[go: up one dir, main page]

JP2005196505A - Adaptive and hierarchical tetrahedral lattice structure representation generation method, program and apparatus for 3D image volume data - Google Patents

Adaptive and hierarchical tetrahedral lattice structure representation generation method, program and apparatus for 3D image volume data Download PDF

Info

Publication number
JP2005196505A
JP2005196505A JP2004002526A JP2004002526A JP2005196505A JP 2005196505 A JP2005196505 A JP 2005196505A JP 2004002526 A JP2004002526 A JP 2004002526A JP 2004002526 A JP2004002526 A JP 2004002526A JP 2005196505 A JP2005196505 A JP 2005196505A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
tetrahedral
lattice
local feature
initial
recursive
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2004002526A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiromi Tanaka
弘美 田中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ritsumeikan Trust
Original Assignee
Ritsumeikan Trust
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ritsumeikan Trust filed Critical Ritsumeikan Trust
Priority to JP2004002526A priority Critical patent/JP2005196505A/en
Publication of JP2005196505A publication Critical patent/JP2005196505A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Processing Or Creating Images (AREA)

Abstract

【課題】 本発明の目的は、入力ボリュームデータを不連続性を考慮しながら、局所特徴に応じて、適応的な四面体階層構造を構築することである。
【解決手段】 本発明では、アダプティブ・グリッドと呼ばれる適応的四面体格子構造を生成するアルゴリズムを示す。連続したボリュームが、視点の変化に関係なく一定の精度で近似されるまで、一次微分や、等値面の曲率のような局所特徴に応じて、グリッドの格子点を新たに生成しながら、四面体を再帰的に分割するというアダプティブ・グリッド生成法の並列アルゴリズムを開発した。また、各格子要素がそれぞれ独立に格子分割を行う過程で発生するクラックの形成を回避し、不連続性を保存する並列アルゴリズムも開発した。
【選択図】 図1
An object of the present invention is to construct an adaptive tetrahedral hierarchical structure according to local features while considering discontinuity in input volume data.
In the present invention, an algorithm for generating an adaptive tetrahedral lattice structure called an adaptive grid is shown. Until the continuous volume is approximated with a constant accuracy regardless of the viewpoint change, a new grid point of the grid is generated according to local features such as first-order differentiation and isosurface curvature. We have developed a parallel algorithm for adaptive grid generation that recursively divides a body. We also developed a parallel algorithm that preserves discontinuities by avoiding the formation of cracks that occur during the process of each grid element independently performing grid partitioning.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、3次元物体の画像ボリュームデータを適応的かつ階層的に表現、再構成、視覚化する適応的かつ階層的ボリューム・モデルに関する。   The present invention relates to an adaptive and hierarchical volume model that adaptively and hierarchically represents, reconstructs and visualizes image volume data of a three-dimensional object.

CTやMRIなどの発達により、正確かつ容易に3次元物体のボリュームデータを得ることが可能となった。CGの分野では、そのようなデータを表現・再構成・視覚化する問題が急速に注目を集めるようになってきた(例えば、非特許文献1、2参照。)。   With the development of CT and MRI, volume data of 3D objects can be obtained accurately and easily. In the field of CG, the problem of expressing, reconstructing, and visualizing such data has rapidly attracted attention (for example, see Non-Patent Documents 1 and 2).

しかし、そのようにして得られたデータは、一般的に膨大であるので効率的に処理を行うには、明確な精度に基づいて効率よくボリュームデータを表現できるボリュームモデルが必要とされる。したがって研究者たちは、さまざまな視覚的な処理の中で、効率的に使用することができる正確さに基づいたボリュームモデルを構築する問題に直面することになる。   However, since the data thus obtained is generally enormous, efficient processing requires a volume model that can efficiently represent volume data based on clear accuracy. Researchers are therefore faced with the problem of building a volume model based on accuracy that can be used efficiently in a variety of visual processes.

過去10年間、3次元で階層的モデルを構築するために、最も単純で強固なセルである四面体を用いた新しいアプローチが紹介されてきた(例えば、非特許文献6,7,8,9,10,11参照。)。階層的四面体構造を構築する上で考えなければならない大きな問題は、各々の四面体が独立に分割される時、近似ボリュームにクラックが生じるかもしれないということである。このことが並列インプリメンテーションをより難しくしている。   In the past decade, new approaches using tetrahedrons, the simplest and most robust cells, have been introduced to build a three-dimensional hierarchical model (eg, Non-Patent Documents 6, 7, 8, 9, 10, 11). A major problem that must be considered in building a hierarchical tetrahedral structure is that cracks may occur in the approximate volume when each tetrahedron is divided independently. This makes parallel implementation more difficult.

クラック問題を解決するために様々なアプローチがとられてきた。Maubackは、最初に部分的に分割し、その後にメッシュを広げることによってクラックを回避するという手法を考案した(例えば、非特許文献11参照。)。   Various approaches have been taken to solve the crack problem. Mauback devised a technique of avoiding cracks by first partially dividing and then expanding the mesh (see, for example, Non-Patent Document 11).

Beyの方法は、クラックを回避するのに、2タイプの分割のコンビネーションを使っている(例えば、非特許文献8参照。)。   The Bey method uses a combination of two types of division to avoid cracks (see Non-Patent Document 8, for example).

Nielsonは、クラックをカバーするCoonによるバッチモデルを使うという新しいアプローチを提案した(例えば、非特許文献9参照。)。   Nielson proposed a new approach that uses a batch model by Coon that covers cracks (see, for example, Non-Patent Document 9).

これらの新しい四面体を用いたアプローチは確立されているが、並列処理のためのインプリメンテーションや、滑らかなボリュームデータを視点の変化に不変で、任意の精度で近似するのための手法を開発する必要がある。   Although these new tetrahedral approaches have been established, we have developed an implementation for parallel processing and a method for approximating smooth volume data with arbitrary precision that is invariant to changes in viewpoint. There is a need to.

特開平6−215076号公報(段落番号0009〜0016、図1)Japanese Patent Laid-Open No. 6-215076 (paragraph numbers 0009 to 0016, FIG. 1) A.E. Kaufman, “State of the Art in Volume Graphics,” VolumeGraphics, pp.3-28, 2001.A.E.Kaufman, “State of the Art in Volume Graphics,” VolumeGraphics, pp.3-28, 2001. G.M. Nielson, “Volume Modelling,” Volume Graphics, pp.29-48, 2001.G.M. Nielson, “Volume Modeling,” Volume Graphics, pp.29-48, 2001. C.H. Chien and J.K.Aggarwal, “VolumeSurface Octrees for the Representation of Three-DimensionalObjects,” Computer Vision Graphics and Image Processing, Vol.36, pp.100-113,1986.C.H. Chien and J.K. Aggarwal, “VolumeSurface Octrees for the Representation of Three-DimensionalObjects,” Computer Vision Graphics and Image Processing, Vol.36, pp.100-113,1986. Y Zhou and B Chen and A Kaufman, “Multiresolution TetrahedralFramework for Visualising Regular Volume Data,” Proc.IEEE Visiualization ’97,Phoenix, AZ, pp.135-142, 1997.Y Zhou and B Chen and A Kaufman, “Multiresolution Tetrahedral Framework for Visualizing Regular Volume Data,” Proc. IEEE Visiualization '97, Phoenix, AZ, pp.135-142, 1997. Trotts.I, Hamann.B, Joy.K, Wiley.D, “Simplefication of tetrahedralmeshes with error bounds”, IEEE Transactions of Visualization and ComputerGraphics, 1999.Trotts.I, Hamann.B, Joy.K, Wiley.D, “Simplefication of tetrahedralmeshes with error bounds”, IEEE Transactions of Visualization and ComputerGraphics, 1999. G.M. Nielson, “Tools for triangulaions and tetrahedrizations intScientific Visualization,” IEEE CS, pp.429-525, 1997.G.M.Nielson, “Tools for triangulaions and tetrahedrizations intScientific Visualization,” IEEE CS, pp.429-525, 1997. M.Mauback, “Local bisection refinement for Nsimplicial gridsgenerated by reflection,” SIAM Journal of Scientific Computing, Vol.16, No1,pp.210-227, 1995.M. Mauback, “Local bisection refinement for Nsimplicial gridsgenerated by reflection,” SIAM Journal of Scientific Computing, Vol. 16, No1, pp. 210-227, 1995. J Bey, “Tetrahedral mesh refinement,” Computing, Vol.55, No13,pp.355-378, 1995.J Bey, “Tetrahedral mesh refinement,” Computing, Vol.55, No13, pp.355-378, 1995. G.M. Nielson and D. Holliday and R.T. Roxborough, “Cracking thecracking problem with Coons patches,” Proc.IEEE Visualization ’99, SanFrancisco, CA, 1999.G.M. Nielson and D. Holliday and R.T. Roxborough, “Cracking thecracking problem with Coons patches,” Proc. IEEE Visualization '99, SanFrancisco, CA, 1999. B.Gregorski, M.Duchaineau, P.Lindstrom, V.Pascucci, “InteractiveView-Dependent Rendering Of Large Isosurfaces”, IEEE Visualization 2002,pp.475-482, Nov, 2002.B. Gregorski, M. Duchaineau, P. Lindstrom, V. Pascucci, “InteractiveView-Dependent Rendering Of Large Isosurfaces”, IEEE Visualization 2002, pp.475-482, Nov, 2002. T.Roxborough, G.M.Nielson, “Tetrahedron Based, Least Squares,Progressive Volume Models with Application to Freehand Ultrasound Data”. Ieee2000, pp.93-100, 2000.T.Roxborough, G.M.Nielson, “Tetrahedron Based, Least Squares, Progressive Volume Models with Application to Freehand Ultrasound Data”. Ieee2000, pp.93-100, 2000. H.T Tanaka and F.Kishino, “Adaptive mesh generation for surfacereconstruction: Parallel hierarchical triangulation without cracks,” Proc.IEEE10th International Conference on Pattern Recognition, pp.88-94, 1993.H.T Tanaka and F.Kishino, “Adaptive mesh generation for surfacereconstruction: Parallel hierarchical triangulation without cracks,” Proc. IEEE10th International Conference on Pattern Recognition, pp.88-94, 1993. H.T Tanaka, “Accuracy-BasedSampling and Reconstruction with Adaptive Meshs for Paralle HierarchicalTriangulation,” int.Journal of Computer Vision and Image Understanding, Vol.61,No3, pp.335-350, 1987.H.T Tanaka, “Accuracy-Based Sampling and Reconstruction with Adaptive Meshs for Paralle Hierarchical Triangulation,” int. Journal of Computer Vision and Image Understanding, Vol.61, No3, pp.335-350, 1987.

