【毕业设计】基于vtk的医学图像三维重建算法实现

学号4109005037泰山医学院毕业设计（论文）题目基于VTK的医学图像三维重建算法实现院（部）系放射学院所学专业生物医学工程年级、班级完成人姓名指导教师姓名专业技术职称副教授2013年6月1日论文原创性保证书我保证所提交的论文都是自己独立完成，如有抄袭、剽窃、雷同等现象，愿承担相应后果，接受学校的处理。专业生物医学工程班级2009级1班签名2013年6月1日摘要经过三维重建的医学图像比CT、MRI、B超等设备所产生的二维断层图像在临床上更具有诊断价值。医生通过对这些重建的病变部位进行多角度的观察，得到大量有价值的诊断信息。因此三维重建在临床上极大地改善了医疗诊断。目前在图像处理中，大量的研究集中在医学图像的三维重建。研究者们已提出了诸多重建算法，在这些算法中，MC算法是面绘制中的经典算法。体绘制中最有名的则是光线投射法。在本研究中，我们借助可视化开发工具VTK完成了对MC算法和光线投射法算法的实现，并对两种方法进行比较。实验结果表明MC算法比光线投射法执行速度要快，而光线投射法显示了更好的重建效果。关键字可视化开发平台；三维重建；体绘制；面绘制ABSTRACTMEDICALIMAGESOBTAINEDBYUSINGTHREEDIMENSIONALRECONSTRUCTIONCANOFFERMOREINFORMATIONFORCLINICDIAGNOSESTHANTHOSETOMOGRAPHICIMAGESWHICHAREGENERATEDBYCT,MRI,ANDBULTRASONICINSTRUMENTSCLINICALDOCTORSCANOBSERVETHETUMORSFROMDIFFERENTANGLESTHROUGHTHETHREEDIMENSIONALRECONSTRUCTION,ANDOBTAINALOTOFVALUABLEDIAGNOSISINFORMATIONINTHISWAY,THETHREEDIMENSIONALRECONSTRUCTIONHASGREATLYIMPROVEDCLINICALDIAGNOSESTHEREFORE,ALARGENUMBEROFINVESTIGATIONSHAVEFOCUSEDONTHETHREEDIMENSIONALRECONSTRUCTIONOFMEDICALIMAGESINVESTIGATORSHAVESUGGESTEDMANYALGORITHMSONRENDERINGINTHETHREEDIMENSIONALRECONSTRUCTIONTHEMARCHINGCUBEMCALGORITHMISONEOFTHEMOSTFAMOUSSURFACERENDERINGMETHODS,WHILETHERAYCASTINGISTHEMOSTIMPORTANTVOLUMERENDERINGMETHODINTHEPRESENTSTUDY,WEACHIEVEMCANDRAYCASTINGALGORITHMSBASEDONTHETHREEDIMENSIONALVISUALIZATIONTOOLVTK,ANDOPERATECOMPARISONOFTHETWOMETHODSOURRESULTSINDICATETHATTHEMCALGORITHMPRESENTSMORERAPIDSPEEDOFEXECUTINGCOMPAREDWITHTHERAYCASTINGMETHOD,WHICHSHOWSBETTERRENDERINGEFFECTKEYWORDSVISUALDEVELOPMENTPLATFORMTHREEDIMENSIONALRECONSTRUCTIONVOLUMERENDERINGSURFACERENDERING目录第一章绪论11三维重建概述12医学图像三维重建在医疗中的应用13国内外研