"ボリュームデータセット内の表面様構造を可視化する方法であって、可視化は、可視化を定義する位置座標及び/又は方向を含む1組の外部パラメータによって決定され、a前記ボリュームデータセットのサンプル点Pにおいて局所座標系LCSiを定義する段階と、b前記サンプル点Piの前記局所座標系LCSi内の勾配ベクトル成分Gai,Gbi,Gciを計算する段階と、c前記外部パラメータを全体座標系GCSから選択されたサンプル点又は基準格子の点における前記局所座標系LCSiに変換する段階と、d前記勾配ベクトル成分Gai,Gbi,Gciを使用して前記ボリュームデータセットの所定位置Qにおける表面法線Nを計算する段階と、e前記選択されたサンプル点又は基準格子の点における前記局所座標系LCSiの変形済み外部パラメータを使用することによって、前記所定位置Qにおける前記全体座標系GCSからの外部パラメータを計算する段階とを含む方法。前記所定位置Qにおける前記表面法線Nが、最初に隣接するサンプル点Pの非正規化勾配ベクトル成分Gai,Gbi,Gciを補間し、次にそのような位置Qにおける前記補間された勾配ベクトルGを正規化することによって計算される、請求項1に記載の方法。前記サンプル点Pが、音響格子の格子点であり、前記局所座標系LCSiが少なくとも3本の直交軸を有する、請求項1又は2に記載の方法。前記所定位置Qが、サンプル点P間の位置であり、前記所定位置Qにおける前記表面法線Nが、少なくとも8個の隣接するサンプル点Pにおける非正規化勾配ベクトル成分Gai,Gbi,Gciを補間することにより計算される、請求項1~3の何れかに記載の方法。空間導関数を好ましくは有限差分法によって全ての次元で計算することによって、前記サンプル点Piの前記局所座標系LCSi内の前記勾配ベクトル成分Gai,Gbi,Gciを計算する、請求項1~4の何れかに記載の方法。前記所定位置Qにおける前記全体座標系GCSからの外部パラメータが、最も近い選択されたサンプル点又は基準格子の最も近い点からの変換済み外部パラメータ間で補間することにより計算される、請求項の1~5の何れかに記載の方法。g前記所定位置Qにおける前記表面法線Nと前記所定位置Qにおける前記全体座標系GCSからの前記計算済み外部パラメータを使用して前記所定位置Qを従来の照明モデルによってシェーディングする追加の段階を含む、請求項の1~6の何れかに記載の方法。前記ボリュームデータセットが、サンプリングされた生の超音波データから導出され、前記局所座標系LCSi内の前記勾配ベクトル成分Gai,Gbi,Gciが、前記生の超音波データの各サンプル点Piごとに計算され、前記サンプル点Piのスカラ値Fと一緒に新しいデータセットGai,Gbi,Gci,Fに記憶され、任意の所定位置Qに関して、前記勾配ベクトル成分Gai,Gbi,Gciと隣接するサンプル点P1の前記スカラ値Fが、前記所定位置Qにおける表面法線Nを計算するために使用され、前記選択されたサンプル点又は基準格子の点の前記局所座標系LCSiの前記変換済み外部パラメータが、前記所定位置Qにおける外部パラメータを計算するために使用され、前記所定位置Qが、前記計算済み外部パラメータと前記計算済み表面法線Nを使用することによって従来の照明モデルによって照明される、請求項の1~7の何れかに記載の方法。サンプリングされた生の超音波データが、最初にグラフィック処理装置GPUに送られ、そこで頂点シェーダvertexshaderを使用して計算が行われ、全体座標系GCSからの外部パラメータの前記局所座標系LCSiへの前記変換が超音波コンピュータシステムの演算処理装置によって実行される、請求項8に記載の方法。前記局所座標系LCSi内の前記勾配ベクトル成分Gai,Gbi,Gciが、中心差分、ソーベル演算子又は他の推定量を使用して計算される、請求項1~9のいずれか1項に記載の方法。ボリュームデータセットの表面様構造を可視化するための装置であって、a前記ボリュームデータセットのサンプル点Pにおいて局所座標系LCSiを定義し、且つb外部パラメータを全体座標系GCSから前記局所座標系LCSiに変換するための第1の演算処理装置PU1と、c前記サンプル点Piの前記局所座標系LCSi内の勾配ベクトル成分Gai,Gbi,Gciを計算し、且つ、d前記勾配ベクトル成分Gai,Gbi,Gciを使用して、前記ボリュームデータセットの所定位置Qにおける表面法線Nを計算するための第2の演算処理装置PU2とを含む装置。