CN107067459A - 用于对三维对象按体积地进行可视化的方法和可视化设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于对三维对象按体积地进行可视化的方法和可视化设备。为了在环境图像内对三维对象进行可视化，探测和选择环境图像的至少一个密集光源。此外对于相应的可视化像素模拟大量视线。按照本发明，对于侵入到对象体积中的相应视线，i）确定散射位置，ii）选取散射方向，其中根据第一随机过程判定：视线是朝密集光源的方向还是朝根据第二随机过程要选取的散射方向散射，和iii）使视线朝所选取的散射方向散射。重复步骤i）至iii），直至视线在对象体积中被吸收或者从所述对象体积射出并且射中环境图像。在此根据环境图像的强度值确定视线对相应可视化像素的照明贡献。确定相应可视化像素的强度值，其方式是对大量视线的照明贡献取平均。

Description

用于对三维对象按体积地进行可视化的方法和可视化设备

技术领域

本发明涉及体绘制（Volume-Rendering）、也即通过图像合成对非均匀（inhomogen）三维对象进行可视化的技术领域。这样的对象尤其可以是真实的主体（Körper）或者虚拟地建模的对象。三维对象的可视化具有大量应用范围，尤其在医学中、在地球物理学中、在材料研究中、在虚拟现实领域上和/或在计算机游戏中。

背景技术

在体绘制的情况下，内部体积也被可视化、也即不仅仅非均匀对象的表面被可视化，使得透明效应和/或内部结构也可以以切合实际的方式被再现（widergegeben）。在此情况下，通过体数据（Volumendaten）以三维分辨率代表三维对象。

用于体绘制的已知方法是所谓的光线投影（Ray-Casting），其中虚构射线的走向（以下称作视线（Sehstrahlen））被模拟，所述虚构射线从虚构观察者的眼睛或者从虚构探测器出发，并且穿过要可视化的对象伸展。沿着视线为对象之内的点确定照度值（Beleuchtungswerte）。最后，由针对视线所确定的照度值组成可视化的二维图像。

切合实际的可视化要求尽可能全面地考虑全局光照效应（Effekten derglobalen Illumination）、诸如环境遮蔽、阴影投射、透光性、所谓的渗色（Colour-Bleeding）、表面荫蔽、复杂摄影效果和/或通过任意的环境光照条件所引起的照明。这样的照明效应尤其在体绘制的情况下显著地有助于景深感觉和外形感觉并且因此有助于更好的图像理解。

为了计算切合实际的阴影表示，常常使用合成光源用于照明。这样的合成光源虽然经常提供良好的阴影表示，但是通常给经合成的图像以合成的、不自然的外观，而其它照明方法在看上去自然的图像的情况下仅能够合成不清晰的阴影。

由Thomas Kroes 等人的出版物“Exposure Render: An Interactive Photo-Realistic Volume Rendering Framework”（PLoS ONE, Volume 7, Issue 7, 2012年7月）已知一种体绘制方法，所述体绘制方法使用蒙特卡罗模拟（Monte-Carlo-Simulation）用于跟踪视线。然而为了计算切合实际的荫蔽效应，除了相应的视线之外，可以跟踪对象体积之内的其它射线，这引起巨大的计算耗费。除此之外，需要所谓的重要性抽样（Importance-Sampling），这影响蒙特卡罗方法的统计特性。

发明内容

本发明的任务是：说明用于对三维对象按体积地进行可视化的方法、可视化设备、计算机程序产品以及计算机可读存储介质，所述方法、可视化设备、计算机程序产品以及计算机可读存储介质允许高效地包含全局光照效应，其尤其具有切合实际的阴影表示。

通过具有专利权利要求1的特征的方法、通过具有专利权利要求13的特征的可视化设备、通过具有专利权利要求14的特征的计算机程序产品以及通过具有专利权利要求15的特征的计算机可读存储介质来解决所述任务。

