Способ и устройство для визуализации трехмерных данных вокселов при использовании освещенных непрозрачных объемов с затенением

Изобретение относится к способу объемного отображения для улучшения визуального качества изображений для отображения трехмерных данных на двухмерном устройстве отображения с непрозрачностью и затенением для регулирования реалистичного отображения изображений, отображаемых на устройстве отображения из вокселов. Технический результат заключается в улучшении визуального качества изображений, получаемых посредством отображения на устройстве отображения волюмометрических данных в воксельном формате для отображения трехмерных данных на двумерных устройствах отображения с затенением и непрозрачностью для регулирования реалистичного воспроизведения изображений. Для улучшения отображения объектов непрозрачность отображаемых вокселов объема данных может быть отрегулирована в зависимости от непрозрачности близлежащих вокселов. Используя инструментальное средство непрозрачности, каждому вокселу в объеме присваивают значение α стандартной непрозрачности, используя трехмерную функцию α(i, j, k) непрозрачности, где α представляет собой непрозрачность, а буквы i, j, k представляют собой ортогональные направления. 8 н. и 18 з.п. ф-лы, 23 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ НАСТОЯЩЕЕ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится, в общем, к области машинной графики. В частности, настоящее изобретение относится к объемной визуализации к методу формирования изображения, при котором представляется не только общий вид, но и внутреннее строение трехмерного объекта. Более конкретно, настоящее изобретение относится к отображению трехмерных данных на устройстве отображения двухмерных данных с затенением и непрозрачностью для регулирования реалистичного отображения волюмометрических данных в воксельном формате.

ПРЕДПОСЫЛКИ ДЛЯ СОЗДАНИЯ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

Объемная визуализация является важной областью машинной графики. Она нашла применение в большом множестве дисциплин, включая медицину, геологию, биологию и метеорологию. Одним патентом, в котором описана объемная визуализация при использовании вокселов элементов объемного изображения, является патент США №6304266, выданный 16 октября 2001 года, названный "Способ и устройство для объемной визуализации", который включен в эту заявку в качестве ссылки.

В соответствии с фиг.1 волюмометрические данные представлены как состоящие из набора трехмерных данных элементов, называемых "вокселами" 102. Как правило, вокселы 102 равномерно распределены в объеме 104. Каждый воксел 102 имеет положение в объеме и ассоциируемую с ним информацию, например цвет, освещение, непрозрачность, скорость, амплитуда и так далее. Информация, ассоциируемая с каждым вокселом 102, связана с такими дисциплинами, как медицина (например, развертки компьютерной томографии), биология (конфокальная микроскопия) и геофизика (сейсмические данные).

На фиг.2 показано, как значения данных вокселов 102 обычно хранят в матрице 202 памяти. Положение конкретного воксела в объеме является характерным для его местоположения в матрице. Например, положение 204 матрицы может быть связано с точкой 106 (фиг.1) в объеме, которая находится на определенном расстоянии при определенном угле объема. Как правило, одно значение хранят в матрице 202 для каждого воксела 102, хотя также можно для каждого воксела 102 хранить более одного значения, например цвет, освещение, непрозрачность, скорость и амплитуду.

На фиг.3, 4 и 5 иллюстрируются последовательно разделенные волюмометрические данные двухмерной текстурной визуализации в слоях. Двухмерная текстурная визуализация организует слои в три набора слоев 302, 402 и 502 вдоль трех разных ортогональных осей. Вокселы разделены среди наборов слоев 302, 402 и 502 и в секциях, содержащих множество вокселов в каждом слое. Разделение сделано на основе положения вокселов в матрице 202. Аналогичным образом, трехмерная текстурная визуализация, как правило, обеспечивает получение слоев объема, перпендикулярных направлению визирования.

Затем осуществляют визуализацию слоя за слоем, двигаясь от самого дальнего слоя 304, 404 и 504, соответственно, к самому переднему слою 306, 406 и 506, соответственно. Набор слоев, который выбран и обработан, является набором, ось которого образует наименьший угол с направлением визирования. При визуализации нового изображения оно смешивается с предварительно заданным, создавая чувственное восприятие трехмерного тела. Двухмерная текстурная визуализация организует слои вдоль одного из трех размеров объема, тогда как трехмерная текстурная визуализация обеспечивает слои объема перпендикулярно направлению визирования, что улучшает качество изображения, но требует интерполяции между информационными точками объема. Такую интерполяцию, как правило, осуществляют с помощью специализированного аппаратного обеспечения машинной графики.

На фиг.6 и фиг.7 показано, как текстурные величины или "текселы" (элементы текстуры) определяют для каждого воксела в каждом слое (блоки 702 и 704). Текселы хранят в буфере 602 данных (блок 706). Как правило, значение тексела является индикацией подлежащих воспроизведению цветов системы цветопередачи RGB (красный, зеленый и голубой) для воксела, определяемого одним или более параметрами, зависимыми от значения или значений данных, ассоциируемых с вокселом, и находится в справочной таблице. Например, данные тексела могут включать в себя значение для каждого из красного, зеленого и голубого компонентов системы цветопередачи RGB, ассоциируемых с вокселом. Когда все вокселы в слое обработаны (блок 704), то содержимое буфера данных загружают в память 604 текстуры (блок 708).

На фиг.8 иллюстрируется устройство 802 отображения, на котором отображается информация, загружаемая с данными текселов. На основе информации и перспективы, требуемой пользователем, устройство отображения обеспечивает отображение текселов на пикселах на экране 804 (блок 710) устройства отображения. При загрузке и визуализации каждого слоя пользователь видит объем в требуемой перспективе. Каждый раз, когда пользователь изменяет инструментальное программное средство и поворачивает, преобразовывает или увеличивает изображение объема, процесс загрузки и визуализации слоев повторяется.

На фиг.9 иллюстрируется изображение объема, на котором показаны поверхности объема. Внутренняя область объема не видна.

В некоторых случаях использования достигают более высокой технологической гибкости благодаря использованию полупрозрачных данных. Полупрозрачные данные создают путем добавления дополнительного коэффициента альфа (α) к каждому вокселу вместе с компонентами системы цветопередачи RGB (красный, зеленый и голубой), описанными выше. Значение величины воксела определяет непрозрачность (способность закрывать объекты, расположенные на заднем плане) воксела. Непрозрачность является мерой величины конкретного воксела в слое, которая позволит вокселу в слое заднего плана, который отображается для аналогичного пиксела на двухмерном изображении, просвечиваться. Непрозрачность воксела контролирует, как изображение воксела смешивается с изображениями вокселов за ним в воспроизводимом виде. Значение 1,0 непрозрачности означает, что воксел является полностью прозрачным и не может быть виден, и, таким образом, не влияет на цвет воспроизводимого пиксела на двухмерном изображении, поскольку оно считается незаполненным; а значение 1,0 означает, что воксел является полностью непрозрачным и может считаться твердым телом, и если не отображаются другие вокселы перед ним, то его тексел определяет цвет воспроизводимого пиксела. Промежуточные значения непрозрачности соответствуют промежуточным уровням непрозрачности, и текселы определенных цветов двух вокселов, отображаемых для одного пиксела, смешивают обычным образом для определения цвета пиксела, который будет воспроизведен.

