Despliegue de Volúmenes

1. Laboratorio de Computación Grafica Universidad Central de Venezuela Despliegue de Volúmenes Ernesto Coto

2. Contenido • Introducción • Ecuación de composición volumétrica • Ray Casting • Composición de Planos • Aceleración por hardware Ernesto Coto - Volume Rendering

3. ConocimientosPrevios • Despliegue de Objetos 3D • Geometría básica • Interpolación • Mapeo de Texturas • Subdivisión Espacial Ernesto Coto - Volume Rendering

4. Introducción • UnVolumen es un arreglo tridimensional de voxeles • El Voxel es un cubo y es el elemento básico de un volumen Voxel Volumen Ernesto Coto - Volume Rendering

5. Introducción • Volume Rendering (Despliegue de Volúmenes) consiste en visualizar los datos basados en voxeles en una imagen Ernesto Coto - Volume Rendering

6. Introducción • Volume Rendering es la simulación aproximada de la propagación de la luz a través de un medio representado por el volumen Plano Imagen Volumen Rayo De Luz Ojo Píxel Ernesto Coto - Volume Rendering

7. Ecuación de Composición Volumétrica Plano Imagen Volumen D Rayo De Luz 0 Ojo Píxel Ernesto Coto - Volume Rendering

8. C1 Cn C0 C2 0  1  n  2 Ecuación de Composición Volumétrica Plano Imagen Volumen D Rayo De Luz 0 Ojo Píxel Ernesto Coto - Volume Rendering

9. Ecuación de Composición Volumétrica Plano Imagen Volumen D Rayo De Luz 0 Ojo Píxel Ernesto Coto - Volume Rendering

10. Tipos de VR • Hay dos categorías de algoritmos de Volume Rendering: • Orden de Imagen • Orden de Objeto Orden de Objeto Orden de Imagen Voxel Píxel Ernesto Coto - Volume Rendering

11. Ray Casting • Para cada píxel en la imagen, lanzar un rayo a través del volumen • Acumular el color de un píxel de acuerdo al color y transparencia del voxel Plano Imagen Rayo Ojo Ernesto Coto - Volume Rendering

12. Ray Casting • La acumulación del color se realiza usando la ecuación i ci Ernesto Coto - Volume Rendering

13. Ray Casting • La acumulación se realiza de adelante hacia atrás • Complejidad = Imagen * Profundidad Plano Imagen Rayo Ojo Ernesto Coto - Volume Rendering

14. Ray Casting • Mejoras de rendimiento • Terminación temprana del rayo • Si la atenuación del rayo alcanza cierto umbral, no es necesario seguir acumulando color Ernesto Coto - Volume Rendering

15. Ray Casting • Mejoras de rendimiento • Usar Octrees • Representar un grupo de voxeles transparentes con un simple nodo en el octree Ernesto Coto - Volume Rendering

16. Ray Casting • Mejoras de rendimiento • Métodos de Intervalos • Muestrear cada k voxeles • Muestrear algunos puntos en la imagen, y luego interpolar el resto Ernesto Coto - Volume Rendering

17. Ray Casting • Mejoras en la calidad de la imagen • Súper Muestreo • En lugar de muestrear un rayo por píxel, muestrear 4 Plano Imagen Rayos Ojo Ernesto Coto - Volume Rendering

18. Ray Casting • Mejoras en la calidad de la imagen • Subdivisión del rayo • Utilizado con proyección perspectiva • Si los rayos se alejan mucho uno del otro, el muestreo es incompleto • La solución es dividir el rayo Rayos Ojo Ernesto Coto - Volume Rendering

19. Composición de Planos • Dividir el volumen en cortes • Componer los cortes uno sobre el otro para producir la imagen • Complejidad = Tamaño del Volumen Plano Imagen Ojo Ernesto Coto - Volume Rendering

20. Composición de Planos • Basados en el mapeo de las texturas de los cortes a los planos Ernesto Coto - Volume Rendering

21. Composición de Planos • Aceleración por Hardware • Los polígonos texturizados se almacenan en la memoria de video de la tarjeta • En lugar de lanzar un rayo se “lanza” un corte Ernesto Coto - Volume Rendering

22. Composición de Planos • Aceleración por Hardware • La composición del color se realiza de atrás hacia delante usando una fórmula equivalente a la del Ray Casting Ernesto Coto - Volume Rendering

23. Composición de Planos • Existen dos tipos de técnicas de composición de planos • Planos Alineados al Objeto • Planos Alineados al Viewport Ernesto Coto - Volume Rendering

24. Composición de Planos • Planos Alineados al Objeto • Texturizar polígonos perpendiculares a los ejes del volumen Ernesto Coto - Volume Rendering

25. Composición de Planos • Planos Alineados al Objeto • Se mantienen tres copias del volumen  a x  a y  a z y x z Ernesto Coto - Volume Rendering

26. Composición de Planos • Planos Alineados al Objeto • En cada despliegue, se toma la copia más perpendicular a la dirección de visualización z y x Ernesto Coto - Volume Rendering

27. Composición de Planos • Planos Alineados al Objeto • Fácil de Implementar • Excelente tiempo de respuesta Ernesto Coto - Volume Rendering

28. Composición de Planos • Planos Alineados al Objeto • Artefactos causados por ausencia de interpolación espacial • El cambio entre copias del volumen es notable en la interacción Ernesto Coto - Volume Rendering

29. Composición de Planos • Planos Alineados al Viewport Ernesto Coto - Volume Rendering

30. Composición de Planos • Planos Alineados al Viewport • Solo una textura en memoria z y x Ernesto Coto - Volume Rendering

31. Composición de Planos • Planos Alineados al Viewport • Elimina los artefactos • Más lento que el método anterior Ernesto Coto - Volume Rendering

32. Resumen • Concepto de Volume Rendering • Ecuación de Composición Volúmetrica • Ray Casting • Composición de Planos Alineados al Objeto • Composición de Planos Alineados al Viewport Ernesto Coto - Volume Rendering

33. Bibliografía • Drebin, R. ; Carpenter, L. ; Hanrahan, P. Volume rendering. Computer Graphics, vol. 22, num. 4, pp. 65-74. Agosto, 1988. • Lacroute, P. ; Levoy, M. Fast volume rendering using a shear-warp factorization of the viewing transform. Proceedings of ACM SIGGRAPH '94, pp. 451-458, 1984. • Watt, Alan. 3D Computer Graphics. 3era edición. Addison-Wesley, 2000. • Westermann R and Ertl T. Efficiently Using Graphics Hardware in Volume Rendering Applications. Proceedings of SIGGRAPH 1998. vol. 32, num. 4, pp.169-179. 1998. Ernesto Coto - Volume Rendering

34. Preguntas Ernesto Coto - Volume Rendering