Renderização de Isosuperficies Baseada em Cell Projection Marcos Machado 10/12/2004.

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1 Renderização de Isosuperficies Baseada em Cell Projection Marcos Machado 10/12/2004

2 Introdução Dado volumétrico não-estruturado Volume rendering: –Projected Tetrahedra –Cell Projection –Ray Tracing –...

3 Cell Projection Baseado em Hardware Gráfico M. Weiler, M. Kraus, and T. Ertl. Hardware-Based View-Independent Cell Projection. In Procceedings of IEEE Symposium on Volume Visualization 2002 Características: –Paralelizável –Independência do observador –Permite otimizações como display list ou vertex array do OpenGL

4 Cell Projection Campo escalar varia linearmente no tetraedro Rasteriza faces visíveis de cada tetraedro: –OpenGL backface culling => independência do observador –sf calculado pelo rasterizador –Calcular sb e a contribuição entre os 2 pontos Volume rendering Rendering de isosuperficie v2 v0 v1 v3 s0 s1 s2 s3 sf sb eye

5 Ponto de saída: menor dos t i > 0 Cálculo do Ponto de Saída v2 v1 v3 f2f3 f1

6 Cálculo do Ponto de Saída Projeção ortográfica –View direction é constante –Parâmetros t i variam linearmente ao longo dos fragmentos da face –t i podem ser calculados para os vértices da face frontal no vertex program –Rasterizador interpola os t i para cada fragmento –Teste dos t i feito no fragment program. Projeção perspectiva –Cálculo dos t i e teste devem ser executados no fragment program

7 Cálculo do Valor no Ponto de Saída Campo escalar varia linearmente no tetraedro => gradiente constante

8 Cálculo do gradiente v2 v0 v1 v3 s0 s1 s2 s3

9 Renderização de isosuperfícies via Cell Projection v2 v0 v1 v3 s0 s1 s2 s3 sfsb eye Teste codificado em uma textura 2d

10 Renderização de isosuperfícies via Cell Projection s iso3 s iso2 s iso1 s iso2 s iso3 sf sb

11 Cg Vertex Program struct vert_in { float4 vertex : POSITION; float4 scalar : COLOR0; // Escalar normalizado. float4 vertex3 : NORMAL; // Vértice oposto à face. float3 normal0 : TEXCOORD0; // Normais das outras faces. float3 normal1 : TEXCOORD1; float3 normal2 : TEXCOORD2; float3 gradient : TEXCOORD3; // Gradiente do escalar no tetraedro. }; struct vert2frag { float4 vertexCS : POSITION; // Vertice no espaco de clipping float4 sf : COLOR0; float3 normal0 : TEXCOORD0; float3 normal1 : TEXCOORD1; float3 normal2 : TEXCOORD2; float3 gradient : TEXCOORD3; float3 dir : TEXCOORD4; float3 vertexOS : TEXCOORD5; // Vertice no espaco do objeto float3 vertex3 : TEXCOORD6; };

12 Cg Vertex Program vert2frag main(vert_in IN, uniform float4x4 ModelViewProj, uniform float4x4 ModelViewI, uniform float3 EyePosVP) { vert2frag OUT; OUT.vertexCS = mul(ModelViewProj, IN.vertex); OUT.sf = IN.scalar; OUT.vertex3 = IN.vertex3.xyz; OUT.normal0 = IN.normal0; OUT.normal1 = IN.normal1; OUT.normal2 = IN.normal2; OUT.gradient = IN.gradient; // Posição do olho no sistema do objeto float3 EyePos = mul( ModelViewI, float4(0,0,0,1)).xyz; OUT.dir = IN.vertex.xyz - EyePos; OUT.vertexOS = IN.vertex.xyz; return OUT; } cgGLSetStateMatrixParameter(cgGetNamedParameter( _program_vp, "ModelViewProj"), CG_GL_MODELVIEW_PROJECTION_MATRIX, CG_GL_MATRIX_IDENTITY); cgGLSetStateMatrixParameter(cgGetNamedParameter( _program_vp, "ModelViewI"), CG_GL_MODELVIEW_MATRIX, CG_GL_MATRIX_INVERSE);

13 Cg Fragment Program struct vert2frag { float4 vCS : POSITION; // Posicao do fragmento no espaco de clipping float4 sf : COLOR0; float3 normal0 : TEXCOORD0; float3 normal1 : TEXCOORD1; float3 normal2 : TEXCOORD2; float3 gradient : TEXCOORD3; float3 dir : TEXCOORD4; float3 vOS : TEXCOORD5; // Posicao do fragmento no espaco do objeto float3 vertex3 : TEXCOORD6; }; struct frag_out { float4 color : COLOR; };

14 Cg Fragment Program frag_out main(vert2frag IN, uniform sampler2D IsoSurfTex) { frag_out OUT; float t = 10000.0; // inicializa com valor alto float ti; float3 aux1; float aux2; float3 dir_n; // direcao normalizada dir_n = IN.dir; //dir_n = normalize(IN.dir); // Acha menor t positivo dentre as interseções do raio com as outras faces do tetraedro. // t = (V3 - V).Ni / D.Ni aux1 = IN.vertex3 - IN.vOS; // (vértice oposto - posição de entrada do raio) aux2 = 1.0f / dot(dir_n, IN.normal0); ti = dot(aux1, IN.normal0) * aux2; if (ti > 0.0f) t = min(t,ti);

15 Cg Fragment Program aux2 = 1.0f / dot(IN.dir, IN.normal1); ti = dot(aux1, IN.normal1) * aux2; if(ti > 0.0f) t = min(t,ti); aux2 = 1.0f / dot(dir_n, IN.normal2); ti = dot(aux1, IN.normal2) * aux2; if(ti > 0.0f) t = min(t,ti); // Calcula Sb = Sf + t(G.D) // Coordenadas de textura: // Isosurfaces: (sb, sf) aux1.x = IN.sf.x + t*dot(IN.gradient, dir_n); aux1.y = IN.sf.x; // Cor sem iluminação OUT.color = tex2D(IsoSurfTex, aux1.yx); return OUT; }

16 Resultados Volume de 17x17x17 24576 tetraedros Janela 320x240 AMD Athlon XP 2200+ 1.80 GHz 256 MB de RAM NVIDIA GeForce FX5200 5.0 fps

17 Resultados Campo com simetria planar isovalores: 0.3(R), 0.5(G) e 0.9(B) Campo com simetria esférica isovalores: 0.3(R), 0.5(G) e 0.9(B)