На фиг.10 иллюстрируется инструментальное средство непрозрачности, например инструментальное средство, входящее в продукт GEOVIZ компании Schlumberger-GeoQuest, правопреемника настоящего изобретения. Инструментальное средство непрозрачности используют для отображения волюмометрических данных, например, геофизической сейсмической интерпретации, магнитного формирования изображения, данных ультрасонографии, чтобы видеть в них полупрозрачные волюмометрические данные. В этих случаях значение каждого воксела не только отображается для цвета, определяемого его текселом, но также с непрозрачностью, определяемой коэффициентом альфа (α). В соответствии с фиг.10, пользователь отрегулировал отображение непрозрачности, показанной графически кривой 1002, чтобы сделать прозрачными все вокселы (альфа = 0), за исключением тех, которые имеют большие положительные или отрицательные значения. Это позволяет сделать большую часть данных прозрачной при воспроизведении, как можно видеть из гистограммы 1004, которая отражает распределение значений вокселов в волюмометрических данных, воспроизводимых на фиг.9. Этот метод, названный методом "объемной визуализацией стандартной непрозрачности", позволяет пользователю делать вокселы в выбранном диапазоне значений данных невидимыми, оставляя, в то же самое время, другие вокселы видимыми.

На фиг.11 иллюстрируется изображение, которое получено в результате обработки данных, воспроизводимых на фиг.9, при использовании инструментального средства непрозрачности, иллюстрируемого на фиг.10. Как очевидно из сравнения фиг.9 и фиг.11, поверхность объема больше не скрывает структуры внутри объема.

Из гистограммы 1004 и фиг.11 также очевидно, что большинство вокселов, отрегулированной непрозрачности, являются прозрачными и не оказывают влияние на изображение.

СУЩНОСТЬ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение предназначено для улучшения визуального качества изображений, получаемых посредством визуализации волюмометрических данных в воксельном формате для отображения трехмерных данных на двухмерных устройствах отображения с затенением и непрозрачностью для регулирования реалистичного воспроизведения изображений, визуализируемых из вокселов.

Одним из главных недостатков объемной визуализации стандартной непрозрачности объемов данных воксельного формата, описанной в разделе "ПРЕДПОСЫЛКИ ДЛЯ СОЗДАНИЯ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ" этой заявки, является то, что объекты, воспроизводимые при использовании объема данных вокселов, появляются плоскими, что мешает чувственному восприятию глубины и делает трудным, если не невозможным, определение трехмерной формы, ориентации и относительных положений объектов.

На фиг.12 иллюстрируется отображение эллиптического объекта при использовании объемной визуализации стандартной непрозрачности волюмометрических данных, состоящих из вокселов. Хотя очевидно, что формой поперечного сечения является овал, нельзя сказать, что объект является эллиптическим, овальным, коническим и так далее. Также нельзя сказать, касается ли объект сейсмической секции за ним. Причиной этих недостатков является то, что традиционные методы освещения поверхности машинной графики не работают для вокселов, поскольку отдельные вокселы не имеют соответствующих освещенных поверхностей.

На фиг.13 показано, как эллиптический набор вокселов появится при воспроизведении как набора твердых "кирпичей", освещенных светом. Теперь может быть видна фактическая форма визуализированного объекта.

В попытки преодоления недостатков, связанных с визуализацией и отображением вокселов, наблюдатель делает сложные регулировки карты цветов объема или значений непрозрачности, наблюдает прогресс визуализации от заднего плана к переднему, перемещает точку наблюдения или просто использует творческую фантазию, чтобы помочь воссозданию объектов в своем воображении. Эти методы являются очень трудоемкими, субъективными и трудными, как для неопытного наблюдателя, так и специалиста в этой области техники, и все они дают неудовлетворительные результаты.

Для преодоления этих недостатков настоящее изобретение обеспечивает освещение объема вокселов с помощью одного или более источников света. Визуализированный и отображенный освещенный объем предлагает наблюдателю достаточную визуальную информацию, способствующую чувственному восприятию глубины, а также форм, ориентации и положений объектов в объеме вокселов. Вычисляют параметры освещения и графические характеристики отдельных вокселов регулируют на основе ориентации изоповерхностей непрозрачности, проходящих через каждый воксел в объеме.

Для улучшения отображения объектов непрозрачность отображаемых вокселов объема данных может быть отрегулирована в зависимости от непрозрачности близлежащих вокселов. Используя инструментальное средство непрозрачности, каждому вокселу в объеме присваивают значение α стандартной непрозрачности, используя трехмерную функцию α(i, j, k) непрозрачности, где α представляет собой непрозрачность, а буквы i, j, k представляют собой ортогональные направления.

Изоповерхности соединяют вокселы с одинаковыми значениями непрозрачности. Для каждого воксела этот алгоритм оценивает нормаль к изоповерхности, проходящей через воксел, которая равна отрицательному градиенту функции непрозрачности в этом вокселе, и использует ее для затенения воксела, как если бы он был точкой на изоповерхности. Хотя результаты являются типичными, показанными для одного источника однонаправленного белого света, эти результаты могут быть легко распространены для источников двунаправленного света или цветных светов.

На фиг.14 показаны основные этапы, осуществляемые в способе визуализации, предусматривающем использование сущности настоящего изобретения, которые в общем описаны непосредственно ниже. Настоящее изобретение осуществляется только на втором и третьем этапах, в блоках 1402, 1403 и 1404.

В блоке 1401 значение исходной непрозрачности каждого воксела в объеме входных данных вокселов обрабатывают с помощью инструментального средства непрозрачности, показанного, например, на фиг.10, чтобы сделать большую часть данных прозрачными при отображении, как было описано ранее, и, как показано на фиг.11, структуры внутри объема более не являются невидимыми. Как часть этого процесса, значение исходной непрозрачности каждого видимого воксела объеме данных преобразуют в значение стандартной непрозрачности (α).

В блоке 1402 значение стандартной непрозрачности α для каждого видимого воксела преобразуют в новое значение "видимой непрозрачности" β в соответствии с сущностью настоящего изобретения.

В блоке 1403 значение нового видимого градиента вычисляют для каждого видимого воксела в объеме при использовании новых значений видимой непрозрачности β в соответствии с сущностью настоящего изобретения. Новое значение видимого градиента, вычисляемое для каждого воксела, подсчитывают для вырожденных случаев в численном расчете градиента и используют во всех дополнительных вычислениях визуализации. Только видимые секции, выбранные при использовании инструментального средства непрозрачности и имеющие вычисленные новые значения видимой непрозрачности β, имеют значение непрозрачности β, используемое для вычисления нового видимого градиента для каждого воксела. Новый видимый градиент для каждого воксела используют для затенения и визуализации отображаемых вокселов.

В блоке 1404 вычисляют окружающее и диффузное затенение, которое будет применено к изоповерхности непрозрачности, проходящей через вокселы в модели окружающего и диффузного освещения, в которой объем вокселов освещен с помощью одного или более источников света (как правило, однонаправленными или двунаправленными). Направление вектора отрицательного видимого градиента служит в качестве нормали к изоповерхности. Для вокселов внутри непрозрачных областей объема вводят специальную обработку, основываясь на специфике волюметрических геофизических данных, которая улучшает чувственное восприятие пользователя визуализированного изображения. Освещенный и затененный объем предлагает наблюдателю достаточную визуальную информацию для способствования чувственному восприятию глубины, а также форм, ориентации и положений объектов в объеме.

В блоке 1405, как для двухмерных, так и для трехмерных структур, цвета всех видимых вокселов в объеме модифицируют путем применения затенения, вычисленного в блоке 1404.

В блоке 1406 отображается обработанный видимый объем данных вокселов с затенением.

