一种基于OpenGL的病灶区域的可视化方法和系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于OpenGL的病灶区域的可视化方法和系统，该方法包括：S1、接收病灶区域的模型数据，构建n元空间细分树；S2、遍历n元空间细分树，将位于视图视锥内的树节点和叶子节点标记为潜在可见；S3、判断被遮挡的树节点，并将被遮挡的树节点标记为不可见；S4、计算树节点的自适应遮挡系数，将自适应遮挡系数小于预设的阈值的树节点标记为不可见，并对剩余的树节点进行渲染显示。利用本发明专利技术，针对骨科微创手术中大规模复杂模型，通过遮挡剔除等方法优化模型渲染效率，不需要如纹理映射或特殊的遮挡查找等硬件支持，可以在术中实时完成病灶区域模型的渲染，将患者病灶周围情况实时展现出来。

A visualization method and system of focus area based on OpenGL

【技术实现步骤摘要】
一种基于OpenGL的病灶区域的可视化方法和系统
本专利技术属于数字医学、精准医疗、计算机图形学领域，尤其涉及一种基于OpenGL的病灶区域的可视化方法和系统。
技术介绍
“微创化”是骨科手术发展的必然趋势，如何使微创手术“精准化”是目前亟待解决的问题。随着虚拟现实技术的不断发展，将其应用至医学领域，尤其是骨科微创领域，越来越受到人们的广泛关注。利用虚拟现实技术可以突破空间的束缚，将患者的病灶区域全方位无死角地展现给术者，从根本上解决骨科微创手术非直观、定位不准确等问题。骨科微创手术中，病灶区域的模型复杂，比如周围存在大量神经的腰椎模型、需多个不同角度照射X光才可观察到全貌的股骨头模型等，但术者受限于狭窄的视野范围，无法全面地掌握病灶周围情况，给手术带来困难和风险。骨科微创手术相较于其他手术，病灶区域附近形变较小，可近似为刚体，模型渲染结果更具有真实性和可靠性。OpenGL能够实现数据模型的变换、纹理、交互操作等，因此，将三维建模软件输出的模型文件或其他模型文件或数据，在OpenGL中进行“加工”，可以更好地解决实际问题本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于OpenGL的病灶区域的可视化方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：/nS1、接收病灶区域的模型数据，构建n元空间细分树，其中，树的叶子节点记录所述多边形模型数据的几何信息，树的树节点记录所述树节点包含的叶子节点对应的边界体积对象；并标记叶子节点和树的树节点的属性为不可见；/nS2、遍历所述n元空间细分树，将位于视图视锥内的所述n元空间细分树的树节点和叶子节点标记为潜在可见；/nS3、将步骤S2中得到的标记为潜在可见的树节点和叶子节点映射到OpenGL帧缓冲区，判断被遮挡的树节点，并将所述被遮挡的树节点标记为不可见；/nS4、计算步骤S3中标记为潜在可见的树节点的自适应遮挡系数，将...

【技术特征摘要】
1.一种基于OpenGL的病灶区域的可视化方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
S1、接收病灶区域的模型数据，构建n元空间细分树，其中，树的叶子节点记录所述多边形模型数据的几何信息，树的树节点记录所述树节点包含的叶子节点对应的边界体积对象；并标记叶子节点和树的树节点的属性为不可见；
S2、遍历所述n元空间细分树，将位于视图视锥内的所述n元空间细分树的树节点和叶子节点标记为潜在可见；
S3、将步骤S2中得到的标记为潜在可见的树节点和叶子节点映射到OpenGL帧缓冲区，判断被遮挡的树节点，并将所述被遮挡的树节点标记为不可见；
S4、计算步骤S3中标记为潜在可见的树节点的自适应遮挡系数，将所述自适应遮挡系数小于预设的阈值的树节点标记为不可见，并对标记为潜在可见的树节点进行渲染，并显示在显示装置中。


2.根据权利要求1所述的可视化方法，其特征在于，所述病灶区域的模型数据为CT扫描病灶区域后形成的obj格式的多边形模型数据。


3.根据权利要求1所述的可视化方法，其特征在于，所述构建n元空间细分树包括以下步骤：
S11、设置最大递归深度、细分因子和细分份数；
S12、获取模型数据的最大尺寸，并以此尺寸建立初始边界体积对象，作为n元空间细分树的根节点；
S13、将模型数据中的顶点放入能被包含且没有子节点的边界体积对象中；
S14、若没有达到最大递归深度，则将所述边界体积对象按细分份数拆分为多个子边界体积对象，用边界体积对象对应的树节点的子节点表示子边界体积对象，并将所述边界体积对象中的模型顶点分配给所述多个子边界体积对象；
S15、若子边界体积对象所分配到的模型顶点数量不为零且与父边界体积对象是一样的，则该子边界体积对象停止拆分，用叶子节点表示模型的各个顶点；若相邻的子边界体积对象中的模型顶点最远距离小于子边界体积对象边长乘以细分因子之积，则将相邻的子边界体积对象合并，并将对应的树节点及叶子节点分别合并；
S16、重复步骤S13-S15，直到达到最大递归深度。


4.根据权利要求1所述的可视化方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下步骤：
S21、根据显示装置的屏幕边界，计算视图视锥的方向和深度；
S22、对n元空间细分树自顶向下遍历，利用OpenGL选择模式判断树节点对应的边界体积对象是否进入视锥；如果所述边界体积对象完全位于视图视锥中，则将边界体积对象的所有子树节点标记为潜在可见。


5.根据权利要求1所述的可视化方法，其特征在于，所述步骤S3包括以下步骤：
S31、将n元空间细分树中的标记为潜在可见的树节点对应的边界体积对象送入OpenGL渲染管线，并在扫描时将所述边界体积对象转换为三角形面片；
S32、使用OpenGL的z缓冲区对所述三角形面片进行测试，然后将输出的像素点重定向到OpenGL的虚拟遮挡缓冲区；
S33、在虚拟遮挡缓冲区中采样读取像素点，判断三角形面片是否被遮挡，从而判定树节点是否被遮挡，并将被遮挡的树节点标记为不可见。


6.根据权利要求5所述的可视化方法，其特征在于，所述步骤S4中自适应遮挡系数的计算方法为：



其中SizeOf2DBoundingBox(Obj)表示边界体积对象投影在屏幕上的像素数，SizeOfViewplane表示视图平面像素数，Dist(Eye)表示视图平面与视点之间的距离，Dist(Obj)表示边界体积对象与视图平面之间的最小距离。


7.一种基于OpenGL的病灶区域的可视化系统，其特征在于，所述可视化系统包括：
预处理模块，用于接收病灶区域的模型数据，构建n元空间细分树，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：丛曰声，
申请(专利权)人：北京国润健康医学投资有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11