拋雪球法

拋雪球法

拋雪球法(Splatting)
拋雪球法的最初工作是由Westover 提出的它是一種以物體空間為序的直接體繪製算法。該方法把數據場中每個體素看作一個能量源,當每個體素投向圖像平面時,用以體素的投影點為中心的重建核將體素的能量擴散到圖像像素上。這種方法之所以叫濺射是因為把能量由中心向四周逐漸擴散的狀態形象地比喻為濺射的雪,就好像把一個雪球(體素) 扔到一個玻璃盤子上,雪球散開以後,在撞擊中心的雪量(對圖像的貢獻) 最大,而隨著離撞擊中心距離的增加,雪量(貢獻) 減少。除具有一般直接體繪製技術的特點之外,拋雪球法還具有以下特點:
(1) 速度快。與光線投射法相比,拋雪球法的主要優點是速度較快。在光線投射中,要對沿光線的每個樣本點(設共有k 個樣本點) 進行重建,在每個樣本點,要用k3 卷積過濾。平均來講,即使n3 個體素的每一個只採樣一次,光線投射至少有k3n3的時間複雜度。另一方面,在拋雪球法中,卷積被預計算,並且每個體素被準確濺射一次,每個拋雪球要求k2 次合成操作,所以,可望最多k2n3 的時間複雜度。這就使拋雪球法具有一個特有的速度優勢。
(2) 圖像質量不如光線投射。當然,人們可以使用較大的重建核來改進拋雪球法精度。
(3) 色彩擴散。基本的拋雪球算法按從後向前次序合成濺射時,不能精確地確定隱藏的背景物體的可見性,這樣,隱藏的背景物體的色彩可能會擴散到結果圖像上。
(4) 漸近細化。因為拋雪球法嚴格地按由前向後或由後向前的次序產生圖像,通過觀察圖像的逐步生成過程就能看到數據場的內部信息,這一點從圖像空間為序的技術中是得不到的。特別地,按由後向前的次序,可以看到後面最終被隱藏起來的物體結構。
(5) 效率問題。因為原始拋雪球法按某種次序遍歷全部體素,計算成本與數據場的規模呈線性變化,與其內容無關。通常,只有數據場的一小部分包含著要繪製的物體,如典型的CT或MRI 數據中大部分包含著空氣,空氣很少被繪製。因此,通過只拋雪球濺射與要繪製物體相對應的那些體素,從而使計算時間得到節省,這是完全有可能的。據報導,數據場中70 %～90 %是不感興趣的體素,這種情況並不少見。
(6) 相關性問題。拋雪球法利用了體素本身的空間相關性,但沒有利用體素之間的相關性。