DE68928198T2

DE68928198T2 - Verfahren und Vorrichtung für dreidimensionale Anzeige mit Querschnitt

Info

Publication number: DE68928198T2
Application number: DE68928198T
Authority: DE
Inventors: Kazushige Takahashi
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-12-27
Filing date: 1989-12-22
Publication date: 1997-12-18
Anticipated expiration: 2009-12-23
Also published as: EP0376181A3; US5309550A; JPH02173878A; DE68928198D1; EP0376181A2; EP0376181B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur dreidimensionalen Darstellung eines Gegenstands mit einem Querschnitt, welche aufweist:
eine Oberflächendatenspeichervorrichtung zum Speichern von Oberflächendaten, welche eine Oberfläche des Gegenstands angeben;
eine Schneidebenenpuffervorrichtung zum Speichern von Schneidebenendaten, welche eine Schneidebene angeben, auf welcher der Querschnitt liegt;
eine Oberflächenbilderzeugungsvorrichtung zur Erzeugung eines Oberflächenbildes, bei welchem der Gegenstand in der Schneidebene geschnitten wird und der Querschnitt offengelassen wird, aus den Oberflächendaten und den Schneidebenendaten; und
eine Anzeigevorrichtung zur Anzeige des Oberflächenbildes.
Eine derartige Vorrichtung ist beschrieben in "Ultrasonic Imaging of Arterial Structures Using 3D Solid Modelling" von Kitney et al (Computers in Cardiology, New York, USA, Seiten 3 bis 6). Eine weitere Anzeigevorrichtung ist in der EP-A-O 216 156 beschrieben.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur dreidimensionalen Anzeige eines Gegenstands, und ist bei medizinischen Geräten und industriellen Meßgeräten einsetzbar.
Jüngste Fortschritte auf dem Gebiet der Computergraphik ermöglichen eine Echtzeitanzeige, und führen zum steigenden Einsatz einer dreidimensionalen Anzeige, die realistischer ist als eine zweidimensionale Anzeige.
Bei der dreidimensionalen Anzeige ist es bekanntlich wirksam, einen Querschnitt in einer festgelegten Schneidebene darzustellen, so daß die dreidimensionale Anzeige häufig mit einem Querschnitt gezeigt wird.
Wenn bei einer derartigen dreidimensionalen Anzeige mit einem Querschnitt ein Querschnitt auf solche Weise angezeigt wird, daß jene Abschnitte eines Gegenstands, welche näher an einem Betrachter liegen als eine Schneidebene, gelöscht sind, so daß die Querschnittsfläche offengelassen wird, werden die anderen Abschnitte des Gegenstands hinter der Schneidebene sichtbar, und wird die Schneidkante unsichtbar.
Aus diesem Grund wird bei der dreidimensionalen Anzeige die Querschnittsfläche ebenfalls als Oberfläche behandelt, und wird so angezeigt, daß sie in einer vorbestimmten Farbe ausgemalt wird.
Bei der Anzeige eines derartigen Gegenstands mit einem Querschnitt in drei Dimensionen ist es allerdings üblicherweise erforderlich gewesen, Oberflächendaten zu erzeugen, welche den Gegenstand mit der Querschnittsfläche darstellen, als Teil der Oberfläche für jeden Querschnitt, so daß dann, wenn die Schneidebene geändert werden soll, ein erheblicher Zeitaufwand dazu erforderlich war, die neuen Oberflächendaten zu erhalten.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur dreidimensionalen Anzeige mit einem Querschnitt, welche dazu fähig sind, Querschnittsflächen einfach zu erzeugen, so daß ein Gegenstand mit Querschnitt dreidimensional in Echtzeit angezeigt werden kann.