按照本发明，为了在作为照明源的环境图像之内对三维对象按体积地进行可视化，在环境图像中搜索密集光源（intensiven Lichtquellen），并且根据所述密集光源的强度选择环境图像的至少一个密集光源。此外，对于相应的可视化像素，模拟大量视线。在此情况下，可视化像素可以虚拟地布置在成像平面或者弯曲的成像面上。按照本发明，对于侵入到对象体积中的相应的视线，i）确定散射位置，ii）选取散射方向，其中根据第一随机过程来判定：视线是朝至少一个所选择的密集光源的方向还是朝根据第二随机过程要选取的散射方向被散射，和iii）在散射位置处使视线朝所选取的散射方向散射。第一和/或第二随机过程在此情况下例如可以基于伪随机数发生器或者准随机数发生器。散射尤其可以是虚拟散射。步骤i）至iii）被重复，直至视线在对象体积中被吸收，或者从所述对象体积射出，并且射中环境图像，其中根据环境图像的强度值确定视线对相应可视化像素的照明贡献。针对相应可视化像素的强度值被确定，其方式是对大量视线的照明贡献取平均。上述强度或者强度值尤其可以涉及亮度和/或色度。

可视化设备用于实施按照本发明的方法。

本发明允许，以高效的方式考虑复杂的全局光照效应。由于使视线朝随机地选取的散射方向散射直至吸收或者射到环境图像上，能够避免视线的要以耗费的方式计算的级联式分支，并且尽管如此考虑对象体积之内的复杂的光程。只要环境图像完全地或者部分地围绕对象体积，至少对于射出的视线的很大部分可以预期：所述射出的视线射中环境图像的像点并且因此获得照明贡献。以这种方式可以避免：视线的大部分在一定程度上被浪费、也即被跟踪，而不提供照明贡献。

通过以随机控制的方式（zufallsgesteuert）组合朝密集光源方向的散射和朝环境图像的任意方向的散射，可以组合不同的照明模型的优点。尤其一方面环境图像的使用允许显得非常自然的可视化，并且另一方面强行实施朝密集光源方向散射允许非常切合实际的阴影表示。

在从属权利要求中说明本发明的有利的实施方式和改进方案。

按照本发明的一种有利的实施方式，可以读入涉及阴影强度的可视化参数并且根据所读入的可视化参数实施第一随机过程。例如为了升高阴影强度可以提高概率，其中相应的视线以所述概率朝至少一个所选择的密集光源的方向散射。以这种方式，阴影表示的强度（Stärke）例如可以交互地通过用户以简单的方式改变。

此外，可以根据至少一个所选择的密集光源的强度实施第一随机过程。因此可以随着所选择的密集光源的强度提高以下概率：其中以所述概率使相应的视线朝至少一个所选择的密集光源散射。在此，例如可以考虑所述密集光源的绝对强度和/或所述密集光源相对于环境图像的平均强度或者相对于环境图像的另外光源的强度的相对强度。

如果多个所选择的密集光源存在，那么可以根据所选择的密集光源的相应的强度选取散射方向。在此，可以随着所选择的密集光源的强度提高以下概率：其中以所述概率使相应的视线朝所选择的密集光源的方向散射。在此情况下，也可以考虑绝对强度和/或相对于环境图像的平均强度或相对于环境图像的另外光源的强度的相对强度。

有利地，可以创建环境图像的密集光源的列表。在此，对于相应的密集光源可以存储朝向所述密集光源的方向、环境图像上的分配给所述密集光源的多边形链和/或强度值。这样的列表允许快速访问与散射和与照明贡献相关的参数。

此外，射出的视线到环境图像上的射中点可以被确定。于是可以根据在环境图像的射中点处的强度值来确定视线的照明贡献。

此外，在从对象体积朝至少一个所选择的密集光源的方向射出的情况下视线的照明贡献可以根据所选择的密集光源的强度被确定。在此尤其可以使用存储在列表中的强度值。于是对视线在环境图像上的具体射中点的确定经常不再是必要的。

