本發明專利技術涉及一種借助光線投影來有效地修改三維體積的描繪的方法，包括將體積劃分為區域，輸入對描繪待執行的改變，確定由修改所涉及的區域，如果一個區域由修改所涉及，則修改被歸類為對于該區域是相關的，并且進行在涉及的區域和相關修改之間的對應，并且借助模擬的光線進行光線投影，其中對于沿著光線的采樣點僅當采樣點位于涉及的區域中時才進行修改。本發明專利技術允許在借助著色或去除影響的體積描繪進行繪制的情況下的極大的資源節省。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及用于借助光線投影(Ray Casting)有效地改變三維體積的一種方法和一種裝置。
技術介紹
本專利技術屬于體繪制(Volume Rendering)、即三維身體或對象的描繪(Darstellung)或可視化的領域。三維對象的建模、重建或可視化在醫學(例如CT、PET、MR、超聲波)、物理(例如大分子的電子結構)或地理(地層的特性和位置)領域中具有廣泛應用范圍。典型地，借助電磁波或聲波照射待檢查的對象，以檢查其特性。探測散射的射線并且從探測的值中確定身體的特征。通常地，結果是物理參數(例如密度、組織成分的分量、彈性、速度)，對于身體確定該參數的值。在此，通常使用虛擬的柵格，在其柵格點上確定參數 的值。這些柵格點或在這些位置上的參數的值通常表示為體素。通常將這些體素以所謂的灰度值的形式呈現。借助體繪制，在二維顯示面(例如監視器)上從體素中產生檢查的對象或身體的三維描繪。在此，從體素中產生所謂的像素(通常具有從體素中通過插值獲得的對象點的中間級)，從像素中合成二維圖像顯示的圖像。為了在二維顯示器上可視化三維，通常進行所謂的阿爾法合成(Alpha-Compositing)或者阿爾法分解(Alpha-Zerlegung)。在這些標準方法中，體素或從體素形成的體積點被賦予顏色以及透明度值，更精確來說是用于不透明度的值或阻光度(通常用英語Opacity表示，其表示身體的不同層的透明性或遮蓋力(Deckkraft))0更具體地，一個對象點通常對應于以對顏色分量紅、綠和藍編碼的(所謂的RGB值)三元組形式的三個顏色、和對不透明性進行參數化的所謂的阿爾法值。這些參數綜合形成顏色值RGBA，其與其它的對象點的顏色值(通常借助所謂的阿爾法混合(AlphaBlending)為了可視化部分透明的對象)組合或混合為用于像素的顏色值。為了賦予合適的顏色值，通常利用照明模型工作。該照明模型在為了可視化而對對象建模的或模擬的照明情況下考慮燈光效果(通常是對象的表面上的燈光的反射；在此可以是檢查的對象的外表面或內部層的表面)。文獻中有一系列被應用的照明模型。常用的例如有Phong模型或Blinn-Phong模型。用于體繪制的最常用的方法中的一種是所謂的Ray-Casting (光線投影)或者說模擬用于描繪或可視化身體的光照。在Ray-Casting中，將從虛擬觀察者的眼睛出發的虛擬光線，發送通過檢查的身體或檢查的對象。沿著光線，從體素確定對于采樣點(Abtastpunkt)的RGBA值，并且借助阿爾法合成或阿爾法混合合成為用于二維圖像的像素。在此，通常借助上面提到的照明模型中的一個在稱為“陰影法(Shading)”的方法的范圍內考慮照明效果。為了更好研究利用體繪制描繪的對象的特征，通常需要合適地調整對象的描繪。具體來說，可以修改或影響在顯示器上顯示的對象的描繪，例如通過對對象的部分著色、去除或放大。對于這樣的操作在英語的專業文獻中還使用體編輯和分割的概念。體編輯涉及諸如裁剪(Clipping)、裁切(Cropping)和沖孔(Punching)的干預。分割允許對對象結構、例如顯示的身體部位的解剖結構進行分類。在分割過程中例如對對象組成部分著色或去除。直接體編輯(Direct Volume Editing)的概念涉及借助于諸如筆刷(brushes)、鑿(chisels)、鉆(drills)或刀(knifes)等虛擬工具交互編輯或影響對象描繪。例如用戶可以借助于鼠標或其它觸覺或按其它工作原理的輸入裝置通過著色或切除對象部分來交互地修改在監視器上顯示的對象的圖像。在這樣處理所顯示的對象時，修改對象圖像的所計算的像素經常是不夠的，而是必須進行像素的重新計算。S卩，在諸多這樣的操作(著色、裁剪，…)中必須在每個修改的情況下重新進行體繪制。