JPH09134447A - 多次元ボリュームデータ表示方法 - Google Patents
多次元ボリュームデータ表示方法Info
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- JPH09134447A JPH09134447A JP29154295A JP29154295A JPH09134447A JP H09134447 A JPH09134447 A JP H09134447A JP 29154295 A JP29154295 A JP 29154295A JP 29154295 A JP29154295 A JP 29154295A JP H09134447 A JPH09134447 A JP H09134447A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 レイキャスティングの処理時間を短縮する。
【解決手段】 メインメモリ上における３次元ボリュー
ムデータのアドレスを３次元的に局所化すると共に、こ
のメインメモリへのアクセスを３次元的に局所化する。
ムデータのアドレスを３次元的に局所化すると共に、こ
のメインメモリへのアクセスを３次元的に局所化する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般にｎ次元空間
上で与えられるｎ次元ボリュームデータに基づきスクリ
ーン上に映像を表示する多次元ボリュームデータ表示方
法に関する。
上で与えられるｎ次元ボリュームデータに基づきスクリ
ーン上に映像を表示する多次元ボリュームデータ表示方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般にｎ次元空間で得られたデータの配
列のことをｎ次元データ配列と呼ぶ。また、当該ｎ次元
空間内にある観察領域に関する物理量のｎ次元データ配
列を、本願ではｎ次元ボリュームデータと呼ぶこととす
る。この観察領域は、観察すべきｎ次元立体（本願では
当該ｎ次元空間に存在する物体のことをさす）が含まれ
るよう、設定する。すなわち、ｎ次元ボリュームデータ
は、観察領域内にあるｎ次元物体に関する情報を含んで
いる。
列のことをｎ次元データ配列と呼ぶ。また、当該ｎ次元
空間内にある観察領域に関する物理量のｎ次元データ配
列を、本願ではｎ次元ボリュームデータと呼ぶこととす
る。この観察領域は、観察すべきｎ次元立体（本願では
当該ｎ次元空間に存在する物体のことをさす）が含まれ
るよう、設定する。すなわち、ｎ次元ボリュームデータ
は、観察領域内にあるｎ次元物体に関する情報を含んで
いる。
【０００３】ｎ＝３のｎ次元ボリュームデータ、すなわ
ち３次元ボリュームデータの例としては、生体内の患部
状態、血流等に関するデータや、流体の流れ等に関する
データがある。前者はＸ線ＣＴ、ＭＲＩ、超音波診断装
置等の医療関連装置にて得られるデータであり、これに
基づき患部等の映像をＣＲＴ等の２次元画面上に見易く
表示する（可視化する）ことにより、医師による診断、
治療等の正確化、迅速化に寄与できる。後者は流体解析
等の科学技術計算にて得られるデータであり、これに基
づき流体の流れをＣＲＴ等の２次元画面上で見易く可視
化することにより、物理現象等の理解・解析に寄与でき
る。
ち３次元ボリュームデータの例としては、生体内の患部
状態、血流等に関するデータや、流体の流れ等に関する
データがある。前者はＸ線ＣＴ、ＭＲＩ、超音波診断装
置等の医療関連装置にて得られるデータであり、これに
基づき患部等の映像をＣＲＴ等の２次元画面上に見易く
表示する（可視化する）ことにより、医師による診断、
治療等の正確化、迅速化に寄与できる。後者は流体解析
等の科学技術計算にて得られるデータであり、これに基
づき流体の流れをＣＲＴ等の２次元画面上で見易く可視
化することにより、物理現象等の理解・解析に寄与でき
る。
【０００４】３次元ボリュームデータを２次元画面上で
可視化する処理の一例としては、等値面化法がある。し
