Volumenvisualisierung Flashcards
(27 cards)
Was ist Volumenvisualisierung?
Volumenvisualisierung ist eine Technik zur Darstellung von 3D-Datenfeldern, die aus Voxel-basierten Bildgebungsverfahren stammen. Sie ermöglicht die Darstellung komplexer innerer Strukturen ohne explizite Oberflächendefinition.
Wo findet Volumenvisualisierung Anwendung?
- Medizin: CT, MRT, PET.
- Wissenschaft: Strömungssimulationen, Wettermodelle.
- Industrie & Film: Computergenerierte Spezialeffekte, Materialsimulationen.
Welche bildgebenden Verfahren liefern Volumendaten?
- Zahnmedizin: Digitaler Volumentomograph (DVT).
- Radiologie: CT, MRT, PET.
- Tomographische Verfahren: Erfassen die innere Struktur eines Objekts in Schnittbildern.
Wie funktioniert der Aufnahmeprozess?
- Eine Röntgenquelle sendet Strahlen aus.
- Strahlen durchdringen das Objekt und werden durch das Gewebe unterschiedlich absorbiert.
- Ein Detektor erfasst die transmittierten Strahlen und rekonstruiert das Volumenbild.
Was ist ein Voxel?
Ein Voxel (Volume Element) ist das 3D-Äquivalent eines Pixels und speichert Materialeigenschaften wie Absorption.
Warum sind Volumendaten speicherintensiv?
- Datenmengen sind groß:
->256^3 Voxel → ca. 17 MB
->512^3 Voxel → ca. 300 MB - Speicherung von mehreren Werten pro Voxel (z. B. Dichte, Farbe, Temperatur).
Was ist das Ziel der Volumenvisualisierung?
Eine 2D-Abbildung der Volumendaten unter Berücksichtigung von Blickwinkel, Darstellungsart und Beleuchtung zu erzeugen.
Welche Darstellungsarten gibt es?
- Oberflächendarstellung (Surface Rendering)
- Volume Slicing (Schichtweise Darstellung)
- Volume Ray-Casting (Strahlverfolgung durch das Volumen)
Wie funktioniert das Emission/Absorption-Modell?
Absorption: Bestimmt die Opazität des Materials.
Emission: Bestimmt die Farbe eines Voxels.
Modell basiert auf dem Beer-Lambert-Gesetz:
𝐼(𝑥)=𝐼_0*𝑒^−𝜇𝑥
I(x) = Intensität nach Durchlaufen des Mediums.
𝐼_0 = Ursprüngliche Intensität.
𝜇 = Absorptionskoeffizient.
Was passiert, wenn die Opazitätswerte falsch gewählt sind?
- Zu hoch: Wichtiges wird verdeckt.
- Zu niedrig: Strukturen erscheinen zu transparent oder unklar.
Was ist eine Transferfunktion?
Eine Zuordnung von Voxelwerten zu Farben und Opazitäten zur Steuerung der Darstellung.
Warum ist die Wahl der Transferfunktion wichtig?
Eine falsch gewählte Transferfunktion kann relevante Strukturen unsichtbar machen oder unnötige Details verstärken.
Wie kann die Transferfunktion interaktiv verändert werden?
Benutzer können Regler für Farbe und Transparenz anpassen, um die Darstellung zu optimieren.
Was ist Oberflächendarstellung?
Eine indirekte Methode, bei der explizite Oberflächen aus den Volumendaten extrahiert werden.
Welche Probleme hat die Oberflächendarstellung?
- Transparenz erfordert Sortierung der Dreiecke.
- Komplexe Geometrien sind aufwendig zu berechnen.
Was ist Volume Slicing?
Eine zerstörungsfreie Methode, bei der das Volumen in parallele Schichten zerlegt und als Textur dargestellt wird.
Wie funktioniert das „View-Aligned Volume Slicing“?
- Das Volumen wird in Scheiben zerlegt.
- Jede Scheibe wird als 2D-Textur gerendert.
- Alpha-Blending überlagert die Schichten für Transparenz.
Welche Vor- und Nachteile hat Volume Slicing?
✅ Vorteile: Schnell, effizient für ältere GPUs.
❌ Nachteile: Wenig flexibel, begrenzte Qualität.
Was ist Volume Ray-Casting?
- Ein bildbasierter Ansatz, bei dem für jedes Pixel ein Sehstrahl durch das Volumen geschickt wird.
- Bestimmt die Voxelwerte entlang des Strahls und kombiniert sie mit der Transferfunktion.
Wie funktioniert der Ray-Casting-Algorithmus?
- Berechnung des Eintritts- und Austrittspunkts des Strahls.
- Abtasten der Voxelwerte entlang des Strahls.
- Anwendung der Transferfunktion (Farbe, Transparenz).
- Alpha-Blending kombiniert die Werte zur finalen Pixel-Farbe.
Welche Optimierungen gibt es für Ray-Casting?
- Early Ray Termination: Strahlenberechnung wird gestoppt, wenn ein bestimmter Opazitätswert erreicht wird.
- Empty-Space Leaping: Leere Bereiche werden übersprungen, um Rechenzeit zu sparen.
Was sind die Vor- und Nachteile von Ray-Casting?
✅ Vorteile: Hochrealistische Darstellung, flexibel.
❌ Nachteile: Hoher Rechenaufwand, benötigt leistungsfähige GPUs.
Warum ist Beleuchtung wichtig in der Volumenvisualisierung?
Beleuchtung verbessert Tiefenwahrnehmung und Detailgenauigkeit, indem Schatten und Reflexionen simuliert werden.
Welche Beleuchtungsmodelle werden genutzt?
- Phong-Beleuchtung für realistische Reflexionen.
- Shading-Modelle zur Anpassung der Lichtintensität.