然后對對于體繪制所使用的體數據進行該操作。為此的一種方法由BUrger等人在中提出。該方法使得可以通過直接編輯復制的體積來操作描繪。存在對借助光線投影來操作對象的描繪的靈活的低開銷的方法的需求，其中，與 公知的方法相比應該主要降低存儲、計算和帶寬要求。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題是，允許借助光線投影來有效地修改三維體積(對象)的描繪。按照本專利技術提出，對于借助光線投影對三維體積或對象的描繪的修改(著色、裁剪等)引入區域并且在所涉及的區域和相關的修改之間進行對應。在將體積劃分為區域或單元時這些區域或單元優選地相應于體積的如下空間點在這些空間點給出表征了對象的參數的值。所述參數例如是諸如借助測量所確定或重建的密度值。有意義的是，然后對于每個空間點精確確定一個區域，即，在該優選的解決方案中對于每個這樣的空間點或對于每個體素精確地定義一個區域。例如，可以借助參數來進行對描繪的待進行的修改的輸入。例如，在此通過待修改的體積和對于體積待執行的描繪修改來定義該修改。該描繪修改例如可以借助傳輸函數、RGBA值或阻光度值或其組合來編碼。待修改的體積可以由體積片段組合而成。通過參數，諸如邊緣點和半徑，然后可以確定單個的片段和由此確定體積。在確定修改之后，確定由修改所涉及的區域。在此，標準可以是在區域和待修改的體積之間的非空的交集。如果一個區域由修改所涉及，則修改被歸類為對于該區域是相關的。按照本專利技術進行在涉及的區域和相關的修改之間的對應。在此，優選地至少對于所涉及的區域分別給出一個信息，該信息對于各個區域確定一批相關修改。該對應可以借助列表來實現。該列表例如向區域分配標識了相關的改變的指數。在此，還可以僅一個修改是相關的或者沒有修改是相關的。按照一種構造，對每個區域給出最大指數和最小指數，其被這樣選擇，使得所有相關指數位于通過這兩個指數作為邊界給出的指數區間。即，通過指數的循環采集所有相關修改。最后，借助模擬的光線進行光線投影，其中對于沿著光線的采樣點僅當采樣點位于所涉及的區域中時才進行修改。為此目的，可以對于一個采樣點首先確定該采樣點所位于其中的區域。對于采樣點的光線投影值的計算，對修改的考慮限于對于所述區域作為相關而對應的修改。通過本專利技術，光線投影的執行在描繪的體積的修改過程中在著色或去除層的過程中更有效。對于采樣值的計算僅須檢查并且必要時考慮有限集合的修改，其中該集合還可以包括一個元素或沒有元素。由此可以實現極大的開銷降低。按照一種擴展，進行多個修改并且對于所涉及的區域分別分配所有相關修改。在此，如果進行后面的第二修改(通過所述第二修改，第一修改在區域的描繪中不再可見)，則第一修改被歸類為對于一個區域不再相關。對于不再相關的修改，解除在修改和區域之間的對應。該工作方式例如考慮了如下情況，在該情況中，后面的修改完全覆蓋區域，使得較早的在描繪中不再起作用。本專利技術還包括一種用于執行按照本專利技術的光線投影的裝置。附圖說明以下借助附圖詳細解釋本專利技術的實施方式。附圖中，圖I示出了光線投影方法的原理圖2示出了借助參數輸入待修改的區域 圖3示出了通過參數輸入的劃線圖4示出了借助參數定義的片段圖5示出了細分為區域的體積和在按照本專利技術的繪制框架內對其的描繪圖6示出了用于按照本專利技術的方法的流程7示出了用于執行按照本專利技術的方法的硬件結構具體實施例方式以下假定，對于體積或由該體積包圍的待描繪的對象獲得一種表示(Reprasent本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種借助光線投影來有效地修改三維體積的描繪的方法，包括：？將所述體積劃分為區域，？輸入對描繪待執行的改變，？確定由修改所涉及的區域，？如果一個區域由修改所涉及，則該修改被歸類為對于該區域是相關的，并且？進行在所涉及的區域和相關修改之間的對應，？借助模擬的光線進行光線投影，其中，對于沿著光線的采樣點僅當所述采樣點位于所涉及的區域中時才進行修改。
【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：K恩格爾，
申請(專利權)人：西門子公司，
類型：發明
國別省市：
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