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研究生: 李崇偉
Li, Chong-Wei
論文名稱: 物體輪廓線模型及其3D影像在醫學上的應用
Object contour models and their 3D images in medical applications
指導教授: 陳立祥
Chen, Lih-Shyang
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電機資訊學院 - 電腦與通信工程研究所
Institute of Computer & Communication Engineering
論文出版年: 2007
畢業學年度: 95
語文別: 中文
論文頁數: 92
中文關鍵詞: 影像處理三維物件
外文關鍵詞: Image Processing, 3D Object
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  • 本論文設計並實作一套系統,讓使用者可以繪製、顯示和操作這些二維輪廓線(用來重建三維物件)和三維物件模型。為了讓使用者能更完整地瞭解物件外型與物件間的空間關係,使用者可以在2D View和3D View的畫面來觀察物件。本系統也讓使用者可以在三維空間中以漫遊的方式來檢視物件,且提供使用者可針對此三維物件在2D View和3D View下檢視特定座標。透過本系統,使用者可以藉由三維物件瞭解更多臨床上人體器官的解剖學知識。
    在本研究中為了方便使用者管理這些輪廓線資料及三維物件模型,提供了一套完整的機制,可讓使用者更加方便管理、紀錄及操作資料。為了讓使用者可以進一步的觀察二維影像資料與三維物件間的對應關係,可用點擊的方式,將點擊的位置切換到不同的座標環境並作標示,並可製作標籤。臨床上,透過上述功能,醫師能迅速且精確的對病人做出診斷。

    In this thesis, we implement an integrated system for users to create, display, and manipulate both the 2D contours (for the reconstruction of 3D objects) and 3D object models. Users can visualize the same organs in both 2D and 3D view in order to fully understand the shapes of the objects and their spatial relationships. The system also allows users to navigate through the 3D space to visualize all the objects from different perspectives and to go back and forth between the 3D views and 2D cross-sectional views of the 3D objects. With this system, the users can have a better visualization of 3D objects and learn more anatomical knowledge about human organs in practice.
    We provide an integrated system for users to store and manipulate the contours and 3D object models. Users can observe the same organs in a more concrete way both in 2D and 3D view. The system will show the detailed information in different views where the user clicked. Users can also label the contours in 2D view and organ objects in 3D view in our system. With this system, doctors can make diagnoses and give treatments fast and accurately in practice.