前記グラフィック処理装置GPUが、前記所定位置Qを表示し、前記所定位置Qが、前記計算済み外部パラメータと前記計算済み表面法線Nを使用することによって、三次元ボリュームレンダリング中に、デカルト座標系で従来の照明モデルによって照明される、請求項11に記載の装置。前記グラフィック処理装置GPUが、また、前記所定位置Qにおける前記全体座標系GCSから外部パラメータを、最も近い選択されたサンプル点又は基準格子の最も近い点の変換された外部パラメータ間を補間することによって計算する、請求項11又は12に記載の装置。コンピュータ可読媒体に記憶され且つコンピュータ上で実行された場合に請求項1~10の何れかに記載された方法を実行するプログラムコードを含むコンピュータプログラム製品。従って、本発明の目的は、デカルト座標系で提供されないボリュームデータセット内の表面様構造を可視化し、それにより既知の照明又はシェーディングモデルの使用を可能にする方法及び装置を提供することである。具体的には、本発明は、実時間の画像処理ユニットGPUを使用した音響格子におけるボリュームレンダリングを行うための高速勾配計算及び表面照明のソリューションを提供するものとする。本発明は、これらの目的を独立クレーム1及び11の特徴によって解決する。好ましい利点は、対応するそれぞれの従属クレーム内に定義され請求されている。本発明の主な利点は、データをデカルト座標配置に再サンプリングしなくてもよいことであり、本発明は、また、計算をより簡単に高速で実行し、それにより既知のシェーディング及び照明モデルの使用を可能にすることである。本発明の方法は、a前記ボリュームデータセットのサンプル点Pにおいて局所座標系LCSiを定義する段階と、b前記サンプル点Piの前記局所座標系LCSi内の勾配ベクトル成分Gai,Gbi,Gciを計算する段階と、c前記外部パラメータを全体座標系OCSから選択されたサンプル点又は基準格子の点における前記局所座標系LCSiに変換する段階と、d前記勾配ベクトル成分Gai,Gbi,Gciを使用して、前記ボリュームデータセットの所定位置Qにおける表面法線Nを計算する段階と、e前記選択されたサンプル点又は基準格子の点における前記局所座標系LCSiの変換済み外部パラメータを使用することによって、前記所定位置Qにおける前記全体座標系GCSからの外部パラメータを計算する段階とを含む。外部パラメータは、データセットの可視化ボリュームレンダリングを決定する位置及び/又は方向をそれぞれ定義する位置座標及び/又はベクトルを含むことが好ましい。外部パラメータは、例えば、1個又は幾つかの光源の位置、観察者位置、レンダリングに使用される光ベクトル、及び/又は観察者のベクトル/方向でよい。例えば様々な観察者方向から表面構造を可視化するには、これらの外部パラメータを実時間で変更できることが望ましいので、本発明によって提供されるような高速アルゴリズムは重要である。一実施形態によれば、ボリュームデータセットは、超音波画像診断、コンピュータ断層撮影法、磁気共鳴映像法、ポジトロン放射分光法等の医用画像技術によって取得された。サンプル点は、データセットを構成する点である。局所座標系は、各サンプル点において、ボリュームデータセットの座標系例えば、音響座標系と整合された座標系であることが好ましい。従って、局所座標系は、各サンプル点ごとに僅かに異なり、局所座標系は、サンプル点間で滑らかに変化することが好ましい。全体座標系は、ボリュームデータセットの位置と向き、並びに1個又は幾つかの光源の位置、観察者の位置、レンダリングに使用される光ベクトル、及び/又は観察者の方向等のボリュームレンダリング段階で必要とされる外部パラメータが全て同一の座標系で定義される座標系である。これは、一般にデカルト座標系であるが、必要条件ではない。サンプル点の前記局所座標系内の勾配ベクトル成分を計算することによって、サンプル点及び、対応する勾配ベクトル成分を全域デカルト座標系に変換する必要はない。実際に、光源又はカメラ若しくは観察者の位置等の外部パラメータは、全体座標系から各サンプル点又は選択されたサンプル点の局所座標系に変換される。