文档介绍：硕士学位论文
多模态虚拟心脏可视化方法研究
RESEARCH ON MULTIMODAL VISUALIZATION
OF HEART
神方舟
哈尔滨工业大学
2012 年 6 月
国内图书分类号: 学校代码:10213
国际图书分类号: 密级:公开
工学硕士学位论文
多模态虚拟心脏可视化方法研究
硕士研究生: 神方舟
导师: 王宽全教授
申请学位: 工学硕士
学科: 计算机科学与技术
所在单位: 计算机科学与技术学院
答辩日期: 2012 年 6 月
授予学位单位: 哈尔滨工业大学
Classified Index:
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Dissertation for the Master Degree in Engineering
RESEARCH ON MULTIMODAL VISUALIZATION
OF HEART
Candidate: Shen Fangzhou
Supervisor: Prof. Wang Kuanquan
Academic Degree Applied for: Master of Engineering
Speciality: Computer Science and Technology
Affiliation: School puter Science and
Technology
Date of Defence: June, 2012
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
摘要
心脏的收缩和舒张为人体的血液循环提供动力,是人体的动力之源,然而
心血管疾病一直威胁着人类的健康。由于临床医学对人体心脏的研究成本高、
效率低,虚拟心脏的研究得以迅速发展。当前虚拟心脏的研究主要集中于心脏
解剖数据的可视化和心脏电生理原理的建模仿真两个方面。
用体绘制技术对心脏解剖数据进行可视化,由于心脏解剖数据的数据量大,
基于 CPU 的体绘制可视化绘制速度慢,无法实现用户的实时交互。GPU 相对
于 CPU 具有更多的 ALU 且实现图形图像基本操作,使 GPU 在图形图像处理上
比 CPU 更快。本文实现了基于 GPU 的光线投射算法进行心脏解剖数据的体绘
制可视化,绘制速度快且可实现实时交互。
为了使心脏解剖数据的可视化渲染结果中心脏组织分明,本文提出了基于
一维直方图的传递函数设计,并在基于一维直方图的传递函数基础上进行不透
明度的调节以观察到心脏内部的微小组织。为了清晰的观察到心脏的组织边界
及心脏轮廓,本文提出了基于灰度值和梯度值的二维直方图传递函数设计。为
了提取心脏各个组织的边界,本文提出了基于均值和标准差的传递函数设计。
四维可视化是当前科学计算可视化领域的研究难点,本文针对心脏电生理
四维数据的特点,首先使用基于时间直方图的划分将心脏电生理四维数据划分
到不同的时间段,然后为每个时间段设计自适应的传递函数,并改进基于 GPU
的光线投射算法用于四维可视化,可视化渲染结果证明本文提出的方法可以在
各个时间段内都显示出心脏电生理变化的更多细节。
为了更全面、客观的观察和认识心脏,本文从光线投射算法的数据流变化
出发,将多模态可视化融合划分为物质属性融合、光学属性融合和图像融合,
将划分后的融合框架应用到心脏解剖数据及其边界的融合可视化、心脏解剖数
据和心脏电生理数据的融合可视化之中,通过多模态融合可视化,可以更加客
观、全面的了解和认识心脏的组织结构和电生理原理。
关键词:体绘制;GPU;光线投射;传递函数;四维可视化;多模态可视化
-I-
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
Abstract
Contraction and relaxation of the heart which provide the impetus for the
body's blood circulation is the body's source of power. However, cardiovascular
diseases have been the threat to heal