3D数字重建技术（共5篇）
3D数字重建技术 篇1
0 引言
随着现代信息安全的发展,指纹技术已经广泛应用于司法鉴定和日常生活等多个领域。与其他生物识别技术相比较,基于指纹的识别技术具有较强的安全性和可靠性。针对传统接触式指纹获取存在的问题,本文对3D指纹做了基本的介绍,并简要介绍了无接触3D指纹获取以及3D指纹重建。
应用指纹来识别个人身份已长达几个世纪之久。指纹具有两大特征,即每个人的指纹形状不变以及每个人的指纹形状都不相同。指纹的这两大特征是指纹学研究发展的基础,也是指纹证据能有法律效力的有力证据。数字指纹识别技术是在20世纪60年代开始研究的,目的是用计算机代替人工识别指纹的纹型和细节特征,以加快指纹识别的速度,并降低人工判断的错误率,自动指纹识别系统也在研究中不断成熟。
传统的2D指纹已经大量地运用于指纹识别系统中。但是,在整个识别过程中,由于受到指纹图像获取以及指纹图像变形的影响,识别率大大降低。3D指纹从一定程度上可以改善上述问题。因此,3D指纹获取和重建技术具有重要的研究价值。
1 3D指纹的优势
在同一时刻,从多个角度,采用多个摄像头获取指纹表面信息所得到的指纹图像称为3D指纹。传统的指纹获取都是使用接触式的指纹获取设备,而使用该种设备获取的指纹图像质量较差,除了由于传感器维护带来的影响以外,还有以下原因:①用户手指按压力的不均匀性和不可控性,导致指纹纹线粘连或者断裂。②用户受伤或从事重体力工作导致的手指脊线结构改变。③以往采集指纹信息留下的痕迹会影响图像质量。④光照、环境以及手指表皮状况不佳导致指纹纹路变形。⑤只能获取单一角度的指纹纹线信息,导致指纹周边信息缺失。
以上出现的导致指纹图像质量差的因素都是由手指接触传感器或者从3D到2D的映射过程中的非线性失真导致。为了克服以上缺点,我们采用无接触指纹获取技术,该技术是在指纹采集过程中不直接接触指纹表面,而是通过间接的传感器技术采集指纹。
相对于接触式指纹采集技术,无接触式采集技术的另一重要的特点是能够被广大用户所接受。事实上,由于文化因素差异以及人们对于传染性皮肤疾病的恐惧,极大地限制了人们对接触性指纹采集技术的接受性。此外,无接触式指纹采集技术还大大减少了采集用户指纹信息所需要的时间以及训练所需花费的精力。
2 无接触3D指纹获取
与传统的接触式指纹采集方式相对比,无接触指纹采集的优点是显而易见的。获取3D指纹的方法包括:多角度指纹获取方法、结构光照法、和光度立体视觉方法。不同的方法都各有特点,基于无接触的、多角度指纹获取方法,其需要的硬件设备成本较低,并且能够在较短时间内获取3D指纹信息。
无接触式多角度获取方法就是利用无接触指纹采集设备,在多个角度同一时刻获取指纹表面信息的方法,该方法利用光源在指纹表面的漫反射形成的指纹脊线和谷线的阴影来采集指纹图像。
通常情况下,采用三个摄像头采集指纹的3D图像,如图1所示,相邻两个摄像机在同一平面内的夹角为45度,保证采集到的图像可以完全覆盖整个指纹表面,摄像机位置确定后,通过三角测量算法就可以计算出摄像机位置的三维坐标,通过多角度获取的指纹图像的脊线纹理结构可以估测出3D指纹形状模型,以便于重建手指模型。光照方面可采用蓝色LED光源或者绿色LED光源。
利用无接触多角度指纹获取方法获取的指纹如图2所示。
图2获得的3D指纹图像,(a)左侧指纹图像,(b)中间指纹图像,(c)右侧指纹图像
3 无接触3D指纹获取存在的问题
由图2可知,利用无接触多角度采集方法可以得到左侧指纹图像、中间指纹图像和右侧指纹图像。从指纹图像可以看出,指纹脊线频率由中间到两侧逐渐增加,脊谷线对比度较低。为了缓解角度不同所产生的缺点以及扩大指纹有效区域,最优的办法就是将多幅指纹图像拼接为一幅,脊谷线对比度较低是无接触指纹采集方法固有的问题,该问题无法通过硬件得到改善,解决这个问题的一个方法是通过软件获得更多对脊谷线低对比度具有鲁棒性的指纹特征点。
4 3D指纹重建技术
利用无接触多角度技术获得指纹图像后,就可对指纹进行3D重建。所谓3D指纹重建,就是指对已经获取的指纹图像建立适合计算机表示和处理的数学模型,以便于对指纹进行识别和认证。如图3所示,基于多角度指纹图像的3D重建方法主要包括五步:摄像机参数标定,确定对应关系(即匹配),3D坐标计算,形状模型估计和插值运算。与其他3D物体重建不同的是其中的匹配和形状模型估计,这也是3D指纹模型重建的关键步骤。
