KR20130076761A - 볼륨 렌더링된 이미지에 대한 광의 방향을 지시하는 방법 및 시스템 - Google Patents

볼륨 렌더링된 이미지에 대한 광의 방향을 지시하는 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

3D 데이터와 상호 작용하는 시스템(100)은 디스플레이 장치(108), 사용자 입력(106), 및 디스플레이 장치(108) 및 사용자 입력(106)에 통신 가능하게 연결되는 프로세서(104)를 포함한다. 프로세서(104)는 3D 데이터 세트에 기초하여 광의 방향으로부터 쉐이딩되는 볼륨 렌더링된 이미지(402)를 생성하도록 구성된다. 프로세서(104)는 볼륨 렌더링된 이미지(402) 및 입체의 모델(406)을 동시에 디스플레이 장치(108)에 표시하도록 구성된다. 프로세서(104)는 볼륨 렌더링된 이미지(402)를 쉐이딩하기 위해 이용된 광의 방향을 나타내도록 입체의 모델(406)에 대한 위치에 광의 방향 지시기(405)를 표시하도록 구성된다.

Description

볼륨 렌더링된 이미지에 대한 광의 방향을 지시하는 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR INDICATING LIGHT DIRECTION FOR A VOLUME-RENDERED IMAGE}
본 발명은 일반적으로 볼륨 렌더링된 이미지(volume-rendered image)를 쉐이딩(shading)하기 위해 이용되는 광의 방향을 나타내기 위해 광의 방향 지시기를 표시하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
볼륨 렌더링된 이미지는 특히 의료 영상 분야에서 3D 데이터 세트를 나타내는데 매우 유용하다. 볼륨 렌더링된 이미지는 전형적으로 3D 데이터 세트의 2D 표현이다. 현재, 볼륨 렌더링된 이미지를 생성하기 위한 많은 서로 다른 기술이 있다. 이러한 기술 중 하나인 레이 캐스팅(ray-casting)은 3D 데이터 세트를 통해 많은 광선을 투사하는 것을 포함한다. 광선의 각각을 따른 데이터는 샘플링되며, 그 후 색상 및 투명도로 매핑된다. 그 다음, 데이터는 광선의 각각을 따라 축적된다. 한 일반적인 기술에 따르면, 광선의 각각을 따라 축적된 데이터는 볼륨 렌더링된 이미지의 픽셀로 표시된다. 깊이 및 원근(perspective)의 추가적인 감각을 획득하기 위해, 볼륨 렌더링된 이미지는 종종 광의 방향에 기초하여 쉐이딩된다. 쉐이딩은 뷰어(viewer)가 더욱 쉽게 이해하며 볼륨 렌더링된 이미지에 나타낸 객체의 진정한 3차원 형상을 시각화하는 것을 돕는다. 기존의 쉐이딩 알고리즘에 따르면, 쉐이딩은 볼륨 렌더링된 이미지에서 구조 또는 표면의 상대 측위(relative positioning)를 전달하기 위해 볼륨 렌더링된 이미지와 함께 이용될 수 있다.
일부 기존의 시스템은 볼륨 렌더링된 이미지에서 하나 이상의 목표가 된 특징(targeted features)을 더욱 명확하게 예시하기 위해 사용자가 광의 방향을 변경할 수 있도록 해준다. 그러나, 광의 방향이 3차원의 어떤 각 위치(angular position)에서 선택될 수 있으며 디스플레이가 단지 2차원이므로, 사용자가 볼륨 렌더링된 이미지의 쉐이딩을 결정하기 위해 이용되는 현재의 광의 방향을 신속하게 이해하는 것이 종종 곤란하다. 게다가, 사용자는 특정 제어 입력이 볼륨 렌더링된 이미지에 대해 광의 방향을 조정하는 방법을 정확하게 시각화하는 것이 곤란할 수 있다.
그래서, 이러한 및 다른 이유로, 볼륨 렌더링된 이미지에 대한 광의 방향을 지시하는 개선된 시스템 및 방법이 요망된다.
상술한 결점, 단점 및 문제는 여기서 다루어지며, 이는 이하의 명세서를 판독하며 이해함에 의해 이해될 것이다.
실시예에서, 볼륨 렌더링 방법은 3D 데이터 세트로부터 볼륨 렌더링된 이미지를 생성하는 단계를 포함하며, 볼륨 렌더링된 이미지는 광의 방향에서 쉐이딩된다. 방법은 볼륨 렌더링된 이미지와 동시에 입체의(solid) 모델을 표시하는 단계를 포함한다. 방법은 입체의 모델에 대해 광의 방향 지시기를 표시하는 단계를 포함하며, 입체의 모델에 대한 광의 방향 지시기의 위치는 볼륨 렌더링된 이미지를 쉐이딩하기 위해 이용되는 광의 방향에 대응한다.
다른 실시예에서, 볼륨 렌더링 방법은 제 1 광의 방향에서 쉐이딩되는 볼륨 렌더링된 이미지를 표시하는 단계, 및 볼륨 렌더링된 이미지와 동시에 입체의 모델을 표시하는 단계를 포함한다. 방법은 입체의 모델에 대한 제 1 위치에서 광원 지시기를 표시하는 단계를 포함한다. 광원 지시기의 제 1 위치는 볼륨 렌더링된 이미지를 쉐이딩하기 위해 이용되는 제 1 광의 방향에 대응한다. 방법은 사용자 인터페이스로 광원 지시기를 입체의 모델에 대한 제 2 위치로 이동하는 단계를 포함한다. 방법은 입체의 모델에 대해 광원 지시기의 제 2 위치와 대응하도록 볼륨 렌더링된 이미지의 쉐이딩을 자동으로 업데이트하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에서, 3D 데이터 세트와 상호 작용하는 시스템은 디스플레이 장치, 메모리, 사용자 입력, 및 표시 장치, 메모리 및 사용자 입력과 통신하도록 구성된 프로세서를 포함한다. 프로세서는 디스플레이 장치, 메모리 및 사용자 입력에 통신 가능하게 연결되며, 프로세서는 메모리로부터 3D 데이터 세트에 액세스하고, 광의 방향에서 쉐이딩되는 3D 데이터 세트로부터 볼륨 렌더링된 이미지를 생성하며, 디스플레이 장치에 볼륨 렌더링된 이미지를 표시하도록 구성된다. 프로세서는 볼륨 렌더링된 이미지와 동시에 입체의 모델을 표시하도록 구성된다. 프로세서는 볼륨 렌더링된 이미지를 쉐이딩하기 위해 이용되는 광의 방향을 지시하도록 입체의 모델에 대한 위치에 광원 지시기를 표시하도록 구성된다.
