JPH09134447A - Multidimensional volume data display method - Google Patents

Multidimensional volume data display method

Info

Publication number
JPH09134447A
JPH09134447A JP29154295A JP29154295A JPH09134447A JP H09134447 A JPH09134447 A JP H09134447A JP 29154295 A JP29154295 A JP 29154295A JP 29154295 A JP29154295 A JP 29154295A JP H09134447 A JPH09134447 A JP H09134447A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
dimensional
volume data
read
address
dimensional volume
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP29154295A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yuuki Sudou
雄基 須藤
Daisaku Yamane
大作 山根
Masaharu Tomita
雅晴 富田
Masaji Ishikawa
正司 石川
Hirohisa Kusano
裕久 草野
Kengo Toeda
賢吾 戸枝
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Japan Radio Co Ltd
Original Assignee
Japan Radio Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Japan Radio Co Ltd filed Critical Japan Radio Co Ltd
Priority to JP29154295A priority Critical patent/JPH09134447A/en
Publication of JPH09134447A publication Critical patent/JPH09134447A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Image Generation (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To shorten the processing time for lay-casting by generating writing address and reading address by using a specified expression. SOLUTION: In this multidimensional volume data display method in which n-dimensional volume data is read from storage space to a cache memory in accordance with a determined reading address and the video of the n- dimensional solid within an observation area is displayed based on read n- dimensional volume data v, the writing address and the reading address are generated by using an expression. In the expression, Ij ,k shows the kth-bit of Ij , Ij shows the coordinate value = [Ij ,n-1 Ij ,n-2 ...Ij ,1 Ij ,0 ] along the jth axis of the axis constituting an n-dimensional coordinate system and n shows integrs of >=2, j shows natural numbers satisfying 0<=j<=n-1, k shows natural numbers satisfying 0<=k<=m-1, m shows natural numbers corresponding to the power of 2 and [.] shows the binary number obtained by arranging arguments in the entered order.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、一般にn次元空間
上で与えられるn次元ボリュームデータに基づきスクリ
ーン上に映像を表示する多次元ボリュームデータ表示方
法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention generally relates to a multi-dimensional volume data display method for displaying an image on a screen based on n-dimensional volume data given in an n-dimensional space.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般にn次元空間で得られたデータの配
列のことをn次元データ配列と呼ぶ。また、当該n次元
空間内にある観察領域に関する物理量のn次元データ配
列を、本願ではn次元ボリュームデータと呼ぶこととす
る。この観察領域は、観察すべきn次元立体(本願では
当該n次元空間に存在する物体のことをさす)が含まれ
るよう、設定する。すなわち、n次元ボリュームデータ
は、観察領域内にあるn次元物体に関する情報を含んで
いる。
2. Description of the Related Art Generally, an array of data obtained in an n-dimensional space is called an n-dimensional data array. Further, an n-dimensional data array of physical quantities relating to the observation area in the n-dimensional space will be referred to as n-dimensional volume data in the present application. This observation area is set so as to include an n-dimensional solid (in this application, an object existing in the n-dimensional space) to be observed. That is, the n-dimensional volume data includes information about the n-dimensional object in the observation area.

【0003】n=3のn次元ボリュームデータ、すなわ
ち3次元ボリュームデータの例としては、生体内の患部
状態、血流等に関するデータや、流体の流れ等に関する
データがある。前者はX線CT、MRI、超音波診断装
置等の医療関連装置にて得られるデータであり、これに
基づき患部等の映像をCRT等の2次元画面上に見易く
表示する(可視化する)ことにより、医師による診断、
治療等の正確化、迅速化に寄与できる。後者は流体解析
等の科学技術計算にて得られるデータであり、これに基
づき流体の流れをCRT等の2次元画面上で見易く可視
化することにより、物理現象等の理解・解析に寄与でき
る。
As an example of n-dimensional volume data of n = 3, that is, three-dimensional volume data, there are data on the affected part state in the living body, blood flow, etc., and data on fluid flow etc. The former is data obtained by medical-related devices such as X-ray CT, MRI, and ultrasonic diagnostic equipment, and based on this, images of the affected area etc. are displayed (visualized) on a two-dimensional screen such as a CRT in an easy-to-see manner. , Doctor's diagnosis,
It can contribute to the accuracy and speed of treatment. The latter is data obtained by scientific and technological calculations such as fluid analysis, and based on this data, it is possible to contribute to understanding and analysis of physical phenomena by visualizing the fluid flow on a two-dimensional screen such as a CRT.

【0004】3次元ボリュームデータを2次元画面上で
可視化する処理の一例としては、等値面化法がある。し
かし、この方法は、専用ハードウエアを用いた高速処理
が必要になるにもかかわらず、次に述べるレイキャステ
ィング(光線追跡法)に比べ表示機能が数少ないという
短所を有している。すなわち、積算表示(視線に沿った
データサンプリングにて得られる情報の積算値の表示)
や、最大値表示(視線に沿ったデータサンプリングにて
得られる情報の最大値の表示)等を、等値面化法そのも
のに何等かの変形を施すことなしには、実行できない。
An isosurface method is an example of a process for visualizing three-dimensional volume data on a two-dimensional screen. However, this method has a disadvantage in that it has few display functions as compared with the ray casting (ray tracing method) described below, although high-speed processing using dedicated hardware is required. That is, integrated display (display of integrated value of information obtained by data sampling along the line of sight)
Also, the maximum value display (display of the maximum value of information obtained by data sampling along the line of sight) cannot be executed without some modification of the isosurfaceization method itself.

