Transcript Folien

Institut für Visualisierung
und Interaktive Systeme
Volumenrendering
Hauptseminar WS 2011/2012
Prüfer:
Betreuer:
Prof. Dr. Daniel Weiskopf
Dipl.-Inf. Marco Ament
Dipl.-Inf. Steffen Frey
Organisatorisches
 Das Seminar findet wöchentlich hier statt:
Raum 00.012 (VISUS, Allmandring 19)
 Wöchentlicher Termin:
Donnerstag, 14:00 – 15:30 Uhr
 Es besteht Anwesenheitspflicht bei allen Vorträgen
 Aktive Teilnahme (Fragen, Diskussion)!
 Änderungen werden auf Veranstaltungswebseite angekündigt
http://www.vis.uni-stuttgart.de/
Organisatorische Details
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1-2 Vorträge pro Termin
1. Termin in der dritten Vorlesungswoche
Fristen
 3 Wochen vor dem Vortrag:
 Treffen mit Betreuer (Pflicht!)
 Diskussion des Papers
 2 Wochen vor dem Vortag:
 Zusammenfassung für Webseite
 Rohversion der Folien beim Betreuer zeigen
 Unmittelbar vor dem Vortrag:
 Endgültige PDF-Version der Folien an Betreuer schicken
 4 Wochen nach dem Vortrag (bzw. spätestens am Vorlesungsende):
 Abgabe der schriftlichen Ausarbeitung
Vortrag
 Vortrag sollte etwa 30 min dauern
 Anschließend Fragen & Diskussion/Kritik
 Keine reine Aneinanderreihung der Referenzliteratur!
 Gegebene Literatur durch eigene Recherche sinnvoll ergänzen
 Grundlegende Methoden zum Thema selbst recherchieren und
ausführlich darstellen (z.B. eigene Beispiele)
 Folienvorlagen für OpenOffice und PowerPoint auf der
Webseite
 Eigenes Folien-Design möglich
 Laptop wird bei Bedarf gestellt
 Folien per E-Mail spätestens nach dem Vortrag an Betreuer
Ausarbeitung
 Ausarbeitung ist in LaTeX zu erstellen
 Vorlage wird zur Verfügung gestellt
 Vorlage muss ohne Änderungen übernommen werden
 Themen sind umfassend darzustellen
 Behandeltes Verfahren detailliert und in eigenen Worten erläutern
 Keine reine Übersetzung der Referenzliteratur!
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Umfang 6-8 Seiten
Literaturverzeichnis aller verwendeten Referenzen
Quellen (auch bei Bildern) sind zu benennen
Bei Fragen bitte an Betreuer wenden
Thema 1 – Optische Modelle
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Strahlungstransfer in partizipierenden Medien
Radiometrische Grundlagen
Emission/Absorption
Einfach-/Mehrfachstreuung
Phasenfunktionen
Referenzen:
[1] H. C. Hege, T. Hollerer, and D. Stalling. Volume Rendering, Mathematical Models and Algorithmic Aspects.
[2] N. Max. Optical Models for Direct Volume Rendering.
Thema 2 – Volumenakquise
 Grundlegende Aufnahmetechniken für Volumendaten
 Computertomographie (CT)
 Magnetresonanztomographie (MRT)
Referenzen:
[1] A. Kanitsar et al. Christmas Tree Case Study: Computed Tomography as a Tool for Mastering Complex Real World Objects
with Applications in Computer Graphics.
[2] Fang Xu and Klaus Mueller. Real-time 3D computed tomographic reconstruction using commodity graphics hardware.
Thema 3 – Volumenbearbeitung
 Segmentierung der Rohdaten in semantisch zusammen
gehörende Gruppen/Cluster
 Extraktion von Strukturen
 Editieren von Volumendaten
Referenzen:
[1] M. Hadwiger, C. Langer, H. Scharsach, and K. Bühler. State-of-the-Art Report 2004 on GPU-Based Segmenation.
[2] K. Bürger, J. Krüger, and R. Westermann. Direct Volume Editing.
Thema 4 – Renderingtechniken
 Raymarching als grundlegender Lösungsalgorithmus
 Preintegration (2D, 3D) der Transfer Funktion zur
Verbesserung der Qualität/Performanz
 Lokale Beleuchtung mit Preintegration
Referenzen:
[1] K. Engel, M. Kraus, and T. Ertl. High-Quality Pre-Integrated Volume Rendering Using Hardware-Accelerated Pixel Shading.
[2] S. Stegmaier, M. Strengert, T. Klein, and T. Ertl. A Simple and Flexible Volume Rendering Framework for
Graphics-Hardware-based Raycasting.
