Вычислительная медицина. Расчет объемной фигуры для восстановления травмированной кости
|
Введение 3
1. Обзорно-аналитическая часть 5
1.1 Цель и задачи 5
1.2 Постановка задачи 6
1.3 Сравнительный анализ инструментальных средств 8
1.4 Обзор существующих программных средств 13
3. Практическая часть
3.1 Система для автоматической сборки разбитых 3D тел 27
3.2 Обзор алгоритмов 30
3.2 Сегментация данных 34
3.3 Выбор компонентов и представление 36
3.4 Попарно соответствия 36
3.5 3D сборки фрагментов 38
4. Реализация
4.1. Разработка 42
Заключение 42
Список использованных источников 47
Приложение 48
1. Обзорно-аналитическая часть 5
1.1 Цель и задачи 5
1.2 Постановка задачи 6
1.3 Сравнительный анализ инструментальных средств 8
1.4 Обзор существующих программных средств 13
3. Практическая часть
3.1 Система для автоматической сборки разбитых 3D тел 27
3.2 Обзор алгоритмов 30
3.2 Сегментация данных 34
3.3 Выбор компонентов и представление 36
3.4 Попарно соответствия 36
3.5 3D сборки фрагментов 38
4. Реализация
4.1. Разработка 42
Заключение 42
Список использованных источников 47
Приложение 48
Аннотация к дипломному проекту: Вычислительная медицина. Расчет объемной фигуры для восстановления травмированной кости.
Активно вошли технологии 3D медицины область исследований - является одним из достижений 3D разработка человеческого тела. Было сложно представить такой уровень детализации до появления 3D-графики.
С помощью 3D можно создавать объемные 3D объекты, которые они до этого представляют мысленно с помощью воображения, а после уже реализовывают при помощи 3D редактора.
Медицинских исследований является, одной из самых ярких достижений разработки точной 3D модели человеческого тела. Такой уровень детализации было сложно себе представить. Технологии вошли в различные сферы науки и техники 3D моделирования.
Достаточно часто стала использоваться 3D-анимация для выяснения обстоятельств автомобильных аварий, катастроф - позволяет продемонстрировать происходящих последовательность событий. Для создания достаточно учесть реальные законы физики.
В последние годы 3D моделирование используется в медицине, даже существуют несколько направлений использования 3D технологий.
Blender — свободный с открытыми исходными кодами пакет 3D- проектирования, доступный для Linux, Mac OS X, Windows и стабильная версия производится для них. Имеет преданное и увлечённое сообщество 3D- приложения, создающее художественные анимации, картины с помощью Blender и используется многими студиями разработчиками игр и просто любителями. На сегодняшний день в Интернете можно найти большое число 3D моделей. Многие модели продаются с высококачественными текстурами, созданными на основе цифровых фотографий настоящих органов.
Создание 3D-объектов производится с помощью специальных программ: Autodesk 3dMax, Autodesk Maya, Blender, Cinema 4D и другие.
Для решения математической модели необходимо сгенерировать расчетную сетку в физической области. Задача построения расчетной сетки заключается в нахождении отображения, которое переводит узлы сетки из физической области вычислительную. Данное отображение должно быть однозначным и иметь сгущение в тех областях, где возможно появление больших градиентов искомых функций. В 3D - тетраэдры или призмы.
NETGEN — это автоматический генератор сеток для 2D и 3D областей. Программа является свободно распространяемой и выпускается под лицензией LGPL. NETGEN строит треугольные или четырехугольные сетки в двумерных областях, и тетраэдральные сетки в трехмерной области. NetGen, из которого следует, что эта библиотека удобным образом может быть использована в приложениях, требующих генерацию 3Е-сетки элементов. Функции библиотеки могут быть изучены и использованы и без написания кода. В поставку NetGen входит приложение netgen.exe, которое реализует визуальный интерфейс ко всем функциям библиотеки.
Мы представили методы для автоматических повторных сборка сломанных 3D твердых частиц. Наш алгоритм сопоставления собирает разбитые объекты с помощью чисто геометрической информации, содержащейся в поверхности разрушения фрагментов. Это просто включить дополнительная информация, такая, как 2D и 3D текстур.
Мотивирующие приложения для этой работы исходит от археологии, несколько новых методов для анализа поверхности и согласования к компьютерной графике, видение и обработки геометрии.
Активно вошли технологии 3D медицины область исследований - является одним из достижений 3D разработка человеческого тела. Было сложно представить такой уровень детализации до появления 3D-графики.
С помощью 3D можно создавать объемные 3D объекты, которые они до этого представляют мысленно с помощью воображения, а после уже реализовывают при помощи 3D редактора.
Медицинских исследований является, одной из самых ярких достижений разработки точной 3D модели человеческого тела. Такой уровень детализации было сложно себе представить. Технологии вошли в различные сферы науки и техники 3D моделирования.
Достаточно часто стала использоваться 3D-анимация для выяснения обстоятельств автомобильных аварий, катастроф - позволяет продемонстрировать происходящих последовательность событий. Для создания достаточно учесть реальные законы физики.
В последние годы 3D моделирование используется в медицине, даже существуют несколько направлений использования 3D технологий.
Blender — свободный с открытыми исходными кодами пакет 3D- проектирования, доступный для Linux, Mac OS X, Windows и стабильная версия производится для них. Имеет преданное и увлечённое сообщество 3D- приложения, создающее художественные анимации, картины с помощью Blender и используется многими студиями разработчиками игр и просто любителями. На сегодняшний день в Интернете можно найти большое число 3D моделей. Многие модели продаются с высококачественными текстурами, созданными на основе цифровых фотографий настоящих органов.
Создание 3D-объектов производится с помощью специальных программ: Autodesk 3dMax, Autodesk Maya, Blender, Cinema 4D и другие.
Для решения математической модели необходимо сгенерировать расчетную сетку в физической области. Задача построения расчетной сетки заключается в нахождении отображения, которое переводит узлы сетки из физической области вычислительную. Данное отображение должно быть однозначным и иметь сгущение в тех областях, где возможно появление больших градиентов искомых функций. В 3D - тетраэдры или призмы.
NETGEN — это автоматический генератор сеток для 2D и 3D областей. Программа является свободно распространяемой и выпускается под лицензией LGPL. NETGEN строит треугольные или четырехугольные сетки в двумерных областях, и тетраэдральные сетки в трехмерной области. NetGen, из которого следует, что эта библиотека удобным образом может быть использована в приложениях, требующих генерацию 3Е-сетки элементов. Функции библиотеки могут быть изучены и использованы и без написания кода. В поставку NetGen входит приложение netgen.exe, которое реализует визуальный интерфейс ко всем функциям библиотеки.
Мы представили методы для автоматических повторных сборка сломанных 3D твердых частиц. Наш алгоритм сопоставления собирает разбитые объекты с помощью чисто геометрической информации, содержащейся в поверхности разрушения фрагментов. Это просто включить дополнительная информация, такая, как 2D и 3D текстур.
Мотивирующие приложения для этой работы исходит от археологии, несколько новых методов для анализа поверхности и согласования к компьютерной графике, видение и обработки геометрии.
В результате проведенной работы можно сделать следующие выводы. Как показало исследование, различные алгоритмы имеют свои преимущества и недостатки, как следствие все алгоритмы имеют свою область применения.
В ходе работы над проектом были достигнуты следующие цели:
Создано трехмерное изображение с помощью 3D редактора Blender, позволяющие вычислять объем и площадь поверхности, сетка представляет собой набор вершин, ребер и граней, которые могут быть использованы для определения многогранную объекта в 3D компьютерного моделирования.
Целью исследования была: восстановление травмированной кости. Мы представили метод для автоматической повторной сборки сломанные 3D твердые частицы. Данное 3D модели, сломанных на осколки, мы исследуем геометрию разрушения поверхностей, находим глобальную последовательность реконструкцию исходных объектов нашего исследования.
Особенность надежной, глобальной регистрации для парного сопоставления фрагментов и одновременной ограничивается локальная регистрация нескольких осколков. Для этого мы разрабатываем несколько новых методов в области обработки геометрии, в том числе. Новые интегральные инварианты для вычисления многомасштабном поверхности характеристики, регистрация на основе передовых методов поиска и поверхностная последовательность и алгоритм непроникающей итерироваться ближайшая точка.
Производительность алгоритма, по ряду из реальных примеров. Сборка сломанных 3D объектов в полностью автоматическом режиме приобрела большое значение, в основном благодаря использованию все более широко распространенного приобретения формы устройства в полевых археологии. Во многих случаях, реконструкция должна быть основанные исключительно на геометрии фрагментов, так как информация как цвет и текстуру уже давно потеряли. Это делает проблему тесно связаны с проблемами сложных согласования формы и 3D выравнивание сканирования в области компьютерной графики и Vision. Мы представляем алгоритм, который автоматически собирает раздробленной 3D-объектов из цифровых моделей их фрагментов. Несмотря на то что примеры в данной работе связаны с приложениями в области археология, большинство из алгоритмов, разработанных здесь может быть применяется только с тривиальными изменениями для построения объекта от частичных 3D сканирования и других проблем соответствия формы.
