二次曲面的快速渲染及其轮廓的标记制造技术

本发明专利技术题为“二次曲面的快速渲染及其轮廓的标记”。本文所述实施方案包括一种设备，该设备包括显示器和处理器，该显示器包括屏幕。处理器被配置成在屏幕上限定界定区域。处理器还被配置成在显示在屏幕上的心脏的表面的三维电解剖图上通过以下方式来渲染限定在参数空间中的二次曲面：针对界定区域中的每个像素，将穿过像素的虚拟光线转化到参数空间，并且确定转化的虚拟光线和二次曲面之间的交汇点是否存在于参数空间中，并且针对交汇点存在的界定区域中的每个像素，基于交汇点的属性来在屏幕上渲染像素。本发明专利技术还描述了其他实施方案。

Rapid rendering of two surface and its contour mark

The invention is entitled \quick rendering of the two surface and the marking of its contour\. The embodiment of the present invention includes a device comprising a display and a processor, which includes a screen. The processor is configured to define a defined area in the upper limit of the screen. The processor is also configured to render the two surfaces defined in the parameter space in the following manner in a three-dimensional electrolytic profile displayed on the surface of the heart on the screen: converting the virtual light through the pixel to the parameter space for each pixel in the region, and determining the transformed virtual light and two surfaces. Whether the intersection point exists in the parameter space, and for each pixel in the defined region that exists at the intersection point, the pixels are rendered on the screen based on the attributes of the intersection point. The invention also describes other implementation schemes.