かし、この方法は、専用ハードウエアを用いた高速処理
が必要になるにもかかわらず、次に述べるレイキャステ
ィング（光線追跡法）に比べ表示機能が数少ないという
短所を有している。すなわち、積算表示（視線に沿った
データサンプリングにて得られる情報の積算値の表示）
や、最大値表示（視線に沿ったデータサンプリングにて
得られる情報の最大値の表示）等を、等値面化法そのも
のに何等かの変形を施すことなしには、実行できない。
可視化する処理の一例としては、等値面化法がある。し
かし、この方法は、専用ハードウエアを用いた高速処理
が必要になるにもかかわらず、次に述べるレイキャステ
ィング（光線追跡法）に比べ表示機能が数少ないという
短所を有している。すなわち、積算表示（視線に沿った
データサンプリングにて得られる情報の積算値の表示）
や、最大値表示（視線に沿ったデータサンプリングにて
得られる情報の最大値の表示）等を、等値面化法そのも
のに何等かの変形を施すことなしには、実行できない。
【０００５】このような短所がなく、汎用ワークステー
ション、パーソナルコンピュータ等によりソフトウエア
的に実行できる２次元画面上の可視化処理としては、レ
イキャスティングがある。この方法の基本的な考え方
は、図１の上半分に示されるように、一般に３次元立体
（医療関連装置であれば患部等）に関する物理量データ
を含む３次元ボリュームデータを、当該３次元ボリュー
ムデータと同様３次元空間内にある所定の視点から、観
察し、この観察の際の視線（レイ）をよぎるよう配置し
た２次元スクリーン上に、観察結果たる情報に従い映像
を表示する、という考え方である。３次元ボリュームデ
ータの構成要素はボクセルと呼ばれ、ボクセルにおける
データの値は単にボクセル値と呼ばれる。
ション、パーソナルコンピュータ等によりソフトウエア
的に実行できる２次元画面上の可視化処理としては、レ
イキャスティングがある。この方法の基本的な考え方
は、図１の上半分に示されるように、一般に３次元立体
（医療関連装置であれば患部等）に関する物理量データ
を含む３次元ボリュームデータを、当該３次元ボリュー
ムデータと同様３次元空間内にある所定の視点から、観
察し、この観察の際の視線（レイ）をよぎるよう配置し
た２次元スクリーン上に、観察結果たる情報に従い映像
を表示する、という考え方である。３次元ボリュームデ
ータの構成要素はボクセルと呼ばれ、ボクセルにおける
データの値は単にボクセル値と呼ばれる。
【０００６】また、２次元スクリーン上における表示方
法の一例としては、図１の下半分に示される方法があ
る。この方法では、レイに沿ってボクセル値がサンプリ
ングされ、これにより得られたボクセル値がしきい値判
定される。ボクセル値がしきい値をよぎったボクセルの
位置は、３次元ボリュームデータに含まれている３次元
立体の表面（の１点）と見なすことができる。従って、
単一の視点から放射状に発せられる多数のレイに関し同
様のしきい値判定を実行することにより、３次元立体の
表面を検出できる。図１の上半分に示されるように配置
された２次元スクリーンに、視点から当該３次元立体の
表面までの距離（Ｚ値）に応じ正規化した輝度で、すな
わち表面上最も遠い点が暗くかつ最も近い点が明るくな
るようＺ値の線形変換により決定した輝度で、当該３次
元立体の表面を濃淡表示することにより、３次元立体を
２次元スクリーン上に見易く表示できる。レイキャステ
ィングで簡便に実行可能な表示方法には、この方法の
他、積算表示や最大値表示がある。
法の一例としては、図１の下半分に示される方法があ
る。この方法では、レイに沿ってボクセル値がサンプリ
ングされ、これにより得られたボクセル値がしきい値判
定される。ボクセル値がしきい値をよぎったボクセルの
位置は、３次元ボリュームデータに含まれている３次元
立体の表面（の１点）と見なすことができる。従って、
単一の視点から放射状に発せられる多数のレイに関し同
様のしきい値判定を実行することにより、３次元立体の
表面を検出できる。図１の上半分に示されるように配置
された２次元スクリーンに、視点から当該３次元立体の
