(57)【要約】コンピュータ対応ボリュームデータレンダリング、より具体的には、コンピュータ対応ボリュームレンダリングに適用される多角形モデルオブジェクト上へのボリュームレンダリングカラーのマッピングのためのプロセスおよびシステムが、説明される。一実施例では、ボリュームデータの内側に位置する多角形モデルオブジェクト上へのボリュームレンダリングデータのカラーのマッピングまたはエンコーディングは、ボクセルのレンダリング結果を多角形オブジェクトの表面近傍に割り当てることによって達成される。
2017503236.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イメージを描写するコンピュータ対応方法であって、
１つまたはそれを上回るプロセッサおよびメモリを有するデバイスにおいて、
イメージを３次元で表すボリュームデータセットを提供する作用であって、前記データセットは、複数の要素を含む、作用と、
伝達関数を前記ボリュームデータセットに適用し、前記要素毎のカラーを生成する作用と、
ボリュームレンダリングを使用して、多角形オブジェクトの各頂点の局所領域内に前記要素のカラーを蓄積させる作用と、
前記ボリュームレンダリングのカラー出力を前記ボリュームデータセットの要素と接合する前記多角形オブジェクトの各頂点にマッピングする作用と
を含む、方法。
【請求項２】
前記頂点のカラーを前記多角形オブジェクトの対応する三角形の表面上に補間することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記伝達関数のために、前記頂点を交差するレイに沿った前記ボリュームデータの値および前記多角形オブジェクトの頂点を交差するレイに対して算出されたボリュームレンダリングプロシージャの対応するカラー出力の関係を確立することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ボリュームレンダリングは、ボリュームレイトレーシング、ボリュームレイキャスティング、スプラッティング、せん断ゆがみ、およびテクスチャマッピングのうちの１つまたはそれを上回るものを行うことを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記伝達関数は、ランプ関数、区分線形関数、およびルックアップテーブルのうちの１つまたはそれを上回るものを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記マッピングされた結果および複数の制御点を含む前記伝達関数の描写を表示する作用と、
各制御点において、その制御点と関連付けられた前記マッピングされた結果の一部に対するパラメータの値を選択するための入力を受け取る作用と
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記マッピングされた結果を３Ｄプリンタに出力することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
３Ｄプリンタに、前記マッピングされた結果を使用して、オブジェクトを印刷させることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法を実施するようにプログラムされる、コンピューティングデバイス。
【請求項１０】
請求項１に記載の方法によって生成された前記マッピングされた結果を記憶する、コンピュータ可読記憶媒体。
【請求項１１】
請求項１に記載の方法を実施するためのコンピュータコードを記憶する、コンピュータ可読記憶媒体。
【請求項１２】
イメージを描写するための装置であって、
１つまたはそれを上回るプロセッサと、
その上に記憶された命令を有するメモリであって、前記命令は、前記１つまたはそれを上回るプロセッサによって実行されると、前記プロセッサに、
イメージを３次元で表すボリュームデータセットにアクセスすることであって、前記データセットは、複数の要素を含む、ことと、
前記ボリュームデータセットの複数の要素毎のカラーを定義する伝達関数にアクセスすることと、
ボリュームレンダリングのカラー出力を前記ボリュームデータセットの要素と接合する前記多角形オブジェクトの各頂点にマッピングすることと
を含む動作を行わせる、メモリと
を備える、装置。
【請求項１３】
前記頂点のカラーは、前記多角形オブジェクトの対応する三角形の表面上に補間される、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
ユーザは、前記伝達関数のために、前記頂点を交差するレイに沿った前記ボリュームデータの値および前記多角形オブジェクトの頂点を交差するレイに対して算出されたボリュームレンダリングプロシージャの対応するカラー出力の関係を確立する、請求項１２に記載の装置。
【請求項１５】
前記ボリュームレンダリングは、ボリュームレイトレーシング、ボリュームレイキャスティング、スプラッティング、せん断ゆがみ、およびテクスチャマッピングのうちの１つまたはそれを上回るものを行うことを含む、請求項１２に記載の装置。
