Non-photorealistic Rendering in der medizinischen Visualisierung zur verbesserten Kontrastierung von CT/PET-Darstellungen

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
• 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
• 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
• 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.