紋理片元(一個像素點)。由于像素間的相 鄰關(guān)系，每兩個片元間必然有一部分共享，即圖2中標示的共享區(qū)域，這也是 紋理函數(shù)區(qū)間小于
的原因。利用紋理子采樣技術(shù)，同樣可在普通微機圖形 硬件的三維紋理功能中實現(xiàn)。這里精度的等級也就是指紋理片元所表示的體數(shù) 據(jù)值的范圍，紋理精度高時一個數(shù)據(jù)塊表示的體數(shù)據(jù)的范圍小，最高可達到一 一對應的關(guān)系；反之則每個片元表示的數(shù)據(jù)值的范圍大，這樣導致的結(jié)果是 紋理精度低時的交互速度快，而紋理精度高時的繪制質(zhì)量高。
三、 選定一組等距且平行的切面，利用該組切面與醫(yī)學影像三維數(shù)據(jù)體相 交產(chǎn)生多個切片，確定位于切片上的數(shù)據(jù)塊并通過對八叉樹結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)塊遍歷的 方式依次選定數(shù)據(jù)塊的精度；數(shù)據(jù)塊的精度選擇以使其紋理精度最大且多個切 片上所有數(shù)據(jù)塊總體紋理尺寸之和小于微型計算機顯卡緩存能夠容納的最大容 量；所述切片在完成了本次交互的各個步驟后，會呈面對計算機屏幕的狀態(tài)， 也就是說該組切面在醫(yī)學影像三維數(shù)據(jù)體的部位選擇以符合醫(yī)學工作者的需要 為準。
數(shù)據(jù)塊的精度選擇原則是將基于紋理的體繪制應用于不同精度的數(shù)據(jù)塊， 通過判斷切面與數(shù)據(jù)塊的相交情形來選擇不同精度數(shù)據(jù)塊，在兼顧繪制質(zhì)量和 交互速度的同時，求得重建模型最佳視覺效果所需的數(shù)據(jù)塊。在對八叉樹遍歷 過程中，盡可能用葉節(jié)點(即最高精度)來表示數(shù)據(jù)，但由于顯存容量有限， 完全用最高精度表示可能會超出顯卡容量，所以需要降低精度來減小對顯存的 占用。
本發(fā)明所使用的基于紋理的體繪制的方法的主要思想之一就是用切片來表 示體。在本步驟中，找出相交面上的數(shù)據(jù)塊的過程是求取切片與體數(shù)據(jù)邊界盒交點的過程。交點的求取算法仍與已有的三維紋理體繪制方法相同，但相交的 形式由原來僅與單一的整個體邊界盒變成了與八叉樹中不同數(shù)據(jù)塊相交。
利用步驟一中構(gòu)建好的樹型結(jié)構(gòu)，對數(shù)據(jù)進行繪制。與以往方法不同的是， 需要求取切面與每個數(shù)據(jù)塊邊界盒的交點，并存儲在對應節(jié)點數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中。這 個過程相當于將切面自頂向下插入該八叉樹結(jié)構(gòu)中，依次獲得八叉樹結(jié)構(gòu)與該
切面相交的塊，過程如圖3至圖6所示。由于篇幅所限，圖3至圖6只表示單 個切面在八叉樹中的的部分遍歷過程，大體步驟如下 步驟l. 切面最初從根節(jié)點出發(fā)，依次遍歷其子節(jié)點。
步驟2.判斷切面與數(shù)據(jù)塊的相交情形，若相交，且該塊不是葉節(jié)點，將該數(shù) 據(jù)塊再次細分。
步驟3.若已經(jīng)到達葉節(jié)點，則判斷用來表示體數(shù)據(jù)的紋理尺寸是否超過了圖 形紋理緩存的容量，若大于圖形紋理緩存的容量則依據(jù)選擇策略用低一 級精度級別的紋理代替。 步驟4. 若表示體數(shù)據(jù)的所有數(shù)據(jù)節(jié)點均為葉節(jié)點(即最高精度)或這些數(shù)據(jù) 節(jié)點的尺寸已達到圖形紋理緩存的容量，則中止遍歷。 其中葉節(jié)點的大小則依據(jù)顯卡硬件特性以及顯存大小的不同來設置。對于 高級顯卡，葉節(jié)點的尺寸可以選擇更小一些的；對于性能稍差的顯卡，則葉節(jié) 點的尺寸應選擇稍大一些的。圖6中最終得到的標有陰影的塊即為顯示該切片 所需要的塊，而其他的塊在遍歷后均可忽略，不必將其裝入圖形紋理緩存中。 為了得到盡可能高的成像質(zhì)量，對分塊后的八叉樹的遍歷采用的是深度優(yōu)先遍 歷的方法，換而言之，這種遍歷方法就是要在保證交互速度和考慮硬件本身限 制的同時，盡可能地用較高的精度級別來表示體數(shù)據(jù)。