В одном аспекте настоящего изобретения компьютер используют для обработки объема данных вокселов, и настоящее изобретение содержит продукт обработки, содержащий среду, которая поддается считыванию посредством компьютера и несет команды для компьютера для осуществления нового способа вычисления новой видимой непрозрачности и видимого градиента для каждого воксела, как описано в предшествующих разделах.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Настоящее изобретение станет более понятным при прочтении следующего раздела "ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТА ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ", причем указанное описание сделано со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых:

фиг.1 - представление вокселов в кубическом объеме;

фиг.2 - представление хранения значений вокселов в памяти;

фиг.3-5 - иллюстрации разделения объема на слои в ортогональных плоскостях для двухмерной текстурной визуализации;

фиг.6 - представление изображения визуализированного объема без затенения;

фиг.7 - блок-схема этапов способа объемной визуализации;

фиг.8 - блок-схема оборудования для объемной визуализации;

фиг.9 - иллюстрация визуализации непрозрачного объема;

фиг.10 - представление инструментального средства непрозрачности;

фиг.11 - иллюстрация визуализации полупрозрачного объема после того, как непрозрачный объем был обработан при использовании инструментального средства непрозрачности;

фиг.12 - иллюстрация отображения эллиптического объекта, визуализированного при использовании объемной визуализации стандартной непрозрачности волюмометрических данных, состоящих из вокселов без затенения;

фиг.13 - иллюстрация того, как эллиптический набор вокселов появится при отображении как набор твердых "кирпичей", освещенных светом;

фиг.14 - блок-схема этапов обработки и отображения волюмометрических геофизических данных, состоящих из объема данных вокселов;

фиг.15-17 - изометрические изображения объемов с пространственным разделением деталей, причем на каждом из этих чертежей иллюстрируется секция, образованная из вокселов, которую используют для вычисления значений новой визуальной непрозрачности и визуального градиента для вокселов;

фиг.18-20 - таблицы, иллюстрирующие то, как вычисляют новые значения визуальной непрозрачности для вокселов; и

фиг.21-23 - таблицы, иллюстрирующие то, как используют новые значения визуальной непрозрачности для вычисления новых значений визуального градиента для вокселов.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТА ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

В следующем описании все ссылочные номера указывают на то, на каком из приведенных сопроводительных чертежей они расположены. Таким образом, например, ссылочный номер 1004 находится на фиг.10, а ссылочный номер 1405 находится на фиг.14.

Объем волюметрических данных сначала разделяют на слои, как иллюстрируется на фиг.3, 4 и 5, причем каждый слой содержит ряды и столбцы вокселов, не показанных на этих чертежах, но показанных на фиг.15-17. Объемная визуализация данных может быть ускорена путем уменьшения числа вокселов, которые подвергают обработке, загрузке и визуализации путем исключения прозрачных вокселов. Такая объемная визуализация является сущностью ранее упомянутого патента США №6304266, который включен в эту заявку в качестве ссылки.

На фиг.15-17 иллюстрируется репрезентативный объем вокселов, образованных во множестве слоев А-Е и секций, что особенно применимо для геофизических данных, причем вокселы сгруппированы в секции, содержащие не менее двадцати шести вокселов, указанных буквенно-цифровыми индексами (например, А11, С21) и образующих куб. Другие необозначенные вокселы, показанные на этих чертежах, являются другими вокселами объема данных, в котором расположены описываемые секции. Для простоты на каждом из этих чертежей показана только одна секция, но на самом деле имеется много слоев и много секций в каждом слое объема. Эти секции более подробно описаны ниже. Слои показаны отделенными друг от друга только для простоты обозрения двадцати семи вокселов А11-А33, В11-В33 и С11-С33, которые образуют секции один и три, иллюстрируемые на фиг.15 и фиг.17, соответственно, и двадцать семь вокселов В11-В33, С11-С33 и D11-D33, которые образуют секцию два, иллюстрируемую на фиг.16.

Для этого примера на фиг.15, 16 и 17 специально показаны только горизонтальные слои, но имеются также вертикальные слои и пересекающиеся ортогональные слои через объем данных, которые используют для создания трехмерных рядов и столбцов вокселов, как показано, так что в этом конкретном случае направление вектора/стрелки источника света параллельно одной из трех ортогональных осей (u, v, w) разделенного на слои объема данных, тогда как другие две оси ортогональны направлению вектора источника света. На фиг.15 и фиг.16 вектор света параллелен осям W, а на фиг.17 вектор света параллелен оси V. Следует отметить, что, хотя на этих иллюстрациях показано направление света, которое параллельно одной из осей, используемый способ обеспечивает произвольные направления для источников света. Значение исходной непрозрачности α для вокселов в каждой секции используют для вычисления значений видимой непрозрачности β только для вокселов в каждой секции, как описано в этой заявке со ссылкой на фиг.18-20.

Хотя предпочтительным размером секции, как показано на фиг.15-17, является двадцать семь вокселов, образующих куб из 3×3×3 вокселов, другой размер разделения секции может оказаться адекватным для других данных, например, для медицинских и метеорологических данных. Примером другого размера секции может быть сто двадцать пять вокселов, образующих куб из 5×5×5 вокселов. Число вокселов в секции основано на распределении данных в объеме.

На фиг.15 особым вокселом секции один, представляющей интерес, является центральный воксел В22. На фиг.15 свет падает на верхнюю сторону объема данных и секцию один и показан вектором/стрелкой источника света. На фиг.16 особым вокселом секции два, представляющей интерес, является центральный воксел С22. На фиг.16 свет падает на верхнюю сторону объема данных и секцию два и показан вектором/стрелкой источника света. На фиг.17 секция три образована из такого же числа вокселов, что и секция один, но свет падает на правую сторону объема данных и секцию три, как показано вектором/стрелкой источника света.

Как коротко описано выше, исходное значение непрозрачности для каждого воксела в объеме данных сначала отображают с помощью инструментального средства непрозрачности, иллюстрируемого, например, на фиг.10, и которое входит в продукт GEOVIZ компании Schlumberger-GeoQuest, для получения значения "стандартной непрозрачности" α для каждого воксела в объеме данных. Инструментальное средство непрозрачности регулирует непрозрачность, отображая вокселы в объеме данных для получения выбранных прозрачными вокселов (α) за исключением, например, вокселов, имеющих большие положительные или отрицательные значения. Это имеет эффект получения большего числа данных прозрачными при визуализации, а структуры внутри объема данных больше не скрыты, как можно видеть на фиг.11. Этот метод назван "объемной визуализацией стандартной непрозрачности", которая позволяет пользователю сделать вокселы внутри выбранного диапазона значений данных невидимыми, оставляя в то же самое время другие вокселы видимыми. Оператор делает это путем изменения регулировки инструментального средства непрозрачности. Этот метод более подробно описан в патенте США №6304266, указанном выше.

В упрощенной обработке видимости мы сначала находим самую большую составляющую света, падающего на объем данных, и отмечаем ее как "направление видимости" (например, u, допуская, что L_u=max(L_u, L_v, L_w)). Это будет вектор/стрелка на фиг.15-17. Таким образом, для света, поступающего из направления u (не показанного на фиг.15-17), новое значение "видимой непрозрачности" (вычисляют при использовании следующих уравнений:

если

в противном случае

Приведенные выше математические уравнения используют для вычисления значения видимой непрозрачности (для каждого воксела в каждой из девяти колонок из трех вокселов в секции, как видно из направления света, например, в колонке А11, В11, С11 вокселов и в колонке А23, В23, С23 вокселов в одной секции. Когда колонку вокселов наблюдают из направления источника света, то в том случае, если первый воксел является непрозрачным, то все другие вокселы за ним не могут быть видны. Например, в секции один на фиг.15, если воксел А11 является непрозрачным, то вокселы В11 и С11 за ним не могут быть видны. Аналогичным образом, если воксел А11 является полупрозрачным (значение исходной непрозрачности находится между 0,0 и 1,0), то значение непрозрачности вокселов В11 и С11 за вокселом А11 не может быть сколько-нибудь меньше. Например, если воксел А11 является полупрозрачным со значением непрозрачности, равным 0,7, то вокселы В11 и С11 не могут иметь значение видимой непрозрачности сколько-нибудь меньше, чем 0,7, и изменяются, соответственно, в вычисляемых значениях видимой непрозрачности β для вокселов В11 и С11.