按照本发明的一种有利的实施方式，多个围绕对象体积的环境图像可以被设置为照明源。散射类型可以被分配给相应的视线，并且可以根据射出的视线的散射类型来选择环境图像之一。视线的照明贡献于是可以特定地根据所选择的环境图像来确定。散射类型尤其可以是反射的、折射的（refraktiv）或透射的。此外，还可以对于不被散射的视线设置散射类型“不被散射的”。反射式和/或折射式散射类型可以根据在表面处的至多轻微漫射的镜面反射（Spieglung）或者折射（Brechung）优选地被分配给强各向异性散射，而透射式散射类型可以被分配给具有与此相对小的各向异性的散射。优选地，在反射式或者折射式散射类型的情况下可以选取至多轻微不清晰的环境图像，并且在透射式散射类型的情况下可以选取与此相对强烈地模糊的环境图像。

尤其可以从环境图像中的第一环境图像通过对于散射类型特定的过滤产生环境图像中的至少一个第二环境图像。因此可以对于不被散射的视线产生未经过滤的第一环境图像，对于反射式或折射式散射类型产生从中借助于不清晰度过滤器轻微变模糊的第二环境图像，以及对于透射式散射类型产生与此相对强烈地变模糊的或漫射的环境图像。以这种方式，散射的特定特性、例如尤其其各向异性可以有效地通过相应地被过滤的环境图像被模仿或者实现。

此外，可以通过体数据来代表对象，所述体数据说明在对象体积中的对象的密度。于是可以根据密度沿着相应的视线来确定散射位置，并且可以通过在散射位置处的密度来影响相应的视线的照明贡献。在此情况下，密度尤其可以是物理密度、光学密度、折射率和/或亮度值、色值、透明度值和/或不透明度值，并且以标量、矢量或者张量（tensorieller）形式来给出。

优选地可以设置传递函数，所述传递函数将密度的相应的值映射成亮度值、色值、透明度值和/或不透明度值。以这种方式，对象的内部结构可以以可预先给定的方式通过颜色、亮度、透明度和/或不透明度来可视化，其中所述内部结构通过不同的密度或特征密度变化过程来表征。尤其可以将视线的照明贡献的、在散射之前存在的色值与分配给密度的色值结合（verknüpft）、例如相乘，并且将所得出的色值可以插入到视线的照明贡献中。

按照另一实施方式，视线的所进行的散射的数量可以被确定、例如被计数，并且根据所述数量进行视线在对象体积中的吸收。尤其对于散射可以预先给定最大数量，在超过所述最大数量之后，视线被看作被吸收的。

附图说明

随后根据附图进一步阐述本发明的实施例。

在此，该图1以示意图示出所模拟的射束走向，用以对由多个环境图像围绕的对象进行可视化。

具体实施方式

该图阐明非均匀三维对象OBJ的可视化。所述三维对象OBJ例如可以是借助于层析X射线摄影数据虚拟地建模的主体部分或者是虚拟现实的合成对象。通过图像合成进行可视化。在该图中所阐明的结构优选地作为虚拟结构通过计算机来模拟。对此所需要的计算的主要部分可以优选地被转移到图形卡上，并且在那里以大规模并行的方式被执行。

对象OBJ包含在三维对象体积OV中，所述三维对象体积OV在该图中通过虚线矩形表明。对象OBJ在对象体积OV之内通过体数据代表，所述体数据以三维或者空间分辨率说明要可视化的对象OBJ的密度。在此情况下，所述密度尤其可以以三维分辨率说明对象OBJ的物理密度、光学密度、折射率和/或亮度、颜色、透明度、强度和/或不透明度。

虚拟探测器D用作成像平面，其中经可视化的对象OBJ虚拟地被投影到所述成像平面上。探测器D包括大量虚拟地以平面方式（flächenhaft）布置的可视化像素。虚拟透镜L被布置在探测器D之前，所述虚拟透镜L与探测器D共同地构成虚拟摄像机。通过布置探测器D和透镜L，可以模拟光学成像效应、例如景深不清晰度和/或运动不清晰度。

