JP2000035406A - 物体レンダリングシステム及び方法 - Google Patents
物体レンダリングシステム及び方法Info
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T15/00—3D [Three Dimensional] image rendering
Abstract
(57)【要約】
【課題】 物体をレンダリングしてＸ線イメージの形成
をシミュレートすることでより単純でより非計算集約的
な物体レンダリングシステム及び方法を得る。 【解決手段】 各物体がネストされた幾何学形状的立体
からなり、それぞれが囲み面によって画定され、ネスト
された立体それぞれのマテリアルの特性はＸ線の質量減
衰係数によって定義されることを考慮することによっ
て、物体の物質的及び幾何学的描写をその物体のＸ線イ
メージに変換し、囲み面それぞれの質量減衰係数を調整
することで、各立体が個別にレンダリングすることを可
能にする。それによって、Ｘ線の結果ではなく物体表現
をＸ線フォーマットで行うことが可能となり、医療での
用途および産業上の非破壊的な試験に使用される。
をシミュレートすることでより単純でより非計算集約的
な物体レンダリングシステム及び方法を得る。 【解決手段】 各物体がネストされた幾何学形状的立体
からなり、それぞれが囲み面によって画定され、ネスト
された立体それぞれのマテリアルの特性はＸ線の質量減
衰係数によって定義されることを考慮することによっ
て、物体の物質的及び幾何学的描写をその物体のＸ線イ
メージに変換し、囲み面それぞれの質量減衰係数を調整
することで、各立体が個別にレンダリングすることを可
能にする。それによって、Ｘ線の結果ではなく物体表現
をＸ線フォーマットで行うことが可能となり、医療での
用途および産業上の非破壊的な試験に使用される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、物体レンダリン
グシステム及び方法に関し、より詳細には合成Ｘ線イメ
ージをレンダリングする非ボクセルベースのシステム及
び方法に関する。
グシステム及び方法に関し、より詳細には合成Ｘ線イメ
ージをレンダリングする非ボクセルベースのシステム及
び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】合成Ｘ線イメージをレンダリングする標
準的な方法では、ボクセルをベースとしたレンダリング
を用いる。この方法論において、物体はそれぞれボクセ
ルと呼ばれる小さな立体要素からなる。ボクセルは、光
線追跡されてレンダリングされたイメージを生成する。
準的な方法では、ボクセルをベースとしたレンダリング
を用いる。この方法論において、物体はそれぞれボクセ
ルと呼ばれる小さな立体要素からなる。ボクセルは、光
線追跡されてレンダリングされたイメージを生成する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このプ
ロセスには２つの制限がある。第一に、物体に近似させ
るために必要なボクセルの数が非常に多くなる可能性が
ある。これにより、そのような大量データはある用途に
十分速く処理できない場合もあるという点において、大
部分のコンピュータ・グラフィックス・システムに課題
を課す。
ロセスには２つの制限がある。第一に、物体に近似させ
るために必要なボクセルの数が非常に多くなる可能性が
ある。これにより、そのような大量データはある用途に
十分速く処理できない場合もあるという点において、大
部分のコンピュータ・グラフィックス・システムに課題
を課す。
【０００４】第二に、ボクセルは形を変更することがで
きないという点において、フレキシブルでない物体を画
定する。物体の全体的な形状が変化した場合、「ボクセ
レーション（voxelation）」すなわちボクセルを新たに
集成して新たな全体形状を描写することは、計算に費用
がかかり、アルゴリズムが複雑である場合がある。
きないという点において、フレキシブルでない物体を画
定する。物体の全体的な形状が変化した場合、「ボクセ
レーション（voxelation）」すなわちボクセルを新たに
集成して新たな全体形状を描写することは、計算に費用
がかかり、アルゴリズムが複雑である場合がある。
【０００５】この発明は上述した点に鑑みてなされたも
ので、物体をレンダリングしてＸ線イメージの形成をシ
ミュレートするより単純でより非計算集約的な物体レン
ダリングシステム及び方法を提供するものである。
ので、物体をレンダリングしてＸ線イメージの形成をシ
ミュレートするより単純でより非計算集約的な物体レン
ダリングシステム及び方法を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明に係る物体レン
ダリングシステムは、物体の物質的及び幾何学的描写を
上記物体のＸ線状イメージに変換する物体レンダリング
システムであって、シミュレートされたフォトンを有す
るＸ線ビームが上記物体を通過することをシミュレート
する手段と、上記シミュレートされたＸ線が上記物体を
通過する際に上記シミュレートされたＸ線の減衰をシミ
ュレートする手段と、上記シミュレートされたＸ線ビー
ムの減衰に応答して上記物体をＸ線フォーマットでレン
ダリングする手段とを含み、これによって上記物体をＸ
線照射した場合に観察者が見るものと同様に物体を観察
者に提示するものである。
ダリングシステムは、物体の物質的及び幾何学的描写を
上記物体のＸ線状イメージに変換する物体レンダリング
システムであって、シミュレートされたフォトンを有す
るＸ線ビームが上記物体を通過することをシミュレート
する手段と、上記シミュレートされたＸ線が上記物体を
通過する際に上記シミュレートされたＸ線の減衰をシミ
ュレートする手段と、上記シミュレートされたＸ線ビー
ムの減衰に応答して上記物体をＸ線フォーマットでレン
ダリングする手段とを含み、これによって上記物体をＸ
線照射した場合に観察者が見るものと同様に物体を観察
者に提示するものである。
【０００７】また、境界によって画定されたネスト表面
を有する多数のネストされた立体に上記物体を分解する
手段をさらに含み、上記ネストされた立体は、それぞれ
所定の質量減衰係数を有し、上記物体を通るＸ線の通過
をシミュレートする上記手段は、上記ネストされた立体
の少なくとも一つを通る上記シミュレートされたＸ線ビ
ームの通過をシミュレートする手段を含むものである。
を有する多数のネストされた立体に上記物体を分解する
手段をさらに含み、上記ネストされた立体は、それぞれ
所定の質量減衰係数を有し、上記物体を通るＸ線の通過
をシミュレートする上記手段は、上記ネストされた立体
の少なくとも一つを通る上記シミュレートされたＸ線ビ
ームの通過をシミュレートする手段を含むものである。
【０００８】また、各立体は、割り当てられた質量減衰
係数を有し、各立体を個別にレンダリング可能にするた
めに上記ネストされた立体のそれぞれの質量減衰係数を
調整する手段をさらに含むものである。
係数を有し、各立体を個別にレンダリング可能にするた
めに上記ネストされた立体のそれぞれの質量減衰係数を
調整する手段をさらに含むものである。
【０００９】また、上記ネストされた立体の境界を確立
する手段をさらに含み、上記境界確立手段は、上記ネス
トされた立体の３Ｄモデルを提供する手段を含み、上記
３Ｄモデルは、その内部位置において上記物体の所定の
特徴を含むものである。
する手段をさらに含み、上記境界確立手段は、上記ネス
トされた立体の３Ｄモデルを提供する手段を含み、上記
３Ｄモデルは、その内部位置において上記物体の所定の
特徴を含むものである。
【００１０】また、上記３Ｄモデルを、シミュレートさ
れたＸ線フォトンエミッタと、上記ネストされた立体の
境界と、上記ネストされた立体を含むシーンにおけるす
べての物体を関連づけるシーングラフとを含む３Ｄ座標
系に記録する手段をさらに含むものである。
れたＸ線フォトンエミッタと、上記ネストされた立体の
境界と、上記ネストされた立体を含むシーンにおけるす
べての物体を関連づけるシーングラフとを含む３Ｄ座標
系に記録する手段をさらに含むものである。
【００１１】また、上記ビームがネストされた物体に入
射するかあるいは出射するかを判断する手段と、これに
応答して上記ビームの経路に沿った隙間の存在を判断す
る手段とをさらに含むものである。
射するかあるいは出射するかを判断する手段と、これに
応答して上記ビームの経路に沿った隙間の存在を判断す
る手段とをさらに含むものである。
【００１２】また、上記ビームがネストされた物体に入
射するかあるいは出射するかを判断する上記手段は、上
記ビームが上記ネストされた立体に入射または出射され
るポイントにおいて表面法線ベクトルを確立すると共
に、上記ビームの方向における一方向および上記ビーム
源と上記ビームが上記ネストされた立体に入射または出
射されるポイントとの間の距離に等しい大きさを有する
視線ベクトルを確立する手段を含み、上記表面法線ベク
トルは、上記ビームに関連する減衰されないフォトン数
に対応する大きさ、および上記シミュレートされたビー
ムから上記ポイントにおいて散乱したシミュレートされ
たフォトンの方向に対応する一方向を有するものであ
る。
射するかあるいは出射するかを判断する上記手段は、上
記ビームが上記ネストされた立体に入射または出射され
るポイントにおいて表面法線ベクトルを確立すると共
に、上記ビームの方向における一方向および上記ビーム