在确定指纹图像对应关系时,由于无接触指纹图像的脊线谷线对比度较低,可以采用尺度不变特征转换(SIFT)算法[3]进行特征提取并匹配,该算法对低质量,变形图像具有鲁棒性,且在像素级较多时该算法能够准确的描述指纹局部纹理特征。指纹SIFT特征提取的步骤如下:①对指纹图像在不同尺度上进行高斯微分处理,然后在尺度空间检测极值。②根据特征点的稳定程度确定特征点的准确位置。③每个特征点的主要方向被用来作为旋转不变性的描述符。④确定指纹SIFT特征四点属性:空间坐标,尺度,方向,特征点描述符。另外,还可以通过增强指纹脊线方向图和频率图的算法和基于指纹细节点的算法来确定对应关系。
5 展望
指纹识别技术作为目前最成熟的生物识别技术,目前应用于金融、国家安全、司法等领域,随着信息技术的发展,人们对于个人隐私安全保护的关注度越来越高。3D指纹的获取作为指纹识别的关键,使得指纹识别技术更加趋于完善、成熟,可使微电子流深入深层皮肤,获取指纹信息,同时感知活体生物电,这样就能在验证的时候不受手指破皮、污渍、干湿等表皮环境影响,也能做到杜绝指纹套、指纹膜等假指纹的功能。总的来说,3D指纹识别技术在安全性与可接受性方面还是有着先天的优势,随着3D指纹识别的普及,其目前已经成为不可或缺的角色之一。在未来,3D指纹可在指纹图像获取方面取得进一步的发展,提高指纹识别准确率,增强指纹识别的安全性,进而推动信息安全领域的发展。
参考文献
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[2]G.Parziale,E.Diaz-Santana.The surround imager:a multi-camera touchless device to acquire 3D rolledequivalent fingerprints[C].Proceedings of International Conference on Biometrics(ICB),Hong Kong,China,2006.
[3]Feng Liu,David Zhang.3D fingerprint reconstruction system using feature correspondences and prior estimated finger model[J].Pattern Recognition,2014.
3D数字重建技术 篇2
关键词：非物质文化遗产；数字化保护；虚拟现实；Web 3D
非物质文化遗产作为传统文化的重要组成部分，具有悠久的历史、丰富的文化内涵与重要的研究价值。在全球化、现代化、城市化和信息化的时代大背景下，传统文化遗产，特别是非物质文化遗产，正遭受被损坏和消亡的严重威胁。如何有效地保护非物质文化遗产成为全社会所关心的一个重要问题。Web 3D技术是近年来新兴的一种虚拟现实技术，具有广阔的发展前景。本文正是要对在对Web 3D技术进行分析的基础上，分析Web 3D技术在非物质文化遗产保护中的应用。
1 非物质文化遗产的数字化保护
联合国教科文组织在2003年提出的《保护非物质文化遗产公约》中将非物质文化遗产的定义为：“非物质文化遗产指被各群体、团体、有时为个人视为其文化遗产的各种实践、表演、表现形式、知识和技能及其有关的工具、实物、工艺品和文化场所。”其范畴包括：第一，口头传说和表述，包括作为非物质文化遗产媒介的语言。第二，表演艺术。第三，社会风俗、礼仪、节庆。第四，有关自然界和宇宙的知识和实践。第五，传统的手工艺技能。[1]我国对于非物质文化遗产的定义则在其基础之上，结合我国实际加入了第六点即与上述表现形式相关的文化空间。[2]
非物质文化遗产种类繁多、内容复杂。作为综合性的文化遗产类型，非物质文化遗产具有独特性、传承性、民族性、地域性等特点。[3]但是从保护的角度来讲，我们应当更加重视非物质文化遗产的活态性。通过对于非物质文化遗产的概念及涵盖内容的分析我们发现，非物质文化遗产主要表现为人的生产和生活方式。虽然很多非物质文化遗产也是通过一定的物化形式得以呈现，但其本质仍是一种流动的活态性的存在。如果说物质文化遗产强调了遗产的物质存在形态、静态性、不可再生和不可传承性，保护也主要着眼于对其损坏的修复和现状的维护。那么非物质文化遗产则是物质的、有形的因素与非物质的、无形的精神因素的复杂的结合体，而两者之间是水乳交融、彼此难以分割的关系。对于这一复杂的结合体进行保护与展示是我们面临的一个难题。正因如此，在对非物质文化遗产在世界各国的现状进行了认真的评估后，人们发现，非物质文化遗产的保护较之物质文化遗产面临更严峻的形势。