【請求項１６】
前記伝達関数は、ランプ関数、区分線形関数、およびルックアップテーブルのうちの１つまたはそれを上回るものである、請求項１２に記載の装置。
【請求項１７】
前記プロセッサが、前記マッピングされたカラーおよび複数の制御点を含む前記伝達関数の描写を表示することと、
ユーザから、各制御点において、その制御点と関連付けられた投影の一部に対するパラメータの値を選択するための入力を受け取ることと
をさらに含む、請求項１２に記載の装置。
【請求項１８】
前記マッピングされたカラーを受信するように、前記プロセッサに結合される３Ｄ印刷デバイスをさらに備える、請求項１２に記載の装置。
【請求項１９】
イメージを描写するための装置であって、
イメージを３次元で表すボリュームデータセットを備える、第１のコンピュータ可読記憶装置であって、前記データセットは、複数の要素を含む、第１のコンピュータ可読記憶装置と、
前記要素毎のカラーを定義する伝達関数を備える、第２のコンピュータ可読記憶装置と、
前記第１および第２の記憶装置に結合され、前記ボリュームレンダリングのカラー出力を前記ボリュームデータセットの要素と接合する前記多角形オブジェクトの各頂点にマッピングするように動作可能である、プロセッサと
を備える、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、２０１３年１１月２０日に出願され、“ＭＥＴＨＯＤ  ＡＮＤ  ＳＹＳＴＥＭ  ＦＯＲ  ＶＯＬＵＭＥ  ＲＥＮＤＥＲＩＮＧ  ＣＯＬＯＲ  ＭＡＰＰＩＮＧ  ＯＮ  ＰＯＬＹＧＯＮＡＬ  ＯＢＪＥＣＴＳ  ＦＯＲ  ３−Ｄ  ＰＲＩＮＴＩＮＧ”と題された、米国仮特許出願第６１／９０６，８３８号に対する優先権を主張するものであり、該仮出願の全体は、あらゆる目的のために、参照により本明細書中に援用される。
【０００２】
本開示は、概して、コンピュータ対応イメージングを使用したオブジェクトのイメージのコンピュータグラフィックスおよび描写に関し、一実施例では、３Ｄ印刷のための多角形オブジェクトの表現に関する。
【背景技術】
【０００３】
３次元スカラーフィールドによって表されるボリュームオブジェクトの視覚化は、実３Ｄ（３次元）オブジェクトの内部および外部構造を表すための最も完全、現実的、かつ正確な方法のうちの１つである。実施例として、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）は、実３Ｄオブジェクト（例えば、人体の内側等）のイメージをデジタル化し、それらを離散３Ｄスカラーフィールド表現として表す。ＭＲＩ（磁気共鳴画像化）は、実３Ｄオブジェクト（例えば、人体）の内部構造を走査および描写するための別のシステムである。
【０００４】
別の実施例として、石油産業は、地震イメージング技法を使用して、地球上の３Ｄ領域の３Ｄイメージボリュームを生成する。人体におけるように、断層または岩塩ドーム等のいくつかの重要な構造は、領域内に埋め込まれている場合があり、必ずしも、領域の外部表面上にあるわけではない。
【０００５】
直接ボリュームレンダリングは、例えば、コンピュータモニタ上に表示されるように、２Ｄイメージ平面上に、そのような３Ｄイメージボリュームによって表される３Ｄ領域の内部を視覚化するための周知のコンピュータグラフィック技法である。故に、典型的３Ｄデータセットは、ＣＴもしくはＭＲＩ機械または地震イメージングによって生成される実オブジェクトの２Ｄイメージ「スライス」群である。典型的には、イメージボリューム内の任意の点におけるスカラー属性またはボクセル（ボリューム要素）が、カラー（例えば、赤色、緑色、青色）および一式のルックアップテーブルによって定義され得る不透明度等の複数の分類特性と関連付けられる。コンピュータレンダリングの間、複数の「レイ」が、２Ｄイメージ平面からボリュームの中にキャスティングされ、レイはそれぞれ、ボリュームによって減衰または反射される。各レイの減衰または反射されたレイ「エネルギー」の量は、イメージボリューム内に埋め込まれたオブジェクトの３Ｄ特性、例えば、その形状および配向を示し、さらに、対応するレイ経路に沿ったボリュームの不透明度およびカラーマッピングに従って、２Ｄイメージ平面上の画素値を判定する。２Ｄイメージ平面上で生じる複数のレイと関連付けられた画素値は、コンピュータモニタ上にコンピュータソフトウェアによってレンダリングされ得る、イメージを形成する。本明細書に説明されるようなコンピュータ対応ボリュームレンダリングは、従来のボリュームレイトレーシング、ボリュームレイキャスティング、スプラッティング、せん断ゆがみ、またはテクスチャマッピングを使用してもよい。直接ボリュームレンダリングのより詳細な説明は、“Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｇｒａｐｈｉｃｓ  Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ  ａｎｄ  Ｐｒａｃｔｉｃｅｓ”  ｂｙ  Ｆｏｌｅｙ，  Ｖａｎ  Ｄａｍ，  Ｆｅｉｎｅｒ  ａｎｄ  Ｈｕｇｈｅｓ，  ２ｎｄ  Ｅｄｉｔｉｏｎ，  Ａｄｄｉｓｏｎ−Ｗｅｓｌｅｙ  Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ  Ｃｏｍｐａｎｙ（１９９６），  ｐｐ  １１３４−１１３９に説明されている。
