[发明专利]快速渲染二次曲面

说明书

本发明题为“快速渲染二次曲面”。本文所述实施方案包括一种设备，该设备包括显示器和处理器，该显示器包括屏幕。处理器被配置成在屏幕上限定界定区域。处理器还被配置成在显示在屏幕上的心脏的表面的三维电解剖图上针对界定区域中的每个像素通过以下方式渲染限定在参数空间中的二次曲面：将穿过像素的虚拟光线转化到参数空间，从而确定转化的虚拟光线和二次曲面之间的交汇点是否存在于参数空间中，并且随后，假设交汇点存在，基于交汇点的属性来在屏幕上渲染像素。本发明还描述了其他实施方案。

技术领域

本发明涉及计算机图形领域，尤其涉及二次曲面渲染。

背景技术

在已知为光线投射法的渲染技术中，计算机模拟光线到虚拟场景的投射，并根据这些光线和场景中的对象的交互作用来渲染场景。

在一些渲染应用中，虚拟场景中的对象被建模为二次曲表面或“二次曲面”。二次曲面的公式可以齐次(x,y,z,w)坐标表示为Ax²+2Bxy+2Cxz+2Dxw+Ey²+2Fyz+2Gyw+Hz²+2Izw+Jw²＝0。更简洁地，可将其写为矩阵形式X^TQX＝0，其中并且(通常，w被设置为1。)二次曲面的示例包括球体、椭圆体、圆柱体、圆锥体、双曲线抛物面、抛物面以及双曲面。

光线可由公式R＝O+tD表示，其中R是光线上的任何点，O是光线的原点，D是光线的方向矢量，并且t是标量参数。R、O和D可以齐次坐标表示。

Sigg、Christian等人的“GPU-Based Ray-Casting of Quadratic Surfaces,”SPBG,2006(以引用方式并入本文)基于GPU加速的抛雪球算法提出了二次原体的有效渲染技术。

发明内容

根据本发明的一些实施方案，提供了包括显示器和处理器的设备，该显示器包括屏幕。处理器被配置成在屏幕上限定界定区域。处理器还被配置成在显示在屏幕上的心脏的表面的三维电解剖图上方针对界定区域中的每个像素通过以下方式渲染限定在参数空间中的二次曲面：将穿过像素的虚拟光线转化到参数空间，从而确定转化的虚拟光线和二次曲面之间的交汇点是否存在于参数空间中，并且随后，假设交汇点存在，基于交汇点的属性来在屏幕上渲染像素。

在一些实施方案中，处理器还被配置成在参数空间中限定二次曲面，使得二次曲面由具有八个角部的立方体界定，八个角部中的两个角部分别位于(-1,-1,-1)和(1,1,1)。

在一些实施方案中，处理器被配置成通过以下方式来限定界定区域：

将立方体的角部转化到屏幕空间，该屏幕空间根据屏幕的坐标系而限定，以及

限定界定区域，使得界定区域为转化的角部的最小界定矩形。

在一些实施方案中，处理器还被配置成限定二次曲面，使得二次曲面可通过4x4对角矩阵Q表示。

在一些实施方案中，

虚拟光线具有光线原点O和光线方向矢量D，

处理器被配置成通过计算O'和D'来转化虚拟光线，O'为转化到参数空间的光线原点O，D'为转化到参数空间的光线方向矢量D，并且

处理器被配置成通过按以下方式尝试计算交汇点来确定是否存在交汇点：

计算第一系数a＝D'^TQD'，其中D'^T是D'的转置，计算第二系数b＝2D'^TQO'，并且计算第三系数c＝O'QO'，并且

随后针对参数t求解at²+bt+c＝0。