源と上記ビームが上記ネストされた立体に入射または出
射されるポイントとの間の距離に等しい大きさを有する
視線ベクトルを確立する手段を含み、上記表面法線ベク
トルは、上記ビームに関連する減衰されないフォトン数
に対応する大きさ、および上記シミュレートされたビー
ムから上記ポイントにおいて散乱したシミュレートされ
たフォトンの方向に対応する一方向を有するものであ
る。
【００１３】また、上記隙間判断手段は、ネストされた
立体の表面上の上記ビームが入射または出射されるポイ
ントのピクセル、および上記ビームが上記表面に入射す
るかあるいは出射するかを確立するために、上記表面法
線ベクトルと上記視線ベクトルとのドット積を計算する
手段を含むものである。
立体の表面上の上記ビームが入射または出射されるポイ
ントのピクセル、および上記ビームが上記表面に入射す
るかあるいは出射するかを確立するために、上記表面法
線ベクトルと上記視線ベクトルとのドット積を計算する
手段を含むものである。
【００１４】また、上記３Ｄモデルは、手動で形成され
るものである。
るものである。
【００１５】また、上記３Ｄモデルは、実際の物理的な
物体のＣＴスキャンから得られるものである。
物体のＣＴスキャンから得られるものである。
【００１６】また、この発明に係る物体レンダリング方
法は、物体の物質的及び幾何学的描写を上記物体のＸ線
状のイメージに変換する方法であって、上記物体のネス
ト部分に対応するネストされた立体の３Ｄモデルを提供
するステップと、上記立体をデジタル化して、上記ネス
トされた立体それぞれに対応する表面を提供するステッ
プと、ネストされたシェルを形成し、それに関連する所
定の質量減衰特性をそれぞれ有する上記表面のそれぞれ
によって境界付けられた立体に質量減衰を割り当てると
共に、対応する質量減衰特性を関連表面に割り当てるス
テップと、上記シェルをシーングラフに位置的に記録し
て、上記シェルの表面形状を一緒に関連づけるために、
記録されたシェル形状を提供するステップと、上記シェ
ルをレンダリングして、上記ビームが通過する上記シェ
ルによって境界付けられる立体の経路の長さを求め、そ
れによって各シェルの深さイメージの画像を提供し、し
たがって上記ビームの所与の光線が横切る、対応する立
体までの距離を示すステップと、対応する質量減衰係数
を使用して各シェルの減衰イメージを計算することによ
って、上記深さシェルイメージそれぞれを関連する質量
減衰係数と組み合わせ、それによってその密度を示すた
めに影の付けられたシェルの減衰イメージを提供するス
テップと、上記影付き減衰イメージを組み合わせて、表
現されたネストされた立体を有するシミュレートされた
Ｘ線イメージを組み合わせるステップとを含むものであ
る。
法は、物体の物質的及び幾何学的描写を上記物体のＸ線
状のイメージに変換する方法であって、上記物体のネス
ト部分に対応するネストされた立体の３Ｄモデルを提供
するステップと、上記立体をデジタル化して、上記ネス
トされた立体それぞれに対応する表面を提供するステッ
プと、ネストされたシェルを形成し、それに関連する所
定の質量減衰特性をそれぞれ有する上記表面のそれぞれ
によって境界付けられた立体に質量減衰を割り当てると
共に、対応する質量減衰特性を関連表面に割り当てるス
テップと、上記シェルをシーングラフに位置的に記録し
て、上記シェルの表面形状を一緒に関連づけるために、
記録されたシェル形状を提供するステップと、上記シェ
ルをレンダリングして、上記ビームが通過する上記シェ
ルによって境界付けられる立体の経路の長さを求め、そ
れによって各シェルの深さイメージの画像を提供し、し
たがって上記ビームの所与の光線が横切る、対応する立
体までの距離を示すステップと、対応する質量減衰係数
を使用して各シェルの減衰イメージを計算することによ
って、上記深さシェルイメージそれぞれを関連する質量
減衰係数と組み合わせ、それによってその密度を示すた
めに影の付けられたシェルの減衰イメージを提供するス
テップと、上記影付き減衰イメージを組み合わせて、表
現されたネストされた立体を有するシミュレートされた
Ｘ線イメージを組み合わせるステップとを含むものであ
る。
【００１７】さらに、上記レンダリングステップは、所
定のＸ線ビーム描写および所定のカメラ描写を提供し、
上記Ｘ線ビーム描写および上記カメラ描写を使用してレ
ンダリングされた経路の長さを計算するステップを含む
ものである。
定のＸ線ビーム描写および所定のカメラ描写を提供し、
上記Ｘ線ビーム描写および上記カメラ描写を使用してレ
ンダリングされた経路の長さを計算するステップを含む
ものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】この発明おけるシステムは、物体
をＸ線が通過するようにシミュレートし、減衰をシミュ
レートし、そして例えば境界内の境界、表面内の表面、
あるいはシェル内のシェルといった、物質内に埋め込ま
れた物質の一つとなる物体を考慮することによって、非
ボクセル物体データをＸ線フォーマットで表示可能なデ
ータに変換する。
をＸ線が通過するようにシミュレートし、減衰をシミュ
レートし、そして例えば境界内の境界、表面内の表面、
あるいはシェル内のシェルといった、物質内に埋め込ま
れた物質の一つとなる物体を考慮することによって、非
ボクセル物体データをＸ線フォーマットで表示可能なデ
ータに変換する。
【００１９】レンダリングを達成するために、物体は、
一方を他方の内側でネストしたと考えられる多数の立体
に分解され得ることがわかってきた。これらの立体は、
一般に、その立体中および外を通過する光線を利用する
ことにより検出可能な表面によって境界が定められる。
これらの表面は、フォトンビームが通過する際、立体に
よって減衰されるフォトンビームのシミュレートされた
通過について位置決めすることができる。
一方を他方の内側でネストしたと考えられる多数の立体
に分解され得ることがわかってきた。これらの立体は、
一般に、その立体中および外を通過する光線を利用する
ことにより検出可能な表面によって境界が定められる。
これらの表面は、フォトンビームが通過する際、立体に
よって減衰されるフォトンビームのシミュレートされた
通過について位置決めすることができる。
【００２０】したがって、立体の表面は、一実施の形態
において所与のフォトン群の方向に対応する方向および
減衰していないフォトン数に対応する大きさを有するグ
ラフィックス空間においてベクトルを利用する従来のコ
ンピュータグラフィックスの描写によって得ることがで
きる。
において所与のフォトン群の方向に対応する方向および
減衰していないフォトン数に対応する大きさを有するグ
ラフィックス空間においてベクトルを利用する従来のコ
ンピュータグラフィックスの描写によって得ることがで
きる。
【００２１】したがって、本システムは立体を取り上
げ、それをネストされた多数の立体に分解する。このネ
スティングの目的は、上記のネスティングによって規定
される内部位置での立体の所定の特徴を得ることを可能
にすることである。ネストされた表面あるいは境界を決
定することは、ボクセルによって立体の内部要素それぞ
れを規定するよりもはるかに簡略である。
げ、それをネストされた多数の立体に分解する。このネ
スティングの目的は、上記のネスティングによって規定
される内部位置での立体の所定の特徴を得ることを可能
にすることである。ネストされた表面あるいは境界を決
定することは、ボクセルによって立体の内部要素それぞ
れを規定するよりもはるかに簡略である。
【００２２】立体の表面は、標準的な３Ｄビジュアルモ
デル化パッケージによってモデル化されて、ネストされ
た境界を作成する。各立体内部には、その実世界値（re
al world value）に基づいた質量減衰係数（mass-atten
uation coefficient）およびその境界を取り巻く立体の
質量減衰係数が割り当てられる。次いで、これらのモデ
ルは、フォトンエミッタおよび結像面（imaging surfac
e）を含む３Ｄ座標系に、シーン中の全ての物体に関連
するシーングラフによって記録される。
デル化パッケージによってモデル化されて、ネストされ
た境界を作成する。各立体内部には、その実世界値（re
al world value）に基づいた質量減衰係数（mass-atten
uation coefficient）およびその境界を取り巻く立体の
質量減衰係数が割り当てられる。次いで、これらのモデ
ルは、フォトンエミッタおよび結像面（imaging surfac
e）を含む３Ｄ座標系に、シーン中の全ての物体に関連
するシーングラフによって記録される。
【００２３】その後、シーングラフ中のデータは、Ｘ線
が物体を通過するときに得られるイメージに近似させる
ようにレンダリングされる。より詳細には、本システム
は、物体の３Ｄモデル、物体を通過するシミュレートさ
れたフォトン放射、およびそのネストされた立体の全て
を使用して、そしてイメージを出力するシミュレートさ
れたＸ線カメラによって検出されるＸ線状イメージを提
供する。
が物体を通過するときに得られるイメージに近似させる
ようにレンダリングされる。より詳細には、本システム
は、物体の３Ｄモデル、物体を通過するシミュレートさ
れたフォトン放射、およびそのネストされた立体の全て
を使用して、そしてイメージを出力するシミュレートさ
れたＸ線カメラによって検出されるＸ線状イメージを提
供する。
【００２４】一実施の形態において、３Ｄモデルは、モ
