Diese Diplomarbeit widmet sich der Anwendung von Non-photorealistic Rendering (NPR) in der computergrafischen Visualisierung. Nach einer Einführung in die Grundtechniken des Non-photorealistic Renderings werden insbesondere die Anwendungsmöglichkeiten von NPR in der medizinischen Visualisierung untersucht und eine eigene Lösungsentscheidung für die konkrete Problemstellung einer verbesserten Kontrastierung von CT/PET-Darstellungen vorgestellt und implementiert.
Da das NPR einen sehr komplexen und umfangreichen Anwendungsbereich beschreibt, ist es erforderlich seine unterschiedlichen Ausprägungen hervorzuheben. Wichtiger Bestandteil aller Kapitel sind daher grafische Beispiele, die zwar den Umfang der Arbeit deutlich erhöhen, aber für die Veranschaulichung und zur Verdeutlichung von Unterschieden unerlässlich sind.
Einleitend (Kapitel 2) erfolgt zunächst ein Überblick über die Gesamtthematik NPR, der eine Definition sowie die geschichtliche Entwicklung und Struktur des Non-photorealistic Renderings einschließt. Im weiteren teilt sich die Arbeit in drei Hauptteile auf, die eine sukzessive Fokussierung auf die Problemlösung zur verbesserten Kontrastierung von CT/PET-Darstellungen verfolgen. Die einzelnen Teile bauen jeweils auf den Erkenntnissen und Grundlagen der vorherigen Teile auf und erlauben so das Nachvollziehen der vorgestellten Sachverhalte.
So werden in einem ersten Teil (Kapitel 3) verschiedene Grundtechniken, die als Basis der meisten NPR-Verfahren dienen, in einer Gliederung vorgestellt und untersucht. In diesem Kapitel ist die Blickrichtung allgemein und berücksichtigt sowohl mediale, künstlerische als auch erste medizinische Visualisierungsaspekte.
Darauf aufbauend, wird der Fokus im zweiten Teil (Kapitel 4) auf den medizinischen Bereich, insbesondere auf die Visualisierung von CT- (Computertomographie) und PET-Daten (Positronen-Emissions-Tomographie), konzentriert. Dabei werden zunächst Aspekte aus der handgefertigten Illustration medizinischer und anatomischer Strukturen sowie der Einsatz von bildgebenden Verfahren in der Medizin vorgestellt. Außerdem wird ein Bewusstsein für die die medizinische Visualisierung betreffenden Problemstellungen geschaffen. Ebenso werden die Einsatzmöglichkeiten von NPR in der medizinischen Visualisierung untersucht.
Inhaltsverzeichnis
- 1 Einleitung
- 2 Überblick Non-photorealistic Rendering
- 2.1 Definition
- 2.2 Geschichtliche Entwicklung
- 2.3 Struktur
- 3 Grundtechniken von Non-photorealistic Rendering
- 3.1 Pixel Manipulation
- 3.1.1 Halftoning
- 3.1.2 Stippling
- 3.2 Simulation von Kunsttechniken
- 3.2.1 Pencil Rendering
- 3.2.2 Pen-and-Ink Rendering
- 3.2.3 Painterly Rendering
- 3.3 Erweiterte Illustrationstechniken
- 3.3.1 Edge Enhancement
- 3.3.1.1 Zweidimensionale Verfahren
- 3.3.1.2 Dreidimensionale Verfahren
- 3.3.2 Shading
- 3.3.2.1 Component-Based Lighting Model
- 3.3.2.2 Tone Shading
- 3.3.2.3 Hatching
- 3.3.1 Edge Enhancement
- 3.1 Pixel Manipulation
- 4 Medizinische Visualisierung
- 4.1 Handgefertigte medizinische Illustrationen
- 4.1.1 Gesamtüberblick
- 4.1.2 Illustrationstechniken
- 4.1.2.1 Linien- und Punkttechniken
- 4.1.2.2 Farbgebung
- 4.2 Computergrafische medizinische Visualisierung
- 4.2.1 Anwendungsgebiete in der Medizin
- 4.2.2 Bildgebende Verfahren
- 4.2.2.1 Computertomographie
- 4.2.2.2 Positronen-Emissions-Tomographie
- 4.2.2.3 Datenstruktur für dreidimensionale bildgebende Verfahren
- 4.2.3 Volume Rendering
- 4.2.3.1 Direct Volume Rendering
- 4.2.3.2 Indirect Volume Rendering
- 4.2.4 Typische Problemstellungen medizinischer Visualisierung
- 4.2.4.1 Wahl zwischen Geschwindigkeit und optischer Qualität
