Isosurfaceextractie

Isosurfaceextractie is het proces waarbij uit een driedimensionale scalair-velddata set een polygonale mesh wordt opgebouwd die de set punten vertegenwoordigt waar de veldwaarde gelijk is aan een gekozen iso-waarde. Dit creëert een oppervlak dat de onderliggende isovelden als niveau-set visualiseert en wordt veel toegepast bij volumetrische gegevens zoals voxels afkomstig uit medische beeldvorming of simulaties.

De meest bekende methode is marching cubes, een cell-gebaseerd algoritme dat elke kubus van een voxelgrid afloopt en op basis van de waarden aan de hoekpunten een set driehoeken genereert die de isosurface approximeren. Er bestaan varianten zoals marching tetrahedra, dat de cel indeelt in tetraëders en ambiguïteiten beter afhandeling, en dual contouring, dat vaak meer topologisch consistente meshes oplevert. In veel implementaties worden lineaire interpolaties langs de randen van cellen gebruikt om de positie van de snijpunten met de iso-waarde te bepalen. Normalen kunnen uit afgeleiden van het veld of uit nabije cellen berekend worden ter shading en rendering.

Het output is meestal een polygonale mesh van driehoeken met vertices en bijbehorende normaalvectoren; optionele informatie zoals normale per vertex, textuurcoördinaten of materiaalkenmerken kan worden toegevoegd voor verdere verwerking.

Toepassingen omvatten medische beeldvorming (CT- en MRI-visualisatie), wetenschappelijke visualisatie (CFD, geowetenschappen), en realtime rendering in simulaties en games via GPU-acceleratie. Uitdagingen zijn onder meer afhangelijkheid van de dataresolutie, artefacten bij topologisch complexe oppervlakken en ruis, waarvoor vaak adaptief meshing, smoothing of pre-processing wordt toegepast.