JP3499541B2

JP3499541B2 - ３次元画像表示方法、装置およびプログラム

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Publication number: JP3499541B2
Application number: JP2001224832A
Authority: JP
Inventors: 和彦松本
Original assignee: Ziosoft Inc
Current assignee: Ziosoft Inc
Priority date: 2001-07-25
Filing date: 2001-07-25
Publication date: 2004-02-23
Anticipated expiration: 2021-07-25
Also published as: JP2003036448A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はボリュームレンダリ
ングによる３次元画像表示方法、装置およびプログラム
に係り、特に、複数のオブジェクトを同時に一つの３次
元画像に表示するボリューム加算に関する。

【０００２】

【従来の技術】コンピュータを用いた画像処理技術の進
展により人体の内部構造を直接観測することを可能にし
たＣＴ（Computed Tomography）の出現は医療分野に革
新をもたらした技術であり、生体の断層画像を用いた医
療診断が広く行われている。さらに近年は、断層画像だ
けではわかり難い物体内部の３次元構造を可視化する技
術として、ＣＴにより得られる物体の３次元ディジタル
データから３次元構造のイメージを直接描画するボリュ
ームレンダリングが注目されている。

【０００３】ボリュームレンダリングの優れた手法とし
てレイキャスティングが知られている。レイキャスティ
ングは、仮想始点から物体に対して仮想光線（レイ）を
照射し、物体内部からの仮想反射光の画像を仮想投影面
に形成することにより、物体内部の３次元構造を透視す
るイメージ画像を形成する手法である。レイキャスティ
ングについては、例えば、「新世代３次元ＣＴ診断」
（１９９５年１１月１日、株式会社南江堂発行）に基本
的な理論が述べられている。

【０００４】以下にレイキャスティングの要点を説明す
る。物体の３次元領域の構成単位となる微小単位領域を
ボクセルと称し、ボクセルの濃度値等の特性を表わす固
有のデータをボクセル値と称する。物体全体はボクセル
値の３次元配列であるボクセルデータで表現される。通
常、ＣＴにより得られる２次元の断層画像データを断層
面に垂直な方向に沿って積層し、必要な補間を行うこと
により３次元配列のボクセルデータが得られる。

【０００５】仮想始点から物体に対して照射された仮想
光線に対する仮想反射光は、ボクセル値に対して人為的
に設定される不透明度に応じて生ずるものとする。さら
に、仮想的な表面を捕捉するためにボクセルデータのグ
ラディエントすなわち法線ベクトルを求め、仮想光線と
法線ベクトルのなす角の余弦から陰影付けのシェーディ
ング係数を計算する。仮想反射光は、ボクセルに照射さ
れる仮想光線の強度にボクセルの不透明度とシェーディ
ング係数を乗じて算出される。

【０００６】図４はレイキャスティングによる投影画像
形成の概念を説明する図である。図４において、４１０
は仮想投影面、４２０はボクセルデータで表現される３
次元物体であり、４２１、４２２、４２３は、仮想投影
面４１０上の座標点Ｏ（ｕ，ｖ）から３次元物体４２０
に照射される仮想光線に沿って、仮想反射光を算出する
ために一定の間隔で刻まれたレイ到達点に位置するボク
セルＶ（ｎ−１）、Ｖｎ、Ｖ（ｎ＋１）である。一般に
は仮想光線の方向およびレイ到達点を刻む間隔は、ボク
セルデータの３次元配列の軸方向やボクセル間隔と一致
しないので、補間計算により各レイ到達点におけるボク
セルの特性値を求める必要がある。

【０００７】仮想光線上のｎ番目のレイ到達点に位置す
るボクセルＶｎについて、そのボクセル値に対して与え
られた不透明度をαｎ、ボクセルデータのグラディエン
トから得られたシェーディング係数をβｎとする。ここ
で、ボクセルＶｎに入射する仮想光線がボクセルＶｎの
不透明度により減衰するものとして、その減衰分を減衰
光とし、減衰光の分だけ減衰した光を残存光とする。ボ
クセルＶｎを通過した残存光が次のボクセルＶ（ｎ＋
１）に入射する仮想光線となる。また、減衰光の分がボ
クセルＶｎの反射光を与えるものであると考える。ボク
セルＶ（ｎ−１）からの残存光をＩ（ｎ−１）、ボクセ
ルＶｎの残存光をＩｎ、ボクセルＶｎの減衰光をＤｎ、
ボクセルＶｎによる部分反射光をＦｎとすると、＊を乗
算記号として、以下の式を得る。

