用于实时渲染复杂数据的系统和方法技术方案

提供了用于3D对象数据的体渲染的方法。该方法可以包括对3D对象数据进行分类，并基于分类确定用于渲染3D对象数据的传递函数；从3D对象数据中递增地确定要渲染的体素；和/或确定表示体素的网格并基于体素网格进行渲染。

System and Method for Real-time Rendering Complex Data

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于实时渲染复杂数据的系统和方法
本专利技术总体上涉及在计算机上渲染数据。更具体地，本专利技术涉及在二维(2D)显示器、虚拟现实和/或增强现实上渲染三维(3D)对象。
技术介绍
目前，可以渲染三维(“3D”)对象。当前系统可以允许可视化通过例如成像装置、其他系统和/或输入获得的3D对象。目前，可以处理3D对象，用于3D打印、在二维(“2D”)屏幕上可视化、和/或在增强和/或虚拟现实中可视化。当前3D对象可以为医疗专业人员提供重要信息。例如，对于对新生儿进行心脏手术的医生来说，将新生儿的心脏(而不是普通的新生儿心脏模型)可视化，可能是手术成功和失败的区别。可以期望经由计算机屏幕(例如，二维(“2D”)屏幕)、经由虚拟现实、经由增强现实和/或通过3D打印新生儿模型来可视化。当前用于可视化3D对象的系统可能是有限的。例如，虽然3D对象可以呈现给用户(例如，医生)，但是可以是通常以足够的速度渲染3D对象以避免当缩放或旋转对象时延迟的呈现。延迟可能会很长，以至于无法实现利用这些当前系统。例如，医生可能想要在患者观看的情况下可视化3D对象。在另一示例中，医生可能想要与另一医生一起检查3D对象。在这些场景中，当前系统渲染体积所需的持续时间可能会阻止医生在实时处理可能更重要的场景中使用这些当前系统。例如，用于渲染具有100个切片的CT图像的当前方法可以具有2帧/秒的渲染速率。虚拟现实可能需要以90帧/秒的速度渲染。另外，当前系统可能无法以高分辨率渲染3D对象，从而当观看时可以明确对象的小细节(例如，心脏的血管)。精度方面的一个困难包括区分3D对象的不同部分。例如，当渲染包括组织的3D对象时，当前的渲染技术通常不能区分软组织和血管。因此，这两个部分通常渲染为具有相同的颜色。因此，可以期望以足够的速度和/或精度对3D对象进行体渲染，使得该渲染是可用的。
技术实现思路
本专利技术的一个优点在于，可以在可视化和/或3D打印期间提供更大的渲染速度和/或更少的数据量，例如，通过提供比已知方法更快和/或需要更少计算的方法。本专利技术的另一优点在于，可以提供3D对象的更精确的表示，例如，以高保真度显示对象的小细节。本专利技术的另一优点在于，当可视化时，可以提供更快的缩放、旋转、网格创建、掩模创建、数据修改以及3D对象片段的添加和/或移除。本专利技术的另一优点在于，可以允许改进对象各部分之间的区分。根据本专利技术的实施例，提供了用于体渲染三维(3D)图像数据的方法以及包含用于产生该方法的程序指令的非暂时性计算机可读介质。根据本专利技术的实施例，一种方法可以包括：针对3D成像数据中的每个体素，确定材料分类；针对每个材料分类，确定对应传递函数；并且基于对应于与体素对应的材料分类的传递函数，渲染3D成像数据中的每个体素。确定对应传递函数可以进一步基于HU值。在本专利技术的一些实施例中，确定材料分类，还可以包括：确定初始材料分类；分割3D成像数据；并且基于初始材料分类和分割的3D成像数据，确定材料分类。确定初始材料分类值可以基于相应体素的HU值、概率图或其任意组合。在本专利技术的一些实施例中，分割基于每个体素的梯度的大小。分割3D成像数据还可以包括确定分割的3D成像数据之间的交集。根据本专利技术的实施例，另一种方法可以包括：对3D对象执行第一光线投射，以产生第一中间帧，该第一光线投射具有第一开始位置和第一步长；对3D对象执行第二光线投射，以产生第二中间帧；并且混合第一中间帧和第二中间帧，以渲染3D对象。第一光线投射可以具有第一位置和第一步长，第二光线投射可以具有第二开始位置和第二步长。第一开始位置和第二位置可以不同，并且第一步长和第二步长可以不同。第一步长可以基于重铸的采样速率。第二步长可以基于第一步长和偏移量。在本专利技术的一些实施例中，第二开始位置可以是具有偏移值的第一开始位置。偏移值可以随机生成、由用户输入或其任意组合。在本专利技术的一些实施例中，混合第一中间帧值和第二中间帧值还可以包括：对于相同像素位置处的第一中间帧和第二中间帧中的每个像素，混合像素位置处的第一中间帧值和第二中间帧值，以确定像素位置处的最终像素值。在本专利技术的一些实施例中，混合第一中间帧值和第二中间帧值还可以包括将第一中间帧值和第二中间帧值平均、执行第一中间帧值和第二中间帧值的加权平均、累积平均或其任意组合。根据本专利技术的实施例，另一种方法可以包括基于3D对象生成体素网格。该体素网格中的每个体素可以具有三维位置、尺寸规格和体素值。该体素网格中的每个体素可以表示具有相应尺寸规格的3D立方体体积的中心点。尺寸规格可以由用户基于3D对象的类型、3D对象的尺寸及其任意组合来输入。针对体素网格中的每个体素：可以确定3D立方体体积是否为空。如果3D立方体体积为空，则可以为体素网格中的当前体素分配空值。如果3D立方体体积不为空，则可以为体素网格中的当前体素分配当前值。针对体素网格中具有当前值的每个体素，可以基于对应3D对象将对应3D立方体体积渲染到帧，以用于在2D屏幕上显示。在一些实施例中，该方法包括将基于当前值和空值的体素网格渲染到帧，用于在3D屏幕上显示。可以对图形处理单元执行渲染。