デル化される立体についての専門家の知識に基づいて手
動で行われる。たとえば、外科医は心筋層の組織密度お
よび各種心室の境界を特定することによって、心臓の内
層を特定したいと望む場合がある。あるいは、その３Ｄ
モデルのデータセットをＣＴスキャンから得て、その結
果としてボクセル化されたデータを得ることもできる。
これは、類似し近接するボクセルの多くを一つの立体に
変えることができると仮定した場合、有益である。その
結果、ネストされた層または表面すべての立体イメージ
を生成するレンダリングプロセスを、かなり少ないデー
タおよび同様に低減されたプロセスで達成することがで
きる。
デル化される立体についての専門家の知識に基づいて手
動で行われる。たとえば、外科医は心筋層の組織密度お
よび各種心室の境界を特定することによって、心臓の内
層を特定したいと望む場合がある。あるいは、その３Ｄ
モデルのデータセットをＣＴスキャンから得て、その結
果としてボクセル化されたデータを得ることもできる。
これは、類似し近接するボクセルの多くを一つの立体に
変えることができると仮定した場合、有益である。その
結果、ネストされた層または表面すべての立体イメージ
を生成するレンダリングプロセスを、かなり少ないデー
タおよび同様に低減されたプロセスで達成することがで
きる。
【００２５】上記により、新たなセットのボクセルを計
算するのに対して、表面形状を変えることによって立体
／ボリュームのリアルタイムアニメーションが可能とな
る。その結果、本システムにより、Ｘ線イメージを見慣
れている医療実習生が容易に理解するフォーマットで拍
動する心臓をシミュレートすることが可能となる。
算するのに対して、表面形状を変えることによって立体
／ボリュームのリアルタイムアニメーションが可能とな
る。その結果、本システムにより、Ｘ線イメージを見慣
れている医療実習生が容易に理解するフォーマットで拍
動する心臓をシミュレートすることが可能となる。
【００２６】本技術の別の主要な用途は、非破壊的な試
験の分野にある。ここでは、欠陥のある機械加工パーツ
をモデル化し、その結果得られる３Ｄモデルを利用し
て、評価すべきこれらのイメージをＸ線フォーマットで
品質管理の専門家に提示して教えるトレーニングシステ
ムを工夫することができる。この用途において、品質管
理の専門家がＸ線検査システムを利用することが普通で
あり、したがって、本システムにより価値のあるトレー
ニングツールが提供される。
験の分野にある。ここでは、欠陥のある機械加工パーツ
をモデル化し、その結果得られる３Ｄモデルを利用し
て、評価すべきこれらのイメージをＸ線フォーマットで
品質管理の専門家に提示して教えるトレーニングシステ
ムを工夫することができる。この用途において、品質管
理の専門家がＸ線検査システムを利用することが普通で
あり、したがって、本システムにより価値のあるトレー
ニングツールが提供される。
【００２７】より詳細には、本システムは、立体の物体
を通してフォトンビームが減衰するという興味ある数学
的特性を利用するアルゴリズムを採用している。フォト
ンビームの減衰プロセスを考慮して、各辺の長さがＳで
ある正方形の断面を有する長さＬの立体の棒が与えられ
ている場合、フォトンビームがその棒の一面に投射され
ると何が起こるのかを考察することができる。簡単に言
えば、一または大部分のフォトンは、散乱するかあるい
は棒によって吸収される。この吸収を説明する数学的な
関係は以下の数式によって与えられる。
を通してフォトンビームが減衰するという興味ある数学
的特性を利用するアルゴリズムを採用している。フォト
ンビームの減衰プロセスを考慮して、各辺の長さがＳで
ある正方形の断面を有する長さＬの立体の棒が与えられ
ている場合、フォトンビームがその棒の一面に投射され
ると何が起こるのかを考察することができる。簡単に言
えば、一または大部分のフォトンは、散乱するかあるい
は棒によって吸収される。この吸収を説明する数学的な
関係は以下の数式によって与えられる。
【００２８】 Ｉ（Ｅ）＝ＩO（Ｅ）ｅｘｐ（−ｍｕ（Ｅ）×Ｌ） （１） ここで、 ＩO（Ｅ）＝フォトンエネルギー（特定期間中の棒の表
面に衝突する特定エネルギーでのフォトン数）の関数と
しての入射フォトンストリームの強度 Ｉ（Ｅ）＝フォトンエネルギーの関数としての、反対の
端において棒から離れたフォトン数 ｍｕ（Ｅ）＝フォトンエネルギーの関数としてのこの物
体についての減衰係数 ｅｘｐ（ ）＝オイラーの定数を累乗する関数 Ｌ＝棒の長さ Ｅ＝入射ビーム中のフォトンあたりのエネルギー
面に衝突する特定エネルギーでのフォトン数）の関数と
しての入射フォトンストリームの強度 Ｉ（Ｅ）＝フォトンエネルギーの関数としての、反対の
端において棒から離れたフォトン数 ｍｕ（Ｅ）＝フォトンエネルギーの関数としてのこの物
体についての減衰係数 ｅｘｐ（ ）＝オイラーの定数を累乗する関数 Ｌ＝棒の長さ Ｅ＝入射ビーム中のフォトンあたりのエネルギー
【００２９】特定のマテリアルが別のマテリアル内に埋
め込まれた場合に何が起こるのかを考察することができ
る。この減衰は以下のように計算することができる。
め込まれた場合に何が起こるのかを考察することができ
る。この減衰は以下のように計算することができる。
【００３０】 Ｉ＝ＩO（Ｅ）×ｅｘｐ（−ｍｕ１（Ｅ）×（Ｆ２−Ｆ１）） ×ｅｘｐ（−ｍｕ２（Ｅ）×ｅｘｐ（−ｍｕ１（Ｅ）×（Ｂ１ −Ｂ２）） ＝ＩO（Ｅ）×ｅｘｐ（−ｍｕ２（Ｅ）−ｍｕ１（Ｅ））×（Ｂ２−Ｆ２） ）×ｅｘｐ（−ｍｕ１（Ｅ）×（Ｂ１−Ｆ１））
【００３１】レンダリングアルゴリズムは、完全な物体
をレンダリングすることは、複数の単純物体をレンダリ
ングすることに相当するという事実を利用している。一
般に、ｎ個の物体が互いにおいてネストされる場合、こ
れらの物体をｎ個の離散物体に分解することができ、物
体それぞれの減衰係数はその当初の減衰係数とそれを取
り囲む物体の当初の係数との間の差である。
をレンダリングすることは、複数の単純物体をレンダリ
ングすることに相当するという事実を利用している。一
般に、ｎ個の物体が互いにおいてネストされる場合、こ
れらの物体をｎ個の離散物体に分解することができ、物
体それぞれの減衰係数はその当初の減衰係数とそれを取
り囲む物体の当初の係数との間の差である。
【００３２】特に、レンダリングアルゴリズムは以下の
ように実行することができる。初期のＸ線レンダリング
アルゴリズムでは、正確な結果を生成するために、「ネ
ストされた」凸状物体を使用する必要があった。その
後、技術が発見され、それによって、より一般的な性
質、すなわち凸状または非凸状の「ネストされた」物体
を用いることが可能となった。以下説明することは、初
期のレンダリングアルゴリズムにおける変化を再現して
この新しいレベルの一般原理を理解するよう意図されて
いる。
ように実行することができる。初期のＸ線レンダリング
アルゴリズムでは、正確な結果を生成するために、「ネ
ストされた」凸状物体を使用する必要があった。その
後、技術が発見され、それによって、より一般的な性
質、すなわち凸状または非凸状の「ネストされた」物体
を用いることが可能となった。以下説明することは、初
期のレンダリングアルゴリズムにおける変化を再現して
この新しいレベルの一般原理を理解するよう意図されて
いる。
【００３３】オリジナルアルゴリズムは以下のように説
明される。 Ｉ．Ｘ線イメージを定数値ＩOに設定する。 ＩＩ．レンダリングされる全ての物体について、 Ａ．最大範囲イメージを小さな数に設定する。 Ｂ．最小範囲イメージを大きな数に設定する。 Ｃ．最大および最小範囲値を最大および最小範囲イメー
ジそれぞれに保存し、物体をレンダリングする。 Ｄ．最大と最小範囲イメージとの間の絶対差を取ること
によって、各ピクセルの経路の長さを計算する。 Ｅ．式（１）に記載されている減衰関数を使用して減衰
イメージを計算する。 Ｆ．Ｘ線イメージに減衰イメージで倍加することによっ
て減衰イメージをＸ線イメージに合成し、その結果をＸ
線イメージに記憶する。 なお、範囲イメージは、シミュレートされたフォトン源
から対応する立体表面までの範囲を知って生成されたイ
メージを指す。
明される。 Ｉ．Ｘ線イメージを定数値ＩOに設定する。 ＩＩ．レンダリングされる全ての物体について、 Ａ．最大範囲イメージを小さな数に設定する。 Ｂ．最小範囲イメージを大きな数に設定する。 Ｃ．最大および最小範囲値を最大および最小範囲イメー
ジそれぞれに保存し、物体をレンダリングする。 Ｄ．最大と最小範囲イメージとの間の絶対差を取ること
によって、各ピクセルの経路の長さを計算する。 Ｅ．式（１）に記載されている減衰関数を使用して減衰
イメージを計算する。 Ｆ．Ｘ線イメージに減衰イメージで倍加することによっ
て減衰イメージをＸ線イメージに合成し、その結果をＸ
線イメージに記憶する。 なお、範囲イメージは、シミュレートされたフォトン源
から対応する立体表面までの範囲を知って生成されたイ
メージを指す。
【００３４】新しいアルゴリズムはステップＩＩ．Ａ．
〜ＩＩ．Ｄ．に代わり、その結果以下のようになる。 Ｉ．Ｘ線イメージを定数値ＩOに設定する。 ＩＩ．レンダリングされる全ての物体について、 Ａ．瞥見ベクトル(eye beam vector)および物体上の表
面のパッチをこのベクトルに沿って定義する。 Ｂ．その物体上の表面のパッチすべてについて、 １．その表面のパッチに対応するすべてのイメージピク
セルについて、 ａ．表面法線ベクトルとともに視線ベクトル（eye vect
