Aplicaci

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Aplicación para la visualización de imágenes 2D y
3D empleando VTK

• Nuria Paniagua

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Sumario del proyecto

• Objetivos
• Imágenes .pic obtenidas del confocal
• Reconstrucción de imágenes 3D
• VTK (Visualization Toolkit)
• Reconstrucción de imágenes con VTK
• Algoritmo visualización 2D y 3D
• Aplicación GUI con MFC
• Ventana de visualización de imágenes 2D y 3D

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1. Objetivos

• Reconstrucción tridimensional
• Funcionamiento y uso de librerías VTK
• Algoritmo de visualización 2D y 3D
• Aplicación GUI a partir de MFC

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2. Imágenes .pic obtenidas del confocal

1. Microscopia confocal
2. Obtención de imágenes 3D

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2.1 Microscopia confocal

• Microscopio óptico
• Microscopio confocal

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Microscopio confocal

• Diafragma de detección (elimina luz del plano
  focal)
• Diafragma de iluminación

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2.2 Obtención de imágenes 3D

1. Adquisición de imágenes 3D con el microscopio
   confocal
2. Archivos .pic

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Obtención de imágenes 3D obtenidas del confocal

• Imágenes obtenidas del confocal son siempre
  imágenes digitales
• Los fotodetectores transforman la señal lumínica
  en señal eléctrica que mediante el sistema
  informático acoplado se traduce en un píxel
• Píxel
• Localización tridimensional del punto excitado
• La intensidad lumínica de dicho punto
• Almacenamiento de imágenes digitales en ficheros
  gráficos

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Archivos .pic

• Ficheros gráficos que almacenan imágenes
  digitalizadas
• Formato
• Cabecera datos relativos al gráfico que se
  almacena (ancho, alto,relación entre píxel y
  unidad de medida, unidad de medida, tipo de
  imagen (color o blanco y negro), codificación del
  color, método de compresión si lo hay)
• Datos del gráfico o de la imagen digitalizada.
• Almacenan
• Imagen digitalizada por fichero en tonos de gris
  o en color
• Secuencia de imágenes en cada fichero

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Secuencia de imágenes

• Formato del fichero
• Cabecera 6 enteros (4 bytes cada uno)
• Slices cada una de las imágenes que contiene el
  fichero (en tonos de gris)
• Formato de los datos de las imágenes
• Matriz de bytes sin comprimir, por cada unos de
  los diferentes slices que componen la
  imagen,donde se almacena el valor de los píxeles
  por filas

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Posición y significado de cada byte
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3. Reconstrucción de imágenes 3D

1. Introducción
2. Fases de la reconstrucción tridimensional

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3.1 Reconstrucción tridimensional

• Visualización de datos basada en el uso de
  algoritmos que transformen estos
• Clasificación de algoritmos según
• Estructura efectos que la transformación tiene
  en la topología y geometría del dataset
• Tipo tipo de dataset sobre el que operan los
  algoritmos
• Escalares técnica de contorneado

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Técnica de contorneado

• Construir límites entre regiones distintas de
  valores de datos constantes
• Estos límites corresponden a líneas de contorno
  (en 2D) y superficies (en 3D)

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3.2 Fases de la reconstrucción tridimensional

• a) Marching cubes
• b) Reducción puntos de mallado
• c) Suavizado del mallado

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a) Marching cubes

• Cada punto de la malla del dataset tiene un valor
  escalar asociado
• Cada superficie tiene un valor de contorno
  constante
• Un contorno sólo puede atravesar una celda de un
  número finito de formas
• Se elabora una tabla de casos que enumera todos
  los estados topológicos posibles de una celda,
  dadas las combinaciones de valores escalares en
  los puntos de la celda

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b) Reducción de puntos de mallado

• A tratar cada celda por separado pueden crearse
  vértices y aristas duplicados en los límites
  comunes
• Se eliminan empleando una técnica de fusión de
  puntos coincidentes
• La interpolación en cada arista debe realizarse
  en la misma dirección
• Si no se cumple, pueden generarse puntos que no
  coincidan exactamente debido al redondeo
  numérico, y no serán fusionados correctamente