На фиг.18-20 приведены таблицы, используемые для упрощения и более ясной иллюстрации математических вычислений, выполняемых с помощью вышеуказанных уравнений для получения новых значений видимой непрозрачности β, соответственно, для всех двадцати семи вокселов в каждой из секций один, два и три при использовании значения "стандартной непрозрачности" α вокселов в соответствии с сущностью настоящего изобретения. В следующем описании символом "α" указана стандартная непрозрачность, а используемый символ αА11 означает стандартную непрозрачность воксела А11, а символом "β" указана новая видимая непрозрачность, а используемый символ βА11 означает видимую непрозрачность воксела А11.

Для описания вычисления значений видимой непрозрачности β для всех вокселов в секции один, как показано в таблице на фиг.18, вернемся к фиг.15. При свете, падающем на верхнюю сторону объема, как иллюстрируется на фиг.15, где вокселы А11-А33 расположены на верхней стороне секции, значение стандартной непрозрачности каждого из вокселов А11-А33 (αА11-αА33) равно значению видимой непрозрачности β каждого из этих вокселов. Нет ничего перед этими вокселами, что блокировало бы или изменяло интенсивность света, падающего на них, так что их стандартная непрозрачность будет равна их видимой непрозрачности. Это представлено в колонке "слоя А", иллюстрируемого на фиг.18, как αА11=βА11, αА12=βА12 и так далее, включая αA33=βА33.

Для вычисления значения видимой непрозрачности β воксела В11, расположенного за вокселом А11, и при стандартной непрозрачности воксела А11 (αА11), равной видимой непрозрачности βА11 воксела А11, если βА11 больше, чем стандартная непрозрачность воксела В11 (αВ11), расположенного за ним, то значение видимой непрозрачности воксела В11 (βВ11) не может быть сколько-нибудь меньше и изменяется, чтобы быть равной видимой непрозрачности воксела А11. То есть видимая непрозрачность воксела В11, βВ11, устанавливается равной значению видимой непрозрачности воксела А11, βА11 (βВ11=βА11). И наоборот, если видимая непрозрачность βА11 меньше или равна стандартной непрозрачности αВ11, то видимая непрозрачность воксела В11, βВ11, устанавливается равной ее значению стандартной непрозрачности (βВ11=αВ11). Если продолжать двигаться вниз по той же колонке вокселов А11, В11 и С11 до воксела С11 и снова использовать аналогичное логическое обоснование, то, если видимая непрозрачность воксела В11, βВ11, больше стандартной непрозрачности воксела С11, αС11, то видимая непрозрачность воксела С11, βС11, устанавливается равной видимой непрозрачности воксела В11, βВ11 (βС11=βВ11). И наоборот, если видимая непрозрачность воксела В11, βВ11 меньше или равна стандартной непрозрачности воксела С11, αС11, то видимая непрозрачность βC11 остается равной его стандартной непрозрачности (βС11=αС11).

Такое аналогичное вычисление видимой непрозрачности для всех вокселов в секции один повторяют для каждой другой из колонок из трех вокселов, иллюстрируемых на фиг.15 (например, колонок вокселов А32, В32 и С32; А22, В22 и С22; и так далее). Значения видимой непрозрачности β, вычисленные таким образом для всех вокселов в секции один, используют для единственной цели, вычисления градиента видимой непрозрачности только для воксела В22 в центре секции один, как описано в этой заявке ниже со ссылкой на фиг.21. Хотя другие секции, например, секция два, содержат много аналогичных вокселов, входящих в секцию один, значения видимой непрозрачности будут пересчитаны для всех вокселов в каждой секции и значения видимой непрозрачности для вокселов в секции два вероятнее всего могут отличаться от значений, вычисленных, когда эти вокселы находились в секции один.

Хотя на фиг.15 показана только одна секция, на самом деле имеется много секций в объеме данных, и видимую непрозрачность β вычисляют для всех вокселов в объеме данных. Это делают, поместив каждый воксел в центр секции и выполняя вычисления, описанные выше. Вокселы на внешней поверхности объема можно игнорировать.

На фиг.19 приведена таблица, иллюстрирующая то, как значения стандартной непрозрачности α каждого из вокселов в секции два (фиг.16) используют для получения новых значений видимой непрозрачности β для каждого из вокселов в секции два. При свете, падающем на верхнюю сторону объема данных, иллюстрируемого на фиг.16, и вокселах В11-В33 секции два, находящихся на боковой поверхности секции, на которую поступает свет, значение стандартной непрозрачности каждого из вокселов В11-В33 равно значению видимой непрозрачности каждого из этих же вокселов. Это представлено в колонке "Слой В", иллюстрируемой на фиг.19, как αВ11=βВ11, αВ12=βВ12 и так далее, включая αВ33=βВ33.

При вычислении видимой непрозрачности воксела С11, расположенного за вокселом В11, и использовании логического обоснования, описанного в предшествующих абзацах, если видимая непрозрачность βВ11 больше стандартной непрозрачности α воксела С11, то видимая непрозрачность воксела С11 изменяется, чтобы быть равной видимой непрозрачности воксела В11. То есть βС11=βВ11. И наоборот, если видимая непрозрачность воксела В11, βB11, меньше или равна стандартной непрозрачности воксела С11, αС11, то видимая непрозрачность βС11 воксела С11 устанавливается равной его стандартной непрозрачности. То есть βС11=αС11. При продолжении движения вниз, колонки вокселов В11, С11 и D11, если видимая непрозрачность воксела С11, βС11, больше стандартной непрозрачности воксела D11, αD11, то видимая непрозрачность воксела D11, βD11, устанавливается равной видимой непрозрачности воксела С11, βС11. То есть βD11=βC11. И наоборот, если видимая непрозрачность воксела С11, βС11, меньше или равна стандартной непрозрачности воксела D11, αD11, то видимая непрозрачность βD11 остается равной его стандартной непрозрачности αD11. То есть βD11=αD11.

Аналогичное вычисление видимой непрозрачности β для всех вокселов в секции два повторяют для каждой из других девяти колонок из трех вокселов в секции два, иллюстрируемой на фиг.19 (например, колонке вокселов В32, С32 и D32; В22, С22 и D22 и так далее). Таким образом вычисляют видимую непрозрачность β всех вокселов в секции два. Вычисленное значение видимой непрозрачности β для всех вокселов в секции два используют только в уравнениях, приведенных на фиг.22 для вычисления градиента видимой непрозрачности β воксела С22 в центре секции два.

Хотя на фиг.16 показана только одна секция, на самом деле имеется много секций в объеме данных, и видимую непрозрачность β определяют для всех вокселов в объеме данных. Это осуществляют, располагая каждый воксел в центре секции и выполняя вычисления, которые были описаны выше. Вокселы на внешней поверхности объема могут быть проигнорированы.

На фиг.17 иллюстрируется секция три, которая имеет аналогичные вокселы, что и секция один, показанная на фиг.15, но свет направлен на объем данных с правой стороны, а не сверху. В соответствии с этим вычисления видимой непрозрачности β идентичны по образу действия, но различны по результату. Столбцы из трех вокселов находятся на боковой поверхности секции три. Например, вокселы В23, В22, В21 и вокселы С13, С12, С11. Таблицы для вычисления видимой непрозрачности β для всех вокселов в секции 2 приведены на фиг.20. Принимая во внимание предшествующее описание таких вычислений, сделанное со ссылкой на таблицы, приведенные на фиг.18 и фиг.19, для краткости изложения описание вычисления не повторяют. Видимую непрозрачность β всех вокселов в секции три используют для вычисления градиента видимой непрозрачности только для воксела В22 в центре секции три, как описано ниже со ссылкой на фиг.23. И в этом случае имеется много секций в объеме данных, иллюстрируемых на фиг.17, при этом видимую непрозрачность определяют для всех вокселов.

