JPH11508386A - 平行法及び遠近法によりボリュームを実時間で視覚化する装置及び方法 - Google Patents

平行法及び遠近法によりボリュームを実時間で視覚化する装置及び方法

Info

Publication number
JPH11508386A
JPH11508386A JP10525927A JP52592798A JPH11508386A JP H11508386 A JPH11508386 A JP H11508386A JP 10525927 A JP10525927 A JP 10525927A JP 52592798 A JP52592798 A JP 52592798A JP H11508386 A JPH11508386 A JP H11508386A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
slice
buffer
line
unit
voxel
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
JP10525927A
Other languages
English (en)
Inventor
アリー イー カウフマン
イングマー ビッター
Original Assignee
ザ リサーチ ファウンデーション オブ ステイト ユニヴァーシティ オブ ニューヨーク
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
Priority claimed from US08/910,575 external-priority patent/US5847711A/en
Application filed by ザ リサーチ ファウンデーション オブ ステイト ユニヴァーシティ オブ ニューヨーク filed Critical ザ リサーチ ファウンデーション オブ ステイト ユニヴァーシティ オブ ニューヨーク
Publication of JPH11508386A publication Critical patent/JPH11508386A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T15/003D [Three Dimensional] image rendering
    • G06T15/10Geometric effects

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Computer Graphics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Image Generation (AREA)
  • Image Processing (AREA)

Abstract

(57)【要約】 ボリュームを平行法及び遠近法により実時間で視覚化する装置及び方法。本方法は線スライス掃引を使用し、目視及び処理パラメタを選択するステップ、合成バッファを初期化するステップ、ボクセル値を三次元メモリバッファからサンプル点の現スライス上にサンプリングするステップ、現スライスと合成バッファに関連付けられた隣接スライスとの間だけに伸びる複数のスライス間線セグメントに沿ってサンプル点値と合成バッファの画素とを組合わせるステップ、最後の処理スライスに到達するまで、最初の処理スライスに平行なその後のサンプル点のスライスを引き続き掃引することによってサンプリング及び組合わせステップを繰り返すステップを含む。その後の各スライスは、順番に現スライスになる。本装置は、三次元バッファ、画素バス、複数の描像パイプライン、及び制御ユニットを含む。複数の各描像パイプラインは、第1のスライスユニット、合成ユニット、二次元スライス合成バッファ、及び第1の(好ましくは、二重線形)補間ユニットを含む。サンプル点値は、合成ユニットにおいて、スライスユニット内に含まれる現スライスと二次元スライス合成バッファ内に含まれるスライスとの間だけに伸びる複数のスライス間線セグメントに沿う合成バッファの画素と組合わされる。本発明の装置及び方法においてはグラディエントがボクセル位置において計算されて正確さを改善し、従来の方法及び装置よりも少ないオーバヘッドでよりコンパクトに実現を可能にする。

