人体烧伤面积评估系统中纹理重建的研究和实现

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在对烧伤患者进行治疗的过程中,对其烧伤程度的准确评估,是十分关键的一步,甚至直接决定了患者的生存质量。烧伤区域体表面积是烧伤程度的主要依据,准确、及时的烧伤区域体表面积估测,是对病人进行急救、确定输液量、选择手术方案,以及确定进一步治疗的基础。因此,很有必要研究一种能准确、快速计算人体烧伤区域体表面积的方法。基于此,本课题研究的目的是开发实现一个数字化人体烧伤区域体表面积自动评估系统,为烧伤病人的治疗提供客观可靠的依据。该系统的实现过程主要包括以下四个步骤:数据获取,三维模型配准,纹理重建、烧伤区域面积统计。本文主要研究其中的纹理重建部分,纹理重建中的纹理映射技术可以在不增加三维模型复杂度的前提下很好的表现三维模型表面的纹理细节,提高三维模型的真实视觉效果,为后续烧伤区域体表面积估测提供重要依据。而传统的纹理重建技术,由于重建结果存在很大的纹理变形,不适用于本系统中的基于三角网格的封闭的三维人体模型,不能保证烧伤区域体表面积估测的准确性,因此本文提出了一种适用于人体模型的纹理重建方法,对由三维扫描设备Kinect获取的人体真实三维点云数据构建的三维灰度人体网格模型,首先进行模型分割,本文实现中,为了减少最终接缝问题对于后期烧伤评估的影响,利用基于曲率的特征曲线分割算法在模型曲率较大处将复杂的人体模型进行分割;然后,对于分割后的每个三维曲面进行参数化处理,本文则通过利用一种基于保形映射的平面参数化方法对分割得到的三维曲面进行参数化处理,将平面参数化和保形参数化方法同时运用到对三维模型进行参数化处理的过程中,并利用最小二乘方法计算最优变换,从而有效的对三维模型中三维定点进行纹理坐标化处理,得到待映射的空白的纹理图册,减少了纹理重建中存在的纹理变形问题。最后再通过建立三维模型到二维纹理的变换关系,以及参数化步骤中得到的三维模型到二维参数域的变换关系,确定三维模型各个顶点的纹理坐标,将二维纹理中的颜色信息添加到二维空白的纹理图册中,从而对三维模型进行纹理映射,得到具有真实纹理信息的三维彩色人体模型。本文的纹理重建方法可以克服传统纹理映射方法中不适用于三维复杂人体模型、存在较大变形、不易控制、映射效果不逼真等缺陷,相比较与三维彩色扫描具有更快速更稳定的优势,对扫描环境的要求低,可以减轻病人在三维扫描过程中的痛苦。而且可以通过用户与系统的交互在屏幕上选取的少量约束点计算三维模型到二维纹理变换关系,不仅简单方便而且还可以应用到局部纹理映射中,提高了本文算法的适用范围。最后,论文对使用的纹理重建方法进行了总结,通过对小人模型和真实扫描人体模型分别进行纹理重建实验,证明了本文方法的有效性和精确性,给出了相关的实验结果及分析,并对下一步的研究工作进行了展望。因此本文纹理重建的研究为实现人体烧伤面积评估系统提供了良好的基础和支持。
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