三維數(shù)據(jù)場重構(gòu)與顯示工程軟件設計

前言

　　基于計算機的三維數(shù)據(jù)場重構(gòu)與顯示工程軟件在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、科學研究和醫(yī)學等各個方面得到了更加全面的應用，定制設計三維數(shù)據(jù)場重構(gòu)與顯示軟件包就必須對三維數(shù)據(jù)場重構(gòu)與顯示技術(shù)的算法和軟件設計方法有一個全面而深入的掌握?！　indows軟件平臺具有極大的使用廣泛性，由于計算機軟、硬件技術(shù)的發(fā)展，在Windows操作系統(tǒng)下進行復雜的三維數(shù)據(jù)場計算和顯示已經(jīng)成為可能。而Delphi作為面向?qū)ο蟮目焖匍_發(fā)的工具，以其高速的開發(fā)效率深得程序開發(fā)員的熱愛，在Delphi開發(fā)環(huán)境下，軟件人員的主要精力放在想達到的目的規(guī)劃上，而不是具體的煩瑣細節(jié)上。Delphi具有良好的封裝性，各種實用控件十分豐富，它在數(shù)字計算、圖像處理和數(shù)據(jù)庫開發(fā)等方面都具有無可比擬的優(yōu)越性。用：Delphi開發(fā)的三維數(shù)據(jù)可視化軟件具有運行效率高、安全可靠、開發(fā)快捷和模塊可重用性強等諸多優(yōu)點，國內(nèi)外基于Delphi開發(fā)的三維數(shù)據(jù)場顯示的軟件也提供了許多成功的范例。　　本書主要介紹三維數(shù)據(jù)場重構(gòu)與顯示的基礎理論和程序?qū)崿F(xiàn)技術(shù)，從工程應用的角度介紹三維數(shù)據(jù)場重構(gòu)與顯示應用軟件設計的基本方法和實用技術(shù)。全書分為5章，每章都以一個或多個具體的基于不同技術(shù)的三維數(shù)據(jù)場重構(gòu)和顯示軟件包開發(fā)的實例來敘述其相關(guān)的理論和編程技術(shù)?！　〉?章簡要介紹三維數(shù)據(jù)場重構(gòu)與顯示的應用發(fā)展、研究內(nèi)容和基本技術(shù)方法，對三維數(shù)據(jù)可視化在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、科學計算、醫(yī)學和氣象等方面的應用進行了介紹，并概要介紹三維數(shù)據(jù)場重構(gòu)的基于面繪制、基于直接體繪制、基于硬件環(huán)境和由二維輪廓線重構(gòu)三維外表面等技術(shù)?！　〉?章介紹三維數(shù)據(jù)場的數(shù)據(jù)類型與轉(zhuǎn)換技術(shù)，該章主要介紹了三維數(shù)據(jù)記錄和表達的格式，重點介紹了DICOM文件格式，還介紹了醫(yī)學圖像的文件格式轉(zhuǎn)換和表達三維數(shù)據(jù)場的不同數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換的軟件設計技術(shù)，并介紹了自定義三維面模型格式與AutoCAD三維文件格式的轉(zhuǎn)換的程序設計技術(shù)。

內(nèi)容概要

　　《三維數(shù)據(jù)場重構(gòu)與顯示工程軟件設計》主要介紹三維數(shù)據(jù)場重構(gòu)與顯示的基礎理論和程序?qū)崿F(xiàn)技術(shù)，從工程應用的角度，介紹三維數(shù)據(jù)場重構(gòu)與顯示應用軟件設計的基本方法和實用技術(shù)。全書分為5章，第1章簡要介紹三維數(shù)據(jù)場重構(gòu)與顯示的應用發(fā)展、研究內(nèi)容和基本方法，第2章介紹三維數(shù)據(jù)場的數(shù)據(jù)類型與轉(zhuǎn)換技術(shù)，第3章介紹基于等值面的三維數(shù)據(jù)場重構(gòu)與顯示的基本理論和程序設計方法，第4章介紹基于直接體繪制的三維數(shù)據(jù)場重構(gòu)與顯示基本理論和程序設計方法，第5章介紹基于二維輪廓線的三維物體重構(gòu)和顯示的理論與程序設計方法，每章都包含多個基于不同技術(shù)的三維數(shù)據(jù)場重構(gòu)與顯示的工程應用例程，各章之間的理論分析和程序模塊具有一定的相關(guān)性和獨立性。　　《三維數(shù)據(jù)場重構(gòu)與顯示工程軟件設計》系統(tǒng)地介紹了基于Delphi的三維數(shù)據(jù)場重構(gòu)與顯示的程序設計技術(shù)，比較全面地介紹了三維數(shù)據(jù)場重構(gòu)與顯示的各種方法的程序?qū)崿F(xiàn)技術(shù)，《三維數(shù)據(jù)場重構(gòu)與顯示工程軟件設計》以講解實例設計的方式介紹三維數(shù)據(jù)場重構(gòu)與顯示的程序設計技巧。注重理論、突出實用。　　《三維數(shù)據(jù)場重構(gòu)與顯示工程軟件設計》可作為大學生、研究生和工程軟件人員在三維數(shù)據(jù)場重構(gòu)與顯示的算法及相關(guān)應用課程的參考教材，書中的例子全部通過Delphi 7驗證實現(xiàn)，書中程例主要涉及三維醫(yī)學圖像重構(gòu)與顯示、無損三維測量與顯示、快速逆向加工等工程軟件設計技術(shù)。隨書所附光盤提供書中所介紹的所有三維數(shù)據(jù)場重構(gòu)與顯示的軟件包的完整源程序及編程和運行所需資源、素材和控件。