Наш алгоритм сопоставления собирает разбитое объекта с помощью чисто геометрической информации, содержащейся в поверхности разрушения фрагментов.
Это просто включить дополнительная информация, такая, как 2D и 3D текстур. Хотя мотивирующим приложение для этой работы исходит от археологии, мы внести свой вклад несколько новых методов для анализа поверхности и согласования к компьютерной графике, Vision, и обработки геометрии.
Для этого мне понадобилось использовать 3D редактор Blender для создания целевой (бедренной) кости и разбиения его на осколки, после чего уже для восстановления (бедренной) кости с помощью 3D библиотеки Netgen версии 5.3 и языка программирования С++ мы разбили осколок на 3D тетраэдрические маленькие фигурки.
Библиотека Netgen версии 5.3, которая позволяет просматривать и поверхности заданные в STL, и файлы с сеткой конечных элементов. В этой программе можно сгенерировать 3D-сетку элементов по STL описанию, выполнить повторное разбиение, просмотреть отдельные тетраэдры сетки.
Также, выполнено вычисление объема трехмерного объекта, позволяющий выделять область на объекте, вычислять объем поверхности заданной области.
В ходе работы над проектом были достигнуты следующие цели:
Создано трехмерное изображение с помощью 3D редактора Blender, позволяющие вычислять объем и площадь поверхности, сетка представляет собой набор вершин, ребер и граней, которые могут быть использованы для определения многогранную объекта в 3D компьютерного моделирования.
Целью исследования была: восстановление травмированной кости. Мы представили метод для автоматической повторной сборки сломанные 3D твердые частицы. Данное 3D модели, сломанных на осколки, мы исследуем геометрию разрушения поверхностей, находим глобальную последовательность реконструкцию исходных объектов нашего исследования.
Особенность надежной, глобальной регистрации для парного сопоставления фрагментов и одновременной ограничивается локальная регистрация нескольких осколков. Для этого мы разрабатываем несколько новых методов в области обработки геометрии, в том числе. Новые интегральные инварианты для вычисления многомасштабном поверхности характеристики, регистрация на основе передовых методов поиска и поверхностная последовательность и алгоритм непроникающей итерироваться ближайшая точка.
Производительность алгоритма, по ряду из реальных примеров. Сборка сломанных 3D объектов в полностью автоматическом режиме приобрела большое значение, в основном благодаря использованию все более широко распространенного приобретения формы устройства в полевых археологии. Во многих случаях, реконструкция должна быть основанные исключительно на геометрии фрагментов, так как информация как цвет и текстуру уже давно потеряли. Это делает проблему тесно связаны с проблемами сложных согласования формы и 3D выравнивание сканирования в области компьютерной графики и Vision. Мы представляем алгоритм, который автоматически собирает раздробленной 3D-объектов из цифровых моделей их фрагментов. Несмотря на то что примеры в данной работе связаны с приложениями в области археология, большинство из алгоритмов, разработанных здесь может быть применяется только с тривиальными изменениями для построения объекта от частичных 3D сканирования и других проблем соответствия формы.
Наш алгоритм сопоставления собирает разбитое объекта с помощью чисто геометрической информации, содержащейся в поверхности разрушения фрагментов.
Это просто включить дополнительная информация, такая, как 2D и 3D текстур. Хотя мотивирующим приложение для этой работы исходит от археологии, мы внести свой вклад несколько новых методов для анализа поверхности и согласования к компьютерной графике, Vision, и обработки геометрии.
Для этого мне понадобилось использовать 3D редактор Blender для создания целевой (бедренной) кости и разбиения его на осколки, после чего уже для восстановления (бедренной) кости с помощью 3D библиотеки Netgen версии 5.3 и языка программирования С++ мы разбили осколок на 3D тетраэдрические маленькие фигурки.
Библиотека Netgen версии 5.3, которая позволяет просматривать и поверхности заданные в STL, и файлы с сеткой конечных элементов. В этой программе можно сгенерировать 3D-сетку элементов по STL описанию, выполнить повторное разбиение, просмотреть отдельные тетраэдры сетки.
Также, выполнено вычисление объема трехмерного объекта, позволяющий выделять область на объекте, вычислять объем поверхности заданной области.