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Uma apresentação sobre visualização volumétrica com Ray Casting.
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Visualização Volumétrica com Raycasting
André Castro & Rafael Vieira
Índice
1.Introdução2.Surface x volume rendering3.Algoritmo básico4.Construindo um voxel5.Interpolação trilinear 6.Intersecção e amostras7.Front-to-back e back-to-front 8.Quanto vale um pixel?9.Exemplo com força bruta10.Referências e próxima aula
Introdução
Motivação: * Grandes conjuntos de dados volumétricos capturados por PET(Position Emission Tomography), CT(Computer Tomography Scanners) e MRI(Ressonância Magnética) * Grandes conjuntos de dados volumétricos capturados por Satélite * Aréas de conhecimento que se beneficiam com a Visualização Volumétrica: Medicina, Geologia, Meteorologia e Bioquímica. Obs: os dados caracterizam-se normalmente como pontos no espaço associados a uma ou mais propriedades do modelo
Surface x volume renderingSurface
Vantagens:
* Velocidade para a geração * Pouco espaço de armazenamento necessário
Desvantagens:
* Geração de Falsos Positivos e Falsos Negativos* Baixa eficiência em volumes compostos por muitas microestruturas
Volume
Vantagens:
* Não impõe uma estrutura geométrica * Permite o uso de materiais com transparência parcial ou total
Desvantagens: * Todos os voxels participam na geração de cada Imagem * Tempo cresce proporcional ao tamanho do conjunto de dados volumétricos
Raycasting, splatting, shear-warp(Volume)Marching cubes, união de contornos (Surface)
Algorimo básico(volume rendering)
Algoritmo básico
* Para todos os pixels em uma tela trace raios
* Classifique os voxels na direção do raio * Interpole os valores de cor e opacidade de cada voxel para pontos de amostragem desconhecidos * Calcule a intensidade final para cada pixel como um somatório dos voxels associados * Gere o modelo
Construindo um voxel
Propriedades: * cor * opacidade * pertinentes ao modelo * posição no espaço
Nem todos os voxels existentes no cenário possuem tais propriedades no ínicio, solução? Interpolação * Entre os vértices do voxel * Entre os 8 voxels vizinhos mais próximos(melhor resultado)
Interpolação trilinear
Interpolamos em Z:
Diferença de x,y,z para as menores coordenadas
Interpolamos em Y:
Interpolamos em X:
Intersecção e amostras
Front-to-back e back-to-front
O raio pode ser processado: * Do primeiro ponto de interseção ao último (front-to back)ou
* Do último ponto de intersecção ao primeiro(back-to-front)
Back-to-front
Cin: Cor do Raio ao entrar no Voxel
Cout: Cor do Raio ao Sair do Voxel
C: Cor do voxel atual
Cor do raio ao longo do trajeto:
Sombreamento com phong:
Quanto vale um pixel?
Intensidade luminosa em um pixel:
Somatório das propriedades dos Voxels:
Somatórios em RGB segundo Levoy:
Exemplo com força bruta
Referências
* Visualização Volumétrica, Isabel Harb Manssour 1 e Carla Maria Dal Sasso Freitas 2
* Efficient Ray Tracing of Volume Data, Marc Levoy * Display of Surfaces, Marc Levoy
Na próxima aula:
* Refinamentos no algoritmo de Levoy* Uso de densidades distribuídas por Kajiya
Demonstração da Fórmula de Levoy