or）のドット積を計算する。 ｂ．ドット積が０ではない場合、 １．視点から表面ポイントまでの距離を計算する。 ２．上記距離の符号をドット積の反対符号に設定する。 ３．上記距離を範囲イメージに加える。 注： この時点で、範囲イメージには、その物体が影響
を及ぼすイメージの各ピクセルについて物体までの経路
の長さが含まれる。 Ｃ．前ステップで計算したイメージとともに、数式１に
記載した減衰関数を使用して減衰イメージを計算する。 Ｄ．Ｘ線イメージに減衰イメージを倍加することによっ
て減衰イメージをＸ線イメージ中に合成し、その結果を
Ｘ線イメージに記憶する。
〜ＩＩ．Ｄ．に代わり、その結果以下のようになる。 Ｉ．Ｘ線イメージを定数値ＩOに設定する。 ＩＩ．レンダリングされる全ての物体について、 Ａ．瞥見ベクトル(eye beam vector)および物体上の表
面のパッチをこのベクトルに沿って定義する。 Ｂ．その物体上の表面のパッチすべてについて、 １．その表面のパッチに対応するすべてのイメージピク
セルについて、 ａ．表面法線ベクトルとともに視線ベクトル（eye vect
or）のドット積を計算する。 ｂ．ドット積が０ではない場合、 １．視点から表面ポイントまでの距離を計算する。 ２．上記距離の符号をドット積の反対符号に設定する。 ３．上記距離を範囲イメージに加える。 注： この時点で、範囲イメージには、その物体が影響
を及ぼすイメージの各ピクセルについて物体までの経路
の長さが含まれる。 Ｃ．前ステップで計算したイメージとともに、数式１に
記載した減衰関数を使用して減衰イメージを計算する。 Ｄ．Ｘ線イメージに減衰イメージを倍加することによっ
て減衰イメージをＸ線イメージ中に合成し、その結果を
Ｘ線イメージに記憶する。
【００３５】非凸状物体を用いることに加えて、このア
ルゴリズムにより最小および最大範囲バッファの必要性
がなくなる。
ルゴリズムにより最小および最大範囲バッファの必要性
がなくなる。
【００３６】本システムの主要な利点は、レンダリング
可能な物体を表示するために、単に固定ボクセルだけで
はなく、任意の形状を使用できることである。これによ
って、物体を表示するために必要なデータ量が減少し、
高データ帯域幅の問題がなくなる。さらに、物体の形状
が柔軟であるため、物体の形状を変えることがしばしば
境界の表示を簡単に変えられることを意味し、新しい形
状についての計算の複雑さを減少させる。
可能な物体を表示するために、単に固定ボクセルだけで
はなく、任意の形状を使用できることである。これによ
って、物体を表示するために必要なデータ量が減少し、
高データ帯域幅の問題がなくなる。さらに、物体の形状
が柔軟であるため、物体の形状を変えることがしばしば
境界の表示を簡単に変えられることを意味し、新しい形
状についての計算の複雑さを減少させる。
【００３７】要約すると、専門化されたアルゴリズムを
有する物体レンダリングシステムが、医療での用途およ
び産業上の非破壊的試験で使用するため、物体の物質的
及び幾何学的描写をその物体のＸ線イメージに変換する
ために提供され、それによって、Ｘ線の結果ではなく物
体表現をＸ線フォーマットで行うことが可能となる。本
システムは、各物体がネストされた幾何学的立体からな
り、それぞれが囲み面によって画定され、ネストされた
立体それぞれのマテリアルの特性はＸ線の質量減衰係数
によって定義されることを考慮することによって機能す
る。囲み面それぞれの質量減衰係数を調整する手段は、
各立体を個別にレンダリングすることを可能にするた
め、提供される。
有する物体レンダリングシステムが、医療での用途およ
び産業上の非破壊的試験で使用するため、物体の物質的
及び幾何学的描写をその物体のＸ線イメージに変換する
ために提供され、それによって、Ｘ線の結果ではなく物
体表現をＸ線フォーマットで行うことが可能となる。本
システムは、各物体がネストされた幾何学的立体からな
り、それぞれが囲み面によって画定され、ネストされた
立体それぞれのマテリアルの特性はＸ線の質量減衰係数
によって定義されることを考慮することによって機能す
る。囲み面それぞれの質量減衰係数を調整する手段は、
各立体を個別にレンダリングすることを可能にするた
め、提供される。
【００３８】本システムでは、物体の形状はしばしば
「境界表現」と呼ばれる立体形状で閉曲面によって描写
される立体であり、そのアルゴリズムによって物体が、
境界をネストすることによって互いの内側でネストする
ことができる。
「境界表現」と呼ばれる立体形状で閉曲面によって描写
される立体であり、そのアルゴリズムによって物体が、
境界をネストすることによって互いの内側でネストする
ことができる。
【００３９】上記のアルゴリズムへの別の入力は、その
物体を通過するシミュレートされたＸ線ビームの数学的
な描写と、視点、焦点距離およびシミュレートされたＸ
線ビームに対するフィルタの応答を含むカメラの形状で
ある。
物体を通過するシミュレートされたＸ線ビームの数学的
な描写と、視点、焦点距離およびシミュレートされたＸ
線ビームに対するフィルタの応答を含むカメラの形状で
ある。
【００４０】このようなレンダラー（renderer）の利点
は、レンダラーがＸ線結像装置の使用をシミュレートす
るシステムでの構成要素として機能することができると
いう事実である。これらのシミュレータは、実際のＸ線
生成装置は、動作中に、装置を操作している人または付
近にいる人に有害である可能性があることから、周囲を
訓練させる際に望ましい。レンダリングアルゴリズム
は、標準的なボクセルレンダリング技術に適さない物体
の幾何学的描写を取り扱う。
は、レンダラーがＸ線結像装置の使用をシミュレートす
るシステムでの構成要素として機能することができると
いう事実である。これらのシミュレータは、実際のＸ線
生成装置は、動作中に、装置を操作している人または付
近にいる人に有害である可能性があることから、周囲を
訓練させる際に望ましい。レンダリングアルゴリズム
は、標準的なボクセルレンダリング技術に適さない物体
の幾何学的描写を取り扱う。
【００４１】この発明のこれらおよび別の特徴は、図面
と共に詳細な説明に従ってよりよく理解されるであろ
う。図１および図２を参照して、ネストされた立体（ne
sted solids）１４、１６および１８を有する３Ｄモデ
ル１２が入力として与えられるシステム１０を示す。こ
れらのネストされた立体の外側は、それぞれ２０、２２
および２４においてデジタル化される。これは、ネスト
された立体の内側表面、中間表面および外側表面を効果
的にデジタル化する。さらに、２６、２８および３０に
おいて、質量減衰が内側、中間および外側の立体それぞ
れに割り当てられる。その結果、所定の質量減衰特性を
有する均一な物質（material）で満たされた、これら表
面に対応するシェル（shell）３２、３４および３６の
セットが得られる。
と共に詳細な説明に従ってよりよく理解されるであろ
う。図１および図２を参照して、ネストされた立体（ne
sted solids）１４、１６および１８を有する３Ｄモデ
ル１２が入力として与えられるシステム１０を示す。こ
れらのネストされた立体の外側は、それぞれ２０、２２
および２４においてデジタル化される。これは、ネスト
された立体の内側表面、中間表面および外側表面を効果
的にデジタル化する。さらに、２６、２８および３０に
おいて、質量減衰が内側、中間および外側の立体それぞ
れに割り当てられる。その結果、所定の質量減衰特性を
有する均一な物質（material）で満たされた、これら表
面に対応するシェル（shell）３２、３４および３６の
セットが得られる。
【００４２】３８において、これらのシェルは表面形状
を互いに関連させるため、記録されたシェル形状４０を
生成するようネストされたまま記録される。これらの表
面形状は、各レンダラー４２、４４、および４６におい
てレンダリングされる。
を互いに関連させるため、記録されたシェル形状４０を
生成するようネストされたまま記録される。これらの表
面形状は、各レンダラー４２、４４、および４６におい
てレンダリングされる。
【００４３】レンダラーへの他の入力は、Ｘ線ビーム描
写５０およびカメラ描写５２である。各レンダラーは、
それぞれのシェル画像を提供し、それにより内側シェル
の深さイメージ５４が内側シェルについて、中間シェル
の深さイメージ５６が中間シェルについて、および外側
シェルの深さイメージ５８が作成される。シェルの深さ
イメージを生成する目的は、所与のフォトン光線が立体
を通過した距離を示すことである。
写５０およびカメラ描写５２である。各レンダラーは、
それぞれのシェル画像を提供し、それにより内側シェル
の深さイメージ５４が内側シェルについて、中間シェル
の深さイメージ５６が中間シェルについて、および外側
シェルの深さイメージ５８が作成される。シェルの深さ
イメージを生成する目的は、所与のフォトン光線が立体
を通過した距離を示すことである。
【００４４】このことは、イメージにおいて結果として
得られるピクセル値はフォトン光線がその物体まで動い
た部分的な距離の関数であるため、重要である。そし
て、深さシェルイメージは質量減衰係数と組み合わされ
て、６０、６２、および６４において減衰イメージの計
算が可能となる。これにより、それらの密度を示すため
に影が付けられた内側、中間、および外側シェルの減衰
イメージ６６、６８および７０が提供される。減衰イメ
ージは、倍加プロセス７２においてピクセル毎に組み合
わされ、その結果、例示するように、シミュレートされ
たＸ線イメージ７４がネストされた立体１４’、１
