Tilavuusrenderöinti

Volumetrinen renderöinti  on tekniikka, jolla saadaan tasainen kuva ( projektio ) kolmiulotteisesta erillisestä tietojoukosta.

Syöttötietojoukolla tarkoitetaan usein tietokonetomografialla tai magneettikuvauksella saatuja litteäkerroskuvia . Tyypillisesti kerrokset ovat yhtä paksuja (esimerkiksi yksi kerros millimetriä kohden valokuvataan) ja yhtä monta pikselit kerrosta kohden. Siten syöttödata on säännöllinen vokselien ruudukko , jossa jokainen vokseli vastaa keskiarvoa (lämpötila, materiaalitiheys) kolmiulotteisen kohteen tietyssä pisteessä.

Tilavuusmalli voidaan saada joko rakentamalla monikulmioverkko syöttötietojen perusteella tai suoralla tilavuusrenderöinnillä. Marching cubes -algoritmi on standardi vokseleiden muuntamiseksi monikulmiomalliksi. Suora tilavuusrenderöinti on monimutkainen laskennallinen tehtävä, joka voidaan suorittaa useilla tavoilla.

Suora tilavuusrenderöinti

Forward volume renderer [1] [2] kartoittaa jokaisen vokseliarvon väriin ja läpinäkyvyyteen. Tämä tehdään siirtofunktiolla, joka voidaan antaa paloittain lineaarisella funktiolla tai arvotaulukolla. Tämän jälkeen tuloksena oleva RGBA-arvo tulostetaan kehyspuskuriin. Koko tilavuuden piirtämisen jälkeen saadaan kiinteä kuva.

Volumetric raycasting

Volumetric raycasting on renderöintiyhtälön soveltamista käytännössä ja tuottaa erittäin korkealaatuisia kuvia.

Splatting

Nopeampi menetelmä, joka tuottaa huonolaatuisempia kuvia. Lee Westover kutsuu tätä menetelmää "lumipallojen heittämiseksi" (eng. splatting ). Voxelit "heitetään" katselupinnalle etäisyyden järjestyksessä siitä kauimpana lähimpään. Tuloksena olevat "lumipallojäljet" (splats) esitetään levyinä, joiden väri ja läpinäkyvyys vaihtelevat halkaisijan mukaan normaalin (Gaussin) jakauman mukaisesti . Eri toteutukset voivat käyttää eri elementtejä tai erilaisia ​​allokaatioita.


Laitteistokiihdytetty äänenvoimakkuuden renderöinti

Koska tilavuusrenderöinti on helposti rinnastettavissa, sen toteuttamiseen erikoistuneet laitteistot olivat lukuisten tieteellisten tutkimusten kohteena, kunnes tavalliset näytönohjaimet alkoivat selviytyä tästä tehtävästä hyväksyttävässä ajassa. Suosituin tekniikka oli VolumePro [3] , joka oli muistiintensiivinen ja käytti taustalla olevana algoritmina optimoimatonta sädelähetystä.


Optimointi

Valkotilan ohittaminen

Usein tilavuusrenderöintijärjestelmä vastaanottaa lisätietoa syötteenä, joka tunnistaa alueet, jotka eivät sisällä renderöitävää materiaalia. Näitä tietoja voidaan käyttää välttämään ajanhukkaa läpinäkyvien alueiden tekemiseen [4] .

Säde pysähtyy aikaisin

Tätä tekniikkaa käytetään renderöitäessä läheltä kaukaiselle näyttötasolle. Itse asiassa se on pintasäteilytys .

Octree ja BSP

Hierarkkisten rakenteiden , kuten octree - ja BSP - puun , käyttö voi olla hyödyllistä sekä syötteen pakkaamisessa että volyymisäteilyn optimoinnissa .

Avaruuden segmentointi

Varaamalla epäkiinnostavia osia tilasta ennen renderöintiä voit vähentää merkittävästi laskelmien määrää sädelähetettäessä tai sekoitettaessa tekstuureja. Käytetystä algoritmista riippuen laskennallinen monimutkaisuus laskee arvosta O(n) arvoon O(log n) n peräkkäisen vokselin kohdalla. Tilasegmentoinnin käyttö nopeuttaa merkittävästi raycastia käyttäviä renderöintialgoritmeja.

Multi-Resolution ja Adaptive-Resolution View

Alueet, jotka eivät ole yhtä kiinnostavia näytettäväksi, voidaan myös renderöidä pienemmällä resoluutiolla, jolloin tarpeettomia syöttötietoja ei tarvitse käsitellä. Jos haluat nähdä nämä alueet lähempänä, voit tarkentaa niitä edelleen lukemalla tarvittavat tiedot levyltä ja suorittamalla lisärenderöintiä tai käyttämällä interpolointia .

Katso myös

Muistiinpanot

  1. ↑  Marc Levoy, "Display of Surfaces from Volume Data", IEEE CG&A, toukokuu 1988. PaperiarkistoArkistoitu 29.maaliskuuta 2010Wayback Machinessa
  2. ↑  Drebin, R.A., Carpenter, L., Hanrahan, P., "Volume Rendering", Computer Graphics, SIGGRAPH88. DOI-viittauslinkki
  3. ↑  "Fast Volume Rendering with the Shear-Warp Factorization of the Viewing Transformation" Arkistoitu3. marraskuuta 2020Wayback Machinessa
  4. ↑  Pfister H., Hardenbergh J., Knittel J., Lauer H., Seiler L.:The VolumePro reaaliaikainen ray-casting systemIn Proceeding of SIGGRAPH99DOI
  5. ↑  Sherbondy A., Houston M., Napel S.:Nopea volyymin segmentointi ja samanaikainen visualisointi ohjelmoitavan grafiikkalaitteiston avulla. Teoksessa Proceedings of IEEE Visualization (2003), pp. 171-176.
  6. ↑  Max N., Hanrahan P., Crawfis R.:Alueen ja tilavuuden koherenssi 3D-skalaarifunktioiden tehokkaaseen visualisointiin. In Computer Graphics (San Diego Workshop on Volume Visualization) (1990), voi. 24, s. 27-33.
  7. ↑   Stein C., Backer B., Max N.:Lajittelu ja laitteistoavusteinen renderöinti volyymin visualisointia varten. Symposium on Volume Visualization (1994), s. 83-90.
  8. ↑  Engel K., Kraus M., Ertl T.:Laadukas esiintegroitu tilavuusrenderöinti laitteistokiihdytettyä pikselivarjostusta käyttäen. Teoksessa Proceedings of Eurographs/SIGGRAPH Workshop on Graphics Hardware (2001), s. 9-16.
  9. ↑  Lum E., Wilson B., Ma K.:Laadukas valaistus ja tehokas esiintegrointi tilavuusrenderöimiseen. Julkaisussa Eurographs/IEEE Symposium on Visualization 2004.
  10. Barthold Lichtenbelt, Randy Crane, Shaz Naqvi, Introduction to Volume Rendering (Hewlett-Packard Professional Books), Hewlett-Packard Company 1998.
  11. ↑  Peng H., Ruan, Z, Long, F, Simpson, JH, Myers, EW:V3D mahdollistaa reaaliaikaisen 3D-visualisoinnin ja suurten biologisten kuvatiedostojen kvantitatiivisen analyysin. Nature Biotechnology, 2010 (DOI: 10.1038/nbt.1612)Suuren, korkeaulotteisen kuvadatan tilavuusrenderöinti.

Linkit