【０００６】
前述のＣＴ実施例では、ＭＲＩ機器および従来の方法を使用する医師は、恣意的に、イメージボリュームを任意の方向に切り取ることによって、オブジェクト（例えば、ヒトの心臓または膝）の２Ｄイメージスライス／切断を生成することができるが、単一イメージスライスのいずれも、オブジェクトの外部表面全体を視覚化することは不可能である。対照的に、ＣＴイメージボリュームの直接ボリュームレンダリングを通して生成される２Ｄイメージは、関連付けられたコンピュータモニタ上に、オブジェクト（例えば、多くのタイプの心血管疾患診断において非常に重要である、心臓）の３Ｄ特性を容易に表示することができる。
【０００７】
同様に、石油探査の分野でも、３Ｄ地震データの直接ボリュームレンダリングは、石油技術者が、潜在的油層である領域内に埋め込まれた地理的構造の３Ｄ特性をより正確に判定し、油生産を有意に増加させるのに役立ち得る、強力なツールであることが証明されている。
【０００８】
ボリュームレンダリングを制御するために使用される最も一般的かつ基本的構造の１つは、伝達関数である。ボリュームレンダリングの文脈では、伝達関数は、コンピュータモニタ画面上のその表現へのボリュームデータ（ボクセル）のオリジナル画素の分類／平行移動を定義し、その特に一般に使用される伝達関数表現は、カラー（例えば、赤色、緑色、および青色）および不透明度分類である（多くの場合、「カラーおよび不透明度」と称される）。故に、各ボクセルは、伝達関数を使用して定義されるカラーおよび不透明度値を有する。伝達関数自体は、数学的に、例えば、単純ランプ、区分線形関数、またはルックアップテーブルである。本明細書に説明されるコンピュータ対応ボリュームレンダリングは、従来のボリュームレイトレーシング、ボリュームレイキャスティング、スプラッティング、せん断ゆがみ、またはテクスチャマッピングを使用してもよい。より一般的には、本文脈における伝達関数は、レンダリング可能（ボリュームレンダリングによって）光学特性をデータセットの数値（ボクセル）に割り当てる。不透明度関数は、最終（レンダリングされた）イメージへの各ボクセルの寄与を判定する。
【０００９】
ボリュームレンダリング用途の一般的必要性の１つは、ボリュームデータからの従来のコンピュータグラフィック多角形オブジェクトの抽出である。コンピュータグラフィック中の多角形は、２Ｄ形状、例えば、３Ｄ空間内に表されるメッシュである。コンピュータグラフィック中の多角形は、非常に薄い表面を伴う３Ｄ多様体を表すために使用され、したがって、表されている実際のオブジェクトの非常に小さなサブセットのみを視覚化することができる。その位置は、その頂点（角）のＸＹＺ座標によって定義される。ボリュームデータおよびボリュームデータを表す多角形オブジェクトモデルは、本分野では、非常に異なる種類のデータである。すなわち、ボリュームデータは、画素の３Ｄアレイである一方、既知の多角形オブジェクトモデルは、それぞれ、各頂点にカラーが割り当てられた対応するＸＹＺ頂点の群化によって表される、三角形または長方形等の多角形オブジェクトのリストである。ボリュームデータでは、画素の３Ｄアレイが、オブジェクトの外側の非常に薄い多様体ではなく、オブジェクトの全内部および外部構造を視覚化するために使用される。
【００１０】
直接ボリュームレンダリングは、多くの重要な分野において重要な役割を果たすが、現在利用可能な３Ｄ印刷デバイスは、入力として、印刷されるべき３Ｄオブジェクトの多角形オブジェクト表現を期待する。したがって、ボリュームレンダリングされたイメージから多角形オブジェクトモデルへの視覚的情報のポーティングは、有意な技術的問題である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】“Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｇｒａｐｈｉｃｓ  Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ  ａｎｄ  Ｐｒａｃｔｉｃｅｓ”  ｂｙ  Ｆｏｌｅｙ，  Ｖａｎ  Ｄａｍ，  Ｆｅｉｎｅｒ  ａｎｄ  Ｈｕｇｈｅｓ，  ２ｎｄ  Ｅｄｉｔｉｏｎ，  Ａｄｄｉｓｏｎ−Ｗｅｓｌｅｙ  Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ  Ｃｏｍｐａｎｙ（１９９６），  ｐｐ  １１３４−１１３９