Gemäß einer Zielrichtung der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur dreidimensionalen Anzeige eines Gegenstands mit einen Querschnitt zur Verfügung gestellt, welche aufweist:
eine Oberflächendatenspeichervorrichtung (1) zum Speichern von Oberflächendaten, welche eine Oberfläche des Objekts in Form einer Sammlung zweidimensionaler Figuren angeben, die im dreidimensionalen Raum definiert ist;
eine Schneidebenenpuffervorrichtung (9) zum Speichern von Schneidebenendaten, welche eine Schneidebene angeben, auf welcher der Querschnitt liegt,
eine Oberflächenbilderzeugungsvorrichtung (5, 7, 8) zur Erzeugung eines Oberflächenbildes, bei welchen der Gegenstand in der Schneidebene geschnitten wird, und der Querschnitt offen bleibt, aus den Oberflächendaten und den Schneidebenendaten; und
eine Anzeigevorrichtung (6) zur Anzeige des Oberflächenbildes;
eine Querschnittsbilderzeugungsvorrichtung (3, 4, 10, 11) zur Erzeugung eines Querschnittsbildes, bei welchen ein Innenbereich des Querschnitts in einer vorbestimmten Farbe ausgemalt ist, aus den Oberflächendaten und den Schneidebenendaten,
wobei die Querschnittsbilderzeugungsvorrichtung so betreibbar ist, daß sie das Querschnittsbild während einer Erzeugung des Oberflächenbildes durch die Oberflächenbilderzeugungsvorrichtung parallel zur Erzeugung des Oberflächenbildes durch die Oberflächenbilderzeugungsvorrichtung erzeugt; und die Anzeigevorrichtung (6) so betreibbar ist, daß sie das Oberflächenbild und das Querschnittsbild dadurch anzeigt, daß sie das Querschnittsbild, wie es von der Querschnittsbilderzeugungsvorrichtung erzeugt wird, dem Oberflächenbild überlagert, wie es von der Oberflächenbilderzeugungsvorrichtung erzeugt wird.
Gemäß einer weiteren Zielrichtung der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur dreidimensionalen Anzeige eines Gegenstands mit einem Querschnitt zur Verfügung gestellt, welches folgende Schritte aufweist:
Speichern von Oberflächendaten, welche eine Oberfläche des Gegenstands angeben, in Form einer Sammlung zweidimensionaler Figuren, die im dreidimensionalen Raum definiert sind;
Speichern von Schneidebenendaten, welche eine Schneidebene angeben, auf welcher der Querschnitt liegt;
Erzeugung eines Oberflächenbildes, in welchem der Gegenstand in der Schneidebene geschnitten wird, und der Querschnitt offen bleibt, aus den Oberflächendaten und den Schneidebenendaten; und
Anzeige des Oberflächenbildes,
Erzeugung eines Querschnittsbildes, bei welchem ein Innenbereich des Querschnitts in einer vorbestimmten Farbe ausgemalt ist, aus den Oberflächendaten und den Schneidebenendaten,
wobei das Querschnittsbild während einer Erzeugung des Oberflächenbilds in dem Oberflächenbilderzeugungsschritt erzeugt wird, parallel zur Erzeugung des Oberflächenbildes in dem Oberflächenbilderzeugungsschritt; und
Anzeigen des Oberflächenbildes und des Querschnittsbildes durch Überlagerung des Querschnittsbildes, wie es in dem Querschnittsbilderzeugungsschritt erzeugt wird, auf dem Oberflächenbild, wie es in dem Oberflächenbilderzeugungsschritt erzeugt wird.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen deutlich, wobei:
Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer Ausführungsform einer Vorrichtung zur dreidimensioyialen Anzeige gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 2 eine Tabelle von Dreiecksstückdaten zeigt, die in der Vorrichtung von Figur 1 verwendet werden soll;
Fig. 3 eine Perspektivdarstellung eines Beispiels für einen Gegenstand ist, der durch die Vorrichtung von Figur 1 angezeigt werden soll;
Fig. 4 eine Perspektivdarstellung eines Beispiels für eine Schneidebene ist, die in der Vorrichtung von Figur 2 festgelegt werden soll;
Fig. 5 eine Perspektivansicht des Gegenstands von Figur 3 mit einem Querschnitt in der Schneidebene von Figur 4 ist,
Fig. 6 eine Anzeige der Vorrichtung von Figur 1 ist, wobei der Querschnitt offengelassen ist;
Fig. 7 eine Perspektivdarstellung einer Schneidkante in dem Querschnitt von Figur 5 ist;
Fig. 8 eine Perspektivdarstellung der Schneidkante von Figur 7 ist, wobei der Innenbereich ausgemalt ist;
Fig. 9 eine Anzeige der Vorrichtung von Figur 1 ist, wobei der Querschnitt ausgemalt ist;
Fig. 10 ein Blockschaltbild einer Randabzieheinheit der Vorrichtung von Figur 1 ist;
Fig. 11 eine Perspektivdarstellung eines weiteren Beispiels für eine Schneidebene ist, die in der Vorrichtung von Figur 1 festgelegt werden soll, zur Erläuterung des Betriebsablaufs der Randabzieheinheit von Figur 10;
Fig. 12 eine Perspektivansicht eines weiteren Beispiels für einen Gegenstand ist, der durch die Vorrichtung von Figur 1 angezeigt werden soll, zur Erläuterung des Betriebsablaufs der Randabzieheinheit von Figur 10;
Fig. 13 eine Querschnittsansicht der Schneidkante von Figur 11 und des Gegenstands von Figur 12 ist, zur Erläuterung des Betriebsablaufs der Randabzieheinheit von Figur 10;
Fig. 14 eine weitere Querschnittsansicht der Schneidkante von Figur 11 und des Gegenstands von Figur 12 ist, zur Erläuterung des Betriebs der Randabzieheinheit von Figur 10;
Fig. 15 eine Darstellung der Bildelemente ist, welche in der Randabzieheinheit von Figur 10 in einer Stufe von deren Betrieb bearbeitet werden sollen;
Fig. 16 eine weitere Darstellung der Bildelemente ist, die in der Randabzieheinheit von Figur 10 in einer anderen Stufe von deren Betrieb bearbeitet werden sollen;
Fig. 17 eine weitere Darstellung der Bildelemente ist, die in der Randabzieheinheit von Figur 10 in einer e anderen Stufe von deren Betriebsablauf bearbeitet werden sollen;
Fig. 18 eine weitere Darstellung der Bildelemente ist, die in der Randabzieheinheit von Figur 10 in einer anderen Stufen von deren Betriebsablauf bearbeitet werden sollen;
Fig. 19 eine weitere Darstellung der Bildelemente ist, die in der Randabzieheinheit von Figur 10 in einer anderen Stufe von deren Betriebsablauf bearbeitet werden sollen;
Fig. 20 eine weitere Darstellung der Bildelemente ist, welche in der Randabzieheinheit von Figur 10 in einer anderen Stufe von deren Betriebsablauf bearbeitet werden sollen; und
Fig. 21 eine Darstellung der Bildelemente ist, welche durch die Vorrichtung von Figur 1 als Querschnittsbild angezeigt werden sollen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

