تقنية إسقاط الأشعة الحجمية
تقنية إسقاط الأشعة الحجمية ، والتي تُسمى أحيانًا إسقاط الأشعة الحجمية أو تتبع الأشعة الحجمية أو مسيرة الأشعة الحجمية ، هي تقنية لعرض الحجم تعتمد على الصور . تقوم هذه التقنية بحساب صور ثنائية الأبعاد من مجموعات بيانات حجمية ثلاثية الأبعاد ( حقول قياسية ثلاثية الأبعاد ). يجب عدم الخلط بين إسقاط الأشعة الحجمية، الذي يعالج بيانات الحجم، وبين إسقاط الأشعة بالمعنى المستخدم في تتبع الأشعة ، الذي يعالج بيانات السطح. في النوع الحجمي، لا تتوقف العملية الحسابية عند السطح، بل "تخترق" الجسم، وتأخذ عينات منه على طول مسار الشعاع. على عكس تتبع الأشعة، لا يُنشئ إسقاط الأشعة الحجمية أشعة ثانوية. [ 1 ] عندما يكون السياق/التطبيق واضحًا، يُطلق عليها بعض المؤلفين ببساطة اسم إسقاط الأشعة . [ 1 ] [ 2 ] نظرًا لأن مسيرة الأشعة لا تتطلب بالضرورة حلًا دقيقًا لتقاطع الأشعة واصطداماتها، فهي مناسبة للحوسبة في الوقت الحقيقي للعديد من التطبيقات التي لا يُناسبها تتبع الأشعة.
تصنيف
يمكن اشتقاق تقنية إسقاط الأشعة الحجمية مباشرةً من معادلة العرض . وهي توفر نتائج عرض عالية الجودة. تُصنف تقنية إسقاط الأشعة الحجمية ضمن تقنيات عرض الحجم القائمة على الصور، حيث تنطلق الحسابات من الصورة الناتجة وليس من بيانات الحجم المدخلة، كما هو الحال في التقنيات القائمة على الكائنات.
الخوارزمية الأساسية
في شكلها الأساسي، تتألف خوارزمية إسقاط الأشعة الحجمية من أربع خطوات:
- إسقاط الأشعة. لكل بكسل في الصورة النهائية، يتم إطلاق شعاع ضوئي ("إسقاطه") عبر الحجم. في هذه المرحلة، من المفيد اعتبار الحجم محصورًا داخل شكل هندسي بسيط - عادةً ما يكون متوازي مستطيلات - يُستخدم لتقاطع الشعاع الضوئي مع الحجم.
- أخذ العينات. على امتداد جزء من شعاع الرؤية الواقع داخل الحجم، تُختار نقاط أخذ عينات متساوية البعد . عمومًا، لا يكون الحجم محاذيًا لشعاع الرؤية، وعادةً ما تقع نقاط أخذ العينات بين وحدات البكسل ثلاثية الأبعاد (فوكسل ). لذلك، من الضروري استيفاء قيم العينات من وحدات البكسل ثلاثية الأبعاد المحيطة بها (عادةً باستخدام الاستيفاء ثلاثي الخطوط ).
- التظليل. لكل نقطة أخذ عينات، تسترجع دالة نقل لون مادة RGBA ، ويتم حساب تدرج قيم الإضاءة. يمثل هذا التدرج اتجاه الأسطح المحلية داخل الحجم. ثم يتم تظليل العينات (أي تلوينها وإضاءتها) وفقًا لاتجاه سطحها وموقع مصدر الضوء في المشهد.
- التركيب. بعد تظليل جميع نقاط أخذ العينات، يتم تركيبها على طول شعاع الرؤية، مما ينتج عنه قيمة اللون النهائية للبكسل الذي تتم معالجته حاليًا. يُستمد التركيب مباشرةً من معادلة العرض، وهو مشابه لمزج صفائح الأسيتات على جهاز عرض علوي.
التحسينات.
- قد تعمل هذه الطريقة بترتيب عكسي ، أي أن الحساب يبدأ بالعينة الأبعد عن المشاهد وينتهي بالعينة الأقرب إليه. يضمن هذا الترتيب عدم تأثير الأجزاء المقنعة من الحجم على البكسل الناتج.
- قد يكون الترتيب من الأمام إلى الخلف أكثر كفاءة من الناحية الحسابية، حيث أن طاقة الشعاع المتبقية تتناقص أثناء ابتعاد الشعاع عن الكاميرا؛ لذلك، فإن المساهمة في تكامل العرض تتضاءل، وبالتالي يمكن تطبيق تنازل أكثر صرامة بين السرعة والجودة (زيادة المسافات بين العينات على طول الشعاع هي إحدى هذه المقايضات بين السرعة والجودة).
خوارزميات تكيفية متقدمة
تُقلل استراتيجية أخذ العينات التكيفية بشكلٍ كبير من وقت العرض للحصول على جودة عالية، فكلما زادت جودة و/أو حجم مجموعة البيانات، زادت أهمية هذه الاستراتيجية مقارنةً باستراتيجية أخذ العينات العادية/المتساوية. [ 1 ] مع ذلك، لا يتوافق إسقاط الأشعة التكيفي على مستوى الإسقاط وأخذ العينات التكيفي على طول كل شعاع على حدة بشكلٍ جيد مع بنية SIMD لوحدات معالجة الرسومات الحديثة. أما وحدات المعالجة المركزية متعددة النوى، فهي مثالية لهذه التقنية، مما يجعلها مناسبة للعرض الحجمي التفاعلي فائق الجودة .