表面までの距離（Ｚ値）に応じ正規化した輝度で、すな
わち表面上最も遠い点が暗くかつ最も近い点が明るくな
るようＺ値の線形変換により決定した輝度で、当該３次
元立体の表面を濃淡表示することにより、３次元立体を
２次元スクリーン上に見易く表示できる。レイキャステ
ィングで簡便に実行可能な表示方法には、この方法の
他、積算表示や最大値表示がある。
【０００７】図２には、レイキャスティングの実施環境
の一例が示されている。この図の例では、メインメモリ
２０上に３次元ボリュームデータが格納される。ＣＰＵ
１０は、メインメモリ２０上のボリュームデータに関し
レイキャスティングを実行する。この図には、Ｚ値に基
づく表示を実行するための機能部分として、ＣＰＵ１０
の内部に１１〜１３が示されている（これらはハードウ
エアであってもよいしソフトウエアであってもよい）。
そのうち３次元ＤＤＡ（ディジタル微分解析部）１１
は、レイの方向に基づき、そのレイが３次元ボリューム
データに突入してから突き抜けるまでに交叉するボクセ
ルの位置を求める。サンプリング部１２は、求められた
位置にあるボクセルの値をサンプリングし、ＣＰＵ１０
の内部キャッシュメモリ１４に格納する。シェーディン
グ部１３は、サンプリングしたボクセル値に基づき３次
元立体の表面を濃淡表示すべく、照明したときに上記３
次元立体の凹凸により生じるであろう陰影をシミュレー
トする。
の一例が示されている。この図の例では、メインメモリ
２０上に３次元ボリュームデータが格納される。ＣＰＵ
１０は、メインメモリ２０上のボリュームデータに関し
レイキャスティングを実行する。この図には、Ｚ値に基
づく表示を実行するための機能部分として、ＣＰＵ１０
の内部に１１〜１３が示されている（これらはハードウ
エアであってもよいしソフトウエアであってもよい）。
そのうち３次元ＤＤＡ（ディジタル微分解析部）１１
は、レイの方向に基づき、そのレイが３次元ボリューム
データに突入してから突き抜けるまでに交叉するボクセ
ルの位置を求める。サンプリング部１２は、求められた
位置にあるボクセルの値をサンプリングし、ＣＰＵ１０
の内部キャッシュメモリ１４に格納する。シェーディン
グ部１３は、サンプリングしたボクセル値に基づき３次
元立体の表面を濃淡表示すべく、照明したときに上記３
次元立体の凹凸により生じるであろう陰影をシミュレー
トする。
【０００８】ところで、メインメモリ２０上における３
次元ボリュームデータのアドレスが一般に整数であるの
に対し、３次元ＤＤＡにより得られるボクセルの位置は
一般に小数部を有している。従って、３次元ＤＤＡによ
り得られるボクセルの位置の小数部をサンプリングの際
にどの様に取り扱うかにより、サンプリングの精度が変
化する。最も簡単なサンプリング方法は、３次元ＤＤＡ
により求めた位置又はこれに最も近い位置のボクセル値
をサンプリングするポイントサンプリングであるが、こ
の方法は小数部を丸めることによる誤差を発生させる。
３次元ＤＤＡにより求めた位置の近傍にある２３＝８個
のボクセルの値をメインメモリ２０からＣＰＵ１０へ読
み出し、当該３次元空間の各軸に沿って線形補間するト
リリニア補間は、ポイントサンプリングに比べ精度が高
い。
次元ボリュームデータのアドレスが一般に整数であるの
に対し、３次元ＤＤＡにより得られるボクセルの位置は
一般に小数部を有している。従って、３次元ＤＤＡによ
り得られるボクセルの位置の小数部をサンプリングの際
にどの様に取り扱うかにより、サンプリングの精度が変
化する。最も簡単なサンプリング方法は、３次元ＤＤＡ
により求めた位置又はこれに最も近い位置のボクセル値
をサンプリングするポイントサンプリングであるが、こ
の方法は小数部を丸めることによる誤差を発生させる。
３次元ＤＤＡにより求めた位置の近傍にある２３＝８個
のボクセルの値をメインメモリ２０からＣＰＵ１０へ読
み出し、当該３次元空間の各軸に沿って線形補間するト
リリニア補間は、ポイントサンプリングに比べ精度が高
い。
【０００９】図３には、トリリニア補間の原理が示され