另外，许多非物质文化遗产强调“场”，即对于文化空间的重视。文化空间是指“定期举行传统文化活动或集中展现传统文化表现形式的场所，兼具空间性和时间性。”[4]许多的非物质文化遗产在离开了孕育它的独特的时间和环境之后也就失去了其多独有价值和意义。例如，侗族唱大歌就在鼓楼，鼓楼就是其文化空间，要是换了一个地方就不对味了。[3]因此，在对非物质文化遗产的保护和展示过程中，如何最大程度的保护其文化空间，使人们在观赏这些非物质文化遗产时得到“在场”的感觉也是我们要解决的一个重要问题。
非物质文化遗产的数字化保护是指利用现有的数字信息技术，对非物质文化遗产进行分类、制作与存储，建立文字、图像、音频、视频、动画等数据库，并配有强大的搜索引擎，实现数字化再现。非物质文化遗产的数字化保护首先要做的工作是数字信息的获取。数字信息的获取包含了二维信息获取和三维信息获取两方面。二维信息获取包括文字、图片、视频等资料的数字化与计算机存档。三维信息获取包括对遗迹、文物的三维扫描与模型重建等。其次，是对于非物质文化遗产的数字化展示与传播。通过数字技术，对非物质文化遗产的生产方式、使用方式、消费方式、流通方式、传播传承方式等进行复原、并以互联网为平台进行展示。通过四通八达的网络环境，使文化遗产的展示、传播与利用极为便利和充分，打破了特定时间、场所的限制，最大限度地实现了文化资源的利用和共享。非物质文化遗产的数字化展示与传播具体的实现手段有创建非物质文化遗产数字化博物馆，采用数字叙事记录和保护非物质文化遗产等。近年来虚拟现实技术也逐渐应用到对非物质文化遗产的保护过程中。虚拟现实技术具有参与性、沉浸性、交互性和想象性等特性，能够为用户提供更加逼真的体验，从而能够更好地对于非物质文化遗产进行展示和传播。虚拟现实涉及计算机软硬件等多方面技术，本文主要研究的就是虚拟现实技术中的Web 3D技术以及其在非物质文化遗产保护中的应用。
2 应用于非物质文化遗产保护的Web 3D技术
非物质文化遗产来自于民间。因此，其不应仅存在于博物馆和特定场所之中，而应回归于民间，只有这样其才具有长久的生命力。对于非物质文化遗产，我们不仅需要保护和保存它们，还需要通过新的思路和方法赋予其与时俱进的含义，使大众能够真正了解它、感受它，使它与我们的现实生活息息相关。而对于非物质文化遗产的传播和展示是我们实现这一目标的重要手段。
Web 3D技术可以看成是互联网技术和3D图像显示技术相结合的产物，是互联网上实现3D图形技术的总称。Web 3D技术具有强大的交互性、更强的真实感及在网络上易于传输的特点。借助Web 3D技术进行非物质文化遗产的保护一方面我们可以借助互联网的风帆使非物质文化遗产达到以往所不能达之处，广泛地对其进行传播；另一方面3D图像技术又可以克服传统文字、图片、视频等手段展示的不足，使其更真实，更形象也就更具影响力。下面就对在非物质文化遗产保护中常用到的几种Web 3D技术加以介绍，并分别对其长处和不足加以分析。
（1）基于VRML的Web 3D技术。VRML（Virtual Reality Modeling Language）即虚拟现实建模语言，是最早的一种Web 3D技术。可用于非物质文化遗产的数字化博物馆的建设。VRML为我们提供三维空间以及简单的三维模型等，并且支持纹理映射、视频、音频、对象运动和碰撞检测等，允许我们搭建三维场景并进行漫游等活动。X3D是VRML标准的升级版本。X3D整合正在发展的可扩展标记语言、JAVA、流技术等先进技术，包括了更强大、更高效的3D计算能力、渲染质量和传输速度。作为一种早期的Web 3D技术VRML也存在一些不足之处。例如，其生成的文件尺寸较大，其浏览效果受到了网络带宽的制约。另外通过VRML生成的模型对于材质和光效的表现不足，无法为用户带来逼真感和沉浸感，这些都制约了其在非物质文化遗产保护中的应用。endprint