四、交互繪制的實現(xiàn)把由數(shù)據(jù)塊組成的切片依次送入微型計算機顯卡的
圖形紋理緩存，由微型計算機顯卡完成各切片的間隙的插值計算，從而繪制三 維圖像以完成交互。此步驟的實現(xiàn)可以采用背景技術(shù)所指出的硬件加速技術(shù)。
具體實施方式
二本實施方式與實施方式一的不同點是通過步驟三對八 叉樹進行遍歷，可以得到在當前三維位置下切片上不同精度的數(shù)據(jù)塊，而當對 重建后的數(shù)據(jù)進行交互操作后，切片的位置會發(fā)生變化。本發(fā)明是針對數(shù)據(jù)量 比較大的情形，在普通微機上將與變化后切片相關(guān)的數(shù)據(jù)塊全部分批載入微機 內(nèi)存必然會導致整個繪制性能的下降，這里選擇用鏈表來維護交互前后發(fā)生了變化的數(shù)據(jù)塊。步驟四中將顯示切面需要的塊裝入鏈表，^^其為需要塊鏈表， 將其和圖形紋理緩存中的數(shù)據(jù)塊進行比較，其中已被加載但不屬于需要塊鏈表 的，可構(gòu)成未使用塊鏈表，圖形紋理緩存中剩下的數(shù)據(jù)塊則構(gòu)成需重載塊鏈表。 將需重載塊鏈表與需要塊鏈表比較，二者不同的數(shù)據(jù)塊加入圖形紋理緩存。這 時會有兩種情況-
1) 一是新加入的數(shù)據(jù)塊尺寸小于圖形紋理緩存的剩余容量，可將其直接加入；
2) 再者是新加入的數(shù)據(jù)塊尺寸大于圖形紋理緩存的剩余容量，這時需要將加入 圖形紋理緩存的數(shù)據(jù)塊降低精度。即用八叉樹的父節(jié)點來表示該處紋理塊?？?慮到本發(fā)明針對的繪制數(shù)據(jù)遠大于普通微機圖形硬件的存儲容量，需要載入數(shù) 據(jù)塊鏈表的尺寸極有可能大于剩余的紋理緩存，這時需要在交互性和繪制精度 間進行折中。
由于交互過程中，紋理變化在理論上應是連續(xù)的，所以需重載的數(shù)據(jù)塊部 分可能仍然駐留在圖形紋理緩存中。因此在把數(shù)據(jù)塊載入圖形紋理緩存之前， 先檢測未使用塊鏈表，以此來避免數(shù)據(jù)的重復載入。圖4給出動態(tài)交互時的數(shù) 據(jù)塊調(diào)度過程，體繪制數(shù)據(jù)塊的多精度數(shù)據(jù)塊的選擇方法已在步驟三中進行了 闡述，這里就不再贅述。此方式能加快交互過程。適用于多次交互操作中。
具體實施方式
三本實施方式與實施方式一的不同點是在步驟三數(shù)據(jù)塊 的精度選擇中感興趣區(qū)的數(shù)據(jù)塊精度等級高于遠離感興趣區(qū)的數(shù)據(jù)塊。在本實 施方式的實施過程中，以醫(yī)務工作者對數(shù)據(jù)的感興趣區(qū)為依據(jù)來對精度和速度 進行兼顧的，考慮到繪制質(zhì)量的要求，在交互時需載入的數(shù)據(jù)塊大于圖形紋理 緩存時，精度的降低從距離興趣區(qū)遠的紋理塊最先開始降低精度，用它相鄰的 上一級的精度級別來表示該數(shù)據(jù)塊，對八叉樹結(jié)構(gòu)而言即為距離興趣區(qū)最遠的 數(shù)據(jù)塊最先開始向上搜索其父節(jié)點。這樣，大的數(shù)據(jù)將被有效地分批加載到顯 存進行繪制，在保證興趣區(qū)繪制質(zhì)量的同時加快了繪制速度。
具體實施方式
四本實施方式與實施方式三的不同點是:它還包括步驟五， 對步驟四結(jié)束后得到的三維圖像，提高感興趣區(qū)的數(shù)據(jù)塊精度等級，降低遠離 感興趣區(qū)的數(shù)據(jù)塊的精度等級。因為在醫(yī)學體數(shù)據(jù)的繪制中，對于要觀察的感 興趣區(qū)域，首先要求有一定的成像質(zhì)量，這樣才能便于醫(yī)生得到正確的診斷結(jié) 果；其次，為了使得該方法有一定的普及性，該方法要求在普通微機上對其實 現(xiàn)交互，即要求一定的交互幀率。二者看來是矛盾的，要實現(xiàn)這兩個要求，必然需要對繪制過程有一定程度的折中。這里我們采用交互時降低精度而觀察時 提高精度的思想來完成這個過程。因為交互過程中(如對數(shù)據(jù)旋轉(zhuǎn)時)對數(shù)據(jù) 的三維精度要求不是太高，而當交互完成后需要對其進行觀察時，可采用較高 的精度進行繪制。這樣便可通過該過程達到想要的目的。
