Download - Benjamin Granzow Portfolio

4.3. BELEUCHTUNG 37
Anhand der Länge des Gradienten-Vektors kann die Dichteänderung an der
betrachteten Stelle bewertet werden. Dies kann dafür verwendet werden,
dass nur Gradienten ab einer bestimmten Länge weiter verwendet werden.
Dadurch kann die Wirkung der Beleuchtungsberechnung angepasst werden.
Wenn zB. nur größere Änderungen berücksichtigt werden sollen, führt es
dazu, dass die Konturen der Darstellung mehr betont würden.
Es gibt zwei grundlegende Verfahren den Gradienten zu berechnen. Die erste
Variante besteht darin, die Gradienten vorauszuberechnen (precomputed),
die Zweite wäre es, den Gradienten individuell zu berechnen, wenn dieser
benötigt wird(on the fly). Die zweite Variante würde direkt im Fragmentshader
durchgeführt werden, und da damit auf Nachbarwerte zugegriffen werden
müsste, würden 3D-Texturen benötigt werden. Diese sind in OpenGL
ES nicht verfügbar, daher wurde für die Umsetzung die erste Variante gewählt.
Dies hat noch einen weiteren Vorteil. Da die Daten schon vorhanden
sind, fällt die benötigte Berechnungszeit während der Laufzeit weg. Diese
Berechnungen müssen dennoch der Darstellung vorangehen, dies bietet sich
beim Laden des Datensatzes an.
Die in Listing 4.8 dargestellte Methode berechnet die Gradienten und speichert
diese wieder in einer Textur. Bis jetzt wurde von den Texturwerten
nur eine Komponente verwendet, da alle drei Farbwerte gleich sind (Graufarbenbild).
Wenn der errechnete Gradienten-Vektor in den RGB-Werten
der Textur und der alte Dichtewert in dem Alpha-Wert gespeichert wird,
können alle Informationen in einer Textur untergebracht werden. Das hat
den Vorteil, dass alle Informationen später mit einem Texturzugriff ausgelesen
werden. Dabei ersetzt die Methode die ursprünglichen Daten mit den
Neuen. Wenn die Datensätze für die anderen Ansichten aus dem Original
zusammengesetzt werden, sind dadurch alle Datensätze mit den Gradienten
versehen.
Da sich Volumendaten in alle drei Dimensionen erstrecken, ist es auch nötig
den Gradienten über diese zu bilden. Um dies zu tun, wird ein min-/
und maxSample erstellt und die Differenz dieser ergibt den Gradienten. Die
Sample werden jeweils um eine Einheit davor und danach gewählt.
Da es auch möglich ist, dass der Gradient negative Werte annimmt, muss
dieser zuerst in den positiven Wertebereich skaliert werden, damit er in einer
Textur gespeichert werden kann. Dies geschieht mittels (gradientVec.x()+1)*125
. Dadurch wird der normierte Vektor auf den Wertebereich [0,250] skaliert.
Beim Auslesen der Werte in der Textur ist zu beachten, dass dieser auf
den Wertebereich [-1,1] zurückskaliert wird. Der Wertebereich von 255 wird
gezielt nicht komplett verwendet, da es bei Rechenungenauigkeiten dazu
kommen könnte, dass der Grenzwert von 255 überschritten wird. Dadurch
ist es sichergestellt, dass der Gradient in die Textur gespeichert werden kann.
Um ein besseres optisches Resultat zu erhalten, ist zu empfehlen, nur größere
Dichteänderungen in der Beleuchtung zu berücksichtigen. Das führt
dazu, dass nur die Übergänge betont werden und sich die verschiedenen