1刖目CT和MRI等医学成像设备己成为现代医学诊疗的重要手段，在其提供的病例数据基础上，可视化技术在精确诊疗、手术计划、虚拟手术等方面为医生提供了极大的帮助。切割是三维可视化过程中的一个重要的交互操作，在医学辅助诊疗中起着重要的作用。由于许多重要的、医生感兴趣的细节（如病变器官及周围组织）在体数据内部，操作时需要切除外部结构才能观察。而采用传统的分割方法，不仅受到算法的制约，不能实现实时交互式操作，而且难以按照医生意愿进行随意切除。为了满足医生对图像质量和交互性能的需要，切割方法的研究受到越来越多的关注。
常用的切割方法包括基于深度信息的切割方法、基于体纹理的切割方法以及其他一些方法。其中，基于深度信息的切割方法通过存储几何体各体素的深度信息，根据切割面深度确定各体素的可见性。其优点为：将三维问题简化为一维问题，实时性好；具有像素级的精确度，图像质量高。但它不便于进行多次切割，也不能进行任意形状的切割，在处理多个切割体时容易出错，局限性较大。基于体纹理的切割方法中，切割物体的剪切纹理为体数据，通过设置片元的a值进行消隐。该方法可实现多次切割和复杂几何图形的切割，但不便于进行切割的恢复。而且在通常情况下，需要遍历整个体数据，难以保证交互的实时性。此外，还有其他一些方法，如基于距离场的切割算法等。
近年来，随着计算机图形显示卡硬件水平的迅速提高，基于硬件加速的体绘制技术不断完善，提高了三维绘制的显示质量和交互实时性。考虑到可编程图形硬件的强大功能，本研究探讨了一种983-），女，东南大学硕士研宄生，研宄方向：快速体积显示与交互。△通讯作者：bao.listseu.edu.cn.基于硬件加速的三维数据的切割方法，在实现了切割功能的前提下，平衡了图像质量与交互实时性之间的矛盾，弥补了上述方法的部分不足。
2基于硬件加速体绘制的切割方法2.1可编程硬件、渲染语言及纹理渲染新一代图形显示卡提供了图形硬件的可编程能力，即集成了对三角形顶点进行几何变换和光照计算的点元渲染器和对像素进行着色的片元渲染器。其中，点元渲染器的工作主要是进行几何变化和光照计算等操作，片元渲染器的工作是进行纹理混合等操作。我们可根据需要，通过Direct3D或OpenGL接口，为硬件制定渲染程序（见），以产生各种特殊的图像效果。本研究采用OpenGL接口实现渲染程序。
可编程硬件上的编程语言称为着色语言。常用的渲染语言分为低级着色语言（如arbvp10、arbfp10等）和高级着色语言（如Cg、HLSL、GLSL等）。其中GLSL是OpenGL2.0规范的一部分，是OpenGL平台上的高级着色语言。本研究采用GLSL着色语言。
可编程硬件在纹理渲染方面有两个特征：支持绘制到纹理的功能，可以避免将计算结果拷贝到纹理这个比较费时的过程；支持依赖纹理功能，可以将纹理作为内存来使用。因此，通常将数据量较大、与显示相关的数据直接作为纹理，在可编程硬件的片元渲染器上进行渲染。
2.2基于硬件加速的体绘制直接体绘制能够高质量地绘制出三维物体的细节，目前被广泛使用。但由于其计算量较大，所以实时交互性较差。其中较耗时的采样时的插值和采样后的积分占用了大量CPU计算资源。
随着可编程图形硬件的出现，三维纹理映射方法得到了硬件级支持。二维医学影像经过三维插值重建后送入显存，每个离散采样点处的插值工作均由图形硬件执行。光线跟踪算法的采样后积分过程等效于从前至后或从后至前的alpha混合，同样可以交由图形硬件的缓冲透明度混合特性来完成，从而释放了CPU资源，在保证绘制质量的同时提高了绘制速度。为了完成视线改变后的重绘制，引入了代理几何面，将三维体积结构转化为硬件支持的顶点数据，保证了实时绘制的实现。