（2）基于3D引擎的Web 3D技术。近年来一些以Virtools为代表的高互动3D应用的研发平台及软件，也逐渐应用到互联网应用的开发中。这些软件可以整合3D的模型及场景、2D图形及音效，并运用自身丰富的行为模块添加交互，其最终生成的作品也可以发布成网页格式进行传播。因此，也可运用到非物质文化遗产的展示及传播中。例如，Virtools就是2010年上海世博会网上世博官方规定的两种实现技术之一。相对于VRML，该技术有以下几方面的优点：1）精美的画面效果。虽然Virtools等软件自身不具备3D建模功能。但其支持如3DS等多种3D文件格式。我们可以轻松地将在3D Max、Maya等3D建模软件中建好的精美的模型及贴图材质导入其中。另外通过shaders等高级的动画渲染技术，Virtools可以实时的模仿自然界中逼真的光影效果，这无疑极大地增加了画面的真实感以及浏览者的沉浸感。2）功能强大，自身内置丰富的交互行为模块。Virtools具备友好的图形化用户界面，并且自身包含400多个功能丰富的脚本模块，通过这些模块即使是那些不懂得程序设计的人员也可以通过“拖拽”的方式实现多种交互功能，完成复杂的应用程序。3）支持脚本语言进行进一步的开发。针对高级的设计者Virtools提供了VSL（Virtools Scripting Language）这一强大脚本语言，利用VSL设计人员可以根据自身需要实现相应的功能，从而实现一些利用Virtools内置的脚本模块所无法实现的效果。4）支持丰富多样的外部设备。Virtools支持诸如游戏手柄、操纵杆、方向盘等多种外部设备。相比于传统的鼠标键盘，这些外部设备可以为浏览者带来更强的参与感和沉浸感。
当然这类技术也存在一些问题如生成的文件尺寸过大，在现有的网络带宽的条件下浏览起来过于吃力。另外Virtools需要用户在浏览时安装额外的插件，这也影响了用户的体验。
（3）Flash 3D技术。Flash 3D技术是指所有基于Flash Player播放器播放的且可交互的实时三维画面信息的总称。相对于其他的Web 3D技术，Flash 3D技术拥有以下几个优点：1）Flash 3D技术基于的Flash平台，有无可比拟的用户规模。以Flash Player作为客户端，几乎可以跨域任何操作系统和电脑运行。Adobe官方表示，全世界99%的互联网用户都在使用Flash内容，而Adobe Flash Player已经被99%的上网电脑以及移动设备在使用。[5]这使得用户可以随时随地进行浏览。2）Flash平台所运行的文件体积小，下载速度快。这也是很多其他的Web 3D技术所不具备的。3）运用Flash 3D技术制作的产品具有精美的画面效果。在很多Web 3D技术中只能生成简单的几何体，在材质和渲染方面的功能也不强。而大多数Flash 3D引擎都可以导入在3D Max等软件中制作的3D模型及其材质。这也使得Flash 3D技术可实现精美的画面效果。
3 Web 3D技术在非物质文化遗产的保护中的应用实例
非物质文化遗产种类繁多，形式多样。中国艺术研究院中国民族民间文化保护工程国家中心编写的《中国民族民间文化保护工程普查工作手册》中将我国的非物质文化遗产分为了民间文学、民间美术、民间舞蹈、消费习俗等16大类。不同类别的非物质文化遗产在保护上所采取的方法也各有不同。Web 3D技术的优点在于其精致的画面效果和对于人物动作的准确的再现等。因此，本文主要通过构造黑龙江省民间舞蹈类非物质文化遗产的交互体验式网络展示平台，来分析Web 3D技术在其中的应用。
（1）平台的结构。黑龙江省民间舞蹈类非物质文化遗产的交互体验式网络展示平台主要包括三个子模块：1）多媒体点播模块，该模块的主要功能是为用户提供关于黑龙江省民间舞蹈类非物质文化遗产的视频、三维动画、音频、图片以及文字等多媒体信息。通过该模块用户可以对黑龙江省民间舞蹈类非物质文化遗产基本信息有一个全面的了解。2）体验展示模块，该模块通过Flash 3D技术使用户能够在三维空间内漫游，多角度对于所表演的舞蹈进行观赏，并与之进行简单的交互以增强现场体验感。3）信息交互模块，主要负责用户的留言等交流功能的模块。
（2）制作要点。1）资料收集及整理。这部分工作主要是收集该平台展示的视频、图片、文字等资料，并对其文件格式及文件尺寸等简单的处理以适合在互联网上传播。2）创建3D模型。该平台的模型主要包括两部分：表演民族舞蹈的