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本開示は、概して、コンピュータ対応ボリュームデータレンダリングの分野に関し、より具体的には、イメージを描写し、３Ｄ印刷のために好適なデータを提供するための方法およびシステムに関する。一実施例では、コンピュータ対応方法は、イメージを３次元で表すボリュームデータセット（例えば、ＣＴまたはＭＲＩボリュームデータセット）を提供するステップであって、データセットは、複数の要素を含む、ステップと、伝達関数をボリュームデータセットに適用し、要素毎のカラーを生成するステップと、ボリュームデータと接合された（例えば、その内側に／それを横断して位置する／設置される）多角形オブジェクトの各頂点を交差する各レイに沿って算出されたボリュームレンダリングを使用して、要素のカラーを蓄積するステップとを含む。例示的プロセスは、次いで、ボリュームレンダリングされた結果を多角形オブジェクトの各頂点にマッピングし、それによって、３Ｄ印刷のためのデータセットを提供してもよい。３Ｄ印刷のためのデータセットは、次いで、３Ｄプリンタに表示および／または出力され、オブジェクトの印刷を生じさせることができる。
【００１３】
いくつかの実施例はさらに、頂点のカラーを多角形オブジェクトの対応する三角形の表面上に補間するステップを含んでもよい。ボリュームレンダリングは、ボリュームレイトレーシング、ボリュームレイキャスティング、スプラッティング、せん断ゆがみ、またはテクスチャマッピングを含んでもよい。伝達関数は、ランプ関数、区分線形関数、またはルックアップテーブルを含んでもよく、さらに、ユーザは、伝達関数のために、ボリュームデータの値および多角形オブジェクトの頂点にマッピングされた対応するカラーの関係を入力または確立してもよい。例示的プロセスはさらに、マッピングされた結果および複数の制御点を含む伝達関数の描写を表示し、各制御点において、入力を受け取り、その制御点と関連付けられたマッピングされた結果の一部に対するパラメータの値を選択することができる。
【００１４】
故に、本明細書に説明される例示的プロセスおよびシステムは、ボリュームレンダリングされたデータをボリュームデータの内側に位置する多角形モデルの頂点にマッピングまたはポーティングする。特に、各頂点場所を通るレイキャスティングからのボリュームレンダリングの蓄積されたカラー出力は、対応する赤色−緑色−青色成分を取得し、そのカラー成分を頂点に割り当てるために使用される。割り当てたカラー成分は、次いで、対応する三角形の表面上に線形に補間され、ボリュームの内側に位置する多角形オブジェクトの表面を横切るボリュームイメージのカラーの可視化を可能にすることができる。
【００１５】
加えて、少なくとも１つのプロセッサおよびメモリを有する、システムおよび電子デバイスが、提供され、メモリは、電子デバイスに、本明細書に説明されるプロセスを行わせるためのコンピュータ可読命令を備える。さらに、本明細書に説明されるプロセスを生じさせるためのコンピュータ可読命令を含む、コンピュータ可読記憶媒体が、提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
本願は、同一部分が同一数字によって参照され得る、付随の図面と関連して検討される以下の説明を参照することによって、最良に理解され得る。
【００１７】
【図１Ａ】図１Ａは、オブジェクトの従来のボリュームレンダリングを図示する。
【００１８】
【図１Ｂ】図１Ｂは、頂点に対して明暗のない白色を伴う多角形モデルの例示的表面を図示する。
【００１９】
【図１Ｃ】図１Ｃは、ボリュームレンダリング出力データからの多角形モデルオブジェクトの表面への例示的カラーマッピングを図示する。
【００２０】
【図２Ａ】図２Ａは、スカラー画素値をカラーおよび不透明度にマッピングするために使用される例示的ボリュームレンダリング伝達関数を図示する。
【００２１】
【図２Ｂ】図２Ｂは、伝達関数を使用して、多角形モデルオブジェクトの表面に対してスカラー画素値をカラーおよび不透明度にマッピングするための例示的プロセスを図示する。
【００２２】
【図３】図３は、例示的プロセスおよびシステムの関連部分のブロック図を図示する。
【００２３】
【図４】図４は、図３の方法および装置のためのコンピュータ装置の例示的ブロック図を描写する。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の前述の特徴および利点ならびにその付加的特徴および利点は、図面と関連して検討される際、本発明の実施形態の詳細な説明の結果として、以下でより明確に理解されるであろう。説明は、当業者が、種々の実施形態を作製および使用することが可能となるように提示される。具体的デバイス、技法、および用途の説明は、実施例のみとして提供される。本明細書に説明される実施例の種々の修正は、当業者に容易に明白となり、本明細書に定義される一般的原理は、本技術の精神および範囲から逸脱することなく、他の実施例および用途に適用されてもよい。したがって、開示される技術は、本明細書に説明および示される実施例に限定されず、請求項と一貫した範囲が与えられることが意図される。