【0005】このような短所がなく、汎用ワークステー
ション、パーソナルコンピュータ等によりソフトウエア
的に実行できる2次元画面上の可視化処理としては、レ
イキャスティングがある。この方法の基本的な考え方
は、図1の上半分に示されるように、一般に3次元立体
(医療関連装置であれば患部等)に関する物理量データ
を含む3次元ボリュームデータを、当該3次元ボリュー
ムデータと同様3次元空間内にある所定の視点から、観
察し、この観察の際の視線(レイ)をよぎるよう配置し
た2次元スクリーン上に、観察結果たる情報に従い映像
を表示する、という考え方である。3次元ボリュームデ
ータの構成要素はボクセルと呼ばれ、ボクセルにおける
データの値は単にボクセル値と呼ばれる。
Raycasting is a visualization process on a two-dimensional screen that can be executed by software using a general-purpose workstation, a personal computer or the like without such disadvantages. The basic idea of this method is that, as shown in the upper half of FIG. 1, generally, three-dimensional volume data including physical quantity data relating to a three-dimensional solid (a diseased part in the case of a medical device) is converted into Similar to the above, the idea is to observe from a predetermined viewpoint in a three-dimensional space, and display an image according to the observation result information on a two-dimensional screen arranged so as to cross the line of sight (ray) during this observation. . The constituent elements of the three-dimensional volume data are called voxels, and the value of the data in the voxels is simply called a voxel value.

【0006】また、2次元スクリーン上における表示方
法の一例としては、図1の下半分に示される方法があ
る。この方法では、レイに沿ってボクセル値がサンプリ
ングされ、これにより得られたボクセル値がしきい値判
定される。ボクセル値がしきい値をよぎったボクセルの
位置は、3次元ボリュームデータに含まれている3次元
立体の表面(の1点)と見なすことができる。従って、
単一の視点から放射状に発せられる多数のレイに関し同
様のしきい値判定を実行することにより、3次元立体の
表面を検出できる。図1の上半分に示されるように配置
された2次元スクリーンに、視点から当該3次元立体の
表面までの距離(Z値)に応じ正規化した輝度で、すな
わち表面上最も遠い点が暗くかつ最も近い点が明るくな
るようZ値の線形変換により決定した輝度で、当該3次
元立体の表面を濃淡表示することにより、3次元立体を
2次元スクリーン上に見易く表示できる。レイキャステ
ィングで簡便に実行可能な表示方法には、この方法の
他、積算表示や最大値表示がある。
As an example of the display method on the two-dimensional screen, there is a method shown in the lower half of FIG. In this method, voxel values are sampled along the ray and the resulting voxel values are thresholded. The position of a voxel whose voxel value exceeds the threshold can be regarded as (one of) the surface of the three-dimensional solid included in the three-dimensional volume data. Therefore,
The surface of a three-dimensional solid can be detected by performing a similar threshold determination on a large number of rays that are radially emitted from a single viewpoint. On the two-dimensional screen arranged as shown in the upper half of FIG. 1, the luminance is normalized according to the distance (Z value) from the viewpoint to the surface of the three-dimensional solid, that is, the farthest point on the surface is dark and By displaying the surface of the three-dimensional solid in shades with the brightness determined by the linear conversion of the Z value so that the closest point becomes bright, the three-dimensional solid can be displayed on the two-dimensional screen in an easy-to-see manner. Display methods that can be easily executed by ray casting include integrated display and maximum value display in addition to this method.

【0007】図2には、レイキャスティングの実施環境
の一例が示されている。この図の例では、メインメモリ
20上に3次元ボリュームデータが格納される。CPU
10は、メインメモリ20上のボリュームデータに関し
レイキャスティングを実行する。この図には、Z値に基
づく表示を実行するための機能部分として、CPU10
の内部に11〜13が示されている(これらはハードウ
エアであってもよいしソフトウエアであってもよい)。
そのうち3次元DDA(ディジタル微分解析部)11
は、レイの方向に基づき、そのレイが3次元ボリューム
データに突入してから突き抜けるまでに交叉するボクセ
ルの位置を求める。サンプリング部12は、求められた
位置にあるボクセルの値をサンプリングし、CPU10
の内部キャッシュメモリ14に格納する。シェーディン
グ部13は、サンプリングしたボクセル値に基づき3次
元立体の表面を濃淡表示すべく、照明したときに上記3
次元立体の凹凸により生じるであろう陰影をシミュレー
トする。
FIG. 2 shows an example of a ray casting execution environment. In the example of this figure, the three-dimensional volume data is stored in the main memory 20. CPU
10 performs ray casting on the volume data on the main memory 20. In this figure, the CPU 10 is shown as a functional part for executing display based on the Z value.
11 to 13 are shown inside (these may be hardware or software).
3D DDA (Digital Differential Analysis) 11
Determines the position of a voxel that intersects from the time the ray enters the three-dimensional volume data to the time it passes through based on the ray direction. The sampling unit 12 samples the value of the voxel at the obtained position, and the CPU 10
In the internal cache memory 14. The shading unit 13 uses the above-described 3 when the surface of the three-dimensional solid is displayed in gray scale based on the sampled voxel value.
Simulates the shadows that may be caused by the unevenness of a 3D solid.