そこで本発明は、入力ボリュームデータの適応的な四面体格子構造を構築しようとする。本発明の目的は、視点の変化に関係なく一定の精度で近似されるまで一次微分や等値面の曲率のような局所特徴に応じてグリッドの格子点を新たに生成しながら、滑らかに変化するボリュームデータの階層的四面体構造を自動的に構築することである。   Thus, the present invention seeks to construct an adaptive tetrahedral lattice structure for input volume data. The object of the present invention is to generate a grid point of a grid according to local features such as first-order differentiation and curvature of an isosurface until it is approximated with a constant accuracy regardless of changes in the viewpoint, and smoothly changes. To automatically build a hierarchical tetrahedral structure of volume data.

本発明に係る3次元画像データの適応的かつ階層的な四面体格子構造表現生成プログラムは、コンピュータを、入力された3次元画像ボリュームデータで表されている空間を参照するするために、該空間を初期立方体格子要素の集合に分割設定する初期設定手段、前記初期設定手段が設定した前記各初期立方体格子要素をそれぞれ6つの同形の四面体格子に分割する初期分割手段、前記初期分割手段が分割したある四面体格子について、該四面体格子の最長の辺の両端の格子点における局所特徴量の差を検知する局所特徴量検知手段、
前記局所特徴量の差をあらかじめ設定された近似精度と比較して探索する再帰的近傍探索手段、前記局所特徴量の差が前記近似精度を満たさない場合には、該近似精度を満たすまで、前記四面体格子の最長の辺の中点で該四面体格子を2つの四面体格子に再帰的に2分割してゆく再帰的分割手段、前記局所特徴量の差が前記近似精度を満たす場合には、近傍からの影響を確認するために、前記四面体格子の各辺を共有して隣接する各四面体格子の内部の局所特徴量の変化の大きさが、前記近似精度を満たすか否かを再帰的に確認する再帰的確認手段、として機能させ、前記再帰的近傍探索手段が再帰的に探索した前記局所特徴量の変化に基づいて、四面体格子内の該局所特徴量の変化量が閾値以下になるまで、前記再帰的分割手段が前記四面体格子を再帰的に2分割することにより、前記コンピュータに、3次元画像ボリュームデータの適応的かつ階層的な多重解像度の四面体格子構造表現を生成させる。
An adaptive and hierarchical tetrahedral lattice structure representation generation program for three-dimensional image data according to the present invention allows a computer to refer to a space represented by input three-dimensional image volume data. Is divided into a set of initial cubic lattice elements, initial setting means for dividing each initial cubic lattice element set by the initial setting means into six isomorphic tetrahedral lattices, and the initial dividing means is divided. A local feature quantity detecting means for detecting a difference in local feature quantities at grid points at both ends of the longest side of the tetrahedral grid,
Recursive neighborhood search means for searching by comparing the difference of the local feature amount with a preset approximation accuracy, and if the difference of the local feature amount does not satisfy the approximation accuracy, until the approximation accuracy is satisfied, A recursive dividing means for recursively dividing the tetrahedral lattice into two tetrahedral lattices at the midpoint of the longest side of the tetrahedral lattice, and when the difference between the local feature quantities satisfies the approximation accuracy In order to confirm the influence from the vicinity, whether or not the magnitude of the change in the local feature amount in each of the tetrahedral lattices adjacent to each other sharing each side of the tetrahedral lattice satisfies the approximation accuracy. A recursive confirmation means for recursively confirming, and based on the change of the local feature quantity recursively searched by the recursive neighborhood search means, the change amount of the local feature quantity in the tetrahedral lattice is a threshold value The recursive dividing means is By recursively divided into two grid, the computer, to produce an adaptive and hierarchical tetrahedral lattice structure representation of multi-resolution three-dimensional image volume data.

上記のように再帰的確認手段は、前記局所特徴量の差が前記近似精度を満たす場合でも、近傍からの影響を確認するために、前記四面体格子の各辺を共有して隣接する各四面体格子の内部の局所特徴量の変化の大きさが、前記近似精度を満たすか否かを再帰的に確認するるため、クラックの発生を回避することができる。   As described above, the recursive confirmation unit is configured to share each side of the tetrahedral grid and share each adjacent tetrahedron in order to confirm the influence from the neighborhood even when the difference in the local feature amount satisfies the approximation accuracy. Since it is recursively confirmed whether or not the magnitude of the change in the local feature amount inside the body lattice satisfies the approximation accuracy, the occurrence of cracks can be avoided.

また、上記のような方法で初期立方体格子要素から分割される四面体格子を再帰的に2分割することにより、次のような影響領域を定義することができる。尚、上記入力3次元画像ボリュームデータで表されている空間を参照するするために導入された初期立方体格子要素は、任意の大きさでよい。   In addition, the following affected area can be defined by recursively dividing the tetrahedral lattice divided from the initial cubic lattice elements by the method as described above. Note that the initial cubic lattice element introduced to refer to the space represented by the input three-dimensional image volume data may have an arbitrary size.

本発明に係る3次元画像データの適応的かつ階層的な四面体格子構造表現生成プログラムは、前記再帰的近傍探索手段が前記初期立方体格子要素の局所特徴量の変化を再帰的に探索する領域である影響領域内の境界面と該初期立方体格子要素の表面との距離は、前記初期分割手段が該初期立方体格子要素から分割した6つの四面体格子を、前記再帰的分割手段が再帰的に2分割することにより、該初期立方体格子要素の一辺の長さの距離未満となる。   An adaptive and hierarchical tetrahedral lattice structure representation generation program for 3D image data according to the present invention is an area in which the recursive neighborhood search means recursively searches for changes in local features of the initial cubic lattice elements. The distance between the boundary surface in a certain influence area and the surface of the initial cubic lattice element is the six tetrahedral lattices divided from the initial cubic lattice element by the initial dividing unit, and the recursive dividing unit recursively 2 By dividing, it becomes less than the distance of the length of one side of the initial cubic lattice element.

影響領域内の境界面と該初期立方体格子要素の表面との距離が初期立方体格子要素の一辺の長さの距離未満となるため、初期立方体格子要素を取囲む初期立方体格子要素にクラックがなければ、その他の初期立方体格子要素に発生したクラックの影響が自己に及ばないことが保証される。   Since the distance between the boundary surface in the influence area and the surface of the initial cubic lattice element is less than the length of one side of the initial cubic lattice element, there is no crack in the initial cubic lattice element surrounding the initial cubic lattice element. It is guaranteed that the influence of cracks generated in other initial cubic lattice elements does not reach itself.

本発明に係る3次元画像データの適応的かつ階層的な四面体格子構造表現生成プログラムは、前記再帰的分割手段は、該再帰的近傍探索手段が前記初期立方体格子要素を各々独立に、該初期立方体格子要素の影響領域内で再帰的に探索した前記局所特徴量の変化に基づいて、該初期立方体格子要素を各々独立に再帰的に2分割する。   The adaptive and hierarchical tetrahedral lattice structure representation generation program for three-dimensional image data according to the present invention is characterized in that the recursive partitioning means, the recursive neighborhood search means, each of the initial cubic lattice elements independently. Based on the change of the local feature value recursively searched within the influence area of the cubic lattice element, the initial cubic lattice element is independently recursively divided into two.

従って、以上より初期立方体格子要素ごとに並列かつ高速に、クラックの生じない適応的かつ階層的な四面体格子構造表現を生成することができる。   Accordingly, an adaptive and hierarchical tetrahedral lattice structure representation that does not generate cracks can be generated in parallel and at high speed for each initial cubic lattice element.

本発明に係る3次元画像データの適応的かつ階層的な四面体格子構造表現生成装置は、入力された3次元画像ボリュームデータで表されている空間を参照するするために、該空間を初期立方体格子要素の集合に分割設定する初期設定手段と、前記初期設定手段が設定した前記各初期立方体格子要素をそれぞれ6つの同形の四面体格子に分割する初期分割手段と、前記初期分割手段が分割したある四面体格子について、該四面体格子の最長の辺の両端の格子点における局所特徴量の差を検知する局所特徴量検知手段と、前記局所特徴量の差をあらかじめ設定された近似精度と比較して探索する再帰的近傍探索手段と、前記局所特徴量の差が前記近似精度を満たさない場合には、該近似精度を満たすまで、前記四面体格子の最長の辺の中点で該四面体格子を2つの四面体格子に再帰的に2分割してゆく再帰的分割手段と、前記局所特徴量の差が前記近似精度を満たす場合には、近傍からの影響を確認するために、前記四面体格子の各辺を共有して隣接する各四面体格子の内部の局所特徴量の変化の大きさが、前記近似精度を満たすか否かを再帰的に確認する再帰的確認手段と、を備え、前記再帰的近傍探索手段が再帰的に探索した前記局所特徴量の変化に基づいて、四面体格子内の該局所特徴量の変化量が閾値以下になるまで、前記再帰的分割手段が前記四面体格子を再帰的に2分割することにより、前記コンピュータに、3次元画像ボリュームデータの適応的かつ階層的な多重解像度の四面体格子構造表現を生成させる。   In order to refer to the space represented by the input 3D image volume data, the adaptive and hierarchical tetrahedral lattice structure representation generating apparatus for 3D image data according to the present invention uses the initial cube. Initial setting means for dividing and setting into a set of lattice elements, initial dividing means for dividing each of the initial cubic lattice elements set by the initial setting means into six isomorphic tetrahedral lattices, and the initial dividing means For a tetrahedral grid, a local feature amount detecting means for detecting a difference in local feature amounts at the lattice points at both ends of the longest side of the tetrahedral lattice, and comparing the difference between the local feature amounts with a preset approximation accuracy If the difference between the recursive neighborhood search means for searching and the local feature amount does not satisfy the approximation accuracy, the four points at the midpoint of the longest side of the tetrahedral lattice until the approximation accuracy is satisfied. If the difference between the local feature amount and the recursive dividing means that recursively divides the body lattice into two tetrahedral lattices and satisfies the approximation accuracy, Recursive confirmation means for recursively confirming whether or not the magnitude of the change in local feature amount in each adjacent tetrahedral lattice sharing the sides of the tetrahedral lattice satisfies the approximation accuracy; The recursive neighborhood search means, based on the change of the local feature value recursively searched by the recursive neighborhood search means, until the change amount of the local feature value in the tetrahedral lattice is equal to or less than a threshold value, By recursively dividing the tetrahedral lattice into two, the computer is caused to generate an adaptive and hierarchical multi-resolution tetrahedral lattice structure representation of the three-dimensional image volume data.