In Figur 1 ist nunmehr eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur dreidimensionalen Anzeige gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt.
Bei dieser Ausführungsform weist die Vorrichtung einen Oberflächendatenspeicher 1 zum Speichern von Oberflächendaten auf, welche eine Oberfläche eines dreidimensionalen Gegenstands angeben, der angezeigt werden soll, eine Puffereinheit 2 zur temporären Speicherung verschiedener Daten, die zur Erzeugung eines Anzeigebildes erforderlich ist, eine Randabzieheinheit 3 zum Abziehen einer Schneidkante eines Querschnitts, eine Maleinheit 4 zum Ausmalen des abgezogenen Schneidrandes des Querschnittes, eine CPU 5 zum Koordinieren von Betriebsabläufen der Vorrichtung, und zur Durchführung verschiedener Berechnungen, die bei den Betriebsabläufen erforderlich sind, und eine Anzeigeeinheit 6 zur Anzeige des dreidimensionalen Gegenstands mit dem Querschnitt.
Bei dieser Vorrichtung wird, wenn eine Schneidebene festgelegt wird, ein Bild der Oberfläche, die in der Schneidebene geschnitten ist, aus den Oberflächendaten und Daten erzeugt, welche die Schneidebene angeben, unter Verwendung eines sogenannten Z-Pufferalgorithmus, während ein Bild des Querschnitts ebenfalls aus den Oberflächendaten und den die Schneidebene angebenden Daten erzeugt wird, welches bei der endgültigen Anzeige dem Oberflächenbild überlagert wird.
Der Oberflächendatenspeicher 1 speichert die Oberflächendaten in Form einer Sammlung dreieckiger Stücke, von denen jedes durch die X-, Y- und Z-Koordinaten von drei Spitzen und die Luminanz eines durch die drei Spitzen festgelegten Dreiecks gegeben ist, wie in Figur 2 gezeigt ist.
Die Puffereinheit 2 weist einen I-Puffer 7 zum Speichern der Luminanz der anzuzeigenden Oberfläche an jeder X- und Y-Koordinate einer Anzeigeebene auf, die bei der vorliegenden Ausführungsform die X-Y-Ebene ist, einen Z-Puffer 8 zum Speichern der Z-Koordinaten der an jeder X- und Y-Koordinate der Anzeigeebene anzuzeigenden Oberfläche, einen Schneidebenenpuffer 9 zum Speichern von Schneidebenendaten, einen Schneidrandpuffer 10 zum Speichern des Schneidrands des Querschnitts an der Schneidebene, sowie einen Querschnittspuffer 11 zum Speichern von Daten eines Querschnittsbildes, welches dem Oberflächenbild überlagert werden soll. Die Schneidebene wird extern durch einen Benutzer vorgegeben, wobei die in den Schneidebenenpuffer 9 einzugebenden Schneidebenendaten von der CPU 5 berechnet werden, wogegen Daten, die in dem I-Puffer 7, dem Z-Puffer 8, dem Schneidrandpuffer 10 und dem Querschnittspuffer 11 gespeichert sind im Verlaufe von Operationen zur Erzeugung von Anzeigebildern geändert werden. Bei diesem I-Puffer 7, dem Z- Puffer 8, dem Schneidebenenpuffer 9, dem Schneidrandpuffer 10 und dem Querschnittspuffer 11 geben zweidimensionale Speicheradressen X- und Y-Koordinaten an, und die gespeicherte Größe an jeder Adresse gibt die Luminanz im Falle des I-Puffers 7 an, und die Z-Koordinate im Falle der anderen Puffer. Es wird darauf hingewiesen, daß der Inhalt des I-Puffers 7 effektiv die anzuzeigende Oberfläche mit Ausnahme des Querschnitts angibt.
Die Randabzieheinheit 3 zieht den Schneidrand des Querschnitts in der Schneidebene von den Schneidebenendaten in dem Schneidebenenpuffer 9 sowie die Oberflächendaten in dem Oberflächendatenspeicher 1 ab, die über die CPU 5 erhalten werden, und speichert den abgezogenen Schneidrand in dem Schneidrandpuffer 10. Die Randabzieheinheit 3 wird nachstehend noch genauer erläutert.