- 4.2.4.2 Auflösung der Datensätze
- 4.2.4.3 Klassifikation durch Transferfunktionen
- 4.2.4.4 Segmentierung
- 4.2.4.5 Koregistrierung für kombinierte Darstellungen mehrerer Datensätze
- 4.2.4.6 Verbesserte Kontrastierung durch NPR-Techniken
- 4.3 Anwendung von NPR in der medizinischen Visualisierung
- 4.3.1.1 Grundlagen
- 4.3.1.2 Hatching
- 4.3.1.3 Stippling
- 4.3.1.4 Konturen
- 4.3.1.5 Zusammenfassung
- 4.4 Lösungsentscheidung zur verbesserten Kontrastierung
- 4.1 Handgefertigte medizinische Illustrationen
- 5 Softwaretechnische Lösung
- 5.1 Grundlagen
- 5.1.1 Einführung Volume Studio
- 5.1.2 Theoretische Grundlagen
- 5.1.3 Verwendete Technologien
- 5.1.3.1 C++
- 5.1.3.2 OpenSG
- 5.1.3.3 OpenGL
- 5.1.3.4 Qt
- 5.1.4 Themenverwandte Arbeiten
- 5.2 Konzeption und Realisierung des Systems
- 5.2.1 Wahl des Kantenfindungsverfahrens
- 5.2.2 Vorstellung des Kantenfindungsverfahrens
- 5.2.3 Optimierungen und Erweiterungen
- 5.2.3.1 Reduzierung des Berechnungsaufwands
- 5.2.3.2 Optische und Funktionale Erweiterungen
- 5.2.4 Weitere Aspekte der Realisierung
- 5.2.4.1 Prüfungsverfahren der Volumenwürfel
- 5.2.4.2 Zeichnen der Konturlinien
- 5.2.5 Zusammenfassung
- 5.3 Einsatz des Systems
- 5.3.1 Ergebnispräsentation
- 5.3.2 Aufgetretene Probleme
- 5.3.3 Auswertungen
- 5.1 Grundlagen
- 6 Zusammenfassung und Ausblick
- 6.1 Zusammenfassung
- 6.2 Ausblick
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Diese Diplomarbeit untersucht die Anwendung von Non-photorealistic Rendering (NPR) zur Verbesserung der Kontrastierung in medizinischen Visualisierungen, insbesondere von CT/PET-Darstellungen. Das Hauptziel ist die Entwicklung und Implementierung einer Softwarelösung, die die räumliche Darstellung und Interpretation solcher Daten verbessert.
- Non-photorealistic Rendering-Techniken und deren Anwendung in der Visualisierung
- Analyse handgefertigter medizinischer Illustrationen und deren Relevanz für NPR
- Computergestützte medizinische Visualisierung und deren Herausforderungen
- Entwicklung eines verbesserten Kantenfindungsverfahrens für Volumendaten
- Integration der Lösung in das "Visualization of medical data" Projekt
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Diese Arbeit befasst sich mit der Anwendung von Non-photorealistic Rendering (NPR) in der computergrafischen Visualisierung, konzentriert sich auf die medizinische Visualisierung und bietet eine eigene Lösung zur verbesserten Kontrastierung von CT/PET-Darstellungen.
2 Überblick Non-photorealistic Rendering: Dieses Kapitel definiert NPR, beleuchtet seine historische Entwicklung und beschreibt die grundlegenden Strukturen der NPR-Techniken. Es betont den Unterschied zu photorealistischem Rendering und zeigt verschiedene Anwendungen in unterschiedlichen Bereichen auf.
3 Grundtechniken von Non-photorealistic Rendering: Dieses Kapitel stellt wichtige NPR-Grundtechniken vor, darunter Pixelmanipulationen wie Halftoning und Stippling, sowie die Simulation von Kunsttechniken wie Pencil Rendering und Pen-and-Ink Rendering. Es erläutert erweiterte Illustrationstechniken wie Edge Enhancement und Shading, die oft mit anderen Verfahren kombiniert werden.
4 Medizinische Visualisierung: Dieses Kapitel fokussiert NPR im medizinischen Kontext, insbesondere bei der Visualisierung von CT- und PET-Daten. Es beleuchtet handgefertigte medizinische Illustrationen und ihre Techniken, um dann auf die computergrafische medizinische Visualisierung, Volume Rendering und typische Herausforderungen einzugehen. Abschließend wird ein Lösungsvorschlag für die verbesserte Kontrastierung von CT/PET-Darstellungen entwickelt.
