Voxel: Explorer les profondeurs de la vision par ordinateur avec la technologie Voxel

Par Fouad Sabry

Qu'est-ce que Voxel

En infographie 3D, un voxel représente une valeur sur une grille régulière dans un espace tridimensionnel. Comme pour les pixels d'un bitmap 2D, les voxels eux-mêmes n'ont généralement pas leur position explicitement codée avec leurs valeurs. Au lieu de cela, les systèmes de rendu déduisent la position d'un voxel en fonction de sa position par rapport aux autres voxels.

Comment vous en bénéficierez

(I) Insights, et validations sur les sujets suivants :

Chapitre 1 : Voxel

Chapitre 2 : Cartographie de texture

Chapitre 3 : Lancement de rayons

Chapitre 4 : Visualisation scientifique

Chapitre 5 : Rendu du volume

Chapitre 6 : Moteur de tir à la première personne

Chapitre 7 : Affichage volumétrique

Chapitre 8 : CryEngine

Chapitre 9 : Rendu logiciel

Chapitre 10 : Éclairage par pixel

(II) Répondre aux principales questions du public sur le voxel.

(III) Exemples concrets d'utilisation du voxel dans de nombreux domaines.

À qui s'adresse ce livre

Professionnels de premier cycle et des cycles supérieurs les étudiants, les passionnés, les amateurs et ceux qui souhaitent aller au-delà des connaissances ou des informations de base pour tout type de Voxel.

 

• Langue: Français
• Éditeur: Un Milliard De Personnes Informées [French]
• Date de sortie: 13 mai 2024

Aperçu du livre

Voxel

Explorer les profondeurs de la vision par ordinateur avec la technologie Voxel

Fouad Sabry est l'ancien responsable régional du développement commercial pour les applications chez Hewlett Packard pour l'Europe du Sud, le Moyen-Orient et l'Afrique. Fouad est titulaire d'un baccalauréat ès sciences des systèmes informatiques et du contrôle automatique, d'une double maîtrise, d'une maîtrise en administration des affaires et d'une maîtrise en gestion des technologies de l'information de l'Université de Melbourne en Australie. Fouad a plus de 25 ans d'expérience dans les technologies de l'information et de la communication, travaillant dans des entreprises locales, régionales et internationales, telles que Vodafone et des machines commerciales internationales. Actuellement, Fouad est un entrepreneur, auteur, futuriste, axé sur les technologies émergentes et les solutions industrielles, et fondateur de l'initiative One billion knowledge.

Un milliard de connaissances

Voxel

Explorer les profondeurs de la vision par ordinateur avec la technologie Voxel

Fouad Sabry

Copyright

Voxel © 2024 par Fouad Sabry. Tous droits réservés.

Aucune partie de ce livre ne peut être reproduite sous quelque forme que ce soit ou par quelque moyen électronique ou mécanique que ce soit, y compris les systèmes de stockage et de récupération d'informations, sans l'autorisation écrite de l'auteur. La seule exception est celle d'un critique, qui peut citer de courts extraits dans une critique.

Couverture conçue par Fouad Sabry.

Bien que toutes les précautions aient été prises dans la préparation de ce livre, les auteurs et les éditeurs n'assument aucune responsabilité pour les erreurs ou omissions, ou pour les dommages résultant de l'utilisation des informations contenues dans ce livre.

Table des matières

Chapitre 1 : Voxel

Chapitre 2 : Mappage de texture

Chapitre 3 : Lancer de rayons

Chapitre 4 : Visualisation scientifique

Chapitre 5 : Rendu volumique

Chapitre 6 : Moteur de tir à la première personne

Chapitre 7 : Affichage volumétrique

Chapitre 8 : CryEngine

Chapitre 9 : Rendu logiciel

Chapitre 10 : Éclairage par pixel

Appendice

À propos de l'auteur

Chapitre 1 : Voxel

Un voxel représente une valeur sur une grille régulière dans un espace tridimensionnel en infographie 3D. Comme les pixels dans un bitmap 2D, les voxels n'ont normalement pas leur position (c'est-à-dire leurs coordonnées) enregistrées avec leurs valeurs. Au lieu de cela, les systèmes de rendu déterminent la position d'un voxel en fonction de sa position par rapport aux autres voxels (c'est-à-dire sa position dans la structure de données qui compose une seule image volumétrique).

Contrairement aux pixels et aux voxels, les polygones sont souvent représentés explicitement par les coordonnées de leurs sommets (sous forme de points). En conséquence directe de cette distinction, les polygones peuvent représenter efficacement des structures 3D simples avec beaucoup d'espace vide ou rempli de manière homogène, mais les voxels excellent à décrire des espaces échantillonnés régulièrement qui ne sont pas remplis de manière homogène.

Dans la visualisation et l'interprétation de données médicales et scientifiques (par exemple, les IRM), les voxels sont fréquemment utilisés.

SIG (systèmes d'information géographique).

Certains affichages volumétriques caractérisent leur résolution à l'aide de voxels.

Par exemple, un affichage volumétrique cubique pourrait être capable d'afficher 512×512×512 (soit environ 134 millions) de voxels.