本発明に係る3次元画像データの適応的かつ階層的な四面体格子構造表現生成方法は、入力された3次元画像ボリュームデータで表されている空間を参照するするために、該空間を初期立方体格子要素の集合に分割設定する初期設定手段と、局所特徴量の差をあらかじめ設定された近似精度と比較して探索する再帰的近傍探索手段と、前記局所特徴量の差が前記近似精度を満たさない場合には、該近似精度を満たすまで、四面体格子の最長の辺の中点で該四面体格子を2つの四面体格子に再帰的に2分割してゆく再帰的分割手段と、を備えたコンピュータを用いて、3次元画像ボリュームデータで表されている空間から、3次元画像ボリュームデータの適応的かつ階層的な多重解像度の四面体格子構造表現を生成させる方法であって、入力された3次元画像ボリュームデータで表されている空間を準備するステップと、入力された3次元画像ボリュームデータで表されている空間を参照するするために、該空間を初期立方体格子要素の集合に分割設定するステップと、前記初期設定手段が設定した前記各初期立方体格子要素をそれぞれ6つの同形の四面体格子に分割するステップと、四面体格子の最長の辺の両端の格子点における局所特徴量の差を検知するスッテプと、前記局所特徴量の差をあらかじめ設定された近似精度と比較して探索するステップと、前記局所特徴量の差が前記近似精度を満たさない場合には、該近似精度を満たすまで、前記四面体格子の最長の辺の中点で該四面体格子を2つの四面体格子に再帰的に2分割してゆくステップと、前記局所特徴量の差が前記近似精度を満たす場合には、近傍からの影響を確認するために、前記四面体格子の各辺を共有して隣接する各四面体格子の内部の局所特徴量の変化の大きさが、前記近似精度を満たすか否かを再帰的に確認するステップと、前記再帰的近傍探索手段が再帰的に探索した前記局所特徴量の変化に基づいて、
四面体格子内の該局所特徴量の変化量が閾値以下になるまで、前記再帰的分割手段が前記四面体格子を再帰的に2分割することにより、前記コンピュータに、3次元画像ボリュームデータの適応的かつ階層的な多重解像度の四面体格子構造表現を生成させるステップと、
を含む。
The adaptive and hierarchical tetrahedral lattice structure representation generation method for 3D image data according to the present invention uses the initial cube to refer to the space represented by the input 3D image volume data. Initial setting means for dividing and setting a set of lattice elements, recursive neighborhood search means for searching by comparing a difference of local feature amounts with a preset approximation accuracy, and the difference of the local feature amounts satisfy the approximation accuracy If not, recursive dividing means for recursively dividing the tetrahedral lattice into two tetrahedral lattices at the midpoint of the longest side of the tetrahedral lattice until the approximate accuracy is satisfied. A method for generating an adaptive and hierarchical multi-resolution tetrahedral lattice structure representation of 3D image volume data from a space represented by 3D image volume data using an input computer. Preparing a space represented by the three-dimensional image volume data, and dividing the space into a set of initial cubic lattice elements to refer to the space represented by the input three-dimensional image volume data. A step of dividing each initial cubic lattice element set by the initial setting means into six isomorphic tetrahedral lattices; and local feature quantities at lattice points at both ends of the longest side of the tetrahedral lattice. A step for detecting a difference, a step of searching for a difference between the local feature amounts in comparison with a preset approximation accuracy, and if the difference in the local feature amounts does not satisfy the approximation accuracy, A step of recursively dividing the tetrahedral lattice into two tetrahedral lattices at the midpoint of the longest side of the tetrahedral lattice until the difference is satisfied; When the accuracy is satisfied, in order to confirm the influence from the vicinity, the magnitude of the change in the local feature amount in each adjacent tetrahedral lattice sharing each side of the tetrahedral lattice is the approximate accuracy. Recursively confirming whether or not, and based on the change of the local feature amount recursively searched by the recursive neighborhood search means,
The recursive dividing means recursively divides the tetrahedral lattice into two until the change amount of the local feature in the tetrahedral lattice is equal to or less than a threshold value, thereby adapting the three-dimensional image volume data to the computer. Generating a hierarchical and hierarchical multi-resolution tetrahedral lattice structure representation;
including.

本明細書において、フィールドデータとは各格子点における局所特徴量と同義であり、一次微分や等値面の曲率のような局所特徴を表す任意の量をいう。以下本明細書において、上記局所特徴量をフィールドデータ又はフィールド値という。   In this specification, field data is synonymous with the local feature amount at each lattice point, and is an arbitrary amount representing local features such as first-order differentiation and curvature of isosurface. Hereinafter, in the present specification, the local feature amount is referred to as field data or field value.

また、以下本明細書において、上記3次元画像ボリュームデータを簡単に入力ボリュームデータと、上記初期立方体格子要素は初期格子という。   In the following description, the three-dimensional image volume data is simply referred to as input volume data, and the initial cubic lattice element is referred to as an initial lattice.

本発明は、入力ボリュームデータの四面体階層構造を自動的に構築するアダプティブ・グリッドの並列アルゴリズムを提案した。正確かつ効率的なボリュームモデルとして使うことができるこの四面体表現は、指定された任意の精度を必ず満たすという長所を持つ。   The present invention proposed an adaptive grid parallel algorithm that automatically constructs a tetrahedral hierarchical structure of input volume data. This tetrahedral representation, which can be used as an accurate and efficient volume model, has the advantage that it always satisfies any specified accuracy.

また本発明は、ボリューム近似において、クラックの生成を無効化するために、近傍の四面体から、分割するために使う情報を集るという再帰的近傍探索アルゴリズムも提案した。参照される近傍の境界から、本発明は、それぞれの格子要素の参照領域の限界を定義した。   The present invention also proposes a recursive neighborhood search algorithm that gathers information used for segmentation from neighboring tetrahedrons in order to invalidate the generation of cracks in volume approximation. From the boundary of the referenced neighborhood, the present invention has defined the limit of the reference area of each grid element.

この定義によって、それぞれの格子要素が、独立に再帰的に分割されることが可能となる。このことは、時間的空間的境界の中で、クラックを伴わない四面体階層構造が並列インプリメンテーションにより高速に構築することが可能となる。   This definition allows each lattice element to be recursively divided independently. This means that a tetrahedral hierarchical structure without cracks can be constructed at high speed by parallel implementation within a temporal and spatial boundary.

更に、本発明の上記手法は、どのようなボリュームデータでも適応的にデータを圧縮するために用いることができる。例えば、上記手法は白黒濃淡画像、カラー画像、MR画像、距離画像、あるいは赤外線画像といったあらゆる画像データから得られたボリュームデータに対しても適用することができる。   Furthermore, the above technique of the present invention can be used to adaptively compress any volume data. For example, the above method can be applied to volume data obtained from any image data such as a black and white image, a color image, an MR image, a distance image, or an infrared image.

本発明の3次元画像ボリュームデータの適応的かつ階層的な四面体格子構造表現生成方法、プログラム及び装置は、次のアルゴリズムを構成に含む。   An adaptive and hierarchical tetrahedral lattice structure representation generation method, program, and apparatus for three-dimensional image volume data according to the present invention include the following algorithm in its configuration.

即ち、本発明に係るアルゴリズムは、入力された3次元画像ボリュームデータで表されている空間を参照するするために当該空間を初期立方体格子要素の集合に分割設定する初期設定手段と、各初期立方体格子要素をそれぞれ6つの同形の四面体格子に分割する初期分割手段と、四面体格子の最長の辺の両端の格子点における局所特徴量の差を検知する局所特徴量検知手段と、局所特徴量の差をあらかじめ設定された近似精度と比較して探索する再帰的近傍探索手段と、を含む。更に本発明に係るアルゴリズムは、局所特徴量の差が前記近似精度を満たさない場合には、当該近似精度を満たすまで四面体格子の最長の辺の中点で当該四面体格子を2つの四面体格子に再帰的に2分割してゆく再帰的分割手段、及び、局所特徴量の差が前記近似精度を満たす場合には、近傍からの影響を確認するために四面体格子の各辺を共有して隣接する各四面体格子の内部の局所特徴量の変化の大きさが、近似精度を満たすか否かを再帰的に確認する再帰的確認手段、をも含む。   That is, the algorithm according to the present invention includes an initial setting unit that divides and sets a space into a set of initial cube lattice elements to refer to the space represented by the input three-dimensional image volume data, and each initial cube. Initial dividing means for dividing each lattice element into six isomorphic tetrahedral lattices, local feature amount detecting means for detecting a difference in local feature amounts at the lattice points at both ends of the longest side of the tetrahedral lattice, and local feature amounts Recursive neighborhood search means for searching by comparing the difference between the values with a preset approximation accuracy. Furthermore, the algorithm according to the present invention, when the difference in local feature amount does not satisfy the approximation accuracy, converts the tetrahedron lattice into two tetrahedrons at the midpoint of the longest side of the tetrahedral lattice until the approximation accuracy is satisfied. When the recursive dividing means that recursively divides the lattice into two and the difference in local feature values satisfies the approximation accuracy, each side of the tetrahedral lattice is shared in order to confirm the influence from the neighborhood. And recursive confirmation means for recursively confirming whether or not the magnitude of the change in the local feature amount in each adjacent tetrahedral lattice satisfies the approximation accuracy.

本発明に係るアルゴリズムは、上記再帰的近傍探索手段が再帰的に探索した局所特徴量の変化に基づいて、四面体格子内の当該局所特徴量の変化量が閾値以下になるまで、再帰的分割手段が前記四面体格子を再帰的に2分割することにより、3次元画像ボリュームデータの適応的かつ階層的な多重解像度の四面体格子構造表現を生成させるアルゴリズムである。   The algorithm according to the present invention is based on the change of the local feature amount recursively searched by the recursive neighborhood search means until the change amount of the local feature amount in the tetrahedral lattice is equal to or less than a threshold value. The means is an algorithm for generating an adaptive and hierarchical multi-resolution tetrahedral lattice structure representation of three-dimensional image volume data by recursively dividing the tetrahedral lattice into two.

以下詳説する上記アルゴリズムは、以下本明細書においてアダプティブ・グリッドと呼ばれ、適応的四面体格子構造を生成するアルゴリズムである。アダプティブ・グリッドは、2次元において、入力した距離画像から自由曲面を適応的に再構成する方法を提案したアダプティブ・メッシュを3次元に拡張したものである(例えば、非特許文献12,13参照。)。   The algorithm described in detail below is hereinafter referred to as an adaptive grid, and is an algorithm for generating an adaptive tetrahedral lattice structure. The adaptive grid is a three-dimensional extension of an adaptive mesh that proposes a method for adaptively reconstructing a free-form surface from an input range image in two dimensions (see, for example, Non-Patent Documents 12 and 13). ).