【００２５】
現在利用可能な３Ｄプリンタは、連続して、プラスチックまたは金属粒子の層を堆積させ、機械部品等の３Ｄアイテムを画定する、アディティブマニュファクチャリングとして知られる技術を使用する。粒子は、典型的には、熱を印加することによって、ともに融合される。多くのそのような機械では、印刷されるアイテムの外部が種々のカラー、例えば、１０またはそれを上回る異なるカラーの面積を有するように、着色された粒子を堆積させることが可能である。３Ｄ印刷産業は、印刷されるアイテムを規定するためのＡＭＦ（アディティブマニュファクチャリングファイル）フォーマットとして知られるオープン標準コンピュータデータ規格を標準としており、したがって、３Ｄプリンタは、概して、ＡＭＦの形態においてのみ、データ入力を受け取る。ＡＭＦは、従来、アイテムを一式の非重複ボリュームとして表し、各ボリュームは、一式の頂点を参照する三角形（多角形モデル）メッシュとして表される（ＡＭＦはさらに、着色をサポートする）。故に、ＡＭＦフォーマットは、三角形を多角形として使用する、従来の多角形オブジェクトモデル化データを要求し、したがって、三角形につき３つの頂点が存在する。言い換えると、現在の３Ｄプリンタは、概して、直接、ボリュームタイプデータを使用することができない。さらに、コンピュータ支援設計システム（ＣＡＤ）出力は、多角形形態であって、したがって、３Ｄプリンタは、典型的には、多角形も同様に使用する。
【００２６】
これは、概して、３Ｄ印刷アイテムの視覚的外観を改善するための多角形オブジェクト上へのボリュームレンダリング出力の投影のためのプロセスおよびシステムに関する。多角形オブジェクトモデルにわたるボリュームレンダリングが有する利点の１つは、データの内側構造詳細を明らかにする能力である。本発明に従って、ボリュームレンダリング出力を多角形オブジェクトモデル上に投影することによって、オブジェクトの内側構造詳細が、多角形オブジェクトモデル出力上に転写され、多角形オブジェクトをよりボリュームレンダリングプロシージャの結果のように見えるようにすることができる。
【００２７】
故に、本発明の一実施形態は、ボリュームレンダリングによって作製されるボリュームカラー情報をボリュームデータを表す多角形オブジェクトの表面上に投影することを含む。一実施例では、これは、局所化されたボリュームレンダリング動作の出力を多角形モデルの頂点にマッピングすることを含む。本明細書に説明される例示的プロセスは、印刷アイテムの表面の改良された外観を達成するために、３Ｄプリンタを使用した３Ｄアイテムの印刷（製造）の状況において、特に有用であり得る。
【００２８】
図１Ａ−１Ｃは、本明細書に説明される一実施形態による、ボリュームレンダリング出力データから多角形モデル化オブジェクト（本実施例では、膝の骨）の表面へのカラーマッピングを図示する。特に、図１Ａは、ボリュームレンダリング、例えば、ＣＴまたはＭＲＩ走査からの従来の直接ボリュームレンダリングを使用してレンダリングされた膝領域を図示する。（本発明の実施形態は、入力ＣＴまたはＭＲＩデータ以外にも、任意の多角形データへの任意のボリュームデータの適用に拡張されることに留意されたい。さらに、本発明の実施形態は、適用され得る一例を図示する、本特定の実施例に限定されない。）図１Ｂは、明暗のないカラーが頂点に適用された多角形メッシュの中に抽出された膝領域を図示する。図１Ｃは、本技法がここに適用された膝領域多角形オブジェクトを図示し、３Ｄ印刷のために好適なデータから生成される。したがって、以下により詳細に説明される例示的プロセスは、図１Ａにおけるイメージと関連付けられた従来のボリュームデータを、カラー３Ｄ印刷のためにより好適な頂点および頂点に適用されたカラーのリストを含むデータに変換する。
【００２９】
図示されるように、多角形モデルオブジェクトおよびボリュームデータを例示的プロセスおよびシステムに入力することによって、プロセスおよびシステムは、ボリュームレンダリング結果を、図１Ａから図１Ｂへの変換に示されるように、そのようなカラー情報が以前には存在しなかった多角形モデルオブジェクトに適用し得る。
【００３０】
本特定の実施例では、多角形モデル化膝領域は、図２Ａに図示される従来の伝達関数を適用することによって得られたボリュームレンダリング結果からそのカラーを受信する。図２Ａの伝達関数は、従来、その水平軸として、スカラーボリューム画素データ値と、その垂直軸として、カラーおよび／または不透明度とを有する。さらに、本伝達関数は、従来、そのユーザ制御ノードにおいて、グラフィカルユーザインターフェースを使用することによって操作可能である。
【００３１】