６’、および１８’と組み合わされる。
得られるピクセル値はフォトン光線がその物体まで動い
た部分的な距離の関数であるため、重要である。そし
て、深さシェルイメージは質量減衰係数と組み合わされ
て、６０、６２、および６４において減衰イメージの計
算が可能となる。これにより、それらの密度を示すため
に影が付けられた内側、中間、および外側シェルの減衰
イメージ６６、６８および７０が提供される。減衰イメ
ージは、倍加プロセス７２においてピクセル毎に組み合
わされ、その結果、例示するように、シミュレートされ
たＸ線イメージ７４がネストされた立体１４’、１
６’、および１８’と組み合わされる。
【００４５】その結果、内側の表面を描写するイメージ
が形成され、選択された表面を容易に識別でき、相対的
な密度も示すように、当初の立体に一貫性を持たせる。
これによって、問題となっている物体の内側の特性につ
いて訓練生を指導するための優れたトレーニングツール
が提供される。
が形成され、選択された表面を容易に識別でき、相対的
な密度も示すように、当初の立体に一貫性を持たせる。
これによって、問題となっている物体の内側の特性につ
いて訓練生を指導するための優れたトレーニングツール
が提供される。
【００４６】図３を参照して、膨らんだ上部領域８２、
より大きく膨らんだ下部領域８４、およびくびれ部分８
６を有する非凸状物体８０を示している。図３の目的
は、非凸状物体を通る正確な経路の長さを得ることが可
能であることを示すことである。
より大きく膨らんだ下部領域８４、およびくびれ部分８
６を有する非凸状物体８０を示している。図３の目的
は、非凸状物体を通る正確な経路の長さを得ることが可
能であることを示すことである。
【００４７】本システムは、ネストされたシェルまでの
経路の長さの描写が単純であるため、ネストされた凸状
シェルにしか適応できないと当初考えられていた。しか
しながら、視線ベクトルおよび表面法線ベクトルのドッ
ト積の比較を利用することによって、立体の非凸状部分
を適切に描写できることが判明している。
経路の長さの描写が単純であるため、ネストされた凸状
シェルにしか適応できないと当初考えられていた。しか
しながら、視線ベクトルおよび表面法線ベクトルのドッ
ト積の比較を利用することによって、立体の非凸状部分
を適切に描写できることが判明している。
【００４８】説明のため、シミュレートされたＸ線ビー
ムはいわゆる視線ベクトルに沿って物体まで動くもので
あるといえる。ここで、視線ベクトルは、従来のように
ベクトルが目８９を指すように、矢印８８で示され、視
線ベクトルが通過する物体の多様な表面が９０、９２、
９４および９６において示され、境界面のパッチと呼ば
れる。視線ベクトルの入射あるいは出射ポイントでの表
面のパッチに対する法線は、９８、１００、１０２、お
よび１０４において示される。
ムはいわゆる視線ベクトルに沿って物体まで動くもので
あるといえる。ここで、視線ベクトルは、従来のように
ベクトルが目８９を指すように、矢印８８で示され、視
線ベクトルが通過する物体の多様な表面が９０、９２、
９４および９６において示され、境界面のパッチと呼ば
れる。視線ベクトルの入射あるいは出射ポイントでの表
面のパッチに対する法線は、９８、１００、１０２、お
よび１０４において示される。
【００４９】これらの法線は続いて立体を出射する方向
を示す。上記のドット積を使用する目的は、視線ベクト
ルに沿う立体の部分間の空間を判断できるようにするこ
とである。この視線ベクトルに沿って隙間すなわちオー
プンスペースを判断するため、視線ベクトルの入射ポイ
ントおよび出射ポイントを判断するする必要がある。
を示す。上記のドット積を使用する目的は、視線ベクト
ルに沿う立体の部分間の空間を判断できるようにするこ
とである。この視線ベクトルに沿って隙間すなわちオー
プンスペースを判断するため、視線ベクトルの入射ポイ
ントおよび出射ポイントを判断するする必要がある。
【００５０】これは、一実施の形態において、視線ベク
トルのドット積を与えることにより、また表面法線によ
り、そしてこのドット積が正であるかあるいは負である
か、またはゼロであるかどうかを判断することにより達
成される。
トルのドット積を与えることにより、また表面法線によ
り、そしてこのドット積が正であるかあるいは負である
か、またはゼロであるかどうかを判断することにより達
成される。
【００５１】このドット積がゼロである場合、光線は物
体をそれて、入射または出射ポイントとしては考慮され
ない。ドット積が負である場合、交点は入射ポイントで
あると考えられる。ドット積が正である場合、交点は出
射ポイントであると考えられる。目あるいは光線源から
交点までの距離である深さ値の符号は、ドット積の符号
とは反対に設定される。
体をそれて、入射または出射ポイントとしては考慮され
ない。ドット積が負である場合、交点は入射ポイントで
あると考えられる。ドット積が正である場合、交点は出
射ポイントであると考えられる。目あるいは光線源から
交点までの距離である深さ値の符号は、ドット積の符号
とは反対に設定される。
【００５２】次に、補正された深さ値は、イメージに集
積される。集積が完了すると、物体を通過するフォトン
光線の距離が集積されたイメージ中に含められる。出射
ポイントおよび続く入射ポイントを知ることによって、
出射ポイントと次の入射ポイントとの間に隙間があるこ
とが明らかになる。
積される。集積が完了すると、物体を通過するフォトン
光線の距離が集積されたイメージ中に含められる。出射
ポイントおよび続く入射ポイントを知ることによって、
出射ポイントと次の入射ポイントとの間に隙間があるこ
とが明らかになる。
【００５３】図４及び図５を参照して、本システムのフ
ローチャートを示す。ここで、プロセスは、図１および
図２において、４０で示される記録されたシェルの形状
で開始され、レンダラーに進み、イメージ減衰計算、減
衰イメージの生成、上記イメージを一緒にピクセル毎に
倍加し、７４で示すように最終的なＸ線状イメージをも
って終了する。
ローチャートを示す。ここで、プロセスは、図１および
図２において、４０で示される記録されたシェルの形状
で開始され、レンダラーに進み、イメージ減衰計算、減
衰イメージの生成、上記イメージを一緒にピクセル毎に
倍加し、７４で示すように最終的なＸ線状イメージをも
って終了する。
【００５４】理解されるように、図３を参照して、１２
０で開始されると、１２２で示すようにイメージのビー
ム強度を得る必要があり、この目的は、Ｘ線放射を特徴
付け、イメージ化される立体が減衰しないときを検出す
るためであり、これによりベースラインが生成される。
したがって、ベースラインイメージの強度はＩOで示さ
れる。
０で開始されると、１２２で示すようにイメージのビー
ム強度を得る必要があり、この目的は、Ｘ線放射を特徴
付け、イメージ化される立体が減衰しないときを検出す
るためであり、これによりベースラインが生成される。
したがって、ベースラインイメージの強度はＩOで示さ
れる。
【００５５】これは、図１および図２のシステムの第一
通過に対応し、ここでは、ピクセル毎にイメージを倍加
するユニット７２が、レンダリングされたイメージが合
成される初期イメージを必要とする。
通過に対応し、ここでは、ピクセル毎にイメージを倍加
するユニット７２が、レンダリングされたイメージが合
成される初期イメージを必要とする。
【００５６】その後、１２４で示すように、集積イメー
ジでのピクセル値がユニット１２２から導出されるよう
にＩOの値に設定される。次に、１２６で示すようにｉ
で示されるレンダリングすべき立体それぞれについての
ステップがブロック１２８、１３０、および１３２に示
される。
ジでのピクセル値がユニット１２２から導出されるよう
にＩOの値に設定される。次に、１２６で示すようにｉ
で示されるレンダリングすべき立体それぞれについての
ステップがブロック１２８、１３０、および１３２に示
される。
【００５７】説明するように、ループが境界のパッチｊ
それぞれに実行され、ここで、「境界のパッチ」という
用語は、法線ベクトルがこのポイントおよびこのパッチ
について確立できるように、光線が通過する立体の境界
のわずかな部分を指す。これらの法線がそのパッチに投
射された各ピクセルについて確立されることは重要であ
る。立体の境界を単に数学的に説明された小さなパッチ
に分解することは、コンピュータグラフィックスでの標
準的な技法である。
それぞれに実行され、ここで、「境界のパッチ」という
用語は、法線ベクトルがこのポイントおよびこのパッチ
について確立できるように、光線が通過する立体の境界
のわずかな部分を指す。これらの法線がそのパッチに投
射された各ピクセルについて確立されることは重要であ
る。立体の境界を単に数学的に説明された小さなパッチ
に分解することは、コンピュータグラフィックスでの標
準的な技法である。
【００５８】Ｘ線ビームの描写とカメラの描写がパッチ
毎に各レンダラーに適用されるのは、この継ぎ目におい
てである。立体の境界はパッチの集成であるため、ブロ
ック１２６に示すループの目的は、パッチのリストとし
て表現されるネストされた立体それぞれについて各種境
界を得ることである。
毎に各レンダラーに適用されるのは、この継ぎ目におい
てである。立体の境界はパッチの集成であるため、ブロ
ック１２６に示すループの目的は、パッチのリストとし
て表現されるネストされた立体それぞれについて各種境
界を得ることである。
【００５９】このループプロセスは、各立体について実