外部パラメータのそのような変換は、シェーディングすべき位置でそのような局所座標系を定義することによって可能である。可能な局所座標系は、接ベクトル空間であり、例えば局所的バンプマッピング計算に使用される。ここで、レンダリングされる物体の表面法線の摂動は、各サンプル点におけるテクスチャマップで参照され、照明計算が行われる前に適用される。それにより、より豊かで細やかな曲面表現が得られる例えば、Phongシェーディングを参照。ノーマルマッピングとパララックスマッピングは、最も一般に使用されるバンプマッピング技術である。この場合、局所座標系を定義するために接ベクトル空間がしばしば使用される。表面の接ベクトル空間を作成するには、3本の垂直軸即ち、T,B,Nを計算しなければならない。T接線ベクトルは、パラメトリック曲面上でS又はTの増大する方向と平行である。N法線ベクトルは、局所表面と垂直である。B従法線は、NとTの両方に垂直であり、Tと同様に表面上にある。これは、表面に付けられ且つシェーディングされるサンプル点と共に移動する移動座標系である。音響座標の場合には、3本の直交軸が、3方向のアジマス、エレベーション及びレンジと位置合わせされることが好ましい。例えば、Nはレンジに対応し、Tはエレベーションに対応し、Sはアジマスに対応する。各サンプル点における局所座標系は、同じように音響座標と整合されることが好ましい。本発明は、各サンプル点においてそのようなサンプル点の局所座標系内で勾配ベクトル成分が計算される技術を使用する。前記サンプル点は、特殊な座標系である音響格子の格子点であることが好ましく、その理由は、例えば、音響格子の方向の直交軸例えば、レンジ、エレベーション及びアジマスを有する少なくとも三次元座標系超音波画像が走査され、次にそのようなサンプル点で局所座標系が定義されるからである。前記局所座標系内の勾配ベクトル成分の計算は、例えば、好ましくは、それぞれの隣接するサンプル点の離散値を用い、サンプル点の有限差分を求めることによって全ての次元の空間導関数を計算することで行うことができる。前記ボリュームデータセットの所定位置サンプル点又はそのようなサンプル点間のボクセルを照明すべき場合は、サンプル点の勾配ベクトル成分を使用することによってそのような所定位置における表面法線を計算することができる。所定位置は、ボリュームレンダリングされた画像を作成するために光反射を計算することが望まれる位置である。可視化又はボリュームレンダリングプロセスが、レイキャスティング法によって行われる場合は、所定位置は、例えばそのような光線上にあり、スライスに基づく方法が使用される場合は、所定位置は、そのようなスライス上の画素位置になる。所定位置の全てではないにしても殆どは、通常、サンプル点と同一でなく、選択されたサンプル点とも基準格子上の点とも同一でない。本発明の好ましい実施形態によれば、所定位置における前記表面法線は、最初に隣接するサンプル点の非正規化勾配ベクトル成分を補間し、次にその位置の補間された勾配ベクトルを正規化することによって計算される。次に所定位置における表面法線を計算しなければならないとき、本発明の好ましい実施形態により、例えば8個の隣接するサンプル点の非正規化勾配ベクトル成分を補間することができ、サンプル点は、そのような三次元ボクセル空間内のそのような所定位置に隣接している。それにより、計算がサンプル点だけに減少するが、全ての他のボクセル位置は、それぞれの隣接するサンプル点の勾配ベクトル成分を補間することにより計算される。本発明の重要な様相によれば、所定位置での対応する勾配ベクトルを得るために、これらのサンプル点の正規化勾配ベクトル又は法線ベクトルを補間するのではなく、非正規化勾配ベクトル成分を補間し、後でそのような所定位置で正規化を行なう。一実施形態によれば、隣接するサンプル点の勾配ベクトル成分間のそのような補間は、勾配ベクトル成分が異なる局所座標系に存在するという事実を考慮せずに行われる。換言すると、補間は、寄与する全てのサンプル点からの勾配ベクトル成分が同一の局所座標系内にあるかのように行われる。この近似は、少なくとも音響座標では座標系の幾何学形状に鋭い変化がなく、即ち隣接するサンプル点の局所座標系の向きは僅かしか相違しないために行うことができる。この状況は、互いに離れたサンプル点を比較しなければならない場合には異なるが、そうでないときは、この手順から生じる不正確さは結果を損なわない。