具體實施方式
五本實施方式給出步驟三中確定位于切片上的數(shù)據(jù)塊的一
種方法。切平面方程e可以表示為
五(x,少，z) = ax + Z 少十cz (0—1) 二者相交后的情形如圖8。令AB為體數(shù)據(jù)邊界盒上的某一條邊，若平面與AB 有交點，則設交點為P，由數(shù)學推導可以得出
尸"+ ,] (0-2) 其中t為比例系數(shù)，由幾何學可知任意平面可以通過平面上任意一點N和該平 面的法線5唯一確定，貝lj:
^如0 (0-3) 在數(shù)據(jù)空間中，切平面的法線5可以通過式(0-l)的常系數(shù)獲得，艮卩
"(/ 2 2 2， / 262 2, / 2C2 2) (OA
若h不垂直于:^，同樣可以得出^."o，令/=^^，根據(jù)以上條件，可以
得出如下結(jié)論
1. 如果Z5i^0，則邊Z5與平面必有交點，進而可知，若0SK1，點P在邊AB 上；若"0或,>1，則線段AB與平面無交點，即P不在線段AB上。
2. 如果^."0，則還可以分為兩種情形，若巧.^ = 0，說明邊AB在平面上； 若巧.0平面與邊AB沒有交點。
如圖8所示，體數(shù)據(jù)邊界盒共有8個頂點，可組成12條邊。對于每條邊都 可以用上述結(jié)論進行判斷，便可以求出平面與邊界盒的所有交點。如果平面與 立方體相交，則交點數(shù)目最多為6個，最少為3個，如圖9至圖12所示
具體實施方式
六為驗證本發(fā)明方法的有效性，在如下配置下對三組體數(shù) 據(jù)進行測試操作系統(tǒng)Windows XP，處理器為奔騰IV 3.0G，內(nèi)存1G，顯卡為支持三維紋理的Radeon X600,顯存大小256M，編程環(huán)境VC6.0。數(shù)據(jù)尺寸從幾 十MB到幾GB不等，當數(shù)據(jù)量明顯超過顯存容量時，繪制仍然能不斷進行。隨 著數(shù)據(jù)量的增大，交互速度會隨之降低，但在當前配置下仍能達到交互級別， 繪制效果列于表1中。此外，在同等數(shù)據(jù)量情況下，降低交互時的數(shù)據(jù)精度可 有效提高交互速度。為了突出分塊效果，我們將八叉樹數(shù)據(jù)塊的邊界盒也從根 節(jié)點開始逐層繪制出來，效果見圖13至18。
表1大數(shù)據(jù)體繪制結(jié)果列表
表l大數(shù) 據(jù)體繪制 結(jié)果列表數(shù)據(jù)集體數(shù)據(jù) 大小葉節(jié)點 大小精度等 級平均幀 率
圖13256X25618. 7MB64X64X252幀/秒
X29964
圖14256X25618. 7MB32X32X146幀/秒
X29932
圖15512X512113MB128X128441幀/秒
X451X128
圖16512X512113MB64X64X224幀/秒
X45164
圖17800X5331.2GB64X64X26幀/秒
X100064
圖18800X5331.2GB256X256814幀/秒
X1000X25權(quán)利要求
1、基于普通微機的大數(shù)據(jù)量醫(yī)學影像三維交互方法，其特征在于它通過下述步驟實現(xiàn)一、醫(yī)學影像三維數(shù)據(jù)體的多精度分塊具體為將醫(yī)學影像的三維數(shù)據(jù)體按精度進行多次等份分塊，其中高精度的等份分塊是在低精度的等份分塊所產(chǎn)生的各塊數(shù)據(jù)基礎上的再次細分，將分塊后的數(shù)據(jù)用八叉樹結(jié)構(gòu)進行存儲；二、多精度數(shù)據(jù)塊的紋理映射具體為建立多分塊數(shù)據(jù)與微型計算機顯卡的圖形紋理緩存間的映射關(guān)系，從而實現(xiàn)用紋理的變化來表示數(shù)據(jù)塊的精度變化；三、選定一組等距且平行的切面，利用該組切面與醫(yī)學影像三維數(shù)據(jù)體相交產(chǎn)生多個切片，確定位于切片上的數(shù)據(jù)塊并通過對八叉樹結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)塊遍歷的方式依次選定數(shù)據(jù)塊的精度；數(shù)據(jù)塊的精度選擇以使其紋理精度最大且多個切片上所有數(shù)據(jù)塊總體紋理尺寸之和小于微型計算機顯卡緩存能夠容納的最大容量；四、交互繪制的實現(xiàn)把由數(shù)據(jù)塊組成的切片送入微型計算機顯卡的圖形紋理緩存，由微型計算機顯卡完成各切片的間隙的插值計算，從而繪制三維圖像。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于普通微機的大數(shù)據(jù)量醫(yī)學影像三維交互方法， 其特征在于步驟四中將顯示切面需要的塊裝入鏈表，稱其為需要塊鏈表，將其 和圖形紋理緩存中的數(shù)據(jù)塊進行比較，其中已被加載但不屬于需要塊鏈表的， 可構(gòu)成未使用塊鏈表，圖形紋理緩存中剩下的數(shù)據(jù)塊則構(gòu)成需重載塊鏈表；將 需重載塊鏈表與需要塊鏈表比較，二者不同的數(shù)據(jù)塊加入圖形紋理緩存。
3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于普通微機的大數(shù)據(jù)量醫(yī)學影像三維交互方法， 其特征在于如果新加入圖形紋理緩存的數(shù)據(jù)塊尺寸小于圖形紋理緩存容量，將 其直接加入；如果新加入圖形紋理緩存的數(shù)據(jù)塊尺寸大于圖形紋理緩存容量， 將加入圖形紋理緩存的數(shù)據(jù)塊降低精度。
4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于普通微機的大數(shù)據(jù)量醫(yī)學影像三維交互方法， 其特征在于在步驟三數(shù)據(jù)塊的精度選擇中感興趣區(qū)的數(shù)據(jù)塊精度等級高于遠離 感興趣區(qū)的數(shù)據(jù)塊。
5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于普通微機的大數(shù)據(jù)量醫(yī)學影像三維交互方法, 其特征在于它還包括步驟五，對步驟四結(jié)束后得到的三維圖像，提高感興趣區(qū) 的數(shù)據(jù)塊精度等級，降低遠離感興趣區(qū)的數(shù)據(jù)塊的精度等級。
全文摘要
基于普通微機的大數(shù)據(jù)量醫(yī)學影像三維交互方法，本發(fā)明涉及計算機圖形學與信息可視化技術(shù)領域。以解決對重建后的大數(shù)據(jù)量三維模型進行交互的問題。它通過下述步驟實現(xiàn)醫(yī)學影像三維數(shù)據(jù)體的多精度分塊，將分塊后的數(shù)據(jù)用八叉樹結(jié)構(gòu)進行存儲；多精度數(shù)據(jù)塊的紋理映射具體為建立多分塊數(shù)據(jù)與微型計算機顯卡的圖形紋理緩存間的映射關(guān)系；選定一組等距且平行的切面，利用該組切面與醫(yī)學影像三維數(shù)據(jù)體相交產(chǎn)生多個切片，確定位于切片上的數(shù)據(jù)塊并通過對八叉樹結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)塊遍歷的方式依次選定數(shù)據(jù)塊的精度；交互繪制的實現(xiàn)把由數(shù)據(jù)塊組成的切片送入微型計算機顯卡的圖形紋理緩存，由微型計算機顯卡完成各切片的間隙的插值計算，從而繪制三維圖像。
文檔編號G06T15/00GK101561937SQ200910072138
公開日2009年10月21日 申請日期2009年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月27日
發(fā)明者付宜利, 王樹國, 肖永飛 申請人:哈爾濱工業(yè)大學