电影渲染 cinematic 3d rendering

相关介绍
https://www.healthcare.siemens.com.cn/magazine/mso-cinematic-rendering.html
https://www.ajronline.org/doi/10.2214/AJR.17.17850
利用电影体绘制进行CT数据的法医三维可视化初步研究:
https://www.ajronline.org/doi/full/10.2214/AJR.16.16499

电影渲染是最近引入的3D重建技术,电影渲染遵循用于确定颜色和不透明度的体积渲染的相同步骤:通过传递函数将原始图像的每个体素中的灰度值映射到颜色和不透明度值。
然后可以应用不同的传递函数进行渲染,这取决于案例的特征和要突出显示的预期结构。然而,代替光线投射方法,其中每个像素由一条光线形成,
电影渲染中使用的算法基于路径跟踪方法和全局照明模型 - 模拟从所有光线传播的数十亿光子的不同路径通过体积数据集的可能方向 - 以及它们与体积的相互作用以形成一个像素。

鉴于光线方向的无限可能性和模拟它们所需的计算能力,蒙特卡洛积分公式(其解决了每个粒子的多维和非连续渲染方程)用于创建随机有限数量的光路径,
其中充分和精确分配模仿现实生活中的光传播。然后,通过使用重要性采样(并行化和优化算法),可以实现光的散射,反射和反弹的建模。
为了获得逼真的质量,高动态范围渲染光照贴图用于通过模拟真实世界环境中的真实照明效果来创建自然光照环境,然后将其应用于渲染场景。

使用这种技术,可以实现复杂的光照效果,例如柔和阴影,景深,次表面散射,折射,吸收和环境遮挡。可以对相机设置(例如光圈,曝光,快门速度和运动模糊)进行建模,
以创建自然的照明环境。通过将光子路径的精确模拟与模拟的自然光照相结合,结果仍然是成像数据的物理精确3D表示

优点:
在电影渲染中,数十亿个光线通过体素传播并与体积相互作用以产生一个像素。然而,体绘制在每像素一条光线原理上运行。
结果,体积渲染中的最终像素仅取决于沿着通向该像素的光线的体素的光属性。在电影渲染中,还考虑了相邻体素的光照效果,并产生诸如反射和阴影之类的效果。
当前3D重建是显示为平面图像的体积的表示。因此,在重建算法中应用的反射和阴影对于在贯穿平面(相对于监视器屏幕)中传达深度感知和关系是至关重要的。与体积渲染的结果相比,
电影渲染需要使用复杂的高动态范围渲染贴图来创建自然光照环境,而不是体积渲染的合成光源。与体积渲染图像相比,
电影渲染中可用的照明功能的这种差异的结果是总体上更逼真和视觉上吸引人的3D图像,其关注于改善深度和形状感知。

后期处理:
电影渲染最重要的特征之一是其后处理工具,可用于生成,操作和细化最终图像。

查看选项
可以将多个视图选项应用于最终渲染图像。光照贴图提供了多种可能性,可以模拟渲染场景环境中的不同光照条件。电影渲染中后处理的核心组成部分是不同的传递函数,
可用于将原始CT数据集的强度和不透明度值转换为各种不同的预定义调色板,从而可以更好地增强某些组织类型。曝光选项模拟曝光时间,这会影响图像的亮度。
像摄影一样,光圈和焦平面选项会影响图像不同部分的清晰度。可以操纵这些参数以最大化景深,从而最大化给定图像中的可评估数据和体积(例如,具有小孔径或远焦平面)或聚焦在特定感兴趣区域上,
模糊前景和背景中的体积(例如,具有宽孔径和更近焦平面)。镜面反射(以一个角度从表面反射光)和漫反射(以多个角度从表面反射光)是光线传播的两个重要原理,可以在渲染图像的后处理中进行模拟。
漫反射和镜面反射选项分别模拟不同角度和一个角度的光反射。最后,窗口水平和宽度选项,正如在传统的CT重建中一样,允许设置要显示的颜色范围,以便包括或排除某些解剖结构。

Masks and Clip Planes
蒙版和剪裁平面允许图像编辑显示和显示ROI。可以应用诸如心脏隔离面罩的面罩,其将心脏与所有其他结构隔离。类似地,可以分离或去除特定的解剖学特征,例如冠状动脉树,钙和骨,以及肺和气道。
还可以应用剪裁平面和裁剪框来剪切渲染的体积。然后可以旋转,倾斜或移动平面以更好地显示ROI。打孔工具允许从最终图像中移除区域。

限制:
与其他3D重建算法一样,由电影渲染算法创建的最终图像的质量在很大程度上取决于原始数据集的质量。因此,基于物理,患者或基于扫描仪的工件的图像质量的任何降低都将反映在3D重建中,从而降低其质量。
电影渲染是一种比体积渲染更复杂的算法,需要更高的计算能力来生成3D图像,并且对于对图像所做的每次更改,软件都必须重新开始计算。
因此,后处理时间目前比传统方法更长,阻碍了这种技术在常规临床实践中的应用,其中时间是有限的资源。
根据我们的经验,根据数据集的大小和所需的图像,生成图像可能需要3分钟,当数据被简单加载到电影渲染时(图10B)),到5分钟,如图7B所示,其中应用了蒙版和剪裁平面以生成图像。
将来,与当前使用的基于中央处理单元的渲染相反,基于图形处理单元的渲染可以提高渲染速度。

最后,由于该软件最近才被引入,因此需要进一步研究以确定更逼真的可视化是否会提高诊断精度和通信,而不是通过临床实践中的体积渲染和其他重建实现的那些

猜你喜欢

转载自blog.csdn.net/yuxing55555/article/details/88227398