가상벨트 분할에 기반한 등고선으로부터의 표면재구성 방법

최영규,이승하,Choi, Young-Kyu,Lee, Seung-Ha 한국정보처리학회 2007 정보처리학회논문지B Vol.14 No.6

등고선으로 표현된 물체의 볼륨정보에서부터 3차원 표면을 재구성하는 새로운 알고리즘을 제안한다. 등고선 삼각분할법이라고도 불리는 이 방법의 가장 어려운 문제가 인접 단층사이에서 표면이 다중으로 분기하는 경우에 발생하는데, 이것은 하나의 등고선이 인접한 층의 두 개 이상의 등고선과 연결되는 형태로 나타나며, 표면 생성시 많은 모호성을 발생시킨다. 본 논문에서는 이러한 다중분기문제를 여러 개의 가상벨트와 가상계곡으로 나누어 이들에 대한 표면생성문제로 단순화 시키는 방법을 제안한다. 가상벨트의 표면생성에는 띠분할 알고리즘을 채택하였으며, 가상계곡은 반복적인 볼록정점 제거와 중앙정점 추가로 보다 자연스러운 표면을 생성한다. 기존의 대부분의 알고리즘특이 다중분기문제를 한 쌍의 등고선간의 표면생성문제로 변환하는데 초점을 맞추는데 비해 제안된 방법은 더 작은 형태인 가상벨트와 가상계곡으로 단순화한다. 또한 제안된 방법은 표면정의에 복잡한 기준을 사용하지 않으며, 표면삼각분할을 위한 매우 명확하고 일관된 알고리즘을 제공한다. 실험을 통해 제안된 방법이 많은 분기가 발생하는 복잡한 데이터에서도 잘 동작하는 것을 알 수 있었다. This paper addresses a new technique for constructing surface model from a set of wire-frame contours. The most difficult problem of this technique, called contour triangulation, arises when there are many branches on the surface, and causes lots of ambiguities in surface definition process. In this paper, the branching problem is reduced as the surface reconstruction from a set of virtual belts and virtual canyons. To tile the virtual belts, a divide-and-conquer strategy based tiling technique, called the BPA algorithm, is adopted. The virtual canyons are covered naturally by an iterative convex removal algorithm with addition of a center vertex for each branching surface. Compared with most of the previous works reducing the multiple branching problem into a set of tiling problems between contours, our method can handle the problem more easily by transforming it into more simple topology, the virtual belt and the virtual canyon. Furthermore, the proposed method does not involve any set of complicated criteria, and provides a simple and robust algorithm for surface triangulation. The result shows that our method works well even though there are many complicated branches in the object.

