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交互式空间物体三维测量方法的研究与实现

李燕  
【摘要】: 三维测量技术在机器视觉、实物仿形及生物医学等众多领域都具有广泛的工程应用前景。但利用传统的测量方法,许多三维测量工作仅能依靠一些简单的手工操作进行估算,如在医学领域需要完成的二尖瓣面积、正常眼眶实际形状、大小以及肿瘤体积等复杂三维测量工作都是如此。计算机图形学技术的发展使我们可以在计算机中观察复杂物体,这为在计算机中完成三维测量提供了前提条件。在计算机中完成三维物体的测量,可以实现许多传统方法无法完成的复杂测量工作或使原来极为繁琐的测量工作变得简洁。生物组织的形态在三维物体中最为复杂,而对其进行三维测量在医学领域有着极为重要的现实意义,因此本文重点研究了利用计算机技术进行生物组织三维测量的方法。 本文使用图像恢复、图像校正、图像分割技术对二维CT断层图像的质量进行改善;使用边缘提取、三角剖分技术完成被测物体的三维建模;最后结合OpenGL图形库实现了被测物体的三维可视化。 本文详细研究了三维观察的具体过程,推导了三维物体世界坐标系和设备(屏幕)坐标系之间的转换关系,为三维交互技术的实现和三维测量结果的真实化奠定了基础。本文使用三维跟踪球技术实现对被测物体的交互旋转功能,使用平行透视下的拾取机制实现被测物体上特征点的选取,完成了三维交互设计。 三维测量主要包括空间两点间距离的测量和空间不规则物体表面积、体积的测量。空间两点间距离测量又可分为空间任意两点间直、曲线距离的测量和三维空间的深度测量。 本文提出了一种沿法线方向的三维深度测量方法,将其应用于面部软组织厚度信息的测量,与原来的方法相比提高了测量精度。并在计算过程中提出了一种基于坐标旋转的方法,将计算中所涉及的三维信息转化为二维信息,降低了计算复杂度。 本文在实现空间两点间曲线距离的测量时,设计了一种新的数据存贮结构,解决了杂乱交点的排序这一难题,提高了测量速度。并在具体计算时,采用三次样条曲线代替轮廓线,提高了曲线长度的计算精度。 最后,结合本研究所进行的颅骨面貌复原、颅像重合、三维立体适形放 疗计划等研究课题,采用面向对象的软件开发方法建立了一个数字化颅面三 维测量系统,完成了面部软组织厚度、面部距离特征和肿瘤表面积及体积的 测量工作,取得了良好的效果。


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