Graphics Electronic System Application Projects

三維生醫繪圖電子系統應用專題

Lan-Da Van, Tzu-Chien Hsiao, Sai-Keung Wong, Yu-Shuen Wang

Department of Computer Science, National Chiao Tung University

Jin-Long Chen, MD, PhD

Department of Medical Informatics,

Tzu Chi University

Fall, 2013

系列課程及跨領域特色實驗室

國立交通大學資訊工程學系 跨領域應用專題課程名稱：三維生醫繪圖電子系統應用專題

授課/指導教師 范倫達 副教授

應用領域 指導教師

蕭子健 教授 (專長: 生醫訊號多變數分析、虛擬醫用儀表) 王昱舜 教授 (專長: 計算機圖學、互動式形變、視覺化設計) 黃世強 教授 (專長: 物理模擬、電腦動畫、虛擬實境、3D遊戲技術、幾何與實體模型) 陳錦龍 醫師 (專長: 生理學)

授課對象 大四及研究生 先修課程 計算機圖學、計算機結構、生醫訊號處理、 VLSI 與系統晶片設計概論

開課規劃

預定開課時間 開課週期 學分數 修課人數 上課時數 實習時數 專題製作總時數

102學年 第1 學期

第2次開授 3 20 3時/週 2時/週 7週

分組方式 師資人力 其他規劃

3 人/組 指導教師 5 人 助教 5 人

安排生醫與圖學領域師資指導/演講及成果發表

Lecturers

課程內容及上課方式

課程內容大綱 授課 時數

搭配實驗/實習項目 實習人數

Introduction 3 推廣平臺學校發展之教材 20

OpenGL Pipeline 3 OpenGL programming for state and pipeline control & 推廣平臺學校發展之教材

20

Mobile Graphics Processing 6 OpenGL|ES programming 20

GPU programming 3 OpenCL/CUDA programming – General purpose computing on graphics processing units

20

GPU Design and Case Study 6 Hardware design on FPGA platform 20

Biomedical Signal and Image Processing- Part I

6 Independent component analysis (ICA) and brain mapping

20

VLSI Biomedical Signal Processing

3 Independent component analysis (ICA) architecture

20

Biomedical Signal and Image Processing- Part II

6 Hilber-Huang Transform (HHT) for the breath application

20

期末計畫

期末計畫 使用電腦/筆電即時繪製MRI醫學立體影像。 腦電波訊號截取、ICA分析、時頻分析、3D圖學繪圖顯示。 使用嵌入式SOC/FPGA平台/板展示ICA生醫處理硬體加速器。 使用嵌入式SOC/FPGA平台/板展示3D 腦殼繪圖硬體加速器。 使用電腦/筆電/手持式繪圖運算裝置展示3D呼吸模擬。

20

Syllabus (1/4)

配套活動規劃/其他相關輔助規劃(如web2.0、導入專案管理工具等)

安排每一組之合適且專屬指導老師及助教。 導入專案管理及版本控制工具來協助交換課程相關資訊。 提供課程資訊於網頁上。

課程時程安排 (包括提案、報告繳交/presentation、作品繳交/展示…等時程)

安排引導實驗再搭配一期末專題實作。 安排學期中(第11週)為期末專題的提案。 安排課程第11週後，會以每2週繳交一次進度投影片報告。 安排第18週報告繳交。 安排在期末舉辦作品展示及成果發表。

學生實作成果項目及驗收評分方式 安排引導實驗再搭配一期末專題實作，期末專題實作的評分方式為

老師及助教共同評分，並以現場展示結果來評分。

預計可展出及呈現之專題成品 (可為硬體實品或電腦展示)

使用電腦/筆電即時繪製MRI醫學立體影像。 腦電波訊號截取、ICA分析、時頻分析、3D圖學繪圖顯示。 使用嵌入式SOC/FPGA平台/板展示ICA生醫處理硬體加速器。 使用嵌入式SOC/FPGA平台/板展示3D 腦殼繪圖硬體加速器。 使用電腦/筆電/手持式繪圖運算裝置展示3D呼吸模擬。

Syllabus (2/4)

Syllabus (3/4)

週 授課老師 上課日期 備註

1 范倫達 102/9/16 課程導覽與簡介

2 王昱舜 101/9/23 OpenGL pipeline introduction

3 黃世強 101/9/30 Mobile graphics processing

4 黃世強 101/10/7 Mobile graphics processing

5 范倫達 101/10/14 GPU design and case study Power-Area Efficient Geometry Subsystem