أمثلة على تقنية الصب الشعاعي الحجمي عالية الجودة
يضم هذا المعرض مجموعة من الصور المُعالجة بتقنية إسقاط الأشعة الحجمية عالية الجودة. وعادةً ما يتميز مظهر صور إسقاط الأشعة الحجمية بالوضوح والدقة، مما يميزها عن مخرجات الواقع الافتراضي بتقنية رسم الخرائط النسيجية ، وذلك بفضل دقة عرض إسقاط الأشعة الحجمية العالية.
تبلغ دقة التصوير المقطعي المحوسب لمومياء التمساح 3000×512×512 (16 بت)، بينما تبلغ دقة مجموعة بيانات الجمجمة 512×512×750 (16 بت).
مسيرة راي
مصطلح " تتبع الأشعة" أوسع نطاقًا، ويشير إلى طرق يتم فيها تتبع الأشعة المحاكاة بشكل تكراري، مما يؤدي فعليًا إلى تقسيم كل شعاع إلى أجزاء أصغر، مع أخذ عينة من دالة معينة في كل خطوة. تُستخدم هذه الطرق غالبًا في الحالات التي لا يكون فيها إنشاء أشكال هندسية صريحة، مثل المثلثات، خيارًا مناسبًا.
أمثلة أخرى على تتبع الأشعة
- في تقنية تتبع الأشعة باستخدام دالة المسافة الموقعة (SDF) ، أو تتبع الكرة ، [ 3 ] يتم تقريب نقطة التقاطع بين الشعاع وسطح مُحدد بدالة المسافة الموقعة (SDF). تُقيّم دالة المسافة الموقعة في كل تكرار لضمان إمكانية اتخاذ أكبر خطوات ممكنة دون فقدان أي جزء من السطح. يُستخدم حدٌّ أدنى لإلغاء التكرارات اللاحقة عند الوصول إلى نقطة قريبة بما يكفي من السطح. تُستخدم هذه الطريقة غالبًا في عرض الأشكال الكسورية ثلاثية الأبعاد. [ 4 ]
- عند عرض تأثيرات مساحة الشاشة ، مثل انعكاس مساحة الشاشة (SSR) وظلال مساحة الشاشة، يتم تتبع الأشعة باستخدام G-buffers ، حيث يتم تخزين بيانات العمق والسطح العادي لكل بكسل ثنائي الأبعاد.
انظر أيضاً
- أميرا – برنامج تجاري للتصور والتحليل ثلاثي الأبعاد (لعلوم الحياة والطب الحيوي) يستخدم محرك عرض حجمي يعتمد على إسقاط الأشعة (مبني على Open Inventor )
- Avizo – برنامج تجاري للتصور والتحليل ثلاثي الأبعاد يستخدم محرك عرض حجمي يعتمد على تقنية إسقاط الأشعة (يعتمد أيضًا على Open Inventor)
- Shadertoy - مجتمع ومنصة إلكترونية لمحترفي رسومات الحاسوب والأكاديميين والهواة الذين يتبادلون ويتعلمون ويجربون تقنيات العرض والفن الإجرائي من خلال كود GLSL
- تتبع المسار الحجمي
مراجع
- 1 2 3 دانيال وايسكوف (2006). تقنيات التصور التفاعلي القائمة على وحدة معالجة الرسومات . سبرينغر ساينس آند بيزنس ميديا. ص 21. ISBN 978-3-540-33263-3.
- ↑ بارتون ف. برانستيتر (2009). المعلوماتية التصويرية العملية: الأسس والتطبيقات لمتخصصي أنظمة أرشفة الصور والاتصالات (PACS) . سبرينغر ساينس آند بيزنس ميديا. ص 126. ISBN 978-1-4419-0485-0.
- ↑ هارت، جون سي. (يونيو 1995)، "تتبع الكرة: طريقة هندسية لتتبع الأشعة المضاد للتشويش للأسطح الضمنية" (ملف PDF) ، الحاسوب المرئي
- ↑ هارت، جون سي؛ ساندين، دانيال جيه؛ كوفمان، لويس إتش (يوليو 1989)، "تتبع الأشعة للكسور ثلاثية الأبعاد الحتمية" (ملف PDF) ، رسومات الحاسوب
روابط خارجية
- تقنيات تسريع عرض الحجم القائم على وحدة معالجة الرسومات (J. Krüger, R. Westermann, IEEE Visualization 2003)
- إطار عمل أحادي المرور لتقنية إسقاط الأشعة على وحدة معالجة الرسومات من أجل عرض تفاعلي خارج الذاكرة لمجموعات البيانات الحجمية الضخمة (E. Gobbetti, F. Marton, JA Iglesias Guitian, The Visual Computer 2008)
- التصوير ثلاثي الأبعاد