用于渲染材料属性的方法和设备技术

渲染物体表面的一个或多个材料属性的方法包括获取包括三维物体的三维表示（204a）的医学数据集（204）。基于医学数据集（204）确定对应于三维物体的表面的表面结构（206）。基于所确定的表面结构得出多个渲染位置。所述方法包括：在所述多个渲染位置中的每一个处，通过基于物理的体积渲染器和根据医学数据集渲染物体表面的一个或多个材料属性。存储每个渲染位置的一个或多个渲染的材料属性。还公开了用于执行该方法的设备（304）。

Method and equipment for rendering material properties

Methods of rendering one or more material attributes on an object surface include acquiring a medical data set (204) including a three-dimensional representation of a three-dimensional object (204a). The surface structure corresponding to a three-dimensional object (206) is determined based on the medical data set (204). Multiple rendering positions are obtained based on the determined surface structure. The method includes: rendering one or more material properties of an object surface through a physical-based volume renderer and according to medical data sets at each of the rendering positions. Store one or more rendering material attributes for each rendering location. A device (304) for executing the method is also disclosed.

【技术实现步骤摘要】
用于渲染材料属性的方法和设备
本专利技术涉及渲染材料属性，并且更具体地涉及物体表面的材料属性的基于物理的体积渲染。
技术介绍
基于物理的体积渲染是计算机图形学方面的模型，该模型模拟光与3D物体或组织的真实世界交互。基于蒙特卡洛路径追踪的基于物理的体积渲染是用于光传输计算的渲染技术，其中使用随机过程建模自然光现象。基于物理的体积渲染可以产生多个全局照明效果，并因此导致与来自传统体积渲染（诸如光线投射或直接体积渲染）的图像相比更逼真的图像。这种效果包括环境光遮挡、柔和阴影、渗色和景深。增加的图像逼真度可以提高用户对基于感知的任务的表现。例如，对医学数据的照片级逼真的渲染对于外科医生或治疗师来说可能更容易理解和解释，并且可以支持与患者的沟通和教育成果。然而，在基于蒙特卡洛路径追踪的基于物理的体积渲染中对渲染整体的评估可能需要每个像素许多随机样本，例如数千随机样本，以产生可接受的无噪声图像。因此，取决于渲染参数和所使用的处理器，产生图像可能花费大约几秒钟用于交互式工作流程并花费数小时用于产品级质量图像。具有较低处理能力的装置（诸如移动装置）可能花费甚至更长时间。当用户尝试细化渲染以实现期望的结果时，这些渲染时间可能导致过长的交互时间。此外，尽管基于物理的体积渲染可以在计算机显示器上产生逼真的组织纹理和形状感知，但是在一些情况下（例如为了测定外科植入物或仪器的尺寸，或规划治疗方法，或用于教育目的）仍然需要实体模型。可以使用3D可打印模型由增材制造过程（诸如3D打印）来制造实体物体。用于医学工作流程的现有3D打印物体从医学数据的分割得出。在这种情况下，使用纯色来视觉上分离分割的物体。然而，虽然现有3D可打印模型可以描绘物理形状，但他们缺乏细节，诸如组织纹理，并且因此缺乏逼真度。这可能会限制他们的效用。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供了一种渲染物体表面的一个或多个材料属性的方法，所述方法包括：获取包括三维物体的三维表示的医学数据集，所述物体具有表面；基于所述医学数据集确定与所述物体表面对应的表面结构；基于所确定的表面结构，得出多个渲染位置；在所述多个渲染位置中的每一个处，通过基于物理的体积渲染器并根据所述医学数据集渲染所述物体表面的一个或多个材料属性；和存储每个渲染位置的一个或多个材料属性。所述多个渲染位置中的一个或多个可以基本上位于所述表面结构处。渲染可以包括光线追踪，并且所述多个渲染位置中的每一个可以与用于光线追踪的光线原点对应。给定光线的光线方向可以平行于表面结构的表面法线。一个或多个渲染的材料属性可以包括以下各项中的一项或多项：散射系数、镜面系数、漫射系数、散射分布函数、双向透射率分布函数、双向反射率分布函数和颜色信息。渲染可以包括基于蒙特卡洛的渲染。该方法可以包括：基于所渲染的材料属性中的一个或多个，确定用于增材制造软件和/或用于可视化软件的一个或多个材料规格代码。确定材料规格代码可以包括：确定物体的一个或多个区域的材料规格代码。该方法可以包括：将每个渲染位置和/或每个区域的所确定的材料规格代码传送到增材制造单元和/或可视化单元。表面结构可以是封闭表面结构。确定表面结构可包括：分割医学数据集以产生分割表面；和从分割表面生成表面结构。确定表面结构可包括：生成表示医学数据集的点云；和从点云生成表面结构。生成点云可以包括：通过基于物理的体积渲染器并根据医学数据集来渲染表示投影到二维视点上的物体的像素；定位每个像素的深度；和根据所述像素和每个像素的深度生成点云。该方法可以包括：基于医学数据集和/或物体表面的一个或多个检测到的属性，使所述多个渲染位置中的一个或多个从表面结构偏离。表面结构可以包括纹理映射坐标，并且可以从纹理映射坐标得出所述多个渲染位置。表面结构可以是网格。所述多个渲染位置中的一个或多个可以均位于网格的顶点处。该方法可以包括：对网格执行网格处理，所述网格处理包括以下各项中的一项或多项：网格修复、网格平滑、网格细分、网格缩放、网格平移、网格增厚；以及生成一个或多个纹理坐标用于将一个或多个网格坐标映射到纹理空间。根据本专利技术的第二方面，提供了一种用于渲染物体表面的一个或多个材料属性的设备，该设备被布置为执行根据第一方面的方法。根据本专利技术的第三方面，提供了一种计算机程序，该计算机程序包括指令，当所述指令由计算机执行时使计算机执行根据第一方面的方法。根据参照附图做出的、仅作为示例给出的本专利技术优选实施例的以下描述，本专利技术的其他特征和优点将变得显而易见。附图说明图1示意性地图示了根据示例的用于渲染物体表面的材料属性的方法；图2a示意性地图示了根据示例的医学数据集；图2b示意性地图示了根据示例的包括生成的表面结构的医学数据集；和图3示意性地图示了根据示例的系统，该系统包括用于渲染物体表面的材料属性的设备。具体实施方式参考图1，其示意性地图示了根据示例的渲染物体表面的一个或多个材料属性的方法。在步骤102中，该方法包括获取医学数据集。医学数据集包括三维（3D）物体的三维（3D）表示。可以通过从存储器、传感器和/或其他源加载来获取医学数据集。可以从扫描仪（参见例如图3中的扫描仪302）提供医学数据集。例如，医学数据集可以从如下各项得出：计算机断层摄影术、磁共振、正电子发射断层摄影术、单光子发射计算机断层摄影术、超声或另外的扫描模态。扫描数据可以来自多个二维扫描，或者可以从3D扫描格式化。该数据集可以包括被格式化为均匀或非均匀3D格栅中的体素或扫描格式（例如极坐标格式）的数据。每个体素或格栅点由3D位置（例如，x，y，z）和强度、标量或其他信息表示。医学数据集可以表示患者，例如人类患者。在一些示例中，医学数据集可以用于兽医学。在图2a和2b中示意性图示的示例中，医学数据集包括由笛卡尔坐标x，y，z定义的均匀3D格栅202中的体素204。医学数据集包括3D物体的3D表示204a。例如，3D物体可以是由患者的其他组织包围的心脏。对应于心脏的医学数据集的体素204a可以包括与对应于周围组织的医学数据集的体素204（在图2a中由不同的体素阴影示意性地图示）不同的信息。返回图1，该方法包括在步骤104中确定对应于物体表面的表面结构206。表面结构206可以与物体的表面平行。例如，表面结构可以从物体表面偏离并与物体表面平行。作为另一示例，表面结构206可以与物体表面重合。表面结构206可以遵循物体的3D表示的轮廓。如图2b中示意性图示的，表面结构206可以与对应于物体（例如心脏）的数据集的体素204a和对应于包围该物体的材料（例如，包围心脏的其他组织）的医学数据集的体素204的边界重合。表面结构206可以是封闭表面结构206。表面结构206可以是网格。网格可以是多边形网格，例如三角形网格。网格可包括对应于物体表面的形状的多个顶点、边缘和面。确定表面结构206的步骤104可以包括分割医学数据集204。例如，确定表面结构206可以包括分割医学数据集204以产生分割表面以及从分割表面生成表面结构206。例如，行进立方体算法可用于从医学数据集的分割掩模生成分割表面。数据集204的分割可以通过自动分割工具进行。例如，分割工具可以分析医学数据集的每个体素204的信息以确定针对该体素的类描述符。例如，类描述符可以包括“心脏组织”和“本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种渲染物体表面的一个或多个材料属性的方法，所述方法包括：获取医学数据集（204），所述医学数据集（204）包括三维物体的三维表示（204a），所述物体具有表面；基于所述医学数据集确定对应于所述物体表面的表面结构（206）；基于所确定的表面结构（206）得出多个渲染位置；在所述多个渲染位置中的每一个处，通过基于物理的体积渲染器并根据所述医学数据集（204）渲染所述物体表面的一个或多个材料属性；和存储每个渲染位置的所述一个或多个材料属性。