究现状14本课题研究的意义2第二章VTK简介及安装41VTK简介42VTK的优点43VTK的安装5第三章医学图像三维重建的绘制算法及实验81面绘制811面绘制理论基础812MARCHINGCUBES算法面绘制算法介绍92体绘制1121体绘制原理1122常见的体绘制方法介绍123总结16第四章总结与展望17参考文献18致谢19第1章绪论1三维重建概述随着上个世纪七十年代计算机断层技术COMPUTERIZEDTOMOGRAPHY，CT、核磁共振（MAGNETICRESONANCEIMAGING，MRI）等技术的广泛应用，病人病灶部位的二维图像被轻易的获取，医生通过这些图像可以对病人的病情作出分析，这使得医学诊断技术有了很大的提高和发展。这些医疗仪器所提供图像都只是二维图像，对于病灶部位信息的掌握不是很全面，很多医生只能凭借自己的经验去想象，然后对病情进行判断，这有时就给治疗病情带来了困难。在放射治疗中仅由某些二维图像进行叠加也不能得出准确的三维影像，而三维重建技术的出现弥补了这方面的不足。三维重建是利用一系列的二维图像重建成为具有直观、立体效果的三维图像。该技术为医生提供了立体真实的图像，使医生能更好更为完整的观察病灶,并且提供了很多使用传统方法所不能获得的病灶结构信息，极大的提高了医疗诊断技术的准确性。2医学图像三维重建在医疗中的应用三维重建在放射医疗、和医学科学研究等各种相关专业中都有着广泛的应用。利用射线杀死或抑制恶性肿瘤需要预先做出详细规划，包括剂量计算和照射点精确定位如果辐照定位不准或剂量不当，轻则造成治疗效果不佳，重则危及周围正常组织由CTMR图像序列重建出病变体、敏感组织、重要组织的三维模型，在手术规划中，医生可观察病变体、敏感组织、重要组织的形状、空问位置，确定科学的手术方案；在放射治疗中，根据重建组织的三维几何描述，进行射束安排，使射线照射肿瘤时不穿过敏感组织和重要组织，不伤害正常组织或对正常组织伤害尽量小，制定出最优的治疗方案12。在这个方面日本欧美等国家的研究起步较早，目前在虚拟手术技术的各个方面也都处于领先。随着计算机图形技术及虚拟仿真技术的不断发展，手术模拟系统的开发工作也取得了很大的进展。比如，模拟过程中的内脏器官实时变形模拟相关的研究；OLYMPUS光学工业株式会社正在开发的集手术计划、手术模拟、手术导航等功能于一身的成型设备，以及3DINCORPORATED开发的由CT画像自动生成三维立体图像的手术模拟系统等。3国内外研究现状据了解,国际上的很多国家都相当热衷于对科学计算可视化技术的研究。在美国和日本,科学技术可视化的研究正在国家实验室和大学中火热的进行着,甚至是在一些大公司中,都开始该项技术的研究,并且逐渐向交互控制和实时跟踪方面发展。该项技术将虚拟现实和光纤高速网等技术结合起来,加入高性能图像工作站和超级计算机部分,也是该项技术的重要发展方向。在发达国家,尤其是美国,对开发高质量的医学影像处理的软件和算法平台非常重视。国际发展进展中,三维医学影像处理系统的商品化也已经初具模型34。商品化的研发潮流中,步伐较快的己经研发出了一个独立的系统,这其中就不乏很多的例子,加拿大的ALLEGRO系统,可以根据用户的需要,与不同厂家核磁共振仪或CT扫描仪等设备相连接。美国的通用电气公司GE开发的AW40,可以基于断层序列图像进行完整的容积重建和分析。开发进展比较慢的,仅仅研发出了独立系统的一个小部分。这样的研究者例子也是数不尽数5。在国内,医学图像可视化研究方面起步很晚，发展很缓慢，和外国相比差距很大。我国学者在上世纪九十年代开始相关研究。到目前为止，创建了属于我们自己的可视人数据集，国内许多大学和研究所借鉴国外的经验，在医学图像可视化方面作了大量研究并开发了一些实验系统。