【0008】ところで、メインメモリ20上における3
次元ボリュームデータのアドレスが一般に整数であるの
に対し、3次元DDAにより得られるボクセルの位置は
一般に小数部を有している。従って、3次元DDAによ
り得られるボクセルの位置の小数部をサンプリングの際
にどの様に取り扱うかにより、サンプリングの精度が変
化する。最も簡単なサンプリング方法は、3次元DDA
により求めた位置又はこれに最も近い位置のボクセル値
をサンプリングするポイントサンプリングであるが、こ
の方法は小数部を丸めることによる誤差を発生させる。
3次元DDAにより求めた位置の近傍にある2=8個
のボクセルの値をメインメモリ20からCPU10へ読
み出し、当該3次元空間の各軸に沿って線形補間するト
リリニア補間は、ポイントサンプリングに比べ精度が高
い。
By the way, 3 in the main memory 20
The address of the dimensional volume data is generally an integer, whereas the voxel position obtained by the three-dimensional DDA generally has a fractional part. Therefore, the accuracy of sampling varies depending on how the fractional part of the voxel position obtained by the three-dimensional DDA is handled at the time of sampling. The simplest sampling method is 3D DDA
The point sampling is for sampling the voxel value at the position obtained by or by the position closest thereto, but this method causes an error due to rounding of the decimal part.
Compared to point sampling, tri-linear interpolation in which the values of 2 3 = 8 voxels in the vicinity of the position obtained by the three-dimensional DDA are read from the main memory 20 to the CPU 10 and linearly interpolated along each axis of the three-dimensional space High accuracy.

【0009】図3には、トリリニア補間の原理が示され
ている。この図では、3本の軸Ir,Iθ,Iψにより
表記できる3次元空間を考え、またサンプリングすべき
点を(Ir,Iθ,Iψ)と表し、この点(Ir,I
θ,Iψ)の物理量データをgと表し、さらに、この点
(Ir,Iθ,Iψ)を取り囲む立方体乃至直方体の頂
点に位置している近傍8個のボクセルのボクセル値をそ
れぞれg0〜g7と表している。トリリニア補間とは、
FIG. 3 shows the principle of trilinear interpolation. In this figure, a three-dimensional space that can be represented by three axes Ir, Iθ, Iψ is considered, and the point to be sampled is represented by (Ir, Iθ, Iψ), and this point (Ir, I
The physical quantity data of θ, Iψ) is represented by g, and the voxel values of eight neighboring voxels located at the vertices of a cube or a rectangular parallelepiped surrounding this point (Ir, Iθ, Iψ) are represented by g0 to g7, respectively. ing. What is trilinear interpolation?

【数2】 g01=g0*dr1+g1*dr0 g23=g2*dr1+g3*dr0 g45=g4*dr1+g5*dr0 g67=g6*dr1+g7*dr0 …(2) の式に従いIr軸に沿って線形補間を実行し、[Mathematical formula-see original document] g01 = g0 * dr1 + g1 * dr0 g23 = g2 * dr1 + g3 * dr0 g45 = g4 * dr1 + g5 * dr0 g67 = g6 * dr1 + g7 * dr0 (2) Linear interpolation is executed along the Ir axis according to the formula

【数3】 g0145=g01*dθ1+g45*dθ0 g2367=g23*dθ1+g67*dθ0 …(3) の式に従いIθ軸に沿って線形補間を実行し、## EQU00003 ## g0145 = g01 * d.theta.1 + g45 * d.theta.0 g2367 = g23 * d.theta.1 + g67 * d.theta.0 (3) Linear interpolation is performed along the I.theta.

【数4】 g=g0145*dψ1+g2367*dψ0 …(4) の式に従いIψ軸に沿って線形補間を実行することによ
り、サンプリングすべき点(Ir,Iθ,Iψ)におけ
る物理量データgを推定する処理である。但し、dr
1、dr0、dθ1、dθ0、dψ1及びdψ0はトリ
リニア相関に使用した立方体乃至直方体の各辺を点(I
r,Iθ,Iψ)の座標値にて按分した値であり、g0
1〜g67、g0145及びg2367はトリリニア補
間の中間過程で得られる補間値である。
G = g0145 * dψ1 + g2367 * dψ0 (4) A process of estimating the physical quantity data g at the point (Ir, Iθ, Iψ) to be sampled by performing linear interpolation along the Iψ axis according to the formula (4). Is. However, dr
1, dr0, dθ1, dθ0, dψ1 and dψ0 are points (I) on each side of a cube or a rectangular parallelepiped used for trilinear correlation.
r0, Iθ, Iφ) coordinate values, g0
1 to g67, g0145 and g2367 are interpolation values obtained in the intermediate process of trilinear interpolation.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題及び課題の解決原理】レ
イキャスティングの対象となる3次元ボリュームデータ
は、通常、非常に情報量が多いデータである。例えば3
次元ボリュームデータに関しレイキャスティングを実行
する際には、通常、数メガバイト以上のデータを扱わね
ばならない。これは、処理時間の長さを招く原因となっ
ており、利用者は、処理時間を短くすることを強く要請
している。
Problems to be Solved by the Invention and Principles for Solving Problems The three-dimensional volume data to be subject to ray casting is usually data having a very large amount of information. For example, 3
When performing raycasting on dimensional volume data, typically more than a few megabytes of data must be handled. This causes a long processing time, and the user strongly requests to shorten the processing time.