【０００８】Ｄｎ＝αｎ＊Ｉ（ｎ−１）Ｆｎ＝βｎ＊Ｄｎ＝βｎ＊αｎ＊Ｉ（ｎ−１）Ｉｎ＝Ｉ（ｎ−１）−Ｄｎ＝（１−αｎ）＊Ｉ（ｎ−
１）

【０００９】仮想投影面４１０上の座標（ｕ，ｖ）に投
影される仮想反射光Ｅ（ｕ，ｖ）は、レイ到達点ごとに
算出される上記部分反射光を積算したものである。な
お、この手法は物体内部の３次元構造の仮想的な透視画
像を形成することが目的であり、実世界の物理現象に関
する計算ではないので、ボクセルからの反射光に対する
減衰は考えない。Ｏ（ｕ，ｖ）から照射する仮想光線の
強度をＩ（０）とし、表記法として、Σ（ｉ＝１；ｎ）
Ａｉを数列Ａ１からＡｎまでのｎ項の和記号、Π（ｉ＝
１；ｎ）Ａｉを数列Ａ１からＡｎまでのｎ項の積記号と
すると、次の式を得る。Ｅ（ｕ，ｖ）＝Σ（ｉ＝１；終端条件）Ｆｉ＝Ｉ（０）
＊（Σ（ｉ＝１；終端条件）βｉ＊αｉ＊（Π（ｊ＝
１；ｉ−１）（１−αｊ）））

【００１０】ここで、終端条件は仮想光線が物体を通り
抜けるか、残存光が０になったときである。このように
して、仮想投影面４１０上のすべての座標（ｕ，ｖ）に
ついてＥ（ｕ，ｖ）を算出することにより仮想的な３次
元イメージの透視画像が形成される。

【００１１】仮想投影面上の座標点から照射される仮想
光線は仮想投影面に垂直な平行光線となるので、この方
法は平行投影法と称されている。この方法は外側から見
た物体内部の透視画像が得られるので直観的に理解し易
いが、例えば医療分野では、臓器の内腔面を外側から観
察することになるという欠点がある。これに対して、空
間の任意の始点から放射状に仮想光線を照射して透視画
像を形成する透視投影法がある。例えば、始点を人体の
血管内部に置くことにより、血管内腔面を表面にして表
示することが可能になる。

【００１２】図５は透視投影法によるレイキャスティン
グの概念を説明する図である。図５において、５１０は
空間におかれた任意の始点Ｏ（Ｏｘ，Ｏｙ，Ｏｚ）、５
２０はボクセルデータで表現される３次元物体、５３０
は仮想投影面である。始点５１０から照射される仮想光
線に沿って仮想反射光を算出するためのレイ到達点が一
定の間隔で刻まれる。５２１は始点Ｏ（Ｏｘ，Ｏｙ，Ｏ
ｚ）からレイ到達点Ｒ（Ｒｘ，Ｒｙ，Ｒｚ）に至るレイ
ベクトル、５２２はレイ到達点を刻む間隔を表すステッ
プベクトルΔＳ＝（ΔＳｘ，ΔＳｙ，ΔＳｚ）、５３１
は仮想投影面５３０上の座標（ｕ，ｖ）に投影された仮
想反射光Ｅ（ｕ，ｖ）である。ここで、Ｒｘ、Ｒｙ、Ｒ
ｚ、ΔＳｘ、ΔＳｙ、ΔＳｚは（ｕ，ｖ）の関数にな
る。

【００１３】図５では仮想投影面５３０が仮想光線の到
達方向にあるが、始点５１０を仮想的な眼球の水晶体と
考えると、この眼球の網膜５１２上の座標（ｕ，ｖ）に
仮想反射光５１１がＥ’（ｕ，ｖ）として投影され、こ
れを始点５１０に対して対称方向に拡大表示したものが
仮想投影面５３０上の仮想反射光Ｅ（ｕ，ｖ）であると
考えることができる。