如复旦大学与上海第九人民医院开发的MEDVOL三维医学影像软件，提供了二维切片三维重建，图像处理等功能；大连理工大学CADCVTK561BINCOMMONCVTK561BINUTILITIESCVTK561BINVOLUMERENDERINGCVTK561BINRENDERINGCVTK561BINCHARTSCVTK561BINGUISUPPORTMFCCVTK561BINUTILITIESVTKALGLIBCVTK561VTKINFOVISCVTK561VTKGEOVISCVTK561VTKVIEWSCVTK561VTKVOLUMERENDERINGCVTK561VTKHYBRIDCVTK561VTKWIDGETSCVTK561VTKRENDERINGCVTK561VTKCHARTSCVTK561VTKRENDERINGTESTINGCXXCVTK561VTKIOCVTK561VTKIMAGINGCVTK561VTKGRAPHICSCVTK561VTKGENERICFILTERINGCVTK561VTKFILTERINGCVTK561VTKCOMMONCVTK561VTKUTILITIESCVTK561VTKCOMMONTESTINGCXXCVTK561BINUTILITIESVTKLIBPROJ4CVTK561VTKUTILITIESVTKLIBPROJ4CVTK561BINUTILITIESDICOMPARSERCVTK561VTKUTILITIESDICOMPARSERCVTK561BINUTILITIESVTKFREETYPEINCLUDECVTK561VTKUTILITIESVTKFREETYPEINCLUDECVTK561BINUTILITIESVTKNETCDFCVTK561VTKUTILITIESVTKNETCDFCVTK561BINUTILITIESVTKEXODUS2INCLUDECVTK561VTKUTILITIESVTKEXODUS2INCLUDECVTK561BINUTILITIESMATERIALLIBRARYCVTK561VTKUTILITIESMATERIALLIBRARYCVTK561BINUTILITIESVERDICTCVTK561VTKUTILITIESVERDICTCVTK561VTKUTILITIESUTF8SOURCECVTK561VTKGUISUPPORTMFCCVTK561VTKUTILITIESVTKALGLIBCVTK561VTKUTILITIESFTGLSRCCVTK561BINUTILITIESFTGLCVTK561VTKINFOVIS在PROJECTPROPERTYPAGELINKERGENERALADDITIONALLIBRARYDIRECTORIES中添加CVTK561BINBINDEBUG在PROJECTPROPERTYPAGELINKERINPUTADDITIONALDEPENDENCIES中添加OPENGL32LIBKERNEL32LIBUSER32LIBGDI32LIBWINSPOOLLIBCOMDLG32LIBADVAPI32LIBSHELL32LIBOLE32LIBOLEAUT32LIBUUIDLIBODBC32LIBVTKCOMMONLIBVTKDICOMPARSERLIBVTKEXOIICLIBVTKEXPATLIBVTKFILTERINGLIBVTKFREETYPELIBVTKFTGLLIBVTKGENERICFILTERINGLIBVTKGRAPHICSLIBVTKHYBRIDLIBVTKIMAGINGLIBVTKIOLIBVTKJPEGLIBVTKNETCDFLIBVTKPNGLIBVTKRENDERINGLIBVTKSYSLIBVTKTIFFLIBVTKVOLUMERENDERINGLIBVTKWIDGETSLIBVTKZLIBLIBVTKMFCLIBVTKINFOVISLIB第三章医学图像三维重建的绘制算法及实验三维重建技术就是把医学图像转化为立体可视化的虚拟现实技术，医学图像原始序列经过二维预处理后，会转换为一个规则的三维体数据场，通过切割、配准等技术所得到的图像是待重建组织区域，在数据场中以体素形式记录了三维空间的分布情况。