На фиг.21-23 приведены таблицы, используемые для описания математических вычислений, выполняемых для получения трех составляющих G_u, G_v и G_w градиента, которые определяют новый градиент видимой непрозрачности только для воксела в центре каждой из представленных секций один, два и три в соответствии с сущностью настоящего изобретения. Такие градиенты должны быть получены для всех вокселов в объеме данных, так что аналогичные таблицы получают для других вокселов в объеме данных, не только для секций один, два и три. Три составляющих градиента вычисляют для каждого воксела при использовании вновь вычисленного значения видимой непрозрачности β для всех вокселов в каждой секции. Для секции один, иллюстрируемой на фиг.15, центральным вокселом является воксел В22; для секции два, иллюстрируемой на фиг.16, центральным вокселом является воксел С22, а для секции три, иллюстрируемой на фиг.17, центральным вокселом является воксел В22. После этого новый градиент видимой непрозрачности для всех вокселов используют для визуализации объема данных вокселов методом, который хорошо известен из предшествующего уровня техники. Такие вычисления повторяют для каждого воксела в объеме, которые более подробно описаны ниже.

Для описания того, как значения видимой непрозрачности β для каждой из двадцати семи вокселов в секции один используют для вычисления нового градиента видимой непрозрачности для центрального воксела В22, вернемся к секции один. Используя значения видимой непрозрачности β, вычисленные для каждого из двадцати семи вокселов А11-С33 в секции один, эти значения используют в уравнениях, показанных на фиг.18, для вычисления векторных составляющих G_u, G_v и G_w вектора только для воксела В22 в центре секции один. Затем векторные составляющие комбинируют для получения вектора , отрицательного градиента видимой непрозрачности для воксела В22.

Аналогичным образом новые значения видимой непрозрачности β, вычисленные для каждого из двадцати семи вокселов B11-D33 в секции два, используют в уравнениях, показанных на фиг.19, для вычисления составляющих G_u, G_v и G_w градиента вектора градиента видимой непрозрачности только для воксела В22 в середине секции два. Затем векторные составляющие градиента комбинируют для получения отрицательного градиента видимой непрозрачности для воксела В22.

Значения видимой непрозрачности β для двадцати семи вокселов А11-С33 в секции три используют также в уравнениях, иллюстрируемых на фиг.20, для вычисления векторных составляющих G_u, G_v и G_w вектора градиента видимой непрозрачности только для воксела С22. Затем векторные составляющие комбинируют для получения отрицательного градиента видимой непрозрачности для воксела С22. Основные градиентные уравнения хорошо известны из предшествующего уровня техники и описаны более подробно в следующих абзацах, но в этих уравнениях используют значения видимой непрозрачности β, а не значения стандартной непрозрачности, как ранее использовали для получения упрощенных вычислений, иллюстрируемых на фиг.21-23.

Отрицательный градиент непрозрачности в конкретном вокселе определяют с помощью трех частных производных вдоль трех главных осей G_u, G_v и G_w, как

где используемыми стандартными градиентными уравнениями являются:

Однако в соответствии с сущностью настоящего изобретения эти три стандартных градиентных уравнения для вычисления векторных составляющих G_u, G_v и G_w модифицируют для вычисления нового отрицательного вектора "градиента видимой непрозрачности", показанного в следующих уравнениях, путем использования новых значений видимой непрозрачности β, а не значения стандартной непрозрачности, как показано в уравнениях, приведенных непосредственно выше. При замене на значение видимой непрозрачности β в стандартных градиентных уравнениях градиентные уравнения приобретают вид:

где β(i, j, k) являются видимой непрозрачностью одного воксела вдоль каждой из трех его главных осей i, j, k.

Только видимые вокселы, выбранные при использовании инструментального средства непрозрачности и дополнительно обработанные для получения видимой непрозрачности β для каждого видимого воксела, используют для вычисления векторных составляющих G_u, G_v и G_w отрицательного градиента видимой непрозрачности, предпочтительно при использовании дифференциального метода двадцатишестиокрестностного центра, описанного выше, в каждом видимом вокселе при использовании модифицированных уравнений, приведенных непосредственно выше. Отрицательный градиент видимой непрозрачности вычисляют при использовании уравнения:

где векторные составляющие G_u, G_v и G_w вычисляют при использовании таблиц, приведенных на фиг.21-23. Эти таблицы отражают вычисления с помощью градиентных уравнений, приведенных выше.

Градиент , вычисленный при использовании двадцатишестиокрестного дифференциального метода, имеет значительно больше различных значений и приводит в результате к получению более ровных изображений, чем шестиокрестная дифференциальность, хотя последняя быстрее для вычисления, но имеет только двадцать семь разных значений, что приводит в результате к резким изменениям затенения. Для настоящего описания мы использовали двадцатишестиокрестный дифференциальный градиент непрозрачности. Эти уравнения работают независимо от числа ламп, освещающих объект, или цвета света.

Новый градиент видимой непрозрачности для каждого из вокселов В22 (секция один), С22 (секция два) и В22 (секция три) после этого используют для вычисления интенсивности окружающего и диффузного затенения для этих вокселов известным способом, который был в общем описан со ссылкой на блок 1404 на фиг.14. Затенение вычисляют, как если бы оно применялось к изоповерхности непрозрачности, проходящей через все вокселы в объеме в модели окружающего и диффузного освещения, в которой объем вокселов освещен одним или более источниками света (как правило, однонаправленными и двунаправленными). Направление отрицательного вектора градиента видимой непрозрачности служит в этом случае в качестве нормали к изоповерхности. Для вокселов внутри областей непрозрачности объема вводят специальную обработку, основываясь на специфике волюмометрических геофизических данных, которая улучшает чувственное восприятие пользователем визуализированного изображения. Освещенный и затененный объем предлагает пользователю достаточную визуальную информацию для способствования чувственному восприятию глубины, а также форм, ориентации и положений объектов в объеме.

Как часть вычисления затенения принимают решение, затенять ли визуализируемый объем, как если бы он освещался однонаправленным источником света в одном направлении или двунаправленной лампой, состоящей из двух идентичных однонаправленных ламп, направленных в противоположных направлениях на объем. Если визуализируемый объем освещают посредством однонаправленного источника, то интенсивность окружающего и диффузного затенения вычисляют при использовании непрозрачности (I_shading=I(β)) при использовании следующих уравнений:

если

в противном случае, если

где является отрицательным градиентом видимой непрозрачности, вычисленным так, как это было описано ранее, a является единичным вектором света.

Для двунаправленной лампы, состоящей из двух идентичных однонаправленных ламп, направленных на объем в противоположных направлениях, интенсивность окружающего и диффузного затенения вычисляют с помощью следующих уравнений:

если

в противном случае, если

где является вектором отрицательного градиента видимой непрозрачности, a является единичным вектором света.