【0011】発明者は、このような課題を解決すべく、
レイキャスティングに関する処理のうち長い処理時間を
占めている処理がどの処理であるかに関し、検討を行っ
た。その結果明らかになったのは、3次元ボリュームデ
ータのサンプリングに長時間が必要であること、またこ
の傾向はポイントサンプリングでもトリリニア相関でも
同様であること、である。表1欄外に示される条件下で
の処理時間測定結果を表1及び表2並びに図4に、また
それを処理時間比率に換算した結果を図5に、それぞれ
示す。これらの表及び図から明らかなように、サンプリ
ングに要する時間は、その方法としてポイントサンプリ
ングを用いたときでもトリリニア相関を用いたときで
も、レイキャスティング全体の処理時間の半分以上を占
めている。
The inventor, in order to solve such a problem,
A study was conducted as to which of the ray casting processes is the process that occupies a long processing time. As a result, it became clear that it takes a long time to sample the three-dimensional volume data, and this tendency is the same for the point sampling and the trilinear correlation. Tables 1 and 2 and FIG. 4 show the measurement results of the treatment time under the conditions shown in the margin of Table 1, and FIG. 5 shows the results obtained by converting the results into the treatment time ratio. As is clear from these tables and figures, the time required for sampling occupies more than half of the total processing time of ray casting regardless of whether point sampling or trilinear correlation is used.

【0012】[0012]

【表1】 [Table 1]

【表2】 発明者は、次に、サンプリングに時間が掛かる原因に関
して検討した。すなわち、発明者は、表3に示される条
件下にて、視線方向の変化による処理時間の変化を検討
した。表4及び図6には、レイの方向による処理時間の
変化を、従来のアドレス構造(図7)に関し測定した結
果を示している。表4及び図6から明らかなように、ポ
イントサンプルの場合もトリリニア補間の場合も処理時
間がレイの方向に依存している。ここから明らかになる
のは、処理対象たる3次元ボリュームデータを記憶空間
から読み出す際に、当該記憶空間(例えばメインメモリ
により提供される記憶空間)からキャッシュメモリへの
データ転送の際のミス(キャッシュミス)が発生しやす
いため、サンプリングに時間が掛かることである。
[Table 2] The inventor next examined the cause of the long sampling time. That is, the inventor examined the change in processing time due to the change in the line-of-sight direction under the conditions shown in Table 3. Table 4 and FIG. 6 show the results of measuring the change in the processing time depending on the ray direction in the conventional address structure (FIG. 7). As is clear from Table 4 and FIG. 6, the processing time depends on the ray direction in both the point sample and the trilinear interpolation. What becomes clear from this is that when the three-dimensional volume data to be processed is read from the storage space, a mistake (cache error) in data transfer from the storage space (for example, the storage space provided by the main memory) to the cache memory. (Missing) is likely to occur, so it takes time for sampling.

【0013】[0013]

【表3】 [Table 3]

【表4】 サンプリング時間がレイの方向に依存する原因として
は、第1に、アドレス構造上の問題が明らかになった。
すなわち、上記3次元ボリュームデータをメインメモリ
に格納する際、従来は、位置(x,y,z)にあるボク
セルのボクセル値をメインメモリ上のアドレスa=x+
n・y+n・n・zに格納していたため、キャッシュメ
モリ上のブロック(連続する複数個のアドレスを含む記
憶領域)が、図7に示されるように、3次元ボリューム
データ上で細長い直方体を構成していた。このようなア
ドレス構造下では、ブロックに相当する直方体の長手方
向と、レイの方向とが、一致しない場合、キャッシュミ
スが頻発する。キャッシュミスが発生する原因として第
2に明らかになったのは、読出しアドレスaを単一のレ
イに沿って発生させていたため、ブロックに相当する直
方体の長手方向とレイの方向とが一致していないときの
キャッシュミスがさらに発生しやすいことである。
[Table 4] As a cause of the sampling time depending on the ray direction, firstly, a problem in the address structure has been revealed.
That is, when storing the above-mentioned three-dimensional volume data in the main memory, conventionally, the voxel value of the voxel at the position (x, y, z) is set to the address a = x + on the main memory.
Since the data is stored in n · y + n · n · z, the block (storage area including a plurality of consecutive addresses) on the cache memory forms an elongated rectangular parallelepiped on the three-dimensional volume data as shown in FIG. Was. Under such an address structure, if the longitudinal direction of the rectangular parallelepiped corresponding to the block does not match the ray direction, cache misses frequently occur. The second cause of the cache miss has been clarified. Since the read address a is generated along a single ray, the longitudinal direction of the rectangular parallelepiped corresponding to the block coincides with the ray direction. This means that cache misses are more likely to occur when there is no cache.

