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随着三维成像技术在医学领域的应用和发展,三维网格已经成为了研究的热点和焦点。它广泛应用于医学图像三维重建、人体组织器官的模拟与仿真、有限元计算等各个方向。断层数据是生物医学领域的主要数据类型,本文对基于断层数据的网格生成技术展开了研究。网格生成技术包含了几个重要过程:单一物质条件下表面网格和体网格的生成,多种物质条件下的表面网格和体网格的生成,表面网格光顺平滑,表面网格简化等。
本文对传统的三维重建算法MC(Marching Cubes)算法和MT(Marching Tetrahedral)算法进行了分析和比较,提出了一种四面体填充空间的新算法。对传统的MT算法进行优化,在此基础之上完成了对单一物质结构物体表面网格和体网格的剖分。算法继承了传统MT算法的优势,充分利用了医学影像数据的数据结构特征,实验结果表明,该算法使得面网格和体网格数目明显减少,计算量大大降低,网格质量得到提升。
在单一物质结构网格生成技术研究的基础之上,本文对多种物质结构领域中的网格生成技术进行了探讨。文章将四面体填充空间算法应用到多种物质结构领域,对MMT算法进行了改进,在此基础上完成了体网格和面网格的生成。该算法首先将待剖分空间用四面体填充,对每个四面体的顶点状态进行分类讨论,共分成四种剖分类型,每种类型对应一种剖分方式,从而完成了多种物质结构的网格剖分。算法无需对图像进行分割,通过一次扫描即可完成三维表面网格和体网格的剖分,快速有效。
由于通过改进MT算法或MMT算法生成的表面网格存在着失真和噪声,因此本文应用网格双边滤波器算法对三角形网格进行了光顺,起到了很好的应用效果。对于体网格,文章定义了平滑失真系数SDF,通过调整SDF讨论体网格质量。
文章最后对网格简化进行了探讨,并采用二次误差测度的边折叠方法实现了三角网格的简化操作,既克服了三角形网格数目众多对计算速度的影响,又极大保持了网格的真实度,更利于网格的应用研究。