行される。図示するように、各立体について、範囲イメ
ージＲでのピクセル値を１２８で示すように０に設定
し、１３０で示すようにその物体ｉの境界表現を得ると
ともに、物体ｉの質量減衰係数（ｍｕ）を得なければな
らず、その結果、その立体の完全な特徴付けがなされ
る。
行される。図示するように、各立体について、範囲イメ
ージＲでのピクセル値を１２８で示すように０に設定
し、１３０で示すようにその物体ｉの境界表現を得ると
ともに、物体ｉの質量減衰係数（ｍｕ）を得なければな
らず、その結果、その立体の完全な特徴付けがなされ
る。
【００６０】その後、１３４で示すように、各パッチ
（ｊ）はこのループで処理されて、その立体の境界を合
成するパッチに対する基準を確立する。その後、１３６
で示すように別のループが実行され、境界のパッチに投
射されるイメージピクセルが同様に基準とされる。
（ｊ）はこのループで処理されて、その立体の境界を合
成するパッチに対する基準を確立する。その後、１３６
で示すように別のループが実行され、境界のパッチに投
射されるイメージピクセルが同様に基準とされる。
【００６１】この基準化はブロック１３８、１４０、１
４２、１４４、１４６および１４８によって利用され
る。先に説明したように、その立体までの経路の長さを
計算できるように、境界のパッチ上の各ポイントについ
て法線ベクトルを得、視線ベクトルとのドット積を得る
ことは重要である。この経路の長さは、光線の入射ポイ
ントと出射ポイントとの距離を定義するため、レンダリ
ングにおいて重要である。この距離を確立してから、隙
間があるかどうかを判断するため、ドット積の符号は、
入射ポイントまたは出射ポイントのいずれかを示す。
４２、１４４、１４６および１４８によって利用され
る。先に説明したように、その立体までの経路の長さを
計算できるように、境界のパッチ上の各ポイントについ
て法線ベクトルを得、視線ベクトルとのドット積を得る
ことは重要である。この経路の長さは、光線の入射ポイ
ントと出射ポイントとの距離を定義するため、レンダリ
ングにおいて重要である。この距離を確立してから、隙
間があるかどうかを判断するため、ドット積の符号は、
入射ポイントまたは出射ポイントのいずれかを示す。
【００６２】理解されるように、まず、境界のパッチｊ
上にあるポイントｋの法線ベクトル（ｎｖ）を得る。こ
れによりパッチでのポイントと最終的なレンダリングイ
メージに形成されるイメージピクセルとの間の対応（co
rrespondence）が確立される。
上にあるポイントｋの法線ベクトル（ｎｖ）を得る。こ
れによりパッチでのポイントと最終的なレンダリングイ
メージに形成されるイメージピクセルとの間の対応（co
rrespondence）が確立される。
【００６３】その後、１４０に示すように、視線ベクト
ルと法線ベクトルのドット積を得て、ドット積ｄｐをも
たらす。ドット積が０に等しい場合、判断ブロック１４
２に示すように、プロセスは１５０で示すように継続
し、この境界のパッチでの別のピクセルを処理するため
ブロック１３６にループバックする。
ルと法線ベクトルのドット積を得て、ドット積ｄｐをも
たらす。ドット積が０に等しい場合、判断ブロック１４
２に示すように、プロセスは１５０で示すように継続
し、この境界のパッチでの別のピクセルを処理するため
ブロック１３６にループバックする。
【００６４】ドット積が０ではない場合、１４４で示す
ように、本システムは視点から境界のパッチｊのポイン
トｋまでの間の距離を計算する。この距離はブロック１
４６に与えられ、このブロックにおいて、距離ｄの符号
がドット積の符号とは反対に設定される。距離の符号を
ドット積の符号の反対に設定した上で、その距離を集積
イメージに加え、それにより位置ｋでのピクセル値Ｒが
ｄだけ増分される。増分した結果、立体の物体を通る入
射光線の経路の長さが得られる。
ように、本システムは視点から境界のパッチｊのポイン
トｋまでの間の距離を計算する。この距離はブロック１
４６に与えられ、このブロックにおいて、距離ｄの符号
がドット積の符号とは反対に設定される。距離の符号を
ドット積の符号の反対に設定した上で、その距離を集積
イメージに加え、それにより位置ｋでのピクセル値Ｒが
ｄだけ増分される。増分した結果、立体の物体を通る入
射光線の経路の長さが得られる。
【００６５】すべての境界のパッチが処理されると、１
５２に示すように、ループにより結果として得られたイ
メージが合成される。これは、ピクセル位置ｍでのイメ
ージＲからピクセル値を得ることによってなされる。こ
の値は、１５４に示すようにｘと呼ばれる。
５２に示すように、ループにより結果として得られたイ
メージが合成される。これは、ピクセル位置ｍでのイメ
ージＲからピクセル値を得ることによってなされる。こ
の値は、１５４に示すようにｘと呼ばれる。
【００６６】図１および図２のブロック６０、６２およ
び６４で示すように、減衰計算は、出力として光線の減
衰率を与えるため、上記の式（１）に従って１５６に示
すように実行される。言い換えると、経路の長さと質量
減衰値が得た後に、ここでイメージのレンダリングを完
了することが可能となる。これは、初めはＩOを保持す
る減衰値を倍加して集積イメージにすることによって達
成され、ブロック１５８で達成される。これは、１６０
に示すように、すべての立体がメモリにレンダリングさ
れるまで、各ピクセルについて続けられる反復プロセス
であることに留意する。
び６４で示すように、減衰計算は、出力として光線の減
衰率を与えるため、上記の式（１）に従って１５６に示
すように実行される。言い換えると、経路の長さと質量
減衰値が得た後に、ここでイメージのレンダリングを完
了することが可能となる。これは、初めはＩOを保持す
る減衰値を倍加して集積イメージにすることによって達
成され、ブロック１５８で達成される。これは、１６０
に示すように、すべての立体がメモリにレンダリングさ
れるまで、各ピクセルについて続けられる反復プロセス
であることに留意する。
【００６７】そして、１６２に示すように、集積された
イメージが表示され、１６４においてプロセスが終了す
る。次に、Ｘ線状イメージのレンダリングに関してのプ
ログラムリストを提示する。
イメージが表示され、１６４においてプロセスが終了す
る。次に、Ｘ線状イメージのレンダリングに関してのプ
ログラムリストを提示する。
【００６８】ここで、この発明の２、３の実施の形態を
説明してきたが、前述したものは単に例示的であり、制
限するものではなく、例としてのみのために提示されて
いることは、当業者には明白であるはずである。多くの
変形および別の実施の形態が当業者の意図にあり、添付
する特許請求の範囲およびそれと同等のものによって定
義されるこの発明の範囲内にあるものとして考慮され
る。
説明してきたが、前述したものは単に例示的であり、制
限するものではなく、例としてのみのために提示されて
いることは、当業者には明白であるはずである。多くの
変形および別の実施の形態が当業者の意図にあり、添付
する特許請求の範囲およびそれと同等のものによって定
義されるこの発明の範囲内にあるものとして考慮され
る。
【００６９】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、物体
をレンダリングしてＸ線イメージの形成をシミュレート
することでより単純でより非計算集約的な物体レンダリ
ングシステム及び方法を得ることができ、物体の物質的
及び幾何学的描写をその物体のＸ線イメージに変換する
ために提供され、それによって、Ｘ線の結果ではなく物
体表現をＸ線フォーマットで行うことが可能となり、専
門化されたアルゴリズムにより医療での用途および産業
上の非破壊的な試験に使用することができる。
をレンダリングしてＸ線イメージの形成をシミュレート
することでより単純でより非計算集約的な物体レンダリ
ングシステム及び方法を得ることができ、物体の物質的
及び幾何学的描写をその物体のＸ線イメージに変換する
ために提供され、それによって、Ｘ線の結果ではなく物
体表現をＸ線フォーマットで行うことが可能となり、専
門化されたアルゴリズムにより医療での用途および産業
上の非破壊的な試験に使用することができる。
【図１】 この発明のシステムの組み合わされたデータ
の流れ図であり、外面および質量減衰を割り当てるため
デジタル化された内部の立体を有する初期の３Ｄ物体、
およびＸ線状のイメージを生成するよう組み合わされた
シェル減衰イメージ（shell attenuation image）を与
える本アルゴリズムの応用例を示す。
の流れ図であり、外面および質量減衰を割り当てるため
デジタル化された内部の立体を有する初期の３Ｄ物体、
およびＸ線状のイメージを生成するよう組み合わされた
シェル減衰イメージ（shell attenuation image）を与
える本アルゴリズムの応用例を示す。
【図２】 図１に続く流れ図である。
【図３】 ベクトルがシミュレートされたＸ線ビームの
減衰および方向について得られた非凸状立体を交差する
シミュレートされたＸ線を示すものであり、この発明の
システムが非凸状面形状を有する立体を処理できること
を示している説明図である。
減衰および方向について得られた非凸状立体を交差する
シミュレートされたＸ線を示すものであり、この発明の
システムが非凸状面形状を有する立体を処理できること
を示している説明図である。
【図４】 ネストされた立体の３ＤモデルからＸ線状イ
メージの生成するためのこの発明に係るアルゴリズムの