【技术特征摘要】
2017.09.28 EP 17193803.81.一种渲染物体表面的一个或多个材料属性的方法，所述方法包括：获取医学数据集（204），所述医学数据集（204）包括三维物体的三维表示（204a），所述物体具有表面；基于所述医学数据集确定对应于所述物体表面的表面结构（206）；基于所确定的表面结构（206）得出多个渲染位置；在所述多个渲染位置中的每一个处，通过基于物理的体积渲染器并根据所述医学数据集（204）渲染所述物体表面的一个或多个材料属性；和存储每个渲染位置的所述一个或多个材料属性。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个渲染位置中的一个或多个基本上位于所述表面结构（206）处。3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中，所述渲染包括光线追踪，并且其中，所述多个渲染位置中的每一个对应于用于光线追踪的光线原点。4.根据权利要求1至权利要求3中任一项所述的方法，所述方法包括：基于所渲染的材料属性中的一个或多个，确定用于增材制造软件和/或用于可视化软件的一个或多个材料规格代码。5.根据权利要求4所述的方法，所述方法包括：将每个渲染位置和/或每个区域的所确定的材料规格代码传送到增材制造单元（318）和/或传送到可视化单元（314）。6.根据权利要求1至权利要求5中任一项所述的方法，其中所述表面结构（206）是闭合表面结构。7.根据权利要求1至权利要求6中任一项所述的方法，其中，确定所述表面结构（206）...

【专利技术属性】
技术研发人员：K佩特科夫，P特雷菲尔，D于，B斯瓦米多斯，邱峰，
申请(专利权)人：西门子保健有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE