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1、利用Visible Human ProjectVHP数据集建造虚拟人体Abstrat:ThispaperdesribesreentresearhnbuildingvitualbdyusingVisibleHuanPrjetdataset.Thisrkpletedinludesbdyvluerenderandaniatin,sagittalandrnalrenstrutin.SftareenvirnentusedindevelpentisAdvanedVisualSystesAVS.摘要：本课题利用VHP数据集完成虚拟人体建造的初步开发。包括三维虚拟人体全身外表体积重构,矢状面重构和冠状面重构的
2、图谱集建立以及体表重构的动画制作。本课题应用的软件开发环境为高级可视化系统AVS。关键词：图像处理3D重构虚拟人体VHP数据集前言现代医学非常重视可视化信息。现代医学的实验起源于解剖学。近年来已开场出版基于照片的解剖图譜。100年前德国人伦琴发现X射线，由此创始了医学放射学的先河。七十年代英国人汉斯菲尔德创造计算机层面照相术T，使得X线可以观察到人体的软组织，引起放射学的一场革命。不久前，磁共振成像术RI、正电子发射层面照相术PET相继问世,从而计算机图像处理技术与医学进一步严密结合，使得医学步入崭新的可视化时代。当我们跨入廿一世纪以后，医学可视化将获得更加辉煌的开展。一、医学可视化的跨世纪开
3、发工程-可视化人体1989年美国国立医学图书馆NL建立了采集人体横断面T、RI和组织学数据的工程，其目的是为利用计算机图像重构技术建造虚拟人体作准备，工程名称为VisibleHuanPrjetVHP，即可视化人体。该工程由科罗拉多大学承当施行，并成立了尸体选择委员会。分别于1991年和1994年选择了男女各一个活体。男的身高1.82米，女的身高1.54米。在他们死后，立即用T和RI作了轴向扫描，男的间距1毫米，女的间距0.3毫米。然后将尸体填充蓝色乳胶并裹以明胶后冰冻至摄氏零下80度。再以同样的间距对尸体作组织切片的数码相机摄影。所得数据共56GB男13Gb，女43GB。这些数据称为Visib
4、leHuan数据集。VisibleHuan工程的立项、施行和开发具有划时代的意义。它标志着现代医学的开展离不开计算机高科技。这样的数据集在医学史上是首创。它改变了医学可视化的形式。VHP数据集的出现为计算机图像处理和虚拟现实进入医学敞开了大门。它使走向成熟的三维重构图像处理技术以空前的速度普及。利用这个数据集可以创立虚拟解剖学、横断面解剖学、纵剖面解剖学、斜剖面解剖学。所以，VisibleHuan工程是信息技术和医学结合的创新工程的出色范例。由于图像重构要消耗大量计算机资源，许多复杂的图像处理研究要在巨型机或图形工作站上进展。近年来高档P开展迅速，Pentiu-III500以上的高速机型正在推
5、向市场，内存可以到达1GB以上。因此，利用P处理虚拟人体三维重构和动画制作的可能性越来越大。二、VHP数据集国际开发成果VisibleHuan数据集已经成为可以购置的产品，也可以通过订立合同从Internet下载。除了美国国立医学图书馆以外，还在意大利、日本和新加坡建立镜相站点。这样，VHP数据集就成为全世界医学界的共同财富。哈佛大学、斯坦福大学、罗耶尔大学、科罗拉多大学、华盛顿大学、德国汉堡大学、日本、澳大利亚、新加坡等都在利用VisibleHuan数据集进展开发。图1是华盛顿大学利用VHP数据集完成的腿部重构的例子。首都医科大学已开场和美国国立医学图书馆进展这方面的合作。作为Visible
6、Huan开发经历的学术交流，已经召开了两次国际会议。德国汉堡大学利用体素技术开发了Vxelan工程。它利用VisibleHuan数据集和自身获得的数据开发了可以对人体作任意三维重构的系统。这个工程的开发坚持从计算机图像处理方法学高起点研究作为基矗逐渐形成教学层和商品化产品层的多维开发构造。利用三维重构技术，人类第一次可以利用数字化数据集创作出虚拟人体标本。它的保存不受时间和空间的限制。他们利用VisibleHuan数据集制作的三维体表重构。它等于是剥离了皮肤的人体，肌肉纹理重构非常明晰。图2是Vxelan工程中重构的头部例子。三、本课题对VHP数据集的初步开发和工作环境本课题的目的是进展VHP
7、数据集的实验性开发。根底数据来自VHP数据集的压缩光盘VisibleHuanD。该光盘还包括一个高级VHP数据图形阅读器。图3和图4是VHP数据集中组织学切片和RI扫描的例子。本课题所用的软件环境是高级可视化软件系统AVSAdvanedVisualSystes。它的功能非常强大，既是一个多维可视化环境，也是开发平台。我们将在本文的第段进展详细的介绍。本课题所用的硬件环境是PII450、内存256B的P机。图3图4四、高级可视化开发环境AVS高级可视化软件系统AVSAdvanedVisualSystes是面向对象的、可视的开发工具，可以建立可重复使用的对象，应用程序组件和复杂的数据可视化应用程序
8、。AVS支持多种操作系统，包括各种UNIX平台和inds98/NT。其P硬件要求64B以上内存。AVS是开放式开发环境，既可以利用AVS本身提供的功能进展开发，也可以由使用者按照自己的需要进展扩大。1AVS的主界面，如图5所示图5AVS有三种使用方法，分别是网络编辑器NetrkEditr的流程图方式、VP和V脚本语言以及API编程。在本课题中，我们使用网络编辑器的流程图方式。它使我们能利用AVS提供的现成模块，以类似“搭积木的方式进展应用程序开发。如图5所示为网络编辑器NetrkEditr的主界面，它包括菜单、模板库和用户编程库。模板库主要包括数百个预制的模块，这些模块可在NE中非常方便的使用
