一种用于医学图形的视口自适应高效实时渲染方法技术

本发明专利技术提出一种用于医学图形的视口自适应高效实时渲染方法，适用于计算机渲染领域，包括以下步骤：输入人体组织模型的基本数据；读取模型的信息包括各顶点的拓扑关系，基本顶点；将计算用于每一帧的像素数量，实现动态分辨率；对模型进行曲面细分，计算TCS中计算外部和内部细分级别；获得所有控制点坐标，并对细分曲面进行评估；绘制构成人体组织的三角面片；光栅化渲染图形；本发明专利技术通过一种新的方法对医学图形进行渲染，它集成到硬件细分管线中。通过视觉函数来减少计算资源使用，以及采用了一种动态细分方法，减少等距柱状投影产生伪影，来提高渲染的简单性和效率，不仅提高了运算速度，还加快了渲染的流畅性，渲染的真实性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
一种用于医学图形的视口自适应高效实时渲染方法


[0001]本专利技术涉及计算机渲染
，尤其涉及一种用于医学图形的视口自适应高效实时渲染方法。

技术介绍

[0002]曲面细分是OpenGL4.x中的一个令人兴奋的新特性，曲面主要用于解决3D模型的静态属性，包括他们的精细度和多边形数量。具体来说当我们近距离观察一个复杂的模型(如心脏)时，我们希望能够看到这个模型的所有细节(例如组织表面的褶皱)，这是渲染医学图形所需要的一个特性。
[0003]针对曲面细分的应用，问题在于物理模拟和细节优化通常在CPU上运行，而渲染的表面几何形状存储在GPU上。这需要CPU侧从GPU访问网格数据，以便计算表面变形。此外，物理更新涉及将修改后的表面几何上传回GPU。由于CPU
‑
GPU内存总线的带宽和延迟限制，导致了重要的运行时开销并影响了当前硬件架构的性能。
[0004]综上可知，现有渲染技术在实际使用上，显然存在不便与缺陷，所以有必要加以改进。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提出一种结合了视觉函数和动态细分方式，有效减少等距柱状投影产生伪影，来提高渲染的简单性和效率的视口自适应高效实时渲染方法。
[0006]为达到上述目的，本专利技术提出一种用于医学图形的视口自适应高效实时渲染方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1：使用一组医学图形作为基本模型；
[0008]步骤1
‑
1：读取模型的信息包括各顶点的拓扑关系、特性标签和基本顶点；
[0009]步骤1
‑
2：通过视觉函数：f(x)＝200/(x+1)计算用于每一帧的像素数量，实现动态分辨率；然后使用所述函数的积分，得到缓冲区的半径维度的分辨率，然后通过公式x
polar
＝200*In(x
Cartesian
+1)将世界坐标系下缓冲区纹理位置转换为极坐标缓冲纹理位置；
[0010]式中：x是偏心角度，单位是度；x
polar
是在极坐标纹理位置，x
Cartesian
是世界坐标纹理位置；
[0011]步骤1
‑
3：为了确保使用光线对场景进行正确采样，使用与纹理宽度相似的高度；为了保持足够高的FPS速率以获得舒适的观看体验，通过改变使用的纹理宽度来改变分辨率，使用的纹理宽度根据所需要每帧的图形而改变；
[0012]步骤2：对所述模型进行曲面细分；
[0013]步骤3：对所述细分曲面进行评估；
[0014]步骤4：绘制构成人体组织的三角面片；
[0015]步骤5：将处理过的模型进行光栅化，最终得到渲染结果。
[0016]进一步的，在步骤2中，包括以下步骤：
[0017]步骤2
‑
1：使用渲染管线中的细分控制着色器TCS和细分评估着色器TES实现三角形网格的动态运行时细分；
[0018]步骤2
‑
2：使用算法来计算TCS中计算外部和内部细分级别，以实现在使用等距柱状投影时几乎不产生伪影；使用TES提供的重心坐标直接计算顶点位置和其他属性，其结果只是缩短投影三角形边长，没有修改几何形状；
[0019]步骤2
‑
3：获得所有控制点坐标。
[0020]进一步的，在步骤2
‑
1中，所述TCS用于确定外部细分级别，即网格三角形的每条边应分为多少段以及内部细分级别，即要添加多少个内部环；所述TES用于为所有新创建的顶点设置位置和其他属性。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的优势之处在于：本专利技术通过一种新的方法对医学图形进行渲染，它集成到硬件细分管线中。通过视觉函数来减少计算资源使用，以及采用了一种动态细分方法，减少等距柱状投影产生伪影，来提高渲染的简单性和效率，不仅提高了运算速度，还加快了渲染的流畅性，渲染的真实性。
