タイルドディスプレイを用いた大規模ボリューム可視化システム向け 3 次元ユーザインタフェースの提案

タイルドディスプレイを用いた大規模ボリューム可視化システム向け3次元ユーザインタフェースの提案タイルドディスプレイを用いた大規模ボリューム可視化システム向け3次元ユーザインタフェースの提案 1)繁田浩功　4)桑野浩　4)河村拓馬　5)坂本尚久　2)3)野崎一徳　 1)2)江原康生　1)2)清川清　5)小山田耕二　1)2)竹村治雄 4)京都大学大学院工学研究科 5)京都大学高等教育研究開発推進センター 1)大阪大学大学院情報科学研究科 2)大阪大学サイバーメディアセンター 3)大阪大学臨床医工学融合研究教育センター

背景 • ボリュームレンダリングの進歩 • 半透明、霧状にレンダリング • 全体を見渡すことが可能 • データの高精細化 • 一般的なディスプレイでは不十分 • 実時間でのレンダリングが困難 • データの複雑化 • 3次元データの構造把握が困難頭部のレンダリング（Krats et al. 2007）地球シミュレータによる雲のレンダリング

口腔内の発声時気流シミュレーション • 発声時の気流の観察により特徴的な情報が得られる • 歯の形状と発声音の相関関係など 7,000万メッシュの大規模非構造解析データ発声時の口腔内断面と発声イメージ

3次元インタフェースの関連研究 • マジックレンズ • 範囲内のレンダリング方法を変更する手法 • 空間歪曲手法 • 空間を歪曲し、必要な情報を取り出しやすくする手法 Viega et al. 1996, Ropinski et al., 2004 Sheelagh et al., 1996

研究の目的とアプローチ • 目的 • ボリュームデータの観察・分析のための有用で直感的な3次元ユーザインタフェースの提案とその評価 • アプローチ • 粒子ベースボリュームレンダリング手法により大規模データに適応 • タイルドディスプレイにより高精細表示を実現 • 空間歪曲法により3次元データの構造把握を支援

ボリュームレンダリング手法 • 一般的な半透明処理 • アルファブレンディング処理 • 視点に沿って不透明度の積分処理を行う • 視線順奥行きソートの事前処理による高速化 • 積分の結果を再利用するため、視点を基準とした順序付けを行う • それぞれ積分処理、順序付けがボトルネック半透明ボクセルボリュームデータ

1.0 粒子ベースボリュームレンダリング • ボリュームデータを不透明粒子群で表現 • 確率密度分布に基づき、乱数を用いて粒子を生成 • 最後に平均化処理を行い、半透明を実現

1.0 大規模データに適する粒子ベースボリュームレンダリング • アルファブレンディング処理・順序付けが不要 • 順序付け・積分計算によるボトルネックを解消 • データの分散処理が容易

レンダリング例 口腔内の /s/ 発音時圧力変化の可視化結果ポンプの大規模構造解析結果（ミーゼス応力の可視化）

タイルドディスプレイ • 複数のディスプレイを格子上に並べて大画面を構築可能 • ミドルウェアとして SAGE (Scalable Adaptive Graphic Environment) を利用

[ OptiTrack ] 実装：試作システムの構成

空間歪曲インタフェースの試作 • 一般的なポリゴンデータに対して実装 • ワンドの位置に応じて、空間の拡大を行う • GPUの頂点シェーダによる座標変換を利用 • 変換関数：

空間歪曲インタフェースの動作例

可視化・3DUI統合の問題 • 空間歪曲法による変形と可視化結果との整合性 • 拡大処理により粒子が疎になる例の対処法 • 密度の整合を保つために各粒子の大きさを調整 • 粒子をリアルタイムに補充 • リアルタイム性の確保 • 興味領域のみ詳細に描画するなどの工夫が必要 • 3DUIによる計算コストを抑えることが必要拡大拡大中心

まとめと今後の課題 • 大規模ボリュームデータに適した直感的で有用な3次元インタフェースの提案 • 粒子ベースボリュームレンダリング、タイルドディスプレイ、空間歪曲法を統合 • 問題点の指摘と、基盤部分のシステム実装の紹介 • 今後の課題 • 空間歪曲法と粒子ベースボリュームレンダリングの統合 • 試作システムの評価 • 変形関数・アルゴリズムの検討 • 他の3DUIと空間歪曲法との比較

タイルドディスプレイを用いた 大規模ボリューム可視化システム向け 3 次元ユーザインタフェースの提案