TérfogatvizualizációTérfogatvizualizáció

Szirmay-Kalos László

Térfogati modellekTérfogati modellek

v(x,y,z)

hőmérsékletsűrűséglégnyomáspotenciálanyagfeszültség...

v(x,y,z)

tárolás: 3D tömb

Térfogati modell megjelenítéseTérfogati modell megjelenítése

Kocka megjelenítése ??? Megjelenítés átlátszó anyagként (belsejébe

belelátunk) Adott szintfelület kiemelése (külsôt

lehámozzuk)

Átlátszó anyagokÁtlátszó anyagok

L(s + ds) L(s)

dL(s)/ds = - kt · L(s) + ka · Le + f(‘,) Li(‘) d ‘

L(s + s) L(s)

L(s + s) = L(s) - kt s · L(s) + Li(s) s

C(s)(s)

Fényemittáló, fényelnyelő anyagFényemittáló, fényelnyelő anyag

Számítás fénysugárkövetésselSzámítás fénysugárkövetéssel

L = 0for(s = 0; s < T; s += s) {

L = (1- (s)) · L + C(s)}

L(s)

L(s + s) = (1- (s)) · L(s) + C(s)

Számítás láthatóság Számítás láthatóság sugárkövetésselsugárkövetéssel

L* = 0for( s = T; s >0 ; s -= s ) {

L += (1- ) · C(s) (1- ) · ((s))if (break

}

L*(s)

(s) L*(s-s)=L*(s)+(1- (s)) · C(s)(s-s)=((s)) · ((s))

Térfogat vetítésTérfogat vetítés

L(s)

L(s + s) = (1- (s)) · L(s) + C(s)

Voxel szín és opacitás: Voxel szín és opacitás: Transfer functionsTransfer functions

Röntgen: – opacitás = v(x,y,z)– C(0) = 1, egyébként 0

Klasszikus árnyalási modellek– opacitás: v osztályozása– C = árnyalási modell (diffúz + Phong)

normál = grad v opacitás *= | grad v |

Különböző árnyalási modellek, Különböző árnyalási modellek, szegmentálásszegmentálás

Phong árnyalásPhong árnyalás

Maximum intenzitás vetítésMaximum intenzitás vetítés

Marching cubesMarching cubes

v(x,y,z) < szint

v(x,y,z) > szint

Masírozó kockákMasírozó kockák

Szintérték = 110 Szintérték = 60

Isosurface ray castingIsosurface ray casting

v(x,y,z) > isovalue

normal = grad v

GPU ray-castingGPU ray-casting

Unit cube with 3D texture

eyelookat

rightup

p = lookat + right + up

, are in [-1,1]

pqentry

exit

Isosurface ray-castingIsosurface ray-casting

For each pixel Find pixel center p raydir = normalize(p – eye); Find exit and entry for(t = entry; t < exit; t+=dt) { q = eye + raydir * t;

if (volume[q] > isovalue) break; } normal vector estimation; illumination}

Full screen quadInterpolation from the corners

central differences

Render a cubeand store the imagein a texture

GPU GPU Isosurface ray-castingIsosurface ray-casting

CPU program

Vertex shader

Pixelshader

Verticesof thewindow quad

hpos=fullscreentextcoords

volume, entry, exit texture idseye, isolevel, material/light properties

RasterizationInterpolation

volumeentrytexexittex

Interpolatedtextcoords

Ray casting

CPU program - OpenGL displayCPU program - OpenGL displayvoid Display( ) { cgGLSetParameter3f(eye, 10, 20, 30); cgGLSetParameter3f(lookat, 3, 5, 6); cgGLSetParameter3f(right, Right.x, Right.y, Right.z); cgGLSetParameter3f(up, Up.x, Up.y, Up.z);

// PASS: non uniform parameters glBegin( GL_QUADS ); Vector p = lookat - Right + Up; glTexCoord2f(0, 0); glVertex3f(p.x, p.y, p.z)

p = lookat - Right - Up; glTexCoord2f(0, 1); glVertex3f(p.x, p.y, p.z)

p = lookat + Right - Up; glTexCoord2f(1, 1); glVertex3f(p.x, p.y, p.z)

p = lookat + Right + Up; glTexCoord2f(1, 0); glVertex3f(p.x, p.y, p.z) glEnd();}

Ray castingRay casting: vertex: vertex shadershader

void VertexShader( in float3 position : POSITION, in float2 uv : TEXCOORD0,

out float4 hPosition : POSITION, out float2 ouv : TEXCOORD0, out float3 p : TEXCOORD1 ) {

hPosition = float4(uv.x * 2 – 1, 1 – uv.y * 2, 0, 1); ouv = uv; p = position;}

Ray castingRay casting: : fragment shaderfragment shadervoid FragmentShader( in float3 uv : TEXCOORD0,

in float3 p : TEXCOORD1, uniform float3 eye, uniform sampler2D entrytex, exittex,

uniform sampler3D volume, uniform float isolevel, uniform float3 lightdir, lightint, kd

) : COLOR{ float entry = tex2d(entrytex, uv); float exit = tex2d(exittex, uv); float raydir = normalize(p – eye); float dt = (exit – entry) / STEPS; bool found = false; float3 q; for(t = entry; t < exit; t += dt) { if ( !found ) {

q = eye + raydir * t; if (tex3D(volume, q).r > isolevel) found = true;}

}

Ray castingRay casting fragment shader cont’dfragment shader cont’d

float3 color = float3(0, 0, 0); // background color if ( found ) { float3 normal;

normal.x = tex3d(volume, q + float3(1/RES,0,0)) – tex3d(volume, q - float3(1/RES,0,0));

normal.y = tex3d(volume, q + float3(0,1/RES,0)) – tex3d(volume, q - float3(0,1/RES,0));

normal.z = tex3d(volume, q + float3(0,0,1/RES)) – tex3d(volume, q - float3(0,0,1/RES)); normal = normalize( normal );

color = lightint * saturate(dot(lightdir, normal)); } return float4(color, 1);}

VideoVideo