본 발명의 여러 다른 특징, 목적 및 이점은 첨부된 도면 및 상세한 설명으로부터 당업자에게 명백하게 될 것이다.
도 1은 실시예에 따라 3D 데이터와 상호 작용하는 시스템의 개략도이다.
도 2는 실시예에 따라 볼륨 렌더링된 이미지를 생성하는데 이용될 수 있는 기하학적 형상의 개략도이다.
도 3은 실시예에 따른 방법(300)을 도시한 흐름도이다.
도 4는 실시예에 따른 디스플레이 장치의 스크린 샷(screen shot)의 개략도이다.
도 5는 실시예에 따라 제 1 위치에서 광원 아이콘을 가진 광 네비게이터의 개략도이다.
도 6은 실시예에 따라 제 2 위치에서 광원 아이콘을 가진 광 네비게이터의 개략도이다.
도 7은 실시예에 따라 제 3 위치에서 광원 아이콘을 가진 광 네비게이터의 개략도이다.
다음의 상세한 설명에서, 이의 일부를 형성하는 첨부된 도면이 참조되며, 이러한 도면에는 실시될 수 있는 특정 실시예가 예시적으로 도시된다. 이러한 실시예는 당업자가 실시예를 실시할 수 있도록 충분히 상세하게 설명되며, 다른 실시예가 이용될 수 있으며 실시예의 범위로부터 벗어나지 않으면서 논리적, 기계적, 전기적 및 다른 변경이 이루어질 수 있다는 점이 이해되어야 한다. 따라서, 다음의 상세한 설명은 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다.
도 1은 실시예에 따른 볼륨(volumetric) 또는 3D 데이터와 상호 작용하는 시스템의 개략도이다. 시스템(100)은 메모리(102), 프로세서(104), 사용자 입력(106) 및 디스플레이 장치(108)를 포함한다. 메모리(102)는 하드 드라이브, 플래시 메모리, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 읽기 전용 메모리(ROM), 콤팩트 디스크(CD) 및 콤팩트 디스크 읽기 전용 메모리(CD-ROM)를 포함하지만 이에 제한되지 않는 디지털 데이터 저장을 위한 어떤 알려진 매체를 포함할 수 있다. 프로세서(104)는 메모리에 통신 가능하게 연결된다. 프로세서(104)는 하나 이상의 별도의 처리 구성 요소를 포함할 수 있다. 예를 들면, 프로세서(104)는 중앙 처리 장치(CPU), 마이크로프로세서, 그래픽 처리 장치(GPU), 또는 특정 논리적 명령어에 따라 입력된 데이터를 처리 할 수 있는 어떤 다른 전자적 구성 요소를 포함할 수 있다. CPU를 포함하는 프로세서를 갖는다는 것은 볼륨 렌더링 대형 3D 데이터 세트와 같이 계산 집중적인 동작(computation-intensive operation)에 유리할 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 메모리(102)는 프로세서(104)와 함께 위치될 수 있다. 그러나, 다른 실시예에 따르면, 메모리(102)는 프로세서(104)에 대해 원격적으로 위치될 수 있으며, 무선 네트워크, 인터넷 또는 인트라넷을 포함하는 기술을 통해 액세스될 수 있다.
사용자 입력(106)은 프로세서(104)에 통신 가능하게 연결된다. 사용자 입력(106)은 예시적인 실시예에 따른 트랙볼 및 하나 이상의 버튼을 포함할 수 있다. 그러나, 다른 실시예에 따르면, 사용자 입력(106)은 하나 이상의 마우스, 트랙 패드, 터치 스크린, 로터리 제어 장치, 또는 정의된 기능을 가진 하드 또는 소프트 키의 분류(assortment)를 포함할 수 있다. 디스플레이 장치(108)는 또한 프로세서(104)에 통신 가능하게 연결된다. 디스플레이 장치(108)는 모니터, LCD 스크린, LED 스크린, 프로젝터, 또는 볼륨 렌더링된 이미지를 표시하는데 적절한 어떤 다른 장치와 같은 모니터 또는 디스플레이를 포함할 수 있다. 다른 실시예는 2 이상의 LED 스크린과 같은 다수의 디스플레이 장치를 포함할 수 있다.
시스템(100)은 선택적으로 하나 이상의 3D 데이터 세트를 획득하도록 구성되는 획득 장치(110)를 포함할 수 있다. 획득 장치(110)는 3D 데이터를 획득하도록 구성된 어떤 장치를 포함할 수 있다. 예를 들면, 획득 장치(110)는 계산된 단층 촬영(CT) 시스템, 자기 공명 단층 촬영(MR) 시스템, 초음파 시스템, 핵 의학 시스템, 양전자 방출 단층 촬영(PET) 시스템, 또는 광학 영상화와 같은 3D 데이터를 획득할 수 있는 어떤 다른 영상화 양식(imaging modality)과 같은 의료 영상 장치를 포함할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 획득 시스템은 3D 데이터를 획득할 수 있는 비의료 장치를 포함할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 시스템(100)은 시스템(100)으로부터 분리된 장치로 획득되거나 생성되는 하나 이상의 3D 데이터 세트를 수신할 수 있다.
도 2는 실시예에 따라 볼륨 렌더링된 이미지를 생성하는데 이용될 수 있는 기하학적 형상의 개략도이다. 도 2는 3D 데이터 세트(150) 및 뷰 평면(view plane)(154)을 포함한다.