가상 내시경 3차원 모델생성에 관한 연구

이태수,최재운,차은종,이진형 충북대학교 의과대학 충북대학교 의학연구소 1999 忠北醫大學術誌 Vol.9 No.1

연구목적 : 내시경은 인체장기의 내부벽면을 관찰할 수 있어 위, 십이지장, 대장 등을 진단하는데 큰 역할을 하고 있지만 내시경을 삽입하고 위치를 조정하면서 질병부위를 찾는데는 오랜 경험과 숙달이 필요할 뿐만 아니라 내시경 검사 시술법은 그 교육에도 어려움이 있다. 본 논문에서는 기관지 부위와 뇌혈관 부위에 대해서 CT와 MRI 사진을 촬영하고, 이를 처리해서 3차원으로 최적화 시키는 방법과 가상현실 기법을 이용하여 의료 영상을 가상 내시경용 3차원 모델로 생성하는 방법을 제시하고자 한다. 대상 및 방법 : 144장의 기관지 CT 데이터와 60장의 뇌혈관 MRI 데이터를 2차원 단면 영상에서 전 처리과정을 거친 후, 볼륨 데이터의 각 체적소 값을 3차원으로 contouring하는 동일 표면 추출과정을 거쳐 표면 렌더링 하였다. 렌더링 한 후에 각각의 오브젝트는 3차원적으로 보간하였다. 결 과 : 3차원 오브젝트를 indexedfaceset 노드와 viewpoint 등의 노드를 사용한 VRML형식으로 변환하였으며 오픈인벤터와 입력장치인 스페이스 볼을 사용하여 3차원 컴퓨터 그래픽 처리 및 사용자 인터페이스 기능을 프로그램화하였다. 결 론 : 개발된 시스템을 사용하여 표면 렌더링 한 3차원 모델을 네비게이션함으로써 가상 카메라의 이동경로를 실시간으로 변경해 가면서 인체 장기의 내부벽면을 관찰하는 가상내시경을 구현할 수 있었다. 임상에 적용하기 위해서는 해상도의 개선이 요구되며 volume 렌더링을 함께 적용한 hybrid navigation 기법이 유력할 것으로 판단된다. Purpose : Recent advances in three-dimensional data acquisition and postprocessing technologies have been playing a important role in the applications of three dimensional(3D) display of medical data. Virtual endoscopy is the term used to describe a new method of diagnosis using computer processing of 3D data sets. In this paper, we present a 3D model creation technique for VRML(virtual reality modeling language) and Open Inventor. With the combination of VRML and Open Inventor model, we hoped to realize virtual endoscopy on PC. Materials and Methods : 3D model and virtual endoscopy are implemented by using Visual C++ 5.0 in active X and IDL(interactive data language) under PC environment. The 3D volume data is acquired from CT with DICOM format, which has 144 slices. The acquired CT bronchus data is segmented and interpolated by using morphology algorithm. Using plug-in viewer, we make an interactive navigation system on the web. Results : With these preprocessed images, VRML file could be made by surface rendering technique with the help of IDL. The marching-cube algorithm could be used as a rendering technique to transform the serial transaxial imaging data set into simulated 3D images. Also, the navigation into the bronchus on the web was possible using plug-in program like cosmoplayer and worldview 2.1 etc. Conclusions : We can realize virtual endoscope system using virtual reality and three dimensional computer graphic techniques. Virtual MR or CT endoscopic imaging may help doctors to diagnose MRI or CT 3D data set. However, we need not only surface rendering but also volume rendering, which results to be a hybrid method to enhance the image resolution. Therefore, its clinical application requires further development.

표면 질감 렌더링을 이용한 모바일 기기의 보안 입력 방법

차호준(Hojun Cha),유용재(Yongjae Yoo),최승문(Seungmoon Choi) 한국HCI학회 2016 한국HCI학회 학술대회 Vol.2016 No.1

정확한 돌출 형상의 표현을 위한 변위매핑

유병현(Byounghyun Yoo),한순흥(Soonhung Han) 한국정보과학회 2006 정보과학회논문지 : 시스템 및 이론 Vol.33 No.10

물체의 표면에 돌출된 형상을 실시간으로 표현하는 변위매핑 방법에 대하여 설명한다. 기존의 이미지 기반 변위매핑 방법이 기준면에서 함몰된 형상만을 표현할 수 있는 것과 달리, 기준면에서 수직방향으로 돌출된 높이를 표현하여, 표면에서 돌출된 형상의 상세를 실시간으로 표현한다. 또한 폴리곤의 경계부분에서 시점에 따라 수직인 두 개의 면을 추가하여, 기준면의 경계 외부로 초과하는 픽셀의 변위를 표현하였다. 이로써 경계부분의 돌출 형상에 대한 정확한 외곽선을 표현할 수 있다. 제안된 방법은 부드러운 돌출 형상의 표현과 더불어 돌출 형상의 급격한 경사면에 텍스처 정보를 추가하여, 수직 돌출 형상을 포함한 급격한 경사면을 표현할 수 있다. 이 방법은 GPU에서 수행 가능한 픽셀 단위 계산으로 이루어져 실시간으로 가시화가 가능하며, 경계부위의 정확한 외곽선의 표현과 급격한 돌출 형상의 표현이 가능하여, 건물과 같이 기준면에서 돌출된 형상의 상세 표현에 사용된다. This paper describes a displacement mapping technique which represents protruded shapes on the surface of an object. Previous approaches for image-based displacement mapping can represent only shapes depressed from the polygon surface. The proposed technique can represent shapes protruded from the underlying surface in real-time. Two auxiliary surfaces which are perpendicular to the underlying surface are added along the boundary of the polygon surface, in order to represent the pixels which overflow over the boundary of the polygon surface. The proposed approach can represent accurate silhouette of protruded shape. It can represent not only smooth displacement of protruded shape, but also abrupt displacement such as perpendicular protrusion by means of adding the supplementary texture information to the steep surface of protruded shape. By per-pixel instructions on the programmable GPU this approach can be executed in real-time. It provides an effective solution for the representation of protruded shape such as high-rise buildings on the ground.