フローチャートである。
メージの生成するためのこの発明に係るアルゴリズムの
フローチャートである。
【図５】 図４に続くフローチャートである。
１０ この発明のシステム、１２ ３Ｄモデル、１４，
１６，１８ ネストされた立体、２０ 内側の表面をデ
ジタル化、２２ 中間の表面をデジタル化、２４ 外側
の表面をデジタル化、２６，２８，３０ 質量減衰の割
り当て、３８ ネストとして記録されたシェル、４０
記録されたシェルの形状、４２、４４、４６ レンダラ
ー、５０ Ｘ線ビーム描写、５２ カメラ描写、５４
内側シェルの深さイメージ、５６ 中間シェルの深さイ
メージ、５８ 外側シェルの深さイメージ、６０、６
２、６４ 減衰イメージの計算、６６ 内側シェルの減
衰イメージ、６８ 中間シェルの減衰イメージ、７０
外側シェルの減衰イメージ、７２ ピクセル毎にイメー
ジを倍加。
１６，１８ ネストされた立体、２０ 内側の表面をデ
ジタル化、２２ 中間の表面をデジタル化、２４ 外側
の表面をデジタル化、２６，２８，３０ 質量減衰の割
り当て、３８ ネストとして記録されたシェル、４０
記録されたシェルの形状、４２、４４、４６ レンダラ
ー、５０ Ｘ線ビーム描写、５２ カメラ描写、５４
内側シェルの深さイメージ、５６ 中間シェルの深さイ
メージ、５８ 外側シェルの深さイメージ、６０、６
２、６４ 減衰イメージの計算、６６ 内側シェルの減
衰イメージ、６８ 中間シェルの減衰イメージ、７０
外側シェルの減衰イメージ、７２ ピクセル毎にイメー
ジを倍加。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 597067574 201 ＢＲＯＡＤＷＡＹ， ＣＡＭＢＲＩ ＤＧＥ， ＭＡＳＳＡＣＨＵＳＥＴＴＳ 02139， Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者 マイケル・トーマス・ウォルターマン アメリカ合衆国、マサチューセッツ州、フ レイミンガム、ベルナップ・ロード 233
Claims (12)
- 【請求項１】 物体の物質的及び幾何学的描写を上記物
体のＸ線状イメージに変換する物体レンダリングシステ
ムであって、 シミュレートされたフォトンを有するＸ線ビームが上記
物体を通過することをシミュレートする手段と、 上記シミュレートされたＸ線が上記物体を通過する際に
上記シミュレートされたＸ線の減衰をシミュレートする
手段と、 上記シミュレートされたＸ線ビームの減衰に応答して上
記物体をＸ線フォーマットでレンダリングする手段とを
含み、これによって上記物体をＸ線照射した場合に観察
者が見るものと同様に物体を観察者に提示する物体レン
ダリングシステム。 - 【請求項２】 境界によって画定されたネスト表面を有
する多数のネストされた立体に上記物体を分解する手段
をさらに含み、上記ネストされた立体は、それぞれ所定
の質量減衰係数を有し、上記物体を通るＸ線の通過をシ
ミュレートする上記手段は、上記ネストされた立体の少
なくとも一つを通る上記シミュレートされたＸ線ビーム
の通過をシミュレートする手段を含む請求項１記載の物
体レンダリングシステム。 - 【請求項３】 各立体は、割り当てられた質量減衰係数
を有し、各立体を個別にレンダリング可能にするために
上記ネストされた立体のそれぞれの質量減衰係数を調整
する手段をさらに含む請求項２記載の物体レンダリング
システム。 - 【請求項４】 上記ネストされた立体の境界を確立する
手段をさらに含み、上記境界確立手段は、上記ネストさ
れた立体の３Ｄモデルを提供する手段を含み、上記３Ｄ
モデルは、その内部位置において上記物体の所定の特徴
を含む請求項３記載の物体レンダリングシステム。 - 【請求項５】 上記３Ｄモデルを、シミュレートされた
Ｘ線フォトンエミッタと、上記ネストされた立体の境界
と、上記ネストされた立体を含むシーンにおけるすべて
の物体を関連づけるシーングラフとを含む３Ｄ座標系に
記録する手段をさらに含む請求項４記載の物体レンダリ
ングシステム。 - 【請求項６】 上記ビームがネストされた物体に入射す
るかあるいは出射するかを判断する手段と、 これに応答して上記ビームの経路に沿った隙間の存在を
判断する手段とをさらに含む請求項４記載の物体レンダ
リングシステム。 - 【請求項７】 上記ビームがネストされた物体に入射す
るかあるいは出射するかを判断する上記手段は、上記ビ
ームが上記ネストされた立体に入射または出射されるポ
イントにおいて表面法線ベクトルを確立すると共に、上
記ビームの方向における一方向および上記ビーム源と上
記ビームが上記ネストされた立体に入射または出射され
るポイントとの間の距離に等しい大きさを有する視線ベ
クトルを確立する手段を含み、上記表面法線ベクトル
は、上記ビームに関連する減衰されないフォトン数に対
応する大きさ、および上記シミュレートされたビームか
ら上記ポイントにおいて散乱したシミュレートされたフ
ォトンの方向に対応する一方向を有する請求項６記載の
物体レンダリングシステム。 - 【請求項８】 上記隙間判断手段は、ネストされた立体
の表面上の上記ビームが入射または出射されるポイント
のピクセル、および上記ビームが上記表面に入射するか
あるいは出射するかを確立するために、上記表面法線ベ
クトルと上記視線ベクトルとのドット積を計算する手段
を含む請求項６記載の物体レンダリングシステム。 - 【請求項９】 上記３Ｄモデルは、手動で形成される請
求項４記載の物体レンダリングシステム。 - 【請求項１０】上記３Ｄモデルは、実際の物理的な物体
のＣＴスキャンから得られる請求項４記載の物体レンダ
リングシステム。 - 【請求項１１】 物体の物質的及び幾何学的描写を上記
物体のＸ線状のイメージに変換する方法であって、 上記物体のネスト部分に対応するネストされた立体の３
Ｄモデルを提供するステップと、 上記立体をデジタル化して、上記ネストされた立体それ
ぞれに対応する表面を提供するステップと、 ネストされたシェルを形成し、それに関連する所定の質
量減衰特性をそれぞれ有する上記表面のそれぞれによっ
て境界付けられた立体に質量減衰を割り当てると共に、
対応する質量減衰特性を関連表面に割り当てるステップ
と、 上記シェルをシーングラフに位置的に記録して、上記シ
ェルの表面形状を一緒に関連づけるために、記録された
シェル形状を提供するステップと、 上記シェルをレンダリングして、上記ビームが通過する
上記シェルによって境界付けられる立体の経路の長さを
求め、それによって各シェルの深さイメージの画像を提
供し、したがって上記ビームの所与の光線が横切る、対
応する立体までの距離を示すステップと、 対応する質量減衰係数を使用して各シェルの減衰イメー
ジを計算することによって、上記深さシェルイメージそ
れぞれを関連する質量減衰係数と組み合わせ、それによ
ってその密度を示すために影の付けられたシェルの減衰
イメージを提供するステップと、 上記影付き減衰イメージを組み合わせて、表現されたネ
ストされた立体を有するシミュレートされたＸ線イメー
ジを組み合わせるステップとを含む物体レンダリング方
法。 - 【請求項１２】 上記レンダリングステップは、所定の
Ｘ線ビーム描写および所定のカメラ描写を提供し、上記
Ｘ線ビーム描写および上記カメラ描写を使用してレンダ
リングされた経路の長さを計算するステップを含む請求
項１１記載の物体レンダリング方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/102260 | 1998-06-22 | ||
| US09/102,260 US6061469A (en) | 1998-06-22 | 1998-06-22 | Object rendering system to produce X-ray like images |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000035406A true JP2000035406A (ja) | 2000-02-02 |
| JP4435329B2 JP4435329B2 (ja) | 2010-03-17 |
Family
ID=22288964
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13836199A Expired - Fee Related JP4435329B2 (ja) | 1998-06-22 | 1999-05-19 | 物体レンダリングシステム及び方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6061469A (ja) |
| EP (1) | EP0967578B1 (ja) |
| JP (1) | JP4435329B2 (ja) |
| AT (1) | ATE362628T1 (ja) |
| DE (1) | DE69936078T2 (ja) |
Cited By (5)
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|---|---|---|---|---|
| JP2008545127A (ja) * | 2005-07-06 | 2008-12-11 | カール ツァイス インドゥストリエレ メステヒニク ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 侵襲性放射を用いて測定対象を検査するための方法及び装置 |