도 1 및 도 2의 양방을 참조하면, 프로세서(104)는 다수의 서로 다른 기술에 따라 볼륨 렌더링된 이미지를 생성할 수 있다. 예시적인 실시예에 따르면, 프로세서(104)는 뷰 평면(154)으로부터 레이 캐스팅 기술을 통해 볼륨 렌더링된 이미지를 생성할 수 있다. 프로세서(104)는 다수의 평행 광선을 뷰 평면(154)에서 3D 데이터 세트(150)로 캐스팅할 수 있다. 도 2는 뷰 평면(154)을 바운딩(bounding)하는 광선(156), 광선(158), 광선(160) 및 광선(162)을 도시한다. 뷰 평면(154) 내의 모든 픽셀에 값을 할당하기 위해 추가적인 광선이 캐스팅될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 3D 데이터 세트(150)는 각 복셀(voxel) 또는 볼륨 요소에 값 또는 강도가 할당되는 복셀 데이터를 포함한다. 일부 실시예에 따르면, 각 복셀에는 또한 불투명도(opacity)가 할당될 수 있다. 실시예에 따르면, 프로세서(104)는 광선에 의해 교차되는 뷰 평면(154)의 각 픽셀에 값을 할당하기 위해 볼륨 구성을 위한 표준 "전면 대 후면(front-to-back)" 기술을 이용할 수 있다. 예를 들면, 이미지가 관찰되는 방향인 전면에서 시작하면, 대응하는 광선을 따른 모든 복셀의 강도가 합산될 수 있다. 그 후, 선택적으로, 이러한 강도는 광선을 따라 복셀에 대응하는 불투명도와 곱해져 불투명도 가중된 값(opacity-weighted value)을 생성할 수 있다. 그 후, 이러한 불투명도 가중된 값은 각각의 광선(163)을 따라 전면 대 후면 방향으로 축적된다. 이러한 프로세스는 볼륨 렌더링된 이미지를 생성하기 위해 뷰 평면(154)의 각각의 픽셀(163)에 대해 반복된다. 실시예에 따르면, 뷰 평면(154)으로부터의 픽셀 값은 볼륨 렌더링된 이미지로 표시될 수 있다. 볼륨 렌더링 알고리즘은 0(완전 투명)의 불투명도에서 1.0(완전 불투명)으로 점진적 전환을 제공하는 불투명도 함수를 이용하도록 구성될 수 있다. 볼륨 렌더링 알고리즘은 뷰 평면(154)의 각각의 픽셀(163)에 값을 할당할 때에 각각의 광선을 따라 복셀의 불투명도를 팩터(factor)할 수 있다. 예를 들면, 1.0에 가까운 불투명도를 가진 복셀은 광선을 따라 더 복셀로부터 기여(contribution)의 대부분을 차단하지만, 0에 더 가까운 불투명도를 가진 복셀은 광선을 따라 더 복셀로부터 기여의 대부분을 허용할 것이다. 게다가, 표면을 시각화할 때, 임계값 동작이 수행될 수 있으며, 여기서 복셀의 불투명도가 이러한 값에 기초하여 재할당된다. 예시적인 임계값 동작에 따르면, 임계값 위의 값을 가진 복셀의 불투명도는 1.0으로 설정될 수 있지만, 임계값 아래의 값을 가진 복셀의 불투명도를 가진 복셀은 0으로 설정될 수 있다. 임계값 방식의 다른 타입이 또한 이용될 수 있다. 예를 들면, 불투명도 함수가 이용될 수 있는데, 여기서 명백히 임계값 위에 있는 복셀은 (불투명한) 1.0으로 설정되고, 명백히 임계값 아래에 있는 복셀은 (투명한) 0으로 설정된다. 그러나, 불투명도 함수는 0 및 1.0과 다른 불투명도를 임계값에 가까운 값을 가진 복셀에 할당하는데 이용될 수 있다. 이러한 "전환 영역(transition zone)"은 간단한 이진 임계값 알고리즘을 이용할 때 발생할 수 있는 아티팩트(artifact)를 줄이는데 이용될 수 있다. 예를 들면, 불투명도를 값으로 매핑하는 선형 함수는 "전환 영역"에서 값을 가진 복셀에 불투명도를 할당하는데 이용될 수 있다. 0에서 1.0으로 진행하는 다른 타입의 함수가 또한 이용될 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 상술한 것과 다른 볼륨 렌더링 기술은 또한 3D 데이터 세트로부터 볼륨 렌더링된 이미지를 생성하기 위해 이용될 수 있다.
볼륨 렌더링된 이미지는 사용자에게 보다 더 깊이의 지각을 제공하기 위해 쉐이딩될 수 있다. 예를 들면, 다수의 표면은 3D 데이터 세트에 기초하여 정의될 수 있다. 그 다음, 예시적인 실시예에 따르면, 기울기는 각각의 픽셀에서 계산될 수 있다. 그 후, (도 1에 도시된) 프로세서(104)는 픽셀의 각각에 대응하는 표면의 위치에서 광의 반사를 계산하여, 기울기 및 특정 광의 방향에 기초하여 표준 쉐이딩 방법을 적용할 수 있다.
도 3은 실시예에 따른 방법(300)을 도시한 흐름도이다. 개별적인 블록은 방법(300)에 따라 수행될 수 있는 단계를 나타낸다. 방법(300)의 기술적인 효과는 볼륨 렌더링된 이미지의 쉐이딩를 결정하는데 이용되는 광의 방향을 나타내기 위해 광의 방향 지시기 및 입체의 모델을 표시한다.
도 4는 실시예에 따른 디스플레이 장치의 스크린 샷의 개략도이다. 스크린 샷(400)은 볼륨 렌더링된 이미지(402) 및 광 네비게이터(409)를 포함한다. 광 네비게이터(409)는 스케일 볼륨 렌더링된 이미지(404), 광의 방향 지시기(405) 및 입체의 모델(406)을 포함한다. 이러한 개시물을 위해, 용어 "광 네비게이터"는 광의 방향 지시기 및 입체의 모델의 조합을 포함하도록 정의된다. 광 네비게이터(409)는 또한 도 4의 실시예에 도시된 바와 같이 일부 실시예에 따른 스케일 볼륨 렌더링된 이미지(404)를 포함할 수 있다. 스크린 샷(400)에 관한 추가적인 상세 사항은 이하 설명될 것이다.
