[发明专利]基于AIF的三角形网格切割重建方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种计算机应用技术领域的图像重建方法，具体是一种基于AIF的三角形网格切割重建方法。

背景技术

近年来，随着医学成像技术的发展，计算机虚拟现实技术在医学中的应用得到了飞速的发展。计算机利用这些图像信息进行三维图像重建，为外科医生进行手术模拟、手术导航、手术定位、制定手术方案提供了客观、准确、直观、科学的手段。同时，由于这些图像信息具有准确性和可靠性，故被广泛应用于医疗机器人系统，进而使微创手术也得到了快速的发展。与之密切相关的计算机辅助系统，是一种具有大量数据信息的高速处理及控制能力，通过虚拟的手术环境从技术上提供支援，使手术更安全、更准确的一门新技术。可以认为计算机辅助手术系统是应用在医学领域的虚拟现实技术的一部分，并且在微创性和精准性上给医疗水平带来了相当的提升。

基于三维模型的切割技术是计算机辅助手术系统中最为基础的交互式操作，尤其是基于表面重建的三维网格模型切割技术，由于其结果的精确性、可测量性和绘制的真实性，从而成为国内外科学研究与应用领域的热点。在基于三角形网格模型的切割技术中，切割路径定义后的网格重建是最终切割体形成的主要步骤。因此高效准确地实现沿切割路径的网格重建方法既是三维交互式切割的技术关键，同样也是计算机辅助手术系统得以实现的关键之一。

AIF是Frutuoso等人于2003年提出的一种邻接入射框架结构，它是通过构建多边形之间的邻接入射关系，来记录多边形网格拓扑结构的数据结构。主要应用于多边形网格简化，多分辨率多边形绘制等算法中，具有高效通用等特性。较之一般的算法结构，AIF可以快速而高效地实现创建、搜索和网格重建。切割算法的目的是改变三角形的连接关系，创建新的网格结构，而在算法的实现过程中，本质是在对三角形网格的拓扑结构进行更改，如果基于传统的顶点索引结构来实现多边形网格在切割过程中的删除、添加与修改则需要修改整体数据，尤其是随着三角形片数的增加，十分耗费时间。而将AIF应用于此，则可以充分发挥其算法特点，高效地完成局部网格的重建计算。

经对现有技术的文献检索发现，布雷克成像有限公司的专利《在网格表面和立体对象上产生和测量表面线的系统和方法以及网格分割技术(“曲线测量”)》，专利(申请)号：200580040444.7，提出了建立一种新的三角形网格数据结构，并且利用此结构和定义的切割路径实现了网格切割重建。其不足之处在于切割实现必须基于闭合或者通过边界的切割曲线，且用于切割所构建的三维模型结构存储冗余度较大，查询、修改运算较为复杂。

发明内容

本发明目的是针对现有技术的不足，提出一种基于AIF的三角形网格切割重建方法，解决了大数据量三角形网格模型在切割路径定义后网格重建速度慢的问题。本发明首先实现完全和不完全切割的网格重建，即允许切割路径的起点和终点不重合或者不在曲面的边界上，具有更大的通用性；另外，充分发挥了AIF结构的存储精简性，通过有限的模式定义并利用其AIF结构简便的查询方法则可以较为快速地实现切割路径定义后的网格重建，构造新的切割体部分。

本发明是通过以下技术方案实现的，首先将传统的三角形三维网格模型数据表现形式转化为具有邻接入射关系的AIF数据结构形式，并进一步对该形式的数据进行网格模型重建处理。在处理的过程中，先将切割路径经过的三角形网格模式化分类，然后根据分类的结果再进行快速的AIF结构查询和修改，最终获得全新的切分后网格数据，实现切割体的网格重建。

所述把传统的三角形三维网格模型数据表现形式转化为具有邻接入射关系的AIF数据结构形式，具体步骤为：

首先获取原始的三角形网格模型数据，其存储的形式为一个含有所有顶点坐标的一维数组以及一个含有所有三角形面片的顶点索引的一维数组；

然后根据三角形每一个顶点建立一个相应的顶点AIFVertex对象，其数据内容为顶点三维坐标，顶点的法方向坐标，顶点为端点的所有边对象列表，即入射于该顶点的所有边对象列表，根据原始数据，可以填写每一个顶点AIFVertex对象的三维坐标以及法方向坐标；