软件概述
1)基于Qt+VTK开发,可用来浏览病人CT/MR影像。
2)支持导入CT或MR的DICOM格式文件,用户可以从医院直接拷贝相关的CT影像文件夹。
3)以体渲染的方式读取并3D展示CT/MR影像效果;
4)允许多个轴方向动态调节裁剪渲染模型,方便查看影像内部的细节。

一、体渲染基础概念
1.1 什么是体渲染?
体渲染是一种直接可视化三维标量场数据的技术,它不像传统表面渲染那样只显示物体边界,而是将整个三维数据体看作半透明介质,通过模拟光线在介质中传播的过程来生成图像。
1.2 核心特点:
- 内部可视化:能够同时显示物体的表面和内部结构
- 透明度映射:通过不透明度函数控制不同组织的可见性
- 直接数据渲染:无需提取等值面,直接操作体数据
- 信息完整保留:保留所有数据细节,适合医学影像分析
二、体渲染技术原理
2.1 光线投射算法 (Ray Casting)
这是体渲染最经典、最精确的算法,其基本流程如下:
- 光线生成:
- 从每个像素向场景发射一条虚拟光线
- 计算光线与体数据包围盒的交点
- 步进采样:
- 沿光线方向等间距采样
- 每个采样点通过三线性插值获取标量值
- 传递函数应用:
- 将标量值映射为颜色和不透明度
- 颜色传递函数:标量值 → RGB颜色
- 不透明度传递函数:标量值 → 透明度(α值)
- 合成渲染:
- 使用从前到后或从后到前的合成公式
- 将每个采样点的贡献累积到最终像素颜色
- 常用合成公式:C_out = C_in + (1 - α_in) * C_sample * α_sample
2.2 传递函数 (Transfer Function)
传递函数是体渲染的灵魂,它决定了如何将原始数据值映射到视觉属性:
- 颜色传递函数:
- 将标量值映射到颜色空间
- 医学影像中:空气→黑色,骨骼→白色,软组织→肉色
- 不透明度传递函数:
- 控制不同组织的透明度
- 决定哪些结构可见、哪些半透明、哪些透明
- 梯度传递函数:
- 基于数据梯度调整不透明度
- 用于增强边界和表面特征
三、核心功能代码
3.1 读取DICOM序列
cpp
vtkSmartPointer<vtkDICOMImageReader> dicomReader =
vtkSmartPointer<vtkDICOMImageReader>::New();
// 设置DICOM目录
dicomReader->SetDirectoryName(dicomDirectory.c_str());
// 重要:设置数据读取方式
dicomReader->FileLowerLeftOn(); // DICOM标准坐标系
// 执行读取
dicomReader->Update();
// 获取图像数据
vtkImageData* rawImageData = dicomReader->GetOutput();
3.2 创建体渲染对象
cpp
// 创建GPU体渲染映射器(需要支持OpenGL 2.0+)
vtkNew<vtkOpenGLGPUVolumeRayCastMapper> volumeMapper;
volumeMapper->SetInputData(m_volumeData);
// 设置渲染质量
volumeMapper->SetSampleDistance(0.5); // 采样距离(越小质量越高)
volumeMapper->SetAutoAdjustSampleDistances(0); // 关闭自动调整
volumeMapper->SetBlendModeToComposite(); // 混合模式:复合
// 设置医学CT/MR传递函数
setupMedicalTransferFunctions(volumeProperty);
// 创建体对象
vtkNew<vtkVolume> m_volumeObject;
m_volumeObject->SetMapper(volumeMapper);
m_volumeObject->SetProperty(volumeProperty);
3.3 体渲染裁剪切面
cpp
vtkNew<vtkPlane> plane;
plane->SetOrigin(m_ptcenter[0], m_ptcenter[1], m_ptcenter[2]);
plane->SetNormal(-1, 0, 0);
volumeMapper->AddClippingPlane(plane);