【００１４】ここで、仮想光線上のｎ番目のレイ到達点
Ｒｎに位置するボクセルＶｎ（Ｒｘｎ，Ｒｙｎ，Ｒｚ
ｎ）について、そのボクセル値に対して与えられた不透
明度をα（Ｒｘｎ，Ｒｙｎ，Ｒｚｎ）、ボクセルデータ
のグラディエントから得られたシェーディング係数をβ
（Ｒｘｎ，Ｒｙｎ，Ｒｚｎ）、ボクセルＶ（ｎ−１）か
らの残存光をＩ（ｎ−１）、ボクセルＶｎの残存光をＩ
ｎ、ボクセルＶｎの減衰光をＤｎ、ボクセルＶｎによる
部分反射光をＦｎとすると、平行投影法と同様に、以下
の式を得る。

【００１５】Ｄｎ＝α（Ｒｘｎ，Ｒｙｎ，Ｒｚｎ）＊Ｉ（ｎ−１）Ｆｎ＝β（Ｒｘｎ，Ｒｙｎ，Ｒｚｎ）＊Ｄｎ＝β（Ｒｘｎ，Ｒｙｎ，Ｒｚｎ）＊α（Ｒｘｎ，Ｒｙｎ，Ｒｚｎ）＊Ｉ（ｎ−１）Ｉｎ＝Ｉ（ｎ−１）−Ｄｎ＝（１−α（Ｒｘｎ，Ｒｙｎ，Ｒｚｎ））＊Ｉ（ｎ−１）

【００１６】平行投影法と同様に、仮想投影面５３０上
の座標（ｕ，ｖ）に投影される仮想反射光Ｅ（ｕ，ｖ）
を求めると、前述の表記法を用いて次の式を得る。

【００１７】Ｅ（ｕ，ｖ）＝Σ（ｉ＝１；終端条件）Ｆｉ＝Ｉ（０）＊（Σ（ｉ＝１；終端条件）β（Ｒｘｉ，Ｒｙｉ，Ｒｚｉ）＊α（Ｒｘｉ，Ｒｙｉ，Ｒｚｉ）＊（Π（ｊ＝１；ｉ−１）（１−α（Ｒｘｊ，Ｒｙｊ，Ｒｚｊ））））

【００１８】終端条件は仮想光線が物体を通り抜ける
か、残存光が０になったときである。このようにして、
仮想投影面５３０上のすべての座標（ｕ，ｖ）について
Ｅ（ｕ，ｖ）を算出することにより仮想的な３次元イメ
ージの透視画像が形成される。

【００１９】レイキャスティングによるボリュームレン
ダリングを行う３次元画像表示において、同一の画像デ
ータ内の複数の関心対象（オブジェクト）を任意に抽出
して同時に表示する場合、それぞれのオブジェクトに対
応した設定を個別に行い（個々のボリュームオブジェク
トを設定し）、それぞれの設定値（ボリュームオブジェ
クト）に基づいたボリューム加算が行われる。ここで関
心対象をオブジェクトと定義し、オブジェクトに対応し
たボリュームレンダリングのパラメータの設定値の集合
をボリュームオブジェクトと称する。複数のボリューム
オブジェクト（パラメータの設定値の集合）に基づき行
われるボリュームレンダリングをボリューム加算と称す
る。単一のボリュームオブジェクトに基づくボリューム
加算は通常のボリュームレンダリングと同じである。ボ
リューム加算を行うことにより、複数のオブジェクトの
関係が画面上で確認できる。

【００２０】医療分野において得られるボリュームデー
タ（医療画像データ）に対して、通常のボリュームレン
ダリング（単一のボリュームオブジェクト）で複数のオ
ブジェクトを同時に高画質で表示することが困難な場合
がある。オブジェクトの例として骨格、臓器、血管を考
えると、骨格、臓器、血管の表示にはそれぞれに適し
た、互いに異なるパラメータ設定値があり、単一のパラ
メータ設定（単一のボリュームオブジェクト）のみで３
つのオブジェクトを同時に抽出し、高画質で表示するこ
とは困難である。そこで骨格、臓器、血管それぞれのオ
ブジェクトに対応するパラメータ設定を個別に行い（３
つのボリュームオブジェクトを設定し）、得られた３つ
のボリュームオブジェクトに従いボリューム加算を行
う。これにより、骨格と臓器との関係や周囲の血管との
関係を確認することができる。