CT와 MRI 영상을 이용한 간담도계 간접볼륨렌더링

진계환,이태수 한국방사선학회 2007 한국방사선학회 논문지 Vol.1 No.2

This paper presents a method of generating 3‐dimensional images by preprocessing 2‐dimensional abdominal images obtained using CT (computed tomography) and MRI (magnetic resonance imaging) through segmentation, threshold technique, etc. and apply the method to virtual endoscopy. Three‐dimensional images were visualized using indirect volume rendering, which can render at high speed using a general‐purpose graphic accelerator used in personal computers. The algorithm used in the rendering is Marching Cubes, which has only a small volume of calculation. In addition, we suggested a method of producing 3‐dimensional images in VRML (virtual reality modeling language) running on the Web browser without a workstation or an exclusive program. The number of nodes, the number of triangles and the size of a 3‐dimensional image file from CT were 85,367, 174,150 and 10,124, respectively, and those from MRI were 34,029, 67,824 and 3,804, respectively. 본 논문에서는 CT(Computed Tomography)와 MRI(Magnetic Resonance Imaging)을 이용하여 획득한 2 차원의 복부영상을 영역분할, 문턱치법 등의 전처리과정을 거쳐 3차원영상을 생성하는 방법을 제시함으 로써 가상내시경(Virtual Endoscopy)에 응용하고자 한다. 3차원영상 가시화 방법으로는 개인용 컴퓨터에 서 이용되는 범용의 그래픽가속기를 이용하여 빠른 속도로 렌더링을 할 수 있는 장점을 가지는 표면볼 륨기법을 이용하였다. 여기에 이용한 알고리즘은 계산량이적은 Marching Cubes 이다. 그리고 워크스테션 이나 전용의 프로그램이 없더라도 웹 브라우저 상에서 실행되는 가상현실모델링언어(VRML, Virtual Reality Modeling Language)양식의 3차원 영상을 생성하는 방법을 제시한다. CT의 3차원 영상 파일의 노 드 수와 삼각형 수 및 크기는 각각 85,367, 174,150, 10,124이었고, MRI의 3차원 영상 파일의 노드 수와 삼각형 수 및 크기는 각각 34,029, 67,824, 3,804이었다.

의료영상을 이용한 인체장기의 분할 및 시각화

이준구,김양모,김도연,Lee, Joon-Ku,Kim, Yang-Mo,Kim, Do-Yeon 한국전자통신학회 2013 한국전자통신학회 논문지 Vol.8 No.1

방사선과 의사들은 CT 및 MRI 스캐너로부터 얻어진 인체의 단면 영상을 연속적으로 보고 실제 3차원적으로 인체가 어떻게 구성되어 있는지를 상상하여 병변을 구별하는데, 의학영상을 이용한 인체 장기의 3차원 시각화는 2차원 형태의 인체 단면 영상들을 복잡한 알고리즘이나 고성능의 컴퓨팅 파워를 사용하여 실제 인체와 같이 3차원으로 재구성하여 보여준다. 단면 영상의 추적, 관심영역의 표시 및 추출등과 같은 2차원 영상분석은 시간이 많이 소모되고, 주관적일 수가 있으며, 수작업인 관계로 빈번한 에러가 발생하는 단점을 가지는데, 이와 같은 2차원 의료 영상 분석의 단점을 보완하기 위해 의학영상처리 기술과 접목한 3차원 의료 영상의 시각화는 필수적이라 할 수 있다. 명암값 임계치 방법, 영역확장(region growing) 방법, 윤곽선(contour) 추출 방법 및 변형모델(deformable model) 방법을 사용하여 인체의 각 장기를 분리하였으며, 텍스쳐분석(texture analysis)을 통하여 고안된 특징자를 이용하여 암 부분을 인식하는데 사용하였고, 원근투영(perspective projection) 및 볼륨 데이터의 표면을 렌더링하기 위해 마칭큐브(marching cube) 알고리즘을 사용하였다. 인체 및 분리된 장기에 대한 3차원 시각화는 방사선치료계획(radiation treatment planning), 외과 수술계획, 모의수술, 중재적(interventional)시술 및 영상유도수술(image guided surgery)에 효과적으로 사용될 수 있다. Conventional CT and MRI scans produce cross-section slices of body that are viewed sequentially by radiologists who must imagine or extrapolate from these views what the 3 dimensional anatomy should be. By using sophisticated algorithm and high performance computing, these cross-sections may be rendered as direct 3D representations of human anatomy. The 2D medical image analysis forced to use time-consuming, subjective, error-prone manual techniques, such as slice tracing and region painting, for extracting regions of interest. To overcome the drawbacks of 2D medical image analysis, combining with medical image processing, 3D visualization is essential for extracting anatomical structures and making measurements. We used the gray-level thresholding, region growing, contour following, deformable model to segment human organ and used the feature vectors from texture analysis to detect harmful cancer. We used the perspective projection and marching cube algorithm to render the surface from volumetric MR and CT image data. The 3D visualization of human anatomy and segmented human organ provides valuable benefits for radiation treatment planning, surgical planning, surgery simulation, image guided surgery and interventional imaging applications.

