数字三维心脏模型可视化的交互设计与实现

发布时间：2017-07-19 17:23

  本文关键词：数字三维心脏模型可视化的交互设计与实现

  更多相关文章： 心脏模型 可视化 三维模型切割 三维动画

【摘要】：近年来,随着三维可视化技术应用到医学领域,人们探索了多种建立三维人体心脏模型的方法,致力于实现人体心脏三维模型的可视化。可视化的三维心脏模型的建立不仅视觉效果好,认知容易,同时也节省了珍贵的心脏标本资源,经济效益明显且无污染,此外,还为心脏病理病因分析、心脏解剖教学、心脏手术术前规划以及虚拟手术培训等,提供了三维解剖学上的依据,其可视性与交互性在医学研究与教学方面有着巨大的价值。在数字化技术高速发展的今天,国外人员对于人体三维心脏模型建立方面的研究已经取得了数字化、精确化、仿真度较高的成果,但其在交互展示方面,受三维模型构成所限,交互方式较为单一,并不能帮助人脑直接形成清晰的三维空间结构。国内方面在心脏模型可视化的研究上还处于初级探索阶段,其研究成果没有贴图、缺少内部结构构成,丢失重要细节信息,且缺乏必要的交互手段,相比于国外技术成果而言,有着较大的差距。针对这些问题,本论文对三维心脏模型的建立和交互实现进行了重点研究。根据心脏解剖学书籍和相关文献资料,在心脏模型建立的研究中,直接利用三维可视化软件3Ds Max实现了带有贴图的、包含全部内部结构的体心脏模型的建立,细节信息部分如三尖瓣、腱索、窦房结等均实现良好。通过对现有交互技术方法的探索,在三维交互实现的研究中,使用Unity 3D软件设计并开发了数字三维心脏模型可视化的交互系统,实现了三维心脏模型的八种基本交互展示功能,包括移动、放缩、旋转、删除、还原等,其中,重点研究了基于三维模型切割算法的模拟平面切割方法,并完成了三维心脏模型的剖面查看功能。此外,系统还实现了三维模型的半透明化和文字介绍功能,以及3Ds Max和After Effect软件共同制作的心动周期动画视频观看功能,动静结合展示。论文的最后,指出了数字三维心脏模型可视化的研究所面临的挑战,以及未来此研究领域的重点发展方向。
【关键词】：心脏模型 可视化 三维模型切割 三维动画
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R540.4;TP391.41
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-17
• 1.2.1 国外研究现状11-14
• 1.2.2 国内研究现状14-17
• 1.3 研究内容17
• 1.4 论文结构17-18
• 第2章 相关技术理论与方法18-26
• 2.1 三维心脏建模方法18-20
• 2.1.1 可视化软件建模18-19
• 2.1.2 使用数据建模19-20
• 2.1.3 三维激光扫描仪20
• 2.2 三维动画制作技术20
• 2.3 三维交互技术理论20-21
• 2.4 三维模型切割算法21-24
• 2.4.1 碰撞检测切割算法21-22
• 2.4.2 S-H算法22-23
• 2.4.3 顶点移动算法23-24
• 2.4.4 算法比较24
• 2.5 系统开发平台与编程语言24-25
• 2.5.1 Unity 3D开发平台24
• 2.5.2 JavaScript和C#编程语言24-25
• 2.6 本章小结25-26
• 第3章 三维心脏模型模拟平面切割方法研究26-34
• 3.1 平面切割算法适用性分析26-28
• 3.1.1 缺少贴图的三维模型26
• 3.1.2 简单贴图的三维模型26-27
• 3.1.3 采用UV贴图的三维模型27-28
• 3.2 基于UV贴图的模拟平面切割方法28-32
• 3.2.1 模型顶点与平面关系判定28-30
• 3.2.2 三角网格与平面求交算法30
• 3.2.3 模型顶点与UV贴图的映射30-31
• 3.2.4 实验结果及分析31-32
• 3.3 本章小结32-34
• 第4章 数字三维心脏可视化系统需求分析34-40
• 4.1 系统总体描述34
• 4.1.1 目标场景34
• 4.1.2 运行环境34
• 4.2 系统功能分析34-38
• 4.2.1 整体功能分析34-35
• 4.2.2 详细功能分析35-38
• 4.3 系统数据分析38-39
• 4.3.1 数据需求分析38
• 4.3.2 数据输入与输出38-39
• 4.3.3 数据传输过程39
• 4.4 本章小结39-40
• 第5章 数字三维心脏可视化系统设计40-60
• 5.1 数字三维心脏可视化系统结构设计40-44
• 5.1.1 系统层次结构40-41
• 5.1.2 系统协作关系41-42
• 5.1.3 系统活动流程42-44
• 5.2 数字三维心脏可视化系统功能设计44-46
• 5.2.1 工具选择控制功能44-45
• 5.2.2 模型选择显示功能45-46
• 5.2.3 文本说明显示功能46
• 5.2.4 三维动画播放功能46
• 5.3 数字三维心脏可视化系统界面设计46-49
• 5.3.1 界面层级46-47
• 5.3.2 界面设计47-48
• 5.3.3 界面交互48-49
• 5.4 数字三维心脏可视化系统三维心脏模型设计49-55
• 5.4.1 心外膜模型设计49-50
• 5.4.2 心血管模型设计50-51
• 5.4.3 房室肌模型设计51-53
• 5.4.4 腔内结构模型设计53-55
• 5.5 数字三维心脏可视化系统三维动画视频设计55-57
• 5.5.1 3DsMax动画制作55-56
• 5.5.2 After Effect后期合成56-57
• 5.6 数字三维心脏可视化系统程序设计57-59
• 5.6.1 拆解模块程序设计57-58
• 5.6.2 展示模块程序设计58-59
• 5.7 本章小结59-60
• 第6章 数字三维心脏可视化系统实现60-76
• 6.1 Unity3D场景整合60-63
• 6.1.1 二维界面素材60-61
• 6.1.2 三维心脏模型61
• 6.1.3 灯光效果61-62
• 6.1.4 三维动画视频62
• 6.1.5 最终合成结果62-63
• 6.2 系统控件碰撞检测63-64
• 6.3 工具栏交互实现64-69
• 6.3.1 模型整体变换64
• 6.3.2 子模型平移、旋转、缩放64-65
• 6.3.3 子模型删除、单独显示65-67
• 6.3.4 恢复模型初始状态67
• 6.3.5 心脏模型剖面查看67-69
• 6.4 菜单栏交互实现69-71
• 6.4.1 模型菜单交互69-70
• 6.4.2 动画菜单交互70-71
• 6.5 系统发布71-72
• 6.6 系统测试72-75
• 6.6.1 测试环境72
• 6.6.2 过程及结果72-73
• 6.6.3 问题处理73-75
• 6.7 本章小结75-76
• 结论76-78
• 参考文献78-82
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果82-84
• 致谢84

