[发明专利]虚拟3D环境中的物体定义

说明书

技术领域

本发明涉及对计算机生成的虚拟环境的辅助探索，并且具体来说涉及在这样的环境中的对分立物体的识别。

背景技术

在许多领域(例如工程、材料科学、医学成像、天体物理学)中发现体积数据集。对体积数据集的探索是重要的，并且被用户的特定需求严重影响。例如，在绝大多数机场中，在行李检查的背景下，安检员涉及这样的数据探索。X射线和断层扫描是两种通常使用的荧光检查扫描系统。X射线系统提供平整的2D行李扫描，而断层扫描系统提供横断扫描，也被称为切片。由于诸如拉东变换之类的数据处理技术，这些系统可以产生完整的3D扫描，包括具有对应的密度数据的体素集合。由于得到的X射线扫描的图像仅包含体素或像素密度，因此它不能显示原始的材料颜色。标准的颜色视觉映射使用三种不同的颜色(橙、绿、和蓝)来显示数据密度。橙色对应于低密度(主要是有机的物件)。相反，蓝色用于高密度值(即，金属)。在X射线系统的情况下，绿色对应于不同种类的材料或平均密度材料的重合。

图1示出了其中物品可能在扫描中被混淆的方式中的一些方式。如图1中示出，所显示的2D扫描图像可能经受四个问题：

重合：威胁(例如，禁止的物体，如刀、切割器……)可能隐蔽在密致材料后方。有时候，不可能使用诸如高渗透(增强的X射线功率)或图像处理(对比度加强)之类的功能来看穿该蒙蔽的屏障。如图1中示出的，右上角101中的雨伞和一些密致物体可能混淆感兴趣的物体。

位置：取决于其在行李内部的位置，可能难以检测威胁。位于角落中的、边缘中或行李框架内部的物体非常难以识别。如图1中示出的，可伸缩的手推车把手和箱子的坚硬角落102可能混淆感兴趣的物品。

分解：掩饰威胁的另一种方式是在行李中分离和展开其部分(武器或爆炸物由许多单独的物件构成，比如扳机、枪管……)。这种分解可以与其它掩饰技术组合。如图1中示出的，存在可能不太引起特定注意的但可能被组装以形成感兴趣的某个物品的多个明显难以描述的物件103。

诱饵：恶意的个体可以使用诱饵来隐藏真实的威胁。例如，类似小剪刀的小威胁可以清楚可见并捕获安检员的注意，而较重要的威胁保持隐藏。如图1中示出的，金属棒104可能引起用户的注意，使其远离某个不那么可见的威胁。

在许多科学领域中，利用直接体积渲染技术的体积数据探索对于在视觉上提取相关结构具有很大帮助：医学成像、天体物理学以及最近在行李安检中。为了利用该知识提取，已经开发了许多技术。在该领域中已知多种现有的基础技术，包括体积可视化、传递函数、直接体素操纵以及关注加上下文交互。

具体来说，体积可视化可以利用几何渲染系统来完成，该几何渲染系统将数据转换成表示等位面的一组多边形。等高线树算法和诸如分支分解之类的其它替代方式通常用于找到这些等位面。等高线树算法可能易受噪声影响，而这在行李检查中可能是有问题的，这是因为诸如钢之类的密致材料通过反射X射线来造成噪声。

为了调查体积数据集，可以使用传递函数(TF)。实际上，这将体素密度与特定的颜色(包括其透明度)映射。传递函数可以是1维、2维或者n维的，并对在体积数据中隔离感兴趣的结构有很大帮助。由于混色处理，适当的传递函数也可以显示等位面或隐藏密度来改进体积数据可视化。

在诸如关于图1所描述的环境之类的环境中产生具体的困难，这个困难是用户对特定的感兴趣的物品的查看将通常被不感兴趣的多个其它物体混淆。为了较好地查看感兴趣的物体，用户可能期望隔离或突出显示感兴趣的物体，或者选择性地移除或较少渲染可见的干涉物体。然而，在基于体素的环境中，不存在对物体的固有检测，这是因为整个环境仅仅是变化的密度的体素的矩阵。在这种环境中，期望提供用于有效地识别分立物体的功能。

发明内容

根据第一方面，提供了一种基于由体素的集合定义的三维体积来选择体素以在计算机生成的图像中显示的方法，所述方法包括以下步骤：选择具有超过预定阈值的标量元数据值的第一体素，评估与所述第一体素相邻的每个体素，以及选择和标记其标量元数据值阈值超过所述预定标量元数据值阈值的每个相邻体素。这些评估、选择和标记的步骤针对与标记的体素相邻的每个体素进行重复，直到没有另外的体素满足标准以进行评估为止。该方法提供了一种用于在一组体素中隔离物体的快速机制，具有对系统资源的最小需求。

根据第一方面的展开，显示标记的体素。显示物体可以就其本身是结束，并且还允许识别和基础阈值的有效性的视觉确认，由此避免错误。