図２Ｂは、伝達関数を使用したボリュームレンダリングのための例示的プロセス２５０を図示する。例示的プロセスは、２５２において、３次元のイメージと関連付けられたデータセット、例えば、膝の３次元ＣＴまたはＭＲＩボリュームデータセット表現を提供することによって開始する。データセットは、複数の要素を含み、例えば、複数の２Ｄイメージは、患者の膝を横断するスライスを表し、各スライスは、膝における具体的点を表す複数の画素データ点を含有する。プロセスは、２５４において、さらに、１つまたはそれを上回る伝達関数を使用し、各伝達関数は、スカラーフィールド値（例えば、画素値）とカラー値および不透明度値の対応を定義する。伝達関数の数は、用途の必要性および利用可能なメモリによって判定されてもよく、例えば、単一オブジェクトは、１つのみの伝達関数を必要としてもよい一方、オブジェクトの異なる部分、例えば、異なる器官、骨等をイメージングすることが所望される場合、複数の伝達関数が、所望に応じて、それらを異なるように示すために使用されることができる。伝達関数はそれぞれ、さらに、そのカラーおよび不透明度を制御するためのデータの要素（例えば、画素群）のサブセットと関連付けられる。例えば、要素の各サブセットは、異なる骨、異なる器官等、レンダリングされるべき異なる要素と関連付けられることができる。最後に、プロセス２５０は、伝達関数をデータセットに適用後、２５６において、それに基づいて、イメージをレンダリングおよび表示させる。ボリュームレンダリングの付加的側面は、例えば、参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる、２０１４年６月４日に出願され、「ＶＯＬＵＭＥ  ＲＥＮＤＥＲＩＮＧ  ＯＦ  ＩＭＡＧＥＳ  ＷＩＴＨ  ＭＵＬＴＩＰＬＥ  ＣＬＡＳＳＩＦＩＣＡＴＩＯＮＳ」と題された同時係属中の特許出願１４／２９６，０９２号に説明されている。
【００３２】
図３は、一実施形態による、３Ｄ印刷のためのデータを提供するための例示的プロセスおよびシステムを図示する。モジュール３のボリュームレンダリングプロセス（例えば、レイキャスティング）（コンピュータプロセッサ上で実行される）は、いくつかの主要部分を含む。最初に、例示的プロセスは、例えば、伝達関数（例えば、図２Ａの伝達関数または他の所望の伝達関数）を処理された入力ボリュームＣＴまたはＭＲＩデータに適用し、それによって、ＲＧＢカラーデータを各頂点近傍またはそこに提供することを含む、またはそれに依存する、従来、モジュール２内のコンピュータ可読メモリに記憶される、入力ボリュームＣＴまたはＭＲＩ（または他の）ボリュームデータ値にレイキャスティングを行う。プロセスは、次いで、アイテムの表面またはその近傍に位置する各多角形オブジェクト頂点近傍でカラー補間を行うことができ、本データは、従来、モジュール１内のメモリに記憶される。ここでは「近傍」の使用は、ボリューム画素が多角形頂点上に正確に位置しないため、隣接または局在することを意味する。プロセスは、ＲＧＢカラー頂点結果を生成し、モジュール１の多角形モデル頂点および三角形のその他の点では従来通りであるリストに逆適用する。したがって、プロセスは、ボリュームレンダリングプロセスのＲＧＢカラー出力を頂点定義のカラー属性に適用する。多角形オブジェクトに対する頂点定義は、多くの属性を有することができるが、本プロセスに関して、３つの関連する例示的属性は、場所（ＸＹＺ）、法線（ＸＹＺ）、およびカラー（ＲＧＢ）である。
【００３３】
したがって、モジュール１は、頂点のリスト（頂点毎の従来のＸＹＺ座標）および頂点リストからの頂点の対応するトリプレットから構成される三角形の従来の関連付けられたリストとして、コンピュータ可読メモリ内に記憶される、多角形オブジェクトデータ構造（多角形メッシュ）を描写する。モジュール２は、例えば、従来、３次元ボリュームにスタックされた２次元スライスイメージのリストである、コンピュータ可読メモリ内に記憶されるような従来のボリュームデータ構造である。多角形メッシュデータが取得または生成される特定の方法は、重要ではなく、任意の従来の方法によるものであってもよいが、概して、多角形表面メッシュは、アイテムの等位面に沿ってあることが、当業者によって理解されるはずである。モジュール１の多角形オブジェクトデータは、モジュール３によってそのように修正されるにつれて、従来、ＡＭＦまたは類似データファイルとして、３Ｄプリンタに伝送される。
【００３４】
故に、例示的プロセスおよびシステムは、描写または印刷されているアイテムの表面の内側に位置するボリュームデータ（画素）を使用して、多角形モデルオブジェクトの近傍表面の表現（カラーおよび不透明度）を判定する。アイテムの表面は、３Ｄプリンタによって印刷されるにつれて、それによって、カラーを使用して、下層構造の性質（例えば、密度）を図示する。表面下の異なる密度プロファイルは、レイキャスティングプロシージャに対して異なるカラー出力を生じさせ得る。例えば、人体では、表面下のより「海綿」様骨組織は、下層硬質骨の場合と異なる表面カラーを有し得る。アイテムの等位面上の各点が、同じ密度を有し、したがって、伝達関数によって表される同一カラーを有する場合でも、下層密度は、異なり得、したがって、これらの差異は、レイキャスティングプロシージャによって異なるカラー出力を生じさせる。それによって、３Ｄプリンタへの出力データは、プロセスが等位面の表面下光学特性を描写されているアイテムに導入するため、有利には、データのより実物そっくりの描写となる。表面のカラー、テクスチャ、輝度、および他の特性も、アイテムがそうでなければ明暗のない状態に見えるであろうとき（例示的プロセスの使用を伴わない場合）、出現し得る。当然ながら、本外部（表面）着色は、関連付けられた３Ｄプリンタのカラー印刷能力によって限定され得る。