【００２１】従来、ボリューム加算を行うために生成さ
れるボリュームオブジェクトは、色、オパシティ（不透
明度）、マスクがパラメータとして設定される。ここ
で、色は各ボクセル値に設定した値で画定され、例え
ば、−１０２４〜３７０１の範囲のボクセル値に対して
ボクセル値−１００〜５０の範囲で赤〜青を特定する。
また、０（透明）〜１．０（不透明）の範囲のオパシテ
ィは各ボクセル値に設定した値で画定され、例えば、ボ
クセル値−１０１〜３７の範囲でオパシティ０．４〜
０．７を特定する。さらに、マスクは各ボクセルに設定
され、マスクが有効な領域のみボリュームレンダリング
を行い、マスクが無効な領域はボクセルが存在しないも
のとみなす。

【００２２】上記パラメータを用い、単一のボリューム
データに対して、例えば、ボリュームオブジェクト１は
肋骨のみを白く表示するようにパラメータを設定し、ボ
リュームオブジェクト２は心臓と周辺の太い血管のみを
赤−オレンジで表示するようにパラメータを設定し、ボ
リュームオブジェクト３は細い血管のみを赤く表示する
ようにパラメータを設定し、これらパラメータの設定に
より抽出した複数のオブジェクトそれぞれに対応するボ
リュームオブジェクト１〜３に基づきボリューム加算を
行うことで、肋骨、心臓、血管を同時に表示することが
できる。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】ボリューム加算は複数
のオブジェクトを同時に３次元的に描画することができ
るため、特に、人体において、骨、臓器等の組織が複雑
に入り組んでいる場合であっても、人体の内部組織の空
間的な位置関係を直観的に効率よく把握できるという利
点がある。

【００２４】上述のように、ボリューム加算を行うため
に生成されるボリュームオブジェクトは、パラメータと
して、色、オパシティ、マスクを持つが、３次元画像で
は、さらに、シェーディングと称される陰影付けも画像
表示において重要な要素である。現在、３次元画像表示
で一般的なシェーディングであるグラディエントシェー
ディングは、細部の表現に優れ、年輪状アーチファクト
の低減効果が他のシェーディングに比べ高く、広く利用
されている。

【００２５】従来のボリューム加算では、各ボリューム
オブジクトのシェーディングの種類は全て同じであり、
全てのボリュームオブジェクトを一つの単位としてシェ
ーディングの種類を選択できるのみであった。

【００２６】しかし、オブジェクトの性質、表示目的に
より最適なシェーディングの種類は異なり、グラディエ
ントシェーディングが適当な場合もあればノングラディ
エントシェーディングの方が適当な場合もある。最適な
シェーディングの種類が互いに異なる複数のオブジェク
トをボリューム加算により同時に表示したい場合におい
ても、全て一種類のシェーディングに固定しなくてはな
らず、最適でないシェーディングで表示されるオブジェ
クトもあった。

【００２７】グラディエントシェーディングは、上述の
ように細部の表現、年輪状アーチファクトの低減効果に
おいて優れているものの、オブジェクトによっては、ノ
ングラディエントシェーディングの方がグラディエント
シェーディングよりも自然な画像が得られる場合、細い
血管などのつながりが見易い場合、奥行き、前後関係が
分かり易い場合などがある点に留意するべきである。な
お、以降の説明において、グラディエントによらないシ
ェーディングを、ノングラディエントシェーディングと
記すため、表現上、厳密にはグラディエントを使わない
全てのシェーディングを含むが、本明細書では、オパシ
ティと色によるシェーディングとして説明する。

