Tworzenie modeli ciała ludzkiego dla potrzeb modelowania pola elektromagnetycznego. Bartosz Sawicki, Politechnika Warszawska

Transkrypt

1 Tworzenie modeli ciała ludzkiego dla potrzeb modelowania pola elektromagnetycznego

2 Wprowadzenie Cel: wirtualny człowiek Motywacja: problemy z rzeczywistymi pomiarami wizualizacja wewnętrznej budowy zrozumienie zjawisk biologicznych i medycznych

3 Różna skala Modele komórkowe: Modele tkanek: zbiory komórek Modele organów: pojedyncza komórka fragmenty ciała Modele postaci: cały kształt ciała

4 Podstawowe problemy Indywidualne kształty każdego pacjenta Skomplikowane parametry tkanek żywych anizotropia, nieliniowość, zmienność w czasie, zmienność osobnicza.

5 Parametry tkanek Parametry elektryczne: przenikalność elektryczna przenikalność magnetyczna konduktancja Inne parametry... m.in. przewodność cieplna parametry mechaniczne

6 Parametry tkanek Anizotropia: czaszka, kości nerwy, mózg (ciało białe)

7 Parametry tkanek Nieliniowość: Zmienność parametru w funkcji wymuszenia, Modele eksperymentalne i wciąż rozwijane Np. model Cole-Cole

8 Parametry tkanek Zmienność w czasie: tkanka w organizmie żywym przystosowuje się do zmienionych warunków (np. pola EM) tkanka martwa ulega stopniowemu rozkładowi

9 Parametry tkanek Zmienność osobnicza: ze względu na wiek, ze względu na płeć, ze względu na... to, że każdy z nas ma inny genotyp.

10 Modele 1D Model przewodzenia w nerwie modele obwodowe, linia długa

11 Modele 2D Stosowane w celu uproszczenia problemu 3D przekroje mapowanie na powierzchnie

12 Modele 2D Przekroje

13 Modele 3D CSG - Konstruktywna geometria brył BR Reprezentacje brzegowe Skanery 3D Modelowanie grafiki 3D Modele objętościowe, voxele Modele hybrydowe Różne cele - Różna potrzeba dokładności

14 Modele 3D CSG Konstruktywna geometria brył (ang. CSG)

15 Modele 3D - CSG

16 Modele 3D - CSG Zalety: Bardzo mało danych potrzeba do opisania modelu Dobrze sprawdza się do obiektów technicznych Wady: Określony zbiór brył podstawowych Kanciaste kształty

17 Modele 3D - grafika Modelowanie postaci do gier, filmów

18 Modele 3D - grafika Zalety: dużo gotowych modeli dużo oprogramowania Blender, Maya, 3D Studio, LightWave łatwość modyfikacji pozycji modelu i jego kształtu Wady: problem spójności siatki jednorodna struktura wewnętrzna

19 Modele 3D grafika 19

20 Modele 3D skanery Skanery 3D zasady działania dotykowe i bezdotykowe (aktywne, pasywne)

21 Modele 3D - skanery Zalety: Wady: dokładny i osobniczy kształt tylko powierzchnia zewnętrzna uniwersalna metoda drogi specjalistyczny sprzęt

22 Modele 3D - skanery

23 Modele 3D - skanery Realistyczny model kobiety

24 Modele 3D - voxel Voxel to trójwymiarowy piksel Model objętościowy wiernie oddający strukturę wewnętrzną i kształt zewnętrzny Wielkie ilości danych Najdokładniejsze modele

25 Modele 3D voxel Pozyskiwanie danych (zbiory przekrojów)

26 Modele 3D - voxel Visible Human Project wysokiej jakości zbiór przekrojów ciała człowieka dane zostały uzyskane na podstawie ciała zmarłego

27 Modele 3D voxel Segmentacja: celem jest rozróżnienie poszczególnych tkanek, trudny problem z zakresu grafiki komputerowej, brak całkowicie automatycznych algorytmów, najbardziej czasochłonny i żmudny etap tworzenia realistycznego modelu 3D

28 Modele 3D - voxel

29 Modele 3D - voxel Wykrycie powierzchni rozdzielających podobszary wygładzenie i wygenerowanie siatek powierzchniowych (np. alg. MarchingCubes) Generowanie siatki objętościowej w każdym z podobszarów Poprawa jakości siatki kryterium: proporcjonalność elementów

30 Modele 3D - voxel Zalety: dokładny i osobniczy kształt odwzorowana struktura wewnętrzna Wady: wielkie ilości danych złożony proces tworzenia modelu

31 Gotowe siatki 3D Model głowy: węzłów czworościanów 5 tkanek

32 Gotowe siatki 3D Model kolana: węzłów czworościanów 5 podobszarów

33 Gotowe siatki 3D Model szyi: węzłów czworościanów 3 tkanki

34 Gotowe siatki 3D Model mózgu: węzłów czworościanów 7 tkanek