【技术实现步骤摘要】
二次曲面的快速渲染及其轮廓的标记相关申请的交叉引用本申请是2016年12月25日提交的名称为“Fastrenderingofquadrics”的美国申请15/390,509的部分继续申请并且要求其权益，该申请的公开内容以引用方式并入本文。
本专利技术涉及计算机图形领域，尤其涉及二次曲面渲染。
技术介绍
在已知为光线投射法的渲染技术中，计算机模拟光线到虚拟场景的投射，并根据这些光线和场景中的对象的交互作用来渲染场景。在一些渲染应用中，虚拟场景中的对象被建模为二次曲表面或“二次曲面”。二次曲面的公式可以齐次(x,y,z,w)坐标表示为Ax2+2Bxy+2Cxz+2Dxw+Ey2+2Fyz+2Gyw+Hz2+2Izw+Jw2＝0。更简洁地，可将其写为矩阵形式XTQX＝0，其中并且(通常，w被设置为1。)二次曲面的示例包括球体、椭圆体、圆柱体、圆锥体、双曲线抛物面、抛物面以及双曲面。光线可由公式R＝O+tD表示，其中R是光线上的任何点，O是光线的原点，D是光线的方向矢量，并且t是标量参数。R、O和D可以齐次坐标表示。Sigg、Christian等人的“GPU-BasedRay-CastingofQuadraticSurfaces,”SPBG,2006(以引用方式并入本文)基于GPU加速的抛雪球算法提出了二次原体的有效渲染技术。
技术实现思路
根据本专利技术的一些实施方案，提供了包括显示器和处理器的设备，该显示器包括屏幕。处理器被配置成在屏幕上限定界定区域，并且在显示在屏幕上的心脏的表面的三维电解剖图上通过以下方式渲染限定在参数空间中的二次曲面：针对界定区域中的每个像素，将穿过像素的虚拟光线转化到参数空间，并且确定转化的虚拟光线和二次曲面之间的交汇点是否存在于参数空间中，并且针对交汇点存在的界定区域中的每个像素，基于交汇点的属性来在屏幕上渲染像素。在一些实施方案中，针对交汇点不存在的界定区域中的每个像素，处理器还被配置成通过以下方式来标记屏幕上的二次曲面的轮廓：估计转化的虚拟光线与二次曲面之间的最短距离，并且假设估计的最短距离小于阈值，将像素标记为属于该轮廓。在一些实施方案中，处理器被配置成响应于用户选择屏幕上的二次曲面来标记二次曲面的轮廓。在一些实施方案中，针对交汇点不存在的界定区域中的每个像素，处理器被配置成：通过以下方式来确定交汇点不存在：将转化的虚拟光线的公式代入二次曲面的公式，以便得到二次方程at2+bt+c＝0，并且确定二次方程的判别式b2-4ac是负的，并且响应于确定交汇点不存在，将转化的虚拟光线与二次曲面之间的最短距离估计为|c-b2/4a|。在一些实施方案中，处理器还被配置成在参数空间中限定二次曲面，使得二次曲面由具有八个角部的立方体界定，八个角部中的两个角部分别位于(-1,-1,-1)和(1,1,1)。在一些实施方案中，处理器被配置成通过以下方式来限定界定区域：将立方体的角部转化到屏幕空间，该屏幕空间根据屏幕的坐标系而限定，以及限定界定区域，使得界定区域为转化的角部的最小界定矩形。在一些实施方案中，处理器还被配置成限定二次曲面，使得二次曲面可通过4×4对角矩阵Q表示。在一些实施方案中，虚拟光线具有光线原点O以及光线方向矢量D，处理器被配置成通过计算O'以及D’来转化虚拟光线，O'为转化到参数空间的光线原点O，D'为转化到参数空间的光线方向矢量D，并且处理器被配置成通过以下方式来确定交汇点是否存在：计算第一系数a＝D'TQD'，其中D'T是D'的转置，计算第二系数b＝2D'TQO'，并且计算第三系数c＝O'QO'，并且随后，确定二次方程at2+bt+c＝0是否具有任何实根。在一些实施方案中，处理器还被配置成将Q表示为四元素矢量QD，并且处理器被配置成通过执行QD的元素级乘法来计算第一系数a、第二系数b和第三系数c中的每一者。在一些实施方案中，处理器还被配置成接收指示体内导管的远侧端部的位置的信号，并且处理器被配置成在对应于所指示位置的三维电解剖图的一部分上渲染二次曲面。在一些实施方案中，处理器被配置成响应于通过体内导管的远侧端部在所指示位置处传递到心脏的表面中的消融信号来渲染二次曲面。在一些实施方案中，处理器被配置成通过以下方式来在屏幕上渲染像素：计算二次曲面在交汇点处的法向量，以及根据二次曲面在交汇点处的着色以及法向量来渲染像素。根据本专利技术的一些实施方案另外提供了方法，该方法包括使用处理器在屏幕上限定界定区域。该方法还包括在显示在屏幕上的心脏的表面的三维电解剖图上通过以下方式渲染限定在参数空间中的二次曲面：针对界定区域中的每个像素，将穿过像素的虚拟光线转化到参数空间，并且确定转化的虚拟光线和二次曲面之间的交汇点是否存在于参数空间中，并且针对交汇点存在的界定区域中的每个像素，基于交汇点的属性来在屏幕上渲染像素。根据本专利技术的一些实施方案，还提供包括存储有程序指令的有形非暂态计算机可读介质的计算机软件产品，该指令在被处理器读取时使得处理器在屏幕上限定界定区域。该指令还使得处理器在显示在屏幕上的心脏的表面的三维电解剖图上通过以下方式渲染限定在参数空间中的二次曲面：针对界定区域中的每个像素，将穿过像素的虚拟光线转化到参数空间，并且确定转化的虚拟光线和二次曲面之间的交汇点是否存在于参数空间中，并且针对交汇点存在的界定区域中的每个像素，基于交汇点的属性来在屏幕上渲染像素。结合附图阅读本专利技术实施方案的以下详细说明，将更全面地理解本专利技术，其中：附图说明图1为根据本专利技术的一些实施方案的用于在电解剖图上方渲染二次曲面的系统的示意图；图2是根据本专利技术的一些实施方案的用于渲染二次曲面的方法的示意性概览；图3是根据本专利技术的一些实施方案的用于渲染二次曲面的方法的各个方面的示意图；图4是根据本专利技术的一些实施方案的用于标记二次曲面的轮廓的方法的示意图；并且图5A-图5B共同示出根据本专利技术的一些实施方案由处理器执行的渲染方法的流程图。具体实施方式概述在本专利技术的实施方案中，构造了受试者的心脏的一部分的电解剖图，然后渲染在屏幕上。(此图通常通过由多个点构造的三维网眼体现，该多个点对应于在那测量电特性的相应位置。)然后可在电解剖图上渲染多个二次曲面。例如在消融规程期间和/或之后，已消融或正在消融的心脏组织的各部分可在屏幕上由相应的二次曲面标记，诸如球体或椭圆形。通常，该标记的分辨率相对较高，使得在一些情况下，可能必须在屏幕上渲染大量(例如，数万)二次曲面。本专利技术的实施方案提供用于渲染二次曲面的改善方法和系统，使得大量的二次曲面可被快速且准确地渲染。例如，以下算法可用于渲染二次曲面中的每个：(i)限定对角矩阵Q，其代表参数空间(或“模型空间”)中的二次曲面，该参数空间以原点为中心并由在(-1,-1,-1)和(1,1,1)上有角部的立方体界定。例如，以(0,0,0)为中心的半径为1的单位球体由表示。(ii)计算矩阵M，在乘以参数空间中具有齐次坐标的点后，该矩阵转化该点，使得点正确地位于虚拟场景内，该虚拟场景存在于“世界空间”中。矩阵M因此表示从参数空间到世界空间的转化。(iii)给定矩阵V，其代表从世界空间到视图空间的转化，并给定矩阵P，其代表从视图空间到屏幕空间(其根据在其上渲染二次曲面的屏幕的坐标系而限定)的透视投影或正射投影，计本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种设备，包括：显示器，所述显示器包括屏幕；和处理器，所述处理器被配置成：在所述屏幕上限定界定区域，以及在显示在所述屏幕上的心脏的表面的三维电解剖图上通过以下方式渲染限定在参数空间中的二次曲面：针对所述界定区域中的每个像素，将穿过所述像素的虚拟光线转化到所述参数空间，并且确定所转化的虚拟光线和所述二次曲面之间的交汇点是否存在于所述参数空间中，并且针对所述交汇点存在的所述界定区域中的每个像素，基于所述交汇点的属性来在所述屏幕上渲染所述像素。