【００２８】一般に、グラディエントシェーディング
（以下、グラディエントと略す）とノングラディエント
シェーディング（以下、ノングラディエントと略す）と
を対比すると、例えば、ボクセル値に対して急峻にオパ
シティが変化するようなボリュームオブジェクトでは、
ノングラディエントは画質が悪くなる場合があるが、グ
ラディエントはノングラディエントほど画質が悪くはな
らない。また、ノングラディエントは計算負荷が大きい
グラディエント計算が不要であるためグラディエントよ
りも計算量が少なく高速である。さらに、グラディエン
トを用いることにより、物体の凹凸が表現された画像を
生成することができるが、ノングラディエントはグラデ
ィエントを用いないため物体の凹凸の情報がシェーディ
ングに反映され難く、やや平面的な画像が生成される。
一方で、ノングラディエントは細かい凹凸が反映され難
い反面、物体の全体的な奥行きが分かり易い画像を生成
することができる。また、細かい物体、小さい物体（細
かい血管等）では、測定解像度、ノイズ等により厳密な
グラディエント計算が困難であるため、グラディエント
を用いないノングラディエントで生成した画像の方が、
物体が見易い場合がある。さらに、断面においてはグラ
ディエントを用いない方が良好な画像が得られる傾向が
あることから、表面以外の物体の断面においては、ノン
グラディエントの方が自然な画質が生成される。

【００２９】また、ボリュームレンダリング（およびサ
ーフェスレンダリング等）により医療画像データの３次
元表現が可能になり、体内器官を３次元で見ることがで
きるようになったのは最近のことであり、医療現場では
３次元表現以前から２次元画像（スライス画像）読影に
よる診断が盛んに行われており、病状と２次元画像との
関係において膨大なデータ、ノウハウが蓄積されてい
る。グラディエントを用いないノングラディエントによ
る物体の断面画像は、通常の２次元スライス画像と類似
しているため、医療現場では、ボリュームレンダリング
による３次元画像断面から病状を把握する場合、ノング
ラディエントの方がグラディエントよりも従来の２次元
スライス画像読影で培ったノウハウを適用しやすいとい
う事情もある。

【００３０】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、各ボリュームオブジェクト毎に最適なパラメータの
設定を可能にし、ボリューム加算による３次元画像の画
質を向上させる３次元画像表示方法、装置およびプログ
ラムを提供することを目的とする。

【００３１】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
３次元画像表示方法は、複数のボリュームオブジェクト
のボリューム加算を行い、複数のオブジェクトを同時に
３次元表示する３次元画像表示方法において、ボリュー
ムレンダリングの対象となる複数のオブジェクトのそれ
ぞれの性質に応じた最適なシェーディングの種類を選択
し、対応するボリュームオブジェクトに個別にシェーデ
ィングの種類を設定した複数のボリュームオブジェクト
に基づいてボリューム加算を行うことを特徴とする。

【００３２】上記発明によれば、複数のボリュームオ
ブジェクトの加算により３次元画像を表示するに際し、
全てのボリュームオブジェクトを一つの単位としてシェ
ーディングの種類を設定するのではなく、各ボリューム
オブジェクト毎にそれぞれ最適なシェーディングの種類
を設定することでボリューム加算による３次元画像の画
質を向上させることができる。さらに、ボリュームオブ
ジェクトのパラメータの設定に際し、環境光の強さの要
素を新たに追加することでボリューム加算による３次元
画像の画質をより向上させることができる。

【００３３】また、本発明の３次元画像表示方法は、
複数のボリュームオブジェクトのボリューム加算を行
い、複数のオブジェクトを同時に３次元表示する３次元
画像表示方法において、ボリュームレンダリングの対象
となる複数のオブジェクトのそれぞれの性質に応じた最
適なシェーディングの種類ならびに最適な光源の種類お
よび数を選択し、対応するボリュームオブジェクトに個
別にシェーディングの種類ならびに光源の種類および数
を設定した複数のボリュームオブジェクトに基づいてボ
リューム加算を行うことを特徴とする。また、３次元画
像表示プログラムは、複数のボリュームオブジェクトの
ボリューム加算を行い、複数のオブジェクトを同時に３
次元表示する３次元画像表示プログラムにおいて、コン
ピュータを、ボリュームレンダリングの対象となる複数
のオブジェクトのそれぞれの性質に応じて選択された最
適なシェーディングの種類ならびに最適な光源の種類お
よび数を得、対応するボリュームオブジェクトに個別に
シェーディングの種類ならびに最適な光源の種類および
数を設定した複数のボリュームオブジェクトに基づいて
ボリューム加算を行う手段として機能させることを特徴
とする。