Die Maleinheit 4 nimmt den Schneidrand, der in dem Schneidrandpuffer 10 gespeichert ist, und malt dessen Innenbereich mit einer vorbestimmten Farbe aus, die sich von jener der Oberfläche unterscheidet, um das Querschnittsbild zu erhalten, und speichert das erhaltene Querschnittsbild in dem Querschnittspuffer 11.
Die CPU 5 liest die Oberflächendaten aus dem Oberflächendatenspeicher 1 aus, berechnet die Luminanz und die Z-Koordinate an jeder X- und Y-Koordinate der Anzeigeebene aus den Oberflächendaten, und gibt die geeignete Luminanz bzw. Z-Koordinate in dem I-Puffer 7 bzw. den Z-Puffer 8 ein, um das Oberflächenbild zu erhalten, wie nachstehend noch genauer erläutert wird. Hierbei steuert die CPU 5 auch die Operationen der Randabzieheinheit 3 und der Maleinheit 4, um das Querschnittsbild zu erhalten.
Die Anzeigeeinheit 6 überlagert das Querschnittsbild dem Oberflächenbild, und zeigt den dreidimensionalen Gegenstand mit dem Querschnitt gesehen von der X-Y-Ebene aus an.
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf die Figuren 3 bis 9 der Betriebsablauf der Vorrichtung von Figur 1 beschrieben.
Zuerst wird ein Fall geschildert, in welchem die Schneidebene nicht festgelegt ist. In diesem Fall liest die CPU 5 die Oberflächendaten aus dem Oberflächendatenspeicher 1 aus, und berechnet die Luminanz und die Z-Koordinate an jeder X- und Y-Koordinate der Anzeigeebene aus den Oberflächendaten.
Dann liest die CPU 5 die Z-Koordinate aus, die in dem Z-Puffer 8 gespeichert ist, für jede X- und Y-Koordinate, und vergleicht die aus den Oberflächendaten berechnete Z-Koordinate mit der aus dem Z-Puffer 8 ausgelesenen Z-Koordinate. Liegt die berechnete Z-Koordinate näher an der X-Y-Ebene, so wird diese berechnete Z-Koordinate in dem Z-Puffer 8 eingegeben, und wird die entsprechende Luminanz in die entsprechende Adresse des I-Puffers 7 eingegeben, wogegen anderenfalls der Z-Puffer 8 und der I-Puffer 7 unverändert bleiben.
Wird diese Operation für sämtliche X- und Y-Koordinaten durchlaufen, so können die Luminanzen und Z-Koordinaten für jeden Abschnitt der Oberfläche, der von der X-Y-Ebene aus sichtbar ist und daher angezeigt werden soll, in dem I-Puffer 7 und dem Z-Puffer 8 erhalten werden.
Wenn die Schneidebene extern in dem Schneidebenenpuffer 9 festgelegt wird, werden folgende Operationen durchgeführt.
Für einen in Figur 3 gezeigten Gegenstand berechnet dann, wenn die in Figur 4 gezeigte Schneidebene so festgelegt ist, daß eine Anzeige für einen Zustand des Gegenstands gemäß Figur 5 erhalten werden kann, die CPU 5 Z-Koordinaten der Schneidebene an jeder X- und Y-Koordinate, und speichert sie als die Schneidebenendaten in dem Schneidebenenpuffer 9.
Dann liest die CPU 5 die Oberflächendaten aus dem Oberflächendatenspeicher 1 aus, und berechnet die Luminanz und die Z-Koordinate an jeder X- und Y-Koordinate der Anzeigeebene aus den Oberflächendaten, wie in dem vorherigen Fall.
Als nächstes liest die CPU 5 die Z-Koordinate aus, die in dem Schneidebenenpuffer 9 für jede X- und Y-Koordinate gespeichert ist, und vergleicht die aus den Oberflächendaten berechnete Z-Koordinate mit der aus dem Schneidebenenpuffer 9 ausgelesenen Z-Koordinate. Liegt die berechnete Z-Koordinate näher an der X-Y-Ebene, so wird ein Bildelement, welches diesen X-, Y- und Z-Koordinaten entspricht, als ungültig markiert, um nicht angezeigt zu werden, wogegen anderenfalls das Bildelement als gültig markiert wird.