Так как случай (если и только если заслуживает специальной обработки, то существует четыре возможных случая:

a) и значение непрозрачности в вокселе составляет 0,0 (β(i, j, k)=0). В этом случае мы выполняем обработку как пустого пространства и устанавливаем I_shading=0.

b) , хотя значение данных в вокселе не равно 0,0 (β(i, j, k)≠0), значения данных окружающих вокселов не все равны 0,0 и

В этом случае воксел обрабатывают как расположенный в теле гомогенного воксела. Теоретически, в этом случае изоповерхность, которая будет проходить через воксел, не ограничена и, следовательно, воксел не должен быть затенен (I_shading=1). Это дает визуальные искажения изображения, если кто-либо наблюдает визуализируемое изображение. Для исключения этого мы присваиваем таким вокселам искусственного градиента и устанавливаем интенсивность затенения в таком вокселе, составляющую

Для большинства трехмерных геофизических объемов данных имеются горизонтальные слои, так что наиболее целесообразным выбором для является:

c) , хотя значение данных в вокселе не равно 0,0 (β(i, j, k)≠0), но значения данных всех окружающих вокселов равны 0,0. В этом случае один воксел окружен пустым пространством, и направление градиента видимой непрозрачности не определено. Следовательно, мы произвольно выбираем его для удовлетворения уравнений из случая (b), приведенного выше.

d) Остальные случаи могут потребовать перерасчета путем использования правых разностей или некоторого другого известного метода. Требуемое вычисление является трудоемким. Вычисленное затенение при использовании формул случая (b), приведенных выше, для большинства вокселов, обеспечивает достаточно высокую точность.

После вычисления интенсивности затенения, включая специальную обработку в случаях (a)-(d), полученные результаты используют для объема с цветовым кодированием непрозрачности. Это делают так, как описано со ссылкой на блок 1405, показанный на фиг.14. Для осуществления этого имеется много известных способов. Цвет воксела часто получают из ассоциативного значения μ данных при использовании цветовой палитры (общего числа цветов, доступных для предоставления изображений на экране), называемой также справочной таблицей или LUT, как:

где LUT по существу является одномерной матрицей тетрад r, g, b, α, индексированных значением данных μ. Таким образом, когда бы ни использовали цветовую палитру, цвет воксела является функцией только значения данных.

При использовании затенения воксела конечный цвет воксела зависит не только от значения данных, но также от интенсивности затенения, ассоциируемой с этим вокселом. Исходная формула требует умножения каждого из цветовых составляющих каждого воксела на интенсивность затенения для воксела. Это требует много дополнительных вычислений, замедляющих процесс. В альтернативном варианте осуществления можно использовать расширенную цветовую палитру, SHADING_LUT, которая представляет собой двухмерную матрицу, состоящую из столбцов r, g, b, α, вычисленных для разных значений интенсивности затенения I_shading. При предварительном вычислении такая расширенная цветовая палитра может быть использована для просмотра цвета затененного воксела при использовании значения данных μ и интенсивности затенения I_shading в качестве индексов:

Начальное окрашивание (r, g, b) трехмерного сейсмического непрозрачного объема не зависит от непрозрачности объема и может быть определено на основе любых значений данных, ассоциируемых с объемом (например, амплитуды, мгновенной частоты и так далее). Для имитации освещения воксела белым светом цветовые составляющие материала воксела модифицируют умножением их на интенсивность затенения:

Результаты, полученные из этого вычисления, являются визуализированными волюмометрическими данными, которые используют для отображения объема трехмерной сейсмической информации на двухмерном устройстве отображения.

Хотя то, что было описано выше, является предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения, квалифицированным специалистам в этой области техники будет очевидно, что без отклонения от сущности и объема настоящего изобретения могут быть сделаны многочисленные изменения.

1. Способ отображения объема данных вокселов с затенением и непрозрачностью, в котором каждый воксел содержит репрезентативное значение параметра расположения в объеме и каждый воксел имеет исходное значение видимой непрозрачности, предусматривающий

определение уточненного значения видимой непрозрачности для каждого воксела в объеме, причем уточненное значение видимой непрозрачности воксела является зависимым от исходного значения его видимой непрозрачности и уточненного значения видимой непрозрачности вокселов, соседних с ним; и

определение градиента видимой непрозрачности для каждого из вокселов в объеме при использовании вычисленных уточненных значений видимой непрозрачности для всех вокселов;

причем определение уточненного значения видимой непрозрачности дополнительно предусматривает

создание секции вокселов, окружающих каждый воксел в объеме, в котором все вокселы в каждой секции расположены в группах так, чтобы каждый воксел в каждой группе вокселов в каждой секции был расположен один за другим по линии, параллельной основному направлению света;

при этом определение уточненного значения видимой непрозрачности дополнительно предусматривает

установку уточненного значения видимой непрозрачности воксела, ближайшего к источнику света в каждой группе вокселов в каждой секции, равного исходному значению его видимой непрозрачности; и

установку уточненного значения видимой непрозрачности всех других вокселов в каждой группе вокселов в каждой секции, равного уточненному значению видимой непрозрачности соседнего воксела в той же группе вокселов, который ближе к источнику света, если уточненное значение видимой непрозрачности более близкого воксела равно или больше исходного значения видимой непрозрачности соседнего другого воксела,

и установку уточненного значения видимой непрозрачности соседнего другого воксела, равного исходному значению его видимой непрозрачности, если уточненное значение видимой непрозрачности более близкого воксела меньше исходного значения видимой непрозрачности соседнего другого воксела, и отображение объема на дисплее.

2. Способ объемного отображения по п.1, отличающийся тем, что определение градиента видимой непрозрачности для каждого из вокселов в объеме при использовании определенных уточненных значений видимой непрозрачности для всех вокселов дополнительно предусматривает

комбинирование уточненных значений видимой непрозрачности для вокселов в каждой секции для получения трех ортогональных составляющих градиента видимой непрозрачности для воксела в центре каждой секции; и

комбинирование трех ортогональных составляющих градиента видимой непрозрачности для воксела в центре каждой секции для получения градиента видимой непрозрачности, который является нормальным к изоповерхности, проходящей через воксел в центре каждой секции.

3. Способ объемного отображения по п.1, отличающийся тем, что определение градиента видимой непрозрачности для каждого из вокселов в объеме при использовании определенных уточненных значений видимой непрозрачности для всех вокселов дополнительно предусматривает

комбинирование уточненных значений видимой непрозрачности для вокселов в каждой секции для получения трех ортогональных составляющих градиента видимой непрозрачности для воксела в центре каждой секции; и

комбинирование трех ортогональных составляющих градиента видимой непрозрачности для воксела в центре каждой секции для получения градиента видимой непрозрачности, который является нормальным к изоповерхности, проходящей через воксел в центре каждой секции.

4. Способ объемного отображения по п.2, отличающийся тем, что он дополнительно предусматривает определение затенения для объема при использовании градиента видимой непрозрачности.

5. Способ объемного отображения по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно предусматривает определение затенения для объема при использовании градиента видимой непрозрачности.

6. Способ отображения объема данных вокселов с затенением и непрозрачностью в зависимости от направления источника света, определенного для освещения объема для отображения, в котором каждый воксел содержит репрезентативное значение параметра расположения в объеме и каждый воксел имеет исходное значение видимой непрозрачности, предусматривающий

(1) определение уточненного значения видимой непрозрачности для первого воксела в объеме путем создания секции вокселов, окружающих первый воксел, причем все вокселы в секции расположены в группах так, чтобы каждый воксел в каждой группе вокселов в секции был расположен один за другим по линии, параллельной основному направлению света, причем определение уточненного значения видимой непрозрачности предусматривает

(a) установку уточненного значения видимой непрозрачности воксела, ближайшего к источнику света в каждой группе вокселов в секции, равного исходному значению его видимой непрозрачности; и

(b) установку уточненного значения видимой непрозрачности других вокселов в группах вокселов в секции, равного уточненному значению видимой непрозрачности соседнего воксела в той же группе вокселов, который ближе к источнику света, если уточненное значение видимой непрозрачности более близкого воксела равно или больше исходного значения видимой непрозрачности другого воксела, и установку уточненного значения видимой непрозрачности другого воксела, равного исходному значению видимой непрозрачности другого воксела, если уточненное значение видимой непрозрачности более близкого воксела меньше исходного значения видимой непрозрачности другого воксела;

(2) повторение определений уточненных значений видимой непрозрачности для всех других вокселов в объеме иных, чем первый воксел; и

(3) определение градиента видимой непрозрачности для каждого из вокселов в объеме при использовании определенных уточненных значений видимой непрозрачности для всех вокселов; и

(4) отображение объема на дисплее.

