體繪製技術小結

2021-06-22 14:58:30 字數 1659 閱讀 9207

vtk主要提供了三種體繪製技術

vtk最初是針對醫療領域的應用而

設計的,所以對於醫療的視覺化方面,如處理ct的掃瞄

資料等,具有強大的功能。它將在視覺化過程中經常遇到的細節遮蔽起來,並封裝了一些常用的視覺化演算法,如將麵繪製中常用的mc(marching cubes)演算法和體繪製中常用的光線投射(ray-casting)演算法封裝成類的形式提供給使用者。這樣在進行醫學體資料的視覺化時就可以直接使用vtk中已提供的相關類。

vtk主要提供了三種體繪製技術除了光線投射法外,還有二維紋理對映和基於volumepro硬體輔助的體繪製。

光線投射法

光線投射法是一種基於影象空間掃瞄的,生成高質量影象的典型的體繪製演算法,基本思想是從影象平面的每個畫素都沿著視線方向發出一條射線,此射線穿過體資料集,按一定步長進行取樣,由內插計算每個取樣點的顏色值和不透明度,然後由前向後或由後向前逐點計算累計的顏色值和不透明度值,直至光線完全被吸收或穿過物體。該方法能很好地反映物質邊界的變化,使用phong模型,引入鏡面反射、漫反射和環境反射能得到很好的光照效果,在醫學上可將各組織器官的性質屬性、形狀特徵及相互之間的層次

關係表現出來,從而豐富了影象的資訊。

二維紋理對映

二維紋理對映與光線投射法不同,它是基於物體空間掃瞄的,也就是對物體空間的資料點加以處理,計算每個資料點對螢幕畫素的貢獻並加以合成,形成最終的影象。它的繪製速度比光線投射法快上5~10倍,但是成像質量遠不及採用三線性插值的光線投射法精確,當視角改變時還會產生偽跡。

volumepro硬體輔助的體繪製

基於volumepro硬體輔助的體繪製方法,成像質量雖然不及光線投射法,但是要比二維紋理對映好。利用volumepro硬體支援的體繪製速度是最快的,一般每秒至少20幀畫面,但目前只支援平行投影且**昂貴。

vtk為使用者提供了三種用於光線投射法的函式分別是:

等值面繪製函式(

vtkvolumeraycastisosu***cefunction)

最大密度投影函式(vtkvolumeraycast mipfunction)

合成體繪製函式(vtkvolumeraycastcompositefunction)

在等值面繪製方法中,光線穿過資料場中待顯示的等值面,然後顏色和濃淡等引數被定義在vtk volume的體屬性-vtkvolumeproperty中,通過設定等值面的值,可以重建出某一特定的組織,如**、骨骼等,結果影象類似於表面顯示。

最大密度投影方法(maximum intensity projection,mip)是通過計算光線穿過資料場時遇到的最大密度值進行繪製,它可以看作是最簡單的一種體繪製,不必明確地定義體資料和顏色值間的轉換關係,與最大密度相關的資料值投影在對應的螢幕上的每個畫素中形成最終影象。由於mip方法能提供較為直觀的影象,就像x光成像一樣,所以該方法常用於顯示血管的三維結構。但正如x光片一樣,mip不能提供深度資訊,也無法描述重疊的結構。

合成體繪製方法是最常用的一種光線投射方法,在vtk中通過傳遞函式將體資料值轉換成顏色、不透明度等光學屬性,最後將這些屬性合成到螢幕上的畫素中形成三維影象。

在vtk中,為了得到最好的繪製效果,要定義以下三個傳遞函式:

(1)不透明度傳遞函式。該函式確定各體素或單位長度值的不透明度;

(2)顏色傳遞函式。該函式確定體素的顏色值或者灰度值;

(3)梯度傳遞函式。該函式確定不同梯度值的不透明度,從而突出不同組織之間的結構和相互之間的層次關係。

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