[3] E. Lum, B. Wilson, and K.-L. Ma. High-Quality Lighting and Efficient Pre-Integration for Volume Rendering
Thema 5 – Rekonstruktion
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Signalrekonstruktion aus diskreten Abtastpunkten
Vorfilterung der Daten
Untersuchung der Filter im Frequenzraum
Interpolation
Gradientenrekonstruktion für lokale Beleuchtungsmodelle
Referenzen:
[1] B. Csebfalvi. An Evaluation of Prefiltered Reconstruction Schemes for Volume Rendering.
[2] M. Bentum, B. Lichtenbelt, and T. Malzbender. Frequency Analysis of Gradient Estimators in Volume Rendering.
Thema 6 – Zellbasierte Rekonstruktion
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Zellenbasierte Strahltraversierung
Polynomielle Rekonstruktion pro Zelle
Verlustfreie Darstellung (insbesondere von Isoflächen)
Beschleunigskonzepte der Rekonstruktion
Referenzen:
[1] S. Parker, M. Parker, Y. Livnat, P.-P. Sloan, and C. Hansen. Interactive Ray Tracing for Volume Visualization.
[2] S. Marchesin and G. C. de Verdiere. High-Quality, Semi-Analytical Volume Rendering for AMR Data.
[3] M. Ament, D. Weiskopf, and H. Carr. Direct Interval Volume Visualization.
Thema 7 – Transferfunktionen
 Klassifikation (Farbe, Opazität) von Volumendaten
 Semi-automatische Erstellung von Transferfunktionen
 Höher-dimensionale Transferfunktionen
Referenzen:
[1] G. Kindlmann and J. W. Durkin. Semi-Automatic Generation of Transfer Functions for Direct Volume Rendering.
[2] J. Kniss, G. Kindlmann, and C. Hansen. Multi-Dimensional Transfer Functions for Interactive Volume Rendering.
Thema 8 – Isoflächen mit DVR
 Isoflächen mit Delta-Distributionen
 Skalen-invariante Opazität für homogene Darstellung
 Peak Finding Algorithmus
Referenzen:
[1] M. Kraus. Scale-Invariant Volume Rendering.
[2] A. Knoll, Y. Hijazi, R. Westerteiger, M. Schott, C. Hansen, and H. Hagen. Volume Ray Casting with Peak Finding
and Differential Sampling.
Thema 9 – Volumenillustration
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Abstrakte (illustrative) Darstellungstechniken
Merkmalsbasierte Extraktion
Auflösung von Verdeckungsproblemen
Erhaltung von Kontextinformationen
Referenzen:
[1] S. Bruckner, S. Grimm, A. Kanitsar, and M. E. Gröller. Illustrative Context-Preserving Volume Rendering.
[2] S. Bruckner and M. E. Gröller. Exploded Views for Volume Data.
Thema 10 – Iterative Volumenbeleuchtung
 Globaler Strahlungstransfer (iterativ berechnet)
 Hierarchische Finite-Element-Methode
 Diffusionsansatz für Mehrfach-Streuung
Referenzen:
[1] F. Sillion. A Unified Hierarchical Algorithm for Global Illumination with Scattering Volumes and Object Clusters.
[2] J. Stam. Multiple Scattering as a Diffusion Process.
Thema 11 – Stochastische Volumenbeleuchtung
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Globaler Strahlungstransfer (stochastisch berechnet)
Monte-Carlo basierte Techniken
Volume Photon Mapping
Photon Points vs. Photon Beams
Referenzen:
[1] H. W. Jensen and P. H. Christensen. Efficient Simulation of Light Transport in Scenes with Participating Media
using Photon Maps.
[2] W. Jarosz, D. Nowrouzezahrai, I. Sadeghi, and H. W. Jensen. A Comprehensive Theory of Volumetric Radiance
Estimation Using Photon Points and Beams.
Themenübersicht
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
Optische Modelle (Grundlagen Strahlungstransfer)
Volumenakquise (Aufnahmen, CT, MRT)
Volumenbearbeitung (Segmentierung, Editieren)
Renderingtechniken (Raymarching, Preintegration)
Rekonstruktion (Filtering, Interpolation)
Zellbasierte Rekonstruktion (Poly. Rekonstruktion)
Transferfunktionen (automatisch, höherdimensional)
Isoflächen (Skaleninvarianz, Peak Finding)
Volumenillustration (Abstrakte Darstellungen)
Iterative Volumenbeleuchung (FEM, Diffusion)
Stochastische Volumenbeleuchtung (Photon Mapping)