附图说明
[0022]图1为本专利技术实施例中用于医学图形的视口自适应高效实时渲染方法的流程示意图。
具体实施方式
[0023]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术的技术方案作进一步地说明。
[0024]如图1所示，本专利技术提出一种用于医学图形的视口自适应高效实时渲染方法，包括以下步骤：
[0025]步骤1：在本实施例中，使用一组人体组织的医学图形作为基本模型；
[0026]步骤1
‑
1：读取模型的信息包括各顶点的拓扑关系，特性标签，基本顶点。
[0027]步骤1
‑
2：使用以下函数来计算用于每一帧的像素数量，实现动态分辨率，该函数与人眼分辨率衰减和整体显示系统非常匹配：
[0028]f(x)＝200/(x+1)
[0029]其中x是偏心角度，单位是度，该函数在人眼和克服分辨率衰退现象的匹配上有良好的效果；使用这个函数的积分，可以得到缓冲区的半径维度的分辨率；在世界坐标系下缓冲区纹理位置转换为极坐标缓冲纹理位置可以通过下式计算：
[0030]x
polar
＝200*In(x
Cartesian
+1)
[0031]其中，x
polar
是在极坐标纹理位置，x
Cartesian
是世界坐标纹理位置，然后可以将其转换为极径ρ：
[0032][0033]步骤1
‑
3：为了确保使用光线对场景进行正确采样，使用与宽度大致相似的高度；用于90度人眼分辨率的每只眼睛的光线可以适应1024x1024大小的数据结构；以此分辨率中看到极坐标缓冲区着色；为了保持足够高的FPS速率以获得舒适的观看体验，需要根据视
口的变化来改变分辨率，这是通过改变使用的纹理宽度来实现的，使用的纹理宽度可以根据所需要每帧的图形而改变。
[0034]步骤2：对模型进行曲面细分。
[0035]步骤2
‑
1：在显示医学图形时需要360
°
环视全景视口，虽然在输入网格上执行等距柱状投影投影很容易，但它通常会导致显示的图形中包含许多伪影，这是因为网格中的直边可能需要在360
°
环绕视图全景图中用曲线表示。如果投影图像中的网格边缘足够短，则产生的伪影可以忽略不计,因此，使用动态细分网格将减少伪影，并可以获得高质量的360
°
环视全景,由于投影图像中边缘的长度不仅取决于其物理尺寸，还取决于其与相机的距离，因此曲面细分不能先验地发生，因此，在给定网格相对于虚拟相机的位置的情况下，必须使用运行时细分方法来确保足够的网格细化；使用渲染管线中的细分控制着色器TCS和细分评估着色器TES可以实现三角形网格的动态运行时细分；TCS用于确定外部细分级别(网格三角形的每条边应分为多少段)以及内部细分级别(要添加多少个内部环)。TES用于为所有新创建的顶点设置位置和其他属性。算法1描述了在T本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于医学图形的视口自适应高效实时渲染方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：使用一组医学图形作为基本模型；步骤1
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1：读取模型的信息包括各顶点的拓扑关系、特性标签和基本顶点；步骤1
‑
2：通过视觉函数：f(x)＝200/(x+1)计算用于每一帧的像素数量，实现动态分辨率；然后使用所述函数的积分，得到缓冲区的半径维度的分辨率，然后通过公式x
polar
＝200*In(x
Cartesian
+1)将世界坐标系下缓冲区纹理位置转换为极坐标缓冲纹理位置；式中：x是偏心角度，单位是度；x
polar
是在极坐标纹理位置，x
Cartesian
是世界坐标纹理位置；步骤1
‑
3：为了确保使用光线对场景进行正确采样，使用与纹理宽度相似的高度；为了保持足够高的FPS速率以获得舒适的观看体验，通过改变使用的纹理宽度来改变分辨率，使用的纹理宽度根据所需要每帧的图形而改变；步骤2：...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵兆瑞，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：