本実施形態において、連続したボリュームが、視点の変化に関係なく一定の精度で近似されるまで、一次微分や、等値面の曲率のような局所特徴に応じて、グリッドの格子点を新たに生成しながら、四面体を再帰的に分割するというアダプティブ・グリッド生成法の並列アルゴリズムが提供される。また、各格子要素がそれぞれ独立に格子分割を行う過程で発生するクラックの形成を回避し、不連続性を保存する並列アルゴリズムが提供される。   In this embodiment, the grid points of the grid are newly set according to local features such as first-order differentiation and isosurface curvature until a continuous volume is approximated with a constant accuracy regardless of the viewpoint change. An adaptive grid generation parallel algorithm that recursively divides a tetrahedron while generating is provided. In addition, a parallel algorithm is provided that avoids the formation of cracks that occur during the process of each grid element independently performing grid division and preserves discontinuities.

このクラックを回避するアルゴリズムは、不連続性が確認されるまで再帰的に隣接した四面体を拡張しながら、不連続な情報を収集する。この再帰的な拡張によって達した境界は、格子要素のために3次元参照範囲を定義する。   The algorithm for avoiding this crack collects discontinuous information while recursively expanding adjacent tetrahedrons until the discontinuity is confirmed. The boundary reached by this recursive extension defines a three-dimensional reference range for the lattice element.

ここで、参照範囲の局所定義は、それぞれの格子要素が独立に分割されることを許している。したがって、クラックのない四面体階層構造の並列化が、時間的空間的に可能となる。   Here, the local definition of the reference range allows each lattice element to be divided independently. Therefore, parallelization of a tetrahedral hierarchical structure without cracks is possible in terms of time and space.

(1)アダプティブ・グリッド
以下に、図1と図2に示すような上記アダプティブ・メッシュを3次元に拡張したアダプティブ・グリッドについて述べる。アダプティブ・メッシュは、視点の変化に不変な局所特徴に基づいて、距離画像から滑らかな自由曲面を再構成するアルゴリズムである。
(1) Adaptive Grid An adaptive grid obtained by extending the adaptive mesh as shown in FIGS. 1 and 2 to three dimensions will be described below. An adaptive mesh is an algorithm that reconstructs a smooth free-form surface from a distance image based on local features that are invariant to changes in the viewpoint.

まず、図1を用いてアダプティブ・メッシュの生成法を説明する(例えば、特許文献1、非特許文献12,13参照)。ステップ1:初期格子。図1(a)において、黒丸はノードを示す。ラインは、表示平面の相互に直交する(x,y)の座標線と並列関係であることを示している。ステップ2:初期三角形分割。図1(b)において、各ノードで、奥行きz、垂線n、主曲率k、k,及びその方向e,eと共に、表面形状を回復する。四角形でそれぞれ境界づけられた領域を、4つの隣接するノードの2つの三角片により、最初に概算する。ステップ3:再帰的2分割。図(c)、(d)において、両端の曲率に応じて、ラインに沿ってノードを増加し、高曲率の領域を、より細かい三角片で概算する。 First, an adaptive mesh generation method will be described with reference to FIG. 1 (see, for example, Patent Document 1 and Non-Patent Documents 12 and 13). Step 1: Initial lattice. In FIG. 1A, black circles indicate nodes. The lines indicate that they are in parallel with (x, y) coordinate lines orthogonal to each other on the display plane. Step 2: Initial triangulation. In FIG. 1B, the surface shape is recovered together with the depth z, the perpendicular n, the main curvatures k 1 and k 2 , and the directions e 1 and e 2 at each node. The area bounded by each rectangle is first approximated by two triangles of four adjacent nodes. Step 3: Recursive bisection. In FIGS. 3C and 3D, nodes are increased along the line in accordance with the curvatures at both ends, and the region of high curvature is approximated by a finer triangular piece.

次に示すは、Maubackによっても示された再帰的2分割のアルゴリズムである(非特許文献7参照)。これを用いて、クラックを伴わない並列適応的分割を示す。   The following is a recursive bisection algorithm also shown by Mauback (see Non-Patent Document 7). This is used to show parallel adaptive partitioning without cracks.

(1−1)アルゴリズム
初期設定手段において初期格子は、ボリューム空間を構成するx、y、z軸にそってそれぞれInitCubeSizeの大きさの立方体セル要素として、一定の間隔で与えられる。ここでInitCubeSizeは、初期格子である立方体セルの一辺の長さである。各立方体セル要素によって分けられる3次元領域は、初期分割手段により図3に示すように、6つの四面体セルに分けられる。
(1-1) In the algorithm initial setting means, the initial lattice is given at regular intervals as cubic cell elements each having a size of InitCubeSize 3 along the x, y and z axes constituting the volume space. Here, InitCubeSize is the length of one side of the cubic cell that is the initial lattice. The three-dimensional area divided by each cubic cell element is divided into six tetrahedral cells by the initial dividing means as shown in FIG.

その後再帰的分割手段により、局所特徴量検知手段が検知する局所特徴に応じて、ルートの四面体は、独立に再帰的に2分割される。この分割のプロセスは、内部のボリュームが、与えられた精度Acc-Threshに近似されるまで繰り返される。 Then, the tetrahedron of the route is independently recursively divided into two by the recursive dividing means according to the local features detected by the local feature amount detecting means. This division process is repeated until the internal volume is approximated to the given accuracy Acc - Thresh.

初期格子のサイズは任意のサイズが与えれれる。グリッドの初期化は、最終的にできる四面体のサイズに無関係である。なぜなら、すべての不連続性が、以下に示すクラックを回避するアルゴリズムによって検出され、保存されるからである。   An arbitrary size is given as the size of the initial lattice. Grid initialization is independent of the size of the final tetrahedron. This is because all discontinuities are detected and stored by an algorithm that avoids the cracks shown below.

(1−2)再帰的四面体分割
階層表現を構築するアルゴリズムは、初期格子を段階的に分割することを基本としている。親四面体Tの二分割は、与えられた精度Acc-ThreshがTの6つの辺のいずれかで満たされなかった時に行われる。
(1-2) The algorithm for constructing a recursive tetrahedral division hierarchy representation is based on dividing the initial lattice step by step. Bisection of the parent tetrahedron T p is performed when the given accuracy Acc - Thresh is not satisfied by any of the six sides of T p .

親四面体Tの二つの子四面体TとTへの分割により、新しい格子点Mが生成される。Mとは、四面体における最も長い辺=基辺E
(式1)

Figure 2005196505
の中点である。その後、Acc-Threshが、左右の子四面体TとTでそれぞれ独立に再帰的に評価されることにより、四面体が再帰的に二分割されることになる。 A new grid point M is generated by dividing the parent tetrahedron T p into two child tetrahedrons T l and T r . M is the longest side of the tetrahedron = base E
(Formula 1)
Figure 2005196505
Is the middle point. Thereafter, Acc - Thresh is recursively evaluated independently by the left and right child tetrahedrons T 1 and T r , thereby recursively dividing the tetrahedron into two.

(1−2−1)四面体の形状
四面体の再帰的二分割において、鏡面対称を含む3つの形状の四面体が登場する。図4に示すように、TYPE−I、TYPE−II、TYPE−IIIは、それぞれ、レベル3N、3N+1、3N+2において、再帰的に生成される。
(1-2-1) Shape of tetrahedron In the recursive bisection of the tetrahedron, three shapes of tetrahedron including mirror symmetry appear. As shown in FIG. 4, TYPE-I, TYPE-II, and TYPE-III are recursively generated at levels 3N, 3N + 1, and 3N + 2, respectively.

図5は、親四面体の頂点(P、P、P、P)と基辺の中点Mを用いて、子四面体TYPE−I、TYPE−II、TYPE−IIIを一定の法則で再帰的に定義するものである。 FIG. 5 shows that the tetrahedrons TYPE-I, TYPE-II, and TYPE-III are fixed by using the vertices (P 0 , P 1 , P 2 , P 3 ) of the parent tetrahedron and the midpoint M of the base. It is defined recursively by the law.

図4は、レベル3Nの四面体TYPE−Iを3回分割した後のレベル3(N+1)では、辺の長さが1/2、体積が1/8の同形状の四面体が生成されることを示したものである。   FIG. 4 shows that, at level 3 (N + 1) after the level 3N tetrahedron TYPE-I is divided three times, a tetrahedron having the same shape with a side length of 1/2 and a volume of 1/8 is generated. It shows that.

図6は、TYPE−I、TYPE−II、TYPE−IIIの面の形が、二等辺三角形もしくは、直角三角形であることを示している。最長・最短の辺の比は、TYPE−Iは
(式2)、

Figure 2005196505
TYPE−IIは
(式3)、
Figure 2005196505
TYPE−IIIは2である。 FIG. 6 shows that the surface shape of TYPE-I, TYPE-II, and TYPE-III is an isosceles triangle or a right triangle. The ratio of the longest / shortest side is TYPE-I (Equation 2),
Figure 2005196505
TYPE-II is (Formula 3),
Figure 2005196505
TYPE-III is 2.

中点を使うこの四面体2分割は、このように等角度の要求を満たす。もう一つの長所は、与えられたボリューム変化の範囲のために、木がさらに近似のレベルを持っているので、さらに、ボリューム近似の連続したレベルが提供されることである。   This tetrahedron split using the midpoint thus satisfies the equiangular requirement. Another advantage is that, for a given range of volume changes, the tree has more approximate levels so that a continuous level of volume approximation is provided.

(1−2−2)格子点の初期化
立方体セルを6つの四面体に分割する本発明の方法は、2つのオリジナリティーがある。一つは、初期立方体セルの6つの面が、図3(a)のように、隣の面と対角線を共有するので、片方の四面体だけ、分割を要求すればよいとうことである。二つ目は、立方体セルを四面体に分割する時に存在する4つの対角線は、どれを選んでも、最終的な四面体分割には影響しないということである。
(1-2-2) Initialization of lattice points The method of the present invention for dividing a cubic cell into six tetrahedrons has two originalities. One is that the six faces of the initial cubic cell share a diagonal line with the adjacent face as shown in FIG. 3A, so that only one tetrahedron needs to be divided. Second, any of the four diagonals that exist when dividing a cubic cell into tetrahedrons does not affect the final tetrahedron division.

図17は、定義された4つの対角線の方向を示したものである。これらの方向は、立方体セル内の6つのルート四面体で共有される対角線の方向によって決まる。しかし、図17は、4つのことなる最初の四面体分割が、3回分割した後では、同じ四面体分割した結果になるということも示している。   FIG. 17 shows the directions of four defined diagonal lines. These directions are determined by the diagonal directions shared by the six root tetrahedrons in the cubic cell. However, FIG. 17 also shows that after four different initial tetrahedral divisions, the result is the same tetrahedral division after three divisions.

図18は、初期立方体セルにおいて、4パターンが隣り合うことを示している。1/8のサイズのセルが同じパターンとされるそれぞれの組は対角線上に位置し、4つの組すべてが初期立方体セルの中央で一致する。ゆえに、全方向の影響は、最終的な結果には無関係となる。   FIG. 18 shows that four patterns are adjacent in the initial cubic cell. Each set with 1/8 size cells in the same pattern is located diagonally, and all four sets match at the center of the initial cube cell. Thus, omnidirectional effects are irrelevant to the final result.

