基于逆速度位移场的体数据变形及可视化方法技术

一种基于逆速度位移场的体数据可视化处理方法，涉及图形图像技术。本发明专利技术采用的技术方案为：对体数据的多步变形操作一般化为两步变形操作，把步变形操作认为是步变形操作与第步变形操作的叠加；建立由初始化场景、体数据两步变形操作模型；计算逆速度位移场表达由原有的逆速度位移场、特征场数据、特征体数据和变形模板共同表达的操作，通过后处理以保持逆速度位移场的一阶连续；以逆速度位移场为场景，应用ray-casting算法进行变形后体数据的绘制。本发明专利技术提出的方法解决了体数据多步操作难题，保证了绘制质量和绘制的实时性，提高了体数据内结构间几何关系的可理解性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种数据可视化
的方法，具体是一种基于逆速度位移场的体数据多步变形操作及可视化方法。
技术介绍
自从美国政府于上个世纪八十年代末期设立了 “Visualization in Scientificcomputing”自然科学基金以来,体数据可视化技术一直是研究热点，在医学诊断、手术计划、地质勘探和天气预报等方面，正在扮演着越来越重要的作用。体数据可视化的目的是实现快速、准确、全面的体数据理解。它是运用计算机图形学和图像处理技术，将抽象数据表示成具体的图像，使研究者通过视觉感知实现对现象、过程和物理量的理解，使用户看见原本不能看见的东西。体数据理解不仅包括体数据整体结构的认知，而且也包括体数据内复杂结构间几何关系的认知。过去的技术更多的集中于传递函数设计的研究与实时可视化研究，以更快地实现对体数据整体结构的认知，而对体数据几何关系的认知研究比较少。变形操作是实现体数据中复杂结构间几何关系认知非常重要的手段和方法。因此， 基于多步变形操作的体数据可视化方法有助于提高体数据理解的准确性和全面性。经对现有技术文献的检索发现，M. J. McGuffin等在《Proceeding of IEEEVisualization 2003》上发表的“Using deformations for browsing volumetric data” (M. J. McGuff in, L. Tancau, and R. Balakrishnan米用变形技术浏览体数据电气与电子工程协会可视化会议2003)中，在设计了一系列体数据操作插件的基础上，通过前向映射法实现了体数据的多步操作，但是由于其使用体素直接作为绘制单元，使得变形后的体数据绘制质量很差；C. Correa 等在〈〈IEEE Transactionon Visualization and Computer Graphics)) VOL 12, NO. 5. 2006 上发表的 “Featurealigned volume manipulation for illustration and visualization，，(C. Correa, D. Silverand M. Chen.针对角军释和可视化的特征一致体数据操作，电气与电子工程师协会学报(可视化与计算机图形学VOL 12， NO. 5. 2006)中，通过采用逆向位移场表达非连续变形，提高了体数据非连续变形操作的绘制质量，但其不能实现体数据的多步变形操作。因此，这两种方法都不能有效的通过变形操作揭示体数据内复杂结构间关系。
技术实现思路
针对Correa等基于逆向位移场的方法不能实现体数据多步变形操作这一缺陷， 本专利技术提出了基于逆速度位移场的体数据多步变形操作及可视化方法。一方面通过把多步变形操作一般化为两步变形操作，实现了体数据的变形操作；另一方面在位移场的重建过程中，保持了逆向位移场的一阶连续性(把这种保持了一阶连续的逆向位移场称为逆速度位移场)，因此保证了变形后体数据的绘制质量。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下引入逆速度位移场V'描述已经发生过的变形操作，建立体数据变形操作模型，从而将多步变形操作描述为正要进行的变形操作V"(由变形模板表示变形操作V")和已经发生过的变形操作V'叠加的两步操作。