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基于VTK的可视化技术研究与实现

作　者: 石玉
导　师: 李昌华
学　校: 西安建筑科技大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 科学计算可视化 VTK 体绘制技术封装可视化系统
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 540次
引　用: 7次
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内容摘要

科学计算可视化(Visualization in Scientific Computing)是基于日趋成熟的图形学的图像处理技术,它充分发挥人的视觉潜力,以图形、图像及动画等视觉表现形式展现计算与数据的本质,并允许与计算和数据进行交互。目前,国内外推出了许多优秀的可视化软件,其中可视化工具包(VTK Visualization ToolKit)以其强大的功能、方便的使用以及源码开放等特点受到了许多研究人员和组织机构的重视。它将可视化开发过程中经常遇到的细节屏蔽起来,将许多常用的可视化算法用面向对象的方法进行封装,为研究人员提供了极大的便利。本文首先对VTK类库进行了系统的研究,分析了其框架结构,对象模型,并深入研究了VTK库中各类的方法和接口设计及各类的集成机制。在此基础上,依照VTK类库中的一些已有类,设计编写了一个对DICOM文件的读取显示类CVTK,根据面向对象的设计方法对其进行了封装实现,为VTK类库的扩充提供了方法。其次,介绍了可视化技术的两类基本算法,面绘制算法和直接体绘制算法,重点介绍了直接体绘制技术,系统论述了该算法的基本思想,研究其实现的关键技术,分析了体绘制的四种典型算法,以VTK为技术平台,对光线投射算法进行实现。本文最后,在现有研究的基础上,设计实现了一个医学图像三维可视化系统。该系统实现了对DICOM图像的批量读取,图像的滤波等预处理,图像的三维重建,人机交互等功能,具有一定的实用价值,并为后续研发提供了实践基础。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
1 绪论  8-16
  1.1 科学计算可视化  8-12
    1.1.1 科学计算可视化的背景  8-9
    1.1.2 科学计算可视化的含义和过程  9
    1.1.3 科学计算可视化的研究内容及应用  9-11
    1.1.4 国内外研究现状  11-12
  1.2 可视化工具VTK介绍  12-13
  1.3 论文的工作和各章节安排  13-16
2 可视化工具VTK  16-24
  2.1 VTK的概述  16
  2.2 VTK的系统架构  16-22
    2.2.1 VTK的层次结构  16-17
    2.2.2 VTK的功能分类  17-18
    2.2.3 VTK的对象模型  18-22
  2.3 VTK的绘制过程  22-23
  2.4 小结  23-24
3 三维数据场的可视化算法  24-40
  3.1 三维数据场的可视化算法概述  24-25
    3.1.1 面绘制算法  24
    3.1.2 体绘制算法  24-25
  3.2 直接体绘制技术  25-30
    3.2.1 体绘制的基本原理及过程  25
    3.2.2 体绘制实现的关键技术  25-30
  3.3 体绘制算法  30-38
    3.3.1 算法概述  30-31
    3.3.2 体绘制典型算法  31-34
    3.3.3 光线投射算法在VTK中的实现  34-38
  3.4 小结  38-40
4 基于VTK的DICOM读取类的封装实现  40-52
  4.1 面向对象的设计方法  40-41
  4.2 DICOM3.0标准  41-43
    4.2.1 DICOM3.0标准概述  41
    4.2.2 DICOM标准的组织层次  41-42
    4.2.3 DICOM文件结构  42-43
  4.3 CVTK类  43-48
    4.3.1 VTK类的介绍  43-45
    4.3.2 CVTK类的成员函数  45-48
  4.4 类的封装实现  48-51
  4.5 小结  51-52
5 DICOM格式的医学图像可视化系统  52-62
  5.1 系统概述  52
  5.2 系统各功能模块设计与实现  52-61
    5.2.1 文件输入模块  53
    5.2.2 图像预处理模块  53-57
    5.2.3 图像三维重建模块  57-60
    5.2.4 交互显示模块  60-61
  5.3 小结  61-62
6 总结与展望  62-64
致谢  64-66
参考文献  66-69
攻读硕士期间发表的论文  69

基于VTK的可视化技术研究与实现

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