【0014】本発明における基本的な着眼点及び本発明
の目的は、レイキャスティング等のn次元データ処理を
実行する際のアドレス方法乃至構造を改善することによ
り、処理対象たるn次元ボリュームデータを格納する記
憶空間からのキャッシュミスの発生を抑え、処理時間の
短縮という利用者の要請に応えることにある。
A basic point of view of the present invention and an object of the present invention are to store n-dimensional volume data to be processed by improving an addressing method or structure when executing n-dimensional data processing such as ray casting. It is to meet the user's request to reduce the processing time by suppressing the occurrence of cache miss from the storage space.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段及び発明の効果】このよう
な目的を達成するために、本発明は、その位置がn次元
空間に係るn次元座標にて記述されるn次元ボリューム
データvを、その座標値に応じ決定された書込みアドレ
スに従い、記憶空間に書き込んでおき、上記n次元空間
上の観察領域を観察するための視点と、当該視点から当
該観察領域に至るレイをよぎるスクリーンとを、当該n
次元空間上で定義しておき、上記レイのうち上記観察領
域を貫く部分を構成する点に関しそのn次元座標値を求
め、求めたn次元座標値に従い読出しアドレスを決定
し、決定した読出しアドレスに従い上記記憶空間からキ
ャッシュメモリへn次元ボリュームデータvを読み出
し、読み出したn次元ボリュームデータvに基づき、上
記観察領域内のn次元立体に関する映像を表示させる多
次元ボリュームデータ表示方法において、上記書込みア
ドレス及び読出しアドレスを、次の式(5)を用いて発
生させることを特徴とする。
Means for Solving the Problems and Effects of the Invention In order to achieve such an object, the present invention provides n-dimensional volume data v whose position is described by n-dimensional coordinates in an n-dimensional space, A viewpoint for observing the observation area in the n-dimensional space and a screen that crosses a ray from the viewpoint to the observation area according to a writing address determined according to the coordinate value, The n
It is defined in a three-dimensional space, its n-dimensional coordinate values are obtained with respect to the points constituting the portion penetrating the observation region of the ray, the read address is determined according to the obtained n-dimensional coordinate value, and the read address is determined according to the determined read address. In the multidimensional volume data display method of reading the n-dimensional volume data v from the storage space to the cache memory and displaying the image of the n-dimensional solid in the observation area based on the read n-dimensional volume data v, the write address and The read address is generated by using the following equation (5).

【0016】[0016]

【数5】 a=[In-1,m-1 n-2,m-1 …I0,m-1 n-1,m-2 n-2,m-2 …I0,m-2 … In-1,1 n-2,1 …I0,1 n-1,0 n-2,0 …I0,0 ] …(5) 但し、Ij,k :Ij の第kビット、 Ij :n次元座標系を構成する軸のうち第j軸に沿った
座標値=[Ij,m-1 j,m-2 …Ij,1 j,0 ] n:2以上の整数、 j:0≦j≦n−1を満たす自然数、 k:0≦k≦m−1を満たす自然数、 m:2の羃乗に該当する自然数、 [・]:その引数をその記載順に並べて得られる2進
数。
## EQU5 ## a = [I n-1, m-1 I n-2, m-1 ... I 0, m-1 I n-1, m-2 I n-2, m-2 ... I 0, m-2 ... I n-1,1 I n-2,1 I 0,1 I n-1,0 I n-2,0 I 0,0 ] (5) where I j, k : the k-bit I j, I j: coordinates along the j-th axis of the shaft constituting the n-dimensional coordinate system = [I j, m-1 I j, m-2 ... I j, 1 I j, 0 ] n: integer of 2 or more, j: natural number satisfying 0 ≦ j ≦ n−1, k: natural number satisfying 0 ≦ k ≦ m−1, natural number corresponding to power of m: 2, [·]: A binary number obtained by arranging its arguments in the order they are listed.

【0017】本構成によれば、n次元空間上でn次元立
方体又はこれに近い領域を占めている複数のデータv
が、キャッシュメモリ上で同一のブロックに格納される
よう上記記憶空間に書き込まれる(アドレスaのn次元
的局所化)。従って、レイに沿って上記記憶空間をアク
セスするとき、そのレイが仮にn次元空間上でいずれか
の座標軸と平行でなかったとしても、その記憶空間から
のアクセスに関するミスは、発生しにくい。従って、ア
クセスに係るヒット率の向上、ひいては処理時間の短縮
が実現される。また、アドレスaを生成する処理は、各
座標値I0 ,I1,…,In-1 を構成するビットの並べ
変え処理であるため、本構成をハードウエア的に実施す
るには単に配線の並びを設定すればよい。すなわち、本
構成はハードウエア的な実施が比較的容易である。
According to this structure, a plurality of data v occupying an n-dimensional cube or an area close thereto in the n-dimensional space.
Are written in the storage space so as to be stored in the same block on the cache memory (n-dimensional localization of the address a). Therefore, when accessing the storage space along a ray, even if the ray is not parallel to any coordinate axis in the n-dimensional space, mistakes regarding access from the storage space are unlikely to occur. Therefore, the hit rate related to the access is improved, and the processing time is shortened. Further, since the process of generating the address a is a process of rearranging the bits forming each coordinate value I 0 , I 1 , ..., I n-1 , the wiring is simply performed to implement this configuration in hardware. You can set the order of. That is, this configuration is relatively easy to implement in terms of hardware.