本発明の別の様相によれば、光源及び他の外部パラメータは、三次元データ格子の幾つかの点における局所座標系に変換される。これらの点は、選択されたサンプル点でもよく、音響格子内で定義されるが音響格子のサンプル点と一致しなくてもよい基準格子の点でもよい。本発明の一実施形態によれば、外部パラメータの局所座標系へ転換/変換は、極めて計算集約的になるので、全てのサンプル点で行われるわけではなく、データセットの幾つかの選択された点例えば、各次元で3番目~50番目ごとサンプル点又は事前に定義された基準格子の点でのみ行われ、その場合、基準格子は、サンプル点の分解能より低い分解能例えば、5~30分の1を有する。外部パラメータのサンプル点又は基準格子上の点の局所座標系への変換は、例えば、全体座標系とそれぞれの局所座標系との間の変換マトリックスを計算し、外部座標をサンプル点又は基準点における局所座標系にマッピングすることによって行われる。次に、本発明の好ましい実施形態によれば、前記所定位置における前記全体座標系からの外部パラメータを、選択されたサンプル点又は基準格子の点、好ましくは隣接する選択されたサンプル点又は基準格子の隣接する点の前記局所座標系の変換済み外部パラメータを使用することによって計算することもできる。これにより、外部パラメータの各所定位置における局所座標系への変換を計算する必要がなく、前記三次元音響データ格子内の選択されたサンプル点に関してそのような計算を行うだけでよいので計算時間が更に短縮される。前述のように、これらのサンプル点は、米国特許出願番号2005/0253841A1に記載されたような事前に定義された基準格子の格子点であってもよい。従って、一実施形態によれば、デカルト全体座標系座標配置から音響局所座標系座標配置への変換は、全てのサンプル点に関して行われるわけではなく、より粗いレベルで行われる。一実施形態によれば、所定位置における外部パラメータは、次に、外部パラメータが局所座標系に変換された最も近いサンプル点又は基準格子の点から補間される。これは近似であるが、この場合も、幾何学形状に鋭い変化がないので、補間を使用して十分に滑らかな結果が得られる。本発明の別の好ましい様相によれば、所定位置のシェーディングは、従来の照明モデルによって行われ、前記所定位置における表面法線は、前記所定位置における前記全体座標系からの計算済み外部パラメータと共に使用される。本発明によれば、サンプリングされた生の超音波データから導出されたボリュームデータセットを使用することができ、局所座標系内の前記勾配ベクトル成分は、生の超音波データの各サンプル点から計算され、4要素ベクトルGa,Gb,Gc,Fを含む新しいデータセットにサンプル点のスカラ値と一緒に記憶される。任意の所定位置のために、これらの勾配ベクトル成分と隣接するサンプル点のそのようなスカラ値が、次に、所定位置における表面法線を計算するために使用される。その後で、前記サンプル点の局所座標系の変換された外部パラメータは、所定位置における外部パラメータを計算するために使用され、所定位置は、次に、計算済み外部パラメータと計算済み表面法線を使用することによって従来の照明モデルによって照明される。表面法線、光ベクトル、観察者ベクトルviewersvector、半正規、反射ベクトル等の関連要素が、各サンプル点の局所座標系内にあり、各所定位置ごとに補間されるので、従来のBlinn-Phong照明モデルを使用することができる。本発明によれば、サンプリングされた生の超音波データは、最初に、グラフィック処理装置GPUに送られ、次にそこでシェーダーshaderを使用して計算され、全体座標系から外部パラメータの局所座標系への変換は、例えば、超音波コンピュータシステムのグラフィック処理ユニットGPUによって実行される。次に、局所座標系内の勾配ベクトル成分が、中心差分、ソーベル演算子又は他の推定量を使用することにより計算される。本発明は、また、ボリュームデータセット内の表面様構造を可視化するための装置であって、a前記ボリュームデータセットのサンプル点において局所座標系を定義し、且つb外部パラメータを全体座標系から前記局所座標系に変換するための第1の演算処理装置PU1と、c前記サンプル点の前記局所座標系内の勾配ベクトル成分を計算し、且つd前記勾配ベクトル成分を使用して前記ボリュームデータセットの所定位置における表面法線を計算するための第2の演算処理装置PU2とにより可視化するための装置に関する。