【００３４】上記発明によれば、複数のボリュームオ
ブジェクトの加算により３次元画像を表示するに際し、
全てのボリュームオブジェクトを一つの単位としてシェ
ーディングの種類を設定するのではなく、各ボリューム
オブジェクト毎にそれぞれ最適なシェーディングの種類
を設定することでボリューム加算による３次元画像の画
質を向上させることができる。さらに、ボリュームオブ
ジェクトのパラメータの設定に際し、光源の種類および
数の要素を新たに追加することでボリューム加算による
３次元画像の画質をより向上させることができる。

【００３５】

【課題を解決するための手段】本発明の３次元画像表示
方法は、複数のボリュームオブジェクトのボリューム加
算を行い、複数のオブジェクトを同時に３次元表示する
３次元画像表示方法において、ボリュームレンダリング
の対象となる複数のオブジェクトのそれぞれの性質に応
じた最適なシェーディングの種類および最適な環境光の
強さを選択し、対応するボリュームオブジェクトに個別
にシェーディングの種類および最適な環境光の強さを設
定した複数のボリュームオブジェクトに基づいてボリュ
ーム加算を行うことを特徴とする。また、３次元画像表
示プログラムは、複数のボリュームオブジェクトのボリ
ューム加算を行い、複数のオブジェクトを同時に３次元
表示する３次元画像表示プログラムにおいて、コンピュ
ータを、ボリュームレンダリングの対象となる複数のオ
ブジェクトのそれぞれの性質に応じて選択された最適な
シェーディングの種類および最適な環境光の強さを得、
対応するボリュームオブジェクトに個別にシェーディン
グの種類および最適な環境光の強さを設定した複数のボ
リュームオブジェクトに基づいてボリューム加算を行う
手段として機能させることを特徴とする。

【００３６】各ボリュームオブジェクトは、シェーディ
ングの種類、色、オパシティおよびマスクからなる４つ
のパラメータを有し、それぞれのオブジェクトに応じて
最適なパラメータを自在に設定することができ、図１で
は、ボリュームオブジェクト１のシェーディングとして
グラディエントが選択され、ボリュームオブジェクト２
のシェーディングとしてノングラディエントが選択され
る。なお、ボリューム加算に必要なボリュームオブジェ
クトの数は、特に限定されず、さらに、表掲のパラメー
タを有するボリュームオブジェクト３を加えてもよい。

【００３７】ボリュームオブジェクトのパラメータは、
従来の色、オパシティおよびマスクにシェーディングを
加えた４つの要素の他、さらに、シェーディングの種類
以外の他の要素をパラメータに加えてもよい。図２は図
１に示したパラメータの４つの要素のうち、さらに、従
来、全てのボリュームオブジェクトに対して単一の設定
が行われていた（１）環境光の強さ（図２（ａ））、
（２）光源の種類（強さ、方向、位置）および数（図２
（ｂ））をパラメータ要素として加えたものである。以
下、各パラメータ要素について説明する。なお、図示例
では、環境光の強さ並びに光源の種類および数のいずれ
か一方を新たなパラメータとして加えた場合を示してい
るが、両方のパラメータを新たなパラメータとして加え
るようにしてもよい。

【００３８】（１）環境光について：環境光源の光は、
ボリュームレンダリングされる領域のどこでも一定の輝
度（光の強さ）であり物体を見る方向には依存しない。
具体的には、先の図４に示したレイキャスティングによ
る投影画像形成概念図において、減衰光Ｄｎ、部分反射
光Ｆｎ、シェーディング係数βｎ（グラディエントまた
はノングラディエント）および環境光γは以下の関係に
なる。

【００３９】環境光無し：Ｆｎ＝βｎ＊Ｄｎ環境光係数γ＝０に相当環境光有り：Ｆｎ＝（βｎ＋γ）＊Ｄｎ環境光係数γは常に一定実装上は、例えば、０＜＝γ＜＝１として、Ｆｎ＝（（１−γ）＊βｎ＋γ）＊Ｄｎ