对象OBJ作为示例性内部结构具有隐式表面IS。对象OBJ的以下内部或者外部区域可以被理解为或者标识为隐式表面，即其中密度变化过程（Dichteverlauf）在一定程度上具有跳跃，也即其中密度的梯度的数值局部地变得非常大。这例如在从肌肉组织到骨组织的过渡时是这种情况。相应的过渡于是可以被标识为骨表面。优选地可以将反射特性分配给以这种方式标识的表面（这里IS）。

多个围绕对象体积OV的环境图像LP1、LP2和LP3被设置为虚拟照明源。对象可以借助于这样的环境图像被可视化，好像所述对象处于通过环境图像成像的环境中并且以切合实际的方式遭受由此所感应的照明似的。这样的环境图像也经常被称作“光探头（LightProbe）”或者“光照图（Light Map）”，并且尤其可以包含不同强度的光源。强度在这里并且随后尤其可以涉及亮度或者色度。优选地，环境图像LP1、LP2和LP3尽可能完全地围绕对象体积OV，使得每个从对象体积OV射出的视线尽可能射中环境图像LP1、LP2或LP3之一。环境图像LP1、LP2或LP3分别被布置或者投影，使得所述环境图像对以下视野（Sicht）成像，所述视野是处于对象体积OV中的观察者对所成像的环境将会具有的。

对于本实施例应假设，环境图像（Umgebungsbild）LP1是未经过滤的环境图像、例如街道的全景图像。环境图像LP2应是反射环境图像，所述反射环境图像从环境图像LP1中通过应用轻微不清晰度过滤器得以产生。因此，环境图像LP2应是环境图像LP1的轻微变模糊的版本。最后，环境图像LP3应是漫射（diffuses）环境图像，所述漫射环境图像从环境图像LP1中通过应用强烈不清晰度过滤器得以产生。因此，环境图像LP3应是环境图像LP1的强烈变模糊的或几乎漫射的版本。这样的差不多（nahezu）漫射的环境图像LP3经常也被称作“辐照度光照图（Irradiance Light Map）”。

本发明允许，在对对象OBJ进行可视化时以简单和灵活的方式来影响阴影表示。出于该目的，在计算可视化之前，可视化参数被读入和/或经由用户界面由用户询问，其中所述可视化参数涉及阴影表示的强度（Stärke）或表现形式（Ausprägung）。这例如可以是0和1之间或者0%和100%之间的数值。

按照本发明，在未经过滤的环境图像LP1中搜索强（intensive）光源。在本实施例中，在此情况下在环境图像LP1中探测到两个密集光源IL1和IL2，并且确定所述两个密集光源IL1和IL2的强度。在此情况下，例如超过针对光源的绝对强度和/或针对相对于环境图像LP1的例如平均强度的相对强度的预先给定的阈值可以用作探测标准。可替代地或者附加地，在环境图像LP1中的最密集光源的列表可以被创建和/或在环境图像LP1中的光源可以按照其强度被分类并且所述光源中的预先给定数量的最密集光源可以被选择。优选地，在环境图像的最密集光源的列表中，对于所述光源中的每一个光源存储其相应的强度值、以及从对象体积的视野到所述光源的方向和/或在所述环境图像上的分配给所述光源的多边形链（Polygonzug）。在该图中通过加粗的条来阐明所确定的密集光源IL1和IL2。

为了产生要可视化的对象OBJ的要展示给用户的图像，为探测器D的相应的可视化像素模拟、也即计算大量视线，所述视线从相应的可视化像素出发。对于本实施例，在该图中表明示例性的视线R1、…、R5。从探测器D的相应的可视化像素出发的视线R1、…、R5优选地被对准虚拟透镜L上的随机选取的位置并且在所选取的位置处按照透镜L的折光力根据物理折射定律被折射。所折射的视线R1、…、R5然后被继续跟踪。

