【摘 要】
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计算机仿真技术因其直观、可交互的特点而被广泛地运用于医学仿真中。红细胞是人体内运输物质和能量的媒介,诸多病变都能经由红细胞的形态变化体现,因此对红细胞形态变化的研
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计算机仿真技术因其直观、可交互的特点而被广泛地运用于医学仿真中。红细胞是人体内运输物质和能量的媒介,诸多病变都能经由红细胞的形态变化体现,因此对红细胞形态变化的研究是基础医学的重要部分。为更精准地对红细胞的流动形态变化进行深入探究,需对其进行仿真。以往的仿真方法大多集中于建立细胞的静态模型,缺乏流动过程的动态观感。传统红细胞动态流动的仿真研究也大多将重点放在对血浆运动的模拟上。然而在医学研究中,不仅需要研究红细胞在整体上的运动形态,还需研究单个红细胞形态的变化过程。为满足这一要求,引入动态纹理技术,以实现对红细胞流动过程更具真实性的仿真。本篇论文对红细胞流动仿真相关方法进行研究,致力于实现具有真实感和实时性的红细胞流动仿真。为此本文以下述方面作为切入点开展相关工作。一、研究常态与非常态下红细胞形态的变化:对红细胞相关数据进行预处理,建立各情况下包含了形变相关信息的红细胞静态模型。之后采用泊肃叶方程对血液流动过程进行表述,并利用玻尔兹曼方法对其进行计算,得到流体的运动速度,从而确定红细胞在各时间点的位置信息,实现不同情况下红细胞流动样本序列的构建。二、由于红细胞流动在大体上能够呈现出一定的规律性,因此采用动态纹理技术实现对既有流动序列在空间范围上的拓展:对于输入序列,通过匈牙利算法实现对应输入输出的匹配,并利用K 一致性算法减少匹配时间,提升合成的效率。对匹配结果,利用最小二乘法进行求解,得到最佳结果。最后在空间域上实现了从小范围样本序列到大范围流动形态的拓展。三、针对上述方法无法对时间域进行拓展的缺陷,提出一种基于纹理基元的动态序列合成算法:将序列分解为纹理基元,得到其对应的统计分布特性,再将其按照统计分布特性进行合成。针对合成过程中存在的帧之间过渡不自然以及噪声累加等问题,提出了基于动态规划的约束路径算法以及基于约束添加的过渡帧合成。该方法在减少噪声累计,从而避免失真现象的同时实现了序列的视觉平滑效果,解决了传统仿真方法在视觉上的跃变现象,增强了结果的真实感。最后,建立红细胞流动形态仿真系统。实验结果表明,本文方法能实现输入样本在空间域的拓展,对于时间域而言,由于输入样本的规律性存在差异,导致拓展所得的帧长度也有差异,但最终都能实现在时间上的拓展。最终合成的结果具有真实性及实时性,仿真效果良好。
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