Design

6 王昱舜 101/10/21 GPU programming OpenCL Programming

7 范倫達 101/10/28 Biomedical Signal Processing- Part I Independent Component Analysis (ICA)

8 范倫達 101/11/4 VLSI Biomedical Signal Processing Energy-Efficient VLSI Architecture for Eight-

Channel FastICA Implementation

9 蕭子健 101/11/11 Biomedical Signal Processing- Part II HHT related

10 蕭子健 101/11/18 Biomedical Signal Processing- Part II HHT related

11 陳錦龍 101/11/25 生理學 (場域與計畫指導) ※本週老師需繳交期末計畫題目

Syllabus (4/4)

週 授課老師 上課日期 備註

12 101/12/2 分組找場域指導老師

期 末 計 畫 - 使用電腦/筆電即時繪製MRI醫學立體 影 像 ( 王 昱 舜 ) - 使用嵌入式SOC/FPGA平台/板展示ICA生醫處理硬體加速器 (范倫達 ) - 使用嵌入式SOC/FPGA平台/板展示3D 腦殼繪圖硬體加速器 (范倫達 ) - 使用電腦/筆電/手持式繪圖運算裝置展示3D呼吸模擬(蕭子健黃世強) ※題目可再修正。

13 101/12/9 期末計畫、分組討論(由各組指導教授帶開做專題)

14 101/12/16 期末計畫、分組討論(由各組指導教授帶開做專題)

15 101/12/23 期末計畫、分組討論(由各組指導教授帶開做專題)

16 101/12/30 期末計畫、分組討論(由各組指導教授帶開做專題)

17 102/1/6 期末計畫、分組討論(由各組指導教授帶開做專題)

18

范倫達 王昱舜 黃世強 蕭子健 陳錦龍醫師

102/1/13 期末展示、錄影及報告 (各組同學Demo，請各組指導老師前來評分)

※手機

※Zedborad

※筆記型電腦

One Platform You will Use…

※超高速資料同步擷取模組

授課方式 & 評分標準

• 教授授課 (Office Hour: 每星期一G,H時段) • (暫時)評分標準

– Lab (由各老師自行決定)<=30% – Final Project (3人一組)>= 70%

• 成品展示 • 期末報告

– 總和: 100%

• 鼓勵參加教育部舉辦之相關研討會 • Material Web-Site:

– http://viplab.cs.nctu.edu.tw/course/3DBGESAP2013_Fall.php

• Assistants: – 邱敬捷 – 張庭翰

Reference Books

• Computer Graphics: Principles and Practice

– by James Foley, Andries van Dam, Steven Feiner, and John Hughes

• Fundamentals of Computer Graphics, 3rd Edition

– by Peter Shirley and Steve Marschnes, 2009.

• Real-Time Rendering, 3rd Edition

– by Tomas Akenine-Möller, Eric Haines, and Naty Hoffman, 2008

• Mobile 3D Graphics SoC – From Algorithm to Chip

– By Jeong-Ho Woo, Ju-Ho Sohn, Byeong-Gyn Nam, and Hoi-Jun Yoo

– 2010, Johm Wiley & Sons (Asia) Pte Ltd.

Reference Books

Supplementary References

• OpenGL – Official website

http://www.opengl.org/

– Programming guide (Red Book)

http://www.opengl.org/documentation/red_book/

– Reference manual (Blue Book)

http://www.opengl.org/documentation/blue_book/

• OpenGL ES official website http://www.khronos.org/opengles/

• Microsoft DirectX http://msdn.microsoft.com/enus/library/ee663274%28v=vs.85%29.aspx

• NVIDIA Developers Websites http://developer.nvidia.com/

• AMD (ATI) Developers Websites http://developer.amd.com/

Other References

• 教育部-臺大平臺計畫講義

• Peter Shirley and Steve Marschnes, Fundamentals of Computer Graphics, 3rd Edition, 2009.

• 呼吸生理學/蔡光超、羅仕錡編譯/藝軒圖書出版社/ISBN: 957-616-043-X

• Hilbert-Huang Transform and Its Applications/ Norden E Huang & Samuel S P Shen/ World Scientific/ISBN: 981-256-3768