医学图像三维可视化技术将二维的断层图像以三维的形式展现出来，并且通过丰富的交互和漫游手段，给医生提供了多角度、多层次的观察和分析工具。它能够使医生有效地参与数据的处理和分析过程，在辅助医生诊断、手术仿真、引导治疗等方面都可以发挥重要的作用。面向医学领域的三维可视化技术研究具有重要的学术意义和应用价值。 本文从医学图像三维可视化的应用需求和发展趋势入手，对基本绘制方法、系统结构、关键问题进行了比较全面和详细的研究，每一项研究都从医学应用的角度进行了分析，力图提供一个符合实际应用需求又具有良好的可扩展性、能够满足进一步研究和开发需要的软件平台： 在理论上，首次从医学图像数据的特点和医学影像技术发展的角度对各种体绘制方法进行了总结和比较。通过理论分析和实验结果比较，得出了光线投射方法在医学图像三维可视化应用中具有优越性的结论。 在系统构建方面，设计并实现了基于光线投射方法的医学图像三维可视化系统。该系统采用独特三层结构设计，使得算法、界面和数据严格分离，通过合理的模块划分使得系统本身具有良好的可扩展性。 在组织分割方面，分析了医学图像组织分割问题的特点，提出并实现了基于图搜索和轮廓插值的半自动的组织分割(GSCI)方法。该方法首先采用一种改进的LiveWire方法对医学图像序列中反映待分割组织主要形状结构的关键层进行交互式分割，然后利用轮廓插值技术对中间的过渡图像进行自动分割。采用了基于余弦函数的轮廓插值对传统的轮廓插值算法进行了改进，在轮廓形状有突变的地方，采用余弦插值可以很好的改变线性插值所带来地弊端，及时改变插值轮廓形状。使得插值生成的边界轮廓和实际边界轮廓的符合度大大提高。最后结合中间层的局部信息通过自动收缩和用户局部调节的变法对中间层分割结果进行修正，从而获得最终的分割结果。实验结果表明该方法对于复杂的人体组织和器官可以获得满意的分割结果。 针对光线投射方法绘制速度慢的问题，提出了以空间跳跃技术为核心的综合软件加速方法。通过引入各向异性的距离变换模板、非空体素空间扩展、重采样点距离值计算等方法，将离散的接近云方法扩展到连续的光线投射方法中。进而通过快速的图像合成算子完成图像的绘制工作。在对图像质量没有任何影响的前提下，将光线投射的绘制速度提高了一个数量级。然后结合渐进求精技术，在普通的PC机平台上获得了接近实时的交互绘制速度，使得医学图像三维可视化技术的大范围普及应用成为可能。 针对多种用户需求，结合光线投射方法的特点，设计并实现了基于单机多CPU的SMP系统的并行光线投射方法。该方法具有成本低廉、可扩展性强的优点，在双CPU的测试平台上绘制速度得到接近40％的提高，充分发挥了多处理器的优势。 对于三维数据漫游的问题，提出了基于双距离场的中心路径生成(TDF)方法。该方法基于路径起始点的源距离场拉力和基于三维物体边界距离场推力的共同作用，快速地在物体内部找出一条直接连通起点和终点的光滑的中心路径。为了确定漫游过程中的视线方向，提出了基于中心聚焦的视点方向确定方法。该方法有效保证了视野的宽阔性和稳定性。最后采用齐次坐标变换解决了屏幕坐标系在漫游过程中的自动变换问题。 作为一个医学图像三维可视化的应用和开发平台，得到了临床实践的检验，受到了用户的良好评价。