Interaktive Isoflächenrekonstruktion mit dem Vertex Shader

Diplomarbeit von Theodor Junklewitz

Motivation

Den inneren Aufbau und die Struktur des menschlichen Körpers, der Pflanzen oder von Gegenständen in 3D zu visualisieren, stellt Hauptantrieb dieser Diplomarbeit dar. Aus den erstellten, perspektivischen Bildern können weitere Informationen gewonnen werden. In der Medizin sind es Hilfen zu Diagnosen von Krankheiten. Durch die Bilder kann sich der Benutzer ein besseres Bild vom Innenleben des Objekts, welches zum Beispiel mit Röntgenstrahlen durchleuchtet wurde, machen.

Aufgabenstellung

Im Rahmen der Diplomarbeit soll ein Verfahren entwickelt werden, das Polygonoberflächen aus 3D-Voxeldaten erzeugt, unter Verwendung der neuen Generation von Grafikkarten, die Programme direkt auf der GPU ausführen können, in Form von Vertex Shader- oder Pixel Shader-Programmen.

Ziel der Arbeit

Die Nutzung moderner Grafikkarten, wie Sie relativ günstig für jeden PC zu erwerben sind, zur Visualisierung von 3D-Voxeldaten mit der Grafikprozessoreinheit (GPU) und die Integration in den Scenengraphen von OpenSG, wird angestrebt. Dabei soll die Generierung von Oberflächen schnell geschehen, damit der Benutzer durch Änderung des Isowertes oder bei dynamischen Voxeldaten, sich einen Eindruck von deren Innenleben verschaffen kann.

Realisierung

Nvidia liefert Bibliotheks- und Beispielprogramme, um schnell die neuen Funktionen der Grafikkarte zu nutzen. Der Marching Cubes Algorithmus ist das Standardverfahren, um Polygonoberflächen zu erzeugen. Das Neue an meinem Verfahren liegt darin, dass die Berechnung der Vertizes, die Normalenberechnung (Flatshading), im Vertex Shader stattfinden kann. Für kleine Voxeldatensätze(64x64x64) kann die Gradientberechung im Vertex Shader laufen bei guter Interaktivität. Zusätzlich wurde das Verfahren in OpenSG (einem Opensource C++Scenengraphen) integriert, um es mit anderen Visualisierungsverfahren vergleichen zu können.

Für weitere Informationen bitte E-Mail an kuddel@uni-paderborn.de.