Dann wird für jene Bildelemente, die als gültig markiert sind, eine ähnliche Operation wie im vorherigen Fall von der CPU 5 durchgeführt. Für derartige Bildelemente liest nämlich die CPU 5 die Z-Koordinate aus, die in dem Z-Puffer 8 für jede X- und Y-Koordinate gespeichert ist, und vergleicht die aus den Oberflächendaten berechnete Z-Koordinate mit der aus dem Z-Puffer 8 ausgelesenen Z-Koordinate. Liegt die berechnete Z-Koordinate näher an der X-Y-Ebene, so wird diese berechnete Z-Koordinate in den Z-Puffer 8 eingegeben, und wird die entsprechende Luminanz in die entsprechende Adresse des I-Puffers 7 eingegeben, wogegen anderenfalls der Z-Puffer 8 und der I-Puffer 7 unverändert bleiben.
Werden diese Operationen für sämtliche X- und Y-Koordinaten durchlaufen, so können die Luminanzen und Z-Koordinate jedes Abschnitts der Oberfläche, der aus der X-Y-Ebene sichtbar ist und daher angezeigt werden soll, in dem I-Puffer 7 bzw. dem Z-Puffer 8 erhalten werden, so daß eine Anzeige, bei welcher wie in Figur 6 gezeigt der Querschnitt offen bleibt, an der Anzeigeeinheit 6 angezeigt wird.
Hierbei werden zum gleichen Zeitpunkt, an welchem die Anzeige von Figur 6 erhalten wird, folgende Operationen durch die Randabzieheinheit 3 und die Maleinheit durchgeführt.
Die Randabzieheinheit 3 zieht den in Figur 7 gezeigten Schneidrand aus den Schneidebenendaten in dem Schneidebenenpuffer 9 und die Z-Koordinate an jeder X- und Y-Koordinate der Anzeigeebene ab, die aus den Oberflächendaten von der CPU 5 erhalten wird, und speichert die Z-Koordinaten des Schneidrands in dem Schneidrandpuffer 10. Dann malt die Maleinheit 4 den Innenbereich, der von dem Schneidrand umschlossen ist, mit der vorbestimmten Farbe aus, die sich von der Farbe der Oberfläche wie in Figur 8 gezeigt unterscheidet, um das Querschnittsbild zu erhalten, und speichert das erhaltene Querschnittsbild in dem Querschnittspuffer 11. Schließlich überlagert die Anzeigeeinheit 6 das Querschnittsbild in dem Querschnittspuffer 11 dem Oberflächenbild in dem I-Puffer 7, und zeigt den dreidimensionalen Gegenstand so an, daß der Querschnitt unterscheidbar ausgemalt ist, wie dies in Figur 9 gezeigt ist.
Im einzelnen werden diese Operationen der Randabzieheinheit 3 und der Maleinheit 4 folgendermaßen durchgeführt.
Die Randabzieheinheit 3 weist eine Bildelementtrenneinheit 20 zum Abtrennen von Bildelementen der Anzeigeeinheit 6 in der Nähe der Schneidebene auf, einen Prozessor 21 für obere Bildelemente zur Bildbearbeitung jener Bildelemente unter den abgetrennten Bildelementen, die unmittelbar oberhalb der Schneidebene liegen, einen Prozessor 22 für untere Bildelemente zur Bildbearbeitung jener Bildelemente unter den abgetrennten Bildelementen, die unmittelbar unterhalb der Schneidebene liegen, und einen AND-Prozessor 23 zur Durchführung einer logischen AND-Operation (oder eines Schnitts) der Ausgangssignale des Prozessors 21 und 22 für obere bzw. untere Bildelemente, sowie eine Verdünnungseinheit 24 zum Verdünnen des Ausgangssignals des AND-Prozessors 23.
Die Bildelementtrenneinheit 20 weist weiterhin eine Bildelementsucheinheit 29 auf, in welcher untersucht wird, ob jede der Z-Koordinaten, die aus den Oberflächendaten durch die CPU 5 berechnet werden, innerhalb eines vorbestimmten Bereichs um die Z-Koordinaten der Schneidebene in dem Schneidebenenpuffer 9 liegt, durch Subtrahieren der Z-Koordinate der Schneidebene von der Z-Koordinate, welche aus den Oberflächendaten berechnet wird, und durch Vergleichen der Differenz mit einer Größe des vorbestimmten Bereichs, um die Bildelemente in der Nähe der Schneidebene aufzufinden, sowie eine Bildelementverteilungseinheit 30, in welcher die herausgesuchten Bildelemente auf dem Prozessor 21 und dem Prozessor 22 für die oberen bzw. unteren Bildelemente entsprechend dem Vorzeichen der Differenz zwischen der Z-Koordinate der Schneidebene und der aus den Oberflächendaten berechneten Z-Koordinate verteilt werden, so daß dann, wenn die Differenz positiv ist, das Bildelement dem Prozessor 21 für die oberen Bildelemente zugeführt wird, jedoch anderenfalls das Bildelement dem Prozessor 22 für die unteren Bildelemente zugeführt wird.