虚拟人物和跳舞表演的文化空间。对于表演的环境由于其形状较为规则。因此，我们采取的是直接运用Flash 3D三维引擎所自带的基本几何体如立方体、面片等进行构建，然后赋予在PhotoShop等软件中制作的贴图。这样做的好处是在保证画面效果的同时，最大程度地减少了运算量。对于表演民族舞蹈的虚拟人物我们主要在三维动画软件3D Max中制作完成，然后将模型转化为3DS或DAE等格式并导入到Flash引擎中。需要注意的是仅第一批黑龙江省级非物质文化遗产就包括如鄂伦春族萨满舞、满族东海莽式舞等6项民间舞蹈。不同的舞蹈种类在表演环境、表演者身材衣着等方面有较大差别，需要分别去创建。3）进行动画设置。模型创建完成之后，我们可以根据实际的需要进行动画设置。该平台中的动画主要包括两部分即三维空间内的虚拟摄像机动画和场景内人物及道具的动画。对于简答的动画如位移及旋转等，我们可以通过Actionscript中相应的函数来实现。对于虚拟人物的舞蹈动画我们可以在三维软件之中事先做好，然后导入到Flash之中。另外随着Motion Capture（动作捕捉）设备的逐渐普及，我们也可以首先运用Motion Capture设备对于民间舞蹈表演家的动作进行采集，然后在ActionScript 3.0中对于所采集的数据进行分析，从而得出人物主要关节在空间内的运动数据并将这些数据值赋给我们的模型。这也极大地加快了我们制作动画的速度和质量。对于虚拟摄像机的动画我们可以导入在三维软件中制作完成的动画，也可以通过程序进行设置。4）添加交互行为。为了让观众在观赏时能够获得更加身临其境的体验。我们需要为人物及场景添加交互行为。通过ActionScript 3.0中的完善的事件及消息响应机制，我们可以为我们所构建的场景及场景内的模型添加交互行为。例如，鼠标点击以及鼠标移动等。在本平台中的交互行为主要包括用鼠标和键盘控制虚拟摄像机来实现在场景中的虚拟漫游，改变场景中的贴图和灯光等。5）整合各个功能模块。这部分工作主要包括设计整个平台的界面，并对各个模块的进行整合，以及整个平台的测试等。
参考文献：
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[4] 中囯艺术研究院中国民族民间文化保护工程目家中心.中国民族民间文化保护工程普查手册[M].文化艺术出版社，2005：1.
[5] [DB/OL]http：//www.adobe.com/products/player_census/flashplayer/.
论3D重建技术的配准与修复 篇3
当今世界是信息世界, 而信息的呈现方式却又随着时间的推移、社会的发展日趋多样化、复杂化。点云相关技术是3D重建中非常重要的部分。点云配准有手动配准、依赖仪器的配准和自动配准。通常我们所说的点云配准技术即是指最后一种, 也即点云的自动配准。点云自动配准技术是通过一定的算法或者统计学规律, 利用计算机计算两片点云之间的错位, 从而达到把两片点云自动配准的效果。目前采用的自动配准技术一般分为初始配准和精确配准两步, 初始配准是为了缩小点云之间的旋转和平移错位以提高精确配准的效率和趋向, 精确配准则是为了使两个点云之间的配准误差达到最小。
点云配准
在精确配准中, 运用最广泛的是Besl等提出的一种高层次的基于自由形态曲面的配准方法, 即迭代最近点法 (Iterative Closest Point, ICP) , 由于它的突出优点, ICP算法极具吸引力, 国内外的研究者为ICP算法的改进做出了努力。Chen在ICP基础上提出利用点的切平面来逼近点云, 把点到点的距离简化为点到模型最近点处的切平面距离, 但是这种算法速度依然没有明显提高。国内, 罗先波等采用引入特征点的方法实现点云的配准, 但是这些特征点实质上是一种标签点, 影响了物体表面点云的完整性。
伪洞修复
在国内, 张艳丽等对于伪洞填充修复的做了一些研究, 她提出采用三角片生长的填充方法来进行伪洞修复。核心思想是试图建立三角形网络模型面片的伪洞的三角形特征面, 把空间伪洞模型的三角剖分投影到平面上, 然后利用平面上的投影图形, 按照其三角形边界的夹角关系生成新的三角形片以修复伪洞。这种方法的好处是它优化了填充区域的三角形片的形状, 同时避免了极端狭长三角形片的出现[4]。缺点是, 这种方法的使用范围仅局限在适用于那些伪洞空间形状非常接近于平面的三角形模型的修复, 但如果空洞形状并不是平面的或者曲率变化比较大的话, 这种方法的修复填充效果就会很不理想。