【００４０】Ｆｎにおいて環境光による影響を大きくす
ると（γを大きくすると）、シェーディング係数による
影響が小さくなる。言い換えれば、環境光を強くすると
（γを大きくすると）、シェーディングによる画像の明
暗差が小さくなる。

【００４１】（２）光源の種類について：光源の種類と
して、有向光源、点光源、スポット光源などがあり、光
源の種類により設定すべきパラメータが異なる。すなわ
ち、有向光源では各光源の強さおよび方向を設定し、点
光源では各光源の強さおよび位置を設定し、スポット光
源では各光源の強さおよび位置（光放射開始点の位
置）、方向および広がりなどを設定する。なお、先の図
４に示したレイキャスティングによる投影画像形成概念
図は、有向光源を用い、光源の数は１つ、光源の方向は
物体を見ている方向であると仮定したものである。

【００４２】以下、図３を参照して本発明に係る３次元
画像表示について説明する。図３は各ボリュームオブジ
ェクトの作成からボリューム加算までの処理フローを示
しており、図示例ではボリュームオブジェクトのパラメ
ータとして、オパシティ、色、マスク、シェーディング
の種類を設定する場合について説明するが、図２に示す
環境光の強さ等のパラメータを追加した場合でも同様の
処理を行うことができる。まず、それぞれのボリューム
オブジェクトに対するボリュームオブジェクトのパラメ
ータを個別に設定する（Ｓ１０２）。パラメータ設定
後、ボリュームレンダリングを行い（Ｓ１０３）、生成
された画像を見ながらオブジェクトが意図した通りに表
示されているかを確認する（Ｓ１０４）。Ｓ１０２〜Ｓ
１０４の処理を繰り返すことで、個々のオブジェクトに
適したボリュームオブジェクトを生成し、その時点でパ
ラメータの値を確定する（Ｓ１０５）。生成した複数の
ボリュームオブジェクトからボリューム加算の対象とな
る複数のボリュームオブジェクトを順次選択し（Ｓ１０
６）、選択したボリュームオブジェクトに基づきボリュ
ームレンダリングを行う（ボリューム加算と称される）
（Ｓ１０７）。生成された画像を見ながら、ボリューム
加算するボリュームオブジェクトの組み合わせを確認す
る（Ｓ１０８）。Ｓ１０８で目的の画像が得られない場
合は、選択されたボリュームオブジェクトを入れ替えな
がらボリューム加算の対象となるボリュームオブジェク
トを確定するが、ボリュームオブジェクトの入れ替えで
は、ボリュームオブジェクトは修正せずに、単に生成済
みのボリュームオブジェクトを選択するだけである。ま
た、ボリューム加算の対象となるボリュームオブジェク
トの個数Ｎは１からＭの範囲内で変更することができる
（Ｓ１０６からＳ１０８の繰り返し）。ボリューム加算
した画像が目的の画像であることを確認し（Ｓ１０
９）、本発明に係るボリューム加算による３次元画像を
得る（Ｓ１１０）。（Ｓ１０９）で意図通りの画像が得
られない場合は（Ｓ１０１）に戻りボリュームオブジェ
クトの設定をやり直す。

【００４３】ボリュームオブジェクト生成のためのパラ
メータ選定（１）およびボリューム加算の対象となるボ
リュームオブジェクトの選定（２）の判断は、例えば、
以下の通りである。

【００４４】（１）ボリュームオブジェクト生成のため
のパラメータ選定：ボリュームオブジェクト１により赤
い細い血管だけ描画したい場合、血管が綺麗に見えるよ
うにオパシティを設定し、色を赤に選択し、ノングラデ
ィエントシェーディングを選択する。

【００４５】ボリュームオブジェクト２により肺を青色
で描画したい場合、肺だけを表示させたいが肋骨も表示
されてしまうため、肋骨が表示されないように肺の部分
だけマスクする。その際、肋骨部分のボリュームデータ
をアンマスクし（マスクを無効にする）、肋骨部分をボ
リュームレンダリングしないようにする。さらに、肺が
綺麗に見えるようにオパシティを設定、色を青に選択
し、グラディエントシェーディングを選択する。