照明贡献被分配给每个从可视化像素出发的视线，所述照明贡献优选地包含色值。色值最初以颜色白色被初始化。对于由透镜L折射的视线分别确定：所述视线是否侵入到对象体积OV中。在本实施例中，视线R1不侵入到对象体积OV中，而其它视线R2、…、R5侵入到对象体积OV中。对于侵入到对象体积OV中的视线R2、…、R5，借助于所谓的Woodcock跟踪（Woodcock-Tracking）分别确定在对象体积OV之内的散射位置SP1、…或者SP7。在Woodcock跟踪的情况下，散射概率根据对象OBJ的密度沿着相应的视线随着在对象体积OV中经过的路径的长度而增加。在所确定的散射位置处，相应的视线的散射被模拟。散射改变视线的方向，这在该图中通过在相应的散射位置SP1、…或者SP7处的用点标出的弯折表明。尤其相应的视线R2、…、R5无分支地被散射。以这种方式可以避免视线的要以耗费的方式计算的级联式分支或者视线的分支树。

在本实施例中，借助于两个随机过程选取散射方向，其中相应的视线在相应的散射位置处朝所述散射方向被散射。在此情况下，随机过程可以尤其通过伪随机数发生器或者准随机数发生器来实现。在选取散射方向时，首先根据第一随机过程判定：所涉及的视线是否朝所选择的密集光源IL1和IL2的方向被散射、也即散射方向是否被限制于朝向密集光源IL1或者IL2的方向，或者是否不进行这样的限制。在此根据所读入的可视化参数实施第一随机过程。在此情况下，可视化参数可以预先给定概率，其中散射方向以所述概率被限制于朝向密集光源IL1和IL2的方向。因此，可以通过第一随机过程产生0和1之间的随机数并且与可视化参数比较。如果随机数小于可视化参数，那么散射方向被限制于朝向密集光源IL1和IL2的方向，而在另外的情况下不进行这样的限制。

如果将散射方向限制于朝向密集光源IL1和IL2的方向，那么可以通过另一随机过程选取密集光源之一以及在所述密集光源上的随机位置。散射于是朝所述随机位置的方向进行。可替代地或者附加地，也可以根据密集光源IL1和IL2彼此的或者相对于环境图像LP1的平均强度的相对强度将散射方向限制于所述密集光源IL1和IL2。因此，当在环境图像LP1中探测到特别强的光源时，可以强行实施朝所述特别强的光源方向的散射。

如果不将相应的视线的散射限制于朝向密集光源IL1和IL2的方向，那么借助于第二随机过程选取散射方向。在此情况下可以在任意的方向上准许散射。在此，散射方向可以在统计上相同地被分布或者根据概率密度函数被确定。这样的概率密度函数经常也被称作相函数（Phasenfunktion）或者PDF。对于相应的散射位置，所述概率密度函数说明：相应的视线以何种概率朝相应的散射方向被散射。相函数可以从对象OBJ的局部材料特性、例如根据从层析X射线摄影数据推导的局部X射线衰减或X射线吸收按照所谓的亨斯菲尔德标度（Hounsfield-Skala）来推导。局部材料特性优选地作为对象OBJ的体数据中的密度的分量（Komponente）被编码。优选地，体数据被这样地编码，使得密度和从中推导的数据可以在对象体积OV的每个位置处并且尤其沿着视线和其散射位置高效地被内插。在本实施例中，对于不限制于密集光源IL1和IL2的散射的情况，根据第二随机过程并且根据相函数来选取散射方向。相应的视线于是在散射位置处朝所选取的散射方向散射。

可以通过将传递函数（Transferfunktion）应用于优选内插的密度或者其分量推导在散射位置处的局部颜色或者强度。与较低的密度相比，传递函数例如可以将更暗的、更饱和的和/或不同的颜色分配给较高的密度。将在散射位置处存在的颜色与分配给相应的散射的颜色组合、例如相乘，以便在散射位置处对在光和对象OBJ之间的相互作用建模。

