2.3 模型表面真实质感渲染及图形交互 角膜的基本形态绘制完成后，需要对图形进行着色，以使模型更美观，立体感更强，而且在三维模型上用颜色也可以表达一定的信息。Matlab主要采用了三种着色技术，即索引着色、真彩色着色和纹理映射。本研究所采用的索引着色就是通过给每个数据点一个索引值来建立与图形颜色查找表之间的映射关系。颜色查找表是一个三列矩阵，分别定义为RGB分量，即红色、绿色和蓝色组分的强度。利用colormap函数可以设置颜色查找表，Matlab提供了autumn(从红色向橘黄色、黄色平滑过渡)、gray(从黑色向白色平滑过渡)、bone(含有较高的蓝色组分的gray颜色查找表)等已定义好的颜色查找表，结合颜色插值渲染函数shading interp一起使用，能使表面颜色过渡显得更加自然平滑。光照效果对于三维图形的逼真显示也极为重要，Matlab提供了三种光照算法，分别是刻面光照、Gouraud光照、Phong光照。刻面光照是在对象的每个小面上生成均匀的颜色，Gouraud光照是计算顶点处的颜色，然后插值计算整个小面上的颜色，Phong光照是在每个小面上进行顶点法向的插值，并计算每个像素的反射。经过比较发现，Phong光照对于角膜模型的效果最好。利用material函数可以设置模型表面的材质，该函数的五个参数分别用于设置环境光、漫反射光、镜面光的强度，以及对象的镜面反射指数和镜面反射光的颜色。另外，角膜本身是具有一定透明度的，且有前表面与后表面之分，Matlab的图形透明控制函数alpha能使构建的三维模型更显逼真[9]。经过真实质感渲染的角膜前表面三维模型如图1所示，角膜前、后表面整体三维模型如图2所示。

　　除了构建具有真实质感的三维模型，Matlab的图形显示窗口还提供了照相机工具栏和图形编辑工具栏等交互工具，用户可以通过鼠标就能轻松地变换视角，或对图形进行缩放、平移、旋转和添加附属标记等操作。用户还可以通过编程的方式增加更多的交互信息。例如，角膜表面各点的曲率半径是一个重要的指标，我们可以利用数据光标模式函数datacursormode将曲率半径计算并显示出来。图3所示为角膜模型表面鼠标击中点的坐标值以及该点的曲率半径。

　　3 讨论

　　现代医学十分重视医学信息的可视化，三维图像绘制技术是利用计算机对人体器官、软组织等进行显示和分析的有效工具，它不仅提高了医疗诊断的水平，而且还在手术规划与模拟、医学教育、医疗仪器设备的设计研制等领域中发挥着巨大作用。眼角膜三维数字图像模型的研究是推动眼科临床和基础研究的必要支持条件。本研究从近年关于国人眼角膜数学模型最新研究进展出发，抓住角膜的主要几何特征，采用Matlab开发工具构建角膜三维图像模型。与采用Visual C++或ANSYS开发模型的方法比较，本研究的方法简单高效、形象直观、易于被非计算机专业人员掌握;与采用3DMax、Maya等工具开发模型的方法比较，本研究的方法又具有指令表达明确、科学计算精度高、参数设置灵活度高、容易与外部应用程序或语言集成等优点。总之，在Matlab平台上构建角膜三维图像模型的方法为创建各种群体角膜的图像模型“档案”提供了一种简便、高效的途径。

　　【参考文献】

　　[1] 张艳玲. 正常成人角膜数学模型的探讨[D]. 杭州：浙江大学，2004.

　　[2] 唐聪恺. 基于有限元的三维角膜构建及其生物力学分析[D]. 厦门：厦门大学，2006.

　　[3] Baker TY. Ray tracing through non-spherical surface[J] . Proc Phys Soc，1943，55：361-364.

　　[4] Mandell RB. Mathematical model of the corneal contour[J]. Br J Physiol Opt，1971，27：183-197.

　　[5] Bennett AG， Rabbetts RB. What radius does the convential keratometer measure?[J]. Ophthal Physiol Opt，1991，11(3)：239-247.

　　[6] Gatinel D， Haouat M， Hoang-Xuan T. A Review of mathematical descriptors of corneal asphericity[J]. J Fr Ophtalmol，2002，25(1)：81-90.

　　[7] 施明光，王波. 正常国人全角膜数字模型的建立[J]，中华眼科杂志，2007，43(8)：694-697.

　　[8] The MathWorks Inc. MATLAB帮助手册[EB/OL]，　http：//www.pudn.com/downloads160/ebook/detail717899.html，2008-06-17.

　　[9] 苏金明，王永利. MATLAB图形图像[M]. 北京：电子工业出版社，2005：70-88.

上一页  [1] [2]