Description

【発明の詳細な説明】 平行法及び遠近法によりボリュームを実時間で視覚化する装置及び方法 政府権利のステートメント 本発明は、National Science Foundation との契約 MIP-9527694の下に合衆国 政府に支援されてなされたものである。政府は、本発明に若干の権利を有してい る。 発明の背景 本発明は、三次元(3D)グラフィックス及びボリュームの描像に関し、より 詳しくは高解像力ボリューム画像を実時間で平行法及び遠近法で投影する装置及 び方法に関する。 描像は、複雑な情報を、その情報の完全性及び精度を維持しながら、人が理解 できるように修正可能なフォーマットに変換するプロセスである。三次元現象に 関連する情報からなるボリュームのデータは、改良された描像技術により得るこ とができる複雑な情報の種の1つである。ある視点から、あるボリュームのどの 部分を表示させるかを決定するためにそのボリュームのデータを解析するプロセ スを、一般にボリュームの視覚化と呼ぶ。従来のボリュームを視覚化する方法は 、ある物体を正確に表現するために、データ点を順次に走査するように動作して いた。物体を実時間でモデル化する必要性、及びコンピュータグラフィックシス テムを使用してそのようにすることの利点は明白である。 ボリュームを視覚化する専用コンピュータアーキテクチャ及び方法は公知であ る。図1に、ボリュームを視覚化するシステム1を示す。ボリューム視覚化シス テム1は、どの正射方向においてもボクセル(voxel)のビームの無競合アクセ スを可能ならしめるスキュードメモリ構成を有する立体(キュービック)フレー ムバッファ2と、二次元(2D)スキュードバッファ4と、線(ray)投影樹木 6と、2つのコンベヤ8、10とを含んでいる。コンベヤは、一般にバレルシフ タと呼ばれている。第1のコンベヤ8は立体フレームバッファと二次元スキュー ドバッファとの間に結合され、一方第2のコンベヤ10は二次元スキュードバッ ファと線投影樹木との間に結合されている。このボリューム視覚化システムは、 O(n2 log n)時間で平行投影することができる(但しnは立体フレームバッ ファの1つの軸の測度)。 立体フレームバッファ2と、2Dスキュートバッファの動作及び相互関係を図 2に示す。従来のボリューム視覚化システム1は、投影面(図示してない)内の 画素から発する目視線(viewing ray)12を、選択された目視方向に沿って立 体フレームバッファ2を通して投射するように作動する。目視線は、立体フレー ムバッファ内に格納されている複数のボクセル14(投影線面(PRP)16を 限定する)にアクセスする。PRPを限定しているボクセルは、直交ビーム18 によって同時に検索され、コンベヤ8へ供給される。 コンベヤ8は、直交ビームのボクセルを2Dに切取ってPRPを限定する。こ の2D切取りによって、2Dスキュードバッファの2D軸に平行な方向に沿う離 散した各目視線の全てのボクセルが整列し、スキューした目視線が発生する。目 視線が2Dスキュードバッファ内に整列されると、線投影樹木6がスキューした 目視線を検索し、処理できるようになる。 線投影樹木6がスキューした目視線を検索する前に、アクセスされたスキュー した目視線がコンベヤ10に供給される。コンベヤ10は、線投影樹木6の入力 モジュールの物理的逐次順序と、各目視線のボクセルの逐次順序とを突き合わせ るために、デスキュー動作を遂行する。詳しく述べれば、各投影線内の第1のボ クセルが線投影樹木の対応する第1の入力位置に現れるように各目視線が移動さ せられる。次いで、各目視線のボクセルは線投影樹木によって並列に処理され、 その投影線に関連する画素値が生成される。 上述したボリューム視覚化システムは多くの欠点及び欠陥を有している。第1 に、システムの動作速度がシステムアーキテクチャ(このシステムアーキテクチ ャはO(n2 log n)時間で平行及び正射投影の何れかを行う)によって制限さ れることである。第2に、各投影線を特定の向きで線投影樹木へ供給する必要が あることである。このため二次元スキュードバッファと線投影樹木との間にコン ベヤが必要になり、そのためにシステムに要求される総合ハードウェアと、ボリ ューム視覚化のために必要な時間とが付加されることになる。第3に、従来のシ ステムは、連続投影線に沿う実際の値の代わりに、離散した投影線に沿う点に最 も近い不透明の離散したボクセルを使用するために離散した投影線の表面近似の みを発生する。そのため物体の表現がやゝ不正確になる。第4に、コンベヤは遠 近法投影(データのファンニング及びデファンニング)、及び四次元(4D)デ ータの実時間視覚化に要求される手法で、容易にデータをシフトさせることはで きない。 従って、本発明の目的は、従来のボリューム視覚化システムよりも高速で動作 する方法及び装置を提供することである。 従来のボリューム視覚化システムよりも効率的な方法及び装置を提供すること も本発明の目的である。 本発明の別の目的は、従来のボリューム視覚化システムよりも良好な解像力及 び物体の正確な表現を生成する方法及び装置を提供することである。 本発明の別の目的は、遠近投影及び四次元(4D)データの実時間視覚化を容 易に支援することができる方法及び装置を提供することである。 本発明の更に別の目的は、投影当たり1回だけ立体フレームバッファからボク セルデータへアクセスする方法及び装置を提供することである。 本発明の更に別の目的は、公知のボリューム視覚化システムに固有の欠陥を解 消する方法及び装置を提供することである。 本発明のさらなる目的は、データセットの全てのボクセルが描像に貢献するよ うになっている遠近投影方法を提供することである。 本発明の更に別の目的は、正確さを改善し、よりコンパクトに実現できるよう にするために、ボクセル位置においてグラディエントを計算する装置及び方法を 提供することである。 本発明の更に別の目的は、従来の装置及び方法よりも制御オーバヘッドが少な いボリューム視覚化装置及び方法を提供することである。 当分野に精通していれば、本明細書から他の及びさらなる目的は明白になるで あろう。従って、本発明は本明細書から実現されるこれらの全ての目的を含むこ とを意図している。 発明の概要 三次元ボリューム投影画像を生成するための本発明による線スライス掃引方法 (ray-slice-sweeping method)における第1のステップは、目視及び処理パラ メタを選択し、それによって画像を生成する視点と、ある位置及び少なくとも1 つのボクセル値を有する離散したボクセルを格納する三次元バッファの少なくと も1つの基底面とを限定することからなる。この基底面は、投影の目的のために 使用される。視点及び処理パラメタは、三次元バッファの最初と最後の処理スラ イスをも限定する。本方法は付加的に、各々がそれに関連付けられた少なくとも 色、透明度、及び位置を有する複数の画素を有する合成バッファを初期化するス テップと、ボクセル値を三次元バッファから最初の処理スライスに平行なサンプ ル点の現スライス上へサンプリングしてサンプル点値を発生させるステップと、 サンプル点値と合成バッファの画素とを組合わせるステップとを含む。現スライ スは、サンプリングステップの最初の実行中の最初の処理スライスである。組合 わせステップにおける組合わせは、現スライスと合成バッファに関連付けられた 隣接スライスとの間だけに伸びる複数のスライス間線セグメント(interslice r ay segments)に沿って発生する。サンプリング及び組合わせステップは、最後 の処理スライスに到達するまで、最初の処理スライスに平行なその後のサンプル 点のスライスを順次に掃引することによって繰り返される。その後のスライスが 順次に現スライスになる。 第1の好ましい方法では、サンプリングステップは、格子点と一致するサンプ ル点を用いて、ボクセル値を三次元バッファからサンプル点の現スライスの格子 点上へ直接サンプリングすることを含む。組合わせステップは、視点からサンプ ル点の現スライスの格子点を通して複数のサイト(sight)線を投射するサブス テップを含む。スライス間線セグメントは、サイト線に沿って現スライスのサン プル点から、サイト線が複数の交点において交わる合成バッファに関連付けられ た隣接スライスまで伸びる。更に、サンプリング及び組合わせステップが繰り返 され、その後の各スライスが現スライスになるとサイト線が再投射される。第1 の好ましい方法の付加的なステップは、交点に隣接する合成バッファの画素の間 に0次、1次、2次、3次、及びより高次の補間の1つ、またはそれらの適応組 合わせを遂行し、補間済みの画素値と現スライスのサンプル点との組合わせを得 ることを含む。 本発明の第2の好ましい方法では、組合わせステップは、複数のサイト線を、 視点から合成バッファに関連付けられた隣接スライス内の位置(合成バッファ内 の画素の格子点位置に対応する)を通して投射するサブステップを含む。サイト 線は、現スライスと複数の交点において交わる。更にサンプリングステップは、 三次元バッファから複数の交点に隣接するボクセル位置に関連付けられたボクセ ル値の間に0次、1次、2次、3次、及びより高次の補間またはそれらの適応組 合わせを遂行することによって、ボクセル値を複数の交点上へサンプリングする ことを含む。最後に、サンプリング及び組合わせが繰り返され、その後の各スラ イスが現スライスになるとサイト線が再投射される。 本発明による第3の方法では、サンプリングステップは、格子点と一致するサ ンプル点を用いて、ボクセル値を三次元バッファからサンプル点の現スライスの 格子点上へ直接サンプリングすることを含む。組合わせステップの最初の実行は 複数のサイト線を、視点からサンプル点の現スライスの格子点を通して投射する サブステップを含み、スライス間線セグメントは現スライスのサンプル点からサ イト線と合成バッファとの交点まで伸びる。本方法は、更に、交点に隣接する合 成バッファの画素の間に0次、1次、2次、3次、及びより高次の補間の1つ、 またはそれらの適応組合わせを遂行し、補間済みの画素値と現スライスのサンプ ル点との組合わせを得ることを含む。補間及び組合わせステップの結果は、累積 されたオフセットと共に、サイト線と合成バッファとの交点に最も近い合成バッ ファ内の画素の格子点位置内に格納される。 更に、スライス間線セグメントの併合及び分割の一方が遂行される。併合は補 間及び組合わせの2つまたはそれ以上の結果を同一格子点位置に格納する試みが なされると遂行され、一方分割はスライス間線セグメントが発散しきい値を超え て発散すると遂行される。この好ましい方法の付加的なステップは、併合または 分割が遂行される場合を除いて組合わせステップの最初の実行で形成されたサイ ト線を順次掃引の間維持し、併合が遂行される場合には、視点から同一格子点位 置の近傍(neighborhood)の予め選択された位置まで新しいサイト線を生成し、 分割が遂行される場合には、視点から現スライス内の対応する予め選択された位 置まで2つの新しいサイト線を生成し、そして累積されたオフセットが所定値を 超えると補間及び組合わせの結果を隣接する格子点位置に格納することを含む。 後者の場合、格納は新たに累積されたオフセットの値と共に行われる。 第3の好ましい方法の特に好ましい形状では、三次元バッファを、ゾーン境界 によって分離された複数のゾーンに分割する付加的なステップを含む。併合及び 分割はこれらのゾーンに制限され、ゾーン境界を横切って発生することはない。 ゾーン及びゾーン境界は、最も好ましくは、視点から、基底面に関連付けられた 画素の境界を通って三次元バッファ内へ伸びる一般化された三次元ピラミッドを 形成することによって画像の鋭さと正確さを強化するために選択される。 本発明による第4の好ましい方法では、組合わせステップの最初の実行は、複 数のサイト線を、視点から合成バッファに関連付けられた隣接スライス内の位置 を通して投射するサブステップを含む。これらの位置は合成バッファ内の画素の 格子点に対応し、サイト線は現スライスと複数の交点において交わる。スライス 間線セグメントは、合成バッファ内の画素の格子点位置から、交点まで伸びる。 更にサンプリングステップは、3Dバッファから複数の交点に隣接するボクセル 位置に関連付けられたボクセル値の間に0次、1次、2次、3次、及びより高次 の補間の1つ、またはそれらの適応組合わせを遂行することによって、ボクセル 値を複数の交点上へサンプリングすることを含む。付加的なステップは、補間及 び組合わせの結果を、累積されたオフセットと共に合成バッファ内の画素の格子 点位置内に格納し、スライス間線セグメントの併合及び分割の一方を遂行し、併 合及び分割の一方が遂行される場合を除いて、組合わせステップの最初の実行に おいて形成されたサイト線を維持することを含む。併合は、補間及び組合わせの 2つまたはそれ以上の結果を同一格子点位置に格納する試みがなされると遂行さ れる。この場合、2つまたはそれ以上のスライス間線セグメントが併合される。 分割は、隣接スライス間線セグメントが発散しきい値を超えて発散すると、少な くとも1つのスライス間線セグメントについて遂行される。 第4の好ましい方法は、併合が遂行される場合には、視点から同一の格子点位 置の近傍内の予め選択された位置まで新しいサイト線を生成するステップと、分 割が遂行される場合には、視点から合成バッファ内の対応する予め選択された位 置まで2つの新しいサイト線を生成するステップと、累積されたオフセットが所 定値を超えると補間及び組合わせの結果を隣接する格子点位置の1つに格納する ステップとを含む。格納は、新たに累積されたオフセットの値と共に行われる。 第4の好ましい方法の特に好ましい形状では、本方法は、三次元バッファを、ゾ ーン境界によって分離された複数のゾーンに分割することを含む。併合及び分割 は、個々のゾーン及びそのゾーンの何れかの側の隣接ゾーンに制限され、所与の ゾーンについて言えば、その所与のゾーンの各側の1つより多くのゾーン境界を 横切って発生することはない。ゾーン及びゾーン境界は、画像の鋭さ及び正確さ を強化するように、及びエイリアシングを減少させるように選択される。これら は、好ましくは、視点から基底面に関連付けられた画素の境界を通して三次元バ ッファ内へ伸びる一般化された三次元ピラミッドを形成することによって決定さ れる。 本発明による線スライス掃引を介して、平行法及び遠近法により実時間で視覚 化する装置は、三次元バッファ、画素バス、複数の描像パイプライン、及び制御 ユニットを含む。本装置は視点を限定する目視及び処理パラメタに応答し、また 本装置は視点からの三次元ボリューム投影画像を生成する。画像は複数の画素を 有している。 三次元バッファは複数の離散したボクセルを格納し、各ボクセルは位置と、そ れに関連付けられた少なくとも1つのボクセル値を有している。三次元バッファ は複数のメモリユニットを含み、目視及び処理パラメタは、三次元バッファの少 なくとも1つの基底面、及び三次元バッファの最初と最後の処理スライスを限定 する。画素バスは、グローバルな横の連絡を行う。制御ユニットは、先ず最初の 処理スライスを現スライスとして指定し、最後の処理スライスに到達するまで三 次元バッファのその後のスライスを現スライスとして掃引を制御する。 複数の各描像パイプラインは、複数のメモリユニットの対応する1つと、画素 バスとに縦に結合され、また各描像パイプラインは、多くともその2つの最も近 い近傍との横の連絡を行う。各描像パイプライン自体は、少なくとも第1のスラ イスユニットと、合成ユニットと、二次元スライス合成バッファと、第1の二重 線形補間ユニットとを備えている。スライスユニットは、複数のメモリユニット の対応する1つに結合されている入力と、出力とを有し、第1の処理スライスに 平行なサンプル点の現スライスを含んでいる。スライスユニットは、ボクセル値 を三次元バッファからサンプル点上に受け、サンプル点値を発生する。合成ユニ ットは、スライスユニットの出力に結合されている入力と、画素バスに結合され ている出力とを有している。二次元スライス合成バッファは複数の画素を有し、 各画素は少なくともそれに関連付けられた色、透明度、及び位置を有している。 合成バッファは、合成ユニットの出力に結合されている入力と、合成ユニットの 入力に結合されている出力を有している。 第1の二重線形補間ユニットは、合成バッファの出力、または複数のメモリユ ニットの対応する1つの何れかに結合される入力を有している。二重線形補間ユ ニットは出力も有している。二重線形補間ユニットの出力は、二重線形補間ユニ ットの入力が合成バッファの出力に結合される場合には、合成ユニットの入力に 結合される。二重線形補間ユニットの出力は、二重線形補間ユニットの入力が複 数のメモリユニットの対応する1つに結合される場合には、スライスユニットの 入力に結合される。 サンプル点値は、合成ユニットにおいて合成バッファの画素と組合わされる。 この組合わせは、スライスユニット内の現スライスと、二次元スライス合成バッ ファ内に含まれているスライスとの間だけに伸びる複数のスライス間線セグメン トに沿って発生する。 本発明による装置の第1の好ましい形状では、スライスユニットは、格子点と 一致するサンプル点を用いて、ボクセル値を、三次元バッファからサンプル点の 現スライスの格子点上に直接受ける。スライス間線セグメントは、複数のサイト 投射に沿って、視点からサンプル点の現スライスの格子点を通って伸びる。スラ イス間線セグメントは、スライスユニット内の現スライスのサンプル点から、二 次元スライス合成バッファ内に含まれているスライスまで伸び、二次元スライス 合成バッファ内に含まれているスライスと複数の交点において交わる。二重線形 補間ユニットは、合成バッファの出力に結合されている入力と、合成ユニットの 入力に結合されている出力とを有している。二重線形補間ユニットは、交点に隣 接する二次元スライス合成バッファの画素に関連付けられた信号を受け、合成ユ ニット内の現スライスのサンプル点と組合わせるための補間された画素値を発生 する。制御ユニットは、その後の各スライスが現スライスになるとサイト線を再 投射する。 本発明による装置の第2の好ましい形状においては、第1の二重線形補間ユニ ットは、三次元バッファに結合されている入力と、スライスユニットの入力に結 合されている出力とを有している。スライス間線セグメントは、視点から複数の サイト線投射に沿って、二次元スライス合成バッファ内に含まれているスライス 内の位置を通って伸びる。これらの位置は、合成バッファ内の画素の格子点位置 に対応し、サイト線は現スライスと複数の交点において交わる。第1の二重線形 補間ユニットは、複数の交点に隣接するボクセル位置に関連付けられたボクセル 値を受け、ボクセル値の間を補間して複数の交点に関連付けられた補間済みのボ クセル値を発生する。制御ユニットは、その後の各スライスが現スライスになる とサイト線を再投射する。 本発明による装置の第3の好ましい形状においては、スライスユニットは、格 子点に一致するサンプル点を用いて、ボクセル値を、三次元バッファからサンプ ル点の現スライスの格子点上に直接受ける。スライス間線セグメントは、視点か ら複数のサイト投射に沿い、サンプル点の現スライスの格子点を通って伸びる。 スライス間線セグメントは、スライスユニット内の現スライスのサンプル点から 二次元スライス合成バッファ内に含まれているスライスまで伸びる。スライス間 線セグメントは、二次元スライス合成バッファ内に含まれているスライスと複数 の交点において交わる。第1の二重線形補間ユニットは、合成バッファの出力に 結合されている入力と、合成ユニットの入力に結合されている出力とを有してい る。二重線形補間ユニットは、交点に隣接する二次元スライス合成バッファの画 素に関連付けられた信号を受け、合成ユニット内の現スライスのサンプル点と組 合わせるための補間された画素値を発生する。補間済みの画素値及び現スライス のサンプル点の組合わせの結果は、累積されたオフセットと共に、サイト線と合 成バッファとの交点に最も近い合成バッファ内の画素の格子点位置内に格納され る。 制御ユニットはスライス間線セグメントの併合及び分割の一方を可能にする。 2つまたはそれ以上のスライス間線セグメントの併合は、補間及び同一格子点位 置における組合わせの2つまたはそれ以上の結果を格納する試みがなされた時に 遂行される。少なくとも1つのスライス間線セグメントの分割は、隣接するスラ イス間線セグメントが発散しきい値を超えて発散すると遂行される。制御ユニッ トは、併合または分割が遂行される場合を除いて、その後のスライスの順次掃引 の間サイト線を維持する。制御ユニットは、併合が遂行される場合には、視点か ら同一格子点位置の近傍の予め選択された位置まで新しいサイト線を生成する。 制御ユニットは、分割が遂行される場合には、視点から現スライス内の対応する 予め選択された位置まで2つの新しいサイト線を生成する。制御ユニットは、累 積されたオフセットが所定値を超えると、補間及び組合わせの結果を隣接する格 子点位置の1つに格納する。この場合、格納は新たに累積されたオフセット値と 共に行われる。第3の好ましい装置の特に好ましい形状では、制御ユニットは、 三次元バッファを、ゾーン境界によって分離された複数のゾーンに分割する。併 合及び分割はゾーンに制限され、ゾーン境界を横切って発生することはない。ゾ ーン、及びゾーン境界は画像の鋭さ及び正確さを強化するように選択される。 本発明による装置の第4の好ましい形状においては、第1の二重線形補間ユニ ットは、三次元バッファに結合されている入力と、スライスユニットの入力に結 合されている出力とを有している。スライス間線セグメントは、複数のサイト線 投射に沿って、視点から二次元スライス合成バッファ内に含まれるスライス内の 位置を通って伸びる。これらの位置は、合成バッファ内の画素の格子点位置に対 応する。サイト線は、現スライスと複数の交点において交わる。 第1の二重線形補間ユニットは、複数の交点に隣接するボクセル位置に関連付 けられた信号を受け、合成バッファ内の画素と組合わせるための補間されたボク セル値を発生する。組合わせの結果は、累積されたオフセットと共に、合成バッ ファ内の画素の格子点位置に格納される。 制御ユニットはスライス間線セグメントの併合及び分割の一方を可能にする。 2つまたはそれ以上のスライス間線セグメントの併合は、補間及び組合わせの2 つまたはそれ以上の結果を同一格子点位置に格納する試みがなされた時に遂行さ れる。少なくとも1つのスライス間線セグメントの分割は、隣接するスライス間 線セグメントが発散しきい値を超えて発散すると遂行される。制御ユニットは、 併合または分割が遂行される時を除いて、サイト線をその後のスライスの順次掃 引の間維持する。制御ユニットはまた、併合が遂行される場合には、視点から同 一格子点位置の近傍の予め選択された位置まで新しいサイト線を生成し、分割が 遂行される場合には、視点から合成バッファ内の対応する予め選択された位置ま で2つの新しいサイト線を生成する。また更に制御ユニットは、累積されたオフ セットが所定値を超えると、補間及び組合わせの結果を隣接する格子点位置の1 つに格納する。格納は、新たに累積されたオフセット値と共に行われる。第4の 好ましい装置の特に好ましい形状では、制御ユニットは、三次元バッファを、ゾ ーン境界によって分離された複数のゾーンに分割する。併合及び分割は、個々の ゾーン及びそのゾーンの各側の隣接ゾーンに制限され、所与のゾーンについて言 えば、その所与のゾーンの各側の1つより多くのゾーン境界を横切って発生する ことはない。ゾーン及びゾーン境界は、画像の鋭さ及び正確さを強化するように 、及びエイリアシングを減少させるように選択される。 本発明の装置は、画素バスと三次元バッファとの間にグローバルフィードバッ ク接続を使用することもできる。グローバルフィードバック接続は、画素バスか ら3Dバッファまでの、及びその後に複数の描像パイプライン内の何れかの中間 段までのフィードバックを構成するグローバルループを形成する。グローバルフ ィードバックループは、本発明の装置の上述した実施例の何れかと共に使用する ことができる。 本発明の装置及び方法は、性能、簡易さ、画像の質、拡張性、及びハードウェ アの実現の容易さ、並びに低オーバヘッドについて、従来の3Dボクセルをベー スとするグラフィックス方法及びアーキテクチャより優れており、どの任意方向 からも実時間高解像力平行及び遠近ボリューム目視を発生する。 本発明の実時間ボリューム視覚化のための装置及び方法の好ましい形状、並び に他の実施例、目的、特色及び長所は、添付図面に基づく以下の詳細な説明から 明白になるであろう。 図面の簡単な説明 図1は、従来のボリューム視覚化システムのブロック線図である。 図2は、従来のボリューム視覚化システムの立体フレームバッファ、目視線、 直交ビーム、投影線面、及び二次元スキュードバッファの相互関係を示す図であ る。 図3は、本発明による、ある物体の所望の目視方向からの3Dボリューム投影 を発生する装置の機能的ブロック線図である。 図4は、立体フレームバッファと二次元バッファとを結合する相互接続機構の 機能的ブロック線図である。 図5Aは、本発明による 10 近傍グラディエント推定方法のグラフである。 図5Bは、本発明による 26 近傍グラディエント推定方法のグラフである。 図5Cは、本発明による 12 近傍グラディエント推定方法のグラフである。 図5Dは、本発明による8近傍グラディエント推定方法のグラフである。 図6は、本発明による投影機構の機能的ブロック線図である。 図7Aは、本発明により使用される第1の補間方法のグラフである。 図7Bは、本発明により使用される第2の補間方法のグラフである。 図8Aは、平行投影のための補間方法の図である。 図8Bは、遠近投影のための補間方法の図である。 図8Cは、平行投影のための補間方法の図である。 図8Dは、遠近投影のための補間方法の図である。 図9は、本発明による変形補間方法の図である。 図10は、本発明の補間方法に使用される最大オフセット推定の図である。 図11は、視野が異なる場合の立体フレームバッファのサンプリングレートを 示す図である。 図12は、本発明による、ある物体の所望の目視方向からの3Dボリューム投 影を発生する装置の代替形状の機能的ブロック線図である。 図13は、立体フレームバッファの一部としてのボクセルビーム及びボクセル データのスライスを示す機能図である。 図14は、本発明の方法の機能図である。 図15は、隣接するボクセルビーム及び投影線面のためのボクセルデータのス キューイング計画を示す機能図である。 図16は、本発明による、ある物体の3Dボリューム投影を発生する装置の機 能的ブロック線図である。 図17は、本発明による前・後合成を用いる線スライス掃引方法を示す図であ る。 図18は、本発明による後・前合成を用いる線スライス掃引方法を示す図であ る。 図19は、本発明による前・後及び後・前合成技術を示す図である。 図20は、本発明の好ましい形状のアーキテクチャの概要図である。 図21は、本発明に使用される部分ビーム処理順序を示す図である。 図22は、本発明による装置の好ましい形状の個々の描像パイプラインを示す 図である。 図23は、本発明に使用されるサイト線、及び異なる座標系を限定する図であ る。 図24は、本発明によるグラディエント推定に使用されるグラディエント成分 及び6つの計算パラメタのスキューされていない空間関係を示す図である。 図25は、図24に示すグラディエント計算パラメタのスキューされた位置を 示す図である。 図26は、デスキューイング及び適切な時間ラインアップを含む本発明のグラ ディエントy成分の信号フローグラフである。 図27は、最も近い近傍接続だけを有する本発明のグラディエントy成分の信 号フローグラフである。 図28は、対応する中心ボクセルのパイプライン内で結果が計算される本発明 の形状におけるグラディエントy成分の信号フローグラフである。 図29は、スキューした空間内に本発明の2つの連続する完全ビームを示す図 である。 図30は、時間内に本発明の2つの連続する完全ビームを示す図である。 図31は、本発明のグラディエントy成分の別の形状を、信号フローグラフの 形状で示す図である。 図32は、全てのグラディエント成分の信号フローグラフを、ピンカウントを 最小にする構成で示す図である。 図33は、全てのグラディエント成分の信号フローグラフを、内部バッファサ イズを最小にする構成で示す図である。 図34は、合成バッファ及び二重線形補間を使用する本発明による合成方法を 示す図である。 図35は、現ボクセル及び先行スライス内のボクセルのスキューされた相対位 置を示す図である。 図36は、後・前合成のための二重線形補間におけるパイプライン段の機能を 示す図である。 図37は、本発明による二重線形補間の信号フローグラフである。 図38は、本発明の線スライス掃引方法におけるボクセルエネルギ分布を、従 来の線投射技術と比較して示す図である。 図39は、本発明におけるスライス順処理を示す図である。 図40は、スライス順線投射として知られる本発明による新しい型の線投射を 示す図である。 図41は、本発明による遠近線併合の二次元例を示す図である。 図42は、本発明によるスライス順エネルギスプラッティング(splatting) 方法における単位距離エネルギ分布を示す図である。 図43は、ボクセル要素の三次元ボリュームに適用される本発明の線スライス 掃引方法を示す図である。 図44は、現スライスに対して補間が遂行されるようになっている本発明の形 状を示す図である。 図45は、ボクセルボリュームが複数のゾーンに分割されるようになっている 本発明の形状を示す図である。 図46は、本発明による装置の好ましい形状の詳細を示す図である。 図47は、合成バッファにおける補間と共に線分割を使用する本発明による方 法を示す図である。 図48は、現スライスに対する補間と共に線分割を使用する本発明による方法 を示す図である。 好ましい実施例の詳細な説明 本発明の方法及び装置は、データを処理し、高解像力ボクセルをベースとする データセットの実時間視覚化を支援することができる。本方法及び装置は、以下 に列挙する Arie Kaufman の米国特許及び特許出願に開示されているボクセルを ベースとするシステムとして使用するように設計されたものである。 1991年8月6日付、米国特許第 5,038,302号“Method Of Converting Continu ous Three-Dimensional Voxel-Based Representations Within A Three-Dimensi onal Voxel-Based System” 1991年1月22日付、米国特許第 4,987,554号“Method Of Converting Geometr ical Representations Of Polygonal Objects Into Discrete Three-Dimensiona l Voxel-Based Representations Thereof Within A Three-Dimensional Voxel-B ased System” 1991年1月15日付、米国特許第 4,985,856号“Method And Apparatus For Sto ring,Accsessing,And Processing Voxel-Based Data” 1993年3月15日付、米国特許出願第 08/031,599 号(1989年5月4日付一連番 号第 07/347,593 号の継続として出願、同時に上記 '593 号は取り下げ)“Meth od Of Converting Continuous Three-Dimensional Geometrical Representation s Of Quadratic Objects Into Discrete Three-Dimensional Voxel-Based Repre sentations Thereof Within A Three-Dimensional Voxel-Based System” 1992年3月31日付、米国特許第 5,101,475号“Method And Apparatus For Gen erating Arbitrary Projections Of Three-Dimensional Data” 1993年7月26日付、米国特許出願第 08/097,637 号“Method And Apparatus F or Real-Time Volume Rendering From An Arbitrary Viewing Direction” 1992年3月20日付、米国特許出願第 07/855,223 号“Method And Apparatus F or Generating Realistic Images Using A Discrete Representation” 図3を参照する。本発明の装置20は、好ましくは6つの基本構成要素を含ん でいる。これらは、ボクセルを格納することができる複数のメモリ記憶ユニット を有する立体フレームバッファ22、3つの二次元(2D)バッファ24、及び 立体フレームバッファと各2Dバッファとを結合する相互接続機構26を含む。 立体フレームバッファは、nメモリモジュール(またはメモリスライス)に編成 された三次元(3D)メモリであり、各メモリモジュールはn2メモリ記憶ユニ ットを有している(上記参照特許及び特許出願参照)。立体フレームバッファは 独立デュアルアクセス及びアドレス指定ユニット(図示してない)をも含む。上 記参照特許及び特許出願に開示されているように、3Dスキュードメモリ編成は どのビーム(即ち、立体フレームバッファの主軸に平行な線)に対しても無競合 アクセスを可能にする。本装置は、補間機構28、シェーディング機構30、及 び投影機構32をも含む。 立体フレームバッファ22のアドレス指定ユニットは、ボクセルのビームに無 競合でアクセスさせるように、立体フレームバッファの特定メモリ位置内にボク セルを写像する。詳述すれば、空間座標(x,y,z)を有するボクセルは、 k=(x+y+z)mod n 但し、0≦k,x,y,z≦n−1 によってk番目のメモリモジュール上に写像される。ボクセルのビームは、2つ の座標が常に一定であるようにアクセスされるから、第3の座標は、対応するビ ームからの1つのボクセルだけがメモリモジュールの何れか1つの中に存在する ことを保証する。 本発明の各2Dバッファ24は、2n2−nメモリ記憶ユニットを有する2D ボクセル記憶装置である。立体フレームバッファ22は、相互接続機構26によ って2Dバッファ24に結合されている。相互接続機構(以下に「高速バス」と いう)は、立体フレームバッファから2Dバッファへのデータ(ボクセルのビー ム)の広帯域幅転送を支援する相互接続ネットワークである。高速バスは、平行 及び遠近の両投影を支援するために、ボクセルのビームを処理する。この処理に は、ボクセルビームのスキューイング、デスキューイング、ファンニング、及び デファンニングが含まれる。好ましい実施例では、高速バスは、関連制御ユニッ トを有するマルチプレクサ及びトランシーバ、及び多重チャネルバスを使用して 実時間でのボリューム視覚化に必要なデータ転送速度を達成している。 ボリューム視覚化装置に使用されるボクセルは、データ収集装置23(例えば 、スキャナまたはM.R.I.装置)、または他の公知機構から供給することが できる。 図4に、n=512 である立体フレームバッファ22、及び 32 バスチャネルを 有する高速バスの好ましい形状の高速バス構造を示す。図示のように、立体フレ ームバッファの 512 のメモリモジュールは、各群内に 16 のメモリモジュール を有する 32 の群に分割される。その結果、メモリモジュール0〜15は高速バ スのチャネル0上のボクセル情報を転送し、メモリモジュール16〜31は高速 バスのチャネル1上のボクセル情報を転送する、等々と続いて、メモリモジュー ル496〜511が高速バスのチャネル31上のボクセル情報を転送することに なる。 上述したように、高速バスは複数のマルチプレクサ25を含み、立体フレーム バッファ22のメモリモジュール(0〜511)からのボクセルデータを、メモ リモジュールのその群のために指定された 16 ビット高速バスチャネル上に時間 多重化する。以下の表1は、高速バス上に時間多重化されるメモリモジュールデ ータを示している。信号多重化は、クロック入力を各メモリモジュールに関連付 けられたトランシーバ27と共に使用することによって達成される。 図4に示すように、2Dバッファは 32 群に分割され、各群は 16 のメモリモ ジュールを含んでいる。2Dバッファのメモリモジュールの各群毎に、高速バス の 32 チャネルからのボクセルデータが 16 メモリモジュールの群のそれぞれの メモリモジュール内へ供給される。 マルチプレクサ25及びトランシーバ27の動作は、一般にバスチャネルマッ プと呼ばれているルックアップテーブルによって制御される。バスチャネルマッ プは、選択された目視パラメタ(即ち、目視方向等)に基づいて予め計算されて いる。選択された目視パラメタが変化した場合、ルックアップテーブルを再計算 する必要がある。しかしながら、ルックアップテーブルのサイズが制限されてい ると、システムによる実時間でのボリューム視覚化及び処理に影響を与えること なく再計算を行うことができる。 再度図3を参照する。本発明の装置20は、2Dバッファ24に結合されてい る補間機構28をも含むことが好ましい。本発明の好ましい実施例では、補間装 置は三重線形(TRILIN)補間機構であり、好ましくは選択された目視位置 から立体フレームバッファ24を通して投射される連続目視線に関する情報を受 信する。目視線に沿う等間隔の位置にサンプル点が指示される。補間機構は、各 目視線サンプル点に直近の画素点に対応するボクセルデータを使用して三重線形 補間を遂行し、これらのサンプル点の補間済みボクセル値を決定する。これらの 補間済みボクセル値は、ボリュームをより正確に視覚化した画像を発生するため に使用される。 本発明の装置は、補間機構28に結合されているシェーディング機構30をも 含む。代替として、シェーディング機構は各2Dバッファ24に直接結合するこ ともできる。本発明の好ましい実施例では、シェーディング機構は目視線及び補 間機構からのサンプル点情報を受信する。次いで、シェーディング機構は各目視 線サンプル点に直近のボクセルデータ値を受信する。より詳しく説明すると、シ ェーディング機構は、直近の左、右、上、及び下の離散したボクセル線、並びに 現サンプル点に直近の目視線サンプル点の値を受信する。供給されたボクセル情 報に基づいて、各サンプル点に直近の全てのボクセル値の差を取ることによって 各サンプル点毎のグラディエントベクトルを決定し、その物体の特性の方向及び 変化量の指示を発生する。 図5A及び5Bに、2つの差グラディエント推定計画を示す。最も簡単な方策 は、6近傍グラディエント(図示してない)である。この方法は、連続線に沿う 近傍サンプル値の差、即ちx方向のP(n,m+1)−P(n,m−1)、及び y方向のP(n+1,m+1)−P(n−1,m−1)を使用する。左、右、上 、及び下の線サンプルは同一面内にあって互いに直交しているが、線のy方向の サンプルはそうではない。より重要なことは、目視方向の変化が主要軸をmから nへ変化させ、x方向のグラディエントを計算するためにP(n+1,m)−P (n−1,m)が使用されることである。これは、顕著な運動エイリアシング( aliasing)をもたらす。 本発明の好ましい形状では、エイリアシング問題は付加的な線形補間を遂行す ることによって解消する。この付加的なステップは、現サンプル点に直交する位 置において近傍線を再サンプルする(ブラックサンプル)ことを含む。この方策 は一般に 10 近傍グラディエント推定と呼ばれており、物体の回転中の主軸のス イッチングの問題を軽減する。 図5Bは、26 近傍グラディエントを説明する図である。4近傍線からサンプ ル値を取り込む代わりに、8近傍線から 26 の補間済みサンプルを取り込んで隣 接する面間の内側及び差の加重和を取る(即ち、グラディエントを決定するため にサンプル点に最も近いボクセルに最大の重みを与える)ことによって、グラデ ィエントを推定する。この方法によれば総合的な画像の質は向上するが、主軸の スイッチングは未だに顕著である(6近傍グラディエント法よりは少なくなるが )。 図5C及び5Dに示す本発明の代替形状では、付加的な線形補間を遂行するこ とによってエイリアシング問題を軽減している。この付加的なステップは、基底 面に直交する位置において近傍線を再サンプルする(ホワイトサンプル)ことを 含んでいる。新しい位置に依存して、二重線形補間または線形補間を遂行しなけ ればならない。これらの方策はそれぞれ、一般に 12 近傍グラディエント推定、 及び8近傍グラディエント推定と呼ばれている。これらの各計画は、物体の回転 中の主軸のスイッチングの問題を解消し、データセットの主軸に対して直交する グラディエントベクトルを発生する。 遠近投影の場合には、各投影線面(PRP)の前方を1単位離間するn線を用 いて均一にサンプルする。線は立体フレームバッファの後、ボリュームに向かっ て発散して線間の距離が増加するので、前述したように平均値が使用される。 シェーディング機構は、光ベクトルルックアップテーブルをも含むことが好ま しい。グラディエント値及び光ベクトルルックアップテーブルの値を知ることに よって、いろいろなシェーディング法(例えば、公知の統合フォングシェーダー (integrated Phong Shader))を使用して各サンプル点の強度を生成すること ができる。サンプル点における半透明度を表示するために、サンプル密度によっ て索引された2Dルックアップテーブルとして表される伝達関数を使用して不透 明度値が生成される。 再び図3を参照する。前述したように、本発明は投影機構(RPC)32も含 むことが好ましい。投影機構は、補間機構28から補間済みボクセル値(目視線 サンプル点に対応)を受信し、さまざまな方法の1つでこれらの補間済みボクセ ル値を組合せ、各目視線毎に画素値を生成する。この画素値は、対応する画素位 置に表される物体または空間の色、不透明度、及び質感に対応する。投影機構は 、後・前合成、前・後合成、最初の不透明投影、加重和投影、最後・最初カット 投影、または最初・最後カット投影(これは指定された厚みを有する物体または 領域の断面のボリュームを視覚化する)の何れかを用いて補間済みボクセルを組 合せることができることが好ましい。 本発明の好ましい実施例では、投影機構は、上述したいろいろな投影計画を使 用してクロックサイクル当たり1画素値信号を生成する線投影コーン(RPC) である。図6に示すように、線投影機構は、複数の各連続目視線毎の複数の補間 済みサンプル信号を受信するための複数の入力ポート34を含んでいる。各ボク セル組合せ段は、複数のボクセル組合せユニット(VCU)38を含んでいる。 図6に示すように、各後続ボクセル組合せ段のVCUの数は、先行ボクセル組合 せ段よりも少なくなっている。各VCUは、3つの入力ポート34に結合するこ とが好ましい。しかしながら、好ましい実施例では、RPCは3つの入力ポート または先行VCUの2つから2つの補間済みサンプル信号のみを選択するように 設計されている。詳しく述べれば、各VCUは、選択された目視計画に依存して 入力信号を受信するように、入力として左及び中央、または右及び中央接続が選 択されている。 図6に示すように、RPCは円形に折り返されてクロスリンク式のn枚の葉を 有する2進樹木であり、その最も左側の葉をRPCの任意の端ノードに位置する ようにある樹木上に動的に写像すことができる。これにより、線の第1のボクセ ルをRPCのどの入力ポートにも供給できるように、ボクセルの目視線を処理で きる。そのため、ボクセルを含む2Dバッファの出力に、コーンをハードワイヤ ードすることが可能になる。このような構成にすると、2Dバッファデータをデ スキューするために(従来技術の線投影機構では必要とされていた)n、n対1 スイッチングユニットまたはバレルシフタの集合を必要としなくなる。本発明の 好ましい実施例では、コーンの葉がTRILIN及びシェーディング機構を含ん でいる。 RPCは、目視線に沿うn個の補間済みサンプル信号の集合を入力として受入 れ、関連目視線に対応する画素のための画素値信号を発生することが好ましい。 図6に示すように、コーンはn−1基本計算ノードVCUの階層パイプラインで ある。任意の時間フレームに、コーンはパイプライン方式で logn目視線を同時 に処理し、クロックサイクル毎に表示の1画像に対応する新しい画素値信号を発 生する。 各ボクセルの不透明度は、全ボクセルについて予め格納しておくか、またはル ックアップテーブルまたはコーンの葉のシェーディング機構の内側の伝達関数を 通して供給することができる。好ましい実施例では、VCUは、以下の演算を遂 行することによって出力信号を発生する。 第1の不透明:もし(αLが不透明)であれば V’=VL そうでなければ V’=LR 最大値 :もし(CL<CR)ならば V’=VR そうでなければ V’=VL 加重和 :C1=CL+WkR ここにWは重み付け係数であり、kはコーンレベル(即ち、ボクセル組合せ段の 数)である。Wkは予め計算され、VCU内に予めロードされている。加重和は 深さキューイング(cueing)、輝くフィールド、及びX線投影に有用である。合 成は以下の式によって決定される。 C’=CL+(1−αL)CR α’=αL+(1−αL)αR 値がグレイレベルであるものとして、第1レベルVCUが、C1=C1α1を計算 する。これは、実際には前・後(または後・前)合成を並列に実現したものであ る。画素値は、例えば汎用ホストコンピュータまたは画素プロセッサ42へ伝送 されて事後処理(例えば、事後シェーディング、スプラッティング、及び2D変 換またはワーピング)が遂行される。 再度図3を参照する。本発明の装置は、投影機構に結合されているフレームバ ッファ40、画素プロセッサ42、及び表示装置44をも含むことができる。投 影機構32が生成した画素値信号はフレームバッファ40に供給され、フレーム バッファ40は各画素値信号を格納し、2D変換、濾波、またはワーピングのた めに画素プロセッサ42へ供給され、次いで視覚表示のために表示装置44へ供 給される。 以下に図7〜11を参照して補間機構28及び補間済みサンプル値信号を決定 する方法を説明する。本発明の補間機構28は、以下のように周囲の8つのボク セル及び補間を使用することによって非ボクセル位置におけるボクセル値信号を 生成する。 Pabc =P000(1−a)(1−b)(1−c)+P100a(1−b)(1−c)+ P010(1−a)b(1−c)+P001(1−a)(1−b)c+ P101a(1−b)+P011(1−a)b c+ P110ab(1−c)+P111a b c 原点に最も近いコーナーボクセルに対する立体フレームバッファ内の対応する サンプル点の相対3D座標は(a,b,c)である。立体フレームバッファのコ ーナーボクセルに関連するデータ値はPijk(但し、i、j、k=0または1) であり、またサンプル点に関連する補間済みデータ値はPabcである。これらの 異なる最適化はこの方法の演算の複雑さを減少させることが目的であるが、各サ ンプル点毎に8つの近傍ボクセルを取り込むために任意にメモリにアクセスしな ければならないので、これらの最適化がボリュームを描くのに最も時間を消費す る動作の1つになってしまう。 立体フレームバッファ内に格納されているPRPの離散した線を、それらが整 列するように変換し、前述したようにそれらを2つの2Dバッファ内に格納する ことによって、データアクセス時間を大幅に短縮することができる。各再サンプ リング位置のボクセルの8つの近傍ボクセルを取り込む代わりに、4つの離散し た線(即ち、現線の上及び下の各投影線面(PRP)から2つずつ)をバッファ から取り込む。投影線面は2Dバッファから与えられる。補間法を並列に実現す ることで近傍線は隣接する補間モジュール内に存在するようになるから、近傍間 で局部的に1ボクセル単位シフトさせるだけでよい。 補間方法を図7A及び7Bに示す。白丸300は離散した線Aを表し、黒丸3 04は離散した線Bを表す。図7Aにおいて、連続線48上のサンプル点46は 、直近の離散した線のサンプル50(ホワイト)と52(ブラック)との間の二 重線形補間を使用して補間される。連続線48の第1のサンプル点は、離散した 線50、52からの4つのボクセルを使用して正確に補間することができる。何 故ならば、4つのボクセルは矩形を形成するからである(即ち、線は左への、ま たは右への離散したステップを作らない)。 連続線48に沿う第2及び第4サンプルの場合のように、離散した線が左へ、 または右へステップすると、4つの隣接するボクセルが直ちに平行四辺形を形成 し、単なる二重線形補間では正確なボクセルサンプル値を得ることはできなくな る。従って、より正確な結果を得るためには、斜線を施した方形ボクセル54、 56が必要になる。しかしながら、これらのボクセルは、連続線48から2単位 離れた離散した線上に存在する。 図7Bは、遠近投影に関して補間済みサンプル信号を発生させるために、最良 ボクセル点を使用しない場合の問題を示している。遠近目視の場合には離散した 線は発散するから、2Dバッファ内には正確な近傍ボクセルは格納されていない 。例えば、離散した線62の2つのボクセル58、60だけが、連続線66の第 3サンプル点64の正確な補間に貢献する。3Dの場合には、遠近投影のための サンプル点64の直近の6つものボクセルが失われかねない。 この解決法は、この方法を4つの線形補間と1つの二重線形補間に分割するこ とにより切り離された三重線形補間を遂行することである。上述した方法で行っ たように原点に最も近いコーナーボクセルに対するサンプル位置を指定するので はなく、連続線に沿う各3D座標に、考え得る切り離されたボクセル近傍内の各 軸に沿う線形補間のための相対的な重みを付ける。これらの重みは、予め計算し てテンプレート内に格納しておくことができる。 図8A〜8Dは、3Dにおける補間に必要なステップを、平行投影に関して( 図8A及び8C)、及び遠近投影に関して(図8B及び8D)示している。白丸 300は離散した線Aを表し、黒丸300は離散した線Bを表す。最初に、2D バッファに格納されている4つの近傍の離散した線の8つのボクセルが使用され 、4つの線形補間が主軸の方向に(z軸が速続線の走行の主方向である)遂行さ れる。図8A及び8Bに示すように、これら8つのボクセルは、平行投影に関し ては傾斜した平行六面体の頂点であり、また遠近投影に関してはピラミッドの錐 台の頂点である。4つのボクセルは各々、1単位離れた2つの分離した面(これ らは、線が主軸の方向に走行中に遭遇する順序に依存して一般に前面308また は後面306と呼ばれる)上に存在する。従って、前面と線サンプル点の位置と の間の距離に対応する1つの重み係数だけを格納しなければならない。得られた 4つの補間済み値(二重にハッチされた丸312)は矩形を形成し、二重線形補 間して最終の補間済みサンプル値310を得ることができる。この二重線形補間 は、コーナー値(単一にハッチされた丸314)間の2つの線形補間と、縁値間 の最終線形補間とに分割される。図8C及び8Dには、x方向の2つの補間と、 それに続くy方向の1つの補間としてこれが示されている。 連続線に対応するサンプル点は、取り囲んでいる4つの離散した線上のボクセ ルによって限定される多面体の内側にあることが好ましい。離散した線を構成す る時に、全ての連続線を基底面の整数位置から出発させる(即ち、それらを、ボ リュームのデータセットの最初のスライスのボクセルに一致させる)。図9に示 すように、投射中にこれらの線を使用すると、線に沿う全てのサンプル点は平行 六面体またはピラミッド錐台の前面上に留まるので、三重線形補間が効果的に二 重線形補間に変形される。 図9のオフセットなしの場合、基底面上のx及びy整数位置を使用すると、自 由度として基底面から線横断の主方向にオフセット(オフセットが範囲内の場合 318を見よ)させることができ、切り離された三重線形補間が可能になる。し かしながら、図9の示す(オフセットが範囲外にある場合320)のように、主 方向に比較的大きいオフセットがあると、線に沿う若干のサンプル322は離散 した線によって限定される境界箱の外側に出る可能性がある。図9において、白 丸300は離散した線Aを表しており、黒丸304は離散した線Bを表している 。 図10を参照する。連続目視ベクトル324は、x軸に沿うdx成分(3Dで はdx及びdy)と、主軸(y軸)の方向の単位ベクトルとに分割される。主軸 の方向にステップさせることによって、目視ベクトルを現サンプル位置に加算し て新しいサンプル位置を求めることができる。 現サンプル位置にdxを加算してx方向に離散した線のステップを生じさせる ものとしよう。このステップは、現サンプル位置がより低い左コーナーボクセル に対して正のdxの場合には1−dxより多い(負のdxの場合には、1+dx より少ない)相対的xオフセットを有している場合に限って、発生することがで きる。換言すれば、図10に示すように現サンプル位置は辺dx×1の矩形の内 側にあったのである。しかしながら、この矩形の斜線領域326だけがコーナー ボクセルによって限定される平行六面体の内側にサンプル位置を含んでいる。最 悪の場合として主軸内に最小の辺を取れば、これは、範囲内サンプルが、正のd xの場合には1−dxより大きくない(負のdxの場合には1+dxより小さく ない)最大相対yオフセットを有していることを意味している。 ステッピングは主軸の方向に単位ベククトルで遂行されるから、連続線に沿う 全ての相対オフセットは、最初の線サンプルの基底面からのオフセットによって 決定される。上述した論旨は容易に3Dに拡張され、最大許容オフッセットを主 軸の方向にする。 min (1−dx,1−dy), dx,dy≧0 min (1+dx,1−dy), dx<0,dy≧0 min (1−dx,1+dy), dx≧0,dy<0 min (1+dx,1+dy), dx,dy<0 ここに、dx及びdyはそれぞれ目視ベクトルのX及びy方向の成分である。目 視角が45°の場合にはdx及びdyは1であり、図9に示すように0のオフセッ トと二重線形補間が得られることに注目されたい。 本発明の好ましい実施例では、サンプル間に均一な距離を使用して単一の線が 画像面の原点から基底面上に投射され、オフセットは線が基底面へ突入した後の 最初のサンプルの主方向に選択される。もし必要ならば、上述した条件が満足さ れるまでオフセットを繰り返して減少させる。これにより、走行の主要方向のオ フセットは目視に依存し、データセットの再サンプリングが変化するようになる 。目視方向によって再サンプリング点が変化することは、より多くの内部データ 構造を現すことができるので、対話式視覚化には有利である。 各離散した線は目視方向には関係なくnボクセルからなる。主軸との最大目視 角差は 45°より大きくないから、ボリュームのサンプルレートは立方体を通る 対角線によって限定され、垂直目視の場合の√3倍だけ高くなる。線合成の場合 、合成演算子が平均する性質があるので、これは重大な問題ではないことが分か っている。 より重大な問題は、サンプル近傍のサイズが変化することである。平行投影の 場合、サンプル点を取り囲む8つのボクセルは、一辺の長さが1である立方体を 形成するか、または図8Aに示すような斜めの平行六面体を形成するかの何れか である。しかしながら、遠近投影の場合には、取り囲むボクセルは、図8Bに示 すように前面と後面とが平行なピラミッドの錐台を形成する。線がデータセット の後に向かって発散するために、この錐台によって走査される列が増加し、それ により三重線形補間の精度が低下する。しかしながら、2563データセットの場合 、ボリュームの終わりにおける近傍の離散した線間の距離は2ボクセルを決して 超えず、遠近法による高度の量が達成されることが分かった。更に、典型的なデ ータセットでは、線に沿う合成のためにボリュームの後におけるサンプルは最終 画素色には殆ど影響を与えない。 投影の中心(C)及び遠近投影における視野(FOV)もサンプリングレート に影響する。離散ラインアルゴリズムは、基底面の画素当たり1線、または走査 線当たり最大2線を正確に投射する。図11のFOVがデータセット(正しいサ ンプリングの場合328)を横切って伸びている場合を参照する。これは、規則 的な画像順に線を投射する(n線を投射してFOVを走査し、データセットを見 逃すような無駄な線を送る)よりも良好なサンプリングを保証する。しかしなが ら、FOVが小さい場合には、離散ラインステッピングは基底面の活動領域内に おいてアンダーサンプリング(場合300)が発生する。図11の場合332は 、2つの基底面画像が最終目視画像に関与する場合を示す。これは、単一の遠近 法画像に関して3つの基底面投影が生成される最悪例である。 以上の説明から明白なように本発明の装置及び方法は、本発明に含まれる補間 及びシェーディングにより、表示される物体または風景をより正確に表現するよ うになる。更に、本発明は従来の装置において使用されていたようなコンベヤ等 を必要としないから、本発明の装置は、高度に並列な手法で、そして「オンザフ ライ」でデータ処理を遂行するため、従来技術のシステムより効率的に、且つ高 速で動作する。詳しく述べれば、従来技術のシステムがO(n2 log n)時間で 遂行するのに対して、本装置及び方法はO(n2)時間で遂行する。更に、補間 機構は、平行投影に関してはデスキューイングを、また遠近投影に関してはデフ ァンニング(即ち、データ圧縮の形状)を遂行することが可能であるから、本発 明は四次元(4D)データの遠近法投影及び実時間視覚化を支援することが可能 である。 図12に本発明の代替実施例70を示す。本発明のこの代替実施例の装置は、 立体フレームバッファ(CFB)22を含み、CFBは前述したようにボクセル データを格納することができる複数のメモリ記憶装置を有している。本発明の代 替形状の立体フレームバッファは、どのボクセルのビーム72(図13に示すよ うに、立体フレームバッファの主軸に平行な線)にも無競合でアクセスを可能に する3Dスキュードメモリ編成を含んでいる。装置は、第1の二次元バッファ7 3、補間機構(TRILIN)28、2つの二次元バッファ24、シェーディン グ機構30、及び合成機構74をも含んでいる。合成機構の出力には、画素プロ セッサ42、フレームバッファ40、及び表示装置44が結合されていて、三次 元(3D)ボリューム投影画像を生成するようになっている。画素プロセッサ4 2とフレームバッファ40の相対位置は、必要に応じて交換できる。 本発明の代替形状における方法は、表示装置44の複数の各画素毎に目視線を 生成するステップを含む。各目視線が立体フレームバッファを横切るにつれて、 目視線はそのx,y及びz座標の何れかを変化させることができる。複数の目視 線が立体フレームバッファを通る目視方向を限定する。本方法は、各目視線に沿 って規則的に離間した複数のサンプル点を生成するステップをも含んでいる。目 視線の各サンプル点に値信号を割当てるために、立体フレームバッファ内のボク セルに割当てられた値を使用する補間プロセスを使用する。即ち、ボクセルのビ ームが立体フレームバッファから検索される。ボクセルのビームは、立体フレー ムバッファの主軸(x,yまたはz)に平行なボクセルの行、列、または軸の何 れかである。本発明の一実施例では、nのボクセルのビームを含むボクセルデー タ信号の2つのn×1スライス(図13)が連続的に検索され、補間機構28に 供給される。ボクセルデータ信号のこれらのスライスは、3Dメモリの主軸に実 質的に平行にする(即ち、基底面の垂線に平行)か、または3Dメモリの主軸に 実質的に直交させる(即ち、基底面に平行)ことができる。ボクセルデータの2 つのn×1スライス全部が補間機構に供給され、上述した複数の各目視線のため に使用されるが、簡略化のために目視線の1つの群だけを説明する。 本発明の別の実施例では、nのボクセルのビームを含むボクセルデータ信号7 6の1つのn×1スライス(図13参照)が連続的に検索され、補間機構28に 供給される。ボクセルデータのこれらのスライスは、3Dメモリの主軸に実質的 に平行にする(即ち、基底面の垂線に平行)か、または3Dメモリの主軸に実質 的に直交させる(即ち、基底面に平行)ことができる。平行目視の場合には、補 間機構は二重線形か、またはそれより高次の装置である。代替として、遠近目視 の場合には、補間機構は、n×1スライスの内側のボクセルのより大きい近傍を 使用する線形か、またはより高次の装置である。補間済みサンプル点信号を生成 するために、ボクセルデータの1つのスライスだけが使用できるだけではなく、 複数のスライスもアクセスできることが予測される。 図14に本発明の一実施例を示す。立体フレームバッファ22(及びその上の 対応するサンプル点)を横切る複数の各目視線78は、立体フレームバッファ内 の2つの投影線面(PRP)によって限定することができる。これら2つのPR Pは一般に頂部PRP80、及び底部PRP82と呼ばれる。本発明の方法は、 頂部PRP80からのボクセルの第1ビーム信号81と、底部PRP82からの ボクセルの第1ビーム信号83とにアクセスするステップを含む。各ボクセ ルのビーム81、83は、図14に示すように、補間機構の「後面」入力に供給 される。 図15に、立体フレームバッファ(CFB)メモリから取り出した頂部及び底 部PRP80、82を示す。