Térfogatvizualizáció

1. Térfogatvizualizáció Szirmay-Kalos László

2. Térfogati modellek hőmérséklet sűrűség légnyomás potenciál anyagfeszültség ... v(x,y,z) v(x,y,z) tárolás: 3D tömb

3. Térfogati modell megjelenítése • Kocka megjelenítése ??? • Megjelenítés átlátszó anyagként (belsejébe belelátunk) • Adott szintfelület kiemelése (külsôt lehámozzuk)

4. Átlátszó 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 (s) C(s)

5. Fényemittáló, fényelnyelő anyag

6. Számítás fénysugárkövetéssel L(s + s) = (1- (s)) · L(s) + C(s) L(s) L = 0 for(s = 0; s < T; s += s) { L = (1- (s)) · L + C(s) }

7. Számítás láthatóság sugárkövetéssel L*(s) (s) L*(s-s)=L*(s)+(1- (s)) · C(s) (s-s)=((s)) · ((s)) L* =  0 for( s = T; s >0 ; s -= s ) { L += (1- ) · C(s) (1- ) · ((s)) if (break }

8. Térfogat vetítés L(s) L(s + s) = (1- (s)) · L(s) + C(s)

9. Voxel szín és opacitás: Transfer 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 |

10. Különböző árnyalási modellek, szegmentálás

11. Phong árnyalás

12. Maximum intenzitás vetítés

13. Marching cubes v(x,y,z) > szint v(x,y,z) < szint

14. Masírozó kockák Szintérték = 110 Szintérték = 60

15. Isosurface ray casting normal = grad v v(x,y,z) > isovalue

16. GPU ray-casting right up lookat eye p q entry p = lookat + right + up , are in [-1,1] exit Unit cube with 3D texture

17. Isosurface ray-casting Full screen quad 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 } Interpolation from the corners Render a cube and store the image in a texture central differences

18. GPU Isosurface ray-casting volume, entry, exit texture ids eye, isolevel, material/light properties Ray casting Pixel shader CPU program Vertex shader Rasterization Interpolation Vertices of the window quad hpos=fullscreen textcoords Interpolated textcoords volume entrytex exittex

19. CPU program - OpenGL display void 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(); }

20. Ray casting: vertexshader voidVertexShader( in float3position : POSITION, in float2uv : TEXCOORD0, out float4 hPosition : POSITION, out float2 ouv : TEXCOORD0, out float3p : TEXCOORD1 ) { hPosition = float4(uv.x * 2 – 1,1 – uv.y * 2, 0, 1); ouv = uv; p = position; }

21. Ray casting: fragment shader voidFragmentShader( in float3 uv : TEXCOORD0, in float3p : 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; } }

22. Ray castingfragment 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); }

23. Video