三维重建的主要任务就是要从三维空间数据场中把切割出来的部位或导入的二维图像构建出具体的三维立体模型，实现立体空间可视化、操作和测量。医学图像三维重建可以分为面绘制和体绘制两种。1面绘制面绘制是指对3D体数据按照一定的规则设定等值面阂值,根据该阅值从体数据中提取一系列表面,通过多边形进行拟合近似,最后利用图形学算法进行绘制显示。其中,等值面是指在个网格空间中由在某点上的采样值等于某定值的所有点组成的集合。因此,基于表面的三维重建是一种采用对物体表面进行拟合而忽略物体内部信息的重建方法。面绘制技术的特点是要提取出所要查看的结构的表面轮廓,把某种几何面片施加到每一轮廓点,然后除去隐藏面并进行明暗处理从而得到绘制的表面9。由于表面可以简洁地反映复杂物体的三维结构,因此在医学图像中边界面轮廓是用于描述器官的最重要特征。表面绘制法所处理的数据通常仅是整个体数据的轮廓边缘部分,并且计算机图形学多边形面片的绘制可以借助于图形硬件加速,所以其谊染速度快占用的系统资源少。此外,面绘制可以快速灵活地进行视图切换和改变光照效果,并且能够对重建后的图形进行一些特效渲染处理。因此,面绘制通常适用于绘制表面特征分明的组织和器官。面绘制技术的原理是在物体的三维空间内，把数据场均匀成许多三角形等中间几何图形，如何通过光照模型、阴影处理等技术，进行三维重建，可以使物体具有真实的三维立体感。611面绘制理论基础面绘制法的基本思想是提取感组织兴趣的表面部分，以等值面的方式抽取出来，借助计算机图形学等技术，通过运用光照效果、旋转等技术生成物体表面的三维图像，图像成像分辨率高，生成速度快，可以方便地对其进行观察和分析。特别适用于表面特征比较分明的组织，例如骨骼等，生成的图像比较清晰，可以用于计算机辅助手术、交互虚拟操作等医学应用，也可以在一定程度上代替实物模型进行展示。面绘制技术对器官表面的分割精确程度要求比较高，对于一些形状特征不明显的软组织比如血管等精细组织，三维重建后的显示效果不太好，只能显示物体的表面，内部的信息不完成，仅为一个空壳。面绘制方法在重建的时候需要耗费的硬件资源比较大，在对整个三维数据场进行逐个体素扫描的时候，会生成一个数据量很大的三角面片数组，导致生成速度较慢。面绘制的算法的分类主要基于在扫描体素时所采用的近似表面的单元不同或几何尺度的选择不同，目前有很多种算法，其中采用最多的是以三角形作为拟合单元的算法。主要算法有基于边界轮廓线的算法（断层间表面重构）；基于体素的表面绘制方法（CUBERILLE）、移动立方体算法（MARCHINGCUBES），剖分立方体算法（DIVIDINCUBES）等。其中最为常用的算法是“移动立方体算法”（MARCHINGCUBES），它提出了一种较为准确定义体素及其体素内等值面快速生成的方法，该方法在后人经过多年的研究发展，现已经成为一种很成熟的三维重建方法，应用在很多商业软件中。12MARCHINGCUBES算法面绘制算法介绍MARCHINGCUBES算法是由LORENSEN等人于1987年提出的一种基于体素的三维重建方法，其原理简单，容易实现，是至今为止最经典、最有影响力的等值面面绘制算法之一。MARCHINGCUBES的本质是先确定一个表面阈值，如何逐个扫描三维数据场里的立方体体素，计算每个体素内的梯度值，根据体素每一个顶点和等值面的相对位置，从中抽取出一个等值面，形成一个平滑的表面7。CT的图像是断层序列图片，一个标准的CT图像体数据集是由一系列的二维切片数据组成，每张切片都有尺寸大小和空间分辨率。