一种基于索引的体绘制渲染方法和装置

技术领域

本发明涉及医学影像技术领域，尤其涉及一种基于索引的体绘制渲染方法和装置。

背景技术

市面常见的普通体绘制渲染，是将体数据当成一种材质采用光线投射算法进行渲染。

然而，普通体绘制渲染是通过整体渲染，采用单一的渲染方法，而对某些特定位置的组织，由于图像清晰度和渲染方法的局限性，渲染效果不理想。另一方面，如果渲染只需要对某一组织进行，整体渲染的过程就会操作冗余、耗时较长。

这些问题限制了体绘制渲染方法可以实现的效果，容易造成渲染时真实图像部分与虚拟部分不同步、渲染帧率较低的问题，体验较差。

发明内容

本发明实施例提供一种基于索引的体绘制渲染方法和装置，用以解决现有体绘制渲染方法存在大量冗余操作，容易造成真实图像部分与虚拟部分不同步的问题。

为了实现上述目的，本发明提供的基于索引的体绘制渲染方法，包括：

基于体数据图像的像素灰度信息、像素位置信息生成索引值图像，所述索引值图像的像素与所述体数据图像的像素一一对应，所述索引值图像包含对应每个像素的索引值信息，每张索引值图像对应一张体数据图像；

光线投射到所述体数据图像、索引值图像上，获取到与每个像素对应的索引值信息；

基于所述索引值信息，得到对应的材质信息；

根据所述材质信息对所述体数据图像进行图像渲染。

根据本发明提供的基于索引的体绘制渲染方法，基于体数据图像的像素位置信息生成索引值图像，包括：

根据体数据图像的像素位置信息分别对每个像素标记索引值，所述索引值对应材质数值；

根据索引值以及所述像素位置信息，生成索引值图像。

根据本发明提供的基于索引的体绘制渲染方法，根据所述材质信息对所述体数据图像进行图像渲染，包括：基于AI或手绘的方法对不同位置的体数据图像的包裹面进行绘制。

根据本发明提供的基于索引的体绘制渲染方法，所述基于所述索引值，得到对应的材质信息，具体包括：

根据所述索引值，查找对应的材质数值；

根据所述材质数值，得到对应的材质信息。

根据本发明提供的基于索引的体绘制渲染方法，所述根据所述材质信息对所述体数据图像进行图像渲染，具体包括：

基于索引值在索引值图像上的位置信息，获取进行图像渲染的体数据位置信息；

基于所述位置信息以及所述材质信息对应的绘制颜色，对所述体数据图像进行图像渲染。

本发明还提供了一种基于索引的体绘制渲染装置，包括：

索引生成单元，基于体数据图像的像素灰度信息、像素位置信息生成索引值图像，所述索引值图像的像素与所述体数据图像的像素一一对应，所述索引值图像包含对应每个像素的索引值信息，每张索引值图像对应一张体数据图像；

材质信息生成单元，用于光线投射到所述体数据图像、索引值图像上，获取到与每个像素对应的索引值信息；基于所述索引值信息，得到对应的材质信息；

图像渲染单元，用于根据所述材质信息对所述体数据图像进行图像渲染。

本发明还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上所述基于索引的体绘制渲染方法。

本发明还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上所述基于索引的体绘制渲染方法。

本发明实施例提供的一种基于索引的体绘制渲染方法和装置，通过和AI的标记数据进行结合，可以单独对特定的组织进行渲染，比普通整体渲染有更加丰富的表现力，通过上述方法可以得到更好的渲染效果，在增加渲染效果的同时，对硬件要求并没有显著提高，有效简化操作流程，避免冗余操作，提高图像的渲染效率，从而解决渲染过程中真实图像部分与虚拟部分的不同步问题，优化用户体验。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的基于索引的体绘制渲染方法的流程示意图；

图2为本发明第一实施例提供的渲染结果图；

图3为本发明第二实施例提供的渲染结果图；

图4为本发明第三实施例提供的渲染结果图；

图5为本发明第四实施例提供的渲染结果图；

图6为本发明第五实施例提供的渲染结果图；

图7为采用传统渲染方法1渲染后的结果图；

图8为采用传统渲染方法2渲染后的结果图；

图9为本发明实施例提供的基于索引的体绘制渲染装置的结构示意图；

图10为本发明实施例提供的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，附图中使用彩图，可以更直观地将本发明提供的基于索引的体绘制渲染方法与传统的渲染方法进行对比，从而更加清晰地呈现本发明在体绘制渲染方面的优势。

