11章 ボリュームレンダリングを学ぶ 本来は目に見えない内部情報をレンダリングし可視化する技術

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1 11章 ボリュームレンダリングを学ぶ 本来は目に見えない内部情報をレンダリングし可視化する技術
11章　ボリュームレンダリングを学ぶ 本来は目に見えない内部情報をレンダリングし可視化する技術 生物学，地球科学，気象学など，対象データが本質的にボリューム形式をとる分野に不可欠な手法

2 11.1 ボリュームビジュアライゼーション ボリュームレンダリングによる3次元ボリュームデータの可視化技術の体系
11.1　ボリュームビジュアライゼーション ボリュームレンダリングによる3次元ボリュームデータの可視化技術の体系 目的：通常は見ることができない対象の内部，解析が困難であった複雑な組織・構造をCG技術を用いて可視化する技術 ボリュームビジュアライゼーションの重要な特徴 旧来のCG ボリュームビジュアライゼーション 画像生成が 主体 計測やシミュレーションで 得られる実世界の3次元 分布データ

3 11.2 ボリュームデータ （Volume data）
標本化された有限な3次元空間を計測したとき，位置（ｘ，ｙ，ｚ）におけるデータ（属性値）ｖで表されるサンプルデータの集合：S={(x,y,z),v}　 一般に，ｖ（ｘ，ｙ，ｚ）は，濃度・密度，熱，圧力，速度など 構成の基本要素：2次元の世界では画素（またはピクセル），3次元の世界ではボクセル（ｖｏｘｅｌ：ｖｏｌｕｍｅ　ｃｅｌｌ）

4 11.2 ボリュームデータ （Volume data）
三重線形補間により、ボクセルの内部の点の属性値は次のように求められる。 ボクセルを三次元空間の任意の場所に置く場合、その対角にある頂点を、 とすると、 は、それぞれ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　で置き変えできる。

5 ボリュームビジュアライゼーション のしくみ
コンピュータビジョン ↑　モデリング　↓ シミュレーションモデルデータ 2次元計測データ 幾何モデルデータ 再編成 計算 計算 ボクセル化 ボクセル集合 幾何データ 強調・各種変換 分類 幾何オブジェクト化 分類されたボクセル集合 変換 コンピュータグラフィックス ↑　レンダリング　↓ ボリュームレンダリング サーフェスレンダリング 2次元(ピクセル)画像

6 入力ボリュームデータ シミュレーションデータ 計測・標本データ 幾何モデルデータ 3次元では数値計算により直接、ボクセルへ
マルチスライス画像を補間して、ボクセルへ 幾何モデルデータ ボリューム合成のときの境界データなど

7 サーフェスレンダリングアプローチ 幾何オブジェクト化 ボクセル化 等値面の集合を表す幾何データに変換 サーフェス指向のエンジンが使える
効率的・高速 ボクセル化 幾何データをボクセル集合に変換

8 ボリュームレンダリングアプローチ ボリュームデータそのままでいい場合 レイキャスティング ボリューム光線追跡法
半透明効果を作り出して透視する 空間にある微粒子状の物理モデルを考える モデルに基づき、不透明度やRGBを計算 レイキャスティング ボリューム光線追跡法

9 等値面化 2次元の等高線を、3次元空間に拡張 属性値がαであるところを結んだ面 マーチングキューブ法 教科書95ページ図11.4

10 ボリュームレンダリング 微粒子の密度の増大→不透明度の増大 勾配値の大きな変化→表面がある 法線ベクトルを計算し、シェーディングする

11 シェーディング ciと法線ベクトル(=勾配)でシェーディング Phongモデルでは次の式

12 ボリュームレイキャスティング リサンプル後のカラーシェーディング値 不透明度 カラー輝度値