朝所选取的散射方向散射的视线R3、…、R5借助于Woodcock跟踪被继续跟踪，以便从而确定下一散射位置，在所述下一散射位置处实施与在先前的散射位置的情况下相同的方法步骤。所述过程被重复，直至相应的视线在对象体积OV中被吸收或者离开对象体积OV并且射中环境图像LP1、LP2或者LP3之一。在此，吸收可以被建模，其方式是预先给定最大数量的散射事件，其中在超过所述最大数量时，相应的视线被看作吸收的；或者其方式是基于散射事件的数量使用用于使相应的视线消光（Extinktion）的概率密度函数。Woodcock跟踪与基于随机的散射的这样的组合经常也被称作蒙特卡罗绘制（Monte-Carlo-Rendering）。

如果视线射中环境图像LP1、LP2和/或LP3，那么根据在视线到所述环境图像上的射中点处所述环境图像的强度值来确定所述视线对相应的可视化像素的照明贡献。根据所述视线的散射类型来确定：环境图像LP1、LP2和LP3中的哪一个被考虑用于确定相应的视线的照明贡献。

在本实施例中，借助于未经过滤的环境图像LP1来确定未被散射的视线的照明贡献。相应地，根据反射环境图像LP2来确定仅被反射的视线的照明贡献并且根据漫射环境图像LP3来确定以透射方式散射的视线的照明贡献。如果视线在密集光源IL1或IL2之一的方向上离开对象体积OV，那么可替代地或者附加地也可以根据在密集光源的列表中所存储的、所述密集光源的强度来确定所述视线的照明贡献。

以可视化像素方式统计地对大量所跟踪的视线取平均。当其它视线在可视化的过程中被计算时，所生成的图像的质量逐渐地改善、也即统计地引起的图像噪声在模拟过程中减少。

在本实施例中，离开透镜L的视线R1不射中对象体积OV，而是作为不被散射的视线射中未经过滤的环境图像LP1。这也适用于视线R2，所述视线R2虽然透过对象体积OV，但是在那里不被散射并且因此同样地根据在射中点处环境图像LP1的强度获得其照明贡献。

视线R3在对象体积OV中首先在散射位置SP1处透射地被散射。在此，首先根据第一随机过程判定：散射方向不被限制于密集光源IL1和IL2，而是借助于第二随机过程从所有围绕的方向中来选取。接着，视线R3在散射位置SP3处再次透射地被散射，其中根据第一随机过程判定：选取散射方向被限制于密集光源IL1和IL2。在限制于密集光源IL1和IL2之后，根据另一随机过程首先选取第一密集光源IL1，并且此外选取视线R3在密集光源IL1上的基于随机的射中点。在此情况下，选取优选地根据密集光源IL1和IL2的所存储的强度进行。只要视线R3在第二散射之后朝密集光源IL1的方向离开对象体积OV，那么在视线R3到环境图像LP1上的射中点处密集光源IL1的强度可以作为照明贡献被分配给所述视线R3。由于在散射位置SP1和SP2处的透射式散射，透射式散射类型被分配给视线R3。由于透射式散射类型，替代于或者附加于密集光源IL1的照明贡献，也可以选取漫射环境图像LP3，以便根据在视线R3的射中点处环境图像LP3的强度值来确定视线R3的照明贡献。在该图中通过视线R3的用虚线画出的延续（Fortsetzung）表明漫射环境图像LP3的这样的选取。

在视线R4离开对象体积OV之前，该视线R4在对象体积OV之内仅一次、更确切地说以反射方式在隐式表面IS处被散射。由于反射式散射，反射式散射类型被分配给视线R4，并且所述视线R4的照明贡献根据反射环境图像LP2、也即根据在视线R4的射中点处环境图像LP2的强度值被确定。