7. Способ объемного отображения по п.6, отличающийся тем, что определение градиента видимой непрозрачности для каждого из вокселов в объеме при использовании определенных уточненных значений видимой непрозрачности для всех вокселов дополнительно предусматривает

комбинирование уточненных значений видимой непрозрачности для вокселов в каждой секции для получения трех ортогональных составляющих градиента видимой непрозрачности для воксела в центре последней упомянутой секции; и

комбинирование трех ортогональных составляющих градиента видимой непрозрачности для воксела в центре каждой секции для получения градиента видимой непрозрачности, который является нормальным к изоповерхности, проходящей через воксел в центре последней упомянутой секции.

8. Способ объемного отображения по п.6, отличающийся тем, что он дополнительно предусматривает определение затенения для объема при использовании градиента видимой непрозрачности.

9. Способ объемного отображения по п.7, отличающийся тем, что он дополнительно предусматривает определение затенения для объема при использовании градиента видимой непрозрачности.

10. Способ отображения объема данных вокселов с затенением и непрозрачностью в зависимости от направления источника света, определенного для освещения объема для отображения, в котором каждый воксел содержит репрезентативное значение параметра расположения в объеме и каждый воксел имеет исходное значение видимой непрозрачности, предусматривающий

(1) определение уточненного значения видимой непрозрачности для первого воксела в объеме путем создания секции вокселов, окружающих первый воксел, причем все вокселы в секции расположены в группах так, чтобы каждый воксел в каждой группе вокселов в секции был расположен один за другим по линии, параллельной основному направлению света, причем определение уточненного значения видимой непрозрачности дополнительно предусматривает

(a) установку уточненного значения видимой непрозрачности воксела, ближайшего к источнику света в каждой группе вокселов в секции, равного исходному значению его видимой непрозрачности; и

(b) установку уточненного значения видимой непрозрачности других вокселов в группах вокселов в секции, равного уточненному значению видимой непрозрачности соседнего воксела в той же группе вокселов, который ближе к источнику света, если уточненное значение видимой непрозрачности более близкого воксела равно или больше исходного значения видимой непрозрачности другого воксела, и установку уточненного значения видимой непрозрачности другого воксела, равного исходному значению видимой непрозрачности другого воксела, если уточненное значение видимой непрозрачности более близкого воксела меньше исходного значения видимой непрозрачности другого воксела;

(2) повторение определений уточненных значений видимой непрозрачности для всех других вокселов в объеме иных, чем первый воксел; и

(3) определение трех ортогональных составляющих градиента видимой непрозрачности для первого воксела, причем одна из ортогональных составляющих градиента видимой непрозрачности параллельна основному направлению света, при этом определение градиента видимой непрозрачности дополнительно предусматривает

(a) комбинирование уточненных значений видимой непрозрачности для вокселов в секции для получения трех ортогональных составляющих градиента видимой непрозрачности для первого воксела; и

(b) комбинирование трех ортогональных составляющих градиента видимой непрозрачности для первого воксела для получения градиента видимой непрозрачности, который является нормальным к изоповерхности, проходящей через первый воксел;

(c) повторение определения градиента видимой непрозрачности для всех других вокселов в объеме иных, чем первый воксел; и

(4) отображение объема на дисплее.

11. Способ объемного отображения по п.10, отличающийся тем, что он дополнительно предусматривает определение затенения для объема при использовании градиента видимой непрозрачности.

12. Устройство для отображения объема данных вокселов с затенением и непрозрачностью, в котором каждый воксел содержит репрезентативное значение параметра расположения в объеме и каждый воксел имеет исходное значение видимой непрозрачности, содержащее

средство для определения уточненного значения видимой непрозрачности для каждого из вокселов в объеме, причем уточненное значение видимой непрозрачности воксела является зависимым от исходного значения его видимой непрозрачности и уточненного значения видимой непрозрачности вокселов, соседних с ним; и

средство для определения градиента видимой непрозрачности для каждого из вокселов в объеме при использовании определенных уточненных значений видимой непрозрачности для всех вокселов; и

средство для отображения объема на дисплее.

13. Устройство для объемного отображения по п.12, отличающееся тем, что средство для определения уточненного значения видимой непрозрачности дополнительно содержит средство для создания секции вокселов, окружающих каждый воксел в объеме, причем все вокселы в каждой секции расположены в группах так, чтобы каждый воксел в каждой группе вокселов в каждой секции был расположен один за другим по линии, параллельной основному направлению света.

14. Устройство для объемного отображения по п.13, отличающееся тем, что средство для определения уточненного значения видимой непрозрачности дополнительно содержит

средство для установки уточненного значения видимой непрозрачности воксела, ближайшего к источнику света в каждой группе вокселов в каждой секции, равного его исходному значению видимой непрозрачности; и

средство для установки уточненного значения видимой непрозрачности всех других вокселов в каждой группе вокселов в каждой секции, равного уточненному значению видимой непрозрачности соседнего воксела в той же группе вокселов, который ближе к источнику света, если уточненное значение видимой непрозрачности более близкого воксела равно или больше исходного значения видимой непрозрачности соседнего другого воксела, и установки уточненного значения видимой непрозрачности соседнего другого воксела, равного исходному значению его видимой непрозрачности, если уточненное значение видимой непрозрачности более близкого воксела меньше исходного значения видимой непрозрачности соседнего другого воксела.

15. Устройство для объемного отображения по п.14, отличающееся тем, что средство для определения градиента видимой непрозрачности для каждого из вокселов в объеме при использовании определенных уточненных значений видимой непрозрачности для всех вокселов дополнительно содержит

средство для комбинирования уточненных значений видимой непрозрачности для вокселов в каждой секции для получения трех ортогональных составляющих градиента видимой непрозрачности для воксела в центре каждой секции; и

средство для комбинирования трех ортогональных составляющих градиента видимой непрозрачности для воксела в центре каждой секции для получения градиента видимой непрозрачности, который является нормальным к изоповерхности, проходящей через воксел в центре каждой секции.

16. Устройство для объемного отображения по п.12, отличающееся тем, что средство для определения градиента видимой непрозрачности для каждого из вокселов в объеме при использовании определенных уточненных значений видимой непрозрачности для всех вокселов дополнительно содержит

средство для комбинирования уточненных значений видимой непрозрачности для вокселов в каждой секции для получения трех ортогональных составляющих градиента видимой непрозрачности для воксела в центре каждой секции; и

средство для комбинирования трех ортогональных составляющих градиента видимой непрозрачности для воксела в центре каждой секции для получения градиента видимой непрозрачности, который является нормальным к изоповерхности, проходящей через воксел в центре каждой секции.

17. Устройство для объемного отображения по п.15, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит средство для определения затенения для объема при использовании градиента видимой непрозрачности.

18. Устройство для объемного отображения по п.12, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит средство для определения затенения для объема при использовании градиента видимой непрозрачности.