【技术特征摘要】
2016.12.25 US 15/390509;2017.12.12 US 15/8390391.一种设备，包括：显示器，所述显示器包括屏幕；和处理器，所述处理器被配置成：在所述屏幕上限定界定区域，以及在显示在所述屏幕上的心脏的表面的三维电解剖图上通过以下方式渲染限定在参数空间中的二次曲面：针对所述界定区域中的每个像素，将穿过所述像素的虚拟光线转化到所述参数空间，并且确定所转化的虚拟光线和所述二次曲面之间的交汇点是否存在于所述参数空间中，并且针对所述交汇点存在的所述界定区域中的每个像素，基于所述交汇点的属性来在所述屏幕上渲染所述像素。2.根据权利要求1所述的设备，其中针对所述交汇点不存在的所述界定区域中的每个像素，所述处理器还被配置成通过以下方式来标记所述屏幕上的所述二次曲面的轮廓：估计所转化的虚拟光线与所述二次曲面之间的最短距离，并且假设所估计的最短距离小于阈值，将所述像素标记为属于所述轮廓。3.根据权利要求2所述的设备，其中所述处理器被配置成响应于用户选择所述屏幕上的所述二次曲面来标记所述二次曲面的所述轮廓。4.根据权利要求2所述的设备，其中针对所述交汇点不存在的所述界定区域中的每个像素，所述处理器被配置成：通过以下方式来确定所述交汇点不存在：将所转化的虚拟光线的公式代入所述二次曲面的公式，以便得到二次方程at2+bt+c＝0，并且确定所述二次方程的判别式b2-4ac是负的，并且响应于确定所述交汇点不存在，将所转化的虚拟光线与所述二次曲面之间的所述最短距离估计为|c-b2/4a|。5.根据权利要求1所述的设备，其中所述处理器还被配置成在所述参数空间中限定所述二次曲面，使得所述二次曲面由具有八个角部的立方体界定，所述八个角部中的两个角部分别位于(-1,-1,-1)和(1,1,1)。6.根据权利要求5所述的设备，其中所述处理器被配置成通过以下方式来限定所述边界区域：将所述立方体的所述角部转化到屏幕空间，所述屏幕空间根据所述屏幕的坐标系而限定，以及限定所述界定区域，使得所述界定区域为所转化的角部的最小界定矩形。7.根据权利要求1所述的设备，其中所述处理器还被配置成限定所述二次曲面，使得所述二次曲面能够由4×4对角矩阵Q表示。8.根据权利要求7所述的设备，其中所述虚拟光线具有光线原点O以及光线方向矢量D，其中所述处理器被配置成通过计算O’和D’来转化所述虚拟光线，O'为转化到所述参数空间的所述光线原点O，D'为转化到所述参数空间的所述光线方向矢量D，并且其中所述处理器被配置成通过以下方式来确定所述交汇点是否存在：计算第一系数a＝D'TQD'，其中D'T是D'的转置，计算第二系数b＝2D'TQO'，并且计算第三系数c＝O'QO'，并且随后，确定二次方程at2+bt+c＝0是否具有任何实根。9.根据权利要求8所述的设备，其中所述处理器还被配置成将Q表示为四元素矢量QD，并且其中所述处理器被配置成通过执行QD的元素级乘法来计算所述第一系数a、所述第二系数b和所述第三系数c中的每一者。10.根据权利要求1所述的设备，其中所述处理器还被配置成接收指示体内导管的远侧端部的位置的信号，并且其中所述处理器被配置成在所述三维电解剖图的对应于所指示的位置的一部分上渲染所述二次曲面。11.根据权利要求10所述的设备，其中所述处理器被配置成响应于通过所述体内导管的所述远侧端部在所指示的位置处传递到所述心脏的所述表面中的消融信号来渲染所述二次曲面。12.根据权利要求1所述的设备，其中所述处理器被配置成通过以下方式来在所述屏幕上渲染所述像素：计算所述二次曲面在所述交汇点处的法向量，以及基于所述二次曲面在所述交汇点处的着色以及所述法向量来渲染所述像素。13.一种方法，包括：使用处理器在屏幕上限定界定区域；以及在显示在所述屏幕上的心脏的表面的三维电解剖图上通过以下方式渲染限定在参数空间中的二次曲面：针对所述界定区域中的每个像素，将穿过所述像素的虚拟光线转化到所述参数...

【专利技术属性】
技术研发人员：B科亨，NS卡茨，L扎尔，
申请(专利权)人：韦伯斯特生物官能以色列有限公司，
类型：发明
国别省市：以色列,IL