基于gpu的虚拟内窥技术研究

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1、国内图书分类号：TP391.9学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工程硕士学位论文基于GPU的虚拟内窥技术研究硕士研究生：赵丝喆导师：王宽全教授申请学位：工程硕士学科：计算机技术所在单位：计算机科学与技术学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP391.9U.D.C:621.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONVIRTUALENDOSCOPYTECHNOLOGYBASEDONGPUCandidate：ZhaoSizheSup

2、ervisor：Prof.WangKuanquanAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ComputerTechnologyAffiliation：SchoolofComputerScienceandTechnologyDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要虚拟内窥技术为医疗诊断开拓了新方法，它是无创的、非侵入式的，可以检测极其微小的或传统

3、内窥镜所无法探入的器官，如脑、心脏等。虽然目前虚拟内窥技术发展迅速，但仍存在中心路径提取速度慢、交互效率低等问题。因此，本文的主要研究目的是将GPU的并行计算性能融入到虚拟内窥技术的实现中，提高中心路径的提取效率，开发出具备高交互性能的虚拟内窥系统，为临床医学的诊疗提供帮助。在中心路径提取方面，本文采用势能场方法。为了降低该方法的时间复杂度，提出了基于GPU的势能场中心路径提取并行算法，并充分利用CUDA架构特有的常量存储器和共享存储器对普通并行算法进行改进。通过对多组3D模型进行测试，结果表明，随着数据规模的增大，加速效果逐渐提升。处理256×256×487的体

4、数据时，可获得18倍的加速比，解决了中心路径提取时间长、效率低的问题。在三维可视化方面，本文实现了基于移动立方体算法的面绘制和基于光线投射算法的体绘制。由于体绘制运算量大，仅用CPU进行计算常常无法满足实时绘制的要求。因此，本文还提出了基于GPU的并行体绘制方法，利用GPU的并行计算性能来提高绘制帧率。测试结果表明，对于多组不同大小的3D模型，该并行方法的绘制帧率均可达到40以上，满足实时绘制的要求。另外，本文还提供了实时交互功能，用户可自行设置传递函数以达到理想的绘制效果，并可对可视化结果进行放缩、旋转和拖动等操作。在虚拟漫游方面，本文将平行投影改为透视投影以实

5、现近大远小的视觉感官效果。提供引导式漫游方式，用户可操控虚拟相机沿着中心路径进行漫游，或固定在某一位置对局部进行细微观察，通过点击鼠标或按钮完成虚拟相机镜头的放缩或旋转等操作。最后，本文融合了以上三项技术，设计并实现了基于GPU的虚拟内窥系统，该系统具备较好的交互性能，可改善用户体验，为临床医学的诊疗提供有效的辅助平台。关键词：虚拟内窥技术；中心路径提取；三维可视化；虚拟漫游；图形处理器-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractVirtualendoscopytechnologywhichisnon-invasivedevelopsanewmethodf

6、ormedicaldiagnosis,itcandetectorganswhichareextremelysmallorunabletoexplorefortraditionalendoscopy,suchasbrainandheart.Althoughthevirtualendoscopytechnologyisdevelopingathighpacenow,itstillhasproblemssuchastheslowspeedofcenterlineextractionandthelowefficiencyofinteraction.Therefore,th

7、emainpurposeofthisarticleistointegratetheGPU’sparallelcomputingperformanceintovirtualendoscopytechnologyimplementation,whichcanimprovetheefficiencyofcenterlineextraction.Furthermore,thisarticleaimstodevelopavirtualendoscopysystemwithhighlyinteractiveperformancetohelpclinicaldiagnosisa

8、ndtre