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Interaktive Visualisierung variierender Isoflächen mit trivariaten Splines auf massiv parallelen Prozessoren

Koch, Thomas (2009):
Interaktive Visualisierung variierender Isoflächen mit trivariaten Splines auf massiv parallelen Prozessoren.
Darmstadt, TU, Diplomarbeit, 2009, [Master Thesis]

Abstract

Die Visualisierung von skalaren Volumendaten, wie sie beispielsweise bei CT- oder MRT-Scans generiert werden, ist Thema aktueller Forschungen. Bei den Daten handelt es sich um Dichtewerte auf einem dreidimensionalen regulären Gitter. Unterschieden wird zwischen der direkten Volumenvisualisierung und der Darstellung sogenannter Isoflächen. Anwendung findet die Volumenvisualisierung im Bereich der modernen medizinischen Diagnostik und der industriellen Qualitätskontrolle. In dieser Diplomarbeit wird untersucht, inwieweit moderne Grafikkarten mit ihren massiv parallelen Prozessoren in der Lage sind, interaktive Rekonstruktionen von qualitativ hochwertigen Isoflächen zu liefern. Dabei wird das gesamte Volumen mittels trivariater Splines in Bernstein-Bézier-Form beschrieben. Alle Isoflächen liegen somit implizit vor und werden mit einem präzisen Ray-Casting-Verfahren interaktiv visualisiert. Die verwendeten Splines verfügen über garantierte Glattheitsbedingungen bei niedrigem Grad, um eine hochqualitative sowie effiziente Visualisierung gegenüber Standardverfahren zu erreichen. Der vorgestellte parallele GPU-Algorithmus nutzt die Bernstein-Bézier- Form, Instancing-Techniken und neueste Shader-4.0-Funktionalitäten, um die Rekonstruktionszeiten gegenüber einer optimierten CPU-Version bis zu 68-fach zu beschleunigen. Zusätzlich wird der benötigte Speicher deutlich reduziert und die Bildrate erhöht. Die Zeitmessungen einer kombinierten CUDA-OpenGL-Implementierung belegen, dass ein interaktives Variieren der Isowerte auch bei großen Datensätzen durch Auslagerung aller Berechnungsschritte auf die Grafikkarte möglich ist. Folglich ist der gezeigte Algorithmus eine signifikante Verbesserung der praktischen Anwendung von trivariaten Splines für die Echtzeitvisualisierung.

Item Type: Master Thesis
Erschienen: 2009
Creators: Koch, Thomas
Title: Interaktive Visualisierung variierender Isoflächen mit trivariaten Splines auf massiv parallelen Prozessoren
Language: German
Abstract:

Die Visualisierung von skalaren Volumendaten, wie sie beispielsweise bei CT- oder MRT-Scans generiert werden, ist Thema aktueller Forschungen. Bei den Daten handelt es sich um Dichtewerte auf einem dreidimensionalen regulären Gitter. Unterschieden wird zwischen der direkten Volumenvisualisierung und der Darstellung sogenannter Isoflächen. Anwendung findet die Volumenvisualisierung im Bereich der modernen medizinischen Diagnostik und der industriellen Qualitätskontrolle. In dieser Diplomarbeit wird untersucht, inwieweit moderne Grafikkarten mit ihren massiv parallelen Prozessoren in der Lage sind, interaktive Rekonstruktionen von qualitativ hochwertigen Isoflächen zu liefern. Dabei wird das gesamte Volumen mittels trivariater Splines in Bernstein-Bézier-Form beschrieben. Alle Isoflächen liegen somit implizit vor und werden mit einem präzisen Ray-Casting-Verfahren interaktiv visualisiert. Die verwendeten Splines verfügen über garantierte Glattheitsbedingungen bei niedrigem Grad, um eine hochqualitative sowie effiziente Visualisierung gegenüber Standardverfahren zu erreichen. Der vorgestellte parallele GPU-Algorithmus nutzt die Bernstein-Bézier- Form, Instancing-Techniken und neueste Shader-4.0-Funktionalitäten, um die Rekonstruktionszeiten gegenüber einer optimierten CPU-Version bis zu 68-fach zu beschleunigen. Zusätzlich wird der benötigte Speicher deutlich reduziert und die Bildrate erhöht. Die Zeitmessungen einer kombinierten CUDA-OpenGL-Implementierung belegen, dass ein interaktives Variieren der Isowerte auch bei großen Datensätzen durch Auslagerung aller Berechnungsschritte auf die Grafikkarte möglich ist. Folglich ist der gezeigte Algorithmus eine signifikante Verbesserung der praktischen Anwendung von trivariaten Splines für die Echtzeitvisualisierung.

Uncontrolled Keywords: Volume rendering, High performance graphics, Splines, Isosurfaces, Ray casting
Divisions: 20 Department of Computer Science
20 Department of Computer Science > Interactive Graphics Systems
Date Deposited: 12 Nov 2018 11:16
Additional Information:

88 S.

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