[發明專利]借助體繪制有效地可視化對象特征

無效

• 申請號: 201010289263.0
• 申請日: 2010-09-20
• 公開（公告）號: CN102024271A
• 公開（公告）日: 2011-04-20
• 發明（設計）人: 克勞斯·恩格爾
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 謝強

技術領域

本發明涉及一種用于借助模擬光照可視化對象的方法和裝置。

背景技術

本發明屬于體繪制領域、即顯示或可視化三維身體或對象的領域。三維對象的建模、重建或可視化在醫療(例如CT、PET、MR、超聲波)、物理(例如大分子的電子結構)或地理(地層的特性和位置)領域中具有廣泛應用范圍。典型地，借助電磁波或聲波照射待檢查的對象，以檢查其特性。探測散射的光線并且從探測的值中確定身體的特征。通常地，結果在于物理參數(例如密度、組織成分的分量、彈性、速度)，對于身體確定這些參數的值。在此，通常使用虛擬的柵格，在其柵格點上確定參數的值。這些柵格點或在這些位置上的參數的值通常表示為體素。這些體素通常以所謂的灰度值的形式呈現。

借助體繪制，在二維顯示面(例如顯示屏)上從體素中產生檢查的對象或身體的三維表示。在此，從體素中產生所謂的像素(通常具有從體素中通過插值獲得的對象點的中間級)，從像素中合成二維圖像顯示的圖像。為了在二維顯示器上可視化三維，通常進行所謂的阿爾法合成(Alpha-Compositing)或者阿爾法分解(Alpha-Zerlegung)。在這些標準方法中，體素或從體素形成的體積點被賦予顏色以及透明度值，更精確來說是用于不透明度的值或阻光度(通常用英語Opacity表示，其表示身體的不同層的透明性或遮蓋力(deckkraft))。更具體地，一個對象點通常對應于以對顏色分量紅、綠和藍編碼(所謂的RGB值)的三元組形式的三個顏色、和對不透明性進行參數化的所謂的阿爾法值。這些參數合成形成顏色值RGBA，其與其它的對象點的顏色值(通常借助所謂的阿爾法混合(Alpha?Blending)為了可視化部分透明的對象)合成或混合為用于像素的顏色值。

為了賦予合適的顏色值，通常利用光照模型工作。該光照模型在為了可視化而對對象建模的或模擬的光照情況下考慮燈光效果(通常是對象的表面上的燈光的反射；在此可以是檢查的對象的外表面或內部層的表面)。

文獻中有一系列被應用的光照模型。常用的例如有Phong或Blinn-Phong模型。

用于體繪制的最常用的方法中的一種是所謂的光線投影算法(Ray-Casting)或者說模擬用于表示或可視化身體的光照。在光線投影算法中，將從虛擬觀察者的眼睛出發的虛擬光線，發送通過檢查的身體或檢查的對象。沿著光線，從體素確定對于采樣點的RGBA值，并且借助阿爾法合成或阿爾法混合合成為用于二維圖像的像素。在此，通常借助上面提到的光照模型中的一個在稱為“陰影法(Shading)”的方法的范圍內考慮光照效果。

通常在進行用于圖像計算的光線投影算法之前，事先(在預處理過程的范圍內)確定特定的幾何參數，例如，壁厚、距離或者被檢查的對象內部的半徑。例如，Luerig?et?al.[1]在預處理范圍內使用形態學操作，以便計算結構的直徑。Knorpp?et?al.[2]沿著表面法向量搜索用于體積的表面的相對的點。Reinhart?et?al.[3]使用預處理步驟，在該步驟中使用在圍繞材料過渡的球形區域內部的局部搜索，以便找到如下的區域：在該區域中在空氣和材料之間出現兩個相鄰的過渡。

這樣的預處理的結果(例如對象結構)可以存儲在由對象的三維表示導出的數據結構中，例如在次表示(Darstellung)或次體積(Volumen)中，在主體積的繪制中讀取該次體積，以便對相應于對象的結構大小的表面著色。

存在對在體繪制中用于考慮對象特征、例如幾何結構的有效方法的需求。首先要這樣有效地進行相應的體繪制，使得能夠交互地操作對象(旋轉、不同地著色，…)，其中，這些操作允許要求利用對幾何結構的重新確定重新進行繪制。

發明內容

本發明要解決的技術問題是，考慮到對象特征更靈活和更有效地繪制對象。

本發明涉及借助模擬光照(例如光線投影算法)可視化對象。在此寬泛地理解對象的概念。特別地，對象還可以由利用該方法共同檢查的多個物體組成。相關的或相連的物體例如借助從一個物體到另一個物體傳播的光線(在下述方法的意義上的第一或第二光線)來檢查。對象可以具有實際上任意的性質。特別地本方法適合于材料檢驗和醫學成像。

產生對象的表示，在該表示中在對象的空間點上給出表征對象的參數的標量值(通常所稱的灰度值)。在該關聯中，也稱為三維圖像或立體表示。表征對象的參數例如是利用測量方法(例如計算機斷層造影、核自旋斷層造影，…)確定的物理參數。在此例如是密度信息(組織或氫成分的密度；后者是在核自旋斷層造影中)。