도 1, 3 및 4를 참조하면, 방법의 단계(302)에서, 프로세서(104)는 3D 데이터 세트에 액세스한다. 이전에 설명한 바와 같이, 3D 데이터 세트는 예시적인 실시예에 따른 의료 이미징 장치로부터 액세스될 수 있다. 3D 데이터 세트는 각 복셀이 강도에 대응하는 값을 할당받는 복셀 데이터를 포함할 수 있다. 단계(304)에서, 프로세서(104)는 3D 데이터 세트로부터 볼륨 렌더링된 이미지를 생성한다. 실시예에 따르면, 프로세서(104)는 도 2에 대해 설명된 기술 중 하나에 따라 볼륨 렌더링된 이미지를 생성할 수 있다. 단계(304) 중에 볼륨 렌더링된 이미지의 생성의 부분으로서, 프로세서(104)는 볼륨 렌더링된 이미지의 쉐이딩을 결정한다. 도 2에 대해 상술한 바와 같이, 이미지의 쉐이딩은 특정 광의 방향으로부터의 광이 얼마나 볼륨 렌더링된 이미지에 나타낸 구조와 상호 작용하는 지를 계산하는 것을 포함할 수 있다. 쉐이딩을 제어하는 알고리즘은 볼륨 렌더링된 이미지에 나타낸 표면의 지향성(orientation)에 기초하여 광이 얼마나 반사하고, 굴절하며, 확산하는지를 계산할 수 있다. 광의 방향의 지향성은 볼륨 렌더링된 이미지가 쉐이딩되는 방법에 직접 영향을 미친다. 볼륨 렌더링된 이미지의 쉐이딩은 당업자에 의해 잘 알려져 있어, 추가적으로 상세히 설명되지 않는다.
단계(306)에서, 프로세서(104)는 단계(304) 동안에 생성된 볼륨 렌더링된 이미지를 디스플레이 장치(108)에 표시한다. (도 4에 도시된) 볼륨 렌더링된 이미지(402)는 실시예에 따라 생성되어 표시될 수 있는 볼륨 렌더링된 이미지의 일례이다. 이하, 방법(300)은 도 4에 도시된 예시적인 실시예에 따라 설명될 것이다. 다른 실시예는 예시적인 실시예와 다를 수 있다는 것이 당업자에 의해 이해되어야 한다.
도 1, 3 및 4를 참조하면, 단계(308)에서, 프로세서(104)는 입체의 모델(406)과 같은 입체의 모델을 표시한다. 입체의 모델(406)은 도 4에 도시된 실시 예에 따른 구형의 모델일 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 입체의 모델은 서로 다른 형상의 모델, 일반적으로 볼록 외부 표면을 가진 타원형 또는 다른 형상의 그런 모델을 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 입체의 모델은 일반적으로 평활한 외부 표면을 가진 어떤 형상의 모델을 포함할 수 있다. 그 다음, 단계(310)에서, 프로세서(104)는 광의 방향 지시기(405)와 같은 광의 방향 지시기를 표시한다. 실시예에 따르면, 광의 방향 지시기(405)는 광원 아이콘(408) 및 하이라이트(411)의 양방을 포함할 수 있다. 광원 아이콘(408)은 볼륨 렌더링된 이미지(402)를 쉐이딩하는데 이용되는 광의 방향을 나타낸다. 실시예에 따르면, 광원 아이콘(408)은 화살표 머리(415)를 가진 화살표의 모델(413)일 수 있다. 광원 아이콘(408)은 사용자가 대향 단부로부터 한 단부를 명확하게 식별할 수 있도록 지향하거나 형상화되는 다각형 모델의 표현을 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 지향성 모델은 볼륨 렌더링된 이미지를 쉐이딩하는데 이용되는 광의 방향을 명확하게 나타내는데 이용될 수 있다. 하이라이트(411)는 입체의 모델(406)의 밝은 영역을 포함한다. 하이라이트(411)는 광의 방향으로부터의 입체의 모델의 조명으로 인해 증가된 반사율의 영역을 나타낼 수 있다. 하이라이트(411)는 입체의 모델(406)의 렌더링의 부분으로 포함될 수 있다.
선택적으로, (도 1에 도시된) 프로세서(104)는 스케일 볼륨 렌더링된 이미지(404)와 같은 스케일 볼륨 렌더링된 이미지를 생성하여 표시할 수 있다. 스케일 볼륨 렌더링된 이미지(404)는 볼륨 렌더링된 이미지(402)의 작은 표현이다. 스케일 볼륨 렌더링된 이미지(404)는 볼륨 렌더링된 이미지(402)와 동일한 원근에서 나타낸다. 일부 실시예에 따르면, 스케일 볼륨 렌더링된 이미지(404)는 선택적으로 볼륨 렌더링된 이미지(402)와 동일한 상대 광의 방향에 따라 동일한 방식으로 쉐이딩될 수 있다. 즉, 볼륨 렌더링된 이미지(402)에 대한 광의 방향의 위치는 스케일 볼륨 렌더링된 이미지(404)에 대한 광의 방향의 위치와 동일하다. 도 4에 도시된 실시예에 따르면, 광원 아이콘(408)에 의해 나타낸 바와 같이 광의 방향은 상위 좌측에서 나온다. 도 4에서 광의 방향은 또한 전면 측에서 약간 나온다. 이러한 개시물을 위해, 용어 "전면 측(front side)" 및 "후면 측(back side)"는 이미지에 대한 광의 방향의 지향성을 설명하는데 이용될 것이다. 뷰 방향은 사용자가 이미지를 관찰하는 방향이다. 뷰 방향은 전형적으로 사용자로부터 디스플레이 장치로의 방향에서 디스플레이 장치에 수직이다. 이러한 개시물을 위해, 용어 "전면 측"은 뷰 방향에서 볼 수 있는 모델 또는 볼륨 렌더링 내의 표면을 포함하도록 정의된다. 대조적으로, 이러한 개시물을 위해, 용어 "후면 측"은 뷰 방향으로부터의 180도 방향에서 볼 수 있는 모델 또는 볼륨 렌더링 내의 표면을 포함하도록 정의된다. 볼륨 렌더링 이미지(402), 스케일 볼륨 렌더링된 이미지(404), 광원 아이콘(408) 및 입체의 모델(406)이 모두 볼륨 렌더링될 수 있으므로, 용어 "전면 측" 및 "후면 측"은 상술한 요소 중 어느 하나에 적용될 수 있다. 그래서, 쉐이딩(410)은 볼륨 렌더링된 이미지(402)의 오른쪽 하부 측에 나타낸다. 스크린 샷(400)의 개략도에 도시되지 않지만, 볼륨 렌더링된 이미지(402)의 쉐이딩은 반사 영역을 포함하고, 더 미묘한(subtle) 효과도 포함할 수 있다. 게다가, 쉐이딩은 광의 방향에 기초하여 확산 쉐이딩 및 정반사(specular) 쉐이딩 중 하나 또는 양방을 포함할 수 있다.
