【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及计算机图形学和虚拟现实，具体为一种面向人体解剖结构虚拟仿真的快速三维建模方法。
技术介绍
1、在临床诊疗过程中，传统的三维重建技术主要依赖于ct或mri扫描的多层断层影像，这些方法虽然能够提供高精度的静态三维模型，但存在动态模拟能力缺失及成本高昂的问题。另一方面，手工创建的教学或手术仿真模型虽然视觉效果较好，但在形态准确度和成本效益方面存在不足，同时难以满足个性化医疗的需求。
2、随着深度学习技术在图像处理领域的广泛应用，基于单张医学图像的三维重建技术逐渐受到关注。然而，单图三维重建方法存在精度和准确性的问题，且训练过程需要大量的三维数据监督，这对于数据集的采集和整理构成了巨大的挑战，尤其是针对人体解剖结构的三维数据集更是稀缺资源。
3、为了解决上述问题，可以考虑利用可微分渲染技术，将传统的不可微分渲染过程转化为可微分函数，从而实现在神经网络中直接引入渲染过程的目标。具体来说，将可微分渲染应用于单图像三维重建，可以通过单张医学扫描图像生成相应的人体结构三维网格模型。在此基础上，结合实际采集的组织器官图像作为表面贴图，并施加形变动力学约束，最终得到的模型能够在三维时空中进行虚拟仿真。
4、尽管这种方法在理论上是可行的，但在实践中仍面临着诸多挑战，如数据集的创建、网络结构的设计、算法的研发等。因此，开发一种面向人体解剖结构虚拟仿真的快速三维建模方法，不仅需要克服技术上的难题，还需要解决数据获取和处理上的瓶颈。
技术实现思路
1、(一)解
2、针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种面向人体解剖结构虚拟仿真的快速三维建模方法，解决了上述
技术介绍
中提出的问题。
3、(二)技术方案
4、为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种面向人体解剖结构虚拟仿真的快速三维建模方法，包括以下步骤：
5、数据准备：收集人体解剖数据，包括医学影像资料和已有的三维模型；
6、初始模型构建：对所述人体解剖数据进行预处理，以生成初始的三维网格模型；
7、四面体重构与形变约束：使用扩展位置动力学(xpbd)方法对所述三维网格模型进行形变约束处理，以获得可实时形变的四面体模型；
8、材质与光照：利用基于物理的渲染(pbr)技术构建所述三维模型的材质和光照模型；
9、纹理映射：采集高清真实人体器官和组织图像，作为所述三维模型的纹理；
10、光照模拟：使用高动态范围(hdr)图像来模拟真实环境光照，以提高三维模型的视觉真实性；
11、调整与优化：根据实际需要对模型进行细节调整和优化；
12、保存与导出：将优化后的模型保存为标准文件格式，以便在不同的虚拟仿真环境中使用。
13、可选的，所述预处理步骤包括对所述人体解剖数据进行网格简化和优化，以适应四面体网格的要求。
14、可选的，所述形变约束处理步骤包括根据不同组织和结构的特性，为所述三维模型创建对应的xpbd约束和属性参数。
15、可选的，所述材质和光照模型构建步骤包括根据各组织和器官的物理特性定义pbr参数，以实现逼真的反射和吸收效果。
16、可选的，所述纹理映射步骤包括将实际人体器官和组织的高清图像适配并应用于所述三维模型的表面，以增强其视觉真实感。
17、可选的，所述模拟真实环境光照步骤包括使用hdr图像来模拟不同的照明条件，以提供多样化的视觉效果。
18、可选的，所述方法适用于一种面向人体解剖结构虚拟仿真的快速三维建模系统，所述系统包括：
19、数据收集模块，用于收集人体解剖数据；
20、预处理模块，用于对所述人体解剖数据进行网格化处理；
21、形变约束模块，用于使用扩展位置动力学(xpbd)方法对处理后的三维网格模型进行形变约束处理；
22、材质和光照模型构建模块，用于利用基于物理的渲染(pbr)技术构建三维模型的材质和光照模型；
23、纹理映射模块，用于采集高清真实人体器官和组织图像，并将其作为三维模型的纹理；
24、环境光照模拟模块，用于使用高动态范围(hdr)图像来模拟真实环境光照。
25、可选的，所述预处理模块包括用于对所述人体解剖数据进行网格简化和优化的子模块。
