Rendu volumique: Explorer le réalisme visuel dans la vision par ordinateur

Par Fouad Sabry

Qu'est-ce que le rendu de volume

En visualisation scientifique et en infographie, le rendu de volume est un ensemble de techniques utilisées pour afficher une projection 2D d'un ensemble de données 3D échantillonnées discrètement, généralement un champ scalaire 3D.

Comment vous en bénéficierez

(I) Informations et validations sur les sujets suivants :

Chapitre 1 : Rendu du volume

Chapitre 2 : Rendu (infographie)

Chapitre 3 : Cartographie de texture

Chapitre 4 : Voxel

Chapitre 5 : Tomographie

Chapitre 6 : Lancement de rayons

Chapitre 7 : Visualisation scientifique

Chapitre 8 : Rendu Reyes

Chapitre 9 : Détourage (infographie)

Chapitre 10 : Lancement de rayons volumétriques

(II) Répondre aux principales questions du public sur le rendu de volume.

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

À qui s'adresse ce livre

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

• Langue: Français
• Éditeur: Un Milliard De Personnes Informées [French]
• Date de sortie: 14 mai 2024

Aperçu du livre

Rendu de volume

Explorer le réalisme visuel dans la vision par ordinateur

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

Rendu de volume

Explorer le réalisme visuel dans la vision par ordinateur

Fouad Sabry

Copyright

Volume Rendering © 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 : Rendu volumique

Chapitre 2 : Rendu (infographie)

Chapitre 3 : Cartographie des textures

Chapitre 4 : Voxel

Chapitre 5 : Tomographie

Chapitre 6 : Lancer de rayons

Chapitre 7 : Visualisation scientifique

Chapitre 8 : Rendu de Reyes

Chapitre 9 : Coupure de presse (infographie)

Chapitre 10 : Diffusion volumique des rayons

Appendice

À propos de l'auteur

Chapitre 1 : Rendu volumique

Le rendu volumique est un ensemble de techniques utilisées en visualisation scientifique et en infographie pour présenter une projection 2D d'un ensemble de données 3D échantillonnées discrètement, souvent un champ scalaire 3D.

Une collection d'images de coupe 2D enregistrées par un scanner CT, IRM ou MicroCT constitue un ensemble de données 3D typique. Généralement acquis selon un motif régulier (par exemple, une tranche par millimètre de profondeur) et avec une quantité régulière de pixels d'image dans un motif régulier. Il s'agit d'un exemple de grille volumétrique régulière dans laquelle chaque élément de volume, ou voxel, est représenté par une valeur unique dérivée de l'échantillonnage de la zone entourant immédiatement le voxel.

Pour créer une projection 2D d'une collection de données 3D, une caméra doit être définie dans l'espace par rapport au volume. De plus, il faut déterminer l'opacité et la couleur de chaque voxel. Ceci est généralement défini à l'aide d'une fonction de transfert RGBA (rouge, vert, bleu, alpha), qui spécifie la valeur RGBA pour chaque valeur de voxel.

Un volume peut être visualisé, par exemple, en extrayant des isosurfaces (surfaces avec des valeurs égales) du volume et en les dessinant sous forme de maillages polygonaux, ou en rendant le volume directement sous forme de bloc de données. Une méthode typique pour extraire une isosurface à partir de données de volume est l'algorithme des cubes de marche. Le rendu volumique direct est un processus coûteux en calcul qui peut être accompli de plusieurs façons.

Le rendu volumique est distinct des présentations de tomographie en tranches minces ainsi que des projections de modèles 3D, telles que la projection d'intensité maximale. Afin de réaliser des représentations réalistes ou perceptibles, il est nécessaire de :.

Chaque valeur d'échantillon dans un moteur de rendu de volume direct doit être mappée à l'opacité et à la couleur. Ceci est accompli par l'utilisation d'une « fonction de transfert », qui peut être une rampe de base, une fonction linéaire par morceaux ou une table arbitraire. Après avoir été transformée en valeur RVBA (pour le rouge, le vert, le bleu et l'alpha), la sortie RVBA est projetée sur le pixel approprié de la mémoire tampon. Cela dépend de la technique de rendu utilisée.

Il est possible de combiner ces techniques. Par exemple, une implémentation de déformation de cisaillement pourrait utiliser du matériel de texturation pour afficher des tranches alignées dans la mémoire tampon hors écran.

L'approche de lancer de rayons volumiques peut être obtenue directement à partir de l'équation de rendu. Il produit des images de très haute qualité et est généralement considéré comme offrant la meilleure qualité d'image. La diffusion de rayons volumiques est classée comme une technique de rendu volumique basée sur l'image, car le calcul est dérivé de l'image de sortie plutôt que des données de volume d'entrée, comme avec les techniques basées sur les objets. Dans cette méthode, un rayon est généré pour chaque pixel d'image souhaité. En utilisant un modèle de caméra simple, le rayon commence au centre de projection de la caméra (souvent le point oculaire) et traverse le pixel de l'image sur un plan d'image artificiel flottant entre la caméra et le volume à produire. Afin de gagner du temps, le rayon est écrêté par les limites du volume. Ensuite, le rayon est échantillonné dans tout le volume à intervalles réguliers ou adaptatifs. À chaque emplacement d'échantillonnage, les données sont interpolées, la fonction de transfert est appliquée pour générer un échantillon RGBA, l'échantillon est composé sur le RGBA accumulé du rayon, et le processus est répété jusqu'à ce que le rayon quitte le volume. La couleur RVBA est transformée en couleur RVB et stockée dans le pixel correspondant à cette couleur. La procédure est répétée pour chaque pixel de l'écran afin de créer l'image finale.

Cette méthode sacrifie la qualité à la vitesse. Ici, chaque élément du volume est éclaboussé sur la surface d'observation dans l'ordre inverse, comme décrit par Lee Westover. Ces éclaboussures sont affichées sous forme de disques avec une teinte et une opacité (gaussiennes) radicalement différentes. Selon l'application, des disques plats et ceux avec différents types de distribution de propriétés sont également utilisés.

Cameron et Undrill ont créé l'approche de la chaîne de cisaillement pour le rendu de volume, qui a été popularisée par Philippe Lacroute et Marc Levoy. Cette technique transforme la transformation de visualisation de sorte que la face la plus proche du volume soit alignée sur l'axe avec une mémoire tampon de données d'image hors écran avec une échelle voxel-pixel fixe. Le volume est ensuite affiché dans ce tampon en utilisant des paramètres d'alignement de la mémoire et de mise à l'échelle et de fusion qui sont nettement plus avantageux. Une fois que toutes les tranches de volume ont été produites, la mémoire tampon est déformée dans le bon sens et l'image affichée est redimensionnée.

Par rapport au ray casting, cette technique est relativement rapide dans le logiciel au détriment d'un échantillonnage moins précis et peut-être d'une qualité d'image inférieure. Plusieurs copies du volume doivent être stockées en mémoire pour que les volumes puissent être alignés près de l'axe. Cette charge peut être réduite par l'encodage de la longueur d'exécution.

De nombreux systèmes graphiques 3D appliquent des images ou des textures à des objets géométriques via le mappage de texture. Les cartes graphiques PC standard sont rapides à texturer et peuvent créer des tranches de volume 3D avec des capacités d'interaction en temps réel. Les GPU de station de travail sont à la base de la majorité de la visualisation du