作者簡介

　　蔣先剛，男，湖南永州人。華東交通大學基礎科學學院、信息工程學院、交通信息工程與控制研究所教授。1982年中南大學鐵道學院機械工程與自動化專業(yè)畢業(yè)。1985年北京航空航天大學工程圖學研究生班畢業(yè)。1997-1998年英國Strathclyde大學國家訪問學者，2003-2004年英國Cranfield大學國家訪問學者，已發(fā)表學術(shù)論文132篇，編著書、教材13本，主要研究領域為計算機圖形學、工業(yè)測控、機械CAD／CAM／CAE。

書籍目錄

前言第1章 緒論1.1 三維空間數(shù)據(jù)場可視化概述1.2 三維數(shù)據(jù)場重建的發(fā)展與應用1.3 三維數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)的開發(fā)步驟與技術(shù)方法1.3.1 三維數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)的開發(fā)步驟1.3.2 三維數(shù)據(jù)場可視化的主要技術(shù)方法第2章 三維數(shù)據(jù)場的數(shù)據(jù)類型與轉(zhuǎn)換2.1 三維空間數(shù)據(jù)場的數(shù)據(jù)類型與表達2.1.1 三維數(shù)據(jù)場的數(shù)據(jù)類型2.1.2 三維空間數(shù)據(jù)場的通常表達方式2.2 醫(yī)學圖像格式格式介紹2.2.1 醫(yī)學圖像格式DICOM基本介紹2.2.2 DICOM標準中涉及的基本概念和定義2.2.3 DICOM標準的組成2.2.4 DICOM在醫(yī)學圖像信息系統(tǒng)中的應用2.2.5 DICOM圖像文件結(jié)構(gòu)2.3 三維空間數(shù)據(jù)場的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換2.3.1 各種三維數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口技術(shù)及應用2.3.2 三維數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換功能模塊的設計2.3.3 醫(yī)學圖像格式轉(zhuǎn)換第3章 基于等值面的三維空間數(shù)據(jù)場重構(gòu)與顯示3.1 基于等值面的三維空間數(shù)據(jù)場重構(gòu)技術(shù)3.1.1 Marching Cubes算法的基本概念3.1.2 Marching Cubes算法介紹3.1.3 Marching Cubes算法的程序?qū)崿F(xiàn)3.1.4 其他基于面的三維重構(gòu)算法介紹3.2 基于面表達的基本三維重構(gòu)基本軟件包設計3.2.1 醫(yī)學器官三維重構(gòu)軟件包系統(tǒng)的基本技術(shù)要求3.2.2 醫(yī)學器官三維重構(gòu)軟件包系統(tǒng)的基本軟件系統(tǒng)的構(gòu)成3.2.3 基于Marching Cubes的等值面產(chǎn)生的程序?qū)崿F(xiàn)技術(shù)3.2.4 三維重構(gòu)算法的程序流程3.2.5 Mar hing ubes算法中三角形片構(gòu)成的效率比較與分析3.2.6 三維重構(gòu)軟件系統(tǒng)各功能模塊的設計3.2.7 三維重構(gòu)系統(tǒng)各功能模塊的協(xié)調(diào)3.3 圖像預處理對三維重構(gòu)效果的作用3.4 OpenGL在三維數(shù)據(jù)場顯示中的應用3.4.1 OpenGL基本技術(shù)簡介3.4.2 圖形變換基礎3.5 OpenGL的程序應用技術(shù)3.5.1 OpenGL應用功能3.5.2 Delphi下的OpenGL繪制過程3.5.3 Delphi下的OpenGL編程3.6 基于面表達的復雜三維重構(gòu)軟件包的設計3.6.1 基于面表達的復雜三維重構(gòu)軟件包的功能要求3.6.2 基于面表達的復雜三維重構(gòu)軟件包的功能實現(xiàn)技術(shù)第4章 基于直接體繪制的三維空間數(shù)據(jù)場的顯示4.1 直接體繪制技術(shù)簡介4.2 體繪制中的光學模型4.2.1 光吸收模型4.2.2 光線發(fā)射模型4.2.3 光線吸收與發(fā)射模型4.3 體繪制方程4.3.1 體繪制方程一般公式4.3.2 體繪制近似合成公式4.4 圖像空間掃描的體繪制技術(shù)4.4.1 光線投射算法的基本原理4.4.2 光線投射算法的實現(xiàn)技術(shù)4.5 物體空間掃描的體繪制技術(shù)4.5.1 拋雪球法4.5.2 錯切一變形法(Shear-Warp)4.6 基于直接體繪制的基本三維重構(gòu)軟件的設計4.6.1 基于直接體繪制的基本三維重構(gòu)軟件包的框架設計4.6.2 基于直接體繪制系統(tǒng)的主要功能模塊設計4.6.3 傳遞函數(shù)的設計4.7 由三維紋理映射硬件支持的直接體繪制4.7.1 三維紋理映射及其硬件實現(xiàn)的基本原理4.7.2 基于三維紋理映射硬件支持三維顯示軟件的設計4.8 基于GPU的三維繪制技術(shù)4.9 各種體繪制算法的實驗與比較第5章 基于二維輪廓線的三維重構(gòu)與顯示5.1 由二維輪廓線重構(gòu)三維形體的基本原理5.2 單輪廓線之間的三維形體重構(gòu)的基本方法5.2.1 最短對角線法5.2.2 最大體積法5.2.3 相鄰輪廓線同步前進法5.2.4 基于Delaunay剖分的外表面重構(gòu)5.3 圖像的濾波和邊緣輪廓求取與應用5.3.1 圖像的濾波處理5.3.2 圖像的閾值分割5.3.3 圖像的邊緣檢測5.3.4 圖像的邊界提取5.3.5 提取輪廓線上的網(wǎng)格點5.3.6 由二維輪廓線的點構(gòu)成三維曲面5.3.7 顯示二維輪廓線組成的三維曲面的技術(shù)5.3.8 基于輪廓線的三維表面重構(gòu)實驗與結(jié)果分析5.4 由二線輪廓線重構(gòu)三維形體顯示軟件的設計參考文獻