    § 中文摘要 § I § 英文摘要 § II § 誌謝 § III § 目錄 § IV § 圖表目錄 § VI 第一章 導論 1 1.1 概述 1 1.2 研究動機與目的 3 1.3 章節提要 4 第二章 研究背景 5 2.1 三維物件資料結構 5 2.1.1 Voxel-based三維物件資料結構 5 2.1.2 Surfaces-Based三維物件資料結構 7 2.2 三維物件重建系統(3D BUILDER)簡介 8 2.3 相關軟體技術 10 2.3.1 元件軟體(Component-Ware) 10 2.3.2 設計樣式(Design Pattern) 11 2.3.2 DirectX 12 第三章 系統架構 14 3.1 三維物件重建系統(3D BUILDER) 14 3.2 系統需求 17 3.3 系統架構 19 第四章 系統設計與實作 21 4.1 器官輪廓線繪製輔助工具(IMAGE TO CONTOUR DIALOG) 21 4.1.1 目的簡述 21 4.1.2 強化邊緣輪廓線的影像處理 22 4.1.2.1 一般影像處理效果 22 4.1.2.2 Bilateral Filter簡介及其影像處理的效果 24 4.1.3 配合評估系統找出建議使用者連接的輪廓線 28 4.1.4 編輯模式 32 4.2 二維物件資料與三維物件資料的管理機制(TREE VIEW MANAGER) 37 4.2.1 目的簡述 37 4.2.2 Tree View Manager架構說明 40 4.2.3 Tree View Manager與3D Builder內各項元件的溝通機制 42 4.2.3.1 Tree View Manager的存讀檔案方式 43 4.2.3.2 二維資料物件與三維物件的管理及操作 48 4.2.3.3 利用網路提供Tree Node的相關資訊 51 4.3 三維物件基本操作架構(C3DBASEFRAME) 54 4.3.1 目的簡述 54 4.3.2 架構介紹 57 4.3.3 使用此架構的子物件要實作的相關介面 58 4.4 3D場景功能介紹 65 4.4.1 各功能簡述 65 4.4.2 二維資料與三維物件對應座標相互轉換功能 67 4.4.2.1 場景物件的Hit Test演算法 67 4.4.2.2 使用者點擊在2D影像的座標轉換到對應的3D場景座標方式 74 4.4.2.3 使用者點擊在3D場景的座標轉換到對應的2D影像座標方式 76 4.4.3 3D環境中為三維物件上標出專屬標籤功能 78 4.4.4 3D場景內的攝影機模式 82 第五章 結論 88 5.1 研究成果 88 5.2 未來發展方向 89 § 參考文獻 § 90 § 作者簡介 § 92 § 圖表目錄 § 【圖表1】 GS物件示意圖 5 【圖表2】 BS物件示意圖 6 【圖表3】 DISCOVER中的三維物件 7 【圖表4】 TUBE物件 8 【圖表5】 MARCHING CUBE物件 8 【圖表6】 三維物件重建系統執行外觀(2D主視窗畫面) 14 【圖表7】 三維物件重建系統執行外觀(3D主視窗畫面) 15 【圖表8】 三維物件重建系統執行外觀(使用VIEW PORT) 16 【圖表9】 一個環(RING)示意圖 17 【圖表10】 一個管道(TUBE)示意圖 18 【圖表11】 3D BUILDER系統架構圖 19 【圖表12】 IMAGE TO CONTOUR DIALOG面版 21 【圖表13】 IMAGE TO CONTOUR DIALOG內的基本影像處理 23 【圖表14】 定義BILATERAL FILTER所使用的SPACE和RANGE 25 【圖表15】 利用SPACE和RANGE進行摺積原理計算 25 【圖表16】 透過BILATERAL FILTER處理後的一維影像 26 【圖表17】 BILATERAL FILTER影像處理效果 27 【圖表18】 將IMAGE劃分成數個BLOCK區塊 29 【圖表19】 每個影像BLOCK內所包含的輪廓線資訊示意圖 29 【圖表20】 希望被修正的輪廓線示意圖 32 【圖表21】 編輯輪廓線CASE 1(有兩個以上的交點) 33 【圖表22】 編輯輪廓線CASE 2(僅有一個交點) 33 【圖表23】 編輯輪廓線CASE 3(交點不在同一條CONTOUR上) 34 【圖表24】 將A與B這兩個片段輪廓線連結成同一條輪廓線示意圖 36 【圖表25】 TREE VIEW MANAGER主畫面 38 【圖表26】 TREE VIEW與BROWSER的互動 39 【圖表27】 TREE VIEW 主畫面(下層說明元件為『FLEX GRID』) 39 【圖表28】 COMPOSITE PATTERN架構示意圖 40 【圖表29】 TREE VIEW MANAGER在每個檔案中專屬的存檔格式 44 【圖表30】 TREE VIEW MANAGER檔案中2D DATA的存檔內容 44 【圖表31】 TREE VIEW MANAGER檔案中3D DATA的存檔內容 44 【圖表32】 TREE VIEW MANAGER處理儲存檔案的流程圖 46 【圖表33】 TREE VIEW MANAGER處理讀取檔案的流程圖 47 【圖表34】 TREE VIEW與2D VIEW的互動 49 【圖表35】 TREE VIEW與3D VIEW的互動 51 【圖表36】 透過點擊專案物件的TREE NODE觸發WIKIPEDIA頁面流程 52 【圖表37】 透過點擊3D物件的TREE NODE觸發WIKIPEDIA頁面流程 53 【圖表38】 場景中的MESH物件(其類別名稱為:CD3DMESH) 54 【圖表39】 場景中的TUBE物件(其類別名稱為:CTUBE_XML) 55 【圖表40】 場景中的MARCHING CUBE物件(其類別名稱為:CMARCHINGCUBEDS) 55 【圖表41】 使用C3DBASEFRAME架構所要實作的函式列表 56 【圖表42】 C3DBASEFRAME與其使用此架構的物件間的關係圖 58 【圖表43】 3D物件的VERTEX BUFFER和INDEX BUFFER結構圖 59 【圖表44】 RING物件與TUBE物件結構圖 60 【圖表45】 RING與TUBE的VERTEX BUFFER和INDEX BUFFER的轉換示意圖 61 【圖表46】 RING與TUBE的三角形成像效果 62 【圖表47】 RING與TUBE的三角形成像速度比較結果 63 【圖表48】 TRACHEA物件資料圖 63 【圖表49】 MALE BODY物件資料圖 64 【圖表50】 LIVER物件資料圖 64 【圖表51】 2D VIEW上的SHOW LABEL功能圖 66 【圖表52】 2D影像座標與3D場景座標相互轉換示意圖 67 【圖表53】 場景座標與螢幕座標的轉換機制 69 【圖表54】 PICKING RAY和TRIANGLE INTERSECTION方法的特殊情況示意圖 73 【圖表55】 3D BUILDER內處理場景3D物件的PICKING RAY TEST機制 74 【圖表56】 3D場景中標示點擊點位置示意圖 76 【圖表57】 點擊座標在不同檢視環境下 77 【圖表58】 SWAP CHAIN動作示意圖 79 【圖表59】 為3D物件標示LABEL成果圖 80 【圖表60】 3D物件與BACK BUFFER彩圖顏色對應表 81 【圖表61】 攝影機靜態模式操作面板 83 【圖表62】 系統VIEW PORT功能成果展示圖 84 【圖表63】 動態攝影機操作面板 85 【圖表64】 拉開3D場景各物件間距離的操作面板 86 【圖表65】 以一維場景方式說明拉開物件間距離的計算方法 87

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    下載圖示 校內:2012-08-24公開
    校外:2012-08-24公開
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