【００３５】
本プロセスおよびシステムは、３Ｄ印刷に限定されず、コンピュータアニメーション（ゲーム、映画等のため）、および出力のために多角形オブジェクトモデルデータを要求するが、ボリュームデータをオリジナルデータとして使用する、他のコンピュータグラフィック技法にも適用可能であることに留意されたい。本質的に、例示的プロセスは、従来「テクスチャ技術者」によって行われる、実オブジェクトからのテクスチャの生成を可能にする。
【００３６】
本方法は、いくつかの実施形態では、レイキャスティングまたは他の公知の方法を使用して、そのボリュームレンダリング（モジュール３）を行う。これは、多角形（三角形）によって画定される頂点のメッシュを通してレイを投影させ、局所勾配の輪郭を描く。レイキャスティングプロセスは、いくつかの方向に沿って、各レイをキャスティングする。最も適切な方向は、各頂点場所において、ボリュームデータスカラーフィールドの勾配と平行に各レイをキャスティングすることであるが、例えば、周囲多角形またはその平均に対する法線等、他の代替も同様に考えられる。勾配は、フィールドの数学的特性を指す。この場合、フィールドは、離散間隔におけるスカラーボリュームデータ値の３Ｄ収集である。勾配は、単純な意味では、本データの「方向」、すなわち、所与の点から最も迅速に増加する方向を説明する。従来、データ（カラー）は、レイ経路に沿って蓄積される。
【００３７】
いくつかの実装では、カラーボリュームレンダリング出力データをボリュームデータの内側に挿入される多角形オブジェクトの表面上にマッピングするための例示的プロセスおよび装置は、その他の点では従来通りのプログラムされたコンピュータまたはコンピューティングデバイス上で実行されるコンピュータソフトウェア（コードまたはプログラム）として具現化される。本コードは、別個のアプリケーションプログラムである、および／または多角形モデル表現内に埋め込まれてもよい。入力データセット（例えば、ＣＴデータ）は、ライブで（ＣＴまたはＭＲＩスキャナもしくは他の源からリアルタイムで）またはデータ記憶装置から提供されてもよく、したがって、ソフトウェアは、独立型コンピュータ、または、例えば、ＣＴもしくはＭＲＩスキャナ機械または他のプラットフォームのコンピューティング部分内に常駐してもよい。コンピュータソフトウェア自体（そのコーディングは、本開示に照らして、ルーチンとなるであろう）は、任意の好適なプログラム言語でエンコーディングされ、ソースコードまたはコンパイル形態として、コンピュータ可読媒体上に記憶されてもよい。図１Ａ−１Ｃ自体の出力イメージは、典型的には、また、コンピュータ内のコンピュータ可読媒体（メモリ）内に記憶される。
【００３８】
図４は、前述の説明されたプロセスのうちの任意の１つを実施するために構成され、例えば、以下に提供される、クライアントデバイス、サーバ、ゲートウェイ、ルータ、データアプリケーションサービスを表し得る、例示的コンピューティングシステム３００を図示する。本文脈では、コンピューティングシステム３００は、例えば、プロセッサ、メモリ、記憶装置、および入力／出力デバイス（例えば、モニタ、キーボード、ディスクドライブ、インターネット接続等）を含んでもよい。しかしながら、コンピューティングシステム３００は、プロセスのいくつかまたは全ての側面を実行するための電気回路または他の特殊ハードウェアを含んでもよい。いくつかの動作設定において、コンピューティングシステム３００は、１つまたはそれを上回るユニットを含むシステムとして構成されてよく、それぞれは、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、またはそのいくつかの組み合わせにおいて、プロセスのいくつかの側面を実行するために構成される。
【００３９】
例示的コンピューティングシステム３００は、前述の説明されたプロセスを実施するために使用され得る、いくつかの構成要素を含む。メインシステム３０２は、入力／出力（「Ｉ／Ｏ」）セクション３０６と、１つまたはそれを上回る中央処理装置（「ＣＰＵ」）３０８と、メモリセクション３１０とを有する主回路基板３０４を含み、それに関連されるフラッシュメモリカード３１２を有してよい。Ｉ／Ｏセクション３０６は、ディスプレイ３２４、キーボード３１４、ディスク記憶装置３１６、およびメディアドライブ装置３１８に接続される。メディアドライブ装置３１８は、コンピュータ可読媒体３２０の読み取り／書き込みが可能で、プログラム３２２および／またはデータを含有することができる。
【００４０】