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c) Suavizado del mallado

• Para una celda existen 256 combinaciones de
  valores escalares dadas por los estados de los 8
  vértices
• Pueden reducirse a 15 por rotaciones y simetrías
• Aparecen casos ambiguos en el contorneo
• Pueden aparecer huecos en la superficie según
  el caso elegido

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4. VTK (Visualization Toolkit)

1. VTK
2. CMake
3. Arquitectura de VTK en C

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4.1 VTK

• Librerías de código libre basadas en la
  programación orientada a objetos
• Subsistemas componentes
• Librería de clases en C
• Intérpretes para la manipulación de las clases
• Visualización, procesamiento de imágenes,
  creación de objetos gráficos en 2D y 3D

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4.2 CMake

• Herramienta multiplataforma de código libre
• Configurar y dirigir proceso de construcción de
  aplicaciones
• Ficheros CMakeLists.txt para describir proceso de
  construcción y establecer dependencias
• Crea ficheros necesarios para compilar la
  aplicación
• Compilar VTK y trabajar con herramientas propias
  de la plataforma empleada

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4.3 Arquitectura de VTK

• Modelos de objetos
• a) Graphics model
• b) Visualization model

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a) Graphics model

• Transformación de datos gráficos en imágenes
• Objetos principales
• vtkActor
• vtkCamera
• vtkLight
• vtkMapper
• vtkRenderer
• vtkRenderWindow
• vtkRenderWindowInteractor

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b) Visualization model

• Crea datos gráficos a partir de la información
  aportada
• Objetos principales
• vtkDataObject Datos estructurados llamados
  dataset (estructura geométrica y topológica de
  puntos y celdas y atributos asociados)
• Process object Algoritmos del sistema llamados
  filtros. Junto con los anteriores porman los
  pipelines de visualización

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Tipos de process objects

• a) Fuentes Generan datos leyendo o construyendo
  uno o más data objects
• b) FiltrosTransforman varios data objects en la
  entrada, y generar uno o más data objects en la
  salida
• c) Mappers Transforman los data objects en datos
  gráficos, que son renderizados posteriormente
• Se enlazan formando el pipeline

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Pipeline

• 
  render
• fuente gt filtro gt mapper gt actor
• El render inicia la petición de datos, que se
  comunica a través del pipeline
• Las partes del pipeline que no estén actualizadas
  son reejecutadas
• Una vez actualizados los datos al final del
  pipeline, son rederizados por el actor

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5 Reconstrucción de imágenes con VTK

• Creación de imágenes tridimensionales a partir de
  imágenes bidimensionales de cortes transversales
• Programa para visualizar, por separado o
  conjuntamente, las diferentes superficies que
  componen un cuerpo
• Construcción de un pipeline genérico útil para
  diferentes casos

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Creación de una aplicación

• 1. Construir un pipeline de datos para procesar
  los datos
• Conectar
• Fuentes (crear datos)
• Filtros (procesar datos)
• Mappers (transformar datos en gráficos)

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Creación de una aplicación

• 2. Crear los objetos gráficos para interpretar
  esos datos
• Ventada de renderización para trabajar en ella
• Render
• Interactor (interactuar con los datos)
• Uno o más actores (cada uno unido a un mapper)
• Renderizar

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Algoritmo visualización 2D y 3D
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Algoritmo visualización 2D y 3D
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6. Aplicación GUI con MFC

1. Introducción
2. Programación con Visual C
3. Librería de clases MFC

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6.1 GUI

• GUI (Interfaz gráfica de usuario)
• Windows (entorno multitarea basado en ventanas,
  que representan programas)
• Desarrollo de programas mediante una librería de
  rutinas y funciones que permiten gestionar
  componentes como menús, diálogos, ventanas, etc.

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6.2 Programación con Visual C

• Entorno integrado de desarrollo que permite la
  programación orientada a objetos (POO)
  conjuntamente con el sistema de desarrollo de
  Windows denominado API
• Incluye herramientas de desarrollo como un editor
  de texto, compilador,depurador, visor de datos y
  pendencias, etc