5 Softwaretechnische Lösung: Dieses Kapitel beschreibt die Integration der entwickelten Lösung in das "Visualization of medical data" Projekt. Es erklärt die verwendete Software (Volume Studio), die theoretischen Grundlagen und die verwendeten Technologien (C++, OpenSG, OpenGL, Qt). Die Konzeption und Implementierung des Systems werden detailliert dargestellt, einschließlich Optimierungen und Erweiterungen zur Verbesserung der Geschwindigkeit und der optischen Qualität.
Schlüsselwörter
Non-photorealistic Rendering (NPR), medizinische Visualisierung, Computertomographie (CT), Positronen-Emissions-Tomographie (PET), Volume Rendering, Kantenfindung, Konturlinien, Depth Cueing, Transferfunktionen, Segmentierung, Volume Studio, OpenSG, OpenGL, C++, Qt.
Häufig gestellte Fragen (FAQ) zur Diplomarbeit: Anwendung von Non-photorealistic Rendering (NPR) in der medizinischen Visualisierung
Was ist das Thema dieser Diplomarbeit?
Die Diplomarbeit untersucht die Anwendung von Non-photorealistic Rendering (NPR) zur Verbesserung der Kontrastierung in medizinischen Visualisierungen, insbesondere von CT- und PET-Darstellungen. Das Hauptziel ist die Entwicklung und Implementierung einer Softwarelösung, die die räumliche Darstellung und Interpretation solcher Daten verbessert.
Welche Techniken des Non-photorealistic Rendering werden behandelt?
Die Arbeit behandelt verschiedene NPR-Techniken, darunter Pixelmanipulationen (Halftoning, Stippling), die Simulation von Kunsttechniken (Pencil Rendering, Pen-and-Ink Rendering, Painterly Rendering) und erweiterte Illustrationstechniken wie Edge Enhancement und Shading (Component-Based Lighting Model, Tone Shading, Hatching).
Wie wird die medizinische Visualisierung in der Arbeit betrachtet?
Die Arbeit analysiert sowohl handgefertigte medizinische Illustrationen und deren Techniken (Linien- und Punkttechniken, Farbgebung) als auch computergestützte Verfahren. Sie beleuchtet Volume Rendering (Direct und Indirect), typische Herausforderungen der medizinischen Visualisierung (Geschwindigkeit vs. Qualität, Auflösung, Klassifikation, Segmentierung, Koregistrierung) und den Einsatz von NPR-Techniken zur verbesserten Kontrastierung.
Welche Software und Technologien wurden verwendet?
Die entwickelte Softwarelösung wurde in das "Visualization of medical data" Projekt integriert und verwendet Volume Studio als Basis. Die Implementierung basiert auf C++, OpenSG, OpenGL und Qt. Die Arbeit beschreibt detailliert die Konzeption und Realisierung des Systems, einschließlich Optimierungen zur Verbesserung der Geschwindigkeit und der optischen Qualität.
Welches Problem wird mit der Softwarelösung adressiert?
Die Softwarelösung zielt darauf ab, die Kontrastierung in CT- und PET-Darstellungen zu verbessern, um die räumliche Darstellung und Interpretation der medizinischen Daten zu erleichtern. Ein verbessertes Kantenfindungsverfahren für Volumendaten steht im Mittelpunkt der Lösung.
Welche Schlüsselwörter beschreiben die Arbeit am besten?
Schlüsselwörter sind: Non-photorealistic Rendering (NPR), medizinische Visualisierung, Computertomographie (CT), Positronen-Emissions-Tomographie (PET), Volume Rendering, Kantenfindung, Konturlinien, Depth Cueing, Transferfunktionen, Segmentierung, Volume Studio, OpenSG, OpenGL, C++, Qt.
Welche Kapitel beinhaltet die Arbeit?
Die Arbeit gliedert sich in folgende Kapitel: Einleitung, Überblick Non-photorealistic Rendering, Grundtechniken von Non-photorealistic Rendering, Medizinische Visualisierung, Softwaretechnische Lösung, Zusammenfassung und Ausblick. Jedes Kapitel behandelt spezifische Aspekte der Thematik, beginnend mit einer Einführung in NPR und der medizinischen Visualisierung, über die detaillierte Beschreibung der entwickelten Softwarelösung bis hin zur Zusammenfassung und einem Ausblick auf zukünftige Arbeiten.
Wo finde ich das detaillierte Inhaltsverzeichnis?
Das detaillierte Inhaltsverzeichnis mit allen Unterkapiteln ist im HTML-Dokument enthalten und bietet einen umfassenden Überblick über den Aufbau und den Inhalt der Arbeit.
- Citation du texte
- Dipl. Medienwiss. / B. Sc. Simon Beisel (Auteur), 2007, Non-photorealistic Rendering in der medizinischen Visualisierung zur verbesserten Kontrastierung von CT/PET-Darstellungen, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/91850