기관지질환 진단을 위한 가상내시경

김도연,박종원,Kim, Do-Yeon,Park, Jong-Won 한국정보처리학회 2003 정보처리학회논문지B Vol.10 No.5

The virtual bronchoscopy was implemented using chest CT images to visualize inside of tracheo-bronchial wall. The optical endoscopy procedures are invasive, uncomfortable for patients and sedation or anesthesia may be required. Also, they have serious side effects such as perforation, infection and hemorrhage. In order to determine the navigation path, we segmented the tracheo-bronchial wall from the chest CT image. We used the coordinates as a navigation path for virtual camera that were calculated from medial axis transformation. We used the perspective projection and marching cube algorithm to render the surface from volumetric CT image data. The tracheobronchial disease was classified into tracheobronchial stenosis causing from inflammation or lung cancer, bronchiectasis and bronchial cancer. The virtual bronchoscopy is highly recommended as a diagnosis tool with which the specific place of tracheobronchial disease can be identified and the degree of tracheobronchial disease can be measured qualitatively, Also, the virtual bronchoscopy can be used as an education and training tool for endoscopist and radiologist. 본 논문은 흉부를 촬영한 CT(Computed Tomography) 영상을 이용하여 기관지 내부를 시각화(visualization)하기 위해 가상기관지경(virtual bronchoscopy)을 구현하였다. 실제 광학내시경은 침습(invasive)검사로 환자가 불편함을 감수해야하며 검사 전에 사전 준비 작업이 필요하고 절개, 감염, 출혈 등의 부작용을 수반하는데 비해 가상내시경은 CT 나 MRI 등과 같은 스캐너의 단면 영상을 사용하여 구현한다. 가상기관지경의 항해경로 결정을 위해 CT 단면 원천영상에서 기관지(trachea wall)만을 분리하였고, 분리된 기관지 영상을 이용하여 중앙축 변환(MAT : .Medial Axis Transformation)을 통해 구해진 좌표값을 가상 카메라의 운행 경로로 사용하였다. 원근투영(perspective projection) 및 볼륨 데이터의 표면을 렌더링하기 위해 마칭큐브(marching cube) 알고리즘을 사용하였다. 기관지질환은 기관지 내부의 염증(inflammation) 이나 폐암(lung cancer)으로 기인하여 기관지 통로가 좁아지는 기관지 협착증, 기관지 확장증 및 기관지암으로 분류된다. 가상기관지경은 기관지 내부의 질환 위치와 질환 정도를 정성적으로 파악 할 수 있으며 기관지질환의 진단과 교육에 사용될 수 있다.