Beispielsweise werden für eine Schneidebene C, die in Figur 11 gezeigt ist, und parallel zur X-Y-Ebene verläuft, und für einen in Figur 12 gezeigten kugelförmigen Gegenstand, jene Bildelemente oberhalb der Schneidebene C, die nicht weiter als dem Prozessor 21 für die oberen Bildelemente als Binärdaten zugeführt, wogegen jene Bildelemente unterhalb der Schneidebene C um nicht mehr als einen vorbestimmten Bereich D wie in Figur 14 gezeigt, von der Bildelementtrenneinheit 20 abgetrennt werden, und dem Prozessor 22 für untere Bildelemente als Binärdaten zugeführt werden.
Der obere Bildelementprozessor 21 weist einen ersten Puffer 25 zum zeitweiligen Speichern der Bildelemente von der Bildelementtrenneinheit 20 als Binärdaten auf, eine Expansionseinheit 27 zum Expandieren der binär umgewandelten Bildelemente zu vier nächsten Nachbarn, und einen zweiten Puffer 28 zur zeitweiligen Speicherung der expandierten Bildelemente. Bei dem voranstehend geschilderten Beispiel gemäß Figur 13 ergeben sich die binär umgewandelten Bildelemente im ersten Puffer 25 so, wie in Figur 15 gezeigt, und die expandierten Bildelemente an der Expansionseinheit 27 wie in Figur 16 gezeigt, wobei Dreiecke die expandierten Bildelemente bezeichnen.
Entsprechend weist der Prozessor 22 für die unteren Bildelemente einen ersten Puffer 25 zur zeitweiligen Speicherung der von der Bildelementtrenneinheit 20 als Binärdaten gelieferten Bildelemente auf, eine Expansionseinheit 27 zum Expandieren der binär umgewandelten Bildelemente zu vier nächsten Nachbarn, und einen zweiten Puffer 28 zur zeitweiligen Speicherung der expandierten Bildelemente. Bei dem voranstehend geschilderten Beispiel gemäß Figur 14 ergeben sich binär umgewandelte Bildelement im ersten Puffer 25 so wie in Figur 17 gezeigt, und expandierte Bildelemente in der Expansionseinheit 27 so wie in Figur 18 gezeigt, in welcher Dreiecke die expandierten Bildelemente bezeichnen. [Texte fehlte?]
gezeigt, in welcher Dreiecke die expandierten Bildelemente bezeichnen.
Die AND-Werte der expandierten Bildelemente in den Puffern 28 des Prozessors 21 und 22 für die oberen bzw. unteren Bildelemente werden dann an dem AND-Prozessor 23 wie in Figur 19 gezeigt abgenommen, und werden in der Verdünnungseinheit 24 verdünnt, wie in Figur 20 gezeigt, um die Schneidranddaten zu erhalten, die in dem Schneidrandpuffer 10 gespeichert werden sollen.
Die so erhaltenen Schneidranddaten werden dann der Maleinheit 4 zugeführt, welche den von dem Schneidrand umschlossenen Innenbereich mit der vorbestimmten Farbe ausmalt, wie dies in Figur 21 gezeigt ist. Dies kann durch irgendein bekanntes Verfahren erfolgen, beispielsweise durch jenes, welches die Zerlegung des Schneidrands in vier oder acht verbundene geschlossene Schleifen verwendet, sowie die Berechnung von Vektordaten für Kettenzüge jeder geschlossenen Schleife.
Wie voranstehend geschildert werden bei der vorliegenden Ausführungsform die Oberflächenbilder mit offengelassenem Querschnitt und das Querschnittsbild, welches in einer anderen Farbe als das Oberflächenbild ausgemalt ist, gleichzeitig erzeugt, und als dem Oberflächenbild überlagertes Querschnittsbild angezeigt, so daß ein Gegenstand mit einem Querschnitt dreidimensional in Echtzeit angezeigt werden kann.