对于射中环境图像或者密集光源IL1和IL2的视线、这里R1、…、R4，将相应的照明贡献与分配给相应的视线的颜色组合、例如相乘，并且加到分别所分配的可视化像素上。

视线R5在对象OBJ的内部中在散射位置SP4、…、SP7处被散射，并且之后在对象OBJ之内例如由于在最后的散射位置SP7附近高的局部密度而被吸收。只要视线R5在所有的散射事件之后保留在对象体积OV之内，那么所述视线R5不获得照明贡献。

视线R5首先在散射位置SP4处透射地被散射，其中根据第一随机过程判定：散射方向被限制于密集光源IL1和IL2。接着，根据另一随机过程来选取指向密集光源IL2的方向。在朝所述所选取的散射方向继续跟踪视线R5的情况下，视线R5射中隐式表面IS，并且在那里在散射位置SP5处以反射方式被散射。在所述反射式散射的情况下，相对于其它散射方向高度地优选沿着按照物理反射定律的反射方向的散射方向。以反射方式散射的视线R5因此在一定程度上以概率性方式被聚焦到通过反射定律预先给定的反射方向上。在继续跟踪如此散射的视线R5的情况下，确定另一散射位置SP6，在所述另一散射位置SP6处根据第一随机过程判定：不将可用的散射方向限制于密集光源IL1和IL2。因此，根据另一随机过程从所有围绕的方向中选取散射方向，并且使视线R5朝所述方向散射。接着，确定另一散射位置SP7，并且根据第一随机过程判定：将散射限制在密集光源IL1和IL2的方向上。在朝所述方向散射之后，视线R5（如上面已经提及的）在对象OBJ中被吸收。

由于视线R5在散射位置SP4处朝密集光源IL2方向散射，视线R5射中所述隐式表面IS并且由所述隐式表面IS反射，这最终导致所述视线R5的吸收，其中所述密集光源IL2在一定程度上从视线R5的角度来看处于隐式表面IS之后。由此可以看出，在一定程度上所有从密集光源IL1的角度来看位于隐式表面IS之后的散射位置（至少在朝所述密集光源IL2方向的散射判定的情况下）由隐式表面IS遮蔽。以这种方式可以实现阴影的切合实际的表示，其中由密集光源IL1或IL2在对象OBJ中的障碍处投下所述阴影。

探测器D的可视化像素构成可视化图像缓冲器，所述可视化图像缓冲器包含所有视线的统计上、例如算数取平均的照明贡献。所述可视化图像缓冲器以连续的方式被展示给用户，并且继续地通过计算背景中的其它视线被改善。如果可视化参数、诸如所设定的阴影强度或者虚拟摄像机的位置改变，那么可视化图像缓冲器可以被删除并且视线的计算或者模拟被重新开始。因为视线和照明贡献可以彼此独立地被计算，所以按照本发明的可视化方法可以良好地被并行化，并且因此有效地在多核架构上或者在大规模并行工作的图形卡上被实施。

通过将蒙特卡罗方法用于视线跟踪或者颜色跟踪，本发明可以考虑通过对象体积OV的任意光程，并且模仿复杂的照明效应和摄像机模型。尤其可以通过组合根据第一随机过程所控制的照明方法、也即朝所选择的密集光源的方向散射或者朝环境图像的任意方向散射，来组合两种照明方法的优点。在此情况下，一方面环境图像的使用导致显得非常自然的可视化，并且另一方面强行实施朝密集光源方向散射导致非常切合实际的阴影表示。阴影表示的强度此外可以通过用户以简单的方式改变。

Claims (15)

1.用于在作为照明源的环境图像（LP1）之内对三维对象（OBJ）按体积地进行可视化的方法，其中

a）在所述环境图像（LP1）中搜索密集光源，并且根据所述环境图像（LP1）的至少一个密集光源（IL1、IL2）的强度选择所述环境图像（LP1）的所述至少一个密集光源（IL1、IL2），

b）对于相应的可视化像素，模拟大量视线（R1、...、R5），其中对于侵入到对象体积（OV）中的相应的视线（R1、...、R5），

ⅰ）确定散射位置（SP1、...、SP7），

ⅱ）选取散射方向，其中根据第一随机过程来判定：所述视线（R1、...、R5）是朝所述至少一个所选择的密集光源（IL1、IL2）的方向还是朝根据第二随机过程要选取的散射方向散射，