假设有一个CT数据集，包含100张切片，每张切片的像素大小是512512，可以据此建立一个三维立体模型，在空间上建立一个连续函数F（X，Y，Z）在X，Y，Z三个方向上按一定的间隔分别采样了512，512，100次所得到的数据集。而所谓的等值面，实际上是在空间中曲面上找到一个定点值，如果它的值和指定函数F（X，Y，Z）函数值相等，标注该点，然后把点连起来，生成一个等值面。等值面提取算法的核心是要从指定的采样点中找出等值面，比较简单的方法可以采用显式的等值面提取算法，原理是先从采样点恢复出连续函数F（X，Y，Z），然后由F（X，Y，Z）和某一给定的阈值来得出等值面。这种方法的计算复杂度比较高，并且由于重建和重采样不确定所带来的误差比较大，精度难以得到保证。而MARCHINGCUBES算法采用的是隐式等值面提取方法，它直接从体数据中获取等值面的信息，用户事先设定一个阈值，即提取器官组织的密度值，然后根据体数据的信息就可以通过对比阈值提取出等值面的三角形网格表达。MARCHINGCUBES算法的过程可以描述如下（1）将三维离散规则数据场分层读入内存；（2）每次扫描两层数据，读取两张切片，形成一个结构体；（3）两张切片的8个角点构建成一个立方体；（4）将体素每个角点的函数值和给定的等值面值做比较，从左至右、从前到后的顺序处理每一层中的立方体，抽取每个立方体中的等值面；（5）然后从下到上顺序处理到N1层，至算法结束，根据各三角面片上各顶点的坐标绘制等值面。在处理每一个立方体时，它的8个顶点灰度值可以直接从输入的DICOM图像数据中获取，要抽取的等值面的阈值也已经指定。如果一个顶点的灰度值大于阈值，则把它标记为1，并把该顶点标识位于等值面之内或之上，如果一个顶点的灰度值小于阈值，则把它标记为0，并称该顶点位于等值面之外。这样在立方体内外，肯定会存在一个点的灰度值等于所设定的阈值，如果某立方体中一条边的一个顶点在等值面之内，而另一个顶点在等值面之外，那么，该边必然与所求等值面相交。根据交点可以判断出所求等值面将与哪些立方体相交，或者说将穿过哪些立方体，取出等值面，完成表面绘制。根据分析，在标记为1和0之间必然存在等值点。一个立方体有8个顶点，每个顶点有0和1两种状态，等值面的分布样式总共可能有28256种，但是立方体有旋转不变性，即旋转不影响等值面的拓扑结构，存在对称性不变性，即所有的0变为1，0变为1，等值面的连接方式不会发生改变，如果将一个立方体中其函数值大于阈值顶点所赋的0，1颠倒过来，则其生成的等值面是相同的，因此只要考虑4个及4个以下的顶点函数值大于阈值就够了，这样就将等值面分布不同情况的种类减少了一半。此外利用8个顶点中存在的旋转对称性，可将不同情况等值面分布种类作进一步组合，数目可以减少到15种其中，第CASE0种情况表示所有8个顶点的函数值均大于（或小于阈值），该立方体不与等值面相交。第CASE1种情况表示只有1个顶点的函数值大于（或小于）阈值，其余7个顶点均与其相反，因而该立方体内的等值面将是一个三角面片。依此类推可知，15种情况反映了原来的256种等值面分布情况。根据分析得出的15种基本立方体，可以建立一个查找表，表的长度为256，存储了所有情况下的等值面连接方式，此时只需分别比较一个立方体的8个顶点与阈值之间的大小关系，便可到一个0255之间的索引值，然后根据索引值查找表中的值就可以得到立方体内哪条边上存在等值点，获取到该等值点的连接方式等信息，等值点的坐标和法学量等信息，把找到的等值点连接起来便可以形成等值面，形成一个真实感的图像。利用VTK函数库编程实现基于MC算法的三维重建，重建结果如图31所示A正面图B侧面图C底面图D顶面图E背面图图31MC算法的重建结果2体绘制21体绘制原理体绘制法又称直接体绘制法DIRECTVOLUMERENDERING，是将三维空间的离散数据直接转换为二维图像而不必生成中间几何图元。