Tilpuma renderēšana

Zinātniskajās vizualizācijās un datorgrafikā tilpuma renderēšana (angļu: volume rendering) ir tehnika, ko izmanto, lai izveidotu 2D projekciju no 3D diskrēta datu piemēra. Tipisks 3D datu piemērs ir 2D kārtas bilžu grupa no CT vai MRI skenera.

Balstoties uz tilpumu renderēta skeletgalva, izmantojot tiešskata tekstūru kartografēšanu un atspulga izpludināšanu

Parasti šīs 2D bildes tiek iegūtas sistemātiski — piemēram, viena bildes kārta ikkatram milimetram — un parasti šīm bildēm ir noteikts pikseļu daudzums noteiktā atainojumā. Šis piemērs ir sistemātiskai tilpuma skalai, kur katrs tilpuma elements vai vokselis tiek atainots izmantojot vienu vērtību, kas ir iegūta, izmantojot elementam apkārtesošo lauku vērtības.

Lai renderētu 2D projekcijas no 3D datu kopuma, vispirms ir jādefinē kamera telpā attiecībā uz tilpumu. Tāpat ir nepieciešams noteikt necaurredzamību un krāsu katram vokselim. Tas parasti ir definēts, lietojot RGBA (sarkanajam, zaļajam, zilajam, alfai) nodošanas funkciju katrai iespējamajai vokseļa vērtībai.

Piemēram, tilpumu var apskatīt, izdalot vienādu vērtību virsmas no tilpuma un renderējot to kā daudzstūru režģi (kolekcija no virsotnēm, malām, šķautnēm, kas nosaka formu daudzskaldņu objekta 3D datorgrafikā) vai renderējot tilpumu tieši kā datu bloku. Soļošanas kuba (Marching cubes) algoritms ir kopīga metode vienādu vērtību virsmu ekstrakcijai no tilpuma datiem. Tiešā tilpuma renderēšana ir skaitļošanas intensīvs uzdevums, kas var būt veikts vairākos veidos.

Maksimālā projekcijas intensitāte

Tiešā tilpuma renderēšana prasa, lai katra parauga vērtība būtu kartēta ar necaurredzamību un krāsu. Pretēji tai, projekcijas maksimālā intensitāte izvēlas un projektē tikai vokseļus ar maksimālo intensitāti, kuri aizsedzas ar paralēlajiem gaismas stariem, kuri tēmēti uz projekcijas plakni.

Šis paņēmiens ir ātrs, bet 2D rezultāti nesniedz labu sākotnējo datu dziļuma sajūtu. Lai uzlabotu 3D sajūtu, animācijas parasti tiek renderētas no vairākiem MIP kadriem, kuros viedoklis ir nedaudz mainīts no viena uz otru, tādējādi radot ilūziju par rotāciju.

MIP attēlveidošana tika izgudrota kodolmedicīnas izmantošanai (Jerold Wallis, MD, 1988. gads), un pēc tam publicēta IEEE Transactions in Medical Imaging.^[1]^[2]^[3]

Optimizācijas metodes

Optimizācijas galvenais mērķis ir izlaist tik daudz apjoma, cik iespējams. Tipisks medicīnisko datu kopums var būt 1 GB liels. Izlaist vokseļus nozīmē, ka būs nepieciešams apstrādāt mazāk informācijas.

Atsauces

↑ Wallis, J. W.; Miller, T. R.; Lerner, C. A.; Kleerup, E. C. (1989). "Three-dimensional display in nuclear medicine". IEEE Trans Med Imaging 8 (4): 297—303. doi:10.1109/42.41482. PMID 18230529
↑ Wallis, JW; Miller, TR (1 August 1990). "Volume rendering in three-dimensional display of SPECT images". Journal of nuclear medicine 31 (8): 1421—8. PMID 2384811
↑ Wallis, JW; Miller, TR (March 1991). "Three-dimensional display in nuclear medicine and radiology". Journal of nuclear medicine 32 (3): 534—46. PMID 2005466

[1] Wallis, J. W.; Miller, T. R.; Lerner, C. A.; Kleerup, E. C. (1989). "Three-dimensional display in nuclear medicine". IEEE Trans Med Imaging 8 (4): 297—303. doi:10.1109/42.41482. PMID 18230529

[2] Wallis, JW; Miller, TR (1 August 1990). "Volume rendering in three-dimensional display of SPECT images". Journal of nuclear medicine 31 (8): 1421—8. PMID 2384811

[3] Wallis, JW; Miller, TR (March 1991). "Three-dimensional display in nuclear medicine and radiology". Journal of nuclear medicine 32 (3): 534—46. PMID 2005466

[1]

[2]

[3]