입체의 모델(406) 및 광원 아이콘(408)은 모두 실시예에 따라 다각형 모델로부터 생성될 수 있다. 광원 아이콘(408)을 생성하기 위해 다각형 모델을 이용하면은 (도 1에 도시된) 프로세서(104)가 입체의 모델(406)에 대해 다양한 서로 다른 원근으로부터 광원 아이콘(408)의 3차원성을 정확하게 묘사할 수 있다. 실시예에 따르면, 광원 아이콘(408)이 스케일 볼륨 렌더링된 이미지(404) 및 입체의 모델(406)에 대해 다양한 서로 다른 위치에 도시될 수 있다. 실시예에 따르면, 광원 아이콘(408) 또는 하이라이트(411)가 입체의 모델(406)의 후면 측에 있을 때에도 뷰어가 광원 아이콘(408) 및/또는 하이라이트(411)의 위치를 볼 수 있도록 하기 위해 입체의 모델(406)은 투명 또는 반투명할 수 있다. (도 1에 도시된) 프로세서 (104)는 광원 아이콘(408)의 지향성에 관한 더 나은 원근감을 사용자에게 제공하기 위해 약간의 쉐이딩을 광원 아이콘(408)에 적용할 수 있다.
그 다음, 단계(315)에서, 사용자가 광의 방향 지시기(405)를 이동하기를 원하는지를 판단한다. 광의 방향 지시기(405)를 이동하기를 원하지 않으면, 방법은 종료한다. 그러나, 광의 방향 지시기(405)를 이동하기를 원하면, 방법(300)은 단계(316)로 진행한다. 단계(316)에서, 사용자는 광의 방향 지시기(405)의 위치를 변경하기 위해 (도 1에 도시된) 사용자 입력(106)을 통해 명령을 입력할 수 있다. 사용자는 사용자 입력(106)을 이용하여 광의 방향 지시기(405)의 위치를 이동할 수 있다. 예시적인 실시예에 따르면, 사용자 입력(106)은 가상 트랙볼의 역할을 하도록 구성되는 트랙볼 또는 마우스를 포함할 수 있다. 예를 들면, 마우스 또는 트랙볼의 움직임은 광의 방향 지시기(405)의 회전을 제어하는 가상 트랙볼에 투사될 수 있다. 사용자 입력(106)으로부터의 병진 움직임(translation movement)은 병진 움직임의 방향으로 가상 트랙볼을 회전시킨다. 예를 들면, 스크린 샷(400)에 나타낸 실시예에 따르면, 광의 방향 지시기(405)는 광원 아이콘(408) 및 하이라이트(411)의 양방을 포함한다. 가상 트랙볼은 입체의 모델(406)에 대해 광원 아이콘(408) 및 하이라이트(411)의 위치를 제어할 수 있다. 예를 들면, 광원 아이콘(408) 및 하이라이트(411)의 양방은 가상 트랙볼의 회전에 기초하여 실시간으로 회전 방식으로 입체의 모델(406)에 대해 회전될 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 사용자 입력은 트랙볼을 포함할 수 있다. 트랙볼의 움직임은 직접 가상 트랙볼에 매핑될 수 있다. 즉, 스크린에서 포인터의 병진을 간단히 제어하는 대신에, (도 1에 도시된) 프로세서(104)는 트랙볼로 사용자의 움직임을 반영하는 입체의 모델(406)에 대해 회전 방식으로 광의 방향 지시기(405)를 이동시킬 수 있다. 사용자가 트랙볼 또는 가상 트랙볼을 이용하여 3차원으로 광의 방향을 제어하는 것은 매우 쉽다. 어느 실시예에 따르면, 사용자는 가상 트랙볼로서 사용자 입력(106)의 기능을 초기화하기 위해 예컨대 (도 4에 도시된) 광의 네비게이터(409)를 통해 버튼을 선택하거나 특정 위치에 커서, 포인터 또는 아이콘을 배치할 필요가 있을 수 있다. 사용자 입력(106)은 다른 실시예에 따른 다른 방식으로 광의 방향을 제어할 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
실시예에 따르면, 프로세서(104)는 단계(304) 동안에 볼륨 렌더링된 이미지(402)를 쉐이딩하는데 이용된 동일한 광의 방향에 기초하여 스케일 볼륨 렌더링된 이미지(404)를 쉐이딩할 수 있다. 예를 들면, 상술한 바와 같이, 스케일 볼륨 렌더링된 이미지(404)는 볼륨 렌더링된 이미지(402)의 작은 버전일 수 있다. 이것은 스케일 볼륨 렌더링된 이미지(404)가 볼륨 렌더링된 이미지(402)와 동일한 지향성으로 동일한 구조를 보여준다는 것을 의미한다. 게다가, 실시예에 따르면, 쉐이딩은 동일한 상대적 광의 방향에 기초하여 볼륨 렌더링된 이미지(402) 및 스케일 볼륨 렌더링된 이미지(404)에 적용될 수 있다. 즉, 스케일 볼륨 렌더링된 이미지(404) 상의 쉐이딩은 볼륨 렌더링된 이미지(402) 상의 쉐이딩을 생성하는데 이용되는 광의 방향과 동일한 광의 방향에 기초할 수 있다. 그것은 스케일 볼륨 렌더링된 이미지(404)에 대한 쉐이딩을 독립적으로 계산하는데 필요하지 않을 수 있다는 것이 당업자에 의해 이해되어야 한다. 대신에, 프로세서(104)는 스케일 볼륨 렌더링된 이미지(404)로서 어떤 쉐이딩을 포함하는 볼륨 렌더링된 이미지(402)의 작은 버전을 이용할 수 있다. 결과적으로, 쉐이딩은 볼륨 렌더링된 이미지(402) 및 스케일 볼륨 렌더링된 이미지(404)의 양방에서 동일할 수 있다. 또한, 스케일 볼륨 렌더링된 이미지(404)가 볼륨 렌더링된 이미지(402)보다 작으므로, 스케일 볼륨 렌더링된 이미지(404)는 볼륨 렌더링된 이미지(402)보다 해상도를 낮게 할 필요가 있을 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
실시예에 따르면, 쉐이딩을 위해, 더욱 현실적인 볼륨 렌더링된 이미지를 생성하기 위해 볼륨 렌더링된 이미지로 나타낸 여러 구조에 얼마나 광이 반사, 굴절 및 확산할 수 있는지를 계산하기 위해 프로세서(104)는 입력으로서 각각의 복셀의 색상, 불투명도 및 위치를 이용할 수 있다.