体绘制的中心思想是为每一个体素指定一个不透明度OPACITY，并考虑每一个体素对光线的透射、发射和反射作用。光线的投射取决于体素的不透明度；光线的发射则取决于体素的物质度，物质度愈大，其发射光愈强；光线的反射则取决于体素所在的面与入射光的夹角关系。对于形状特征模糊不清的组织和器官进行三维显示时，适合采用体绘制方法。体绘制算法认为体数据场中每个体素都具有一定的属性透明度和光亮度，而且通过计算所有体素对光线的作用即可得到二维投影图像。透明度的引入大大增加了数据整体显示效果，通过对不同的组织分配相应的透明度，可以同时将各组织器官的质地属性、形状特征及相互之间的层次关系表现出来，体绘制可利用模糊分割的结果，甚至可不进行分割即可直接进行绘制，有利于保留三维医学图像中的细节信息。但是在原始的体绘制过程中，一般要遍历体数据场中的每一个体素，因而计算量大，图像生成速度慢，并且不能灵活的改变外部光照及视角，这样每一次变化都意味着整个绘制过程需重新开始。因此体绘制更多的受到硬件技术方向的限制，在实时显示的场合难以胜任。体绘制的算法按处理数据域的不同可分为空间域方法和变换域方法。前者是直接对原始的体数据进行处理显示；后者是将体数据变换到变换域，然后再进行处理显示10。22常见的体绘制方法介绍常见的医学图像体绘制方法有以下四种基于硬件的三维纹理映射3DTEXTUREMAPPING算法、足迹表法FOOTPRINTING、错切变形SHEARWARP算法、光线投射法RAYCASTING算法9。下面就对这些算法逐一进行分析和讨论。三维纹理映射算法最早是由TJCULLIP等在1993年提出来的,该方法大大拓展了体绘制的应用领域,推动体绘制研究的不断深入发展。首先直接将体数据场装入三维纹理内存,然后沿着视线方向生成一组与图像平面平行的等间隔裁减多边形,采用三次线性插值,建立这些多边形与三维理数据的映射关系。最后通过硬件支持的纹理混合生成绘制结果。三维纹理映射算法的绘制速度仅与体数据集的大小有关,与场景的复杂度无关,也无须生成几何模型。而且三维纹理映射算法主要的计算量都可以交给GPU负责,如三线性差值、光栅化、纹理映射和混合等操作,大大提高了绘制速度。其绘制流程如图32所示。图32三维纹理映射算法流程足迹表算法是WESTOVER首先提出的一种基于物体空间扫描的体绘制算法。其基本思想是利用足迹函数计算体数据里的每一个数据点体素对屏幕的贡献,并加以合成,形成最后的图像。与光线投射算法正好相反,抛雪球算法中不是通过屏幕发射光线穿透体数据,计体数据获取体数据分类三维纹理设置纹理坐标设置面片绘制算光线上的重采样点,然后融合确定像素颜色,而是按照从前向后或者从后向前的顺序逐层、逐行、逐个地计算每个重采样点对屏幕像素的贡献,并加以合成形成最后图像。错切变形算法它采用一种关于体素和图像的编码方案，在遍历体素和图像的同时可以略去不透明的图像区域和透明的体素。在预处理时，体素经过不透明度初分类，再按行程长度编码，然后用类似于光线投射法的方法进行绘制。其绘制过程可简化为通过错切出适当的编码体素使光线正交于所有的体素层，利用双线性插值在遍历的体素层内得到它们的采样值，再通过变形将体素平行于基准平面的图像转换为屏幕图像。错切变形算法中，体素行程是按不透明度的初分类进行RLE编码的，这需要在三个主视方向上构造出独立的编码体素。因为采样插值仅仅出现在错切出的体素层，因此直接体绘制积分的间距是与视相关的，且不能任意改变来满足沿射线进行密集采样，否则在非主视方向上可能不能遵守采样定理，特别是在视域的分辨率高于体素分辨率时，会导致所绘制的图像品质明显下降。由于在错切空间中视线方向与数据场切片垂直,因而三维空间的重采样过程转化为二维平面的重采样过程,大大减少了重采样的计算量,使得体绘制效率得到了大幅度提高。