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研究生: 楊廷偉
Yang, Ting-Wei
論文名稱: 醫學訊號及資訊的顯示及其應用
The Display of Medical Signals and Information and Their 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: 105
中文關鍵詞: 三維物件重建人體虛擬實境漫遊
外文關鍵詞: virtual reality navigation, 3D reconstruction
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  • 本論文設計並實作了一套以輪廓線為主的三維物件重建系統,幫助使用者重建出三維物件,此外,我們也發展了一套人體虛擬實境漫遊系統,讓使用者可以遊走於人體管道之中,藉此獲知相關的醫學常識。
    在重建三維物件方面,我們提出了一套以輪廓線為基礎的三維物件重建演算法,並評估及比較其結果。目的是要讓重建出的三維物件更符合實際世界的情況。當建立好三維物件之後,本論文也設計並實作一些工具去針對三維物件做處理及測量。
    藉由三維物件重建系統讀取一系列的人體二維剖面圖,在圖上繪製器官輪廓線並建成三維物件後,便可以擁有一套完整的人體管道模型。而這些管道資料,便是我們的另一套實作品 - 「人體虛擬實境漫遊系統」的輸入。在此套系統中,使用者有如置身於人體中,透過一些簡單的操作,便可在管道中漫遊。在移動的同時,我們也提供了所在位置的二維剖面圖等醫學知識給使用者。

    We design and implement a contour-based 3D reconstruction system to help users reconstruct 3D objects. Besides, we develop a virtual reality navigation system in human body. Users can navigate the human body and learn some medical knowledge.
    To reconstruct 3D objects, we present a contour-based 3D reconstruct algorithm. We display the results and evaluate the algorithm. Our purpose is to make the 3D objects more similar to the real world. We also design and implement some tools to manipulate 3D objects and make measurements of the 3D objects.
    Users can use the system to read a series of human cross-sectional image files and draw the contours of the organs in the images to reconstruct the 3D objects. Therefore, we can obtain 3D human organ models. The 3D models can be used for the 3D scene of the navigation system. In the system, users can navigate through the human body with some simple man-machine interfaces. Besides, we also provide some medical knowledge such as the 2D cross-sectional images to the users while they are navigating so that the users will not get dis-oriented.