【００４６】（２）ボリューム加算の対象となるボリュ
ームオブジェクトの選定：ボリュームオブジェクト１に
より脳内の血管が赤く描画され、ボリュームオブジェク
ト２により脳が淡い茶色で描画され、ボリュームオブジ
ェクト３により頭蓋骨が白く描画されている場合におい
て、脳内血管と頭蓋骨との位置関係を見たいときはボリ
ュームオブジェクト１と３を選択してボリューム加算を
行う。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
複数のボリュームオブジェクトの加算により３次元画像
を表示するに際し、全てのボリュームオブジェクトを一
つの単位としてシェーディングの種類を設定するのでは
なく、各ボリュームオブジェクト毎にそれぞれ最適なシ
ェーディングの種類を設定することでボリューム加算に
よる３次元画像の画質を向上させることができる。さら
に、ボリュームオブジェクトのパラメータの設定に際
し、環境光の強さまたは光源の種類および数の要素を新
たに追加することでボリューム加算による３次元画像の
画質をより向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係るボリューム加算に
よる３次元画像表示の概念を示す図である。

【図２】ボリュームオブジェクトのパラメータとして追
加されるパラメータ要素を示す図である。

【図３】本発明に一実施の形態に係る３次元画像表示方
法の処理フローを示す図である。

【図４】レイキャスティングによる投影画像形成の概念
を説明する図である。

【図５】透視投影法によるレイキャスティングの概念を
説明する図である。

【符号の説明】

１０１ボリュームオブジェクト１に基づくボリューム
レンダリング３次元画像１０２ボリュームオブジェクト２に基づくボリューム
レンダリング３次元画像１０３ボリューム加算によるボリュームレンダリング
３次元画像

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のボリュームオブジェクトのボリュ
ーム加算を行い、複数のオブジェクトを同時に３次元表
示する３次元画像表示方法において、ボリュームレンダリングの対象となる複数のオブジェク
トのそれぞれの性質に応じた最適なシェーディングの種
類および最適な環境光の強さを選択し、対応するボリュ
ームオブジェクトに個別にシェーディングの種類および
環境光の強さを設定した複数のボリュームオブジェクト
に基づいてボリューム加算を行うことを特徴とする３次
元画像表示方法。
【請求項２】複数のボリュームオブジェクトのボリュ
ーム加算を行い、複数のオブジェクトを同時に３次元表
示する３次元画像表示方法において、ボリュームレンダリングの対象となる複数のオブジェク
トのそれぞれの性質に応じた最適なシェーディングの種
類ならびに最適な光源の種類および数を選択し、対応す
るボリュームオブジェクトに個別にシェーディングの種
類ならびに光源の種類および数を設定した複数のボリュ
ームオブジェクトに基づいてボリューム加算を行うこと
を特徴とする３次元画像表示方法。
【請求項３】請求項１または２に記載の３次元画像表
示方法を実施するための３次元画像表示装置。
【請求項４】複数のボリュームオブジェクトのボリュ
ーム加算を行い、複数のオブジェクトを同時に３次元表
示する３次元画像表示プログラムにおいて、コンピュー
タを、ボリュームレンダリングの対象となる複数のオブジェク
トのそれぞれの性質に応じて選択された最適なシェーデ
ィングの種類および最適な環境光の強さを得、対応する
ボリュームオブジェクトに個別にシェーディングの種類
および環境光の強さを設定した複数のボリュームオブジ
ェクトに基づいてボリューム加算を行う手段として機能
させることを特徴とする３次元画像表示プログラム。
【請求項５】複数のボリュームオブジェクトのボリュ
ーム加算を行い、複数のオブジェクトを同時に３次元表
示する３次元画像表示プログラムにおいて、コンピュー
タを、ボリュームレンダリングの対象となる複数のオブジェク
トのそれぞれの性質に応じて選択された最適なシェーデ
ィングの種類ならびに最適な光源の種類および数を得、
対応するボリュームオブジェクトに個別にシェーディン
グの種類ならびに最適な光源の種類および数を設定した
複数のボリュームオブジェクトに基づいてボリューム加
算を行う手段として機能させることを特徴とする３次元
画像表示プログラム。