在国外, Liepa提出一种利用多种方式来完成伪洞修复的方法, 核心思想是先直接对伪洞的边界进行修补填充。但缺点是为了构建新的三角片, 在进行伪洞填充修复时, 需要不停地计算新增的三角形内角和边长变换参数, 且通过这些信息去调整三角形的边界。遂由于庞大运算量以及工程复杂度的限制, 使得这种方法的效率很低, 整个填充修补计算过程会很慢[5]。
现如今, 对三维点云的研究, 很大程度都集中在对点云数据配准算法的改进上, 国内外都如此。虽然对传统ICP算法改进很有必要, 但把所有精力都集中在算法的改进上显然是不明智的。当配准的效果不如人意, 结果中很可能出现:在原始物体并没有洞的地方配准结果却显示出了洞。这个时候我们就要对不理想的结果进行进一步优化。所以, 对伪洞进行检测填补, 也是建模工作的重要组成部分。
主要观点
以上着重分析了点云配准以及伪洞修复的国内外研究现状, 为了有质的突破, 必须挣脱传统观点的禁锢, 这不仅可以为后续工作打下基石, 而且还能起到灯塔的指向性作用。本文的主要观点是:
传统的ICP算法存在两大缺陷:一是误差测度定义在对应点对或者点面欧氏距离之上的, 因此对应点对中存在不精确对应问题, 使得此类算法受偏离点的影响很大;二是初值的选取和每一步迭代过程中两组激光点云对应点的确定至关重要, 如果所给初值不当, 算法就会形成局部最小化, 造成迭代不能收敛到正确的结果。
3D数字重建技术 篇4
1 资料与方法
1.1 一般资料
将2014年1月~2015年5月在本院接受治疗的膝关节骨折患者60例纳入研究对象, 其中男32例, 女28例, 患者年龄15~71 (31.29±2.30) 岁。患者致伤原因表现为:运动致伤12例, 交通事故伤38例, 高处坠落伤10例。患者的疾病症状表现为膝部功能肿胀、变形、受限, 其中15例患者同时合并开放性损伤。
1.2 方法
所有患者先行X线正位、侧位检查, 见图1, 检查操作按照常规检查程序进行[2]。采用64层螺旋CT (Siemens Definition AS64排 (128层) 螺旋CT机) 进行患者受伤部位的检查和诊断, 取患者仰卧体位, 足部先进入, 以髌骨下缘为中心线, 自股骨下端至胫腓骨上端进行扫描, 120kv, Eff.100m AS, Slice3mm, Pitch为0.8, 骨窗 (W1400, L300) , 软组织窗 (W350, L40) 。数据传输至工作站 (EBW) 中, 再进行MPR、VR、SSD、MIP等处理操作进行多方位、多角度的膝关节骨折情况检查。
左胫骨平台粉碎骨折, X片难以显示骨碎片情况, CT平扫虽然可以显示骨碎片及关节积液, 图2, 但对于胫骨平台关节面骨质塌陷情况仍难以显示, 螺旋CT三维重建通过MPR、三维容积重建可以多个角度清楚显示出骨碎片及关节面骨质塌陷情况, 见图3。
1.3 观察指标
严格观察患者治疗期间的X线平片检查结果和螺旋CT三维重建结果, 认真分析图像内容。
1.4 统计学分析
对本组研究中所获得的数据资料采用SPSS 15.0统计学软件分析、处理, 计数资料使用 (n, %) 表示, 计量资料采用均数±平均数 (±s) 表示, 分别采用卡方和秩和检验, 以α=0.05为检验标准, P<0.05差异具有统计学意义。
2 结果
X线片检查总检出率为80.0%。CT轴扫检查骨折总检出率为98.3%, 64排螺旋CT三维重建检查操作的检查结果与其他两种检查结果比较均具有统计学意义 (P<0.05) 。见附表。
注:螺旋CT检查与X线、CT轴扫检查均具有统计学意义, P均<0.05
3 讨论
膝关节骨折在骨科临床中十分常见, 膝关节为人体中最容易受损的关节之一, 主要构成部分为髌骨、胫骨近端、股骨远端, 而附着在膝关节部位的半月板、关节囊和韧带构成关节的稳定结构[3]。膝关节骨折主要在暴力作用下引起, 给患者带来较大的生理痛苦, 且活动受限, 影响其正常的工作、学习和生活。由于膝骨关节的结构具有一定的复杂性, 骨块之间互相重叠, 单纯应用普通X线平片检查或单纯轴位CT检查将很难显示出骨折的全貌, 尤其是对于骨折塌陷和移位程度、关节腔中的碎骨块情况显示效果不明显, 容易导致骨折损伤的误诊, 进而影响临床治疗的开展和患者的恢复。