スキューイング計画によれば、3D座標x,y及び zを有するボクセルデータはメモリモジュール数 K=(x+y+z)mod n 但し、0≦k,x,y,z≦n−1 内に物理的に格納される。ここに、nは立体メモリのサイズである。面内の数は あるy及びz座標が与えられたモジュールkから読み出されるボクセルのX座標 を指示している。図から明らかなように、同−PRP内の隣接ビームからのボク セル、及び異なるPRPからの隣接ビームからのボクセルは、異なる次数のx座 標(即ち、1のスキューイング差)を有している。本発明では、隣接ボクセルビ ーム間のこのスキューイング差は、各ボクセルビーム(即ち、同一x座標値を有 するボクセル)の適切なボクセル値が整列するように、ボクセルデータ信号がア クセスされた時にあるシフトを与えることによって補償される。 図14に示すように、ボクセルデータ信号の整列は、ボクセルデータ信号をシ フトさせずに底部PRP82を補間機構28の後面に供給し、負のk方向に1単 位シフトさせて頂部PRP80を補間機構の後面に供給することによって好まし く達成する。 本発明の方法は、次のクロックサイクル中に、第1及び第2のボクセル面のボ クセルの第1のビームを、補間機構の「後面」から「前面」へ移動させるステッ プをも含む。更に、頂部PRP80からのボクセルの第2のビーム、及び底部P RP82からのボクセルの第2のビームを、補間機構28の「後面」入力に供給 する。図15に示すように、各PRPの第1のボクセルビームと第2のボクセル ビームとの間のデータのスキューイングのために、頂部PRP80及び底部PR P82の第1のボクセルビームは、それらが補間機構の「後面」から「前面」へ 供給される時に正のk方向に1位置シフトしている。従って、補間機構内に4つ の対応ボクセルビームが存在している場合の各ボクセルビームのボクセルは、各 目視線のサンプル点に関して三重線形補間を遂行するための正しい8ボクセル近 傍が存在するように整列されることになる。その結果、補間機構内には4つの ボクセルビームが同時に存在する。 上述した立体フレームバッファ22から補間機構28の「後面」入力への、及 び補間機構の「後面」入力から「前面」へのボクセルのシフトは、各クロックサ イクル毎に行われる。しかしながら、もし立体フレームバッファ内に格納されて いるボクセルデータがスキューされていなければ、ボクセルビームのシフト、補 間済みサンプル点信号、またはシェードされたサンプル点信号は必要ない。 頂部PRP80及び底部PRP82の第1及び第2のボクセルビームがシフト され、適切に配向された後に、各目視線の第1のサンプル点のための補間済みサ ンプル点信号が補間機構28によって生成される。 本発明の好ましい実施例では、補間機構28は三重線形補間機構(TRILI N)である。三重線形補間を遂行するためには、目視線のサンプル点の周囲にセ ルを形成する8つの隣接ボクセルを使用する必要がある。代替として、8つのボ クセル近傍の内側または外側の(即ち、8ボクセル値より少ないか、または多い )ボクセルを使用する二重線形またはより高次の補間機構を使用することもでき る。 目視方向(即ち、目視線)がy方向に正または負の成分を有している場合は、 簡単なステッピング計画を使用してボクセルビームを隣接ボクセル面内に整列さ せる。立体フレームバッファから補間機構の「後面」入力への、及び補間機構の 「後面」入力から「前面」へのこのステッピング計画は以下のようである。 ボクセルのK方向へのシフト Yステップ CFBから後面へのシフト 後面から前面へのシフト 補間サンプル点が決定された後に、本方法は、補間済みサンプル点信号をバッ ファ84へ供給してそこに一時的に格納することによって、各補間済みサンプル 点毎のグラディエント推定信号を生成するステップをも遂行する。このバッファ は、上バッファ86、現バッファ88、及び下バッファ90を含むことが好まし い。しかしながら、本方法は、これら3つのバッファの何れか2つを用いて実現 することができる。グラディエント推定信号は、特定の補間済みサンプル点にお ける表面傾斜を表す。本発明の好ましい形状では、グラディエント推定信号を生 成するためには、特定の補間済みサンプル点に関する3対の補間済みサンプル点 信号が必要である。3対のボクセルが必要であることを考慮し、選択された補間 済みサンプル点間の中心差を決定することによって、全ての方向(上及び下、前 及び後、右から左へ)における実際の差を計算できる。 主方向における(即ち、z目視方向に沿う)グラディエント差を決定するため には、シェーディング機構が、2クロックサイクル離れている現バッファ内の補 間済みサンプル点の2つのビーム(即ち、所望サンプルより進んでいる1つのビ ームと、遅れている1つのビームと)へのアクセスを有している必要がある。 図14は、補間済みサンプル点の1つの群が、上、現、及び下の各バッファ8 6、88、90からシェーディング機構30へ同時に出力されることを示してい る。しかしながら、CFB内のボクセルデータのスキューイングのために、補間 済みサンプル点信号は、上、現、及び下バッファ内において望む通りに整列して はいない。上及び現バッファ内の補間済みサンプル点信号を適切に整列させるた めに、現バッファの補間済みサンプル点信号を、シェーディング機構30内で正 のk方向へ1位置シフトさせることが好ましい。上及び下バッファ内の補間済み サンプル点信号を適切に整列させるために、下バッファサンプル点信号を、シェ ーディング機構30内で正のk方向へ2位置シフトさせることが好ましい。更に 現バッファ内の補間済みサンプル点信号と整列させるように、上及び下バッファ からの補間済みサンプル点信号を1クロックサイクルだけ遅延させることが好ま しい。これらのシフト及び遅延の組合せが、上、下、及び現バッファによって供 給される補間済みサンプル点信号の間のスキューイング差を補償する。 適切に整列された補間済みサンプル点信号がシェーディング機構30において 使用可能になると、前述したシェーディング機構及びグラディエント推定方法を 使用して、各クロックサイクルに各補間済みサンプル点信号毎のグラディエント サンプルを正確に計算することができる。直近の左及び右、上及び下の、並びに 目視線に沿う(即ち、現サンプル点の前及び後)補間済みサンプル点信号間の中 心差を取ることが好ましい。シェーディング機構は、光ベクトルルックアップテ ーブルをも含むことが好ましい。グラディエント値及び光ベクトルルックアップ テーブルの値を知ることによって、さまざまなシェーディング方法(例えば、公 知の統合フォングシェーダー)を使用して、各サンプル点の強度を生成すること ができる。公知のように、サンプル点における半透明度を表示するために、好ま しくは2Dまたは3Dルックアップテーブルとして表されている伝達関数または サンプル密度及び/またはグラディエント値によってアクセスされる他の索引付 け方法を使用して、不透明度値を生成する。 目視方向(即ち、目視線)がy方向に単一の正または負の成分を有している場 合には、簡単なステッピング計画を使用して補間済みサンプル値をシェーディン グユニット内の補間済みサンプル値信号の隣接する群に整列させる。詳しく述べ れば、以下の表のようにして、補間済みサンプル値信号を上、下、及び現バッフ ァからシェーディング機構30へシフトさせることが好ましい。 補間済みサンプルのK方向へのシフト Yステップ ABCバッファからシェー シェーディング機構 ディング機構へのシフト 内部のシフト 現バッファの各補間済みサンプル点毎にグラディエント推定値が計算された後 に、シェーディング成分を含む各補間済みサンプル点信号が合成機構74へ供給 され、それぞれの目視線に沿うサンプル点の合成動作が遂行される。シェーディ ング機構から出力されるシェード済みサンプル値信号のビームは未だスキューさ れているから、単一の直交線の合成は単一の合成ユニットによって行うことはで きない。詳しく述べれば、本発明の好ましい実施例では、目視線の各補間済みサ ンプル点は異なる合成機構において合成される。2つの連続ボクセルビームはそ れらの間にスキューイング差を有しているから、連続する各合成された線毎の合 成結果には、図14に示すように連続する各合成ステップ毎に正のk方向の単位 ステップを与えなければならない。x及び/またはyに(正、負、または無の) ステップを有する目視線の場合には、シェーディング機構から合成機構へのシェ ード済みサンプル値信号のシフトは以下のようにして行う。 グラディエントサンプル値のK方向へのシフト 合成機構内で遂行される補間済みサンプル点の合成は、前述したものと実質的 に同一の方法で行われる。即ち、合成機構は、補間済みボクセル値と、後・前合 成、前・後合成、最初の不透明投影、加重和投影、最後・最初カット投影、また は最初・最後カット投影、または他の公知の合成技術の何れかとを組合せること ができる。 補間済みサンプル点が合成されると、それらは、例えば汎用ホストコンピュー タまたは画素プロセッサ42へ供給され、そこで事後シェーディング、スプラッ ティング、及び2D変換またはワーピングのような事後処理が遂行される。表示 装置44上に表示させる画素処理は前述のようにして行うことが好ましい。 本発明の代替形状では、ボクセルデータ信号の1スライスが3Dメモリからア クセスされる。ボクセルデータ信号の各スライスは3Dメモリの基底面に実質的 に平行である。ボクセルデータのスライスは複数のボクセルデータビームからな り、これらは補間機構へ供給される。この実施例の補間機構は1つの面(後面ま たは前面)だけを有している。補間機構は、平行目視に関しては二重線形または より高次の装置であって、補間には1つのスライスからのボクセルを使用する。 遠近目視に関しては、補間機構は線形またはより高次の装置であり、1つのスラ イスからのボクセルのより大きい近傍を使用する。次いで、補間済みボクセル信 号は上述したように上、下、及び現バッファ86、88、90へ供給される。 以上に説明した方法は、3Dメモリ内に格納されている物体の平行及び遠近の 両目視を支援することができる。遠近目視の場合には、目視線は実質的に発散す る(即ち、平行ではない)から、何れか1つの目視線に関してアクセスされるボ クセル装置のスライスは、他の何れかの目視線に関して補間済みサンプル値信号 を決定するために使用することはできない。従って、各目視線は個々のボクセル 面にアクセスする必要がある。これはシェーディング機構及び合成機構にも要求 される。 本装置の実施例の相互接続の詳細を示している図16を参照する。図16は、 先入れ先出しバッファ(FIFOバッファ)84を含むCFB22の5つのメモ リユニットを実現したものである。5つの各メモリユニット75は2つのビーム を同時に出力するように使用することはできないが、FIFOバッファを含んで いることによってメモリの1つのスライスがPRPの1つのために供給される。 装置は、前述したように立体フレームバッファと補間機構との間のシフティング 要求に従って、FIFOバッファ及びメモリユニットに結合されている5つの補 間機構(TRILIN)28をも含んでいる。5つの補間機構28は、上、下、 及び現の面の1つ、及び上、下、及び現の面の残りの2つの、2つのFIFOバ ッファ86の直接接続を使用して、5つのシェーディング機構30に結合されて いる。シェーディング機構30は、前述したTRILINとシェーディング機構 との間のシフティング要求に従って、隣接するシェーディング機構の間が相互接 続されている。装置は、5つの合成ユニット74をも含み、これらは各シェーデ ィング機構からの出力信号を受信するために、それぞれのシェーディング機構に 直接結合することが好ましい。各合成ユニットは、前述した投影方法を遂行する 。各構成要素の相互接続が、装置の各構成要素による、及びそれらの間のデータ シフトの上記要求に基づいていることは明白である。合成機構が発生した出力信 号 は画素バス88へ出力され、画素バスは合成機構出力信号を画素プロセッサ42 、フレームバッファ40、及び表示装置44へ送ってボリュームの画像を生成さ せる。 本発明のこの代替実施例は、それが、補間機構及びシェーディング機構のため にボクセルデータに多重アクセスすることを回避しながら、目視線に沿うサンプ ル点の均一な写像を生じさせる新しい線投射方法及び装置であることから有利で ある。本発明の方法及び装置は、投影当たり1回だけ立体フレームバッファ(C FB)内部の各ボクセルにアクセスする。このような規則正しいメモリアクセス パターンが効率を高め、動的に変化する3Dデータセットの視覚化に必要な実時 間動作レートを可能にする。 以下に、本発明による線スライス掃引方法を説明する。線スライス掃引は、ボ リューム描像のための面掃引アルゴリズムである。合成バッファはボリュームを 通して掃引し、累積された画像と今投影されているボクセルの新しいスライスと を組合わせる。画像組合わせは、視点から新しいスライスの各ボクセルを通るサ イト線によって案内される。データセットの全てのボクセルは描像に貢献する。 グラディエントがボクセル位置において計算され、それによって正確さが改善さ れ、従来の方法よりもコンパクトに実現することが可能になる。制御オーバヘッ ドは、従来の方法よりも少ない。 線スライス掃引は、各ボリュームスライスがそのボクセルの全てを視点に向か って投影するのであるが、1スライス間単位距離に限られるようなハイブリッド 方法である。掃引が終わると合成バッファは基底面画像を含んでおり、これは画 像面上にワープしなければならない。掃引は物体記憶順に行われ、しかもそれは 画像画素駆動であり、一方ワープは走査線順に遂行される。従って、線スライス 掃引と言う表現がハイブリッド方法を適切に記述している。線スライス掃引方法 は、遠近投影に対して特定のユーティリティを有している。しかしながら、平行 投影も無限遠視点を使用して容易に遂行することができる。 図17は、前・後合成を使用するボリュームを通る線スライス掃引を示してい る。事例400は平行三次元投影の場合であり、一方事例402は遠近三次元投 影の場合である。各事例の三次元ボリューム404は、格子406上に位置する 個々のボクセルを含んでいる。図17は、y軸に垂直な二次元の表現を示してお り、x及びz方向が図中に示されている。各ボリューム404は、以下に説明す る投影の目的に使用される基底面408を有している。図17に示すような本発 明の一形状では、複数のサイト線410がボクセルの各スライス毎に視点412 から投射される。図17の事例400における視点は、これが平行投影であるこ とから無限遠にある。ボクセルのスライスは参照番号414である。 ボクセル404は、例えば前方から後方へ処理順に掃引(即ち、前・後掃引) しながら、現スライスの各ボクセルを着色し、照明し、そして分類してそのボク セルのRGBA強度(赤、緑、青、及びα)を求めなければならない。本方法の 好ましい形状では、データセットの掃引は、視点には無関係に正のz方向に遂行 される。図17に示すように、ボリュームのデータセット404の前方に視点を 置いて前・後掃引、及び前・後合成を使用し、現スライスのRGBA値と合成バ ッファのそれらとを組合わせる。前・後合成の詳細に関しては、図19を参照し て後述する。代替として、視点をデータセットの前方に置いて掃引及び合成を後 ・前技法で遂行することができる。図18は、視点を三次元データセット404 の後方に置く後・前合成を示している。同一のアイテムに対しては同一の番号を 付してある。平行事例を416で示し、遠近事例を418で示してある。 図17に戻って、上述したように線410は本方法によってボリュームのデー タセット404を通る水平切取り内に投射される。データスライス414は、好 ましくは正のz方向に処理される。破線で示されているサイト線410は、45° の視角限度を超え、最終画像に影響を与えない。視点412がボリュームのデー タセット404の前方に置かれている図17では、サイト線410はボクセル格 子位置406を指し、先行スライスのボクセルの間から出発している。個々の線 410の出発点を取り囲む4つの合成バッファの色の補間(二重線形補間のよう な)を計算することにより、現ボクセルの合成計算を遂行するために必要な色が 得られる。前述したように、合成に関しては図19に基づいて後述する。合成バ ッファに書き込まれた全ての値は、ボクセル格子406と整列していることが理 解されよう。図17及び18に示す線がサイト線410に沿って存在しているが 、隣接するスライス414の間にだけ伸びていることに注目されたい。混乱を避 け るために、サイト線のこれらの短い部分を、本明細書ではスライス間線セグメン トと呼び、以下に更に詳述する。 図18のサイト線410は、視点412がボリュームデータセット404の背 後にある場合を示している。この場合、サイト線はボクセル位置から始まり、先 行の処理済みのスライスを指している。後・前合成に使用される累積された色が 、例えば、所与の線410の端点を取り囲む4つの合成バッファの色の二重線形 補間によって決定される。 更に図17及び18を参照する。全ての事例400、402、416、418 においては、基底面408に含まれる最終合成バッファ値を画像面420上に投 影しなければならないことが理解されよう。分離した線422は、視点から基底 面420の格子位置へ投影され、後刻投影する目的から基底面408上の画像の 画像面420上へのワーピングを制御する。分離した線422が平行であるため に、事例400及び416の場合には視点412が無限遠にあることを再度理解 すべきである。 線スライス掃引方法中に遂行される全ての動作は、データの読み出し及び書き 込みが現在処理されているボクセルのローカル近傍内に限られていることに注目 されたい。例えば掃引の終わりに小さい変更がスライスからスライスまで合計さ れ、全てのボクセルは遠近投影に必要な画像位置までシフトされている。ボクセ ルデータがスキップされるような、または1回以上使用された何等かのボクセル であるような線間の領域が存在しないことに注目されたい。従って、本方法は充 分に平衡した作業負荷を自動的に維持する。 図19は、本発明の方法と共に使用するのに適する前・後及び後・前両合成技 術を示している。事例424は前・後合成を示し、一方事例426は後・前合成 を示している。前・後合成事例424では、スライス間線セグメント428は、 サイト線投射に沿って、視点412(図19には示してない)から合成バッファ 432内の交点430を通って現スライス436の格子点位置434まで伸ばす ことができる。図示の場合には、補間は、図に示してある式を使用して合成バッ ファ内で行うことができる。 同様に、後・前合成事例426の場合、スライス間線セグメント428は、サ イト線投射に沿って、視点412(図19には示してない)から現スライス内の 格子点位置434を通り、合成バッファ内の交点430で終端する。この場合も 補間は図19に示されている式を使用して遂行される。後述するように、より高 次または低次の補間を遂行することができる。 本発明の装置のアーキテクチャを以下に説明する。本願の親出願である 1995 年2月13日付米国特許出願 08/388,066 に開示されている発明は、線投射に基づ いてパイプライン化された、拡張可能なボリューム描像アーキテクチャである。 本発明は、線スライス掃引を実現することによって線投射アプローチを変更して いる。ボクセル格子上のサンプル点が直接使用される。従って、三重線形補間段 (図16のアイテム28参照)は、本発明の装置には必要ない。それによりグラ ディエント計算が簡易化される。遠近投影中、データセットの全てのボクセルが 描像に貢献する。線に関する制御情報は少なくてよいので、よりコンパクトに実 現することができる。 図20を参照して本発明のアーキテクチャの概要を説明する。描像パイプライ ン440が、各メモリモジュール438毎に設けられている。図20に示唆され ているように、各描像パイプライン440は分離したチップで実現することが好 ましい。各描像パイプライン440は、同時に三次元投影を行う。最終基底面画 素が計算されるまで、横の連絡のために最も近い近傍との接続を必要とするだけ である。これらの画素は、グローバル画素バス442を介してホスト、即ちグラ フィックスカードメモリ444へ送られて1つの画像に組立てられ、図17及び 18に示すように最終画像面上にワープされる。 描像パイプライン440内の種々のモジュールに関して以下に詳述する。本発 明の動作を理解するのを援助するために、ボリュームイメージングの分野におい ては公知の信号フローグラフ(SFG)を使用する。SFGにおいては、円はパ イプライン440内の段を表し、縦の矢印はパイプライン内のデータフローを表 し、斜め矢印はパイプライン間のデータフローを表す。各矢印上の重みは、次の パイプライン段に到達させる前にデータを遅延させなければならないパイプライ ンサイクルの数を表している。全てのユニットは部分ビーム処理をする。ビーム とはボクセルの行のことである。ビームを等サイズのセグメントに分けることに よって部分ビームが発生し、部分ビームのサイズはハードウェア内に実現されて いる並列パイプライン440の数に等しい。図21には、pボクセルを有する部 分ビーム446と、nボクセルを有する完全ビーム448とが示されている。図 示のように各三次元ボリューム404毎に、スライス414は正のz方向にイン クリメントさせることが好ましい。。各スライス414内では、完全ビームは正 のy方向にインクリメントさせることが好ましい。最後に各完全ビーム448内 では、部分ビーム446は正のx方向にインクリメントさせることが好ましい。 部分ビームの端と端との間、ビーム端とスライス端との間の差を処理するために 各モジュールは各パイプライン段に、近傍接続を有する拡張ユニット(EX)を 有している。 「部分ビーム端」、「ビーム端」、及び「スライス端」とは、それぞれ、ある 部分ビームの端、ある完全ビームの端、及びあるスライスの端のことである。各 ボクセルは、それに関連付けられた制御ビットを有しており、部分ビームの端に 到達すると部分ビーム端制御ビームが真にセットされ、スライスの端に到達する とスライス端制御ビームが真にセットされる。拡張ユニット(EX)に関しては 後述する。本明細書において使用する完全ビームとは、一般に1つの行に全ての ボクセルを含み、一方部分ビームは完全ビームを複数のより小さい部分ビームに 分割した結果である。部分ビームは、等サイズであることも、そうでないことも できる。「ビーム」という語を使用する場合、それが完全ビームであるのか、ま たは一般的な場合に完全ビームまたは部分ビームの何れであるかは文脈から明ら かであろう。請求の範囲に使用されている「ビーム」は、少なくとも1つの完全 ビーム及び部分ビームを含むことを意図している。特に説明はしない本発明のア ーキテクチャの細部は、図12−16を参照して上述した親特許出願 08/388,06 6 のアーキテクチャと同一である。 図22は、本発明の描像パイプライン440を更に詳細に示すものである。図 22には三次元立体フレームバッファ450も示されており、これは個々のメモ リモジュール438を含み、これらの各モジュールが描像パイプライン440の 1つに接続されている。立体フレームバッファ450は、前述したように、ボク セルの分散スキュード記憶装置を提供するメモリモジュール438、並びにアド レスジェネレータ452及び制御ユニット454を含んでいる。立体フレームバ ッファ450は、描像パイプライン(ここでは全アーキテクチャを含むように使 用する)内の唯一の段であり、グローバル位置情報を有している。これは、全て のパイプラインモジュールのための全てのグローバル決定を行う。その後の段は 、立体フレームバッファにおいて生成された制御ビットに基づいて、それらの選 択を行う。 本明細書を通して以下の略語を使用する。 (i,k)メモリ空間座標:k=メモリモジュール数、i=モジュール内のア ドレス。 (ud.vd.wd)データセット空間座標:右回り、ビュー独立、及び静的。 (xp.yp.zp)パイプライン空間座標:右回り、ビュー従属、及びもし主ビ ュー方向が変化すれば変化。 n:立体データセットの1つの軸に沿うボクセルの数。 p:並列パイプラインの数。 k:現パイプライン数。 b:部分ビームの数(p・b=n)。 Ns :現スライス数。 NB :現ビーム数。 Nb :現部分ビーム数。 SR:線の開始のための制御ビット。 ER:線の終わりのための制御ビット。 立体フレームバッファ450は先ず現クロックサイクル中に、個々のパイプラ イン440を流れ下るべく出発するボクセルの位置を計算しなければならない。 このための効率的な増分アルゴリズムは、現部分ビーム数Nb、ビーム数NB、及 びスライス数Nsのためのカウンタを記憶するのに、数ローカルレジスタを必要 とするだけである。結果は、パイプライン座標系内の三次元ボクセル位置P=( x,y,z)である。視点Vもパイプライン座標系内に限定される。 ボクセルのサイト線Sは、視点からボクセル位置までのベクトルである。図2 3は、視点412、ボクセルまたはサンプル位置456、サイト線S 458、 パイプライン座標系460、及び三次元ボリューム406のデータセット座標系 462を示している。ボクセル/サンプル位置456は、パイプライン座標系4 60内のベクトルPによって限定される。視点412は、パイプライン座標系4 60内のベクトルVによって限定される。従ってサイト線S 458はベクトル S=P−Vである。Sを正規化すると、dx=Sx/Sz及びdy=SY/Szが得 られる。これらの正規化されたx及びy成分は、制御ユニット454(図22参 照)によって生成される二重線形(または、他の次数)補間重みを決定し、合成 ユニット464(これも図22参照)へ送られる。成分dx及びdyも範囲を調 べられる。もし絶対値|dx|>1、または|dy|>1であれば、視角は45° を超えており、無効ビットが真にセットされる。1を超える範囲のボクセルを有 効とするためには、アーキテクチャは最も近い近傍を越える接続を必要としよう 。シェーディング段466は、無効ビットセットを有するシェードされたボクセ ルに完全な透明度(α=0)を割当てる。 親出願の実施例におけるように(再び図12−16参照)、任意の目視方向の 場合には、三次元データ立方体404の少なくとも1つの面の法線は、サイト線 S 458の±45°以内にある。本発明の方法によって処理されるスライス41 4は、そのスライス(即ち、データセット404のその面)と平行である。従っ て最も近い近傍だけしか使用しないという制限が実行可能になる。 平行目視の場合、全てのサイト線S 458は同一であり、ボリューム404 の1回の掃引で完全な画像を発生する。遠近投影モードでは、法線が±45°以内 にあるボリューム404の面においても、サイト線S 458はボリュームのデ ータセット404内の各ボクセル毎に異なる。これは特に、視点412がボリュ ームのデータセット404に近いか、またはそれの内側にある場合に起こり得る 。これらの背景の下で完全画像を得るためには、データボリューム404を異な る処理方向に多数回掃引する必要がある。最終画像は、異なる基底面内の有効画 素の領域から組立てられる。 親出願 08/388,066 及びそれの親即ち祖出願 08/301,205 のアーキテクチャを 含む説明中のアーキテクチャの全ては、同一メモリレイアウトを共用する。位置 P’=(u,v,w)にあるボクセルは、メモリモジュールk=(u+v+w) mod p内に格納される。これをスキュードメモリと呼ぶ。スキュードメモリは、 部分ビット446の全てのボクセルが異なるメモリモジュール438内に存在す るx、y、及びz軸と平行になるように、メモリモジュールにまたがってボクセ ルを分散させる。従ってそれらには無競合でアクセスすることができる。パイプ ライン内の全ての計算はz軸に直角なスライス414に作用し、パイプライン座 標460を使用する。ボクセルメモリアドレスを計算するために、ベクトルP= (x,y,z)はデータセット座標系462に変換しなければならない。変換さ れたベクトルP’=(u,v,w)はアドレスi=u div p+vb+wbny を計算するために使用される。データを格納しながら、位置(u,v,w)にあ るボクセルをメモリモジュールk=(u+v+w)mod pに書き込めるようにし なければならない。しかしながら、描像モードではこの計算は暗黙であり、各描 像パイプライン440は、1つの専用メモリモジュール438を有しているに過 ぎない。 ボクセルが有効グラディエントを有している場合に限ってそれらのボクセルが シェードされるようにするために、重み及び制御部分454は、データセットの 他端上に直接的な近傍を有する全てのボクセルのための無効ビットもセットしな ければならない。これらのボクセルに関して、立体フレームバッファ450はS RまたはERビットもセットしなければならないかも知れない。即ち、もし現ボ クセルがデータセット404の最も左側のスライス上にあり、dxが0より小さ ければ、ERを真にセットすべきである。SR及びERビットは合成ユニット4 64へ送られ、合成バッファをリセットし(これは、SRによって行われる)、 画素を最終画像に出力する(これは、ERによって行われる)のを可能にする。 制御ユニット454は、現部分ビーム446が完全ビーム448の最初のもので ある時には、ビームの開始(BS)ビットもセットしなければならない。このビ ットは上述した拡張ユニット内で必要とされる。 最後に、最終画像をスキューされていない基底面位置へ出力するために、立体 フレームバッファ450は各合成バッフア要素毎の画素アドレスを計算しなけれ ばならない。座標は以下の通りである。 x=(Nb・p+k−N3−(NB−1)mod n+N3・A ここに、 dx>0ならば、A= 1 dx=0ならば、A= 0 dx<0ならば、A=−1 及び、 y=(NB−1)+N3・B ここに、 dy>0ならば、B= 1 dy=0ならば、B= 0 dy<0ならば、B=−1 再び図22を参照する。各パイプライン440は更に、ABCグラディエント 推定ユニット468、分類ユニット470、補間ユニット472、及び合成バッ ファ474を含むことが好ましい。分類ユニット470は、強度に基づいて不透 明度のためのルックアップテーブルを含むことができる。もし望むならば、それ をシェーディングユニット466の一部として形成することができる。もし望む ならば、グラディエント推定ユニット468もシェーディングユニット466の 一部として含ませることができる。この場合シェーディングユニットはRGB、 α、及び他の表示可能なパラメタを扱う。 グラディエント推定ユニット468の機能のさらなる詳細を以下に説明する。 図24を参照する。本発明においてシェーディングに使用される好ましいグラデ ィエントは中央差グラディエントである。