三维图像体重建部分体选择的交互控制方法

1、一种三维图像体重建部分体选择的交互控制方法，其步骤如下：
1)首先，以体数据的一个平面投影的图像为背景作为多面体显示的参考 平面，用户在这个平面上绘制一个二维任意多边形，或者由计算机自动给出 一个在这个平面上的多边形；
2)初始状态时，在计算机屏幕的深度方向拉伸该多边形，构成一个多面 体，将该多面体作为三维图像体重建中的选择数据体，其中
2.1)该多面体的各个面的边线以不同类型的线型或颜色绘制；
2.2)同时，以该多面体的一个面作为三维数据投影重建的投影面，以该 投影面的一个顶点作为多面体局部坐标系的原点；初始状态时，以过该点的 一个边作为多面体局部坐标系的X轴，过该点且垂直于屏幕的线为多面体局 部坐标系的Z轴，多面体局部坐标系的Y轴与X、Z轴垂直，前述的局部坐标 系的三个坐标轴以不同颜色绘制；
2.3)按照与用户距离的远近分为两种颜色或图形标记该多面体的各个顶 点；
3)用户选择该多面体的局部坐标系的原点和坐标轴；
4)用户通过鼠标或键盘对该多面体的形状、三维空间位置、旋转方向的 改变来控制所选择的数据体，其中
4.1)多面体的形状控制：选择多面体最近面的顶点，通过鼠标拖动改变 该顶点位置的方式来实现；
4.2)多面体的位置控制：通过鼠标拖动改变该多面体局部坐标系原点 位置的方式来实现；
4.3)多面体的方向控制：通过移动鼠标来改变所选择的多面体局部坐标 系的坐标轴与屏幕坐标系间的角度；
5)将多面体位置、方向、形状变化的结果同时显示在屏幕上。
2、根据权利要求1所述的交互控制方法，其特征是上述多面体各个面的 边线以不同类型的线段绘制是：距离计算机屏幕最近的面的各边用实线绘制， 其对应的平行面的各边用虚线绘制，其它面的边用点划线绘制。
3、根据权利要求1所述的交互控制方法，其特征是上述多面体各个面的 边线以不同类型的线段绘制是：距离计算机屏幕最近的面的各边用实线绘制， 从三维角度看被遮挡的边用虚线绘制。

技术领域\n本发明涉及计算机三维医学图像技术领域，是一种三维医学图像体重建 部分体选择的交互控制方法。\n背景技术\n三维医学图像重建的目的是从各种医学断层图像数据中恢复出从三维角 度观察的图像，从而为医生诊断提供更直观的依据。三维图像重建的方法包 括面重建和体重建两大类。三维医学图像原始数据是按照三维点阵排列的数 据点，简单投影重建，用户只能看到这些点在前、上、右三个视图方向的投 影。复杂的三维图像重建，通过模仿照相机的成像过程，产生模拟人眼在任 何方向的观察效果的重建图像。在重建方法中，平面投影重建是最常用的一 种。为了达到这个目的，需要从整个三维数据中选择感兴趣的数据体(即数 据裁减体，因为用户所感兴趣的往往是一部分数据，如果不去除，其他位置 的数据会遮挡这些数据)，并且告诉计算机进行图像重建的平面的空间位置参 数。\n为了方便用户使用，需要提供可通过鼠标、键盘来选择感兴趣图像数据 体和投影平面的处理方法。这就需要把选择的数据体和裁减平面的轮廓在计 算机上以图形表示出来，同时提供给用户通过控制这些图形来控制数据体参 数的方法以及上述对象的参数的图形显示和修改参数所对应的计算机操作。\n现有的体数据选择方法是使用一个立方体来作为选择数据单元，即用户 所能够选择的数据体限制为立方体，该立方体是通过在X-Y平面的一个矩形 沿深度坐标轴Z方向拉伸形成的，其中X-Y坐标是计算机作图的屏幕坐标，Z 坐标是深度坐标，所以这个立方体的垂直于X-Y平面的四个相对的表面总平 行于计算机的深度坐标轴。交互控制方法是：用户通过鼠标改变这个矩形的 中心位置、方向来控制立方体在体数据当中的位置，从而实现对数据的选择 (矩形内部的数据为感兴趣的图像数据)。由于这种方法限制了该立方体总有 四条边与深度坐标轴平行，因此，立方体的投影方向不能够覆盖任意一个方 向，立方体所覆盖的空间位置也是有限的，这样就限制了用户所能够观察到 的范围。虽然可以基于前、左、上三个视图方向上来分别使用这种定义方法 来扩大覆盖范围，但所对应的重建投影平面的方向仍然有限。\n发明内容\n本发明所要解决的技术问题是提供一种新的三维图像体重建部分体选择 的交互控制方法，该方法可实现对任意方向和位置数据体的选择，使用户能 看到所感兴趣的数据在其他方向的投影。\n解决上述问题的思路是：以原始三维数据的一个坐标平面投影图像为背 景，表现三维体数据的整体结构；通过绘制一个多面体在这个坐标平面的投 影多边形来表现这个多面体的空间位置和形状以及重建投影的投影平面；通 过所设计的绘制多边形的方法和定义相应的鼠标操作顺序来实现一个能够覆 盖任意范围和任意投影平面的多面体位置、形状的修改。