실시예에 따르면, 입체의 모델(406)은 적어도 반투명할 수 있다. 이것은 입체의 모델(406)이 광의 방향으로부터의 광과 상호 작용하는 방식에 기초하여서만 볼 수 있는 경우에는 완전 투명할 수 있거나, 입체의 모델(406)이 부분적으로 불투명할 수 있다는 것을 의미한다. 입체의 모델(406)이 반투명(즉, 부분적으로 불투명)한 실시예의 경우, 입체의 모델(406)은 부분적으로 스케일 볼륨 렌더링된 이미지(404)를 차단할 수 있다. 하이라이트(411)는 입체의 모델(406)이 실시예에 따라 광원 아이콘(408) 또는 광의 방향으로부터 발생하는 광을 얼마나 반사하고 굴절하는지를 계산하여 생성될 수 있다. 하이라이트(411)는 도 4에서 균일한 영역으로 도시되지만, 반사의 영역은 화살표 머리(415)의 중심에서 떨어진 반경 거리에 따라 강도가 감소할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들면, 반사의 영역은 화살표 머리(415)의 중심에서 떨어진 반경 거리에 따라 강도가 평활하게 감소할 수 있다. 다른 실시예는 입체의 모델(406)에 하이라이트(411)를 포함하지 않을 수 있다.
도 5는 실시예에 따라 제 1 위치에서 광의 방향 지시기(405)를 가진 광 네비게이터(409)의 개략도이다. 도 6은 실시예에 따라 제 2 위치에서 광의 방향 지시기(405)의 개략도이다. 도 7은 실시예에 따라 제 3 위치에서 광의 방향 지시기(405)의 개략도이다. 공통의 참조 번호는 도 4, 5, 6 및 7에 도시된 광 네비게이터(409)에서 동일한 구성 요소를 식별하는데 이용된다.
이제 도 3, 4, 5, 6 및 7를 참조하면, 상술한 바와 같이, 사용자는 단계(316)에서 (도 4에 도시된) 광의 방향 지시기(405)를 제 1 위치에서 제 2 위치로 이동할 수 있다. 예를 들면, 사용자는 도 4에 도시된 것과 같은 제 1 위치에서 도 5, 6 및 7에 도시된 어떤 예시적인 위치를 포함하는 제 2 위치로 광의 방향 지시기(405)를 이동할 수 있다. 예를 들면, 제 1 예시적 위치는 도 5에 도시되고, 제 2 예시적 위치는 도 6에 도시되며, 제 3 예시적 위치는 도 7에 도시된다.
도 5를 참조하면, 광의 방향 지시기(405)는 입체의 모델(406)의 오른쪽에 위치된다. 이것은 광의 방향이 오른쪽에서 발생하는 상황에 대응한다. 화살표 머리(415)는 명백히 왼쪽을 가리킨다. 이것은 볼륨 렌더링된 이미지의 쉐이딩이 오른쪽에서의 광의 방향에 기초하여 행해진 상황에 대응한다. 스케일 볼륨 렌더링된 이미지(404)는 광원 아이콘(408) 및 하이라이트(411)에 의해 나타낸 광의 방향과 일치하는 쉐이딩(412)을 포함한다.
도 6을 참조하면, 제 2 예시적 위치는 상위 오른쪽, 대략 2시 위치에 배치된 광원 아이콘(408)을 갖는다. 그러나, 광원 아이콘(408)의 기하학적 형상에 기초하여, 입체의 모델(406)이 광원 아이콘(408)의 앞에 있다는 것을 인지함으로써, 사용자는 광원 아이콘(408)이 입체의 모델(406)의 약간 뒤에 배치되어 있음을 알기가 쉽다. 다시 말하면, 화살표 머리(415)는 약간 뷰 방향으로 향해 있다.
도 7을 참조하면, 제 3 예시적 위치에서, 광원 아이콘(408)은 대략 7시 위치에 있다. 그러나, 광원 아이콘(408)은 입체의 모델(406)의 앞에 배치된다. 이것은 광의 방향이 구형 모델의 전면 측으로부터 나온다는 것을 나타낸다. 화살표 머리(415)는 구형의 모델(406)로 향해 있다. 스케일 볼륨 렌더링된 이미지(404)는 광원 아이콘(408)에 의해 나타낸 광의 방향과 일치하는 쉐이딩(412)을 포함한다.