その結果、グラディエントを計算する ためには所与のボクセル(mで示す)の6つの軸整列した近傍(a−fで示す) が必要である。従って補間も、グラディエント保証も必要ではない。図24にお いて、ボクセルfは前方スライス464内に含まれ、ボクセルm、a、b、c、 及びdは現スライス436内に含まれ、そしてボクセルeは後方スライス466 内に含まれている。Gx、Gy、及びGzグラディエント成分は、図24に示され ている式を使用して計算される。図24が、6つの計算パラメタ、即ちボクセル a−fのスキューされていない空間関係を示していることは理解されよう。 グラディエント成分の計算に必要なボクセルは、3つの面(スライス)、即ち 前面464、後面466、及び現面436内に存在している。前、後、及び現と いう用語は、スライスの処理順を表している。スライスは、それぞれ前、後、及 び現に関してABC(ahead、behind、及び current)と名付けた先入れ先出し (FIFO)バッファ内に格納することができる。最も好ましくは、後及び現ス ライスをFIFO内に格納し、前スライスは立体フレームバッファ450から直 接到来することが好ましい。FIFOバッファに関しては、図46を参照して後 述する。 図25は、考察中のスキューイングを有するグラディエント計算パラメタ間の 空間及び時間的関係を示している。ボクセルeが最初に読み込まれる。b(n− 1)=(s−b)サイクルの後に、ボクセルcが同一パイプライン内で使用可能 になる。bサイクル後に、ボクセルaが同一パイプライン内に、またボクセルb が2パイプライン分だけ右に読み込まれる。そのパイプラインには、b及びそれ からb(n−1)サイクル後にボクセルd及びfも読み込まれる。 3つのグラディエント成分を計算するために、これらのボクセルを使用できる ように遅延させ、移動させる手法を、前述した信号フローグラフ(SGF)を使 用して以下に説明する。SGFに関しては説明済みである。さらなる詳細に関し ては、ニューヨーク州 11794-4400 ストーニーブルックのニューヨーク州立大学 ストーニーブルック校のコンピュータ科学学部から入手可能な、1997年1月に刊 行された Hanspeter Pfisterの物理学博士論文「実時間ボリューム描像用アーキ テクチャ」を参照されたい。始めに最も容易な、考え得るアプローチを説明し、 その後の各図を新しい固有の考え方に追加することとする。新しい論理記号は、 各SFGの下に説明されている。 図26は、グラディエントのy成分だけを計算するSGFを示している。ボク セルc及びdを同一パイプライン内で同一のクロックサイクルにおいて終わらせ るために、ボクセルcは遅延され、ボクセルdは移動されている。従って、垂直 グラディエント成分Gy=−(c−d)の計算が可能になる。 図27は、最も近い近傍接続だけを使用するように図26を変更したアプロー チを示す。図27のアプローチは、右のパイプラインからボクセルdを受け、そ れを左のパイプラインへ送るために、1つの付加的なパイプライン段を必要とす る。図28では、対応する中心ボクセルmをも保持しているそのパイプラインに おいてyグラディエントが計算されるように、送り方向が変化している。 図29から、部分ビーム446が、各完全ビーム448全体にタイル張りされ ていることが分かるであろう。図29は、スキューされた空間内に2つの完全ビ ーム448を示しており、各完全ビームは5つの部分ビームを有している。シェ ードされている円は異なる強度を有するボクセルを表している。図29に示す例 では、各部分ビーム446は4つのボクセルを有している。矢印は、所与のボク セルが、矢印が指している他の所与のボクセルの左近傍であることを示している 。最も右のパイプライン内のボクセルは、通常は1クロックサイクル後に最も左 のパイプライン内のボクセルの左近傍である。従って、右送りするには、1クロ ックサイクルの間最も右のボクセルを緩衝する必要がある。この緩衝は、論理的 に次の部分ビームを拡張する。従って、あるビームの最も左及び最も右のボクセ ルも近傍である。従って、右送りするには、そのデータを最も左のビームへ送る 最も右のパイプラインが必要である。不幸にも、それは完全ビーム処理時間(b サイクル)後にそこへ到達するが、これでは遅過ぎる。図12−16に示す親出 願 08/388,066 のアーキテクチャは、可能な限り早くビームを読み込むことによ ってこの問題を処理しているが、データの処理はbサイクルだけ遅延する。これ は全ビームの緩衝を必要とする。 図30には、ビームの始まりが1部分ビーム分右へシフトしているような優れ たアプローチが示唆されている。左行468は、処理中の部分ビームを示し、一 方図の右行470は処理中の部分ビーム446を示している。列468と470 との間を走る矢印は、同一データを含んでいる部分ビーム446を接続する。読 み込まれる最初の部分ビーム446は、b−1サイクルの間拡張ユニット内に緩 衝される。後続する部分ビームは、それらのデータを直ちに処理する。最後の部 分ビーム446が完了すると、その最も右のボクセル及び拡張バッファからのボ クセルが、最初の部分ビームに対する計算を遂行するために使用される。このよ うにして、データを右へ送る各段毎の拡張バッファは、完全ビームサイズから部 分ビームサイズに縮小する。これは、本発明のアーキテクチャのスケーラビリテ ィを増加させる。 図31は、図30に関して今説明した部分ビームの終わりの間のラップアラウ ンド接続を記述するアイディアを使用するSFGを示している。図31は、上述 した拡張ユニットEXも示している。拡張ユニットは参照番号472によって示 されている。図31に示すように、拡張ユニット472は、入力データxを受け る第1の入力474と、制御ユニット454からのBS(または他の)ビットを 受ける第2の入力ポート476とを有している。通常は、入力データxは第1の 出力ポート478へ直接送られる。しかしながら、もしBS(または他の)ビッ トが真であれば、xの値はDフリップフロップ480内に格納され、xの古い値 がデマルチプレクサ482を通して出力ポート478へ送られる。図31にはビ ーム開始制御ビット(BS)が図示されているが、拡張ユニットEX 472は 例えば前述した部分ビームの終わり、ビームの終わり、またはスライスの終わり 制御ビットのような本発明に使用される何等かの制御ビットについても同様に機 能する。 図32は、信号SFGにおける完全なx、y、及びz計算のための第1の代替 を示している。図32の構成は、ピンカウントを最小にするように設計されてい る。パイプライン440間には2つの交差だけしか必要としない。従って左及び 右パイプラインへの接続、並びにボクセル当たり 16 ビットを考えると、図32 に従って製造されるモジュールは2×2× 16 = 64 入力/出力ピンを必要とす ることになる。欠点は4つの完全スライスバッファが必要なことである。 図33では、図示構成のために2つの完全スライスバッファを必要とするだけ である。図33の構成は、オンチップバッファサイズを最小にするように設計さ れている。しかしながら、図33の各パイプライン440は、1つの近傍パイプ ラインへの6つの接続を必要とする。従って、6×2× 16 = 192入力/出力ピ ンが必要である。図32及び33に示す構成では、もし4つの最上位ビットだけ をパイプライン440にまたがって送るのであれば、ピンカウントを 75 %まで 減少させることができる。もしシェーダ466が、計算すべきグラディエント成 分の4つの最上位ビットだけを使用するのであれば、このアプローチを実現する ことができる。図32及び33に示すシステムのハードウェア要求をまとめると 以下のようになる。 本発明によるシェーディング及び分類装置及び方法を以下に説明する。シェー ディング及び分類は、特に図12−16を参照して説明した親出願 08/388,066 のシェーディング及び分類技術と同一である。シェーディング段またはユニット 466及びパイプライン440内の他の成分とのその相互関係は図22に示して ある。一旦ボクセル強度及び対応するグラディエントが使用可能になれば、シェ ーダ466は、強度をRGBカラーテーブルへの索引として使用し、グラディエ ントを反射率マップへの索引として使用する。カラーテーブルには、異なる色に 対する異なる強度がマップされている。色伝達関数は、データをオン・ザ・フラ イでセグメント化するために使用される。反射率マップは、主目視方向及びどの ような表面配向にも沿う線についての照明式の量子化された解テーブルである。 シェードされたボクセルの最終の色は、これらのテーブルから戻された値から構 成される。最もコンパクトな実施では、カラーテーブルからのRGB値と反射率 マップから得た強度とを乗算する。グラディエントユニット468、分類ユニッ ト470、及びシェーディングユニット466の上記説明も参照されたい。 画素は典型的にはRGBAによって表される。ここに、Aは不透明度αを表し ている。各ボクセル毎の不透明度は、ボクセル強度及びグラディエントの大きさ に依存する分類関数によって決定される。この関数は、別のルックアップテーブ ル内に格納されている。異なるアルゴリズムを使用してテーブルを埋めることに よって、X線、表面、霧等のような極めて柔軟な目視モードが可能になる。RG BAの代替として、本発明の装置及び方法にRGBTを使用することができる。 但し、Tは透明度tを表し、透明度tは1−αに等しい。合成計算を簡易化する ために、もし望むならば、透明度を不透明度αに置換することができる。各サン プル毎の透明度は、所与の位置のサンプル値及びグラディエントの大きさによっ て索引される「伝達関数」ルックアップテーブルから取り出すことができる。こ のような透明度テーブルによれば、不透明度テーブルに関して説明した柔軟な目 視モードも可能になる。 本発明に使用される合成を以下に説明する。後・前または前・後の何れかの合 成を使用することができる。通常、この選択は主目視方向に依存する。もし、デ ータセット座標系462において視点412がデータセット404の左方、上方 、または前方にあれば、通常は前・後合成が使用される。視点412がこれらの 位置以外に位置していれば、通常は後・前合成が使用される。ここでは、データ セット座標系において、視点がデータセット404の左方、上方、または前方に ある時にはその視点が三次元バッファ450の前方にあると呼び、視点が右方、 下方、または後方にある場合にはその視点を三次元バッファ450の後方、また は背後にあると呼ぶ。好ましい合成方向は、三次元ボリュームのデータセット4 04のスライス414を通して前・後掃引とすることに注目されたい。しかしな がら、後・前掃引を使用する場合には、視点412をデータセット404の前方 に置いて後・前合成を使用することができ、視点412を後方に置いて前・後合 成を使用することができる。後・前合成の場合、以下の式を使用する。 C=(1−Anew)Cacc+Cnew A=(1−Anew)Aacc+Anew 代替として、前・後合成の場合の式は、 C=(1−Aacc)Cnew+Cacc A=(1−Aacc)Anew+Aacc である。 Cnewは、何等かのシェードされたボクセル色成分(RGB)のために使用さ れ、Anewは、分類されたボクセル不透明度のために使用される。下添字“acc” は、合成バッファ474から取り出された対応累積値のために使用される。 図34を参照する。上述した合成式は図34のCk円において評価される。箱 484で示されている二重線形補間は、各パイプライン440毎に補間ユニット 472を含むことを意図している。二重線形補間以外の他の型の補間も使用でき ることを理解されたい。Skを囲む円は、シェーダ段466及び分類段470か らの新しい画素を表している。Ckを含む円は、新しい及び累積された画素の合 成を表している。 合成バッファ474の好ましい形状は、RGBA値の完全スライスのための容 量を有するFIFOである。合成ユニット464は、好ましくは新しい値をスラ イスFIFOの底部へ書き込み、一方補間ユニット472は好ましくは頂部から 読み出す。これらの関係は図22に示されている。FIFO合成バッファ474 の2つの事例のための記憶容量及びピン要求を以下に示す。 本発明の補間ユニット472に関して以下に説明する。補間ユニット472は 二重線形補間ユニットであることが好ましい。二重線形補間ユニットの目的は、 合成バッファ面432と、既にシェード済みのボクセル(図19参照)を通るサ イト線との交点における色を決定することである。視角は±45°に制限されてい るので、サイト線増分dx及びdyが境界を画されていることを思い出されたい 。従ってこの交点は、現ボクセルの周囲の3×3領域内に限って発生することが できる。 図35は、現ボクセルm、及び多分ボクセルmに影響し得る先行スライスから のボクセルa−iのスキューされた相対位置を示している。即ち、図35は、上 述した3×3領域内のボクセルのスキューされた関係を示している。データをそ の領域からボクセルmが存在するパイプライン440へ転送するためには、最小 4つのパイプライン段が必要である。3つはそれらのデータをそれらの右近傍へ 送るためのものであり、1つはそのデータを左へ送るためのものである。図37 に示すこの最適構成を、以下に説明する。図35を更に参照する。ボクセルmに 対するボクセルa−iのスキューされていない位置が486に示され、スキュー された位置を488に示す。図に示されている“%p”は、コンピュータ科学分 野においては公知のようにモジュロ演算を表している。即ち、a%pは、aをp で除して剰余を取ることを意味し、例えば 10 %8=2である。 引き続き図35と共に、図36及び37も参照する。単にdx及びdyの符号 を評価することによって、可能な領域を3×3領域から2×2領域まで減少させ 得ることが理解されよう。各事例において、図36及び37に示す第1の2つの 段を参照されたい。これらの図内の第2の2つの段は、これらの4つの合成バッ ファ画素から実際の二重線形補間を計算する。図19及び36には、サイト線増 分から補間重みの従属性を求める適切な式が示されている。図36は、後・前合 成をするものとして図37のパイプライン段440の機能を示している。前・後 合成の場合には、dx及びdyは反対の符号を有しており、計算が僅かに変化す る。 図38は、本発明の線スライス掃引方法のエネルギ分散490を、線投射技術 のそれ492と対比させて示している。従来の線投射では、各ボクセルは最大4 つの線に貢献できるだけである。従って、画像面上のボクセルエネルギ分散は極 めて鋭い縁を有している。本発明の線スライス掃引技術では、ボクセルのエネル ギは線方向に沿って集中しているが、それは各スライスの近傍ボクセルまで広が っている。この広がりは、二重線形(または他の)補間によって生じたものであ る。従って平均すれば、二重線形補間の場合、各ボクセル貢献度の 1/4は次のス ライスに最も近い4つのボクセルに向かって流れる。その後のスライスでは、そ れらは9つの画素にわたって広がるが、中心に再混合もする。その結果、エネル ギ分散関数は、図38の事例490に示すようにy軸を中心として回転された急 速に減衰する関数f(x)=1/x2の離散近似である。これは、スプラッティ ング技術に使用されるフィルタ核と極めて類似しており、自動的に反エイリアシ ングを提供する。 図39は、三次元ボクセル404内に含まれるデータへのスライス順アクセス を更に説明する図である。本発明の装置及び方法においては、所与のデータの立 方体404の場合、ボクセルの所与のスライスからの全てのボクセル要素494 は、次のスライス414から何れかのボクセル要素494にアクセスされる前に 処理される。図39は、データセット404の後・前処理を示している。暗くシ ェードされたスライス414は、Z=nを有する最初に処理されるスライスであ る。これに続いて、スライスは連続的な順番で処理され、最終処理はZ=0にお けるシェードされてないスライス414上で行われる。前・後処理では、スライ スは逆の順番で処理される。 スライス414全体は、入力データの次のスライスへ移動する前に処理される から、部分的に合成された線のスライスは方法の各ステップにおいて格納され、 データの次のスライス414が処理される度にスライスバッファを用いて合成さ れる。従って、本発明のスライス順方法は各ボクセル494に1回だけアクセス するだけでよく、より多くのバッファ記憶容量を必要としない。 本発明の1つの好ましいスライス順合成計画では、データは、眼点から画像画 素を通り、次いで三次元データ404を通る線に精密に沿う規則的な手法でサン プルされるのではない。その代わりに、データは、各スライス414上の格子点 において正確にサンプルされ、次いで眼から格子点(データがサンプルされた) を通り、合成バッファ上に達するショットである方向線を使用してスライスバッ ファと合成される。本発明の方法の実施に使用するのに適する本発明のハードウ ェアアーキテクチャは、各格子座標毎に分離したパイプライン/プロセッサを有 し、合成情報をそのチップ・離散格子座標上に緩衝することができる。 以下に、スライス順線投射と命名した本発明による装置及び方法の別の好まし い形状に関して説明する。スライス順線投射は、前記親及び祖出願に関して説明 した線投射に類似した方法で、データサンプリングと、今説明したスライス順処 理のボクセルアクセスパターンとを組合わせたハイブリッドである。これは、デ ータを通して線を投射するが、情報は離散した格子位置に格納することによって 達成される。それでも処理はスライス順に行われるから(他のスライス順方法の ように正確な格子座標で行う代わりに)、二重線形(または他の)補間を使用す ることによってデータは各スライス内の、線と現スライス面との交点においてサ ンプルされる。好ましい二重線形補間に必要な全ての点は、現在処理中のボクセ ルのスライス内で組合わされるから、従来の線投射で遂行される三重線形補間よ り簡単でありながら、正確な格子座標でのサンプリングより正確である。本方法 がデータセットを通して移動すると、線と現スライスとの交点は現格子位置から 立ち去る。このオフセットは格納され、累積される。線が別の格子位置の方によ り近く移動すると合成情報が移動して、その別の格子位置内に格納される。換言 すれば、各線の合成情報は、線と現スライスとの交点に最も近い格子位置に格納 されるのである(三次元 Bresenhanラインステッピングに類似)。 図40を参照する。図40は、zアクセススライス順処理の場合の三次元ボリ ュームデータ404内の一定のy座標面を表している。平行投影での後・前処理 の場合には、本方法は、スライス3のための初期合成バッファを作成することか ら開始される。初期合成バッファは格子座標上でサンプルされ、背景と合成され たシェード済みの分類された点を含む。線496が、スライス3内の位置X0の ボクセルから眼点(視点)412まで示されている。黒いドットは、線496の ためのデータが格納される格子点座標を表している。スライス2及び3に対応す る最初の2ステップでは、データがX0格子座標に格納されることが分かるであ ろう。しかしながら本方法の2ステップの後には、線496のためのデータは( スライス1内のX1に含まれる黒いドットによって示してあるように)格子座標 X1にシフトする。データが新しい格納位置にシフトすると、そのオフセットは 単位距離によって調整される。この場合には、データはそれがシフトする時点の オフセットは 0.6単位であり、0.6 −1=−0.4 に等しい。 平行投影の場合、線の間に規則的なデータ運動パターンが存在する。線が次の 格子位置までシフトしようとするスライスでは、そのスライスバッファ全体内の 全ての線も一緒にシフトする。しかしながら遠近投影の場合には、1つの線を特 定の格子座標に格納しようとする位置が存在し、既にその格子座標を占めている 線は、未だに移動するのに充分なオフセットを累積していない。この型の状況に 対処するために、線併合または線分割アプローチを使用することができる。 遠近ボリューム線投射では、ボリュームの前面で1単位離れている線は、ボリ ュームの後面から出る時には1単位より多く離れる。チェックされない近傍線は ボリュームのサンプリングに間隙を残すかも知れないので、ある形状のスーパー サンプリングが必要である。線分割は、均一な線密度を維持するための適応スー パーサンプリングのアイディアである。前・後合成では、近傍線があるしきい値 を超えて発散すると、線は2つの子線に分割される。ニューヨーク州 14850イサ カのコーネル大学におけるコンピュータグラフィックスのプログラム、Computer Graphics, SIG-GRAPH'90 の 95-100 頁に所載のK.L.Novins、F.X.Sillio n、及び D.P.Greenbergの論文「遠近投影を使用するボリューム描像のための 効率的な方法」は、主メモリ記憶に伴う問題を処理するために、ソフトウェアボ リューム描像システムと共に使用することを意図した方法が記述されている。こ の論文に記載されているアイディアは、本発明における併合問題を処理するのに 採用することができる。線を分割することに伴う1つの問題は、近い将来に分割 線自体が衝突し合うのを防ぐのが困難なことである。これを防ぐためのローカル な方法では不十分であるが、グローバルな方法では実時間で相互作用させるには 複雑過ぎる。 線併合は線分割に類似しているが、それが前・後の順番に走ることが異なって いる。2つまたはそれ以上の線が突然、1つの格子座標格納位置を使用すること を意図すると、2つの親線が平均されて新しい子線が生まれる。平均された強度 、不透明度、及びオフセットを有する新しい線が、現格子位置から眼に向かって 直接発射される。遠近投射で遭遇する別の問題は、時折、線が近傍格子座標内へ シフトし、その元の格子座標内に他の線がシフトして来ないことである。これが 発生すると、その格子座標から開始されて眼点(即ち、視点)に向かって発射さ れるようにオフセットが0である新しい孤児線が生成される。 図41を参照する。図示のように多数の線を遠近併合線樹木に併合することが できる。図41では、処理順序は図の上から下へであり、各ステップ毎に徐々に 眼点(即ち、視点)へ近づいて行く。図の最上部に位置する後方スライス498 は、オフセットが0である複数の新しい線(破線によって指定されている真の線 )を各格子位置434(白丸で示す)に生成することによって初期化される。処 理が次のスライス500へ移動すると、同一の行を共有しようとする2つの線5 02、504が存在し、これらは新しい線506に併合しなければならない。 第3のスライス508を処理する時に、2つの2ウェイ併合が存在し、白丸5 10によって示されている格子点位置において新しい線が生成される。その直上 のデータ経路が右にシフトし、一方左上のデータ経路は対応してシフトしないの で510において新しい線が必要なのである。黒い実線は格子を通るデータ経路 を表し、それらが格子点位置間だけに伸びていることに注目されたい。もし新し い線が510から出発しなければ、ボクセル位置における照明が最終画像内に表 されなくなり、描像された物体内に視覚的な空隙をもたらすことになる。 次の(第4の)スライス512では、510において新たに生成された線はそ の左近傍と併合される。この点において、左副樹木は4つのボクセルの貢献を、 また右副樹木は1つのボクセルの貢献を表している。もし単に2つの線の副樹木 の平均強度を取れば、併合された線内で1つのボクセルの貢献は過大に表され、 他の4つは過少に表されることになる。このような複雑さを回避するために、新 たに生成された線の強度を、線の適切な近傍の平均強度を用いて初期化すること が好ましい。例えば、視点412から新たな線の点を通って合成バッファとの交 点まで線を辿ることができる。次いで、その交点を取り囲む4つの画素上で二重 線形補間を遂行し、交点からの距離に基づいて重み付けすることができる。図4 1の白四角は基底面408の画素を表し、xは処理済みではあるが 45°を超え ているために最終画像に貢献しないボクセルを表している。“x”ボクセルは、 親出願 08/388,066 におけるように、異なる基底面を有する第2の描像経路にお いて貢献することができる。 1つより多くの線を単一の列上に同時に収束させる時点が存在することが理解 されよう。例えば、眼が列の1つと一直線に整列している対称二次元の場合を考 える。左側の線が最終的に中心の列に併合される場合、右側の線も対称によって 併合される。このような事例は屡々発生するものではないが、それは支援されな ければならない。二次元事例の場合には、最大3つの線を同時に併合することが できるが、三次元事例の場合には最大9つの線を単一の線に併合できることを理 解されたい。 任意の眼点(即ち、視点)に対する線併合決定を評価するためのシミュレーシ ョンを開発した。このシミュレーシュンを使用すると、本発明の方法の種々の統 計的特性が、256 ボクセルの方形二次元格子上で評価される。10.1 %の新たに 生成された線が遭遇し、13.3%の2ウェイ併合ステップが遭遇し、そして 6.4× 10-7%の3ウェイ併合ステップが遭遇することが分かった。平均 8.1%のスライ スに併合を生じている。これらのパーセンテージは、3D格子内のボクセル位置 の総数を基にしている。図41に示す線併合方法は、若干の数の二重線形(また は、他の次数の)補間も遂行するが、全てのステップよりも遙かに少ない頻度で あることに注目されたい。以上のように、図41に示す線併合方法は、ある固有 の反エイリアシングの点から有益である。平均すると、1つの併合ステップは、 8.1 スライス毎に遂行される。これは反エイリアスされた画像をもたらす便益を 有している。 上述したスライス順線投射方法では、それでもデータは補間される(好ましく は二重線形)ので、それらが処理できるようになるまでデータ点を緩衝する必要 がある。エネルギスプラッティングアプローチは、各スライスにおいて線に沿っ てボクセルデータを再サンプルする必要はない。その代わりに、データが既にサ ンプルされ格納済みの格子座標上のデータ点を使用する。そのデータ点のRGB 及びαエネルギは、一種の逆二重線形(または他の次数)補間によって、合成バ ッファ上で、眼からの線データ点を通って合成バッファと交わる交点を取り囲む 4つの格子座標点まで広がる。図42を参照する。眼(即ち、視点)は412で 示されている。514で示されているスライスnは、現データを含む面である。 スライス516は、合成バッファに関連付けられた値を含んでいる。線518は 視点512から現データ面スライスn内の格子点位置520を通って発射されて いる。線はx印の位置において合成バッファと交わる。データ点520のための RGB及びαエネルギが、x印からの破線で示されているように複合バッファ内 の4つの隣接格子座標点まで広がっている。スライス順エネルギスプラッティン グアプローチはボクセル緩衝を節約し、またより正確なグラディエント測定が得 られる。 新しいデータ点が合成バッファ(スライス516)内へ合成された後、合成バ ッファは前方へスライドし、データ内の前方の次のスライスの処理の準備を整え る。合成バッフアが前方へスライドする時に、線が眼点に向かって発射される。 各格子座標位置にデータが格納される場所のオフセットが、再び累積され、格納 される。前述した線投射アプローチと同様に、合成バッファデータは線に沿って スライドし、それ自体を、線の現位置に最も近い格子座標内に格納する。併合及 び新しい線は、線投射と同じ手法で扱われる。 本方法の完全三次元シミュレーションを開発し、Silicon Graphicsワークステ ーション上で実施した。本方法は、ボリューム線投射を遂行し、スライスからス ライスへの処理順序で、固定された数の線を使用するソフトウェア及びハードウ ェアの両者に適している。スライス当たり一定数の線は、現在提唱されている多 くの平行アーキテクチャのように、線を一定数のプロセスに写像する時に完全な 負荷平衡を発生する。好ましい二重線形補間は、三重線形補間よりも緩衝が少な くて済むのでこの方法は記憶容量に対する要求を最小にする。更に、各ボクセル が1回読み出されるだけであるので、帯域幅に対する要求が減少する。本方法は 分類及び照明モデルには無関係であり、得られる画像はサイズn2の基底面画像 であり、これが二次元ワープによって画像面上へ投影される。 上述した本発明の方法及び装置を、図43及び前述した図面を参照して以下に 説明する。本発明の線スライス掃引方法は、複数の画素を有する三次元ボリュー ム投影画像を生成する。画像は視点412から生成され、離散したボクセル49 4を使用し、前述した立体フレームバッファ450内に格納できる三次元ボリュ ーム404に配列される。各ボクセル494は1つの位置と、それに関連付けら れた少なくとも1つの基底面408とを有している。本方法の第1のステップは 、目視及び処理パラメタを選択して視点412と、ボリューム404を含む三次 元バッファの少なくとも1つの基底面408(投影の目的のために使用される) と、三次元バッファ450の最初と最後の処理スライス522、524とを限定 することを含む。図43に示すように、最初のスライス522を通常はスライス 0と考え、最後の処理スライス524を通常はスライスn−1と考える。図43 に示す事例では、nは4に等しい。 本方法のさらなるステップは、上述した合成バッファ474のような合成バッ ファを初期化することを含む。合成バッファは複数の画素を有し、各画素は少な くともそれに関連付けられた色、透明度、及び位置を有している。本方法のさら なるステップは、ボクセル値を三次元バッファ450から最初の処理スライスに 平行なサンプル点の現スライス上へサンプリングし、サンプル点値を求めること を含む。図43では、スライス1(参照番号526)が最初の処理スライス52 2に平行な現スライスであり、その上にボクセル値が三次元バッファ450から サンプルされる。図43は、スライス1(参照番号526)が現処理スライスで ある場合を示している。サンプリングスライスの最初の実行中は、最初の処理ス ライス(スライス0、参照番号522)が現スライスであったことは理解されよ う。この場合の初期化は、例えば背景との組合わせを含むことができる。 本方法の別のステップは、サンプリングステップからのサンプル点値と、複数 のスライス間線セグメント528に沿う合成バッファの画素とを組合わせること を含む。スライス間線セグメント528は、現スライス526と、合成バッファ に関連付けられた隣接スライス(ここでは、522)との間だけに伸びている。 上述したように、最初の処理スライスであるスライス0(参照番号522)は、 好ましくは背景との組合わせによって、合成バッファ内に初期化されている。 サンプリング及び組合わせステップは、最初の処理スライスに平行なサンプル 点のその後のスライスを、最後の処理スライス524に到達するまで順次に掃引 することによって繰り返される。