19. Устройство для отображения объема данных вокселов с затенением и непрозрачностью в зависимости от направления источника света, определенного для освещения объема для отображения, причем каждый воксел содержит репрезентативное значение параметра расположения в объеме и каждый воксел имеет исходное значение видимой непрозрачности, при этом устройство содержит

(1) средство для определения уточненного значения видимой непрозрачности для первого воксела в объеме путем создания секции вокселов, окружающих первый воксел, причем все вокселы в секции расположены в группах так, чтобы каждый воксел в каждой группе вокселов в секции был расположен один за другим по линии, параллельной основному направлению света, дополнительно содержащее

(a) средство для установки уточненного значения видимой непрозрачности воксела, ближайшего к источнику света, в каждой группе вокселов в секции, равного исходному значению его видимой непрозрачности; и

(b) средство для установки уточненного значения видимой непрозрачности других вокселов в группах вокселов в секции, равного уточненному значению видимой непрозрачности соседнего воксела в той же группе вокселов, который ближе к источнику света, если уточненное значение видимой непрозрачности более близкого воксела равно или больше исходного значения видимой непрозрачности другого воксела, и установки уточненного значения видимой непрозрачности другого воксела, равного исходному значению видимой непрозрачности другого воксела, если уточненное значение видимой непрозрачности более близкого воксела меньше исходного значения видимой непрозрачности другого воксела;

(2) средство для повторения определений уточненных значений видимой непрозрачности для всех других вокселов в объеме иных, чем первый воксел; и

(3) средство для определения градиента видимой непрозрачности для каждого из вокселов в объеме при использовании определенных уточненных значений видимой непрозрачности для всех вокселов, и

(4) средство для отображения объема на дисплее.

20. Устройство для объемного отображения по п.19, отличающееся тем, что средство для определения градиента видимой непрозрачности для каждого из вокселов в объеме при использовании определенных уточненных значений видимой непрозрачности для всех вокселов дополнительно содержит

средство для комбинирования уточненных значений видимой непрозрачности для вокселов в каждой секции для получения трех ортогональных составляющих градиента видимой непрозрачности для воксела в центре последней упомянутой секции; и

средство для комбинирования трех ортогональных составляющих градиента видимой непрозрачности для воксела в центре каждой секции для получения градиента видимой непрозрачности, который является нормальным к изоповерхности, проходящей через воксел в центре последней упомянутой секции.

21. Устройство для объемного отображения по п.19, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит средство для определения затенения для объема при использовании градиента видимой непрозрачности.

22. Устройство для объемного отображения по п.20, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит средство для определения затенения для объема при использовании градиента видимой непрозрачности.

23. Устройство для отображения объема данных вокселов с затенением и непрозрачностью в зависимости от направления источника света, определенного для освещения объема для отображения, причем каждый воксел содержит репрезентативное значение параметра расположения в объеме и каждый воксел

имеет исходное значение видимой непрозрачности, при этом устройство содержит

(1) средство для определения уточненного значения видимой непрозрачности для первого воксела в объеме путем создания секции вокселов, окружающих первый воксел, причем все вокселы в секции расположены в группах так, чтобы каждый воксел в каждой группе вокселов в секции был расположен один за другим по линии, параллельной основному направлению света, дополнительно содержащее

(а) средство для установки уточненного значения видимой непрозрачности воксела, ближайшего к источнику света, в каждой группе вокселов в секции, равного исходному значению его видимой непрозрачности; и

(b) средство для установки уточненного значения видимой непрозрачности других вокселов в группах вокселов в секции, равного уточненному значению видимой непрозрачности соседнего воксела в той же группе вокселов, который ближе к источнику света, если уточненное значение видимой непрозрачности более близкого воксела равно или больше исходного значения видимой непрозрачности другого воксела, и установки уточненного значения видимой непрозрачности другого воксела, равного исходному значению видимой непрозрачности другого воксела, если уточненное значение видимой непрозрачности более близкого воксела меньше исходного значения видимой непрозрачности другого воксела;

(2) средство для повторения определений уточненных значений видимой непрозрачности для всех других вокселов в объеме иных, чем первый воксел;

(3) средство для определения трех ортогональных составляющих градиента видимой непрозрачности для первого воксела, причем одна из ортогональных составляющих градиента видимой непрозрачности параллельна

основному направлению света, при этом средство для определения градиента видимой непрозрачности дополнительно содержит

(a) средство для комбинирования уточненных значений видимой непрозрачности для вокселов в секции для получения трех ортогональных составляющих градиента видимой непрозрачности для первого воксела;

(b) средство для комбинирования трех ортогональных составляющих градиента видимой непрозрачности для первого воксела для получения градиента видимой непрозрачности, который является нормальным к изоповерхности, проходящей через первый воксел; и

(c) средство для повторения определений градиента видимой непрозрачности для всех других вокселов в объеме иных, чем первый воксел; и

(4) средство для определения затенения для объема при использовании градиента видимой непрозрачности, и

(5) средство для отображения объема на дисплее.

24. Устройство для объемного отображения по п.23, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит средство для определения затенения для объема при использовании градиента видимой непрозрачности.

25. Среда, поддающаяся считыванию с помощью компьютера, содержащая выполняемые команды для отображения на устройстве отображения объема данных вокселов с затенением и непрозрачностью в зависимости от направления источника света, определенного для освещения объема для отображения, в котором каждый воксел содержит репрезентативное значение параметра расположения в объеме и каждый воксел имеет исходное значение видимой непрозрачности, причем выполняемые программные команды содержат программные команды на

(1) определение уточненного значения видимой непрозрачности для первого воксела в объеме путем создания секции вокселов, окружающих первый воксел, причем все вокселы в секции расположены в группах так, чтобы каждый воксел в каждой группе вокселов в секции был расположен один за другим по линии, параллельной основному направлению света, при этом определение уточненного значения видимой непрозрачности дополнительно предусматривает

(a) установку уточненного значения видимой непрозрачности воксела, ближайшего к источнику света в каждой группе вокселов в секции, равного исходному значению его видимой непрозрачности; и

(b) установку уточненного значения видимой непрозрачности других вокселов в группах вокселов в секции, равного уточненному значению видимой непрозрачности соседнего воксела в той же группе вокселов, который ближе к источнику света, если уточненное значение видимой непрозрачности более близкого воксела равно или больше исходного значения видимой непрозрачности другого воксела, и установку уточненного значения видимой непрозрачности другого воксела, равного исходному значению видимой непрозрачности другого воксела, если уточненное значение видимой непрозрачности более близкого воксела меньше исходного значения видимой непрозрачности другого воксела;

(2) повторение определений уточненных значений видимой непрозрачности для всех других вокселов в объеме, иных, чем первый воксел;

(3) определение градиента видимой непрозрачности для каждого из вокселов в объеме при использовании определенных уточненных значений видимой непрозрачности для всех вокселов; и

(4) определение затенения для объема при использовании градиента видимой непрозрачности, и

(5) отображение объема на дисплее.

26. Среда, поддающаяся считыванию с помощью компьютера, содержащая выполняемые команды для отображения на устройстве отображения объема данных вокселов с затенением и непрозрачностью, в котором каждый воксел содержит репрезентативное значение параметра расположения в объеме и каждый воксел имеет исходное значение видимой непрозрачности, причем выполняемые программные команды содержат программные команды на

определение уточненного значения видимой непрозрачности для каждого воксела в объеме, причем уточненное значение видимой непрозрачности воксела является зависимым от исходного значения его видимой непрозрачности и уточненного значения видимой непрозрачности вокселов, соседних с ним; и

определение градиента видимой непрозрачности для каждого из вокселов в объеме при использовании определенных уточненных значений видимой непрозрачности для всех вокселов; и

определение затенения для объема при использовании градиента видимой непрозрачности.