基于屏幕空间次表面散射的实时人体心脏模型渲染

发布时间：2022-01-03 22:14

　　随着基于物理渲染理论（Physics-based Rendering,PBR）的发展以及GPU算力的提升,面向真三维显示的实时渲染技术在计算机辅助医学领域开始广泛应用。利用次表面散射技术对像人体组织器官这类材质内部不完全透明,同时具有半透、水亮包膜的表面特征的材质进行渲染,其渲染效果表现逼真。本文结合双向反射分布函数以及次表面散射技术渲染理论,并对Jensen的偶极子理论模型进行了改进,获得了优化后的双向散射表面反射率分布函数（BSSRDF）。利用该函数改进的次表面散射渲染算法对心脏模型进行渲染取得了优秀的渲染效果。研究内容主要包括以下几部分:（1）根据人体心脏表面由心内膜、心外膜和心肌膜三层结构和光与生物软组织的相互作用,分析了心脏光照模型可以分解为表面高光项、表面漫反射项、内部单次散射和内部多次散射,为心脏次表面散射渲染相关的基础理论。（2）具体阐述了次表面散射的定义、性质和BSSRDF函数的理论计算公式,对比分析了五种次表面散射模型:偶极子模型、多偶极子模型、量化扩散模型、预积分模型、光扩散模型的优缺点,并对其不同模型的渲染效果进行对比。（3）改进优化Jensen的偶极子理论模型... 

【文章来源】：云南师范大学云南省

【文章页数】：62 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

心脏纵截面解剖结构图[22]

第2章人体心脏结构和光与生物软组织的相互作用7图2.1心脏纵截面解剖结构图[22]图2.2心脏微结构示意图，显示了纤维取向和支片结构[23]由于心脏的结构非常复杂，后期完整建模计算量过大。通过查阅文献，可以将心脏的表面简要概括为三层。同时依据组织学和胚胎学[24]相关文献，再利用显微镜对心脏表面进行光学分析，如图2.3所示，可知心脏表面主要由心壁组成。其中，心壁从内到外大致分为心内膜、心外膜和心肌膜三层[25]。虽然心脏器官的

第2章人体心脏结构和光与生物软组织的相互作用8组织、纤维和神经等错综复杂，但是它的主要成分对光在器官上的特性表现起到了决定性的作用，对心脏分层特征的正确描述能更好地表现其真实感。图2.3心壁光学显微镜图像2.1.2胸腔镜内光照模型的分解所有照射到心脏表面的光线都会对从心脏内部射出的光线产生影响。因此，想要多心脏模型有一个逼真的显示必须利用基于次表面散射的算法对心脏模型进行渲染。依据光照强度的线性叠加原理，可以对照射到心脏的光线进行合理的分解计算，如图2.4所示。根据经验，本文将胸腔镜内部光照模型分为四大类，即镜面反射、表面漫反射、内部单次散射和内部多次散射，其中为入射光，左右两个0即为心脏表面高光部分、漫反射部分和次表面反射部分，详细理论推导过程将在3.3部分介绍。


本文编号：3567070