下面结合图1-图4描述本发明的具体实施例。

图1为本发明实施例提供的基于索引的体绘制渲染方法的流程示意图；如图1所示，一种基于索引的体绘制渲染方法，包括如下步骤：

步骤S101、基于体数据图像的像素灰度信息、像素位置信息生成索引值图像，所述索引值图像的像素与所述体数据图像的像素一一对应，所述索引值图像包含对应每个像素的索引值信息，每张索引值图像对应一张体数据图像；

步骤S102、光线投射到所述体数据图像、索引值图像上，获取到与每个像素对应的索引值信息；

步骤S103、基于所述索引值信息，得到对应的材质信息；

步骤S104、根据所述材质信息对所述体数据图像进行图像渲染。

下面结合具体的实施例对上述步骤分别作详细说明：

步骤S101、基于体数据图像的像素灰度信息、像素位置信息生成索引值图像，所述索引值图像的像素与所述体数据图像的像素一一对应，所述索引值图像包含对应每个像素的索引值信息，每张索引值图像对应一张体数据图像；

在本步骤中，可以选用AI标记数据，本实施例选用尺寸是512*512*600的CT体数据图像，表示单幅CT是512*512像素，一共有600幅，CT数据的灰度是16比特，即2个字节，一般用short表示，即表示范围是-32768～32767之间的数。

基于上述CT体数据图像，建立对应的索引，索引数据也是512*512*600，表示单幅索引是512*512像素，一共有600幅，但索引数据目前是8比特，即1个字节，用unsigned char表示，即表示范围是0～255(共256种)，表示某像素可以被标记为256种组织。

步骤S102、光线投射到所述体数据图像、索引值图像上，获取到与每个像素对应的索引值信息；

在本步骤中，当对体数据图像进行光线投射时，每根光线穿越某个像素时，得到与所述像素对应的索引值信息。

具体地，光线投射方法是基于图像序列的直接体绘制算法，从图像的每一个像素，沿固定方向(通常是视线方向)发射一条光线，光线穿越整个体数据图像序列的特定像素时，即得到该像素对应的预先设定的索引值信息。

也就是说，默认数据包含索引，索引值为0。通过手工勾画、AI提取等方法将像素进行切割等图形学方法处理后归为指定的索引值，或者通过形态学及计算机视觉技术将指定形状的像素归为特定的索引值。

步骤S103、基于所述索引值信息，得到对应的材质信息；

在本步骤中，在得到与所述像素对应的索引值信息后，根据这个像素的索引值信息去查找对应的材质数据。

步骤S104、根据所述材质信息对所述体数据图像进行图像渲染。

在本步骤中，在查找到所述像素的索引值信息对应的材质数据后，根据所述材质数据生成对应的材质信息，最后根据材质信息生成物体表面信息及要绘制的颜色，对所述体数据图像进行图像渲染。

可以理解的是，传统的体绘制渲染方法是对CT数据进行光线投射，显示需渲染位置的图像，这种方式对器脏的区分方面并不明显。如在对心脏的冠脉血管和心脏本身同时进行渲染时，采用传统的渲染方法得到的心脏冠脉血管和心脏本身的渲染图像，并不容易区分。而对冠脉血管像素进行设置成不同的索引后，再赋予这些索引不同的颜色，就能区分不同位置的索引，甚至可以透明/隐藏指定的索引所针对的组织，因此可以明显区分不同位置的器脏。

结合具体的实施例对上述步骤作进一步地说明。

示例地，假设预先设立的索引值信息如表1所示。

表1索引值信息

在一具体实施例中，像素对应索引值信息的获取及图像渲染包括：

1、体数据图像的选择

本实施例选取不同部位器脏的CT数据图像作为体数据图像。

2、索引值图像的生成

基于像素位置信息，根据表1中的对应关系，查找得到对应索引值，将某一器脏所有像素位置信息对应的索引值合并为该器脏对应的索引值图像，这样，每张体数据图像对应一张索引值图像。