【0018】本発明の第2の構成に係る多次元ボリュー
ムデータ表示方法は、第1の構成において、上記n次元
座標値の演算、上記読出しアドレスの決定及び上記n次
元ボリュームデータの読出しを、互いに近接する複数本
のレイに関し、同時的乃至並列的に実行することを特徴
とする。本構成によれば、さらに、アクセスもn次元的
に局所化するため、さらにアクセスミスが生じにくくな
り、ヒット率の向上、ひいては処理時間の短縮が実現さ
れる。
In the multidimensional volume data display method according to the second configuration of the present invention, in the first configuration, the calculation of the n-dimensional coordinate value, the determination of the read address, and the readout of the n-dimensional volume data are mutually performed. The present invention is characterized in that a plurality of adjacent rays are executed simultaneously or in parallel. According to this configuration, since the access is also localized in the n-dimension, an access miss is further unlikely to occur, the hit rate is improved, and the processing time is shortened.

【0019】本発明の第3の構成に係る多次元ボリュー
ムデータ表示方法は、第1又は第2の構成において、上
記記憶空間から読み出したn次元ボリュームデータvに
トリリニア補間を施した上で、上記映像表示に使用する
ことを特徴とする。本構成によれば、トリリニア補間に
よる良好な精度も得られる。また、トリリア補間に当た
ってアクセスされるボクセルが単一ブロックに属する確
率が高まるため、さらに処理時間が短くなる。
In the multidimensional volume data display method according to the third configuration of the present invention, in the first or second configuration, the n-dimensional volume data v read from the storage space is subjected to trilinear interpolation, and then the above-mentioned method is applied. Characterized by being used for video display. According to this configuration, good accuracy can be obtained by trilinear interpolation. In addition, since the probability that the voxel to be accessed in Trilia interpolation belongs to a single block is increased, the processing time is further shortened.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態に
関し、図面に基づき説明する。なお、本発明は、3次元
ボリュームデータに関するレイキャスティングに適用で
きるため、以下の説明は図1〜図3に示される装置及び
方法を前提として行うこととするが、本発明は一般にn
次元ボリュームデータ(nは2以上の整数)に適用でき
る。例えば、イメージ処理における3×3フィルタ処理
にも適用できる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Since the present invention can be applied to ray casting regarding three-dimensional volume data, the following description is based on the apparatus and method shown in FIGS. 1 to 3, but the present invention is generally n.
It can be applied to dimensional volume data (n is an integer of 2 or more). For example, it can be applied to 3 × 3 filter processing in image processing.

【0021】図8には、本発明を3次元ボリュームデー
タに適用した場合のアドレス構造が示されている。すな
わち、図8の実施形態では、3次元ボリュームデータ
は、その座標値(X,Y,Z)に応じ次の式(6)を用
いて発生させたアドレスaに従い、メインメモリ20上
に予め書込まれており、読出しの際にも同式によりアド
レスaが生成される。このようなアドレス構造を採用し
ているため、本実施形態では、キャッシュメモリ14の
1ブロックが、3次元ボリュームデータ内で立方体又は
これに近い直方体に相当する。このようなアドレスの3
次元的局所化の結果、レイの方向によりキャッシュミス
が発生しやすくなるような状況は発生にくくなる。さら
に、8近傍点が同一ブロックに属する確率が高まるた
め、トリリア補間との組合せにより、さらに高速度化で
きる。
FIG. 8 shows an address structure when the present invention is applied to three-dimensional volume data. That is, in the embodiment of FIG. 8, the three-dimensional volume data is written in the main memory 20 in advance according to the address a generated by using the following equation (6) according to the coordinate values (X, Y, Z). The address a is generated by the same equation when read. Since such an address structure is employed, in the present embodiment, one block of the cache memory 14 corresponds to a cube or a rectangular parallelepiped close to this in the three-dimensional volume data. 3 of such addresses
As a result of the dimensional localization, a situation in which a cache miss is likely to occur depending on the ray direction is less likely to occur. Furthermore, since the probability that 8 neighboring points belong to the same block increases, the speed can be further increased by combining with the trilia interpolation.