附图说明本公开的实施例的非限制性示例将在下文中参考在本段之后列出的附图进行描述。出现在多个图中的相同特征通常在它们出现的所有图中用相同的标签标记。在图中标记代表本公开的实施例的给定特征的图标的标签可以用于引用给定特征。选择图中所示特征的尺寸是为了方便和清楚呈现，并不一定按比例显示。在说明书的结尾部分特别指出并明确要求保护被认为是本专利技术的主题。然而，当结合附图阅读时，通过参考以下详细描述，可以最好地理解本专利技术的组织和操作方法及其目的、特征和优点。本专利技术的实施例以示例的方式示出，并且不限于附图中的图，其中，相同的附图标记表示对应的、相似的或类似的元件，并且其中：图1示出了根据本专利技术的说明性实施例的用于体渲染的计算系统的框图；图2示出了根据本专利技术的说明性实施例的用于渲染3D对象的方法的流程图；图3示出了根据本专利技术的说明性实施例的可与图2的方法一起使用的表；图4示出了根据本专利技术的说明性实施例的用于渲染3D对象的方法的流程图；图5示出了根据本专利技术的说明性实施例的用于渲染3D对象的方法的流程图；以及图6示出了根据本专利技术的一些实施例的体积、优化树和帧的截屏。应当理解，为了简单和清楚说明，图中所示的元件不一定是精确地或按比例渲染的。例如，为了清楚起见，一些元件的尺寸可以相对于其他元件放大，或者几个物理组件可以包括在一个功能块或元件中。此外，在认为合适的情况下，可以在图中重复附图标记，以指示对应或类似的元件。具体实施方式在以下详细描述中，阐述了许多具体细节，以便提供对本专利技术的透彻理解。然而，本领域技术人员将理解，在没有这些具体细节的情况下，也可以实施本专利技术。在其他情况下，没有详细描述众所周知的方法、过程和组件、模块、单元和/或电路，以免使本专利技术模糊。相对于一个实施例描述的一些特征或元件可以与相对于其他实施例描述的特征或元件相结合。为了清楚起见，不能重复讨论相同或相似的特征或元件。尽管本专利技术的实施例不限于该方面，但是利用诸如“处理”、“计算”、“估算”、“确定”、“建立”、“分析”、“检查”等术语的讨论可以指计算机、计算平台、计算系统或其他电子计算装置的操作和/或本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于体渲染三维(3D)图像数据的方法，所述方法包括：针对3D成像数据中的每个体素，确定材料分类；针对每个材料分类，确定对应传递函数；并且基于对应于与所述体素对应的所述材料分类的传递函数，渲染所述3D成像数据中的每个体素。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.11.23 US 15/360,3261.一种用于体渲染三维(3D)图像数据的方法，所述方法包括：针对3D成像数据中的每个体素，确定材料分类；针对每个材料分类，确定对应传递函数；并且基于对应于与所述体素对应的所述材料分类的传递函数，渲染所述3D成像数据中的每个体素。2.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述材料分类，还包括：确定初始材料分类；分割所述3D成像数据；并且基于所述初始材料分类和分割的3D成像数据，确定所述材料分类。3.根据权利要求2所述的方法，其中，基于相应体素的HU值，确定初始材料分类值。4.根据权利要求2所述的方法，其中，基于概率图，确定初始材料分类值。5.根据权利要求2所述的方法，其中，分割基于每个体素的梯度的大小。6.根据权利要求2所述的方法，其中，分割所述3D成像数据还包括扩大、侵蚀、打开或关闭所述3D成像数据的全部或一部分。7.根据权利要求2所述的方法，其中，确定所述材料分类还包括确定所述分割的3D成像数据之间的交集。8.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述对应传递函数还基于HU值。9.一种非暂时性计算机可读介质，包含用于使计算机执行以下方法的程序指令：针对3D成像数据中的每个体素，确定材料分类；针对每个材料分类，确定对应传递函数；并且基于对应于与所述体素对应的所述材料分类的传递函数，渲染所述3D成像数据中的每个体素。10.一种用于体渲染三维(“3D”)对象的方法，所述方法包括：对3D对象执行第一光线投射，以产生第一中间帧，所述第一光线投射具有第一开始位置和第一步长；对所述3D对象执行第二光线投射，以产生第二中间帧，所述第二光线投射具有第二开始位置和第二步长，其中，所述第一开始位置和所述第二开始位置不同，并且其中，所述第一步长和所述第二步长不同；并且混合所述第一中间帧和所述第二中间帧，以渲染所述3D对象。11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述第一步长基于射线投射的采样速率。12.根据权利要求10所述的方法，其中，所述第二步长基于所述第一步长和偏移量。13.根据权利要求10所述的方法，其中，混合还包括：针对相同像素位置处的所述第一中间帧和所述第二中间帧中的每个像素，混合所述像素位置处的第一中间帧值和第二中间帧值，以确定所述像素位置处的最终像素值。14.根据权利要求10所述的方法，其中，混合像素位置处的所述第一中间帧值和所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：奥伦·克赖迪，亚龙·瓦克斯曼，罗伊·波拉特，
申请(专利权)人：三D系统有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US