실시예에 따르면, (도 1에 도시된) 프로세서(104)는 가장 현실적인 투명도 값을 획득하기 위해 광원 아이콘(408), 입체의 모델(406) 및 스케일 볼륨 렌더링된 이미지(404)를 렌더링하는 순서를 제어할 수 있다. 예를 들면, 광원 아이콘(408)이 광이 전면 측으로부터 나온다는 것을 나타낼 때의 실시예 또는 구성에 따르면, 프로세서(104)는 먼저 입체의 모델(406)의 후면 측을 렌더링하여 렌더링을 수행할 수 있다. 그 다음, 프로세서(104)는 스케일 볼륨 렌더링된 이미지(404)를 렌더링할 수 있다. 그런 다음, 프로세서(104)는 입체의 모델(406)의 전면 측을 렌더링할 수 있다. 마지막으로, 프로세서(104)는 광의 방향 아이콘(408)을 렌더링할 수 있다.
대조적으로, 도 6에서와 같이 광의 방향이 후면 측으로부터 나올 때의 실시예 또는 구성의 경우, 렌더링 순서는 반대가 된다. 즉, 먼저 광원 아이콘(408)이 렌더링되고 나서, 입체의 모델(406)의 후면 측, 스케일 볼륨 렌더링된 이미지(404), 마지막으로 입체의 모델(406)의 전면 측의 순서로 렌더링된다.
도 3 및 4를 참조하면, 단계(318)에서, (도 1에 도시된) 프로세서(104)는 새로운 또는 제 2 광의 방향에 기초하여 볼륨 렌더링된 이미지(402)의 쉐이딩을 업데이트한다. 실시예에 따르면, 스케일 볼륨 렌더링된 이미지(404)에 대한 광원 아이콘(408)의 위치는 볼륨 렌더링된 이미지(402)에 대한 새로운 또는 제 2 광의 방향의 위치와 동일하다. 프로세서(102)는 제 2 광의 방향을 이용하여 볼륨 렌더링된 이미지(402)의 쉐이딩을 계산한다.
그 후, 프로세서(104)는 제 2 광의 방향에 기초하여 스케일 볼륨 렌더링된 이미지(404)의 쉐이딩을 업데이트할 수 있다. 실시예에 따르면, 프로세서(104)는 볼륨 렌더링된 이미지(402)를 이용하여 제 2 광의 방향 지시기(405)에 기초하여 쉐이딩을 계산하여, 동일한 쉐이딩을 스케일 볼륨 렌더링된 이미지(404)에 적용할 수 있다. 그 다음, 프로세서(104)는 제 2 광의 방향에 기초하여 입체의 모델(406)의 쉐이딩을 업데이트할 수 있다. 스케일 볼륨 렌더링된 이미지(404) 및 입체의 모델(406)에 대해 광원 아이콘(408)을 이동하여, 사용자는 볼륨 렌더링된 이미지(402)를 쉐이딩하는데 이용된 광의 방향을 제어할 수 있다. 실시예에 따르면, 단계(316 및 318)는 사용자가 광원 아이콘(408)을 이동할 때에 실시간으로 발생할 수 있다. 이것은 결과적으로 볼륨 렌더링된 이미지(402), 스케일 볼륨 렌더링된 이미지(404) 및 입체의 모델(406)의 쉐이딩이 모두 광원 아이콘(408)의 위치에 의해 제어되는 실시간 광의 방향을 반영하도록 업데이트된다. 이것은 사용자가 광원 아이콘(408)의 움직임에 의해 발생된 광의 방향의 어떤 변경의 효과를 빠르고 쉽게 볼 수 있도록 한다. (324)에서, 사용자는 선택적으로 광원 아이콘(408)을 다시 이동할 수 있다. 사용자가 광원 아이콘(408)을 이동하도록 선택하면, 방법(300)은 단계(316)로 복귀하며, 여기서, 단계(316, 318, 320 및 322)는 반복된다.
스케일 볼륨 렌더링된 이미지(404), 입체의 모델(406) 및 광원 아이콘(408)의 조합은 사용자가 볼륨 렌더링된 이미지(402)에 쉐이딩을 생성하는데 이용되는 광의 방향의 정확한 위치를 신속하고 정확하게 이해할 수 있도록 한다. 실시예에 따르면, 스케일 볼륨 렌더링된 이미지(404) 및 입체의 모델(406)의 양방이 광의 방향에 기초하여 쉐이딩되므로, 사용자가 광원 아이콘(408)의 3차원 위치를 이해하는 것은 매우 쉽다. 게다가, 입체의 모델(406)의 쉐이딩의 이용은 광원 아이콘(408)의 상대적 위치를 이해하는데 사용자에게 도움을 준다. 예를 들면, 사용자로 광원 아이콘(408)을 이동할 때, 입체의 모델(406)의 쉐이딩은 광의 방향의 변경에 대응하여 실시간으로 변경할 수 있다. 입체의 모델(406)에 적용된 쉐이딩은 사용자에게 매우 익숙한 방식으로 밝기 및 그림자의 영역을 생성할 것이다. 이것은 사용자가 볼륨 렌더링된 이미지에 원하는 쉐이딩을 획득하기 위해 광원을 정확하게 위치시키는 것을 쉽고 빠르게 할 것이다.
이러한 서면 설명은 본 발명을 개시하며 당업자가 어떤 장치 또는 시스템을 제조하고 이용하며 어떤 통합된 방법을 수행하는 것을 포함하여 본 발명을 실시할 수 있도록 하기 위해 예들을 사용한다. 본 발명의 특허 가능한 범위는 청구범위에 의해 정의되며, 당업자에게 발생하는 다른 예를 포함할 수 있다. 예를 들면, 광의 방향은 볼륨 렌더링된 이미지를 쉐이딩하는데 이용되는 광 빔의 방향을 나타낼 수 있다. 볼륨 렌더링된 이미지의 쉐이딩을 결정하는데 이용되는 광 빔은 폭 및/또는 확산의 정도(예를 들어, 시준된 펜슬 빔에서 투광조명(flood light)과 같은 확산 패턴으로 변화되거나 그 사이의 어디에서 변화됨), 컬러 팔레트(color pallet)(예를 들어, "냉각기" 청색/녹색 틴트(tint)에서 "온열기" 적색/노랑색 틴트 또는 더욱 천연 피부 톤으로 변화됨) 뿐만 아니라 강도 및/또는 침투 깊이에 관하여 실시자에 의해 조절될 수 있다. 이러한 그리고 다른 예는 청구범위의 문언과 상이하지 않은 구조적 요소를 가지거나 청구범위의 문언과 비실질적인 차이를 가진 균등한 구조적 요소를 포함하는 경우에 청구범위의 범위 내에 있도록 의도된다.