両方の演算処理装置PU1,PU2は、CPUが照明又はシェーディングに必要な処理時間を最小にするのを支援するグラフィック演算処理装置であることが好ましい。グラフィック処理装置GPUは、一般に表示スクリーンドメインと同一のデカルト座標系内の計算済み外部パラメータと計算済み表面法線を使用することによって、従来の照明モデルによって照明された所定位置を表示する。この場合、グラフィック処理装置は、一般に、また、所定位置における全体座標系からの外部パラメータを、隣接するサンプル点の局所座標系の変換済み外部パラメータを補間してそのような局所格子点における変換され補間された関連する外部パラメータを得ることによって計算しており、そのような点は、音響格子の点又は、これらの格子点間の点、又は米国出願番号2005/0253841A1に記載されたような基準格子の点である。米国特許出願番号2005/0253841A1は、基準格子座標系の変形を三次元データセット内で定義された切断平面の関数として開示している。米国特許出願番号2005/0253841A1は、走査ボリュームを表わす代理幾何学形状proxygeometryと切断平面の交点を使用することを提案し、グラフィック処理ユニットGPUの頂点プロセッサは、次に、基準格子を変形し、デカルト座標とテクスチャ座標を基準格子のそれぞれの格子点に関して決定する。しかしながら、本発明では、格子点をデカルト座標に変換しなくてもよい。本発明は、また、コンピュータ可読媒体に記憶されたプログラムコードを含むコンピュータプログラム製品であって、そのようなコンピュータプログラム製品がコンピュータ上で実行された場合に前述の方法を実行するコンピュータプログラム製品に関する。本発明の好ましい実施形態は、添付図面について説明することにより更に詳しく説明される。図1は、頂点A、ビーム1及びロー2を有する従来の超音波音響格子を示し、ビーム1とロー2は、二次元表現の音響座標系例えば、それぞれレンジとアジマスを表わす。本発明をよりよく理解するために、図1には第3次元例えば、球座標系のエレベーションは示されていない。前述のように、局所勾配ベクトルGは、サンプル点Pの局所勾配ベクトル成分Ga及びGbによって定義され、これらの成分は、前述のような差分方法によって計算される。図2は、光源LS等の外部パラメータの全体座標系GCSから局所座標系即ち、第1の局所座標系LCS1と第2の局所座標系LCS2への変換を概略的に示し、これらの局所座標系は、図1に示されたような音響格子では第1のサンプル点P1と第2のサンプル点P2で定義される。各サンプル点Piは、局所勾配ベクトル成分Gai及びGbiを有する局所勾配ベクトルGiを有する。第1のサンプル点P1は、第1の勾配ベクトル成分Ga1と第2の勾配ベクトル成分Gb1を有し、第1の局所座標系LCS1の軸b1は、ビーム1と平行であり、一方第2の局所座標系軸a1は、ロー2の接線ベクトルであり且つ第1の座標系軸b1に垂直である。第1の局所勾配ベクトルG1は、隣接するサンプル点サンプル点P2や他のサンプル点等を使用することにより定義される。この際、中心差分法式1等の周知の差分法、ソーベルフィルタ等の離散的畳み込みフィルタリング、又は立方体Bスプラインやその派生物等の連続的畳み込みフィルタリング等が使用される隣接する4x4x4。図2は、また、軸x及びyを有する全体座標系GCSと、そのような全体座標系GCSで与えられた光ベクトルLGを示す。サンプル点P1,P2を全体座標系GCSに再サンプリングする代わりに、光源LSが局所座標系LCS1及びLCS2に変換され、それにより第1の局所光ベクトルLL1と第2の局所光ベクトルLL2が得られる。一実施形態によれば、光源等の外部パラメータは、全てのサンプル点の局所座標系に変換されるわけではなく、サンプル点のより粗い格子の局所座標系又は基準格子の点の局所座標系だけに変換される。図2は、また、所定位置Qを示し、そのような所定位置Qの局所光ベクトルLQは、必ずしも光源LSを所定位置Qの局所座標系LCSQに変換することによって計算されるわけではなく、そのような光ベクトルLQは、サンプル点P1及びP2の第1の局所光ベクトルLL1及び第2の局所光ベクトルLL2と、必要に応じて、更に他のサンプル点の更に他の局所光ベクトルを使用することにより計算されることが好ましい。