Copyright, 1999 © Marcelo Knörich Zuffo PEE-EPUSP Visualização Científica PSI a Aula – Renderização Volumétrica
Ementa da Aula Modelagem e TransformaçãoModelagem e Transformação IluminaçãoIluminação ProjeçãoProjeção ClippingClipping Mapeamento de ImagemMapeamento de Imagem RasterizaçãoRasterização
Representação Volumétrica PLANO DE IMAGEM DISCRETO ESPAÇO DE VÓXEL DISCRETO DADO AMOSTRADO MODELO GEOMÉTRICO CONTÍNUO Reconstrução 3D Isosuperfície Voxelização Renderização Volumétrica Renderização de Superfície
Escopo
Escopo Volume de Dados > 3D (x, y, z, t) Imagem 2D Lapidação Rendering ?
Terminologia Básica Vóxel, Volume, Célula VóxelVóxel, Volume, Célula Vóxel Vóxel Volume Célula Vóxel
Terminologia Básica Vóxel (Elemento de Volume): amostra de uma posição no espaço.Vóxel (Elemento de Volume): amostra de uma posição no espaço. –Escalar –Vetorial –Tupla –Matriz –Tensor Célula Vóxel: conjunto de vóxeis organizados em uma célula espacial.Célula Vóxel: conjunto de vóxeis organizados em uma célula espacial. Volume: conjunto de vóxeis. Volume: conjunto de vóxeis.
Operador Gradiente i j k
Estimadores do gradiente:Estimadores do gradiente: –Roberts –Diferenças centrais –Diferenças parciais –Sobel –Interpolação O gradiente aproxima a normal à isosuperfície passando pelo ponto considerado.O gradiente aproxima a normal à isosuperfície passando pelo ponto considerado. O módulo de gradiente identifica a existência de uma superfície baseada na variação em torno da superfície.O módulo de gradiente identifica a existência de uma superfície baseada na variação em torno da superfície.
Operador Gradiente f(x+1,y,z) f(x-1,y,z) f(x,y,z-1) f(x,y,z+1) f(x,y+1,z) f(x,y-1,z) f(x,y,z) Diferenças centrais
Operador Gradiente Diferenças centrais f(x,y,z) f(x,y,z)=f(x+1, y, z)-f(x-1, y, z) x x2 f(x,y,z) f(x,y,z)=f(x, y+1, z)-f(x, y-1, z) y y2 f(x,y,z) f(x,y,z)=f(x, y, z+1)-f(x, y, z-1) z z2
Reamostragem i j k f(0,y,z) f(1, y, z) Interpolação Trilinear F(x,y,z) = Ax+By+Cz+Dxy+Exz+Fyz+Gxyz+H f(x,y,z) f(1,0,0) f(1,0,1) f(0,0,1) f(0,1,1) f(1,1,1) f(0,1,0) f(0,0,0) f(1,1,0) f(1,0,z) f(0,0,z) f(0,1,z) f(1,1,z)
Classificação Atribuição das Propriedades Ópticas ao VóxelsAtribuição das Propriedades Ópticas ao Vóxels Cor e OpacidadeCor e Opacidade Histograma Original Distribuição dos Tecidos Atribuição dos Materiais
Classificação de Cor Função de transferência entre volume de dados originais e volume de cores (pseudocolorização) C(i,j,k) = C(f(i,j,k)) ArGorduraMúsculoOsso Branco Vermelho Amarel o
opacidade (alpha) magnitude do gradiente função de transferência de opacidade O(F(x,y,z)) alpha = | | * O(F(x,y,z))F(x,y,z) Classificação da Opacidade
opacidade magnitude do gradiente 24 limiar da isosuperfície Classificação da Opacidade
Pipeline Gráfica para Renderização Volumétrica Segmentação Cálculo do Gradiente Reamostragem Classificação Tonalização Composição
Raycasting
Ray Traversal Schemes Depth Intensity Max Average Accumulate First
Ray Traversal - First Depth Intensity First First: extracts iso-surfaces (again!) done by Tuy&Tuy 84First: extracts iso-surfaces (again!) done by Tuy&Tuy 84
Ray Traversal - Average Depth Intensity Average Average: produces basically an X-ray pictureAverage: produces basically an X-ray picture
Ray Traversal - MIP Depth Intensity Max Max: Maximum Intensity Projection used for Magnetic Resonance AngiogramMax: Maximum Intensity Projection used for Magnetic Resonance Angiogram
Ray Traversal - Accumulate Depth Intensity Accumulate Accumulate opacity while compositing colors: make transparent layers visible! Levoy 88Accumulate opacity while compositing colors: make transparent layers visible! Levoy 88
Raycasting
Raycasting color opacity 1.0 volumetric compositing object (color, opacity)
Raycasting color opacity 1.0 object (color, opacity) volumetric compositing
Raycasting color c = c s s (1 - ) + c opacity = s (1 - ) object (color, opacity) volumetric compositing
Raycasting color opacity 1.0 object (color, opacity) volumetric compositing
Raycasting color opacity 1.0 object (color, opacity) volumetric compositing
Raycasting color opacity 1.0 object (color, opacity) volumetric compositing
Raycasting color opacity 1.0 object (color, opacity) volumetric compositing
Raycasting color opacity object (color, opacity) volumetric compositing
Raytracing
Taxonomia de Representação Volumétrica CurvolinearesRectilineares Anisotrópico Isotrópico Não-conexos Volumes Conexos IrregularesRegulares AmorfoLineares A organização está relacionada com a obtenção dos dados.