在本发明中，针对 多面体定义一个局部的物体坐标系，多面体的所有空间分解为多面体在这个 物体坐标系内的变化和物体坐标系的变化两个部分：1)物体坐标系内多面 体的改变只包括：基准平面的变化、多面体的厚度的改变，在物体坐标系内 多面体不移动和旋转；2)物体坐标系的移动、旋转决定了多面体的移动和旋 转。通过定义各种鼠标操作和上述变化的对应关系，就生成了相应的三维数 据体的选择方法。\n所提供的三维图像体重建部分体选择的交互控制方法的步骤如下：\n1)首先，以原始三维数据的一个坐标平面投影图像为背景作为多面体显 示的参考平面，用户在这个平面上绘制一个二维任意多边形，或者由计算机 自动给出一个在这个平面上的多边形；\n2)初始状态时，在计算机屏幕的深度方向拉伸该多边形，构成一个多面 体，将该多面体作为三维图像体重建中的选择数据体，其中\n2.1)该多面体的各个面的边线以不同类型的线型或颜色绘制；\n2.2)同时，以该多面体在上述坐标平面的投影多边形作为三维数据投影 重建的投影面，以该投影面的一个顶点作为多面体局部坐标系的原点；初始 状态时，以过该点的一个边作为多面体局部坐标系的X轴，过该点且垂直于 屏幕的线为多面体局部坐标系的Z轴，多面体局部坐标系的Y轴与X、Z轴垂 直，前述的局部坐标系的三个坐标轴以不同颜色绘制以区分。\n2.3)按照与用户距离的远近分为两种颜色或图形标记该多面体的各个顶 点；\n3)用户可以选择该多面体的局部坐标系的原点和坐标轴；\n4)用户通过鼠标或键盘对该多面体的形状、三维空间位置、旋转方向的 改变来控制所选择的数据体，其中\n4.1)多面体的形状控制：选择多面体最近面的顶点，通过鼠标拖动改变 该顶点位置的方式来实现；\n4.2)多面体的位置控制：通过鼠标拖动改变该多面体局部坐标系原点位 置的方式来实现；\n4.3)多面体的方向控制：通过移动鼠标来改变所选择的多面体局部坐标 系的坐标轴与屏幕坐标系间的角度；\n5)将多面体位置、方向、形状变化的结果同时显示在屏幕上。\n上述所说的该多面体各个面的边线以不同类型的线段绘制可以是：距离 计算机屏幕最近的面的各边用实线绘制，其对应的平行面的各边用虚线绘制， 其它面的边用点划线绘制；也可以是：距离计算机屏幕最近的面的各边用实 线绘制，从三维角度看被遮挡的边用虚线绘制。\n与现有技术相比，本发明使用任意多边形来定义数据体，通过用户交互 地控制、修改三维多面体的机制可以使用户在任意方向和位置上选择感兴趣 的体数据。另外，采用多边形，尤其是凹多边形生成的多面体，可以减少 遮挡，产生更好的观察效果，用户可观察的区域和方向会更多；而采用 不同的颜色、线型来标记多面体的面、线、点，可以使用户直观地想象 出三维结构，便于操作和观察。\n附图说明\n图1是本发明第一实施例数据体多边形的建立示意图。\n图2是本发明第一实施例数据体的示意图。\n图3是本发明第二实施例的示意图。\n具体实施方式\n如图1、图2所示：X-Y坐标是计算机屏幕的平面坐标，Z是深度坐标。 首先在X-Y坐标平面绘制一个矩形abcd，在将矩形abcd沿Z轴方向拉伸， 形成一个立方体abcd-a′b′c′d′，该立方体的坐标系与屏幕坐标系相 同。选择离计算机屏幕最近的矩形a b c d为投影面，其各边用实线绘制，与 其平行的矩形a′b′c′d′用虚线绘制，其它边用点划线绘制。顶点a、b、 c、d用圆圈和红色标注，顶点a′用蓝色标注。选择顶点a作为该多面体三维 变换的原点，选择坐标轴Y作为该多面体的旋转坐标轴。将上述定义和标注 过的立方体作为三维图像体重建的数据体，其中，物体坐标原点a、旋转坐标 轴Y、立方体的顶点b、c、d、a′作为操作控制符号。用户通过鼠标选择这 些控制符号，激活相应的控制状态，就可以实现对所需方向和位置数据体的 选择。譬如：选择立方体Y坐标轴箭头，拖动鼠标，立方体绕该坐标轴旋转。 选择顶点c，然后拖动鼠标，矩形abcd改变形状。选择原点a对应的另外一 个顶点a′，拖动鼠标，该立方体的深度改变。这些改变的效果在屏幕上交互 地显示出来，并同时将对应的三维体的参数提供给体重建的处理模块，即可 使用户能看到所感兴趣的数据在该方向的投影。\n本发明的第二实施例如图3所示，所选的多边形为五边形，该五边形沿Z 轴拉伸，形成一个五棱柱体，其中三维可见的边线用实线绘制，其余被遮挡 的边线用虚线绘制。