順次掃引中、その後の各スライスが順番に現ス ライスになる。現スライス(ここでは、スライス526)内の各ボクセルは、通 常は合成バッファスライス(ここでは、スライス0、参照番号522)まで伸び る関連付けられたスライス間線セグメント528を有している。明瞭化のために 、図には3つのスライス間線セグメント528だけを示してある。 本発明による第1の好ましい方法では、サンプリングステップは、格子点に一 致するサンプル点(即ちスライス1のボクセル494の位置)を用いて、ボクセ ル値を三次元バッファ450(ボリュームデータセット404を含む)からサン プル点の現スライス526の格子点上に直接サンプリングすることを含む。この 状態を図43に示す。更に組合わせステップは、好ましくは複数のサイト線52 8を視点からサンプル点526の現スライス内の格子点を通して投射するサブス テップを含む。次いで、スライス間線セグメント528を、現スライス526の サンプル点から合成バッファに関連付けられた隣接スライス522まで、サイト 線530に沿って伸ばす。スライス間線セグメント528は、x印で示す複数の 交点532において隣接スライス522と交わる。図43には、明瞭化のために 3つの交点532だけを示してある。更に、第1の好ましい方法では、サンプリ ング及び組合わせステップを繰り返すステップは、その後の各スライスが現スラ イスになるとサイト線530を再投射することを含む。 本方法の第1の好ましい形状は、少なくとも1つの0次補間、1次補間、2次 補間、3次補間、より高次の補間、及びそれらの適応組合わせを遂行する付加的 なステップを含む。上述した二重線形補間が好ましい。この補間は、補間済みの 画素値と現スライス526のサンプル点との組合わせを得るために、交点532 に隣接する合成バッファ(スライス522)の画素間で遂行される。二重線形補 間の場合、交点532を包み込む方形の頂点を限定する4つのボクセル(合成バ ッファ内の画素)が使用される。次数2の補間の場合には、最も近い近傍を中心 とする9つの最も近い点が使用される。次数3の補間の場合には、内側及び外側 方形が使用される。当分野に精通していれば、本方法に対して他の型の補間をど のように適用するかは明白であろう。 前述したように、視点412はボリュームのデータ404を含む三次元バッフ ァ450の前方にあり、最初の処理スライス522は通常はバッファの前方にあ り、そして最後の処理スライス524は通常はバッファの背後にあって前・後掃 引が遂行されるようになっている。この場合、図19に示し、説明したように、 前・後合成も好ましく遂行される。好ましい方法は、図43に示すように前方に ある視点412を用いて遂行することもできるが、最初の処理スライスとしてス ライス524を使用し、最後の処理スライスとしてスライス522を使用して後 ・前掃引を遂行することもできる(図39参照)。この場合、組合わせは、図1 9に示した後・前合成技術を使用し、視点412に対して後・前から遂行される 。合成以外の他の型の組合わせ技術も使用することはできるが、合成が好ましい ことは理解されよう。 更に第1の好ましい方法においては、図18に示すように、視点412が背後 にある時に、前・後掃引及び後・前合成を遂行することができる。この場合、最 初の処理スライスはスライス522であり、最後の処理スライスはスライス52 4になる。図19に示す後・前合成が使用されよう。掃引に対する後方及び前方 は、データセット座標内に限定され、一方合成に対する後方及び前方は、眼(視 点412)に対してであることは理解されよう。第1の好ましい方法の最終事例 では、視点412がデータセットの後方にあり、最初の処理スライスが3Dバッ ファ(スライス522)の後方にあり、そして最後の処理スライスが三次元バッ ファ(スライス522)の前方にある。この場合、組合わせは、例えば図19の 前・後合成技術を使用して、視点412に対して前・後から遂行される。簡潔化 のために、ここに、及び先行パラグラフで説明されている掃引及び合成順オプシ ョンを以下に「掃引/合成順オプション」と呼ぶ。 図44は、本方法の第2の好ましい形状を説明する目的のものである。この第 2の好ましい形状の合成ステップは、複数のサイト線530を、視点412から 合成バッファに関連付けられた隣接スライス536内の位置を通して投射するサ ブステップを含む。これらの位置は、合成バッファ内の画素の格子点位置(関連 付けられたスライス内のボクセル494)に対応している。サイト線530は、 x印で示されている複数の交点538において現スライス534と交わる。サン プリングステップは、0次補間、1次補間、2次補間、3次補間、より高次の補 間及びそれらの適応組合わせの少なくとも1つを遂行することによって、ボクセ ル値を三次元ボリューム画像404を含む三次元バッファ450から、複数の交 点538上にサンプリングすることを含む。この補間は、複数の交点538に隣 接するボクセル位置に関連付けられたボクセル値の間で遂行される。前述した二 重線形補間が好ましい。更に、第2の好ましい方法では、サンプリング及び組合 わせステップを繰り返すステップは、その後の各スライスが現スライスになると サイト線530を再投射することを含む。第2の好ましい方法における掃引/合 成順オプションは、上述した第1の好ましい方法と同一である。 本発明の第3の好ましい形状では、サンプリングステップ(図43参照)は、 格子点に一致するサンプル点を用いて、ボクセル要素494のボクセル値を、三 次元バッファ450からサンプル点の現スライスの格子点位置上に直接サンプリ ングすることを含む(図43参照)。更に、組合わせステップの最初の実行は、 複数のサイト線530を視点412からサンプル点の現スライス526の格子点 を通して投射し、スライス間線セグメント528を現スライス526のサンプル 点からサイト線530と合成バッファとの交点532まで伸ばすサブステップを 含む。 本発明の方法の第3の好ましい形状は、0次、1次、2次、3次、またはより 高次の補間及びそれらの適応組合わせの1つを遂行することをも含む。補間は、 合成バッファ(スライス522)の画素(ボクセル要素に対応する)の間で遂行 され、現スライス526のサンプル点と組合わせる補間済みの画素値を得る。補 間及び組合わせの結果は、累積されたオフセットと共に、サイト線530と合成 バッファ(スライス522)との交点532に最も近い合成バッファ内の画素の それらの格子点位置内に格納される。 第3の好ましい方法は、2つまたはそれ以上のスライス間線セグメント528 の併合、または少なくとも1つのスライス間線セグメント528の分割の何れか を遂行することをも含む。2つまたはそれ以上のスライス間線セグメント528 の併合は、補間及び組合わせの2つまたはそれ以上の結果を同一格子点位置に格 納する試みがなされた時に遂行される。併合に関しては図41を参照して説明済 みである。分割は、隣接するスライス間線セグメント528が所与の発散しきい 値を超えて発散すると遂行される。発散しきい値は、以下のようにして選択され る。発散は始め0から開始させることができ、それが1の発散しきい値を超える た時に分割を遂行することができる。これは、何れか2つの線間の空セルに対応 する。代替として、線はそれらの間の1の距離から開始させ、2の発散しきい値 を超えた時に分割を遂行することができる。分割に関しては説明済みであるが、 詳細は更に後述する。 第3の好ましい方法は、その後のスライスを順次に掃引する間、組合わせステ ップの最初の実行中に形成されたサイト線530を維持するステップをも含む。 図40を参照する。換言すれば、新しい各スライスが横切られる時には、サイト 線は再放射されない。しかしながら、併合または分割の何れかが遂行される場合 には、新しいサイト線が放射される。図41に示すように、新しいサイト線は、 併合が遂行されると視点412から同一格子点位置の近傍内の予め選択された位 置まで生成される。この予め選択された位置は、前述したように、補間及び組合 わせの2つまたはそれ以上の結果を格納する試みがなされた同一格子点の近傍内 にあろう。新しいサイト線を同一の格子点位置へ投射することはできるが、2つ の併合線の累積されたオフセットに依存して、右または左へ±1/2 だけ初期オフ セットさせて開始させることができる。代替として、後述するように、分割が遂 行される場合には、視点から現スライス内の対応する予め選択された位置まで2 つの新しいサイト線が生成される。新しいサイト線を生成するためのこれらの予 め選択された位置は、以下のようにして選択することができる。もし分割すべき 単一の線が2つの格子点の中間点を正確にヒットすれば、2つの新しい線を隣接 する格子点位置から開始させることができる。もし単一の線が最も左の格子位置 に近い方をヒットすれば一方の開始点を左にシフトさせ、古い線に初期オフセッ トを与えて中央に維持することができる。同様に、もし単一の線が右に近い方を ヒットすれば、開始点を右にシフトさせ、古い線に初期オフセットを与えて中央 に維持することができる。 最後に、第3の好ましい方法は、図40に示すように、累積されたオフセット が、例えば隣接する格子点の中間点の半分より多い所定の値を超えた時に、補間 及び組合わせの結果を隣接格子点位置内に格納することを含む。この格納は、新 しく累積されたオフセット値と共に行われる。例えば図40において、結果は、 始めに黒丸で示す最も左のボクセル内のスライス2に、0.3 の累積されたオフセ ットと共に格納される。スライス1に到達すると、累積されるオフセットは 0.6 であり、黒丸で示す隣接格子点が結果を格納する適切な場所である。右までの変 位は1であるから、0.6 から1を差し引くと−0.4 のオフセットが得られ、これ が新たに累積されるオフセット値である。 第3の好ましい方法では、組合わせステップが視点412に対して後方から前 方へ遂行されると、好ましくは併合が遂行される。この状態を図41に示す。最 も好ましくは、補間ステップにおいて二重線形補間が使用される。また第3の好 ましい方法においては、好ましくは、組合わせステップが視点412に対して前 方から後方へ遂行されると、スライス間線セグメント528の分割が遂行される 。図47は、前・後合成及び前・後処理(即ち、掃引)において分割を使用する 第3の好ましい方法の形状を示している。各スライスが現スライスになり、分割 が発生すると、視点412からサンプル点の現スライス内の格子点(白丸で示さ れている有効ボクセル)を通してサイト線530が投射される。線分割は、両端 に矢印を有する水平の破線(アイテム550)によって表されている。この場合 もx印は、45°を越えたボクセルを表している。 第3の好ましい方法の特に好ましい形状には、三次元バッファ450を、ゾー ン境界542によって分離された複数のゾーンに分割することからなる付加的な ステップが含まれる。本方法の第3の好ましい形状において、三次元バッファ4 50を複数のゾーン540に分割するステップが使用される場合、併合及び分割 はそれらのゾーン540に制限され、好ましくはゾーン境界542を横切って発 生することはない。ゾーン境界542を決定する1つの好ましい方法は、視点4 12から基底面408に関連付けられた画素の境界(ボクセル494の二次元表 現)を通って三次元バッファ450まで伸びる一般化された三次元ピラミッドを 形成することである。図45は簡易化のために二次元で示してあるが、図45の ゾーン540が一般化された三次元ピラミッドであることは理解されよう。ゾー ン540の所与の1つに属するボクセル494にラベル付けするステップを遂行 することも好ましい。例えば、図45において丸で囲まれている全てのボクセル 要素494にはラベル“γ”を与えてそれらがゾーン542の所与の1つに属し ていることを表明し、またこのゾーンのことをゾーンγと命名する。 本発明による方法の第4の好ましい形状においては、組合わせステップの最初 の実行は、複数のサイト線530を、視点412から合成バッファに関連付けら れた隣接スライス536内の位置を通して投射するサブステップを含む(図44 参照)。これらの位置は、合成バッファ内の画素の格子点位置(ボクセル要素4 94の二次元表現)に対応する。サイト線530は、現スライス534と複数の 交点538において交わる。スライス間線セグメント528は、合成バッファ内 の画素の格子点位置から交点538まで伸びる。 更に本方法の第4の好ましい形状では、サンプリングステップは、0次補間、 1次補間、2次補間、3次補間、より高次の補間、及びそれらの適応組合わせの 1つを遂行することによって、ボクセル値を三次元バッファ450から複数の交 点538上にサンプリングすることを含む。この補間は、複数の交点538に隣 接するボクセル位置494に関連付けられたボクセル値の間で遂行される。二重 線形補間が好ましい。本方法は更に、補間及び組合わせの結果を、累積されたオ フセットと共に、合成バッファ内の画素の格子点位置内に格納する付加的ステッ プ(図40参照)を含む。本方法の第4の好ましい形状は更に、図41に関連し て説明済みの2つまたはそれ以上のスライス間線セグメントの併合、または、少 なくとも1つのスライス間線セグメント528の分割の一方を遂行することを含 む。前述したように、併合は、補間及び組合わせの2つまたはそれ以上の結果を 同一格子点位置に格納する試みがなされた時に遂行され、一方分割は、隣接する スライス間線セグメント528が所与の発散しきい値を超えて発散すると遂行さ れる。本方法の第4の好ましい形状は、組合わせステップの最初の実行において 形成されたサイト線530を、その後のスライスを順次掃引する間維持すること を含む。即ち、新しいサイト線は、通常はその後の各スライスが処理される時に は投射されない。しかしながら、通常は併合及び分割の一方が遂行される場合、 新しいサイト線が投射される。併合が遂行される場合には、視点412から同一 格子点位置内の予め選択された位置まで新しいサイト線が生成される(前述)。 一方分割が遂行される場合には、視点412から複合バッファ内の対応する予め 選択された位置まで2つの新しいサイト線が生成される(第3の好ましい方法の 現スライスに関して説明済み、同じ考え方を適用)。併合及び分割に関しては説 明済みである。 最後に、図40に示してあるように、本方法の第4の好ましい形状は、好まし くは、累積されたオフセットが所定の値を超えた時に、補間及び組合わせの結果 を隣接する格子点位置内に格納することを含む。この格納は、累積されたオフセ ットの新しい値と共に行われる。 本方法の第4の好ましい形状では、好ましくは組合わせステップが視点412 に対して後方から前方へ遂行される時に併合が遂行され、一方好ましくは組合わ せステップが視点412に対して前方から後方へ遂行される時に分割が遂行され る。図48は、前・後合成及び前・後処理(即ち、掃引)で分割を使用する第4 の好ましい方法の一形状を示している。各スライスが現スライスになって分割動 作が遂行されると、2つの新しいサイト線530が視点412から合成バッファ スライス内の予め選択された位置552を通して投射される。本図でも線分割は 、両端に矢印を有する水平破線(アイテム550)によって示され、またx印は 45°を越えたボクセルを表している。 第3の好ましい方法と同様に第4の特に好ましい形状は、三次元バッファ45 0を、ゾーン境界542によって分離された複数のゾーン540に分割する付加 的ステップを含む。第4の好ましい方法の場合には、併合及び分割は個々のゾー ン540、及び所与のゾーン542の両側の隣接ゾーンに制限される。従って、 所与のゾーン542の場合の併合及び分割は、その所与のゾーン540の各側の 1つより多くのゾーン境界542を横切って発生することはない。この場合も、 ゾーン及びゾーン境界は、画像の鋭さ及び正確さを強調し、エイリアシングを減 少させるように選択される。また第3の好ましい方法と同様に、好ましくは、ゾ ーン540及びゾーン境界542は、視点412から基底面408に関連付けら れた画素の境界(ボクセル494の二次元表現)を通って三次元バッファ450 内へ伸びる一般化された三次元ピラミッドを形成することによって決定される。 この場合も、ゾーン540の所与の1つに属するこれらのボクセル494に、ラ ベル付けすることができる。 以上の好ましい方法の説明、及び以下の装置の好ましい形状の説明を通して、 遠近投影は無限遠ではない距離にある視点412を用いて得ることができ、一方 平行投影はデータセットから実効的に無限遠距離に視点412を位置決めするこ とによって得ることができることは理解されよう。 本発明による装置を理解するために、図46と共に前述した図20及び22を 参照する。この装置の説明は、上述した方法の説明と共に読むべきである。線ス ライス掃引を介して平行法及び遠近法によりボリュームを実時間で視覚化する装 置は、視点を限定する目視及び処理パラメタに応答する。装置は、視点からの三 次元ボリューム投影画像を生成する。画像は複数の画素を有している。装置は、 三次元バッファ450、グローバル水平通信を提供する画素バス442、複数の 描像パイプライン440、及びメモリ450の一部として構成することができる 制御ユニット454を含んでいる。 三次元バッファ450は複数の離散したボクセルを格納し、各ボクセルはある 位置と、それに関連付けられた少なくとも1つのボクセル値とを有している。三 次元バッファ450は、複数のメモリモジュール438を含む。前述したように 目視及び処理パラメタは、三次元バッファ450の少なくとも1つの基底面と、 三次元バッファ450の最初及び最後の処理スライスとを限定する。 各描像パイプライン440は複数のメモリユニット438の対応する1つと、 画素バス442とに縦に結合されている。各描像パイプライン440は、多くと も2つのその最も近い近傍、即ち両側の近傍と横方向に連絡している。各描像パ イプライン440自体は、二次元(2D)先入れ先出し(FIFO)スライスバ ッファの形状であることができる少なくとも第1のスライスユニット544を含 む。スライスユニット544は、複数のメモリユニット438の対応する1つに 結合されている入力と、出力とを有している。スライスユニット544は、FI FOスライスバッファの形状であるのに加えて、メモリモジュール338内の内 部FIFOであることも、またはメモリモジュール338内に2つのビームを並 列に出力することができる特別な回路を含むこともできる。少なくとも第1のス ライスユニット544は、第1の処理スライスに平行なサンプル点の現スライス を含む(前述)。また少なくとも第1のスライスユニット544は、三次元バッ ファ450からのボクセル値を現スライスのサンプル点上に受け、サンプル点値 を発生する。各描像パイプライン440は更に、少なくとも第1のスライスユニ ットの出力に結合されている入力と、画素バス442に結合されている出力とを 有する合成ユニット464を含む。各描像パイプライン440はまた更に、複数 の画素を有する二次元スライス合成バッファ474を有する。二次元スライス合 成バッファ474の各画素は、それに関連付けられた少なくとも色、透明度(代 替として、不透明度)、及び位置を有している。合成バッファ474は、合成ユ ニット464の出力に結合されている入力と、合成ユニット464の入力へ戻っ て結合されている出力とを有している。 各描像パイプライン440は第1の二重線形(または他の次数)補間ユニット も含む。第1の補間ユニットは入力と出力とを有している。第1の補間ユニット の入力は、図46の補間ユニット472のように、合成バッファの出力に結合す ることができる。代替として補間ユニットの入力は、図46の補間ユニット54 6のように、複数のメモリユニット438の対応する1つに結合することができ る。第1の補間ユニットは出力も有している。この出力は、図46の補間ユニッ ト472のように第1の補間ユニットの入力が合成バッファの出力に結合される 場合には、合成ユニット464の入力に結合することが好ましい。代替として、 第1の補間ユニットの出力は、補間ユニット546のように第1の補間ユニット の入力が複数のメモリユニットの対応する1つに結合される場合には、少なくと も第1のスライスユニット544の入力に結合することができる。 制御ユニット354は、始めに、最初の処理スライスを現スライスとして指定 し、三次元バッファ450のその後のスライスの掃引を制御する。各スライスは 、最後の処理スライスに到達するまで、順番に現スライスになる。合成ユニット 464は、サンプル点値を、最初のスライスユニット544の現スライスと、二 次元スライス合成バッファ474内に含まれるスライスとの間だけに伸びる複数 のスライス間線セグメントに沿う合成バッファ474の画素と組合わせる。 本発明による装置の第1の好ましい形状においては、第1のスライスユニット 544は、格子点と一致するサンプル点を用いて、ボクセル値を三次元バッファ 450からサンプル点の現スライスの格子点上に受ける。スライス間線セグメン トは、視点からサンプル点の現スライスの格子点を通る複数のサイト線投射に沿 って伸びる。スライス間線セグメントは、第1のスライスユニット544内の現 スライスのサンプル点から二次元スライス合成バッファ474内に含まれるスラ イスまで伸びる。スライス間線セグメントは、二次元スライス合成バッファ47 4内に含まれるスライスと複数の交点において交わる。 補間ユニットは、合成バッファ474の出力に結合されている入力と、合成ユ ニット464の入力に結合されている出力とを有している。即ち、図46の47 2で示す補間ユニットの構成を使用する。補間ユニット472は、交点に隣接す る二次元スライス合成バッファ474の画素に関連付けられた信号を受け、合成 ユニット464内の現スライスのサンプル点と組合わせるための補間済みの画素 値を発生する。制御ユニット454は、その後の各スライスが現スライスになる とサイト線を再投射する。 第1の好ましい装置の特に好ましい形状では、各描像パイプライン440は更 に、第1のスライスユニット544の出力に結合されている入力と、出力とを有 する第2のスライスユニット548を含む。第2のスライスユニットは、第1の スライスユニットに関して説明したように、FIFOまたは特別構成のメモリ4 38であることができる。各パイプライン440は、第2のスライスユニット5 48の出力に結合されている入力と、出力とを有するグラディエント計算ユニッ ト468も含むことが好ましい。各描像パイプライン440は更に、グラディエ ント計算ユニット468の出力に結合されている入力と、合成ユニット464の 入力に結合されている出力とを有するシェーディングユニット466を含むこと が好ましい。第2のスライスユニット548は、グラディエント計算ユニット4 68と共に、グラディエント計算のために使用される。 本発明による第2の好ましい装置では、第1の補間ユニットは、三次元バッフ ァ450に結合されている入力と、第1のスライスユニット544の入力に結合 されている出力とを有している。即ち、この補間ユニットは図46のアイテム5 46のように構成されている。更にスライス間線セグメントは、視点から2Dス ライス合成バッファ474内に含まれているスライス内の位置を通る複数のサイ ト線投射に沿って伸びている。これらの位置は、合成バッファ474内の画素の 格子点位置に対応し、サイト線は現スライスと複数の交点において交わる。第1 の補間ユニット546は、複数の交点に隣接するボクセル位置に関連付けられた ボクセル値を受け、これらのボクセル値の間を補間し、複数の交点に関連付けら れた補間済みのボクセル値を発生する。制御ユニット454は、その後の各スラ イスが現スライスになるとサイト線を再投射する。 本発明による装置の第2の好ましい実施例の特に好ましい形状では、複数の各 描像パイプライン440は更に、第1のスライスユニット544の出力に結合さ れている入力、及び出力を有する第2のスライスユニット548と、第2のスラ イスユニット548の出力に結合されている入力、及び出力を有するグラディエ ント計算ユニット468と、グラディエント計算ユニット468の出力に結合さ れている入力、及び合成ユニット464の入力に結合されている出力を有するシ ェーディングユニット466とを含む。第2のスライスユニット548は、前述 したようにFIFOであることも、または特別に構成されたメモリであることも できる。更に、複数の各パイプライン440は、合成バッファ474の出力に結 合されている入力と、合成ユニット464の入力に結合されている出力とを有す る第2の補間ユニット(好ましくは、二重線形)を含むこともできる。即ち、こ の補間ユニット472は、装置の第2の好ましい形状の補間ユニット546と共 に使用することも好ましい。第2のスライスユニット548は、グラディエント 計算ユニット468と共に、グラディエント推定のために使用される。 本発明による装置の第3の好ましい形状においては、第1のスライスユニット 544は、格子点と一致するサンプル点を用いて、ボクセル値を三次元バッファ 450からサンプル点の現スライスの格子点上に受ける。スライス間線セグメン トは、視点からサンプル点の現スライスの格子点を通る複数のサイト線投射に沿 って伸びる。スライス間線セグメントは、スライスユニット544内の現スライ スのサンプル点から、二次元スライス合成バッファ474内に含まれるスライス まで伸びる。スライス間線セグメントは、二次元スライス合成バッファ474内 に含まれるスライスと複数の交点において交わる。 第1の補間ユニット(好ましくは、二重線形)は、合成バッファ474の出力 に結合されている入力と、合成ユニット464の入力に結合されている出力とを 有している。本質的に第1の補間ユニットは図46の472で示す構成である。 第1の補間ユニット472は、交点に隣接する二次元スライス合成バッファ47 4の画素に関連する信号を受け、合成ユニット464内の現スライスのサンプル 点と組合わせるための補間済みの画素値を発生する。補間済み画素値と現スライ スのサンプル点との組合わせの結果は、累積されたオフセットと共に、サイト線 と合成バッファ474との交点に最も近い合成バッファ474内の画素の格子点 位置内に格納される。 更に装置の第3の好ましい形状では、制御ユニット454は、2つまたはそれ 以上のスライス間線セグメントの併合、または少なくとも1つのスライス間線セ グメントの分割の一方を可能にする。制御ユニット454は、例えば合成ユニッ ト464が併合または分割を遂行するように合成ユニット464を適切に制御す る。本明細書を通して、制御ユニットが特定の機能を可能にするという場合は、 この意味が含まれる。方法に関して説明したように、併合は、補間及び組合わせ の2つまたはそれ以上の結果を同一格子点位置に格納する試みがなされると遂行 される。分割は、隣接するスライス間線セグメントが、方法に関して説明したよ うに決定された発散しきい値を越えて発散すると遂行される。 更に、制御ユニット454は、併合及び分割の一方が遂行されている場合を除 いて、その後のスライスの順次掃引の間、サイト線を維持する。制御ユニット4 54は、併合が遂行される場合には、視点から同一格子点位置の近傍内の予め選 択された位置まで新しいサイト線を生成し、分割が遂行される場合には、視点か ら現スライス内の対応する予め選択された位置まで2つの新しいサイト線を生成 する。何れの場合も、これらの予め選択された位置は、方法に関して説明したよ うに決定される。更に制御ユニット454は、累積したオフセットが所定の値を 超えると、補間及び組合わせの結果を隣接する格子点位置の1つに格納する(こ れも方法に関して説明済みである)。この格納は、新しく累積されたオフセット 値と共に行われる。 装置の第3の好ましい形状の特に好ましい形状では、制御ユニット454は、 三次元バッファ350を上述した型のゾーン境界によって分離された複数のゾー ンに分割する。併合及び分割はそれらのゾーンに制限され、ゾーン境界を横切っ て発生することはない。ゾーン及びゾーン境界は、上述したように画像の鋭さ及 び正確さを強調するために選択される。 本発明による装置の第4の好ましい形状では、第1の補間ユニットは、三次元 バッファ450に結合されている入力と、第1のスライスユニット544の入力 に結合されている出力とを有している。即ち、この補間ユニット(好ましくは、 二重線形)は、図46のアイテム546に従って接続されている。更にスライス 間線セグメントは、視点から二次元スライス合成バッファ474内に含まれてい るスライス内の位置を通る複数のサイト線投射に沿って伸びている。これらの位 置は、合成バッファ474内の画素の格子点位置に対応する。サイト線は現スラ イスと複数の交点において交わる。 第1の補間ユニット546は、複数の交点に隣接するボクセル位置に関連付け られたボクセル値を受け、これらのボクセル値の間を補間し、合成バッファ47 4の画素と組合わせるために複数の交点に関連付けられた補間済みのボクセル値 を発生する。組合わせの結果は累積されたオフセットと共に、合成バッファ47 4内の画素の格子点位置に格納される。 更に、制御ユニット454は(前述したように)、スライス間線セグメントの 併合及び分割の一方を可能ならしめる。詳しく述べれば、2つまたはそれ以上の スライス間線セグメントの併合は、補間及び組合わせの2つまたはそれ以上の結 果を同一格子点位置に格納する試みがなされると遂行される。少なくとも1つの スライス間線セグメントの分割は、隣接スライス間線セグメントが発散しきい値 を超えて発散すると遂行される(方法に関して説明済み)。更に、制御ユニット 454は、併合または分割が遂行される場合を除いて、その後のスライスの順次 掃引の間サイト線を維持する。また更に、制御ユニット454は、併合が遂行さ れる場合には、視点から同一格子点位置の近傍内の予め選択された位置まで新し いサイト線を生成し、分割が遂行される場合には、視点から合成バッファ474 内の対応する予め選択された位置まで2つの新しいサイト線を生成する。最後に 、制御ユニット454は、累積したオフセットが所定の値を超えると、補間及び 組合わせの結果を隣接する格子点位置の1つに格納する。この格納は、新しく累 積されたオフセット値と共に行われる。さらなる詳細に関しては、第4の好まし い方法の説明を参照されたい。 第4の好ましい装置の特に好ましい形状では、制御ユニット454は、三次元 バッファ450を上述したようにゾーン境界によって分離された複数のゾーンに 分割する。これもまた上述したように、併合及び分割は、個々のゾーン、及び第 4の好ましい装置の場合は隣接ゾーン(何れかの側の直ぐ隣のゾーン)に制限さ れ、所与のゾーンの場合、その所与のゾーンの各側の1つより多くのゾーン境界 を横切って発生することはない。