9、。AVS将这些模块按功能组织成软件包Kits，在AVS/Express中共有以下几个软件包：图形显示软件包GDK,数据可视化软件包DVK,标注和二维图形软件包AGK,数据库软件包DBK,用户界面接口软件包UIK等等。为了便于使用，NE将这些模块组织成模板库页。模板库页中包含了所有模块。主ain库页中包含了我们最经常可能使用的模块，其次是附件Aessry库页，等等。主ain库页中包含数据输入输出DataI，过滤器Filters，映射器appers,几何体Geetries,域映射器Fieldappers,显示器Vieers等子库。网络编辑器是AVS/Express软件和用户之间的主要接口。它是可视
10、的开发环境，通过鼠标驱动操作来连接、定义、装配和管理对象。AVS/Express的可视化应用程序提供了数百个预定义的应用程序组件来处理、显示和管理数据。我们在网络编辑器中连接、装配对象和应用程序组件控制数据，并对它们进展处理和显示。也可以对这些对象进展编译和打包，甚至添加一个用户接口以创立一个完好的应用程序，这个应用程序可以作为一个独立存在的应用程序被分发。2可视化程序设计AVS将其强大的功能构筑成流程图逻辑。在AVS/Express软件的可视化快速编程环境的网络编辑器中，我们可以用交互方式、非常容易地快速生成自己的可视化应用程序。AVS以流程图方式显示使用者的应用程序构造，可以在其中图形式地
11、连接对象，调用模块，从而组建一个可视化网络。网络可以做为一个应用程序或对象被保存、重复使用或修改，从而大大进步了开发应用程序的工作效率。我们在网络编辑器的开发环境中，可以利用鼠标拖动和投放灵敏地建造流程图，如图6所示。五、利用VHP数据集和AVS可视化软件建造虚拟人体1AVS数据文件的生成本课题的困难之处在于，VHP数据集非常庞大。所采用的男性数据为13GB。假如要构造全身，就要对全部数据进展处理。要求很大的内存容量以及庞大的硬盘，也需要比拟长的PU处理时间。在美国这种工作往往是在巨型机ray-1上进展的。AVS/Express软件的出现，使我们对计算机的要求大大降低。我们如今甚至可以在普通的
12、p机上完成这项工作。AVS的数据可视化软件包中几乎所有模块都对AVS的域数据构造进展处理，所以使用AVS/Express重构虚拟人体的第一步就是将我们的数据转换成AVS域数据构造。由于条件和时间的限制，我们使用的数据量较校数据为组织学切片图片JPG格式文件，共1878张组织学截面，其数据大小约为30.5B。为便于处理，我们减低了图片的分辨率并删除了彩色信息，数据最后转化为11.4B。经过处理，将JPG图片格式转换为计算机通用交换格式netDF,产生出标准的netDF文件,大小约为44.6B。从JPG文件生成netDF文件的AVS/Express应用程序流程图如图7所示。在该应用程序中，我们使用
13、了AVS/Express软件中的rite_netDF模块以及自定义宏Read。1自定义宏Read读入许多JPG格式文件，并利用AVS/Express的域映射器Fieldapper和域组合器Fieldbiner将JPG格式文件组合成AVS/Express的域数据格式。2rite_netDF模块将AVS/Express域数据格式进展转换，并保存为计算机通用数据交换格式netDF文件。2三维重构的详细过程1利用生成的AVS域数据构造进展虚拟人体全身外表体积重构。aAVS/Express应用程序流程图体表重构应用程序流程图如图8所示：图8如图8所示，我们使用了AVS/Express成百个模块中的三个模
14、块，它们分别是读入模块Read_netDF模块,体视化模块vlun_render模块和几何显示器模块Uvieer3D模块。1读入文件：读入模块的主要功能是从一个netDF文件中读出相对应的数据集，并把它放入一个Avs/Express域中。该模块对原始数据文件进展打包处理，形成一个便于Avs/Express软件处理的相关数据构造。我们使用读入模块的目的就是要读入刚刚我们产生的netDF文件，并生成AVS显示所需要的域数据构造。2体视化的过程：体视化模块可以直接展示三维体数据。这个体可以使用BTF或者光线跟踪的体视化形式。光线跟踪的体视化形式仅仅在软件体视化中有效，它通常被设置成缺省状态。在上述两
15、种情况下，当体视化的方式被激活，它可以支持体积和几何学的混合显示。这个模块通过它相对应的面板，提供一个非常便于使用的操作界面。该控制面板包含图形显示工具箱界面，体形式和数据图的算法成分。这些控制是体视化模块中最普通的使用特征，通过它们可以轻松的对该模块进展控制。我们使用该模块来将经过读入模块转换后的体数据进展体视化显示。体视化模块用三维纹理映射合成体数据中的断层面，以便几何显示器进展显示。3观察体积重构：几何显示器模块Uvieer3D模块定义了一个图形应用显示组件的所有必要成分。它是一个高级的应用程序对象，其中包含了多其他较低级别的对象。图9如图9所示，该模块含有一个默认的图形窗口和用户界面编辑器。通过它使用者可以控制相关对象的显示。一个图形的处理仅仅对应一个单一的几何显示器模块。但是我们可以使用显示编辑面板来增加额外的图形窗口，从而通过多个显示图形窗口来观察被显示的对象。几何显示器模块包含“屏幕Sene，“屏幕选择器SeneSeletr，“屏幕编辑器SeneEditr。“屏幕定义一个最高层次的数据对象Tp，其下可以包含许多子对象。Tp对象属性的任何改动都可能传递给其下面的子对象，从而可