膝关节为松质骨结构, 表面不规则, 在暴力作用下很容易导致复杂骨折的发生, 临床中应用X射线能够对大部分骨折作出准确的检查和诊断, 但是X射线平面会出现影像间的相互重叠, 无法将关节面的骨折情况直观的表现出来, 对临床治疗中的术前计划指导不充分, 对于明显移位的劈裂骨折以及局限在胫骨平台边缘的小块塌陷容易漏诊[4], 轴位CT检查较之X线平片的检查有所提高, 但是仍具有一定的局限性, 所以, 依靠单纯X线平片检查或单纯CT检查结果进行骨折塌陷、移位程度及分型的判断仍然存在一定误差。64层螺旋CT三维重建3D技术可有效的避免影像重叠, 并可发现X线平片和CT检查中所不能显示的细微骨折, 并且检查操作不需要病人进行体位配合, 也能够有效避免平片检查容易漏诊的移位程度轻骨折和膝关节边缘骨折[5], 临床价值显著。
多层螺旋CT扫描和图像处理是医学影像检查的一次重要的突破, 其应用价值主要表现为以下几点: (1) 扫描检查无创伤、速度快, 不需要患者进行体位配合, 只需出去金属支架即可, 可明显缓解患者的痛苦, 有效缩短检查所需的时间; (2) 不间断容积数据的采集以及多种可以选择的图像后处理方式可将骨折类型、部位等真实的反应出来, 进而简化骨科医生对图像进行综合分析, 同时对于复杂关节骨折的诊断、手术成败的预测均具有重要价值[6]; (3) 超高分辨率重建矩阵较大程度的扩大了扫描范围, 且呈现分辨率高, 有效降低了漏诊和误诊的发生率。螺旋CT应用锥形X射线束、Z轴多排探测器技术, 有效的提高了扫描检查的单次曝光范围, 提高扫描速度, 达到薄层扫描的目的[7]。同时具备各方向同性空间分辨率, 使得三维后重建具备同等质量的图像结果。检查中应用多平面进行重建、表面遮盖等可有效的弥补原始横断面图像的缺陷, 进而为其临床诊断和治疗提供重要的图像支持[8]。本项研究中, 60例患者应用64层螺旋CT扫描检查的骨折检出率为98.3%, 应用X线平片检查的检出率为80%, 应用CT检查的检出率为86.7%, 64层螺旋CT扫描检查与其余两种检查方式比较具有明显统计学意义, P<0.05, 证实64层螺旋CT三维重建技术的应用价值。
综上所述, 在膝关节骨折的诊断中应用螺旋CT三维重建技术可有效的提高扫描和诊断的准确性、定位精准, 并且螺旋CT的分辨率高, 可清晰的显示出骨质的细微变化, 并将数据传输至工作站, 图像后处理技术可完成多层面重建, 能够充分利用切割技术进行骨折全貌的全方位观察。并且在膝关节的检查中应用螺旋CT三维重建能够通过宽窗、窗位的调节观察软组织情况, 使诊断更全面和更具权威性。此外, 螺旋CT的不同三维重建措施可进行骨折移位和塌陷的精准测算, 有助于临床治疗方案的制定, 临床应用价值显著。
摘要：选取本院2014年1月2015年5月收治的60例膝关节骨折患者为研究对象, 所有患者临床中均采用64层螺旋CT进行检查和诊断, 并与X线平片的检查结果及CT轴扫检查结果进行比较。经X线片检查的骨折总检出率为80.0%, CT轴扫检查的骨折总检出率为86.7%, 采用64层螺旋CT三维重建的骨折总检出率为98.3%, 64排螺旋CT三维重建检查操作的检查结果与其他两种检查结果比较均具有统计学意义 (P均<0.05) 。在膝关节骨折中应用64排CT三维重建 (3d) 技术可有效的提高骨折定位的准确性, 有助于为患者的临床治疗提供有效的参考依据。
关键词：64排CT,三维重建,膝关节骨折
参考文献
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3D数字重建技术 篇5
1 3D打印技术在我国设计领域的应用
3D打印技术在我国的发展趋势从当前产业应用的角度来看, 依然面临很多限定因素: 首先, 打印材料的局限性以及加工成本、配套软件以及加工的精度和质量成为制约3D打印技术产业发展的重要因素。3D打印在我国还没有形成产业链, 这在一定程度上也制约了产业的进一步发展。此外, 该技术研发涉及很多学科门类, 需要不同研究机构联合形成一个跨学科的研究平台, 共同进行前瞻性的研究。3D打印提供的定制化、灵活性的制造服务。在解决了上述一系列技术问题之后, 3D打印未来的技术发展路径也面临选择。目前来看有以下几个方向: 一是设备类的零部件制造方向发展, 体现在用3D打印技术替代模具等工艺; 二是直接由3D打印机来完成最终产品的制造;三是走向消费者家庭, 成为普通用户的 “制造”工具; 第四是向医疗、器官领域发展。毫无疑问, 无论3D打印沿着哪一条路径发展, 都将对该领域内的传统制造方式带来巨大的冲击。