| JP2013231700A (ja) * | 2012-05-01 | 2013-11-14 | Tokyo Electron Ltd | Ｘ線検査方法及びｘ線検査装置 |
| WO2014010421A1 (ja) * | 2012-07-09 | 2014-01-16 | 東京エレクトロン株式会社 | Ｘ線検査方法及びｘ線検査装置 |
| JP2018060523A (ja) * | 2016-08-01 | 2018-04-12 | ３メンシオ メディカル イメージング ビー ヴイ | シャドウ画像をシミュレートする方法、デバイスおよびシステム |
| WO2020217348A1 (ja) * | 2019-04-24 | 2020-10-29 | 三菱電機エンジニアリング株式会社 | 画像投影システム |
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|---|---|---|---|---|
| US6793496B2 (en) * | 1999-04-15 | 2004-09-21 | General Electric Company | Mathematical model and a method and apparatus for utilizing the model |
| EP1420273B1 (en) * | 2000-01-13 | 2007-08-01 | Nitto Denko Corporation | Optical film and liquid-crystal display device |
| DE10037491A1 (de) * | 2000-08-01 | 2002-02-14 | Stryker Leibinger Gmbh & Co Kg | Verfahren zum dreidimensionalen Visualisieren von Strukturen im Körperinneren |
| US20040236550A1 (en) * | 2002-02-28 | 2004-11-25 | Edic Peter Michael | Mathematical model and a method and apparatus for utilizing the model |
| ES2286480T3 (es) * | 2002-12-10 | 2007-12-01 | Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation | Equipo radiografico. |
| US7366278B2 (en) * | 2004-06-30 | 2008-04-29 | Accuray, Inc. | DRR generation using a non-linear attenuation model |
| US9024949B2 (en) * | 2004-10-13 | 2015-05-05 | Sony Corporation | Object representation using distance functions |
| US7974461B2 (en) * | 2005-02-11 | 2011-07-05 | Deltasphere, Inc. | Method and apparatus for displaying a calculated geometric entity within one or more 3D rangefinder data sets |
| US7893938B2 (en) * | 2005-05-04 | 2011-02-22 | Siemens Medical Solutions Usa, Inc. | Rendering anatomical structures with their nearby surrounding area |
| DE102005021068B4 (de) * | 2005-05-06 | 2010-09-16 | Siemens Ag | Verfahren zur Voreinstellung der Aufnahmeparameter bei der Erstellung von zweidimensionalen Durchlicht-Röntgenaufnahmen |
| WO2009005901A2 (en) * | 2007-05-18 | 2009-01-08 | The Uab Research Foundation | Virtual interactive presence systems and methods |
| DE102009008115B4 (de) * | 2009-02-09 | 2012-05-24 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung eines digital rekonstruierten 2-D-Bildes aus einem 3-D-Bilddatensatz |
| WO2010091493A1 (en) * | 2009-02-10 | 2010-08-19 | Optosecurity Inc. | Method and system for performing x-ray inspection of a product at a security checkpoint using simulation |
| US9091628B2 (en) | 2012-12-21 | 2015-07-28 | L-3 Communications Security And Detection Systems, Inc. | 3D mapping with two orthogonal imaging views |
| KR101646022B1 (ko) * | 2014-06-10 | 2016-08-08 | 한국건설기술연구원 | 3D X-ray CT 촬영을 이용한 재료의 이방성 측정방법 |
| CN105160705B (zh) * | 2015-09-10 | 2018-02-23 | 李晓强 | 一种基于三维引擎对移动终端三维图像数据的处理方法 |
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|---|---|---|---|---|
| GB2212267B (en) * | 1987-11-11 | 1992-07-29 | Circulation Res Ltd | Methods and apparatus for the examination and treatment of internal organs |
| FR2624634B1 (fr) * | 1987-12-09 | 1994-04-29 | Schlumberger Etienne | Procede et dispositif permettant de reconstituer la forme et la position d'objets dans l'espace |
| US4920491A (en) * | 1988-05-16 | 1990-04-24 | General Electric Company | Enhancement of image quality by utilization of a priori information |
| US5226113A (en) * | 1989-10-30 | 1993-07-06 | General Electric Company | Method and apparatus for volumetric projection rendering using reverse ray casting |
-
1998
- 1998-06-22 US US09/102,260 patent/US6061469A/en not_active Expired - Fee Related
-
1999
- 1999-03-23 EP EP99105844A patent/EP0967578B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1999-03-23 DE DE69936078T patent/DE69936078T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1999-03-23 AT AT99105844T patent/ATE362628T1/de not_active IP Right Cessation
- 1999-05-19 JP JP13836199A patent/JP4435329B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP7083234B2 (ja) | 2016-08-01 | 2022-06-10 | ３メンシオ メディカル イメージング ビー ヴイ | シャドウ画像をシミュレートする方法、デバイスおよびシステム |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
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| DE69936078D1 (de) | 2007-06-28 |
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