[发明专利]用于对三维对象按体积地进行可视化的方法和可视化设备

说明书

本发明涉及用于对三维对象按体积地进行可视化的方法和可视化设备。为了在环境图像内对三维对象进行可视化，探测和选择环境图像的至少一个密集光源。此外对于相应的可视化像素模拟大量视线。按照本发明，对于侵入到对象体积中的相应视线，i）确定散射位置，ii）选取散射方向，其中根据第一随机过程判定：视线是朝密集光源的方向还是朝根据第二随机过程要选取的散射方向散射，和iii）使视线朝所选取的散射方向散射。重复步骤i）至iii），直至视线在对象体积中被吸收或者从所述对象体积射出并且射中环境图像。在此根据环境图像的强度值确定视线对相应可视化像素的照明贡献。确定相应可视化像素的强度值，其方式是对大量视线的照明贡献取平均。

技术领域

本发明涉及体绘制（Volume-Rendering）、也即通过图像合成对非均匀（inhomogen）三维对象进行可视化的技术领域。这样的对象尤其可以是真实的主体（Körper）或者虚拟地建模的对象。三维对象的可视化具有大量应用范围，尤其在医学中、在地球物理学中、在材料研究中、在虚拟现实领域上和/或在计算机游戏中。

背景技术

在体绘制的情况下，内部体积也被可视化、也即不仅仅非均匀对象的表面被可视化，使得透明效应和/或内部结构也可以以切合实际的方式被再现（widergegeben）。在此情况下，通过体数据（Volumendaten）以三维分辨率代表三维对象。

用于体绘制的已知方法是所谓的光线投影（Ray-Casting），其中虚构射线的走向（以下称作视线（Sehstrahlen））被模拟，所述虚构射线从虚构观察者的眼睛或者从虚构探测器出发，并且穿过要可视化的对象伸展。沿着视线为对象之内的点确定照度值（Beleuchtungswerte）。最后，由针对视线所确定的照度值组成可视化的二维图像。

切合实际的可视化要求尽可能全面地考虑全局光照效应（Effekten derglobalen Illumination）、诸如环境遮蔽、阴影投射、透光性、所谓的渗色（Colour-Bleeding）、表面荫蔽、复杂摄影效果和/或通过任意的环境光照条件所引起的照明。这样的照明效应尤其在体绘制的情况下显著地有助于景深感觉和外形感觉并且因此有助于更好的图像理解。

为了计算切合实际的阴影表示，常常使用合成光源用于照明。这样的合成光源虽然经常提供良好的阴影表示，但是通常给经合成的图像以合成的、不自然的外观，而其它照明方法在看上去自然的图像的情况下仅能够合成不清晰的阴影。

由Thomas Kroes 等人的出版物“Exposure Render: An Interactive Photo-Realistic Volume Rendering Framework”（PLoS ONE, Volume 7, Issue 7, 2012年7月）已知一种体绘制方法，所述体绘制方法使用蒙特卡罗模拟（Monte-Carlo-Simulation）用于跟踪视线。然而为了计算切合实际的荫蔽效应，除了相应的视线之外，可以跟踪对象体积之内的其它射线，这引起巨大的计算耗费。除此之外，需要所谓的重要性抽样（Importance-Sampling），这影响蒙特卡罗方法的统计特性。

发明内容

本发明的任务是：说明用于对三维对象按体积地进行可视化的方法、可视化设备、计算机程序产品以及计算机可读存储介质，所述方法、可视化设备、计算机程序产品以及计算机可读存储介质允许高效地包含全局光照效应，其尤其具有切合实际的阴影表示。

通过用于在作为照明源的环境图像之内对三维对象按体积地进行可视化的方法、通过用于对三维对象按体积地进行可视化的可视化设备、通过用于对三维对象（按体积地进行可视化的具有计算机程序产品的计算机可读存储介质来解决所述任务。