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 杜淑言,叶大田,岳喜才,曹宇;可视化技术及其在医学教学中的应用[J];北京生物医学工程;2001年04期

2 李玉龙;丁莹;闫瑾;李瑞霞;;基于OGRE的目标红外可视化模块研究与实现[J];中国体视学与图像分析;2013年03期

3 吕新荣;高新波;邹华;;基于医学影像的血管快速提取与可视化[J];中国生物医学工程学报;2009年04期

4 ;[J];;年期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 陈洪亮;谭建荣;;基于相密度的混沌吸引子可视化方法研究[A];中国图象图形学会第十届全国图像图形学术会议（CIG’2001）和第一届全国虚拟现实技术研讨会（CVR’2001）论文集[C];2001年

2 吴晓莉;史美萍;;晶体生长实验流场数据的可视化研究[A];’2004系统仿真技术及其应用学术交流会论文集[C];2004年

3 余弦;吴锋;;一种危险品运输车辆监控信息可视化方法[A];浙江省信号处理学会2011学术年会论文集[C];2011年

4 柳佳佳;;可视化与地图学[A];中国地理信息系统协会第四次会员代表大会暨第十一届年会论文集[C];2007年

5 吴鹏;李思昆;;基于本体论的社会网络信息建模与可视化方法[A];中国计算机图形学进展2008--第七届中国计算机图形学大会论文集[C];2008年

6 张毅;华一新;曹亚妮;曹一冰;;面向谈判划界的国界信息可视化方法研究与实践[A];第四届“测绘科学前沿技术论坛”论文精选[C];2012年

7 刘晓平;李书杰;石慧;;规律维问题初探[A];计算机技术与应用进展——全国第17届计算机科学与技术应用（CACIS）学术会议论文集（下册）[C];2006年

8 周献中;顾卫江;;一个基于过程的可视化决策系统设计与实现[A];西部开发与系统工程——中国系统工程学会第12届年会论文集[C];2002年

9 赵志强;阮宗才;陆祖宏;;一种三维脑图像数据远程可视化新方法[A];第十三届全国图象图形学学术会议论文集[C];2006年

10 季浩;李书杰;刘晓平;;规律维的建模与可视化方法研究[A];全国第19届计算机技术与应用（CACIS）学术会议论文集（下册）[C];2008年

中国重要报纸全文数据库 前1条

1 本报记者 李闻芝;可视化技术推动制品品质提升[N];中国化工报;2005年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 隽立然;面向个人基因组变异的功能注释与可视化方法研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

2 卢德宝;复杂地形条件下基于电阻率法的对地可视化监测技术研究[D];南京大学;2015年

3 冯朝路;心脏组织分割与可视化关键算法研究[D];东北大学;2014年

4 李杰;地理观测数据时空可视化方法研究[D];天津大学;2015年

5 甘Oz;基于参数可视化的裂变堆中子学精细建模方法研究[D];中国科学技术大学;2016年

6 邓烨;基于属性偏序可视化方法的柴胡证“但见一证”理论传承创新研究[D];广州中医药大学;2016年

7 张雷;心脏电生理的快速仿真和交互式可视化方法研究[D];哈尔滨工业大学;2013年

8 吴晓莉;面向空间遥科学实验的流场可视化技术研究[D];国防科学技术大学;2007年

9 孙扬;多变元网络数据可视化方法研究[D];国防科学技术大学;2010年

10 王安慧;基因组信息的计算机可视化若干关键技术研究[D];东北大学;2010年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 王齐;流线聚类分析及其可视化方法研究[D];浙江大学;2015年

2 温延立;风电机组监测数据可视分析研究[D];东北电力大学;2016年

3 赵晓飞;一种新的可视化肋骨骨折诊断方法研究[D];浙江大学;2016年

4 王宇晓;大规模网络拓扑可视化研究[D];北京理工大学;2016年

5 张鲁营;多维数据可视化方法研究[D];北京交通大学;2016年

6 刘珍妮;搜狐网数据新闻的可视化呈现研究[D];辽宁大学;2016年

7 徐扬;数字三维心脏模型可视化的交互设计与实现[D];北京工业大学;2016年

8 史英杰;医学CTA图像分割与分层可视化研究[D];河北大学;2016年

9 陈春艳;协商研讨系统中的可视化技术研究[D];湖北工业大学;2012年

10 查燕平;基于非常规突发事件的人工社会可视化方法研究[D];北京理工大学;2015年

，

本文编号：564010