(1−2−3)再帰的二分割
四面体の再帰的二分割のためのステップを、下記のコードに示す。
[コード1]

Figure 2005196505
(1-2-3) Recursive bisection The steps for recursive bisection of a tetrahedron are shown in the code below.
[Code 1]
Figure 2005196505

それぞれの分割で、すべての四面体のサイズは、1/2になる。ゆえに、最大分割深度nmaxは、次の式で与えられる。

Figure 2005196505
With each division, the size of all tetrahedrons is halved. Therefore, the maximum division depth n max is given by the following equation.
Figure 2005196505

ここでInitCubeSizeは、初期格子である立方体セルの一辺の長さである。   Here, InitCubeSize is the length of one side of the cubic cell that is the initial lattice.

(1−3)再帰的近傍探索
以下に、再帰的近傍探索手段及び再帰的確認手段について説明する。適応的分割における大きな問題は、それぞれの四面体が独立に分割された時にクラックが生じてしまうことがあるということである。
(1-3) Recursive neighborhood search The recursive neighborhood search means and the recursive confirmation means will be described below. A major problem with adaptive segmentation is that cracks can occur when each tetrahedron is segmented independently.

初期格子要素の近くに大きなフィールド値の変化がある場合、クラックが格子要素間の境界に沿って形成されることがある。このクラックは、大きくフィールド値が変化している面上で格子要素の一方だけが分割されることによって引き起こされる。   If there is a large field value change near the initial grid elements, cracks may form along the boundaries between the grid elements. This crack is caused by splitting only one of the lattice elements on the surface where the field value changes greatly.

本発明では、隣接する四面体の間でクラックを防ぐために、突然のフィールドデータの変化が確認されるまで、3次元の参照領域を再帰的に拡大することによって、近傍から分割判定の情報をあつめるアルゴリズムを開発した。   In the present invention, in order to prevent cracks between adjacent tetrahedrons, the division determination information is gathered from the neighborhood by recursively expanding the three-dimensional reference area until a sudden change in field data is confirmed. An algorithm was developed.

再帰的2分割において、全ての四面体は、基辺の中点を用いて分割される。中点を挿入することは、基辺を共有する隣り合う四面体だけの分割に影響を及ぼす。   In recursive bisection, all tetrahedrons are divided using the midpoint of the base. Inserting a midpoint affects the division of only adjacent tetrahedra that share a base.

四面体Tの基辺Eのために、図16(a)に示すように、本明細書においてdiamondとよぶEを共有する四面体の集合によって、3次元影響領域RI(E)を定義する(例えば、非特許文献10参照。)。 For the base E of the tetrahedron T p , as shown in FIG. 16A, a three-dimensional influence region RI (E) is defined by a set of tetrahedrons sharing E called diamond in this specification. (For example, refer nonpatent literature 10.).

もしEがレベル3Nで、立方体セル内の対角線ならば、RI(E)は、Eを共有する6つの四面体で構成され、形状は立方体セルとなる。与えられたエッジEの両端点を
(式4)、

Figure 2005196505
立方体セルの一辺の長さをL,
(式4‘)、
Figure 2005196505
とすると、立方体セルの各頂点は次の様に計算できる。
(式4“)、
Figure 2005196505
If E is level 3N and a diagonal line in a cubic cell, RI (E) is composed of six tetrahedrons sharing E and the shape is a cubic cell. The two end points of a given edge E are expressed by (Equation 4),
Figure 2005196505
The length of one side of the cubic cell is L,
(Formula 4 ′),
Figure 2005196505
Then, each vertex of the cubic cell can be calculated as follows.
(Formula 4 "),
Figure 2005196505

もしEが、隣り合う四面体セルにより共有される境界面上の対角線ならば、RI(E)は、4つの四面体で構成され、2つは、自身の立方体セルから、他の2つは、隣の立方体セルとなる。この時のdiamondの頂点は、次の様に計算できる。
(式5)、

Figure 2005196505
If E is a diagonal on the boundary shared by adjacent tetrahedral cells, RI (E) consists of four tetrahedra, two from its own cubic cell, and the other two , The next cubic cell. The vertex of diamond at this time can be calculated as follows.
(Formula 5),
Figure 2005196505

もしEが、x、y、z軸のいずれかに平行ならば、RI(E)は、Eを共有する隣り合う立方体セル内の8つの四面体から構成される。この時のdiamondの頂点は、次の様に計算できる。
(式6)、

Figure 2005196505
If E is parallel to any of the x, y, and z axes, RI (E) is composed of eight tetrahedra in adjacent cubic cells that share E. The vertex of diamond at this time can be calculated as follows.
(Formula 6),
Figure 2005196505

本発明では、影響領域RI(E)内の四面体Tで他の分割判定を付け加えた。もし、RI(E)内のどれか一つの四面体が、中点Mで分割されれば、他の四面体もまたMで分割するというものである。このように、もし、与えられた精度が、領域RI(E)内のいずれかの四面体の一辺で満たされなかった場合、四面体Tは、中点Mで左右の四面体TとTに分割される。 In the present invention, another division determination is added to the tetrahedron T p in the affected area RI (E). If any one tetrahedron in RI (E) is divided by the midpoint M, the other tetrahedron is also divided by M. Thus, if the given accuracy is not satisfied by one side of any tetrahedron in the region RI (E), the tetrahedron T p is defined as the left and right tetrahedron T l at the midpoint M. It is divided into T R.

各格子要素Cb(i,j,k)のために、本発明では、独立にルート四面体Rt[i]|(0≦i≦5)を処理する。最初に、基辺Eに沿って精度を評価する。もし、Eの精度が与えられた精度に達しなければ、近傍探索をせずに、すぐに四面体RI(E)を分割する。その理由は以下の2つである。   For each lattice element Cb (i, j, k), the present invention processes the root tetrahedron Rt [i] | (0 ≦ i ≦ 5) independently. First, accuracy is evaluated along the base E. If the accuracy of E does not reach the given accuracy, the tetrahedron RI (E) is immediately divided without performing the neighborhood search. There are two reasons for this.

1)影響領域RI(E)内のEによる拘束から、RI(E)内の全ての四面体は、Mにより分割される。これにより、もし、領域RI(E)内の一つの四面体内部にフィールド値の不連続性が確認されても領域RI(E)内には、クラックは発生しない。2)中点Mの挿入は、領域RI(E)内の分割にのみ影響する。領域RI(E)外の近傍四面体の分割には全く影響しない。一方で、格子要素Cb(i,j,k)の近傍から集められた分割判定により、分割が間違いないことだと確認できるまで、分割要求は延期される。   1) All tetrahedrons in RI (E) are divided by M from the constraint by E in the affected area RI (E). Thereby, even if the discontinuity of the field value is confirmed inside one tetrahedron in the region RI (E), no crack is generated in the region RI (E). 2) The insertion of the midpoint M only affects the division within the region RI (E). It does not affect the division of neighboring tetrahedrons outside the region RI (E) at all. On the other hand, the division request is postponed until the division determination collected from the vicinity of the lattice element Cb (i, j, k) can be confirmed that the division is correct.

次に、影響領域RI(E)|(1≦i≦2)において、四面体TとTのそれぞれの基辺を考える。その後、影響領域RI(E)の精度が、与えられた閾値に達しているかどうかを評価する。この評価の処理は、連続したレベルで四面体TとTのそれぞれの基辺のために参照領域を再帰的に定義する。図16(b)は、立方体セルCb(i,j,k)内の6つのルート四面体を3回分割した後の影響領域RI(E)を2次元に平行投影したものである。これは、図16(c)に示すように立方体セルCb(i,j,k)の参照領域を再帰的に広げることになる。 Next, in the influence area RI (E i ) | (1 ≦ i ≦ 2), the base sides of the tetrahedrons T 1 and T r are considered. Thereafter, it is evaluated whether or not the accuracy of the affected area RI (E) has reached a given threshold value. This evaluation process recursively defines a reference region for each base of tetrahedrons T l and T r at successive levels. FIG. 16B is a two-dimensional parallel projection of the affected area RI (E) after dividing the six root tetrahedrons in the cubic cell Cb (i, j, k) three times. This recursively expands the reference area of the cubic cell Cb (i, j, k) as shown in FIG.

もし、レベルnで定義された基辺E(n)に沿って再帰的近傍探索手段により近傍探索し、領域RI(E)内で精度が達した場合、もしくは、閾値を満たさなかった場合、分割の要求は、レベルnとなる。その後、探索してきた全ての四面体の分割要求は、立方体セルCb(i,j,k)のルート四面体まで波及することになる。   If the neighborhood search is performed by the recursive neighborhood search means along the base E (n) defined at the level n and the accuracy is reached in the region RI (E), or the threshold is not satisfied, the division is performed. Is at level n. After that, all tetrahedron division requests that have been searched for are propagated to the root tetrahedron of the cubic cell Cb (i, j, k).

一方、RR(Cb(i,j,k))の拡張により許される影響領域RI(E(n))の再帰定義は、RI(E(n))のサイズが、1になるまで続く。この場合、RR(Cb(i,j,k))によって分けられる近傍の領域内でフィールド値は、一定であるので、Cb(i,j,k)によってわけられた領域は、十分に6つのルート四面体で近似できることになる。RIのボリュームは、3回分割した後、2の係数で減少する。 On the other hand, the recursive definition of the affected area RI (E (n)) allowed by the extension of RR (Cb (i, j, k)) continues until the size of RI (E (n)) becomes 1. In this case, since the field value is constant in the neighboring area divided by RR (Cb (i, j, k)), the area divided by Cb (i, j, k) It can be approximated by a root tetrahedron. RI volume, after dividing three times, decreases by a factor of 2 3.

このように、参照領域RR(Cb(i,j,k))は、再帰的に拡張される。図16(d)は、各レベルにおける影響領域RI(E(n))の再帰定義により拡張された参照領域RR(Cb(i,j,k))を示したものである。   Thus, the reference region RR (Cb (i, j, k)) is expanded recursively. FIG. 16D shows a reference region RR (Cb (i, j, k)) expanded by recursive definition of the affected region RI (E (n)) at each level.

格子要素Cb(i,j,k)の境界から最も遠い境界RIへの距離dは、次式により与えられる。

Figure 2005196505
The distance d from the boundary of the lattice element Cb (i, j, k) to the farthest boundary RI is given by the following equation.
Figure 2005196505

数2において、k=[n/3]であり、InitCubeSizeは、初期格子要素の一辺の長さである。   In Equation 2, k = [n / 3], and InitCubeSize is the length of one side of the initial lattice element.