【0022】[0022]

【数6】 a=[Zm-1 m-1 m-1 m-2 m-2 m-2 …Z1 1 1 0 0 0 ] …(6) 但し、X=[Xm-1 m-2 …X1 0 ] Y=[Ym-1 m-2 …Y1 0 ] Z=[Zm-1 m-2 …Z1 0 ] 2m はボリュームデータの一辺の長さ また、本実施形態では、読出しの際のアクセスも3次元
的に局所化される。すなわち、図9に示されるように、
相近接する複数本のレイを含むレイ束にて(当該レイ束
を構成する各レイについて互いに横並びで)アクセスが
行われるため、同一乃至近接するブロックに対し同時に
又は相連続してアクセスが行われることとなり(アクセ
スの3次元的局所化)、その結果レイの方向によりキャ
ッシュミスが発生しやすくなるような状況は生じにくく
なる。
A = [Z m-1 Y m-1 X m-1 Z m-2 Y m-2 X m-2 ... Z 1 Y 1 X 1 Z 0 Y 0 X 0 ] (6) , X = [X m-1 X m-2 ... X 1 X 0] Y = [Y m-1 Y m-2 ... Y 1 Y 0] Z = [Z m-1 Z m-2 ... Z 1 Z 0 ] 2 m is the length of one side of the volume data Further, in the present embodiment, the access at the time of reading is also localized three-dimensionally. That is, as shown in FIG.
Since access is performed in a ray bundle including a plurality of rays that are adjacent to each other (side by side with respect to each ray forming the ray bundle), the same or adjacent blocks are simultaneously or consecutively accessed. (Three-dimensional localization of access), and as a result, a situation in which a cache miss is likely to occur depending on the ray direction is unlikely to occur.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 レイキャスティングの原理を示す概念図であ
る。
FIG. 1 is a conceptual diagram showing the principle of ray casting.

【図2】 レイキャスティングの実施環境の一例を示す
ブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram showing an example of an environment for performing ray casting.

【図3】 トリリニア補間の原理を示す空間図である。FIG. 3 is a spatial diagram showing the principle of trilinear interpolation.

【図4】 サンプリング処理に要する時間を他の処理時
間との比較で示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a time required for sampling processing in comparison with other processing times.

【図5】 サンプリング処理に要する時間が全ての処理
時間に占める割合を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a ratio of a time required for sampling processing to a total processing time.

【図6】 レイの方向の変化によるサンプリング時間の
変化を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a change in sampling time due to a change in a ray direction.

【図7】 従来のアドレス構造を示す概念図である。FIG. 7 is a conceptual diagram showing a conventional address structure.

【図8】 本発明の一実施形態におけるアドレスの3次
元的局所化を説明するための概念図である。
FIG. 8 is a conceptual diagram for explaining three-dimensional localization of addresses according to an embodiment of the present invention.

【図9】 本実施形態におけるアクセスの3次元的局所
化を説明するための概念図である。
FIG. 9 is a conceptual diagram for explaining the three-dimensional localization of access in this embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 CPU,20 メインメモリ。 10 CPU, 20 main memory.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石川 正司 東京都三鷹市下連雀五丁目1番1号 日本 無線株式会社内 (72)発明者 草野 裕久 東京都三鷹市下連雀五丁目1番1号 日本 無線株式会社内 (72)発明者 戸枝 賢吾 東京都三鷹市下連雀五丁目1番1号 日本 無線株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Shoji Ishikawa 5-1-1 Shimorenjaku, Mitaka-shi, Tokyo Within Japan Radio Co., Ltd. (72) 5-1-1 1-1 Shihrenjaku, Mitaka-shi, Tokyo Inventor Incorporated (72) Inventor Kengo Toeda 5-1-1 Shimorenjaku, Mitaka-shi, Tokyo Within Japan Radio Co., Ltd.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 その位置がn次元空間に係るn次元座標
にて記述されるn次元ボリュームデータvを、その座標
値に応じ決定された書込みアドレスに従い、記憶空間に
書き込んでおき、上記n次元空間上の観察領域を観察す
るための視点と、当該視点から当該観察領域に至る視線
をよぎるスクリーンとを、当該n次元空間上で定義して
おき、上記視線のうち上記観察領域を貫く部分を構成す
る点に関しそのn次元座標値を求め、求めたn次元座標
値に従い読出しアドレスを決定し、決定した読出しアド
レスに従い上記記憶空間からキャッシュメモリへn次元
ボリュームデータvを読み出し、読み出したn次元ボリ
ュームデータvに基づき、上記観察領域内のn次元立体
に関する映像を表示させる多次元ボリュームデータ表示
方法において、 上記書込みアドレス及び読出しアドレスを、次の式
(1)を用いて発生させることを特徴とする多次元ボリ
ュームデータ表示方法。 【数1】 a=[In-1,m-1 n-2,m-1 …I0,m-1 n-1,m-2 n-2,m-2 …I0,m-2 … In-1,1 n-2,1 …I0,1 n-1,0 n-2,0 …I0,0 ] …(1) 但し、Ij,k :Ij の第kビット、 Ij :n次元座標系を構成する軸のうち第j軸に沿った
座標値=[Ij,m-1 j,m-2 …Ij,1 j,0 ] n:2以上の整数、 j:0≦j≦n−1を満たす自然数、 k:0≦k≦m−1を満たす自然数、 m:2の羃乗に該当する自然数、 [・]:その引数をその記載順に並べて得られる2進
数。
1. The n-dimensional volume data v, the position of which is described in n-dimensional coordinates related to an n-dimensional space, is written in a storage space in accordance with a write address determined according to the coordinate values, and the n-dimensional volume is written. A viewpoint for observing an observation region in space and a screen that crosses the line of sight from the viewpoint to the observation region are defined in the n-dimensional space, and a portion of the line of sight that penetrates the observation region is defined. The n-dimensional coordinate values of the constituent points are determined, the read address is determined according to the determined n-dimensional coordinate value, the n-dimensional volume data v is read from the storage space to the cache memory according to the determined read address, and the read n-dimensional volume is read. A multidimensional volume data display method for displaying an image of an n-dimensional solid in the observation region based on the data v, Multidimensional volume data display method characterized in that the write address and the read address, generated using the following equation (1). ## EQU1 ## a = [I n-1, m-1 I n-2, m-1 ... I 0, m-1 I n-1, m-2 I n-2, m-2 ... I 0, m-2 ... I n-1,1 I n-2,1 I 0,1 I n-1,0 I n-2,0 I 0,0 ] (1) where I j, k : the k-bit I j, I j: coordinates along the j-th axis of the shaft constituting the n-dimensional coordinate system = [I j, m-1 I j, m-2 ... I j, 1 I j, 0 ] n: integer of 2 or more, j: natural number satisfying 0 ≦ j ≦ n−1, k: natural number satisfying 0 ≦ k ≦ m−1, natural number corresponding to power of m: 2, [·]: A binary number obtained by arranging its arguments in the order they are listed.
【請求項2】 請求項1記載の方法において、 上記n次元座標値の演算、上記読出しアドレスの決定及
び上記n次元ボリュームデータの読出しを、互いに近接
する複数本の視線に関し、同時的乃至並列的に実行する
ことを特徴とする多次元ボリュームデータ表示方法。
2. The method according to claim 1, wherein the calculation of the n-dimensional coordinate value, the determination of the read address, and the reading of the n-dimensional volume data are performed simultaneously or in parallel with respect to a plurality of lines of sight that are close to each other. A method for displaying multidimensional volume data, characterized in that
【請求項3】 請求項1又は2記載の方法において、 上記記憶空間から読み出したn次元ボリュームデータv
にトリリニア補間を施した上で、上記映像表示に使用す
ることを特徴とする多次元ボリュームデータ表示方法。
3. The method according to claim 1, wherein the n-dimensional volume data v read from the storage space.
A method for displaying multi-dimensional volume data, characterized by being used for the above-mentioned image display after being subjected to trilinear interpolation.
JP29154295A 1995-11-09 1995-11-09 Multidimensional volume data display method Pending JPH09134447A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP29154295A JPH09134447A (en) 1995-11-09 1995-11-09 Multidimensional volume data display method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP29154295A JPH09134447A (en) 1995-11-09 1995-11-09 Multidimensional volume data display method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH09134447A true JPH09134447A (en) 1997-05-20

