基于体数据变形的自适应移动立方体算法的研究

 移动立方体（Marching Cubes）算法是一种经典的三维重建方法,但是对采样稀疏的体数据进行重建时,不能满足所需的精确度要求。提出了一种基于体数据变形的自适应移动立方体算法。该算法通过自适应地改变体素顶点的位置,使得体素包含更多的图像信息从而使体素内的三角面片更加逼近等值面;同时,采用了区域增长策略对体数据进行分割从而避免了对整个体素空间的运算;对算法的并行优化提升了算法的三维重建效率。实验证明使用该算法对稀疏体数据进行三维重建,提高了重建的精确度,并且保证了重建的实时性与交互性。     

基于三维网格单元的等值面梯度抽取法

针对三维网格等值面抽取中存在的二义性问题,提出三维网格单元等值面梯度抽取法.本算法利用梯度在三维网格单元外表面计算等值点,勾勒等值面轮廓,而后以添加网格内等值点方式明确等值面在网格内部凹凸方向,提出映射后Delaunay三角面片提取法,在二维空间完成等值面抽取.为减少计算及绘制所需存储空间,采用调整步长及合并阈值的方法控制输出三角面片数量.实验结果证明,该算法可一次性抽取等值面准确轮廓,克服了Marching Cubes算法的二义性,生成面片可真实描述三维网格内部等值面走势,通过调整参数保证了等值面精度,降低了存储代价.     

基于等值面的分子溶剂可及表面快速生成算法

分子表面的描述在蛋白-蛋白、蛋白-配体相互作用分析中起着关键的作用。为此,本研究设计了基于等值面原理的分子溶剂可及表面生成程序并进行了性能测试。该程序采用一维递归快速高斯滤波计算方法,在三维离散空间中快速构造等值面,利用等值面提取技术(Marching Cubes)获取以三角面片表示的分子溶剂可及表面,并使用中心差分法计算三角面片的法向量,从而获得更好的显示效果。实际测试结果表明,该算法计算速度较快,准确性良好,可为基于结构的靶标识别方法提供有效药物靶标的分子表面表征。目前该程序已经被整合入国产大型药物设计图形软件包D~3 Pharma中。     

发动机三维流动数值计算可视化技术研究

对三维数据场等值面Marching Cubes算法进行了改进,通过对每个顶点与三角片之间邻接关系的计算及法向量求法的改进获得交点法矢,将MC算法推广到三维非规则数据场等值面的计算,并结合发动机三维数值模拟的具体数据结构,完成了等值面及体绘制。     

融合构型查找表与邻接查找子表的改进MC方法

针对医学图像三维可视化中移动立方体面绘制算法（marching cubes,MC）执行速度慢、效率不高的问题,提出了融合构型查找表与邻接查找子表的改进MC方法。该方法通过显性构建邻接查找子表约束体元搜索路径,使面绘制时只处理有效体元,根据邻接查找子表特点设计堆栈结构实现搜索算法,不仅提高了算法访问效率,而且减少了临时存储空间。在可视化工具包(VTK）下用改进MC方法对人体脚、胸腔、头部的CT数据集进行三维重建实验,结果表明在不损失重建质量的前提下,重建过程中遍历立方体数目缩短95%左右,重建时间缩短20%左右,提高了MC方法的执行速度和重建效率。     

一种改进的MC算法

MC方法是医学图像三维重建常用方法.传统MC方法在计算中需遍历整个体数据场,而等值面只与部分立方体相交导致计算效率不高,对此已有相应的改进方法.但已改进的方法在计算过程中仍产生冗余多边形,使计算效率下降.笔者针对此问题提出了一种减少冗余多边形的进一步改进的MC方法,并根据该算法对CT数据进行三维重建.实验结果表明本算法与原改进MC算法效率相比有一定提高.     

相关点搜索的等值面快速提取方法

MC算法是一种广泛使用的三维重建方法,但其存在拓扑二义性,生成三角片数量较大,重建效率低下等缺点.对此,提出一种基于MC算法改进的等值面快速提取方法,它根据体元顶点的相关性,选取合适的角度来判断数据点的取舍,并使用中点法替换传统的线性插值减少运算,最后使用Open GL三维图形语言编程实现可视化.该方法能有效避免二义性的发生,加速提取等值面,提高三维重建效率,提升了重建图像效果.经过实例验证了改进方法的可行性.     

基于MC算法的螺旋CT扫描数据的三维重建

在Marching Cubes(MC)算法的基础上，针对螺旋CT扫描数据的特点，提出一种改进的三维表面的快速绘制方法。通过使用体元描述表，并且对体元数据进行二值化处理，简化了数据，在绘制过程中，根据形体拓扑结构，优化了体元内部的等值面形成算法，提高了三维重建的速度和质量。     

多视角三维数据场的构建研究

基于移动立方体（marching cubes,MC）算法,考虑到现实条件下观测数据的不完整性,提出一个方便模式识别研究的可伸缩三维数据场模型。该模型混合 MC 算法和分区域处理方法,考虑了多角度观测对场域及目标的影响,描述了三维数据场对模式识别的作用。场域建立的实践表明,利用多观测点互相补充的方法改进了 MC 算法,提高了运行效率。     

序列图像的高精度面绘制方法

分析总结前人在面绘制方面工作的基础上,提出了一种极大地提高曲面绘制精度的数学方法——有理函数插值方法,可以有效的克服MC算法（Marching cubes）？MT算法（Marching tetrahedron）等由于采用线性插值而引起的在连接三角形面片时所造成的连接二义性问题以及拓扑不一致性问题。从实际数据的三维重建中可以看出使用该方法所绘制的等值面美观？光滑,具有很高的应用价值。