서면 설명이 최상의 모드를 포함하는 본 발명을 개시하며 당업자가 어떤 장치 또는 시스템을 제조하고 이용하며 어떤 통합된 방법을 수행하는 것을 포함해서 본 발명을 실시할 수 있도록 하기 위해 예를 사용한다. 본 발명의 특허 가능한 범위는 청구범위에 의해 정의되며, 당업자에게 발생하는 다른 예를 포함할 수 있다. 이러한 그리고 다른 예는 청구범위의 문언과 상이하지 않은 구조적 요소를 가지거나 청구범위의 문언과 비실질적인 차이를 갖는 균등한 구조적 요소를 포함하는 경우에 청구범위의 범위 내에 있도록 의도된다.

Claims (14)

  1. 3D 데이터와 상호 작용하는 시스템(100)으로서,
    디스플레이 장치(108)와,
    사용자 입력부(106)와,
    상기 디스플레이 장치(108) 및 상기 사용자 입력부(106)에 통신 가능하게 연결되는 프로세서(104)를 포함하되, 상기 프로세서(104)는
    3D 데이터 세트에 기초하여 볼륨 렌더링된 이미지(a volume-rendered image)(402)를 생성하되, 상기 볼륨 렌더링된 이미지(402)가 광의 방향(a light direction)으로부터 쉐이딩되고,
    상기 볼륨 렌더링된 이미지(402)를 상기 디스플레이 장치(108)에 표시하고,
    상기 볼륨 렌더링된 이미지(402)와 동시에 입체의 모델(406)을 상기 디스플레이 장치(108)에 표시하며,
    상기 볼륨 렌더링된 이미지(402)를 쉐이딩하기 위해 이용된 상기 광의 방향을 지시하기 위해 상기 입체의 모델(406)에 대한 위치에 광의 방향 지시기(a light direction indicator)(405)를 표시하도록 구성되는
    시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 입체의 모델(406)은 적어도 반투명한(semi-transparent)
    시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광의 방향 지시기(405)는 광원 아이콘(408)을 포함하는
    시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 광원 아이콘(408)은 다각형 모델(a polygonal model)의 표현을 포함하는
    시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 광원 아이콘(408)은 광의 방향을 나타내기 위해 화살표 헤드를 가진 화살표를 포함하는
    시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 광의 방향 지시기(405)는 상기 입체의 상기 모델(406) 상의 하이라이트(411)를 포함하는
    시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 광의 방향 지시기(405)는 광원 아이콘(408) 및 상기 입체의 모델(406) 상의 하이라이트(411)의 양자를 포함하는
    시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서(104)는 상기 볼륨 렌더링된 이미지(402)와 동시에 스케일 볼륨 렌더링된 이미지(404)를 상기 입체의 모델(406) 내에 표시하도록 더 구성되며, 상기 스케일 볼륨 렌더링된 이미지(404)는 상기 볼륨 렌더링된 이미지(402)에 대한 보다 작은 표현을 포함하는
    시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 입체의 모델(406)은 구형의 모델(a model of a sphere)을 포함하는
    시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서(104)는 상기 광의 방향 이외에 제 2 광의 방향에 기초하여 상기 볼륨 렌더링된 이미지(402)를 쉐이딩하도록 더 구성되는
    시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 광의 방향 지시기(405)와 동시에 제 2 광의 방향 지시기를 표시하는 것을 더 포함하되, 상기 입체의 모델(406)에 대한 상기 제 2 광의 방향 지시기의 위치는 상기 제 2 광의 방향에 대응하는
    시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서(104)는 상기 광원 아이콘(408)이 상기 사용자 입력부(106)를 통한 명령에 기초하여 이동될 때에 상기 입체의 모델(406)에 대한 상기 광원 아이콘(408)의 위치와 상응하도록 상기 볼륨 렌더링된 이미지(402)의 쉐이딩을 실시간으로 업데이트하도록 더 구성되는
    시스템.
  13. 3D 데이터와 상호 작용하는 시스템(100)으로서,
    디스플레이 장치(108)와,
    메모리(102)와,
    사용자 입력부(106)와,
    상기 디스플레이 장치(108), 상기 메모리(102) 및 상기 사용자 입력부(106)에 통신 가능하게 연결되는 프로세서(104)를 포함하되, 상기 프로세서(104)는
    상기 메모리(102)로부터의 3D 데이터 세트에 액세스하고,
    광의 방향으로부터 쉐이딩되는 상기 3D 데이터 세트로부터 볼륨 렌더링된 이미지(402)를 생성하고,
    상기 볼륨 렌더링된 이미지(402)를 상기 디스플레이 장치(108)에 표시하고,
    상기 볼륨 렌더링된 이미지(402)와 동시에 입체의 모델(406)을 표시하며,
    상기 볼륨 렌더링된 이미지(402)를 쉐이딩하기 위해 이용된 상기 광의 방향을 나타내도록 상기 입체의 모델(406)에 대한 위치에 광원 아이콘(408)을 표시하도록 구성되는
    시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 프로세서(104)는 상기 광원 아이콘(408)이 사용자 입력부(106)를 통해 입력된 명령에 기초하여 이동될 때에 상기 입체의 모델(406)에 대한 상기 광원 아이콘(408)의 위치와 상응하도록 상기 볼륨 렌더링된 이미지(402)의 쉐이딩을 업데이트하도록 더 구성되는
    시스템.
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