式(2)は、図16(e)に示すように、dmaxが、InitCubeSizeによって制限されることを意味している。したがって、図16(c)のように、各初期格子要素Cb(i,j,k)から、
(式7)

Figure 2005196505
・・・・・(=1+6+8*(1/6))*(InitCubeSize)
であり、ボリュームの参照領域RR(Cb(i,j,k))を境界として定義することができた。 Equation (2) means that d max is limited by InitCubeSize, as shown in FIG. Therefore, as shown in FIG. 16C, from each initial lattice element Cb (i, j, k),
(Formula 7)
Figure 2005196505
... (= 1 + 6 + 8 * (1/6)) * (InitCubeSize) 3
The volume reference region RR (Cb (i, j, k)) can be defined as a boundary.

最大分割レベルnmaxは、次式で与えられる。

Figure 2005196505
The maximum division level n max is given by the following equation.
Figure 2005196505

参照領域の境界の定義は、各格子要素が独立に分割できることを可能としている。これは、クラックを生じない再帰的四面体分割の並列計算を時間的空間的に可能にしている。   The definition of the boundary of the reference area allows each lattice element to be divided independently. This enables parallel computation of recursive tetrahedron division that does not cause cracks in time and space.

これらのステップを、下記のコードにまとめる。
(コード2)

Figure 2005196505
These steps are summarized in the code below.
(Code 2)
Figure 2005196505

次に、本発明に係るアルゴリズムにおいて用いられる精度について詳説する。   Next, the accuracy used in the algorithm according to the present invention will be described in detail.

(2)精度
まず、図19の様に、x軸がEに沿い、Eに沿ってフィールド値がy軸の方向の高さを表している2D空間Sの中で、四面体の全ての辺Eに沿って、フィールド値が変化すると考える。図19では、B-splineという補間技術を用いて、2点Pl及びP間のフィールド値の曲線を、3つのB-splineセグメント(ピンク塗り部分、緑塗り部分、赤塗り部分)とする。紫と黄色で色づけされたB-splineの基準点を、Pl及びPで定義された同等の面から算出されるPl及びPで定義された接触円と、Acc_threshで定義された角度θにより生成する。接触円の中心Ol及びOは、垂線
(式8)

Figure 2005196505
と、
(式9)
Figure 2005196505
の方向のPl及びPにおける曲率
(式10)
Figure 2005196505
に基づき決定する。 (2) Accuracy First, as in FIG. 19, along the x-axis E i, field values along the E i is in the 2D space S represents the height of the direction of the y-axis, tetrahedral all It is assumed that the field value changes along the side E i of the. In FIG. 19, using an interpolation technique called B-spline, the field value curve between two points P 1 and P r is made into three B-spline segments (pink painted part, green painted part, red painted part). . The reference point of the colored B-spline purple and yellow, a contact circle defined by P l and P r is calculated from the equivalent plane defined by P l and P r, defined by Acc_thresh angle Generated by θ. Center O l and O r of the contact circle is perpendicular (8)
Figure 2005196505
When,
(Formula 9)
Figure 2005196505
Curvature at Pl and Pr in the direction of (Equation 10)
Figure 2005196505
Determine based on.

に沿った連続したボリュームデータCのフィールド値の変化は、線よりもむしろ曲線で描かれるべきである。多くの手法で簡易に使われる四面体内部のフィールド値の線形補間は、空間Sの中の点Pと点Pの間の線を同等に描く(例えば、非特許文献10,11参照。)。 Changes in field values of consecutive volume data C 1 along the E i should be drawn in rather curved than the line. Linear interpolation field values tetrahedron internalization used easily in many techniques, draw a line between points P l and the point P r in the space S equivalent (e.g., see Non-Patent Documents 10 and 11. ).

と点Pは、空間SでEの最後の点とされ、Dは、Pと点Pの間の3次元の距離である。Rは、Eに沿ったフィールド値の曲率の逆数である。そのような曲線は、B-splineなどの曲線補間技術により得ることができる。 P l and point P r are the last points of E i in space S, and D i is the three-dimensional distance between P l and point P r . R i is the reciprocal of the curvature of the field value along E i . Such a curve can be obtained by a curve interpolation technique such as B-spline.

本発明の実施形態では、曲線は、図19のように描かれる両端点の等値面の法線と曲率によって定まる円に接触するということを使って計算している。本実施形態の正確な精度は、フィールド値の曲率の変化の比が、その線形近似に変わるものとして与えられ、全ての四面体の全ての辺Eに適用される。 In the embodiment of the present invention, the curve is calculated using the fact that it touches a circle determined by the normal and curvature of the isosurface of the end points drawn as shown in FIG. The exact accuracy of this embodiment is given as the ratio of the field value curvature change to its linear approximation and applies to all sides E i of all tetrahedrons.

上記精度は、次式で与えられる。

Figure 2005196505
The accuracy is given by:
Figure 2005196505

数4においてmは、図7に描かれる単位円のm多角形近似と同等の正確さで決められる。ここで図7は、Rがアーク長で、Dがコード長である単位円のm多角形近似を表す。Acc_threshを、単位円のm多角形近似として示し、隣接する四面体の勾配ベクトル間の角度を抑制するAcc_thresh=(アーク長)/(コード長)=π/m
sin(π/m)を、同等の面の近似の隣接する三角形(片)間の角度を抑制するθ≦2π/mとして示す。この基準は、隣接した四面体の勾配ベクトル間の角度の抑制と同等である。
In Equation 4, m is determined with an accuracy equivalent to the m polygon approximation of the unit circle depicted in FIG. Here, FIG. 7 represents an m-polygon approximation of a unit circle where R is the arc length and D is the code length. Show Acc_thresh as an m-polygon approximation of a unit circle and suppress the angle between gradient vectors of adjacent tetrahedra Acc_thresh = (arc length) / (code length) = π / m
Let sin (π / m) be shown as θ ≦ 2π / m, which suppresses the angle between adjacent adjacent triangles (pieces) of the equivalent surface. This criterion is equivalent to the suppression of the angle between the gradient vectors of adjacent tetrahedra.

この正確な基準により、与えられた四面体Tの分割判定が次式で行われる。

Figure 2005196505
Based on this accurate reference, division determination of a given tetrahedron T p is performed by the following equation.
Figure 2005196505

本発明による上記階層的ボリューム・モデルは、入力データから得ることが簡単であり、また、任意の精度であらゆるボリュームデータにも近似することができる(例えば、非特許文献3,4,5参照。)。   The hierarchical volume model according to the present invention is easy to obtain from input data, and can be approximated to any volume data with arbitrary accuracy (see, for example, Non-Patent Documents 3, 4, and 5). ).

本発明に係る3次元画像ボリュームデータの適応的かつ階層的な四面体格子構造表現生成方法は、上記アルゴリズムを用いて、3次元画像ボリュームデータで表されている空間から、3次元画像ボリュームデータの適応的かつ階層的な多重解像度の四面体格子構造表現を生成させる方法である。   An adaptive and hierarchical tetrahedral lattice structure representation generation method for 3D image volume data according to the present invention uses the above algorithm to generate 3D image volume data from a space represented by 3D image volume data. An adaptive and hierarchical multi-resolution tetrahedral lattice structure representation is generated.

本発明に係る3次元画像ボリュームデータの適応的かつ階層的な四面体格子構造表現生成プログラムは、上記アルゴリズムを用いて、3次元画像ボリュームデータで表されている空間から、3次元画像ボリュームデータの適応的かつ階層的な多重解像度の四面体格子構造表現を生成させるプログラムである。   An adaptive and hierarchical tetrahedral lattice structure representation generation program for 3D image volume data according to the present invention uses the above algorithm to generate 3D image volume data from a space represented by 3D image volume data. It is a program that generates an adaptive and hierarchical multi-resolution tetrahedral lattice structure representation.

本発明に係る3次元画像ボリュームデータの適応的かつ階層的な四面体格子構造表現生成装置は、上記アルゴリズムを用いて、3次元画像ボリュームデータで表されている空間から、3次元画像ボリュームデータの適応的かつ階層的な多重解像度の四面体格子構造表現を生成させる装置である。   The adaptive and hierarchical tetrahedral lattice structure representation generation apparatus for 3D image volume data according to the present invention uses the above algorithm to generate 3D image volume data from a space represented by 3D image volume data. An apparatus for generating an adaptive and hierarchical multi-resolution tetrahedral lattice structure representation.

本発明は、入力ボリュームデータの四面体階層構造を自動的に構築するアダプティブ・グリッドの並列アルゴリズムを提案した。正確かつ効率的なボリュームモデルとして使うことができるこの四面体表現は、指定された任意の精度を必ず満たすという長所を持つ。   The present invention proposed an adaptive grid parallel algorithm that automatically constructs a tetrahedral hierarchical structure of input volume data. This tetrahedral representation, which can be used as an accurate and efficient volume model, has the advantage that it always satisfies any specified accuracy.

本発明は、ボリューム近似において、クラックの生成を無効化するために、近傍の四面体から、分割するために使う情報を集るという再帰的近傍探索アルゴリズムもまた提案した。参照される近傍の境界から、本発明は、それぞれの格子要素の参照領域の限界を定義した。   The present invention also proposed a recursive neighborhood search algorithm that gathers information used for segmentation from neighboring tetrahedrons to invalidate the generation of cracks in volume approximation. From the boundary of the referenced neighborhood, the present invention has defined the limit of the reference area of each grid element.

この定義によって、それぞれの格子要素が、独立に再帰的に分割されることが可能となる。このことは、時間的空間的境界の中で、クラックを伴わない四面体階層構造が並列インプリメンテーションにより構築することが可能であるということである。   This definition allows each lattice element to be recursively divided independently. This means that a tetrahedral hierarchical structure without cracks can be constructed by parallel implementation within a temporal and spatial boundary.

また本発明において、3次元画像ボリュームデータは画像列であれば特に限定されることはなく、その画像は白黒濃淡画像でも、MR画像でも、距離画像でも、赤外線画像でも、又はその他の画像でもよい。本発明は、上記何れの3次元画像ボリュームデータからでも、1次微分と2次微分に適応的に3次元画像ボリュームデータを圧縮した階層的、即ち多重解像度の四面体格子構造表現/モデルを自動生成することができる。これは、ボクセル値、即ちある1枚の画像の画素値、の1次微分と2次微分によって適応的に再帰的2分割を行なうため、各画素値が物理的に何を表しているかは問わないからである。従って本発明のアルゴリズムは、汎用的な3次元画像ボリュームデータの圧縮方法ということができる。   In the present invention, the three-dimensional image volume data is not particularly limited as long as it is an image sequence, and the image may be a black and white image, an MR image, a distance image, an infrared image, or another image. . The present invention automatically generates a hierarchical / multi-resolution tetrahedral lattice structure representation / model in which 3D image volume data is adaptively compressed to the first and second derivatives from any of the above 3D image volume data. Can be generated. This is because adaptively recursively dividing into two by the first and second derivatives of the voxel value, that is, the pixel value of one image, so what is the physical representation of each pixel value? Because there is no. Therefore, it can be said that the algorithm of the present invention is a general-purpose three-dimensional image volume data compression method.