该算法将三维数据场的投影变换分解为三维数据场的错切变换和二维图像的变形。中心思想是首先将三维离散数据场变换到一个中间坐标系,在此坐标系中,观察方向与坐标系的一个轴平行,如Z轴以简化三维数据场从物体空间到图像平面的投影过程。这个中间坐标系称为错切物体空间。但是这个中间坐标系中的图像平面并不是所定义的图像平面,而仅是中间图像,还需要进行一次二维图像变换,才能得到最终图像。光线投射算法是一种基于空间图像序列的经典直接体绘制算法,由玩LEVOY提出。算法实现体绘制的过程中,从图像的每一个像素,沿固定的视线方向发射一条光线,光线在整个图像序列数据场中穿过,并且对数据场进行采样以获取颜色信息,同时根据光线吸收模型对颜色值进行累加,直至光线从数据场中穿出,最后得到的颜色值就是渲染图像的颜色。光线投射算法并不关心重建物体的几何结构,只需利用三维数据实现三维重建,极大的解决了面绘制的局限性,并且这种算法还可以得到薄壳的投影,这是面绘制技术所不能实现的。此外,在医学图像中,有些数据是从液体以及其他的半透明物体中产生的,光线投射算法的光线透射模型能够很好的将这一性质模拟出来。光线投射算法通过将每个体素都看成能够透射、发射和反射光线的粒子,构造出理想化的物理视觉模型,然后在光照模型中,依据体素的物质属性得到它们的颜色值和不透明度值,并沿视线的观察方向进行重采样,最后在二维图像上形成具有半透明效果的实体。光线投射算法的实现过程是空间数据场的每个像素沿着固定的视线方向发出一条射线,此射线穿过整个数据场,按一定的步长进行采样,并通过内插计算设置每个采样点的颜色值和不透明度值,然后,按照由前向后或由后向前的方向,计算采样点上累计的颜色值和不透明度值,直到光线被完全吸收或穿透物体11。光线投射法流程图如下图33光线投射法的流程框图三维纹理映射算法是在纹理空间中实现重采样、分类植染和图像合成,而且这些操作均由硬件完成,大大提高了运算速度。足迹表算法只投射和显示与图像相关的体素,可以大大减少内存需求。但当观察方向发生变化时,要重新计算重构函数空间卷积域在平面上的投影区域,并且要对每个体素再一次进行旋转和比例变换,使计算量变大。错切变形算法将三维空间的重采样过程转化为二维平面的重采样过程,大大减少了计算量,提高了绘制速度。但该算法存在的主要问题是二维数据场的数据在向中间坐标系变换时,观察方向必须与二维坐标系中的某一轴重合,否则它的优点不复存在。光线投射算法在这几种体绘制算法中所绘制的图像质量最高,有利于保留图像细节,帮助医生做出更精确的诊断。而且此算法也适合并行操作。所以利用光线投射法进行三维重建，结果如图34和35所示。三维空间数据场数据读取与预处理给数据点赋颜色值给数据点赋不透明值发出射线并重采样发出射线并重采样各采样点颜色值采样点不透明值每条射线图像合成综合各射线图像合成A红色B灰色C蓝色D绿色E黄色F黑色图34颜色调节的结果（A）（B）图35透明度调节的结果3总结根据以上实验得出结论MC算法图像效果比较高，技术运算量少，所需要的计算机硬件资源比较少，重建速度较快,可以在普通的个人计算机上实现三维重建，相比之下，体绘制的光线投射法运算量较大，需要的硬件资源比较高,重建的速度比MC较慢，我本人的电脑是AMDATHLON双核、主频16GHZ，进行面绘制处理时，运行相当缓慢。MC算法绘制出的物体表面，显示出来的组织间界面比较明显，而光线投射法不仅能展示物体表面的部分，还能将组织内部丰富的细节表现出来，给医生观察内部结构带来很大的方便。因此在实际应用中，体绘制处理的图像更会受到医生的青睐。第四章总结与展望计算机图形图像技术为单调的二维医学影像增添了更具可视化效果的三维模型，有效地利用了影像信息，不仅给医生诊断带来了便利，也为医学可视化的发展奠定了基础，在此基础之上可以进行例如虚拟内窥镜、虚拟手术、甚至更具挑