前述の説明されたプロセスの結果に基づく少なくともいくつかの値は、その後の使用のために保存されることができる。加えて、非一過性コンピュータ可読媒体は、コンピュータを用いて、前述の説明されたプロセスのうちの任意の１つを実施するための１つまたはそれを上回るコンピュータプログラムを記憶する（例えば、有形に具現化する）ために使用されることができる。コンピュータプログラムは、例えば、汎用プログラミング言語（例えば、Ｐａｓｃａｌ、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｊａｖａ（登録商標））またはある特殊用途専用言語で書き込まれてもよい。
【００４１】
本開示では、用語「コンピュータプログラム製品」、「コンピュータ可読媒体」、および同等物は、概して、例えば、メモリ３１０、メディアドライブ３１８等の記憶デバイス、ディスク記憶装置３１６、またはフラッシュメモリカード３１２等の媒体を指すために使用され得る。これらおよび他の形態のコンピュータ可読媒体は、ＣＰＵ３０８によって、プロセッサに規定された動作を行わせるための１つまたはそれを上回る命令を記憶してもよい。概して、「コンピュータプログラムコード」（コンピュータプログラムまたは他の群化の形態で群化され得る）と称される、そのような命令は、実行されると、コンピューティングシステム３００が、本発明の実施形態の機能を果たすことを可能にする。コードは、直接、プロセッサに規定された動作を行わせる、それを行うために、コンパイルされる、および／またはそれを行うために、他のソフトウェア、ハードウェア、および／またはファームウェア要素（例えば、標準的機能を行うためのライブラリ）と組み合わせられてもよいことに留意されたい。
【００４２】
要素がソフトウェアを使用して実装される、ある実施形態では、ソフトウェアは、コンピュータ可読媒体内に記憶され、例えば、可撤性メディアドライブ３１８、フラッシュメモリ３１２、または通信インターフェース３０６を使用して、コンピューティングシステム３００の中にロードされてもよい。制御論理（本実施例では、ソフトウェア命令またはコンピュータプログラムコード）は、プロセッサ３０８によって実行されると、プロセッサ３０８に、本明細書に説明されるような本発明の実施形態の機能を果たさせる。
【００４３】
前述の説明されたプロセスの結果に基づく少なくともいくつかの値は、その後の使用のために保存されることができる。加えて、非一過性コンピュータ可読媒体は、コンピュータを用いて、前述の説明されたプロセスのうちの任意の１つを実施するための１つまたはそれを上回るコンピュータプログラムを記憶する（例えば、有形に具現化する）ために使用されることができる。コンピュータプログラムは、例えば、汎用プログラミング言語（例えば、Ｐａｓｃａｌ、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｊａｖａ（登録商標））またはある特殊用途専用言語で書き込まれてもよい。種々の例示的実施形態が本明細書に記載される。これらの実施例は、非限定的意味で参照される。それらは、公開された本技術のより広く適用できる側面を例証するために提供される。種々の実施形態の厳密な精神および範囲から逸脱することなく、種々の変更がなされ、また、均等物が代用されてよい。加えて、多くの修正が、特定の状況、材料、組成物、プロセス、プロセス行為、またはステップを、種々の実施形態の目的、精神、または範囲に適合させるためになされてよい。さらに、当業者によって理解されるであろうように、本明細書に記載および例証される個々の変形例はそれぞれ、種々の実施形態の範囲または精神から逸脱することなく、任意の他のいくつかの実施形態の特徴から容易に分離されてよい、またはそれらと併用されてよい個別の構成要素および特徴を有する。全てのそのような修正は、本開示と関連付けられる請求項の範囲内であることが意図される。
【００４４】
種々の例示的実施形態が、本明細書に記載される。これらの実施例は、非限定的意味で参照される。それらは、公開された本技術のより広く適用できる側面を例証するために提供される。種々の実施形態の厳密な精神および範囲から逸脱することなく、種々の変更がなされ、また、均等物が代用されてよい。加えて、多くの修正が、特定の状況、材料、組成物、プロセス、プロセス行為、またはステップを、種々の実施形態の目的、精神、または範囲に適合させるためになされてよい。さらに、当業者によって理解されるであろうように、本明細書に記載および例証される個々の変形例はそれぞれ、種々の実施形態の範囲または精神から逸脱することなく、任意の他のいくつかの実施形態の特徴から容易に分離されてよい、またはそれらと併用されてよい個別の構成要素および特徴を有する。全てのそのような修正は、本開示と関連付けられる請求項の範囲内であることが意図される。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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