その他、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。   In addition, the present invention can be carried out in a mode in which various improvements, modifications, and changes are added based on the knowledge of those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention.

以下に実施例を示す。実施例では実験環境として、CPU−2、8GHz、memory−2GBのPCを、プラグラム言語にC++を、表示にはVTK(Visualization ToolKit)を使用した。   Examples are shown below. In the examples, a CPU-2, 8 GHz, and memory-2 GB PC were used as an experimental environment, C ++ was used as a program language, and VTK (Visualization ToolKit) was used for display.

本実施例1では、67×129×67のサイズの椅子のボリュームデータで、上記アルゴリズムの実験を試みた。初期格子サイズは16Voxelである。また、データの最大ボリューム値は255である。   In the first embodiment, an experiment of the above algorithm was tried with volume data of a chair having a size of 67 × 129 × 67. The initial grid size is 16 Voxel. The maximum volume value of the data is 255.

実施例1の椅子のデータを図8と、図9に、x−y、y−z平面に平行投影した結果を図10と、図11に示す。表1に、レベル3、6、9、12における圧縮率を示す。

Figure 2005196505
FIG. 8 and FIG. 9 show the data of the chair of Example 1, and FIG. 10 and FIG. 11 show the results of parallel projection on the xy and yz planes. Table 1 shows compression ratios at levels 3, 6, 9, and 12.
Figure 2005196505

本実施例2では、320×320×34のサイズのロブスターのボリュームデータで、上記アルゴリズムの実験を試みた。初期格子サイズは32Voxelである。データの最大ボリューム値は、上記実施例1と同様255である。   In Example 2, an experiment of the above algorithm was attempted using lobster volume data having a size of 320 × 320 × 34. The initial lattice size is 32 Voxel. The maximum volume value of data is 255 as in the first embodiment.

本実施例2で実験したロブスターのデータを図12に、レベル3、6、9の結果をx一y、y−z、z−x平面に平行投影した結果を図13、図14、図15に示す。表2にレベル3、6、9、12における圧縮率を示す。

Figure 2005196505
FIG. 12 shows the data of the lobster experimented in Example 2, and FIG. 13, FIG. 14, and FIG. 15 show the results of parallel projection of the results of levels 3, 6, and 9 on the x, y, yz, and zx planes. Shown in Table 2 shows compression ratios at levels 3, 6, 9, and 12.
Figure 2005196505

上記の結果が、複雑なボリュームデータの表現が、適応的にサンプリングされたボリュームデータから、効果的に正確に可視化されたことを示している。   The above results indicate that the representation of complex volume data has been effectively and accurately visualized from adaptively sampled volume data.

アダプティブ・メッシュの生成法の流れを説明する図。The figure explaining the flow of the production | generation method of an adaptive mesh. (a)人間の顔を表すアダプティブ・メッシュを表す図。(b)図2(a)の平面投影図。(A) The figure showing the adaptive mesh showing a human face. FIG. 2B is a plan view of FIG. 立体セルの初期四面体分割の流れを説明する図。The figure explaining the flow of the initial tetrahedron division of a solid cell. Type−I、Type−II、Type−IIIのプリミティブの立方体の再帰的分割の流れを説明する図。The figure explaining the flow of the recursive division | segmentation of the cube of a primitive of Type-I, Type-II, and Type-III. 3つのプリミティブに関するT及びTの再帰的定義を説明する図。Diagram illustrating a recursive definition of T l and T r for the three primitives. 3つの四面体プリミティブを表す図。A diagram representing three tetrahedral primitives. Rがアーク長で、Dがコード長である単位円のm多角形近似を説明する図。The figure explaining m polygon approximation of the unit circle whose R is arc length and D is code length. 椅子の入力データを表す図。The figure showing the input data of a chair. 椅子の立体描画図。3D drawing of a chair. 椅子のx−y平面図。The xy top view of a chair. 椅子のy−z平面図。The yz top view of a chair. ロブスターの入力データを表す図。The figure showing the input data of a lobster. レベル3のロブスターのx−y、y−z及びz−x平面図。Xy, yz, and zx plan view of a level 3 lobster. レベル6のロブスターのx−y、y−z及びz−x平面図。Xy, yz and zx plan views of a level 6 lobster. レベル9のロブスターのx−y、y−z及びz−x平面図。Xy, yz, and zx plan views of a level 9 lobster. Cb(i,j,k)の2分割において考察される隣接する領域を表す一連の図。(a)基辺Eの影響領域RI(E)を表す図。(b)RI(Cb(I,j,k))の2次元投影図。(c)Cb(i,j,k)の3次元参照領域RRを表す図。(d)各レベルn(=3N+P)を、(N-P)と示す、各再帰レベルでの参照領域RR(Cb(I,j,k))の再帰拡張の2次元投影図。(e)dmax≦InitCubeSizeである上限領域を表す図。A series of diagrams representing adjacent regions considered in two divisions of Cb (i, j, k). (A) The figure showing influence area RI (E) of base E. (B) Two-dimensional projection of RI (Cb (I, j, k)). (C) A diagram showing a three-dimensional reference region RR of Cb (i, j, k). (D) A two-dimensional projection view of the recursive extension of the reference region RR (Cb (I, j, k)) at each recursive level, where each level n (= 3N + P) is denoted as (NP). (E) The figure showing the upper limit area where d max ≦ InitCubeSize. 対角線の異なる4種類の最初の四面体分割が、3回分割の1サイクル後に、同じ四面体分割した結果になることを説明する流れ図。4 is a flowchart for explaining that four types of first tetrahedron divisions with different diagonal lines result in the same tetrahedron division after one cycle of three divisions. より細かいレベルで四面体分割されたセルの近接する4パターンを表す図。The figure showing 4 patterns which the cell by which the tetrahedron was divided by the finer level adjoins. B-splineという補間技術により、2点Pl及びP間のフィールド値の曲線を、3つのB-splineセグメント(ピンク塗り部分、緑塗り部分、赤塗り部分)に分ける様子を説明する図。The interpolation technique of B-spline, the curve of the field values between two points P l and P r, 3 single B-spline segments (pink painted part, green painted parts, red painted portion) illustrating how to divide in FIG.

Claims (5)

