[发明专利]基于逆速度位移场的体数据变形及可视化方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种数据可视化技术领域的方法，具体是一种基于逆速度位移场的体数据多步变形操作及可视化方法。

背景技术

自从美国政府于上个世纪八十年代末期设立了“Visualization in Scientificcomputing”自然科学基金以来，体数据可视化技术一直是研究热点，在医学诊断、手术计划、地质勘探和天气预报等方面，正在扮演着越来越重要的作用。体数据可视化的目的是实现快速、准确、全面的体数据理解。它是运用计算机图形学和图像处理技术，将抽象数据表示成具体的图像，使研究者通过视觉感知实现对现象、过程和物理量的理解，使用户看见原本不能看见的东西。体数据理解不仅包括体数据整体结构的认知，而且也包括体数据内复杂结构间几何关系的认知。过去的技术更多的集中于传递函数设计的研究与实时可视化研究，以更快地实现对体数据整体结构的认知，而对体数据几何关系的认知研究比较少。变形操作是实现体数据中复杂结构间几何关系认知非常重要的手段和方法。因此，基于多步变形操作的体数据可视化方法有助于提高体数据理解的准确性和全面性。

经对现有技术文献的检索发现，M.J.McGuffin等在《Proceeding of IEEEVisualization 2003》上发表的“Using deformations for browsing volumetric data”(M.J.McGuffin，L.Tancau，and R.Balakrishnan采用变形技术浏览体数据电气与电子工程协会可视化会议2003)中，在设计了一系列体数据操作插件的基础上，通过前向映射法实现了体数据的多步操作，但是由于其使用体素直接作为绘制单元，使得变形后的体数据绘制质量很差；C.Correa等在《IEEE Transactionon Visualization and Computer Graphics》VOL 12，N0.5.2006上发表的“Featurealigned volume manipulation for illustration and visualization”(C.Correa，D.Silverand M.Chen.针对解释和可视化的特征一致体数据操作，电气与电子工程师协会学报(可视化与计算机图形学VOL 12，N0.5.2006)中，通过采用逆向位移场表达非连续变形，提高了体数据非连续变形操作的绘制质量，但其不能实现体数据的多步变形操作。因此，这两种方法都不能有效的通过变形操作揭示体数据内复杂结构间关系。

发明内容

针对Correa等基于逆向位移场的方法不能实现体数据多步变形操作这一缺陷，本发明提出了基于逆速度位移场的体数据多步变形操作及可视化方法。一方面通过把多步变形操作一般化为两步变形操作，实现了体数据的变形操作；另一方面在位移场的重建过程中，保持了逆向位移场的一阶连续性(把这种保持了一阶连续的逆向位移场称为逆速度位移场)，因此保证了变形后体数据的绘制质量。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

引入逆速度位移场V′描述已经发生过的变形操作，建立体数据变形操作模型，从而将多步变形操作描述为正要进行的变形操作V″(由变形模板表示变形操作V″)和已经发生过的变形操作V′叠加的两步操作。体数据的操作流程主要包括：场景初始化、特征体数据重建、特征场数据重建、变形模板选择和几何变换、变形体数据的绘制、逆速度位移场的更新。

对场景进行初始化：确定体数据V、逆速度位移场V′和变形模板V″的几何关系，初始化特征场数据F_F、特征体数据F_V和逆速度位移场V′。逆速度位移场V′由保持一阶连续且表示逆向位移的向量场D_F和表达非连续变形的标量场α_F组成；变形模板V″是根据常用的变形操作设计的位移场，也由逆向位移向量场D_T和标准场α_T组成。