« Le voxel est une image d'une région spatiale tridimensionnelle limitée par des tailles données, avec ses propres coordonnées de point nodal dans un système de coordonnées accepté, sa propre forme, son propre paramètre d'état indiquant son appartenance à un objet modélisé, et les propriétés de la région modélisée », est l'une des définitions. Cette définition offre l'avantage suivant. Si une forme de voxel fixe est utilisée dans l'ensemble du modèle, il est beaucoup plus simple d'interagir avec les points nodaux du voxel, c'est-à-dire les trois coordonnées du point. Néanmoins, il existe le type d'enregistrement le plus simple : les index des éléments de l'ensemble de modèles, souvent appelés coordonnées entières. Dans ce cas, les éléments d'ensemble de modèles sont des paramètres d'état, indiquant des voxels appartenant à l'objet modélisé ou à ses éléments constitutifs, y compris leurs surfaces.

L'étymologie du mot voxel est similaire à celle de pixel, vo indiquant « volume » (au lieu de « image » pour pixel) et el représentant « élément » ; Un volume décrit par voxel peut être affiché soit par un rendu de volume direct, soit par l'extraction d'iso-surfaces polygonales qui suivent les contours de valeurs seuils définies. L'algorithme des cubes de marche est fréquemment utilisé pour l'extraction d'isosurfaces, bien qu'il existe également des techniques supplémentaires.

Les données voxel peuvent être traitées via le ray tracing, le ray casting et la rastérisation pour générer des graphiques matriciels 2D à afficher sur un moniteur.

À l'aide de graphiques matriciels, il suffit de lancer un raytracing sur chaque pixel de l'écran dans la scène tout en gardant une trace d'un terme d'erreur pour déterminer quand pas à pas. En utilisant un y-buffer, une implémentation typique lancera chaque pixel de l'écran en commençant par le bas de l'écran. Lorsqu'un voxel avec une valeur y plus élevée est rencontré à l'écran, il est ajouté au tampon y, remplaçant l'ancienne valeur, et interpolé avec la valeur y précédente pour déterminer les valeurs de couleur. La rastérisation des voxels présente un inconvénient important lorsque des transformations sont utilisées, car cela entraîne un crénelage important. L'avantage était la possibilité d'effectuer une rastérisation à l'aide de calculs d'entiers peu coûteux sur un processeur sans accélération matérielle. Carmack a mentionné la rareté des cartes graphiques développées expressément pour un tel rendu, nécessitant le rendu logiciel comme l'un de ces problèmes.

De plus, Comanche a été la première simulation de vol commercial à utiliser la technologie voxel. Kyle Freeman a créé le moteur Voxel Space propriétaire utilisé par NovaLogic.

Rendu 3D d'un scan μCT d'un morceau de feuille, résolution d'environ 40 μm/voxel lorsqu'il est vu en taille réelle

Une représentation (lissée) de l'ensemble de données voxel d'une macromolécule.

Un voxel représente un échantillon ou un point de données unique sur une grille tridimensionnelle avec un espacement uniforme. Ce point de données peut contenir un seul élément de données, tel que l'opacité, ou plusieurs éléments de données, tels que l'opacité et la couleur. L'espace entre les voxels n'est pas représenté dans un jeu de données basé sur des voxels. Selon le type de données et l'application prévue de l'ensemble de données, ces informations manquantes peuvent être reconstruites et/ou approchées, par exemple par interpolation.

La valeur d'un voxel peut représenter diverses propriétés. Dans les tomodensitogrammes, les valeurs sont des unités de Hounsfield, ce qui donne l'opacité de la matière aux rayons X.: 29 Différents types de valeur sont acquis à partir de l'IRM ou de l'échographie.

Dans le cas des échographies utilisant des données en mode B et Doppler, la densité et le débit volumétrique sont collectés sous forme de canaux indépendants de données correspondant aux mêmes coordonnées de voxel.

Malgré le fait que les voxels offrent une précision et une profondeur de réalisme, il s'agit souvent d'énormes ensembles de données difficiles à gérer compte tenu de la bande passante des processeurs conventionnels. Cependant, grâce à une compression et une manipulation efficaces des fichiers de données volumineuses, les ordinateurs grand public peuvent prendre en charge la visualisation interactive.

D'autres données, telles qu'un vecteur normal de surface et une couleur, peuvent être bénéfiques pour un rendu 3D rapide.

Des technologies permettant d'étendre les voxels aux quatrième et cinquième dimensions des données sont à l'étude.

Parmi les exemples d'applications voxel courantes, citons l'imagerie volumétrique en médecine et la modélisation du paysage dans les jeux et les simulations. Le terrain voxel est utilisé plutôt qu'une carte de hauteur en raison de sa capacité à représenter des surplombs, des grottes et d'autres caractéristiques de terrain 3D. Ces caractéristiques concaves ne peuvent pas être représentées dans une carte de hauteur en raison du fait que seule la « couche » supérieure de données est enregistrée, laissant tout ce qui se trouve en dessous non représenté (le volume qui serait autrement l'intérieur des grottes, ou