ゾーン及びゾーン境界は、第4の好ましい方法 に関して上述したように、画像の鋭さ及び正確さを強調し、エイリアシングを減 少させるように選択される。 最後に、本発明による装置は図20に示すように、画素バス442と3Dバッ ファ450との間にグローバルフィードバック接続548を含むことができる。 グローバルフィードバック接続548は、グローバルフィードバックループを形 成している。グローバルフィードバックループは、画素バス442から三次元バ ッファ450への、続いて、例えば描像パイプライン440内の中間段544、 546、548、468、466、474、及び472の何れかへのフィードバ ックを構成している。図22に示す中間段の何れかへのフィードバックも可能で ある。グローバルフィードバックは中間結果の再使用を可能にし、本装置及び方 法の柔軟性を強調する。上述した方法の何れかは、画素バス442から三次元バ ッファ450への、続いて、中間段の何れかへのグローバルフィードバックを設 ける方法ステップを含むことができる。グローバルフィードバックは、所与のパ イプライン440における計算の順序を変化させる目的のために設けることがで きる。パイプラインの端において補間を遂行するように選択することができ、ま たはもしシェードされていないデータを有していれば、入力データをシェードし てそれを元の入力データとしてその後に使用するために立体フレームバッファ4 50内に再格納することもできる。更にまた、パイプラインを1回通過させてデ ータを濾波させ、移行をより滑らかにすることができる。 以上に添付図面を参照して本発明の実施例を説明したが、本発明はこれらの実 施例に精密に限定されるものではなく、当分野に精通していれば、本発明の範囲 または思想から逸脱することなく種々の他の変化及び変更を遂行することが可能 である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,IT,L U,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF ,CG,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE, SN,TD,TG),AP(GH,GM,KE,LS,M W,SD,SZ,UG,ZW),UA(AM,AZ,BY ,KG,KZ,MD,RU,TJ,TM),AL,AM ,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY, CA,CH,CN,CU,CZ,DE,DK,EE,E S,FI,GB,GE,GH,GM,GW,HU,ID ,IL,IS,JP,KE,KG,KP,KR,KZ, LC,LK,LR,LS,LT,LU,LV,MD,M G,MK,MN,MW,MX,NO,NZ,PL,PT ,RO,RU,SD,SE,SG,SI,SK,SL, TJ,TM,TR,TT,UA,UG,UZ,VN,Y U,ZW (72)発明者 ビッター イングマー アメリカ合衆国 ニューヨーク州 11790 ストーニー ブルック ストーニー ブ ルック ロード 1456 【要約の続き】 スと二次元スライス合成バッファ内に含まれるスライス との間だけに伸びる複数のスライス間線セグメントに沿 う合成バッファの画素と組合わされる。本発明の装置及 び方法においてはグラディエントがボクセル位置におい て計算されて正確さを改善し、従来の方法及び装置より も少ないオーバヘッドでよりコンパクトに実現を可能に する。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1) 複数の画素を有する三次元(3D)ボリューム投影画像を生成するための線 スライス掃引方法において、上記画像は視点から生成され、上記方法は3Dバッ ファ内に格納されている離散したボクセルを使用し、上記各ボクセルはそれに関 連付けられた位置及び少なくとも1つのボクセル値を有し、 上記方法は、 (a)目視及び処理パラメタを選択するステップを備え、 上記パラメタは、 上記視点と、 投影の目的に使用される上記3Dバッファの少なくとも1つの基底面と、 上記3Dバッファの最初及び最後の処理スライスと、 を限定し、 (b)複数の画素を有する合成バッファを初期化するステップを備え、 上記各画素は、各々に関連付けられた少なくとも色、透明度、及び位置を有 し、 (c)上記ボクセル値を、上記3Dバッファから上記最初の処理スライスに 平行なサンプル点の現スライス上にサンプリングしてサンプル点値を求めるステ ップを備え、 上記現スライスは、このステップ(c)の最初の実行中の最初の処理スライ スであり、 (d)上記サンプル点値と、複数のスライス間線セグメントに沿う上記合成 バッファの上記画素とを組合わせるステップを備え、 上記セグメントは、上記現スライスと、上記合成バッファに関連付けられた 隣接スライスとの間だけに伸び、 (e)上記最後の処理スライスに到達するまで、上記最初の処理スライスに 平行なその後のサンプル点の各スライスを順次に掃引することによって上記ステ ップ(d)及び(d)を繰り返すステップを備え、 上記その後の各スライスを順番に上記現スライスにする、 ことを特徴とする線スライス掃引方法。 (2) 上記ステップ(c)は、上記ボクセル値を、上記3Dバッファから上記サン プル点の上記現スライスの格子点上へ直接サンプリングすることを含み、上記サ ンプル点は上記格子点に一致し、 上記ステップ(d)は、複数のサイト線を、上記視点から上記サンプル点の 上記現ステップの上記格子点を通して投射するサブステップを含み、上記スライ ス間線セグメントは、上記現スライスの上記サンプル点から上記合成バッファに 関連付けられた上記隣接スライスまで上記サイト線に沿って伸び、上記スライス セグメントは上記隣接スライスと複数の交点において交わり、 上記ステップ(e)は、上記その後の各スライスが上記現スライスになると 上記サイト線を再投射することを含み、 上記方法は更に、 (f)0次補間、 1次補間、 2次補間、 3次補間、 より高次の補間、及び それらの適応組合わせ、 の1つを遂行する付加的なステップを含み、上記補間は、上記交点に隣接する 上記合成バッファの画素間で遂行され、上記現スライスの上記サンプル点と組合 わせるための補間済み画素値を発生するようになっている請求項(1) に記載の線 スライス掃引方法。 (3) 上記ステップ(f)は、上記交点に隣接する上記画素間の二重線形補間を遂 行することを含む請求項(2) に記載の線スライス掃引方法。 (4) 上記視点は上記3Dバッファの前方にあり、 上記最初の処理スライスは上記3Dバッファの前方にあり、 上記最後の処理スライスは上記3Dバッファの後方にあり、 上記ステップ(d)において、上記組合わせが上記視点に対して前方から後 方へ遂行される 請求項(3) に記載の線スライス掃引方法。 (5) 上記視点は上記3Dバッファの前方にあり、 上記最初の処理スライスは上記3Dバッファの後方にあり、 上記最後の処理スライスは上記3Dバッファの前方にあり、 上記ステップ(d)において、上記組合わせが上記視点に対して後方から前 方へ遂行される 請求項(3) に記載の線スライス掃引方法。 (6) 上記視点は上記3Dバッファの後方にあり、 上記最初の処理スライスは上記3Dバッファの前方にあり、 上記最後の処理スライスは上記3Dバッファの後方にあり、 上記ステップ(d)において、上記組合わせが上記視点に対して後方から前 方へ遂行される 請求項(3) に記載の線スライス掃引方法。 (7) 上記視点は上記3Dバッファの後方にあり、 上記最初の処理スライスは上記3Dバッファの後方にあり、 上記最後の処理スライスは上記3Dバッファの前方にあり、 上記ステップ(d)において、上記組合わせが上記視点に対して前方から後 方へ遂行される 請求項(3) に記載の線スライス掃引方法。 (8) 上記ステップ(d)は、複数のサイト線を、上記視点から上記合成バッファ に関連付けられた上記隣接スライス内の位置を通して投射するサブステップを含 み、上記位置は上記合成バッファ内の上記画素の格子点位置に対応し、上記 サイト線は上記現スライスと複数の交点において交わり、 上記ステップ(c)は、 0次補間、 1次補間、 2次補間、 3次補間、 より高次の補間、及び それらの適応組合わせ、 の1つを遂行することによって、上記ボクセル値を、上記3Dバッファから上 記複数の交点上へサンプリングすることを含み、上記補間は上記複数の交点に隣 接するボクセル位置に関連付けられたボクセル値間で遂行され、 上記ステップ(e)は、上記その後の各スライスが上記現スライスになると 上記サイト線を再投射することを含む、 請求項(1) に記載の線スライス掃引方法。 (9) 上記ステップ(c)は、上記複数の交点に隣接する上記ボクセル位置に関連 付けられた上記ボクセル値の間の二重線形補間を遂行することを含む請求項(8) に記載の線スライス掃引方法。 (10)上記視点は上記3Dバッファの前方にあり、 上記最初の処理スライスは上記3Dバッファの前方にあり、 上記最後の処理スライスは上記3Dバッファの後方にあり、 上記ステップ(d)において、上記組合わせが上記視点に対して前方から後 方へ遂行される 請求項(9) に記載の線スライス掃引方法。 (11)上記視点は上記3Dバッファの前方にあり、 上記最初の処理スライスは上記3Dバッファの後方にあり、 上記最後の処理スライスは上記3Dバッファの前方にあり、 上記ステップ(d)において、上記組合わせが上記視点に対して後方から前 方へ遂行される 請求項(9) に記載の線スライス掃引方法。 (12)上記視点は上記3Dバッファの後方にあり、 上記最初の処理スライスは上記3Dバッファの前方にあり、 上記最後の処理スライスは上記3Dバッファの後方にあり、 上記ステップ(d)において、上記組合わせが上記視点に対して後方から前 方へ遂行される 請求項(9) に記載の線スライス掃引方法。 (13)上記視点は上記3Dバッファの後方にあり、 上記最初の処理スライスは上記3Dバッファの後方にあり、 上記最後の処理スライスは上記3Dバッファの前方にあり、 上記ステップ(d)において、上記組合わせが上記視点に対して前方から後 方へ遂行される 請求項(9) に記載の線スライス掃引方法。 (14)上記ステップ(c)は、上記ボクセル値を、上記3Dバッファから上記サン プル点の上記現スライスの格子点上へ直接サンプリングすることを含み、上記サ ンプル点は上記格子点に一致し、 上記ステップ(d)の最初の実行は、複数のサイト線を、上記視点から上記 サンプル点の上記現ステップの上記格子点を通して投射するサブステップを含み 、上記スライス間線セグメントは、上記現スライスの上記サンプル点から上記サ イト線の上記合成バッファとの交点まで伸び、 上記方法は更に、 (f)0次補間、 1次補間、 2次補間、 3次補間、 より高次の補間、及び それらの適応組合わせ、 の1つを上記交点に隣接する上記合成バッファの画素間で遂行して上記現スラ イスの上記サンプル点と組合わせるための補間済み画素値を発生し、上記補間及 び上記ステップ(d)の組合わせの結果を、累積されたオフセットと共に、上記 サイト線と上記合成バッファとの交点に最も近い上記合成バッファ内の上記画素 の格子点位置内に格納する付加的なステップと、 (g)(i) 上記補間及び上記組合わせの2つまたはそれ以上の結果を同一の 格子点位置に格納することが試みられると、2つまたはそれ以上の上記スライス 間線セグメントを併合すること、及び (ii)隣接スライス間線セグメントがある発散しきい値を超えて発散す ると、少なくとも1つの上記スライス間線セグメントを分割すること、 の一方を遂行する付加的なステップと (h)上記併合及び上記分割の一方が遂行される場合を除いて、上記ステッ プ(d)の上記最初の実行中に形成された上記サイト線を、上記その後のスライ スの上記順次掃引の間維持する付加的なステップと、 (i)上記併合が遂行される場合には、上記視点から上記同一格子点位置の 近傍内の予め選択された位置まで新しいサイト線を生成する付加的なステップと 、 (j)上記分割が遂行される場合には、上記視点から上記現スライスの対応 する予め選択された位置まで2つの新しいサイト線を生成する付加的なステップ と、 (k)上記累積されたオフセットが所定の値を超えた場合には、上記補間及 び上記ステップ(d)の組合わせの上記結果を、近接する上記格子点位置の1つ 内に格納し、上記格納を新しい累積されたオフセット値と共に行う付加的なステ ップと、 を備えている請求項(1) に記載の線スライス掃引方法。 (15)上記ステップ(g)は、上記2つまたはそれ以上のスライス間線セグメント の上記併合からなり、 上記ステップ(d)において、上記組合わせは上記視点に対して後方から前 方へ遂行される、 請求項(14)に記載の線スライス掃引方法。 (16)上記ステップ(f)は、上記上記交点に隣接する上記合成バッファの上記画 素間の二重線形補間を遂行することからなる請求項(15)に記載の線スライス掃引 方法。 (17)上記ステップ(g)は、上記少なくとも1つの上記スライス間線セグメント の上記分割からなり、 上記ステップ(d)において、上記組合わせは上記視点に対して前方から後 方へ遂行される、 請求項(14)に記載の線スライス掃引方法。 (18)上記ステップ(f)は、上記交点に隣接する上記合成バッファの上記画素間 の二重線形補間を遂行することからなる請求項(17)に記載の線スライス掃引方法 。 (19)(1)上記3Dバッファを、ゾーン境界によって分離された複数のゾーンに 分割し、上記併合及び分割は上記ゾーンに制限され、上記ゾーン境界を横切って 発生することはなく、上記ゾーン及びゾーン境界は画像の鋭さ及び正確さを強化 するように選択されるステップ、 を更に備えている請求項(14)に記載の線スライス掃引方法。 (20)上記ゾーン境界は、上記視点から上記基底面に関連付けられた画素の境界を 通って上記3Dバッファ内に伸びる一般化された3Dピラミッドを形成するこ とによって決定され、上記方法は更に、 (m)上記ゾーンの所与の1つに属するボクセルにラベル付けするステップ を備えている、 請求項(19)に記載の線スライス掃引方法。 (21)上記ステップ(d)の最初の実行は、複数のサイト線を、上記視点から上記 合成バッファに関連付けられた上記隣接スライス内の位置を通して投射するサブ ステップを含み、上記位置は上記合成バッファ内の上記画素の格子点位置に対応 し、上記スライス間線セグメントは、上記合成バッファ内の上記画素の上記格子 点位置から上記交点まで伸び、 上記ステップ(c)は、 0次補間、 1次補間、 2次補間、 3次補間、 より高次の補間、及び それらの適応組合わせ、 の1つを遂行することによって、上記ボクセル値を、上記3Dバッファから上 記複数の交点上にサンプリングすることを含み、上記補間は上記複数の交点に隣 接する上記ボクセル位置に関連付けられたボクセル値間で遂行され、 上記方法は更に、 (f)上記補間及び上記ステップ(d)の組合わせの結果を、累積されたオ フセットと共に上記合成バッファ内の上記画素の上記格子点位置内に格納する付 加的なステップと、 (g)(i) 上記補間及び上記組合わせの2つまたはそれ以上の結果を同一の 格子点位置に格納することが試みられると、2つまたはそれ以上の上記スライス 間線セグメントを併合すること、及び (ii)隣接スライス間線セグメントがある発散しきい値を超えて発散す ると、少なくとも1つの上記スライス間線セグメントを分割するこ と、 の一方を遂行する付加的なステップと (h)上記併合及び上記分割の一方が遂行される場合を除いて、上記ステッ プ(d)の上記最初の実行中に形成された上記サイト線を、上記その後のスライ スの上記順次掃引の間維持する付加的なステップと、 (i)上記併合が遂行される場合には、上記視点から上記同一格子点位置の 近傍内の予め選択された位置まで新しいサイト線を生成する付加的なステップと 、 (j)上記分割が遂行される場合には、上記視点から上記合成バッファ内の 対応する予め選択された位置まで2つの新しいサイト線を生成する付加的なステ ップと、 (k)上記累積されたオフセットが所定の値を超えた場合には、上記補間及 び上記ステップ(d)の組合わせの上記結果を、隣接する上記格子点位置の1つ 内に格納し、上記格納を新しい累積されたオフセット値と共に行う付加的なステ ップと、 を備えている請求項(1) に記載の線スライス掃引方法。 (22)上記ステップ(g)は、上記2つまたはそれ以上のスライス間線セグメント の上記併合からなり、 上記ステップ(d)において、上記組合わせは上記視点に対して後方から前 方へ遂行される 請求項(21)に記載の線スライス掃引方法。 (23)上記ステップ(f)は、上記複数の上記交点に隣接する上記ボクセル位置に 関連付けられた上記ボクセル値の間の二重線形補間を遂行することからなる請求 項(22)に記載の線スライス掃引方法。 (24)上記ステップ(g)は、上記少なくとも1つの上記スライス間線セグメント の上記分割からなり、 上記ステップ(d)において、上記組合わせは上記視点に対して前方から後 方へ遂行される 請求項(21)に記載の線スライス掃引方法。 (25)上記ステップ(f)は、上記複数の交点に関連付けられた上記ボクセル値の 間の二重線形補間を遂行することからなる請求項(24)に記載の線スライス掃引方 法。 (26)(1)上記3Dバッファを、ゾーン境界によって分離された複数のゾーンに 分割し、上記併合及び分割は上記ゾーンに制限され、所与のゾーンの場合、上記 所与のゾーンの各側で1つより多くの上記ゾーン境界を横切って発生することは なく、上記ゾーン及びゾーン境界は画像の鋭さ及び正確さを強化するように、且 つエイリアシングを減少させるように選択されるステップ、 を更に備えている請求項(21)に記載の線スライス掃引方法。 (27)上記ゾーン境界は、上記視点から上記基底面に関連付けられた画素の境界を 通って上記3Dバッファ内に伸びる一般化された3Dピラミッドを形成すること によって決定され、上記方法は更に、 (m)上記ゾーンの所与の1つに属するボクセルにラベル付けするステップ を備えている 請求項(26)に記載の線スライス掃引方法。 (28)線スライス掃引を介して平行法及び遠近法によりボリュームを実時間で視覚 化する装置において、上記装置は視点を限定する目視及び処理パラメタに応答し 、上記装置は上記視点からの三次元(3D)ボリューム投影画像を生成し、上記 画像は複数の画素を有し、 上記装置は、 (a)複数の離散したボクセルを格納する三次元(3D)バッファを備え、 上記各ボクセルはそれに関連付けられた位置及び少なくとも1つのボクセル値 を有し、上記三次元バッファは複数のメモリユニットを含み、上記目視及び処理 パラメタは上記3Dバッファの少なくとも1つの基底面及び上記3Dバッファの 最初及び最後の処理スライスを限定し、 (b)グローバル水平通信を提供する画素バスを備え、 (c)複数の描像パイプラインを備え、上記各描像パイプラインは上記複数の メモリユニットの対応する1つ及び上記画素バスの両者に縦に結合され、上記各 描像パイプラインは多くともその2つの最も近い近傍との横方向に連絡を取り合 い、上記各描像パイプライン自体は、 (i) 上記複数のメモリユニットの上記対応する1つに結合されている入力 、及び出力を有する少なくとも第1のスライスユニットを含み、上記スライスユ ニットは上記第1の処理スライスと平行なサンプル点の現スライスを含み、上記 スライスユニットは上記3Dバッファから上記サンプル点上にボクセル値を受け てサンプル点値を発生し、 (ii)上記スライスユニットの上記出力に結合されている入力、及び上記画 素バスに結合されている出力を有する合成ユニットを含み、 (iii)複数の画素を有する二次元スライス合成バッファを含み、上記各画 素はそれに関連付けられた少なくとも色、透明度、及び位置を有し、上記合成バ ッファは上記合成ユニットの上記出力に結合されている入力、及び上記合成ユニ ットの上記入力に結合されている出力を有し、 (iv)第1の二重線形補間ユニットを含み、上記二重線形補間ユニットの入 力は、 上記合成バッファの上記出力に、及び 上記複数のメモリユニットの上記対応する1つに、 結合され、上記二重線形補間ユニットの出力は、 上記二重線形補間ユニットの上記入力が上記合成バッファの上記出力に 結合される場合には、上記合成ユニットの上記入力に、及び 上記二重線形補間ユニットの上記入力が上記複数のメモリユニットの上 記対応する1つに結合される場合には、少なくとも第1のスライスユニットの上 記入力に、 結合され、 (d)制御ユニットを備え、上記制御ユニットは先ず上記第1の処理スライ スを上記現スライスとして指定し、上記制御ユニットは上記最後の処理スライス に到達するまで、上記3Dバッファのその後のスライスを現スライスとして掃引 するのを制御し、 上記サンプル点値は、上記合成ユニットにおいて上記合成バッファの上記画 素と組合わされ、上記組合わせは、上記スライスユニット内の上記現スライスと 、上記2Dスライス合成バッファ内に含まれているスライスとの間だけに伸びる 複数のスライス間線セグメントに沿って発生する ことを特徴とする装置。 (29)上記スライスユニットは、上記ボクセル値を、上記3Dバッファから上記サ ンプル点の現スライスの格子点上に直接受け、上記サンプル点は上記格子点に一 致し、 上記スライス間線セグメントは、上記視点から上記サンプル点の上記現スラ イスの上記格子点を通る複数のサイト線投射に沿って伸び、上記スライス間線セ グメントは上記スライスユニット内の上記現スライスの上記サンプル点から上記 2Dスライス合成バッファ内に含まれる上記スライスまで伸び、上記スライス間 線セグメントは上記2Dスライス合成バッファ内に含まれる上記スライスと複数 の交点において交わり、 上記二重線形補間ユニットは、上記合成バッファの上記出力に結合されてい る入力、及び上記合成ユニットの上記入力に結合されている出力を有し、上記二 重線形補間ユニットは、上記交点に隣接する上記2Dスライス合成バッファの画 素に関連付けられた信号を受けて上記合成ユニット内の上記現スライスの上記サ ンプル点と組合わせるための補間済み画素値を発生し、 上記制御ユニットは、上記その後の各スライスが上記現スライスになると上 記サイト線を再投射する 請求項(28)に記載の装置。 (30)上記複数の各描像パイプラインは更に、 (v) 上記第1のスライスユニットの上記出力に結合されている入力、及び 出力を有する第2のスライスユニットと、 (vi)上記第2のスライスユニットの上記出力に結合されている入力、及び 出力を有するグラディエント計算ユニットと、 (vii) 上記グラディエント計算ユニットの上記出力に結合されている入力 、及び上記合成ユニットの上記入力に結合されている出力を有するシェーディン グユニットと、 を含み、上記第2のスライスユニットは、上記グラディエント計算ユニットと 共に、グラディエント推定のために使用される請求項(29)に記載の装置。 (31)上記第1の二重線形補間ユニットは、上記3Dバッファに結合されている入 力、及び上記スライスユニットの上記入力に結合されている出力を有し、 上記スライス間線セグメントは、上記視点から上記2Dスライス合成バッフ ァ内に含まれる上記スライス内の位置を通る複数のサイト線投射に沿って伸び、 上記位置は上記合成バッファ内の上記画素の格子点位置に対応し、上記サイト線 は上記現スライスと複数の交点において交わり、 上記第1の二重線形補間ユニットは、上記複数の交点に隣接するボクセル位 置に関連付けられたボクセル位置を受けて上記ボクセル値の間を補間し、上記複 数の交点に関連付けられた補間済みボクセル値を発生し、 上記制御ユニットは、上記その後の各スライスが上記現スライスになると上 記サイト線を再投射する 請求項(28)に記載の装置。 (32)上記複数の各描像パイプラインは更に、 (v) 上記第1のスライスユニットの上記出力に結合されている入力、及び 出力を有する第2のスライスユニットと、 (vi)上記第2のスライスユニットの上記出力に結合されている入力、及び 出力を有するグラディエント計算ユニットと、 (vii) 上記グラディエント計算ユニットの上記出力に結合されている入力 、及び上記合成ユニットの上記入力に結合されている出力を有するシェーディン グユニットと、 を含む請求項(28)に記載の装置。 (33)上記スライスユニットは、上記ボクセル値を、上記3Dバッファから上記サ ンプル点の上記現スライスの格子点上に直接受け、上記サンプル点は上記格子点 に一致し、 上記スライス間線セグメントは、上記視点から上記サンプル点の上記現スラ イスの上記格子点を通る複数のサイト線投射に沿って伸び、上記スライス間線セ グメントは上記スライスユニット内の上記現スライスの上記サンプル点から上記 2Dスライス合成バッファ内に含まれる上記スライスまで伸び、上記スライス間 線セグメントは上記2Dスライス合成バッファ内に含まれる上記スライスと複数 の交点において交わり、 上記二重線形補間ユニットは、上記合成バッファの上記出力に結合されてい る入力、及び上記合成ユニットの上記入力に結合されている出力を有し、上記二 重線形補間ユニットは、上記交点に隣接する上記2Dスライス合成バッファの画 素に関連付けられた信号を受けて、上記合成ユニット内の上記現スライスの上記 サンプル点と組合わせるための補間済み画素値を発生し、上記補間済み画素値と 上記現スライスの上記サンプル点との上記組合わせの結果は、累積されたオフセ ットと共に、上記サイト線と上記合成バッファとの上記交点に最も近い上記合成 バッファ内の上記画素の格子点位置内に格納され、 上記制御ユニットは、 (i) 上記補間及び上記組合わせの2つまたはそれ以上の上記結果を同一格 子点位置に格納することが試みられると、2つまたはそれ以上の上記スライス間 線セグメントを併合すること、及び (ii)隣接するスライス間線セグメントが発散しきい値を超えて発散すると 、少なくとも1つの上記スライス間線セグメントの分割すること、 の一方を可能にし、 上記併合及び上記分割の一方が遂行される場合を除いて、上記サイト 線を、上記その後のスライスの上記順次掃引の間維持し、 上記併合が遂行される場合には、上記視点から上記同一格子点位置の 近傍内の予め選択された位置まで新しいサイト線を生成し、 上記分割が遂行される場合には、上記視点から上記現スライス内の対 応する予め選択された位置まで2つの新しいサイト線を生成し、 上記累積されたオフセットが所定値を超えると、上記補間及び上記組 合わせの上記結果を、隣接する上記格子点位置の1つ内に格納し、上記格納は新 しい累積されたオフセット値と共に行われる 請求項(28)に記載の装置。 (34)上記制御ユニットは、上記3Dバッファをゾーン境界によって分離された複 数のゾーンに分割し、上記併合及び分割は上記ゾーンに制限され、上記ゾーン境 界を横切って発生することはなく、上記ゾーン及びゾーン境界は画像の鋭さ及び 正確さを強化するように選択されている請求項(33)に記載の装置。 (35)上記第1の二重線形補間ユニットは、上記3Dバッファに結合されている入 力、及び上記スライスユニットの上記に結合されている出力を有し、 上記スライス間線セグメントは、上記視点から上記2Dスライス合成バッフ ア内に含まれる上記スライス内の位置を通って伸びる複数のサイト線投射に沿っ て伸び、上記位置は上記合成バッファ内の上記画素の格子点に対応し、上記サイ ト線は上記現スライスと複数の交点において交わり、 上記第1の二重線形補間ユニットは、上記複数の交点に隣接するボクセル位 置に関連付けられたボクセル値を受けて上記ボクセル値の間を補間し、上記合成 バッファの上記画素と組合わせるための上記複数の交点に関連付けられた補間済 みのボクセル値を発生し、上記組合わせの結果を、累積されたオフセットと共に 、上記合成バッファ内の上記画素の上記格子点位置内に格納し、 上記制御ユニットは、 (i) 上記補間及び上記組合わせの2つまたはそれ以上の上記結果を同一格 子点位置に格納することが試みられると、2つまたはそれ以上の上記スライス間 線セグメントを併合すること、及び (ii)隣接するスライス間線セグメントが発散しきい値を超えて発散すると 、少なくとも1つの上記スライス間線セグメントの分割すること、 の一方を可能にし、 上記併合及び上記分割の一方が遂行される場合を除いて、上記サイト 線を、上記その後のスライスの上記順次掃引の間維持し、 上記併合が遂行される場合には、上記視点から上記同一格子点位置の 近傍内の予め選択された位置まで新しいサイト線を生成し、 上記分割が遂行される場合には、上記視点から上記合成バッファ内の 対応する予め選択された位置まで2つの新しいサイト線を生成し、 上記累積されたオフセットが所定値を超えると、上記補間及び上記組 合わせの上記結果を、隣接する上記格子点位置の1つ内に格納し、上記格納は新 しい累積されたオフセット値と共に行われる 請求項(28)に記載の装置。 (36)上記制御ユニットは、上記3Dバッファをゾーン境界によって分離された複 数のゾーンに分割し、上記併合及び分割は個々のゾーン及び近接するゾーンだけ に制限され、所与のゾーンの場合、上記所与のゾーンの各側で1つより多くの上 記ゾーン境界を横切って発生することはなく、上記ゾーン及びゾーン境界は画像 の鋭さ及び正確さを強化するように、且つエイリアシングを減少させるように選 択される請求項(35)に記載の装置。 (37)(e)上記画素バスと上記3Dバッファとの間のグローバルフィードバック 接続を更に備え、上記グローバルフィードバック接続はグローバルフィードバッ クループを形成し、上記グローバルフィードバックループは上記画素バスから上 記3Dバッファへ、そしてその後に上記複数の描像パイプライン内の何れかの中 間段へフィードバックするように構成されている請求項(28)に記載の装置。
JP10525927A 1997-04-15 1998-04-13 平行法及び遠近法によりボリュームを実時間で視覚化する装置及び方法 Pending JPH11508386A (ja)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US4301397P 1997-04-15 1997-04-15
US08/910,575 US5847711A (en) 1994-09-06 1997-08-01 Apparatus and method for parallel and perspective real-time volume visualization
US08/910,575 1997-08-01
US60/043,013 1997-08-01
PCT/US1998/007405 WO1998047105A1 (en) 1997-04-15 1998-04-13 Apparatus and method for parallel and perspective real-time volume visualization