    § 中文摘要 § I § 英文摘要 § II § 誌謝 § IV § 目錄 § V § 圖表目錄 § VII 第一章 導論 1 1.1概述 1 1.2研究動機及目的 2 1.3章節提要 3 第二章 研究背景 5 2.1三維物件的呈現方法 5 2.1.1以體素圖像(Voxel-based)為主的三維物件 5 2.1.2以多邊形圖像(Surface-based)為主的三維物件 8 2.2相關的軟體技術 9 2.2.1元件軟體(Component-Ware) 9 2.2.2設計樣式(Design Pattern) 9 2.2.3 DirectX 10 2.2.4 Irrlicht 10 第三章 系統架構 11 3.1三維物件重建系統(3D BUILDER) 11 3.1.1系統簡介 11 3.2人體虛擬實境漫遊系統 14 3.2.1系統簡介 14 3.2.2系統架構 15 第四章 三維物件重建系統設計及實作(3D BUILDER) 19 4.1以輪廓線重建三維物件演算法 19 4.1.1字串比對演算法及其應用 19 4.1.2差異值的計算 24 4.1.3修改字串比對演算法的應用方式 27 4.1.4演算法之加速 35 4.1.5重建表面三角形 43 4.2拉動2D輪廓線間接改變3D物件 46 4.2.1Vertex Buffer及Index Buffer的應用 47 4.2.2需求及分析 47 4.2.3演算法 49 4.3利用切割線去切割3D物件 52 4.3.1切割點演算法 53 4.3.1.1找尋特徵相似之切割點 54 4.3.1.2使用切割線切割3D物件 55 4.3.2切割線交錯問題 56 4.3.3 三角形法向量問題 58 4.4 GRAY-MATTER相關之處理和測量 61 4.4.1動機和目的 62 4.4.2在3D物件上著色標記 65 4.4.3攤平3D物件 67 4.4.4在3D物件中放置入electrode顯示 68 4.4.5計算灰質厚度 71 4.4.6操作流程及成果展示 74 第五章 人體虛擬實境漫遊系統設計及實作(BODY NAVI) 79 5.1視窗元件架構 79 5.2遊戲流程 81 5.3管道資料轉換 82 5.4模組化場景 84 5.4.1模組工廠 87 5.4.2模組場景和實際場景的資訊對應 88 5.4.3玩家位置及方向的顯示及更新 91 5.4.4比例尺顯示: 92 5.5細胞內部漫遊 93 第六章 結論 100 6.1研究成果 100 6.2未來發展方向 101 § 參考文獻 § 103 § 作者簡介 § 105 § 圖表目錄 § 【圖表1】 GS物件 6 【圖表2】 BS物件 6 【圖表3】 DISCOVER中的三維物件 7 【圖表4】 以多邊形為主的三維物件 8 【圖表5】 三維物件重建系統執行外觀(2D主視窗畫面) 11 【圖表6】 三維物件重建系統執行外觀(3D主視窗畫面) 12 【圖表7】 三維物件重建系統執行外觀(使用VIEWPORT) 13 【圖表8】 BODYNAVI系統架構圖 15 【圖表9】 CSSERVER OCX 17 【圖表10】 LEVENSHTEIN DISTANCE矩陣示意圖 20 【圖表11】 字串運算示意圖 21 【圖表12】 左邊為成本距陣,右邊為LEVENSHTEIN DISTANCE MATRIX 22 【圖表13】 根據最小成本矩陣所找到的線段集合 23 【圖表14】 完整的線段集合 23 【圖表15】 將兩個CONTOUR放大平移對齊 24 【圖表16】 距離的差異值 25 【圖表17】 夾角和內度的差別及定義 26 【圖表18】 兩個外形不同,但夾角卻相同 26 【圖表19】 角度和距離差異值接近但法向量方向不同 27 【圖表20】 套用字串演算法錯誤的CASE(在圖中只畫出MATCH LINE的連接) 28 【圖表21】 點數為4的CONTOUR連接點數為8的CONTOUR之間的二值化轉換 30 【圖表22】 將成本矩陣二值化再製作LEVENSHTEIN DISTANCE MATRIX的結果 30 【圖表23】 成本矩陣二值化的結果 31 【圖表24】 最小成本路徑沒有經過最多的MATCH點 32 【圖表25】 演算法和理想中的路徑比較 33 【圖表26】 原演算法行走成本計算 34 【圖表27】 修改直走和橫走的成本 34 【圖表28】 紫色為MATCH、綠色為INSERTION、黑色為OTHER LINE 44 【圖表29】 最短線段優先 44 【圖表30】 使用最短線段優先方式內插的結果 46 【圖表31】 拉動3D物件前後的比較,左邊為拉動前,右邊為拉動後 48 【圖表32】 找出影響範圍內的SLICE 50 【圖表33】 Z’為要計算的SLICE之Z值,Z為使用者操作的SLICE之Z值 51 【圖表34】 上層CONTOUR為使用者操作的CONTOUR,下層CONTOUR為待計算的CONTOUR,S點為使用者選擇的點,E點為使用者目前拖曳到的位置 51 【圖表35】 使用一個矩形去切割3D物件 52 【圖表36】 左邊的矩形對應到右邊就多切掉一些不該切的部份 53 【圖表37】 左邊為使用者選的切割點,右邊為下一層對應的切割點 54 【圖表38】 LINESET連結情形 55 【圖表39】 移動點位置來達成切割效果 56 【圖表40】 左圖黃線為切割線,右圖為切割結果,有交錯現象 57 【圖表41】 切割面變暗的現象 58 【圖表42】 移動點位置後會有許多三角形被擠壓成一條線 60 【圖表43】 四分之一的腦迴,綠色為灰質的厚度 61 【圖表44】 在病患腦部放入ELECTRODES 63 【圖表45】 灰質在不同切面上ELECTRODE所接收到的訊號 63 【圖表46】 將腦部3D物件以世界地圖的想法做攤平 64 【圖表47】 腦部不同區塊的厚度值使用顏色來呈現 65 【圖表48】 使用者在第N張SLICE著色,希望能自動在N+1張塗上對應的顏色 66 【圖表49】 將3D表面攤平,而表面積不變 68 【圖表50】 非線性等距內插ELECTRODE 69 【圖表51】 內插一串ELECTRODE,並分別顯示 70 【圖表52】 切面圖測量到的厚度與實際厚度的比較 71 【圖表53】 法向量到另一端的長度為灰質的厚度 72 【圖表54】 灰質厚度值的直方圖分析 73 【圖表55】 在2D SLICE上面對CONTOUR塗上不同層次的顏色 74 【圖表56】 自動去找所有SLICE對應的著色範圍 74 【圖表57】 在某幾張SLICE上標出ELECTRODE TRACK所經過之路徑 75 【圖表58】 ELECTRODE與SLICE之間的關係 75 【圖表59】 攤平範圍之內VERTEX的厚度值之直方圖 76 【圖表60】 攤平3D物件於下方,將厚度值顯示於上方平面,並加入ELECTRODE資訊 77 【圖表61】 切換觀察每一顆ELECTRODE資訊 78 【圖表62】 使用者介面 79 【圖表63】 預設垂直0度及水平0度的方向 80 【圖表64】 CUT SERVER 81 【圖表65】 場景轉換的狀態圖 82 【圖表66】 轉換出來的管道結構 83 【圖表67】 3D資料轉換流程 83 【圖表68】 左邊為支氣管外觀,右邊為支氣管內部 84 【圖表69】 模組化的管道 84 【圖表70】 管道的基本模組 86 【圖表71】 到下一個管道的傳送球 87 【圖表72】 從3DBUILDER到BODYNAVI的模組化流程 88 【圖表73】 主程式和方位顯示元件之關係 91 【圖表74】 以OBSERVER的PATTERN實作 92 【圖表75】 3D場景的比例尺 93 【圖表76】 細胞內部的場景 96 【圖表77】 細胞核內部的場景 97 【圖表78】 顯示不同層次的組織並且標出玩家的方位 99

    中文文獻
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    下載圖示 校內:2012-08-23公開
    校外:2012-08-23公開
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