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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:范育銘
研究生(外文):Yu-Ming Fan
論文名稱:以輪廓線為主的三維物件重建系統及其應用
論文名稱(外文):A Contour-Based 3D Reconstruction System and Its Applications
指導教授:陳立祥陳立祥引用關係
指導教授(外文):Lih-Shyang Chen
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:電機工程學系碩博士班
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2004
畢業學年度:92
語文別:中文
論文頁數:84
中文關鍵詞:輪廓線三維物件重建
外文關鍵詞:Contours3D Reconstruction
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  從一系列的二維影像重建出其原本的三維模型已經廣泛地應用在各個領域當中,三維模型的呈現方式也有很多種不同的方式。本論文所針對的重建對象為以輪廓線主的二維影像,讓使用者能更具體的看到這一些輪廓線事實上在人類的生活中所代表的真實情況。這些二維的輪廓線可以代表的是人類的器官,例如:腎臟、肝臟...等等,也可以是顯微鏡下老鼠腦內的血管,重建這些肉眼無法直接看見的器官成為三維的模型能幫助使用者進一步地去發現出更具有貢獻的研究。

  在本論文裡設計且實作了一套重建三維物件的系統,每一張以輪廓線為主的二維影像其所包含的東西就是一堆在XY座標上的點的集合,這些點的集合就是輪廓線。最後再將這些點利用OpenGL的方式來建立連結以呈現其原本應有的面貌。

  利用本系統,可以根據使用者所選擇的輪廓線,並依照使用者的需求來設定連結條件將之建立成三維模型,例如:上下張輪廓線有重疊即建立連結。系統也可以自動依照連結條件的設定來建立出所有可能的三維物件模型,使用者再依其需求來手動修改(新增連結或刪除連結)建立出來的三維物件,以節省使用者的操作時間。

  除此之外,還提供手動新增輪廓線、編輯輪廓線、刪除輪廓線...等等相關操作功能,以滿足使用者對輪廓線的操作。例如:使用者可以將系統切換成重疊顯示的模式,並針對中間那張輪廓線來作平移或是旋轉的操作,系統也會即時地在三維模型的部分作更新。
  To reconstruct the 3D model from a series of 2D images are now in widespread use in every field. There are also many methods to display the 3D model. The reconstruction targets of this thesis are the contour-based 2D images and it will let the user concretely realize how the contours really exist in our life. The contours can be the organs of human being, for example:the kidney, the liver...etc. It can also be the vessels inside the rat brain under the microscope. It was helpful to the user to discover more significant research by reconstructing the invisible objects.

  In this thesis, we design and implement a 3D reconstruction system. A contour-based image contains a lots of the point sets in the Cartesian coordinate system. This point sets are the contours. The system will reconstruct its original appearance by using the OpenGL method.

  With this system, users can set up connection conditions for constructing 3D model to meet their needs base on their chosen contours, such as overlap of upper and lower contours could establish connections. More efficiently, the system can also construct every possible 3D models automatically base on the predetermined connection conditions, users can then modify it manually (adding or deleting connections) according to their needs.
  
  Furthermore, the system provides additional functions including adding, editing, deleting contours to fulfill users’ needs. For instance, user can translate or rotate the middle slice when the system was operated in the overlap mode, the system would then update the 3D model immediately.
中文摘要 I
英文摘要 II
目錄 III
圖目錄 V
第1章 導論 1
1.1 概述 1
1.2 研究動機及目的 3
1.3 章節提要 4
第2章 背景 5
2.1 三維物件的呈現方法 5
2.1.1 以體素圖像(Voxel-based)為主的三維物件 5
2.1.2 以多邊形圖像(Polygon-based)為主的三維物件 7
2.2 系統輸入的資料 9
2.2.1 含有輪廓線資訊的資料 9
2.2.2 影像圖檔 11
2.3 相關演算法及相關系統簡介 13
2.3.1 MiracViewer 13
2.3.2動態輪廓線模型(Active Contour Model,ACM) 15
2.3.3輪廓線評分機制(Contour Evaluation) 16
第3章 系統功能介紹 18
3.1 主要工具列(MAIN TOOLBAR) 18
3.2 次要工具列(SUB TOOLBAR) 24
3.3 顯示比例工具列(VIEW SCALE TOOLBAR) 25
3.4 控制面版(CONTROL PANEL) 26
3.5 如何建立3D物件 30
3.5 如何建立3D物件 31
第4章 系統架構與設計 34
4.1 系統架構 34
4.2 組成元件功能解說 37
4.2.1 Slice Coordinator 37
4.2.2 Slice Holder(2D Window) 37
4.2.3 Object Exhibit(3D Window) 38
4.2.4 Contour Manager 39
4.2.5 Image Manager 40
4.2.6 LabelInfo Manager 41
4.3 系統實作 44
4.3.1 資料的表現方式 44
4.3.2 輪廓線的前置處理(Contour Preprocessing) 47
4.3.3 細胞(Cell)的群組關係表示方式 52
4.3.4 Slice Window 53
4.3.5 輪廓線連結演算法(Connection Algorithm) 62
4.3.6 漫遊路徑(Navigation Path) 65
4.3.7 鑽洞 (Drill Tube) 70
第5章 系統應用 75
5.1 鼠腦中的血管 75
5.2 影像辨識後的結果 77
5.3 實際人體模型(VISIBLE HUMAN BODY) 79
第6章 結論 81
6.1 研究成果 81
6.2 未來發展方向 82
參考文獻 83
[Li03] Li Tang, Chengke Wu, Tsui, H.T., Shigang Liu, “Algorithm for 3D reconstruction with both visible and missing data”, Electronics Letters, Volume: 39, Issue: 23, Pages:1640-2, 13 Nov. 2003
[Daube01] Daube-Witherspoon, M.E., Matej, S., Karp, J.S., “Assessment of image quality with a fast fully 3D reconstruction algorithm”, Nuclear Science Symposium Conference Record, 2001 IEEE ,Volume: 4, Pages:2238 – 2242, 4 Nov. 2001
[Safont99] Vicent Safont, L., Martinez Marroquin, E., “3D reconstruction of third proximal femur (31-) with active contours”, Image Analysis and Processing, 1999 Proceedings. International Conference, Pages:458 – 463, 27 Sept. 1999
[Ahme97] Ahmed, M., Yamany, S., Hemayed, E., Ahmed, S., Roberts, S., Farag, A., “3D reconstruction of the human jaw from a sequence of images”, Computer Vision and Pattern Recognition, 1997.
[Ande97] Jerry Anderson, John Berg, Michael Regelski, Allen Clark, “ActiveX Programming with Viaual C++ 5.0”, Que corporation, 1997
[Chen96] Jin-Long Chen, Stockman, G.C., “Indexing to 3D model aspects using 2D contour features”, Computer Vision and Pattern Recognition, 1996. Proceedings CVPR '96, 1996 IEEE Computer Society Conference, Page(s): 913 –920, 18 June 1996
[Cohen90] Cohen, L.D., Cohen, I, “A finite element method applied to new active contour models and 3D reconstruction from cross sections”, Computer Vision, 1990. Proceedings, Third International Conference, Pages:587 – 591, 4 Dec. 1990
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