VolumenRendering

Volumenrendering ist eine Gruppe von Techniken zur Visualisierung dreidimensionaler volumetrischer Datensätze, bei denen das Volumen direkt abgebildet wird, anstatt Oberflächen aus dem Datensatz zu extrahieren. Typische Daten stammen aus medizinischen Bildern (CT, MRT), Geologie, Materialwissenschaften oder wissenschaftlichen Simulationen.

Zu den direkten Volumenrendering-Verfahren gehört das Ray Casting bzw. Ray Marching. Strahlen von der Kamera durch das Volumen werden in regelmäßigen Abständen abgetastet; an jedem Abtastpunkt wird ein Voxelwert zusammen mit einem Gradientenschätzer verwendet, und eine Transferfunktion wandelt Werte und Gradienten in Farbe und Opazität um. Durch das Kombinieren entlang der Strahlachse entsteht das endgültige Bild, einschließlich Transparenz und Tiefenhinweisen. Splatting und texturbasierte Ansätze dienen als Alternativen.

Indirektes Volumenrendering verwendet hingegen Oberflächen- oder Modellrepräsentationen, die aus dem Volumen gewonnen werden (beispielsweise durch Segmentierung oder Isosurfaces), und das Rendering erfolgt über traditionelle polygonale Renderer. Direct und indirektes Volumenrendering sind komplementär und werden je nach Anforderung gewählt.

Die Transferfunktion ist zentral: Sie legt fest, wie Voxelniveaus in Farbe und Transparenz überführt werden. Gradientinformationen werden oft verwendet, um Kanten zu betonen, und Beleuchtungsmodelle verbessern die räumliche Wahrnehmung.

Anwendungen umfassen medizinische Visualisierung von Anatomie und Pathologien, geowissenschaftliche Interpretationen, Materialforschung und Strömungs- oder Klimasimulationen. Herausforderungen sind Rechenaufwand, Speicherbedarf, Rauschen im Datensatz und die Gestaltung intuitiver Transferfunktionen, insbesondere in interaktiven Anwendungen, die GPU-Beschleunigung nutzen.