绘制的主要步骤见。2.3基于硬件加速体绘制的切割在硬件加速体绘制方法的基础上，将切割数据作为纹理送入显存进行计算，可以提高切割的交互速度。整个绘制过程见。
实现立体切割的关键是判断图元是否在切割体的内部。我们使用体数据的蒙板作为切割数据来完成该判断，主要包括初始化切割数据、定义切割体的位置和属性并修改切割数据、将切割数据作为三维纹理送入显存等3个主要步骤。
2.3.1初始化切割数据首先生成一块与体数据大小相同的数据空间，根据体数据中数据点的值，对切割纹理进行初始化，将要显示的数据点置1，不显示的置0.互割和交切性户变置用改体位算割据计切数切割数据作为三维a理载人显小，rx、ry、rz的空间分辨率，fmax等于3个方向体数据乘以空间分辨率的*大值，x世界、y世界、世界分别为点在世界坐标系x、y、z方向的值，切割y切割、分别为点在切割坐标系的值，则转换关系为：我们定义用户交互坐标系的x、y方向与屏幕坐标系的x、y方向相同，为深度在区间、方向与OpenGL的z方向相同。这样，世界坐标系与用户交互坐标系间的转换，与OpenGL中世界坐标系与屏幕坐标系的转换关系一致（见）。
用户基子硬件加速体绘制的切割过程为了减小数据空间、加快纹理产生速度，可以采用分段标记的方法，对切割纹理进行预处理。仅记录值为1的连续片段的起始点索引值及片段长度，将两个参数分别写入纹理的x、y分量中。
与直接将体数据作为切割纹理的方法相比，用体数据的蒙板作为切割纹理，无需改变与显示直接相关的数据一体数据，也无需保留体数据的拷贝，可以直接通过置位操作，设置任意形状的一个或多个切割体，方便地实现切除与恢复的工作。
2.3.2根据用户交互操作，计算切割数据主要涉及以下几个坐标系之间的转换（见）：切割数据坐标系到世界坐标系的转换，主要是将切割数据转换为世界坐标系中x、y方向在区间、方向在区间的三维对象，便于显示。设cx、cy、cz分别为体数据x、、方向的大5世界坐标系与屏幕坐标系的转换关系为了避免遍历整个切割数据，我们仅关注切割体的一个关键点（如中心等），用户交互操作过程中改变的仅为一个点的坐标。通过上述坐标变换，将该点转换到切割数据坐标系中。根据切割体中其他点与该关键点的关系，可以计算出切割后的切割数据。
为了简化计算，不同的切割体均可依赖于以关键点为中心的包围盒对切割数据进行处理（见）。对于正方体的切割体，只需将包围盒内区域的所有点置位。对于半径为d的球形切割体，只需遍历包围盒，对其中任意点（x，y，z）满足进行置位。对于其他任意形状的切割体，也可在包围盒内，进行简单的布尔运算，或者建立CSG模型进行计算，从而减少遍历次数，提高交互速度。
通过置位，可实现切除与恢复。切除时直接将切割数据点置0.恢复时，首先需判断与切割数据同一位置的体数据点是否为0，若不为0，则将切割数据点置1. 2.3.3将切割数据送入显存将切割数据作为三维纹理送入显存：在体数据纹理送入绘制前判断：if若为0，则不进行绘制，显示结果为被切除。囹8头部切割开窗效果图为了说明算法的交互性能，表1、表2给出了交互速度的比较。
表1有切割纹理的快速体积显示中的每秒重绘次败数据维数视口大小（像素）张若文，滕奇志，孙晓刚，等。一种快速简便的图像骨架变换方法。信息与电子工程2003，3（1）：1-5.车武军，杨勋年汪国昭。动态骨架算法。软件学报，2003，14（4）：吴月娥，周康源，李传富，等。基于LevelSet的医学图像分割。北（上麟186页）数据的切割方法。实验结果表明，该方法在实现了良好切割质量的前提下，达到了较好的交互速度。今后我们将深入研究如何提高切割的交互速度，尝试采用纹理压缩减少显存空间制约，以及探索切割在各种人机交互方的应用。