体数据的操作流程主要包括场景初始化、特征体数据重建、特征场数据重建、变形模板选择和几何变换、变形体数据的绘制、逆速度位移场的更新。对场景进行初始化确定体数据V、逆速度位移场V'和变形模板V"的几何关系， 初始化特征场数据Ff、特征体数据Fv和逆速度位移场V'。逆速度位移场V'由保持一阶连续且表示逆向位移的向量场Df和表达非连续变形的标量场ciF组成；变形模板V"是根据常用的变形操作设计的位移场，也由逆向位移向量场Dt和标准场α τ组成。特征体数据Fv创建特征体数据是用来控制体数据中的任一采样点是否可以变形操作的标量场。特征体数据重建是利用分割后的体数据S(p)，根据即将要操作的语义部分 I S(p) = ii，设置特征体数据为二 .，然后对特征体数据进行高斯滤波，以创建连续特征场数据Ff创建特征场数据是用来控制逆速度位移场的任一采样点是否可以继续变形操作的标量场。特征场数据创建是利用交互划线操作和种子点seed设置，选择即将要操作的逆速度位移场部分，其中交互划线操作把逆速度位移场分为两部分V' 1和V' 2，并令种子点P' ,SeedeVi i。设置特征场数据为&(尸')=|丨^，然后对其进行高斯滤波。变形模板选择和几何变换根据需要的变形类型选择相应的变形模板描述即将进行的变形操作。根据变形的位置和尺度，对变形模板进行相应的平移、旋转、缩放等几何变换M，同时实时记录几何变换矩阵M，以便在数据绘制与逆速度位移场更新计算中使用。基于两步变形的体数据绘制以逆速度位移场为场景，确定逆速度位移场中的任一采样点V经两次变形操作后在体数据中的对应点P2，根据公式P2= IfIip'+°1{ρ}))确定体数据绘制时的光学参数值，确定由特征体数据Fv、逆速度位移场的更新计算一个新的逆速度位移场表达由原有的逆速度位移场、 特征场数据、特征体数据和变形模板共同表达的操作，同时进行后处理以保持逆速度位移场的一阶连续。本专利技术提出的基于逆速度位移场的体数据多步操作及可视化方法解决了体数据多步操作难题，同时保证了绘制质量和绘制的实时性。由于同时考虑了操作的语义部分和变形部分的交互选择，增加了变形操作的自由度。实验表明本专利技术提出的体数据多步操作及可视化方法提高了体数据内结构间几何关系的可理解性，使得对体数据的理解更加准确和全面。附图说明图I体数据多步变形操作及可视化框架图2变形体数据绘制过程示意3体数据绘制和逆速度位移场重建的四步采样示意4法向计算示意5逆速度位移场标记场重建示意6逆速度位移场的矢量场后处理示意图具体实施例方式以下结合一个具体的实例对本专利技术的技术方案作进一步详细描述。本实例采样的图像数据是一个256X256X64的桔子体数据。如图I所示为多步变形操作两步化示意图。提取图像信息中的体数据，建立体数据变形操作模型对体数据进行变形操作，逆速度位移场V'描述已经发生过的变形操作，将多步变形操作描述为正要进行的变形操作V"(由变形模板表示变形操作V")和已经发生过的变形操作V叠加的两步操作。如,把η步变形操作认为是η-l步变形操作与第η步变形操作的叠加,前面的η_1 步变形操作用逆速度位移场N'描述，第η步操作用变形模板描述，这样多步变形操作就一般化为由逆速度位移场V'与变形模板描述的两步变形操作。其中，逆速度位移场V'由保持一阶连续且表示逆向位移的向量场Df和表达非连续变形的标量场a F组成；变形模板 V"由满足一阶连续且表示变形操作的逆向位移向量场Dt和表达非连续变形的标准场ατ。建立由场景初始化、体数据操作和体数据绘制组成的体数据两步变形操作模型。 其中体数据操作主要由特征体数据重建、特征场数据重建、变形模板选择和几何变换、逆速度位移场的更新所组成。体数据绘制是体数据操作的实时体现。(I)场景初始化。确定体数据V、逆速度位移场V'和变形模板V"的几何关系；初始化特征场数据Ff、特征体数本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦红星，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：