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH11508386A true JPH11508386A (ja) 1999-07-21

Family

ID=26719915

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP10525927A Pending JPH11508386A (ja) 1997-04-15 1998-04-13 平行法及び遠近法によりボリュームを実時間で視覚化する装置及び方法

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP0992023A4 (ja)
JP (1) JPH11508386A (ja)
AU (1) AU732652B2 (ja)
CA (1) CA2285966A1 (ja)
WO (1) WO1998047105A1 (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000357240A (ja) * 1999-05-20 2000-12-26 Mitsubishi Electric Inf Technol Center America Inc ボリュームレンダリング装置、ボリュームグラフィック集積回路及びボリュームレンダリング集積回路
JP2001022950A (ja) * 1999-05-20 2001-01-26 Mitsubishi Electric Inf Technol Center America Inc ボリュームレンダリンググラフィックボード
JP2001283249A (ja) * 2000-04-03 2001-10-12 Hitachi Medical Corp 画像表示装置
WO2012063653A1 (ja) * 2010-11-12 2012-05-18 株式会社 日立メディコ 医用画像表示装置及び医用画像表示方法

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6313841B1 (en) * 1998-04-13 2001-11-06 Terarecon, Inc. Parallel volume rendering system with a resampling module for parallel and perspective projections
EP1001375A3 (en) * 1998-11-12 2002-01-09 TeraRecon, Inc., A Delaware Corporation Pipelined cropping for manipulating volume data sets in real-time
IL127314A0 (en) * 1998-11-27 1999-09-22 Algotec Systems Ltd A method for forming a perspective rendering from a voxel space
EP1054351A3 (en) * 1999-05-20 2003-06-18 TeraRecon, Inc., A Delaware Corporation Method and apparatus for classifying intensity values of volume data using a reconfigurable look-up table
US7054794B2 (en) 2000-06-01 2006-05-30 Richard David Brunt Color visualisation system
WO2002019936A2 (en) * 2000-09-07 2002-03-14 Cbyon, Inc. Virtual fluoroscopic system and method
EP1209629A1 (en) * 2000-11-28 2002-05-29 TeraRecon, Inc., A Delaware Corporation Early ray termination in a parallel pipelined volume rendering system
US6570952B2 (en) * 2001-02-27 2003-05-27 Siemens Corporate Research, Inc. Memory efficient shear-warp voxel projection algorithm
RU2589386C2 (ru) 2010-11-25 2016-07-10 Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. Устройство прямого проецирования
WO2015156128A1 (ja) * 2014-04-07 2015-10-15 ソニー株式会社 表示制御装置、表示制御方法、及び、プログラム
CN113409436B (zh) * 2021-06-02 2023-10-13 东北大学 一种菱形像素排列的体绘制方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1258923A (en) * 1986-04-14 1989-08-29 Robert A. Drebin Methods and apparatus for imaging volume data
US4827413A (en) * 1987-06-16 1989-05-02 Kabushiki Kaisha Toshiba Modified back-to-front three dimensional reconstruction algorithm
JPH0454682A (ja) * 1990-06-22 1992-02-21 Toshiba Corp 立体画像処理方法及びその装置
US5557711A (en) * 1990-10-17 1996-09-17 Hewlett-Packard Company Apparatus and method for volume rendering
JPH06223198A (ja) * 1993-01-26 1994-08-12 Hitachi Ltd 光線追跡による画像生成装置及び方法
US5594842A (en) * 1994-09-06 1997-01-14 The Research Foundation Of State University Of New York Apparatus and method for real-time volume visualization

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000357240A (ja) * 1999-05-20 2000-12-26 Mitsubishi Electric Inf Technol Center America Inc ボリュームレンダリング装置、ボリュームグラフィック集積回路及びボリュームレンダリング集積回路
JP2001022950A (ja) * 1999-05-20 2001-01-26 Mitsubishi Electric Inf Technol Center America Inc ボリュームレンダリンググラフィックボード
JP2001283249A (ja) * 2000-04-03 2001-10-12 Hitachi Medical Corp 画像表示装置
JP4493151B2 (ja) * 2000-04-03 2010-06-30 株式会社日立メディコ 画像表示装置
WO2012063653A1 (ja) * 2010-11-12 2012-05-18 株式会社 日立メディコ 医用画像表示装置及び医用画像表示方法
JPWO2012063653A1 (ja) * 2010-11-12 2014-05-12 株式会社日立メディコ 医用画像表示装置及び医用画像表示方法

Also Published As

Publication number Publication date
CA2285966A1 (en) 1998-10-22
AU732652B2 (en) 2001-04-26
AU7113998A (en) 1998-11-11
WO1998047105A1 (en) 1998-10-22
EP0992023A4 (en) 2001-04-18
EP0992023A1 (en) 2000-04-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5760781A (en) Apparatus and method for real-time volume visualization
US5594842A (en) Apparatus and method for real-time volume visualization
US8570322B2 (en) Method, system, and computer program product for efficient ray tracing of micropolygon geometry
US6756993B2 (en) Methods and apparatus for rendering images using 3D warping techniques
US7088362B2 (en) Graphic computing apparatus
US9754405B1 (en) System, method and computer-readable medium for organizing and rendering 3D voxel models in a tree structure
US6512517B1 (en) Volume rendering integrated circuit
JPH11508386A (ja) 平行法及び遠近法によりボリュームを実時間で視覚化する装置及び方法
US5757374A (en) Method and apparatus for performing texture mapping
US6532017B1 (en) Volume rendering pipeline
CN110390708A (zh) 渲染光学失真效果的系统与方法及非易失性存储介质
JP2004102998A (ja) グラフィック対象物をチャンク映像に変換し、かつ、映像層を結合して表示画像に換える方法、および、装置
AU4998299A (en) Apparatus and method for real-time volume processing and universal 3d rendering
US7237072B2 (en) Data processor with a built-in memory
Bitter et al. A ray-slice-sweep volume rendering engine
Kaufman et al. A survey of architectures for volume rendering
Popescu Forward rasterization: A reconstruction algorithm for image-based rendering
Schirmacher et al. Efficient Free Form Light Field Rendering.
JP2002140721A (ja) ボリュームレンダリングシステムにおけるレンダリングメモリ
EP1054384A2 (en) Method and apparatus for translating and interfacing voxel memory addresses
Yin et al. Multi-screen Tiled Displayed, Parallel Rendering System for a Large Terrain Dataset.
Juskiw et al. Interactive rendering of volumetric data sets
EP1054385A2 (en) State machine for controlling a voxel memory
JPH09128564A (ja) 画像作成装置および方法
MXPA97001669A (en) Apparatus and method for the display of volume in time r