Family

ID=17770263

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP29154295A Pending JPH09134447A (en) 1995-11-09 1995-11-09 Multidimensional volume data display method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH09134447A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007054191A (en) * 2005-08-23 2007-03-08 Aloka Co Ltd Ultrasonograph
KR20150110143A (en) * 2014-03-24 2015-10-02 삼성전자주식회사 Ultrasonic diagnostic apparatus and operating method for the same

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007054191A (en) * 2005-08-23 2007-03-08 Aloka Co Ltd Ultrasonograph
KR20150110143A (en) * 2014-03-24 2015-10-02 삼성전자주식회사 Ultrasonic diagnostic apparatus and operating method for the same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6990231B2 (en) Method and apparatus for forming and displaying projection image from a plurality of sectional images
US4821210A (en) Fast display of three-dimensional images
JP2885842B2 (en) Apparatus and method for displaying a cut plane in a solid interior region
US5170347A (en) System to reformat images for three-dimensional display using unique spatial encoding and non-planar bisectioning
US4882679A (en) System to reformat images for three-dimensional display
US6461298B1 (en) Three-dimensional imaging system
JP2744490B2 (en) Apparatus and method for displaying two-dimensional image of object internal structure surface
US4821213A (en) System for the simultaneous display of two or more internal surfaces within a solid object
US4947347A (en) Depth map generating method and apparatus
US20050237336A1 (en) Method and system for multi-object volumetric data visualization
JP2001526806A (en) Method and apparatus for rapid evaluation of digital data processing parameters
US20080252641A1 (en) Projection image generation apparatus and program
US7109989B2 (en) Imaging volume data
KR20040072466A (en) Three dimensional back projection method and an x-ray ct apparatus
Chen et al. Real-time freehand 3D ultrasound imaging
Welch et al. A real-time freehand 3D ultrasound system for image-guided surgery
JP2004174241A (en) Image forming method
US20060170682A1 (en) Caching For Volume Visualization
US7692651B2 (en) Method and apparatus for providing efficient space leaping using a neighbor guided emptiness map in octree traversal for a fast ray casting algorithm
JP7187608B2 (en) Apparatus and method for visualizing digital chest tomosynthesis and anonymized display data export
JP2006000127A (en) Image processing method, apparatus and program
JPH09134447A (en) Multidimensional volume data display method
JPH0778266A (en) Image processor
JPH0697466B2 (en) Device and method for displaying a two-dimensional image of an internal surface within an object
Kwon et al. GPU-accelerated 3D mipmap for real-time visualization of ultrasound volume data