章節(jié)摘錄

　　三維數(shù)據(jù)場可視化是指運用計算機圖形學和圖像處理技術(shù)，將實驗測量和科學計算過程中得到的數(shù)據(jù)及計算結(jié)果轉(zhuǎn)換為圖形、圖像在屏幕、硬拷貝設備上顯示出來，并進行交互處理的理論、方法和技術(shù)。三維數(shù)據(jù)場可視化的應用包括科學計算數(shù)據(jù)的可視化和實驗測試數(shù)據(jù)的可視化等各方面?！　∪S數(shù)據(jù)場可視化將圖形生成技術(shù)、圖像處理技術(shù)和人機交互技術(shù)結(jié)合在一起，其主要功能是從復雜的多維數(shù)據(jù)中產(chǎn)生圖形，它形象化地分析和理解存入在計算機中的圖像數(shù)據(jù)。它涉及到計算機圖形學、圖像處理、計算機輔助設計、計算機視覺及人機交互技術(shù)等多個領域?！　∮嬎銠C的廣泛使用使得人類社會進入了信息時代，它給人類社會提供了全新的科學計算和數(shù)據(jù)獲取手段。由于長期以來受計算機軟硬件技術(shù)水平的制約，科學計算和實驗測量的數(shù)據(jù)不能以圖形方式顯示，只能以字符和統(tǒng)計報表的方式呈現(xiàn)，同時缺乏形象的交互處理手段，并且大量的輸出數(shù)據(jù)只能通過人工方式處理。具有空間關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)需要以合適的方式獲取和顯示出來，因而包含空間層次關(guān)系的科學計算和實驗測量的數(shù)據(jù)的后處理已經(jīng)成為提高數(shù)據(jù)處理質(zhì)量和效率的主要問題之一。隨著近年來計算機軟硬件性能的不斷提高和計算機圖形學的蓬勃發(fā)展，使得運用計算機技術(shù)形象直觀地顯示三維數(shù)據(jù)場和對其進一步交互處理成為可能?！　∪S數(shù)據(jù)場可視化的目標就是把由科學計算或?qū)嶒灉y試獲得的大量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成人的視覺可以直接感觀的計算機三維圖像。一幅圖像能把大量的抽象數(shù)據(jù)有機地結(jié)合在一起，展示其數(shù)據(jù)所表現(xiàn)的內(nèi)容及其相互關(guān)系，使人們擺脫直接面對大量抽象數(shù)字組合成的復雜情形，以把握數(shù)據(jù)的全局分布和三維數(shù)據(jù)間的關(guān)聯(lián)和層次關(guān)系?！　陀^物體在計算機中進行真實的三維重建，一直以來都是計算機圖像學以及計算機圖形學所研究的熱門領域之一，逼真而準確地再現(xiàn)真實的三維形體是一個重要的計算機技術(shù)研究領域。三維數(shù)據(jù)場可視化將圖形生成技術(shù)、圖像處理技術(shù)和人機交互技術(shù)結(jié)合在一起，其主要功能是從復雜的多維數(shù)據(jù)中產(chǎn)生三維圖形。

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