Institute for Visualization and Interactive Systems
IMMD IX - Volumenvisualisierung
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Volumenvisualisierung
Das Problem der graphischen Darstellung von Volumendaten gilt als
zentrales Forschungsgebiet der wissenschaftlichen Visualisierung.
Neben der Konturflächenbestimmung werden dreidimensionale
Skalarfelder, wie sie entweder aus Messungen (z.B. bildgebende
Verfahren der Medizin, seismische Untersuchungen) oder aus
Simulationsrechnungen (z.B. Strömungsmechanik, Atomphysik) herrühren,
heute in zunehmendem Maße durch direkte Volume-Rendering-Verfahren
visualisiert. Hier liefert im Prinzip jedes Volumenelement einen
Beitrag zum endgültigen Bild, so daß auch tiefer liegende Schichten
durch Transparenz sichtbar gemacht werden. Dabei können durch die
flexible Abbildung der Datenwerte auf Farbe und Opazität
unterschiedliche Strukturen und Phänomene sehr effizient visualisiert
werden. Forschunsaktivitäten in diesem Bereich finden auf
unterschiedlichen Ebenen statt:
Methoden:
Volumenvisualisierungsverfahren basieren heute fast
ausschließlich auf den Näherungen des
"Absorptions-Emissions-Modells", das Streuung und
Frequenzabhängigkeiten als unerwünschte Effekte in der
Strahlungstransportgleichung nicht berücksichtigt. Beim Rendering
von Szenen mit volumetrischen Objekten (z.B. Nebel, Wolken, etc.)
sind diese Phänomene für eine realistische Darstellung jedoch
unverzichtbar. Hierzu wurden die Grundlagen für die Integration
des Volume-Radiosity-Ansatzes in das Vision-System erarbeitet.
Algorithmen:
Eine wesentliche Verkürzung der
Volume-Rendering-Zeiten kann für Röntgenbild-artige Darstellungen
unter Ausnützung des Fourier-Projection-Slice-Theorems im
Frequenzraum erzielt werden. Ein auf der Hartley-Transformation
basierendes Fourier-Volume-Rendering-Verfahren wurde implementiert,
der zur genauen Rekonstruktion benötigte Filter wurde mit
biorthogonalen Wavelets realisiert.
Parallele Implementierung:
Aus der Klasse der
Projektionsverfahren wurde der Hierarchical Splatting Algorithmus im
Rahmen des Shared-Memory-Programmiermodells auf der CONVEX Exemplar
SP1000, einem Parallelrechner mit verteiltem gemeinsamen Speicher
implementiert. Der Octree-Traversal wurde auf der Basis der
Thread-Library mit einem geeigneten Loadbalancing-Verfahren, das
Compositing mit Hilfe von Compiler-Direktiven, parallelisiert.