コンピュータを、
入力された3次元画像ボリュームデータで表されている空間を参照するするために、該空間を初期立方体格子要素の集合に分割設定する初期設定手段、
前記初期設定手段が設定した前記各初期立方体格子要素をそれぞれ6つの同形の四面体格子に分割する初期分割手段、
前記初期分割手段が分割したある四面体格子について、該四面体格子の最長の辺の両端の格子点における局所特徴量の差を検知する局所特徴量検知手段、
前記局所特徴量の差をあらかじめ設定された近似精度と比較して探索する再帰的近傍探索手段、
前記局所特徴量の差が前記近似精度を満たさない場合には、該近似精度を満たすまで、前記四面体格子の最長の辺の中点で該四面体格子を2つの四面体格子に再帰的に2分割してゆく再帰的分割手段、
前記局所特徴量の差が前記近似精度を満たす場合には、近傍からの影響を確認するために、前記四面体格子の各辺を共有して隣接する各四面体格子の内部の局所特徴量の変化の大きさが、前記近似精度を満たすか否かを再帰的に確認する再帰的確認手段、
として機能させ、
前記再帰的近傍探索手段が再帰的に探索した前記局所特徴量の変化に基づいて、
四面体格子内の該局所特徴量の変化量が閾値以下になるまで、
前記再帰的分割手段が前記四面体格子を再帰的に2分割することにより、
前記コンピュータに、3次元画像ボリュームデータの適応的かつ階層的な多重解像度の四面体格子構造表現を生成させる、
3次元画像データの適応的かつ階層的な四面体格子構造表現生成プログラム。
Computer
Initial setting means for dividing and setting the space into a set of initial cubic lattice elements in order to refer to the space represented by the input three-dimensional image volume data;
Initial dividing means for dividing each initial cubic lattice element set by the initial setting means into six isomorphic tetrahedral lattices;
For a tetrahedral lattice divided by the initial division means, local feature amount detection means for detecting a difference in local feature amounts at the lattice points at both ends of the longest side of the tetrahedral lattice,
Recursive neighborhood searching means for searching for a difference between the local feature quantities by comparing with a preset approximation accuracy;
If the difference between the local feature quantities does not satisfy the approximation accuracy, the tetrahedral lattice is recursively converted into two tetrahedral lattices at the midpoint of the longest side of the tetrahedral lattice until the approximation accuracy is satisfied. Recursive dividing means that divides into two parts,
When the difference between the local feature quantities satisfies the approximation accuracy, in order to confirm the influence from the vicinity, the local feature quantities inside the adjacent tetrahedral grids sharing each side of the tetrahedral grid are checked. Recursive confirmation means for recursively confirming whether the magnitude of the change satisfies the approximation accuracy,
Function as
Based on the change of the local feature amount recursively searched by the recursive neighborhood search means,
Until the change amount of the local feature amount in the tetrahedral lattice is equal to or less than the threshold value,
The recursive dividing means recursively divides the tetrahedral lattice into two,
Causing the computer to generate an adaptive and hierarchical multi-resolution tetrahedral lattice structure representation of 3D image volume data;
An adaptive and hierarchical tetrahedral lattice structure representation generation program for 3D image data.
前記再帰的近傍探索手段が前記初期立方体格子要素の局所特徴量の変化を再帰的に探索する領域である影響領域内の境界面と該初期立方体格子要素の表面との距離は、
前記初期分割手段が該初期立方体格子要素から分割した6つの四面体格子を、
前記再帰的分割手段が再帰的に2分割することにより、
該初期立方体格子要素の一辺の長さの距離未満となる、
請求項1に記載の、3次元画像データの適応的かつ階層的な四面体格子構造表現生成プログラム。
The distance between the boundary surface in the influence area that is an area in which the recursive neighborhood search means recursively searches for a change in the local feature of the initial cube lattice element and the surface of the initial cube lattice element is:
Six tetrahedral lattices divided by the initial dividing means from the initial cubic lattice elements,
By the recursive dividing means recursively dividing into two,
Less than the distance of the length of one side of the initial cubic lattice element,
The adaptive and hierarchical tetrahedral lattice structure representation generation program for three-dimensional image data according to claim 1.
前記再帰的分割手段は、
該再帰的近傍探索手段が前記初期立方体格子要素を各々独立に、該初期立方体格子要素の影響領域内で再帰的に探索した前記局所特徴量の変化に基づいて、
該初期立方体格子要素を各々独立に再帰的に2分割する、
請求項2に記載の、3次元画像データの適応的かつ階層的な四面体格子構造表現生成プログラム。
The recursive dividing means includes
The recursive neighborhood search means independently searches for the initial cube lattice element independently based on the change in the local feature amount recursively searched within the region of influence of the initial cube lattice element.
Bifurcating each of the initial cubic lattice elements recursively independently,
The adaptive and hierarchical tetrahedral lattice structure expression generation program for three-dimensional image data according to claim 2.
入力された3次元画像ボリュームデータで表されている空間を参照するするために、該空間を初期立方体格子要素の集合に分割設定する初期設定手段と、
前記初期設定手段が設定した前記各初期立方体格子要素をそれぞれ6つの同形の四面体格子に分割する初期分割手段と、
前記初期分割手段が分割したある四面体格子について、該四面体格子の最長の辺の両端の格子点における局所特徴量の差を検知する局所特徴量検知手段と、
前記局所特徴量の差をあらかじめ設定された近似精度と比較して探索する再帰的近傍探索手段と、
前記局所特徴量の差が前記近似精度を満たさない場合には、該近似精度を満たすまで、前記四面体格子の最長の辺の中点で該四面体格子を2つの四面体格子に再帰的に2分割してゆく再帰的分割手段と、
前記局所特徴量の差が前記近似精度を満たす場合には、近傍からの影響を確認するために、前記四面体格子の各辺を共有して隣接する各四面体格子の内部の局所特徴量の変化の大きさが、前記近似精度を満たすか否かを再帰的に確認する再帰的確認手段と、
を備え、
前記再帰的近傍探索手段が再帰的に探索した前記局所特徴量の変化に基づいて、
四面体格子内の該局所特徴量の変化量が閾値以下になるまで、
前記再帰的分割手段が前記四面体格子を再帰的に2分割することにより、
前記コンピュータに、3次元画像ボリュームデータの適応的かつ階層的な多重解像度の四面体格子構造表現を生成させる、
3次元画像データの適応的かつ階層的な四面体格子構造表現生成装置。
In order to refer to the space represented by the input three-dimensional image volume data, initial setting means for dividing and setting the space into a set of initial cubic lattice elements;
Initial dividing means for dividing each initial cubic lattice element set by the initial setting means into six isomorphic tetrahedral lattices;
For a tetrahedral lattice divided by the initial division means, local feature amount detection means for detecting a difference in local feature amounts at both ends of the longest side of the tetrahedral lattice;
Recursive neighborhood search means for searching for a difference between the local feature quantities by comparing with a preset approximation accuracy;
If the difference between the local feature quantities does not satisfy the approximation accuracy, the tetrahedral lattice is recursively converted into two tetrahedral lattices at the midpoint of the longest side of the tetrahedral lattice until the approximation accuracy is satisfied. A recursive dividing means for dividing into two,
When the difference between the local feature quantities satisfies the approximation accuracy, in order to confirm the influence from the vicinity, the local feature quantities inside the adjacent tetrahedral grids sharing each side of the tetrahedral grid are checked. Recursive confirmation means for recursively confirming whether or not the magnitude of the change satisfies the approximation accuracy;
With
Based on the change of the local feature amount recursively searched by the recursive neighborhood search means,
Until the change amount of the local feature amount in the tetrahedral lattice is equal to or less than the threshold value,
The recursive dividing means recursively divides the tetrahedral lattice into two,
Causing the computer to generate an adaptive and hierarchical multi-resolution tetrahedral lattice structure representation of 3D image volume data;
An adaptive and hierarchical tetrahedral lattice structure representation generation apparatus for 3D image data.
入力された3次元画像ボリュームデータで表されている空間を参照するするために、該空間を初期立方体格子要素の集合に分割設定する初期設定手段と、
局所特徴量の差をあらかじめ設定された近似精度と比較して探索する再帰的近傍探索手段と、
前記局所特徴量の差が前記近似精度を満たさない場合には、該近似精度を満たすまで、四面体格子の最長の辺の中点で該四面体格子を2つの四面体格子に再帰的に2分割してゆく再帰的分割手段と、
を備えたコンピュータを用いて、
3次元画像ボリュームデータで表されている空間から、3次元画像ボリュームデータの適応的かつ階層的な多重解像度の四面体格子構造表現を生成させる方法であって、
入力された3次元画像ボリュームデータで表されている空間を準備するステップと、
入力された3次元画像ボリュームデータで表されている空間を参照するするために、該空間を初期立方体格子要素の集合に分割設定するステップと、
前記初期設定手段が設定した前記各初期立方体格子要素をそれぞれ6つの同形の四面体格子に分割するステップと、
四面体格子の最長の辺の両端の格子点における局所特徴量の差を検知するスッテプと、
前記局所特徴量の差をあらかじめ設定された近似精度と比較して探索するステップと、
前記局所特徴量の差が前記近似精度を満たさない場合には、該近似精度を満たすまで、前記四面体格子の最長の辺の中点で該四面体格子を2つの四面体格子に再帰的に2分割してゆくステップと、
前記局所特徴量の差が前記近似精度を満たす場合には、近傍からの影響を確認するために、前記四面体格子の各辺を共有して隣接する各四面体格子の内部の局所特徴量の変化の大きさが、前記近似精度を満たすか否かを再帰的に確認するステップと、
前記再帰的近傍探索手段が再帰的に探索した前記局所特徴量の変化に基づいて、
四面体格子内の該局所特徴量の変化量が閾値以下になるまで、
前記再帰的分割手段が前記四面体格子を再帰的に2分割することにより、
前記コンピュータに、3次元画像ボリュームデータの適応的かつ階層的な多重解像度の四面体格子構造表現を生成させるステップと、
を含む、
3次元画像データの適応的かつ階層的な四面体格子構造表現生成方法。

In order to refer to the space represented by the input three-dimensional image volume data, initial setting means for dividing and setting the space into a set of initial cubic lattice elements;
Recursive neighborhood search means for searching for a difference between local feature quantities by comparing with a preset approximation accuracy;
If the difference between the local feature amounts does not satisfy the approximation accuracy, the tetrahedral lattice is recursively converted into two tetrahedral lattices at the midpoint of the longest side of the tetrahedral lattice until the approximation accuracy is satisfied. Recursive dividing means to divide,
Using a computer with
A method for generating an adaptive and hierarchical multi-resolution tetrahedral lattice structure representation of 3D image volume data from a space represented by 3D image volume data,
Preparing a space represented by the input 3D image volume data;
Dividing the space into a set of initial cubic lattice elements in order to refer to the space represented by the input three-dimensional image volume data;
Dividing each initial cubic lattice element set by the initial setting means into six isomorphic tetrahedral lattices;
A step for detecting a difference in local features at the lattice points at both ends of the longest side of the tetrahedral lattice;
Searching for the difference between the local feature amounts compared to a preset approximation accuracy;
If the difference between the local feature quantities does not satisfy the approximate accuracy, the tetrahedral lattice is recursively reverted to two tetrahedral lattices at the midpoint of the longest side of the tetrahedral lattice until the approximate accuracy is satisfied. A step of dividing into two,
When the difference between the local feature quantities satisfies the approximation accuracy, in order to confirm the influence from the vicinity, the local feature quantities inside the adjacent tetrahedral grids sharing each side of the tetrahedral grid are checked. Recursively checking whether the magnitude of change satisfies the approximation accuracy; and
Based on the change of the local feature amount recursively searched by the recursive neighborhood search means,
Until the change amount of the local feature amount in the tetrahedral lattice is equal to or less than the threshold value,
The recursive dividing means recursively divides the tetrahedral lattice into two,
Causing the computer to generate an adaptive and hierarchical multi-resolution tetrahedral lattice structure representation of the three-dimensional image volume data;
including,
An adaptive and hierarchical tetrahedral lattice structure representation generation method for three-dimensional image data.

JP2004002526A 2004-01-07 2004-01-07 Adaptive and hierarchical tetrahedral lattice structure representation generation method, program and apparatus for 3D image volume data Withdrawn JP2005196505A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004002526A JP2005196505A (en) 2004-01-07 2004-01-07 Adaptive and hierarchical tetrahedral lattice structure representation generation method, program and apparatus for 3D image volume data

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004002526A JP2005196505A (en) 2004-01-07 2004-01-07 Adaptive and hierarchical tetrahedral lattice structure representation generation method, program and apparatus for 3D image volume data

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2005196505A true JP2005196505A (en) 2005-07-21

Family

ID=34817697

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004002526A Withdrawn JP2005196505A (en) 2004-01-07 2004-01-07 Adaptive and hierarchical tetrahedral lattice structure representation generation method, program and apparatus for 3D image volume data

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2005196505A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019211965A (en) * 2018-06-04 2019-12-12 株式会社アクセル Image processing apparatus, image processing method, and image processing program

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019211965A (en) * 2018-06-04 2019-12-12 株式会社アクセル Image processing apparatus, image processing method, and image processing program

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Bauchet et al. Kinetic shape reconstruction
US6825839B2 (en) Method and apparatus for generating atomic parts of graphic representation through skeletonization for interactive visualization applications
JP4381743B2 (en) Method and program for generating volume data from boundary representation data
EP2600315B1 (en) Creating a surface from a plurality of 3D curves
Di Angelo et al. A new mesh-growing algorithm for fast surface reconstruction
EP1710720B1 (en) Method of computer-aided design of a modeled object having several faces
US20240153123A1 (en) Isogeometric Analysis Method Based on a Geometric Reconstruction Model
JPH05266212A (en) Method for generating object
Pérez et al. A comparison of hole-filling methods in 3D
KR20050086463A (en) System and method for performing domain decomposition for multiresolution surface analysis
CN109983509B (en) Instant Boolean operation method using geometric surface
Joy et al. Frame-sliced voxel representation: An accurate and memory-efficient modeling method for workpiece geometry in machining simulation
Owen et al. Parallel hex meshing from volume fractions
EP2663965B1 (en) Direct rendering of cad models on the gpu
US7388584B2 (en) Method and program for determining insides and outsides of boundaries
Amiri et al. Connectivity maps for subdivision surfaces
Schmidt et al. Adaptive mesh booleans
Zhang et al. Model reconstruction from cloud data
Tanaka et al. Accuracy-based sampling and reconstruction with adaptive grid for parallel hierarchical tetrahedrization
JP2005196505A (en) Adaptive and hierarchical tetrahedral lattice structure representation generation method, program and apparatus for 3D image volume data
Krahnstoever et al. Computing curvature-adaptive surface triangulations of three-dimensional image data
JP2000251095A (en) Method and device for dividing area of polygon mesh and information recording medium
Yu et al. Generation of 3D human models with different levels of detail through point-based simplification
KR100397085B1 (en) Method for the graph representation of 3-dimensional object image for image retrival
Shakaev et al. View-Dependent Level of Detail for Real-Time Rendering of Large Isosurfaces

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20070403