2 3D在建筑行业的应用愈加广阔
由于建筑设计的日益复杂, 传统的模型制作已经不能满足设计师的需求。在国外, 快速成型技术已经成为建筑设计师不可缺失的工具。一般制作建筑模型的主要目的就是: 交流。使用快速成型技术打印建模模型, 藉此我们可以归纳以下交流目标:
首先, 3D打印技术可以帮助企业赢得项目, 赢得更多的建筑项目有很多途径。很多时候在设计过程中大部分时间仓促。项目进展的前期, 不由自主的梳理创意思路。3D打印相对数字建筑形体推敲带来一定意义上的进展。一般来说, 设计师需要花费大量的时间看图纸以了解一项建筑设计。而通过平面图纸想象出建筑的三维形象的能力却往往需要大量的训练和经验才能获得。3D效果图对这点有许多帮助, 但是也有它的局限性。3D效果图不容忽视的缺点便是, 它仅停留在照片表达层面, 以至于让很多数字建筑反而失去了更多的改进空间。一个3D打印模型则恰有可以实现在项目设计过程中实时交流想法并改进的优点, 这在与客户沟通的过程中是非常必要的。
其次, 在初步设计中3D打印技术可以帮助设计师进行整体规划。一个建筑物不可能自己矗立起来, 它总是有背景的。即使它矗立在空旷的土地之上, 这片土地也是它的背景。一项好的设计必然是将此考虑在内, 并且对此做出处理。因此在城市初步设计阶段, 设计师必须充分考虑好这些。做到这点的一条非常好的途径就是通过3D打印技术制作建筑全景式模型, 比如可以随意转换组合的模型。这样做的优点在于, 你只需要通过不同的组合来改变设计规划, 不需要反复从头开始。
3 3D建筑数字化是建筑发展的趋势
3D建筑的数字化是建筑行业发展的一个潮流和趋势。施工管理的过程主要是围绕建筑物施工活动进行的。施工管理的数据大部分是来自建筑物的相关数据, 建筑物的数字化程度直接影响到施工管理数据采集的高效性和准确性。因此, 围绕建筑物展开的施工管理活动相关信息, 必然要建立在建筑物的数字化基础上。并且随着建筑企业管理结构, 向着扁平化、矩阵化方向发展。信息化建设是施工企业加强管理的首选方法, 而建筑物的数字化是管理信息化的基础。建筑物的数字化可以在投标阶段进行, 这样由管理层直接掌握工程相关数据和信息。提高管理信息的生成速度和信息质量, 有助于企业管理层及时准确掌握工程动态。
并且, 现在一些大城市的政府, 都在积极推行城市数字化建设。而城市数字化占很大比例的是建筑物, 众多建筑物数字化的任务很繁重。这就会要求建筑物的所有者提供该建筑的数字化的东西。可以推断, 在未来的几年里, 施工企业不仅要提供合格的建筑产品, 也要提供相应的数字化产品。
总的来说, 3D建筑数字化技术在有广泛的前景。在3D建筑模型上, 加载相关的施工管理信息。使之变成为施工过程全信息的3D建筑模型。通过相应的建筑实体图形, 可以查询到相关的施工信息。如: 查看混凝土柱, 能够了解到何时施工、何人施工、何人检查及检查结果等施工管理活动方面的信息。使之变成一个包括施工管理信息在内的图形化信息模型。然而, 3D打印技术是一项应用于建筑行业的新技术, 自然会有水土不服, 自然会有需要探索的地方, 但必须指出, 3D打印机本身可以打印出另外一台3D打印机, 只是这不等于克隆。有些人的担忧也不无道理, 未来打印出来的东西到底是真的还是仿造的? 对此安德鲁说: “也许未来名牌产品就不用买实物了, 直接把设计方案给你, 就可以在家里打印出来, 但你需要购买方案才有资格打印, 所以未来不是实物重要, 而是设计的思路和内容最重要。”
摘要：目前正处于全球文化多元化的发展下3D打印 (3D Printing) 技术迅猛发展的潮流下, 3D技术如何在我国传统建筑行业广泛应用, 是当下中国设计师不能回避的一个重要问题。随着信息化建设的发展, 建筑物的建筑数字化建设是当下发展的必由之路。
关键词：3D打印技术,建筑数字化
参考文献
[1]张华.简述3D打印的广泛应用领域[EB/OL].太平洋3D打印网.2013.
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