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三维重建面绘制体绘制

来源:靓范儿    阅读: 1.76W 次
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三维重建面绘制体绘制,AutoCAD是Autodesk公司开发的自动计算机辅助设计软件,在CAD软件操作中,为方便使用者利用快捷键代替鼠标,利用键盘组合键发出命令。以下分享三维重建面绘制体绘制。

三维重建面绘制体绘制1

1、 基于面绘制的Marching Cubes算法

面绘制算法的基本原理:在医学影像中,物体的表面实际上是一个闭合的灰度等值面,其灰度值称为阀值,在该等值面内部,所有体素的灰度值都大于这个阀值,在等值面外部,所有体素的灰度值都小于这个阀值。因此,只要提取出灰度等值面,就可以重建物体表面。

MC(Marching Cubes)算法,是最常用的面绘制算法。MC算法将一系列二维切片数据看作是一个三维的数据场,通过提取三维数据的等值面,构建三维模型出三维模型的表面网格,进而构建出三维模型。

等值面的提取过程,采用了分而治之的思想,将三维数据划分为若干个体素(立方体),把提取三维数据等值面的问题,分解为提取每个体素等值面的问题。

MC算法会逐个处理数据场中的立方体,找出与等值面相交的立方体,采用线性插值计算出等值面与立方体边的交点。根据立方体每一顶点与等值面的相对位置,将等值面与立方体边上的交点按一定方式连接生成等值面,作为等值面在该立方体内的一个逼近表示。

算法详解见:_37763682/article/details/104425191

三维重建面绘制体绘制

2、 基于体绘制的 Ray-casting算法

体绘制算法的基本原理:体绘制是将三维空间的离散数据直接转换为最后的立体图像,而不必生成中间几何图元(面绘制需要), 其中心思想是为每一个体素指定一个不透明度,并考虑每一个体素对光线的透射、发射和反射作用。因此体绘制能够更好的展示三维模型的空间体细节。

体绘制常用的算法:光线投射算法(Ray-casting)、错切 - 变形算法(Shear-warp)、频域体绘制算法(Frequency Domain)和抛雪球算法(Splatting)。其中又以光线投射算法最为重要和通用。

光线投射算法( Ray-casting )原理:从图像平面的每个像素都沿着视线方向发出一条射线,此射线穿过体数据集,按一定步长进行采样,由内插计算每个采样点的颜色值和不透明度,然后由前向后或由后向前逐点计算累计的颜色值和不透明度值,直至光线完全被吸收或穿过物体。

该方法能很好地反映物质边界的变化,使用Phong模型,引入镜面反射、漫反射和环境反射能得到很好的光照效果,在医学上可将各组织器官的性质属性、形状特征及相互之间的层次关系表现出来,从而丰富了图像的信息。

总之,面绘制和体绘制是基于两种完全不相同的思路。面绘制是通过构建三维模型的表面网格,从而绘制三维模型的轮廓。体绘制直接绘制三维数据的每一个像素点,从而构建出包含内部空间信息的三维立体模型。

三维重建面绘制体绘制2

面绘制

利用面绘值用到VTK封装到的 Marching Cube 算法,简称 MC算法,MC 算法的实现主要分为三部分:

1,确定包含等值面的体元

首先介绍一下 体元的概念,体元是三维图像中由相邻的`八个体素点组成的正方体方格,英语也叫 Cube,体元中角点函数值分为两种情况,一种是大于等于给定等值面的值 C0 ,则将角点设为 1 称该角点在等值面内部,否则设为0,在等值面之外,

一般来说,会出现一个角点在内,一个角点在外,则角点之间的连线(也就是体元的边)必然与等值面相交,根据这个原理就能判断等值面与哪些体元相交。

体元内每个角点(顶点)有两种情况:0和1,一共8个角点即分为256种( 2 8 = 256 2^8 = 25628=256 ),根据平面对称性、中心对称性,256种最终降到15种

三维重建面绘制体绘制 第2张

2,确定等值面与体元边界的交点

找到含有等值面的体元之后,接下来就是确定等值面与体元边界的交点,体元间的数值都是呈线性变化,求交点时一般采用的是线性插值,如 Case0 中等值面的两个端点 一个在外为( 标记0) ,一个在内 ( 标记为1 ) 则交点为0.5;

3,求等值面的法向量

以上步骤 1,2,3 为实现 MC 算法步骤流程,但利用 VTK ,不需要这么繁琐,主要算法步骤都已经封装到 vtkMarchingCube 类中,使用 vtkMarchingCube 时,需要设置三个参数。

三维重建面绘制体绘制3

1、绘制建筑的楼板、建筑预留地面完成面、剖到的墙体、梁的位置及大小

2、绘制天花看线

三维重建面绘制体绘制 第3张

3、绘制墙面完成面、墙面转折线、墙面造型线

三维重建面绘制体绘制 第4张

4、 绘制踢脚线

三维重建面绘制体绘制 第5张

5、绘制墙面材质分割线

三维重建面绘制体绘制 第6张

6、添加活动家具(虚线表达)

7、添加机电点位

8、添加材质填充

三维重建面绘制体绘制 第7张

按照这些步骤一步步将一个立面图绘制出来,再去布局空间设置比例,进行材料标注、尺寸标注、文字说明等,最终一个立面图绘制完成。

三维重建面绘制体绘制 第8张

每个公司制图标注不一样,所表达的内容不一样,大致一张立面图需要表达的内容是这样的。

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