3、材质信息的获取

光线投射到步骤1、2获得的体数据图像、索引值图像上，获取到与每个像素对应的索引值信息，根据索引值信息，查找材质数据，并基于材质数据得到对应的材质信息。

4、图像渲染

预先设定每一种材质信息对应一种颜色信息，使用光线投射方法将光线投射到某一材质信息上时，得到对应的颜色值，即为渲染图像的颜色。

在另外一个具体实施例中，基于索引的体绘制渲染方法及传统方法渲染结果的比较如下：

1、基于索引的体绘制渲染方法的渲染结果

示例地，使用本发明提供的基于索引的体绘制渲染方法对实施例提供的心脏CT数据图像进行渲染。

具体地，针对不同索引预设不同的颜色，形成索引值信息表，渲染时，可以修改索引值信息表里的某个索引所对应的颜色，通过切换不同的颜色表，或者显示/隐藏某个索引之后所呈现的渲染背景，从而最终呈现出不同的渲染效果。

图2～图6为本发明提供的渲染结果图，如图2～6所示，通过基于索引的体绘制渲染方法，将目标器脏渲染为不同的颜色，并且将背景部位进行处理，使结果更清楚，区别更明显。

2、基于传统渲染方法的渲染结果

使用传统渲染方法对实施例提供的CT数据图像进行渲染，如图7～8所示，目标器脏与背景部位没有很明显的分界。

3、基于索引的体绘制渲染方法在实际应用中的意义

将上述不同渲染方法获得的渲染结果进行对比，基于索引的体绘制渲染方法可以采用AI的标记数据，比传统渲染方法具有更加丰富的表现力，渲染效果较好，在增加渲染效果的同时，对硬件要求也没有很显著的提高，从而可以快速直观得到器脏的渲染结果，在医学领域具有很大的应用价值。

图9为本发明实施例提供的基于索引的体绘制渲染装置的结构示意图，如图9所示，该装置包括：索引生成单元901，用于基于体数据图像的像素灰度信息、像素位置信息生成索引值图像，所述索引值图像的像素与所述体数据图像的像素一一对应，所述索引值图像包含对应每个像素的索引值信息，每张索引值图像对应一张体数据图像；材质信息生成单元902，用于光线投射到所述体数据图像、索引值图像上，获取到与每个像素对应的索引值信息；基于所述索引值信息，得到对应的材质信息；图像渲染单元903，用于根据所述材质信息对所述体数据图像进行图像渲染。

图10为本发明实施例提供的一种电子设备的实体结构示意图，如图10所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)1010、通信接口(Communications Interface)1020、存储器(memory)1030和通信总线1040，其中，处理器1010，通信接口1020，存储器1030通过通信总线1040完成相互间的通信。处理器1010可以调用存储器1030中的逻辑指令，以执行基于索引的体绘制渲染方法，该方法包括：基于体数据图像的像素灰度信息、像素位置信息生成索引值图像，所述索引值图像的像素与所述体数据图像的像素一一对应，所述索引值图像包含对应每个像素的索引值信息，每张索引值图像对应一张体数据图像；光线投射到所述体数据图像、索引值图像上，获取到与每个像素对应的索引值信息；基于所述索引值信息，得到对应的材质信息；根据所述材质信息对所述体数据图像进行图像渲染。

此外，上述的存储器1030中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

另一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述各方法提供的基于索引的体绘制渲染方法，该方法包括：基于体数据图像的像素灰度信息、像素位置信息生成索引值图像，所述索引值图像的像素与所述体数据图像的像素一一对应，所述索引值图像包含对应每个像素的索引值信息，每张索引值图像对应一张体数据图像；光线投射到所述体数据图像、索引值图像上，获取到与每个像素对应的索引值信息；基于所述索引值信息，得到对应的材质信息；根据所述材质信息对所述体数据图像进行图像渲染。

本发明提供的一种基于索引的体绘制渲染方法和装置、电子设备、介质，通过和AI的标记数据进行结合，可以单独对特定的组织进行渲染，比普通整体渲染有更加丰富的表现力，通过上述方法可以得到更好的渲染效果，在增加渲染效果的同时，对硬件要求并没有显著提高，有效简化操作流程，避免冗余操作，提高图像的渲染效率，从而解决渲染过程中真实图像部分与虚拟部分的不同步问题，优化用户体验。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。