경동맥 협착증 진단을 위한 가상혈관경

김도연,박종원 한국정보과학회 2003 정보과학회논문지 : 소프트웨어 및 응용 Vol.30 No.9

본 논문은 경동맥(carotid artery)을 환영한 MRA(Magnetic Resonance Angiography) 영상을 이용하여 실제 내시경으로 접근이 불가능한 경동맥의 내부를 시각화(visualization)하기 위해 가상혈관경(virtual angioscopy)을 구현하였다 항해경로 결정을 위해 MRA의 단면 원천영상에서 총경동맥 (common carotid artery) 및 내경동맥(internal carotid artery)만을 분리하였고, 중앙축 변환(MAT Medial Axis Transformation)을 통해 구해진 좌표값을 가상 카메라의 운행 경로로 사용하였다. 원근투영 (perspective projection) 및 볼륨 데이타의 표면을 렌더링하기 위해 마칭큐브(marching rube) 알고리즘을 사용하였다 허혈성으로 인한 뇌혈관질환(cerebrovascular disease)은 뇌졸중(stroke)의 80% 정도를 차지하는데, 경동맥은 뇌에 혈액을 공급하는 주된 혈관으로 경동맥 협착증(carotid artery stenosis)은 뇌졸중의 직접적인 원인이 된다. 가상혈관경은 경동맥 내부의 협착 위치와 협착 정도를 정성적으로 파악 할 수 있으며 협착증의 진단과 교육에 사용될 수 있다. The virtual angioscopy was implemented using MR angiography image of carotid artery Inside of the carotid artery is one of the body region not accessible by real optical endoscopy but can be visualized with virtual endoscopy. In order to determine the navigation path, we segmented the common carotid artery and internal carotid artery from the MR angiography image. We used the coordinates as a navigation path for virtual camera that were calculated from medial axis transformation. We used the perspective projection and marching cube algorithm to render the surface from volumetric MRA image data. A stroke occurs when brain cells die because of decreased blood flow to the brain. The carotid artery is the primary blood vessel that supplies the blood flow to the brain. Therefore, the carotid artery stenosis is the primary reason of stroke. The virtual angioscopy is highly recommended as a diagnosis tool with which the specific Place of stenosis can be identified and the degree of stenosis can be measured qualitatively. Also, the virtual angioscopy can be used as an education and training tool for endoscopist and radiologist.

실시간 시스템에 적합한 인터랙티브 나무 모델링 기법

김진모(Jinmo Kim),조형제(Hyungje Cho) 한국정보과학회 2011 정보과학회논문지 : 시스템 및 이론 Vol.38 No.5

광범위한 지형을 배경으로 하는 게임과 같은 실시간 시뮬레이션 시스템에서 사실적 표현을 높이는 중요한 요소 중 하나가 나무와 같은 자연물 표현이다. 하지만 시스템에 적합한 나무 모델을 매번 새롭게 제작하고 표현하는 일은 다소 어려움이 따른다. 본 연구는 이러한 문제를 해결하기 위하여 실시간 시스템에 적합한 다양하고 사실적인 나무를 모델링하는 방법을 제시한다. 이는 프랙탈 기반의 재귀적 계층 구조를 바탕으로 가지 성장의 자기조직화 처리를 결합하여 나무 성장 과정을 단순화시킴으로써 실시간 시스템에서 직관적이고 효율적으로 활용가능하게 한 것이다. 또한 다양한 나무 모델을 자연스럽게 생성할 수 있도록 인터랙티브 제어요소를 정의함은 물론 실시간 시스템 내 많은 수의 복잡한 나무 모델을 효율적으로 렌더링하기 위해 GPU를 기반으로 한 가지 표면의 LOD 설정과 인스턴싱 방법을 제안한다. 그리고 효율성 여부를 시뮬레이션과 성능 실험을 통해 확인한다. One of the important elements is the expression of natural objects including trees in real-time simulation system such as game with a wide terrain as the background. However, it is difficult to produce and express newly every time the required tree models suitable for the systems. To alleviate the above-mentioned problem, we presents a modeling method that generates the realistic and various trees adaptive for real-time systems. The method can be used more intuitively and efficiently in the real-time systems by combining and simplifying self-organizing process and the fractal-based recursive hierarchy for branch growth. Also, we define the interactive control elements to generate naturally the various tree models and additionally propose a GPU-based LOD scheme of branch surfaces and an instancing method for rendering a number of complex trees efficiently in real-time systems. And, it's efficiency is confirmed through the simulation and the performance test.

Unity3D를 이용한 빗방울 렌더링 구현

이면재,김경남 한국디지털정책학회 2014 디지털융복합연구 Vol.12 No.1