三维医学图像的可视化是计算机可视化技术在生物医学工程上的重要应用， 为医疗诊断和医学研究提供了对人体组织进行三维观察和分析的手段，在医学临 床与医学研究中具有重要意义。体绘制技术是三维可视化的重要技术之一，与从 体数据中抽取几何面进行可视化的面绘制方法相比，体绘制方法无需生成中间几 何元素，而是直接对所有的体素进行处理，整体合成为具有三维视觉效果的二维 图像。这样，不同的内容可以在一幅图像中同时显示，便于人们对体数据进行全 面综合的分析与研究。 针对体绘制计算量大、绘制速度慢、设备环境要求高等弱点，本文提出了一 些有效的实现方法和加速算法，在保证成像质量的前提下，以提高体绘制的速度， 增强医学体数据的理解度；为了适应网络环境下医学体数据的三维重建和交互的 目的，本文提出了一种网络环境下的渐进式体绘制方法。本文的创新点主要有： (1)将二维图像的邻域平均法、中值滤波法、边缘锐化微分法等滤波方法拓展 到医学体数据的三维空间，以实现三维医学体数据的噪声滤除、边沿锐化等数据 预处理；提出了一种基于DICOM医学体数据的窗口变换的加速算法，该算法可 以将DICOM3.0医学体数据实时地转换为不同对比度下的计算机实际显示值，以 加速医学体数据的显示速度，这种方法还在体绘制中的体素分类中得到了直接的 应用；为了保证医学体数据的各向同性，本文提出了一种非线性Hermite三次样 条插值方法和一种基于小波重构的多采样滤波器组的插值方法，用于医学体数据 的层间插值，以克服常用的线性插值方法因为数据平滑作用所造成的图像边沿和 细节的模糊的缺点。实验表明，上述数据预处理方法有助于三维重建的图像质量 的提高。 (2)给出了模糊C均值FCM分割算法的目标函数最优解分析与算法流程，将 该算法应用于人颅脑组织MR医学体数据的分类处理问题，以达到按人体不同组 织结构进行三维分类重建的目的，该算法较好地解决了传统的“硬”分割算法中 二值逻辑所不能解决的医学体数据中不同组织之间的混叠和不同区域之间边界 不清等现象。 (3)提出了一种基于纹理映射与融合、具有X光透视效果或Phong光照效果 的体绘制加速方法，用2D纹理映射与融合的方法实现了体数据的3D重建。该 方法利用体数据的窗口变换加速算法将医学体数据转换为计算机显示值，可以得 到具有X光透视效果三维图像；该方法提出的Phong明暗处理加速算法利用 Phong光照模型引入外部光源，使用一单位球面体来仿真体数据的法线矢量集所 产生的反射光强，以快速得到每一个体素的反射光强度，使物体的三维重建达到 现实世界中人眼直接观察的逼真效果；此外，还研究了三维重建物体的三维旋转 等矩阵变换，提出了一种Phong明暗修正的快速算法来保证了体绘制中三维几何 变换的多视角观察的交互速度。实验表明，该方法在目前通用个人计算机上即可 以近似实时交互的速度绘制出高品质的3D图像。 (4)提出了一种网络环境下基于小波的体数据的多分辨率体绘制方法。该方法 采用基于客户端的三维重建方案，利用三维小波的多分辨率分析，将体数据逐级 分解为不同分辨率上的离散平滑逼近和离散细节信号，按先粗后精的数据传输次 序，在客户端实现渐进式的三维重建。由于仅需12.5％或更低的数据量即可重建 出质量良好的三维图像或其概貌，因此非常适用于需要频繁选择、交互图像的网 络环境，如PACS系统等。 (5)利用OpenGL三维可视化技术实现了本文所提出的基于纹理映射的体绘 制加速算法和网络环境下基于小波的体数据的多分辨率体绘制，并从计算机图形 学的角度，研究了基于OpenGL纹理映射技术的体绘制的三维可视化流程，包括 OpenGL的模视变换、投影变换、透视除法、视区变换，以及纹理的定义、映射 与融合等步骤在上述四个变换中的嵌入方法。 关键词：可视化，三维重建，医学体数据，体绘制，纹理映射，窗口变换，模 糊分割，Phone光照模型，明暗处理，三维小波，多分辨率分析