Claims

1. Vorrichtung zur dreidimensionalen Anzeige eines Gegenstands mit einem Querschnitt, welche aufweist:

eine Oberflächendatenspeichervorrichtung (1) zum Speichern von Oberflächendaten, welche eine Oberfläche des Gegenstands angeben, in Form einer Sammlung zweidimensionaler Figuren, die im dreidimensionalen Raum definiert sind;

eine Schneidebenenpuffervorrichtung (9) zum Speichern von Schneidebenendaten, welche eine Schneidebene angeben, auf welcher der Querschnitt liegt;

eine Oberflächenbilderzeugungsvorrichtung (5, 71 8) zur Erzeugung eines Oberflächenbilds, in welchem der Gegenstand in der Schneidebene geschnitten wird, und der Querschnitt offen bleibt, aus den Oberflächendaten und den Schneidebenendaten; und

eine Anzeigevorrichtung (6) zur Anzeige des Oberflächenbildes;

eine Querschnittsbilderzeugungsvorrichtung (3, 4, 10, 11) zur Erzeugung eines Querschnittsbildes, in welchem ein Innenbereich des Querschnitts in einer vorbestimmten Farbe ausgemalt ist, aus dem Oberflächendaten und den Schneidebenendaten;

wobei die Querschnittsbilderzeugungsvorrichtung so betreibbar ist, daß sie das Querschnittsbild während der Erzeugung des Oberflächenbilds durch die Oberflächenbilderzeugungsvorrichtung erzeugt, parallel zur Erzeugung des Oberflächenbildes durch die Oberflächenbilderzeugungsvorrichtung; und die Anzeigevorrichtung (6) so betreibbar ist, daß sie das Oberflächenbild und das Querschnittsbild durch Überlagerung des von der Querschnittsbilderzeugungsvorrichtung erzeugten Querschnittsbildes auf dem von der Oberflächenbilderzeugungsvorrichtung erzeugten Oberflächenbild anzeigt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Querschnittsbilderzeugungsvorrichtung (3, 4, 10, 11) aufweist:

eine Randabziehvorrichtung (3) zum Abziehen eines Schneidrands des Gegenstands in der Schneidebene aus den Oberflächendaten und den Schneidebenendaten; und

eine Malvorrichtung (4) zum Ausmalen eines Innenbereichs, der von dem abgezogenen Schneidrand umschlossen ist, in der vorbestimmten Farbe.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei welcher die Randabziehvorrichtung (3) so betreibbar ist, daß sie den Schneidrand durch Heraussuchen von Bildelementen abzieht, die in der Nähe der Schneidebene innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3,

bei welcher die Randabziehvorrichtung (3) so betreibbar ist, daß sie den Schneidrand dadurch abzieht, daß der Schnitt einer Projektion von Bildelementen, die unmittelbar oberhalb der Schneidebene angeordnet sind, und einer Projektion der Bildelemente, die unmittelbar unterhalb der Schneidebene liegen, als der Schneidrand genommen wird.

5. Verfahren zur dreidimensionalen Anzeige eines Gegenstands mit einem Querschnitt, mit folgenden Schritten:

Speichern von Oberflächendaten, welche eine Oberfläche des Gegenstands angeben, in Form einer Sammlung zweidimensionaler Figuren, die im dreidimensionalen Raum definiert sind;

Speichern von Schneidebenendaten, welch eine Schneidebene angeben, auf welcher der Querschnitt liegt;

Erzeugung eines Oberflächenbildes, in welchem der Gegenstand in der Schneidebene geschnitten wird, und der Querschnitt offen bleibt, aus den Oberflächendaten und den Schneidebenendaten; und

Anzeige des Oberflächenbildes,

Erzeugung eines Querschnittsbildes, in welchem ein Innenbereich des Querschnitts in einer vorbestimmten Farbe ausgemalt wird, aus den Oberflächendaten und den Schneidebenendaten;

wobei das Querschnittsbild während der Erzeugung des Oberflächenbildes in dem Oberflächenbilderzeugungsschritt parallel zur Erzeugung des Oberflächenbilds in dem Oberflächenbilderzeugungsschritt erzeugt wird; und

Anzeige des Oberflächenbildes und des Querschnittsbildes durch Überlagerung des Querschnittsbildes, wie es im Querschnittsbilderzeugungsschritt erzeugt wird, dem Oberflächenbild, wie es in dem Oberflächenbilderzeugungsschritt erzeugt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei welchem die Erzeugung des Querschnittsbilds folgende Schritte umfaßt:

Abziehen eines Schneidrandes des Gegenstands in der Schneidebene aus den Oberflächendaten und den Schneidebenendaten; und

Ausmalen eines Innenbereichs, der von dem abgezogenen Schneidrand umschlossen ist, in der vorbestimmten Farbe.

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei welchem der Schneidrand dadurch abgezogen wird, daß Bildelemente herausgesucht werden, die innerhalb eines vorbestimmten Bereichs in der Nähe der Schneidebene liegen.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei welchem der Schneidrand dadurch abgezogen wird, daß der Schnitt einer Projektion von Bildelementen, die unmittelbar oberhalb der Schneidebene liegen, und einer Projektion von Bildelementen, die unmittelbar unterhalb der Schneidebene liegen, als der Schneidrand genommen wird.