虚拟内窥镜技术是随着计算机图形学、图像处理、医学可视化和虚拟现实等学科的发展而逐步形成的一种独特的技术。它克服了传统内窥镜需要插入人体体内的缺点,是一种完全无接触式的检查方法。 本文对虚拟内窥镜的起源、原理、优点、发展、应用作了一个较为全面的综述,介绍了虚拟内窥镜系统的技术组成。在此基础上,对部分关键技术进行了研究和探索。 Marching Cubes是三维表面重建的经典算法。本文详细阐述了该算法的原理和过程,并应用扩展的Marching Cubes算法解决了二义性问题。为了提高算法的效率,本文在区域增长的基础上,设计了一张邻接共用表,提出了一种优化方法,避免了对空体素的不必要检测和相邻体素共用等值点的重复计算。由于Marching Cubes算法抽取等值面构建的表面模型所包含的三角面片数量巨大,难以实现实时绘制显示。本文采用基于顶点删除的网格简化算法。运行实例表明,三角面片大量化简后,依然能保持原模型的特征和较好的视觉效果。 在路径规划方面,深入研究了拓扑细化算法,在事先建立查找表思想的基础上,提出了一种结合最小堆和区域增长的快速中心路径抽取算法。为了保持漫游过程中的连续性,用Cardinal三次样条曲线对中心路径进行了平滑处理。 在导航交互方面,用虚拟探头来模拟传统内窥镜的各种行为,实现了人工、自动和交互三种漫游方式。为了逼真地模拟用传统内窥镜进行医疗检查时的一些约束,利用抽取中心路径时得到的各体素点距器官表面的距离值,提出了一种简单、快速、有效的表面碰撞检测方法。