ⅲ）在所述散射位置（SP1、...、SP7）处使所述视线（R1、...、R5）朝所述所选取的散射方向散射，和

ⅳ）重复所述步骤ⅰ）至ⅲ），直至所述视线（R1、...、R5）在所述对象体积（OV）中被吸收，或者

从所述对象体积（OV）中射出并且射中所述环境图像（LP1），其中根据所述环境图像（LP1）的强度值确定所述视线（R1、...、R5）对所述相应的可视化像素的照明贡献，和

c）确定针对所述相应的可视化像素的强度值，其方式是对所述大量视线（R1、...、R5）的所述照明贡献取平均。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，

涉及阴影强度的可视化参数被读入，并且所述第一随机过程根据所述所读入的可视化参数被实施。

3.按照上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，

所述第一随机过程根据所述至少一个所选择的密集光源（IL1、IL2）的所述强度被实施。

4.按照上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，

在多个所选择的密集光源（IL1、IL2）的情况下，根据所述所选择的密集光源（IL1、IL2）的所述相应的强度选取所述散射方向。

5.按照上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，

所述环境图像（LP1）的密集光源的列表被创建，其中

对于相应的密集光源（IL1、IL2），朝向所述密集光源的方向、所述环境图像（LP1）上的分配给所述密集光源的多边形链和/或强度值被存储。

6.按照上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，

所述射出的视线（R1、...、R5）到所述环境图像（LP1）上的射中点被确定，和

所述视线（R1、...、R5）的所述照明贡献根据在所述环境图像（LP1）的射中点处的强度值被确定。

7.按照上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，

在从所述对象体积（OV）朝所述至少一个所选择的密集光源（IL1、IL2）的方向射出的情况下所述视线（R1、...、R5）的所述照明贡献根据所述所选择的密集光源的强度被确定。

8.按照上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，

多个围绕所述对象体积（OV）的环境图像（LP1、LP2、LP3）被设置为照明源，

散射类型被分配给相应的视线（R1、...、R5），

所述环境图像（LP1、LP2、LP3）之一根据所述射出的视线的所述散射类型被选择，和

所述视线（R1、...、R5）的所述照明贡献特定地根据所述所选择的环境图像（LP1、LP2、LP3）被确定。

9.按照权利要求8所述的方法，其特征在于，

通过对于散射类型特定的过滤从所述环境图像中的第一环境图像（LP1）产生所述环境图像中的至少一个第二环境图像（LP2、LP3）。

10.按照上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述对象（OBJ）通过体数据来代表，所述体数据说明在所述对象体积（OV）中的所述对象（OBJ）的密度，所述散射位置（SP1、...、SP7）沿着所述相应的视线（R1、...、R5）根据所述密度来确定，并且所述相应的视线（R1、...、R5）的所述照明贡献通过在所述散射位置（SP1、...、SP7）处的所述密度影响。

11.按照权利要求10所述的方法，其特征在于，

设置传递函数，所述传递函数将所述密度的相应的值映射成亮度值、色值、透明度值、强度值和/或不透明度值上。

12.按照上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，

确定所述视线（R1、...、R5）的所进行的所述散射的数量，并且根据所述数量进行所述视线（R1、...、R5）在所述对象体积（OV）中的所述吸收。

13.用于对三维对象（OBJ）按体积地进行可视化的可视化设备，所述可视化设备被设立用于实施按照上述权利要求之一所述的方法。

14.用于对三维对象（OBJ）按体积地进行可视化的计算机程序产品，所述计算机程序产品被设立用于实施按照权利要求1至12之一所述的方法。

15.具有按照权利要求14所述的计算机程序产品的计算机可读存储介质。