従って、外部パラメータは、音響格子又は前記基準格子の選択された隣接するサンプル点から、既に変換された外部パラメータを補間することによって、所定位置Qの局所座標系LCSQに変換される。同様に、所定位置Qの法線ベクトルNは、第1のサンプル点P1の勾配ベクトル成分Ga1,Gb1及びGC1並びに第2のサンプル点P2図示せずの勾配ベクトル成分Ga2,Gb2及びGc2を使用することによって計算され、従って、座標系又は外部パラメータを変換することにより各所定位置における照明モデルに必要なベクトルを計算しなくてもよく、離散的サンプル点における外部パラメータの変換値を計算し、それぞれのサンプル点P1の非正規化勾配ベクトル成分を補間することにより所定位置Qにおける表面法線N及び他のベクトルを得るだけでよい。この場合も、外部パラメータは、音響格子又は前記基準格子の選択された隣接するサンプル点から、既に変換された外部パラメータを補間することによって、所定位置Qの局所座標系LCSQに変換される。そのようにして、局所空間内だけで音響格子又は基準格子の格子点でだけの光源LSを計算し、また中間の点又はピクセルについての直線補間を使用することによって、計算コストを削減することができる。それにより、変換計算コストの大部分を削減することができる。何故なら、格子が粗いためである。本発明は、各所定位置三次元デカルトボクセル空間内の各ボクセルにおける値は補間によって求められることを受け入れることにより、格子音響格子、基準格子、又はこれらの格子の一部分若しくは組み合わせの内の幾つか又は全ての点だけにおいて外部パラメータを変換することによって計算モデルを縮小できる。そのような補間結果は照明計算だけに使用されるので、これは、理にかなった近似であると考えられる。人間の目は、照明の高周波数変化に極めて敏感である例えば、鋭い縁や硬い切り口は見えやすい。しかしながら、幾何学形状に鋭い変化がないので、本発明の補間技術を使用することによりかなり滑らかな結果を得ることができる。人間の目は、通常、照明結果の違いに気付かない。図3は、生命体三次元超音波走査等の実時間用途の本発明の別の好ましい実施形態を示す。実時間用途が必要なとき勾配計算がしばしば障害になる。現在、処理前のpreprocess勾配がCPUで計算され、後でGPUに転送される。本発明によれば、レンダリング段階で元の生データを転送して予備計算を実行することが可能となった。最新ハードウェアは、三次元ボリュームテクスチャの個別スライスへのそのようなレンダリングを支援する。図3の段階Iに示されたような生データは、最初に、その固有の形式例えば、11サンプル当たり8ビットでGPUに転送される。第2の段階IIで、各サンプルが繰り返され、勾配が計算される。中心差分、ソーベル演算子又は他の推定量を使用することができる。その後で、非正規化勾配成分Ga,Gb,Gc,Fが、図3に概略的に示されたような新しい三次元ボリュームで記憶される。ここで、いかなる量子化アーティファクトも回避するために高精度例えば、16又は32ビット浮動を使用することが好ましい。本発明によれば、事前計算された勾配をこの段階で正規化するのではなく、その代わりに正規化されていない勾配ベクトル成分を記憶することが有利である。図3に段階IIIに示されたように、所定位置Qにおける表面法線Nは、第1のサンプル点P1の勾配G1、第2のサンプル点P2の勾配G2、第3のサンプル点P3の勾配G3、及び第4のサンプル点P4の勾配G4の勾配ベクトル成分を補間することにより計算される。各勾配は、それぞれの勾配ベクトル成分を有し、これらの勾配ベクトル成分は全て所定位置Qにおける勾配ベクトルを定義するために使用され、この勾配ベクトルを正規化するだけで表面法線Nを得ることができる。本発明は、使用する方法が基準格子の採用に上手く適合するという利点を有する。何故なら、ピクセルシェーダ段での作業負荷が少なく高性能な実時間勾配レンダリングが得られるためである。更に、全ての照明計算は局所座標系で行われる。音響空間内の勾配ボリュームは、照明が迅速化されるように事前に計算し記憶することが可能である。"