26、可选的，所述形变约束模块包括根据不同组织和结构特性设置xpbd约束和属性参数的子模块。
27、(三)有益效果
28、本专利技术提供了一种面向人体解剖结构虚拟仿真的快速三维建模方法，具备以下有益效果：
29、1.高效的个性化三维重建：通过采用深度学习和可微分渲染技术，本方法能够仅利用单张医疗图像作为输入，快速生成高度准确的个性化三维网格模型。这一过程极大地简化了数据需求和处理流程，提高了建模速度和准确性。
30、2.完整的技术解决方案：本专利技术涵盖了从数据集创建到端到端生成网络的构建，以及后续处理的全套技术链条。这意味着用户可以从原始的二维图像数据出发，通过本技术体系直接获得可用于虚拟仿真的高质量三维模型。
31、3.无需三维监督的训练：借助可微分渲染技术，本方法在模型训练过程中无需依赖于三维数据的监督，从而降低了数据收集和标注的复杂度。这有助于扩大训练数据集的规模，提高模型的泛化能力。
32、整体而言，本专利技术提供了一种创新性的三维建模技术，它不仅能有效地处理个性化医疗数据，还能为医疗诊断和教育领域提供准确、实用的三维人体模型。这种技术的应用有望推动相关领域的研究和实践达到新的高度。
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1.一种面向人体解剖结构虚拟仿真的快速三维建模方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种面向人体解剖结构虚拟仿真的快速三维建模方法，其特征在于：所述预处理步骤包括对所述人体解剖数据进行网格简化和优化，以适应四面体网格的要求。
3.根据权利要求1所述的一种面向人体解剖结构虚拟仿真的快速三维建模方法，其特征在于：所述形变约束处理步骤包括根据不同组织和结构的特性，为所述三维模型创建对应的XPBD约束和属性参数。
4.根据权利要求1所述的一种面向人体解剖结构虚拟仿真的快速三维建模方法，其特征在于：所述材质和光照模型构建步骤包括根据各组织和器官的物理特性定义PBR参数，以实现逼真的反射和吸收效果。
5.根据权利要求1所述的一种面向人体解剖结构虚拟仿真的快速三维建模方法，其特征在于：所述纹理映射步骤包括将实际人体器官和组织的高清图像适配并应用于所述三维模型的表面，以增强其视觉真实感。
6.根据权利要求1所述的一种面向人体解剖结构虚拟仿真的快速三维建模方法，其特征在于：所述模拟真实环境光照步骤包括使用HDR图像来模
7.根据权利要求1所述的一种面向人体解剖结构虚拟仿真的快速三维建模方法，其特征在于：所述方法适用于一种面向人体解剖结构虚拟仿真的快速三维建模系统，所述系统包括：
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述预处理模块包括用于对所述人体解剖数据进行网格简化和优化的子模块。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述形变约束模块包括根据不同组织和结构特性设置XPBD约束和属性参数的子模块。
...【技术特征摘要】
1.一种面向人体解剖结构虚拟仿真的快速三维建模方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种面向人体解剖结构虚拟仿真的快速三维建模方法，其特征在于：所述预处理步骤包括对所述人体解剖数据进行网格简化和优化，以适应四面体网格的要求。
3.根据权利要求1所述的一种面向人体解剖结构虚拟仿真的快速三维建模方法，其特征在于：所述形变约束处理步骤包括根据不同组织和结构的特性，为所述三维模型创建对应的xpbd约束和属性参数。
4.根据权利要求1所述的一种面向人体解剖结构虚拟仿真的快速三维建模方法，其特征在于：所述材质和光照模型构建步骤包括根据各组织和器官的物理特性定义pbr参数，以实现逼真的反射和吸收效果。
5.根据权利要求1所述的一种面向人体解剖结构虚拟仿真的快速三维建模方法...
【专利技术属性】
技术研发人员：项南，张吉儿，罗亦鸣，欧阳元兵，俞凌云，潘昱杉，潘俊君，刘伟华，顾小军，
申请(专利权)人：西安中科微智能电子有限公司，
类型：发明
国别省市：
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