ている。この図では、３本の軸Ｉｒ，Ｉθ，Ｉψにより
表記できる３次元空間を考え、またサンプリングすべき
点を（Ｉｒ，Ｉθ，Ｉψ）と表し、この点（Ｉｒ，Ｉ
θ，Ｉψ）の物理量データをｇと表し、さらに、この点
（Ｉｒ，Ｉθ，Ｉψ）を取り囲む立方体乃至直方体の頂
点に位置している近傍８個のボクセルのボクセル値をそ
れぞれｇ０〜ｇ７と表している。トリリニア補間とは、
ている。この図では、３本の軸Ｉｒ，Ｉθ，Ｉψにより
表記できる３次元空間を考え、またサンプリングすべき
点を（Ｉｒ，Ｉθ，Ｉψ）と表し、この点（Ｉｒ，Ｉ
θ，Ｉψ）の物理量データをｇと表し、さらに、この点
（Ｉｒ，Ｉθ，Ｉψ）を取り囲む立方体乃至直方体の頂
点に位置している近傍８個のボクセルのボクセル値をそ
れぞれｇ０〜ｇ７と表している。トリリニア補間とは、
【数２】 ｇ０１＝ｇ０＊ｄｒ１＋ｇ１＊ｄｒ０ ｇ２３＝ｇ２＊ｄｒ１＋ｇ３＊ｄｒ０ ｇ４５＝ｇ４＊ｄｒ１＋ｇ５＊ｄｒ０ ｇ６７＝ｇ６＊ｄｒ１＋ｇ７＊ｄｒ０ …（２） の式に従いＩｒ軸に沿って線形補間を実行し、
【数３】 ｇ０１４５＝ｇ０１＊ｄθ１＋ｇ４５＊ｄθ０ ｇ２３６７＝ｇ２３＊ｄθ１＋ｇ６７＊ｄθ０ …（３） の式に従いＩθ軸に沿って線形補間を実行し、
【数４】 ｇ＝ｇ０１４５＊ｄψ１＋ｇ２３６７＊ｄψ０ …（４） の式に従いＩψ軸に沿って線形補間を実行することによ
り、サンプリングすべき点（Ｉｒ，Ｉθ，Ｉψ）におけ
る物理量データｇを推定する処理である。但し、ｄｒ
１、ｄｒ０、ｄθ１、ｄθ０、ｄψ１及びｄψ０はトリ
リニア相関に使用した立方体乃至直方体の各辺を点（Ｉ
ｒ，Ｉθ，Ｉψ）の座標値にて按分した値であり、ｇ０
１〜ｇ６７、ｇ０１４５及びｇ２３６７はトリリニア補
間の中間過程で得られる補間値である。
り、サンプリングすべき点（Ｉｒ，Ｉθ，Ｉψ）におけ
る物理量データｇを推定する処理である。但し、ｄｒ
１、ｄｒ０、ｄθ１、ｄθ０、ｄψ１及びｄψ０はトリ
リニア相関に使用した立方体乃至直方体の各辺を点（Ｉ
ｒ，Ｉθ，Ｉψ）の座標値にて按分した値であり、ｇ０
１〜ｇ６７、ｇ０１４５及びｇ２３６７はトリリニア補
間の中間過程で得られる補間値である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題及び課題の解決原理】レ
イキャスティングの対象となる３次元ボリュームデータ
は、通常、非常に情報量が多いデータである。例えば３
次元ボリュームデータに関しレイキャスティングを実行
する際には、通常、数メガバイト以上のデータを扱わね
ばならない。これは、処理時間の長さを招く原因となっ
ており、利用者は、処理時間を短くすることを強く要請
している。
イキャスティングの対象となる３次元ボリュームデータ
は、通常、非常に情報量が多いデータである。例えば３
次元ボリュームデータに関しレイキャスティングを実行
する際には、通常、数メガバイト以上のデータを扱わね
ばならない。これは、処理時間の長さを招く原因となっ
ており、利用者は、処理時間を短くすることを強く要請
している。
【００１１】発明者は、このような課題を解決すべく、
レイキャスティングに関する処理のうち長い処理時間を
占めている処理がどの処理であるかに関し、検討を行っ
た。その結果明らかになったのは、３次元ボリュームデ
ータのサンプリングに長時間が必要であること、またこ
の傾向はポイントサンプリングでもトリリニア相関でも
同様であること、である。表１欄外に示される条件下で
の処理時間測定結果を表１及び表２並びに図４に、また
それを処理時間比率に換算した結果を図５に、それぞれ
示す。これらの表及び図から明らかなように、サンプリ
ングに要する時間は、その方法としてポイントサンプリ
ングを用いたときでもトリリニア相関を用いたときで
も、レイキャスティング全体の処理時間の半分以上を占
めている。
レイキャスティングに関する処理のうち長い処理時間を
占めている処理がどの処理であるかに関し、検討を行っ
た。その結果明らかになったのは、３次元ボリュームデ
ータのサンプリングに長時間が必要であること、またこ
の傾向はポイントサンプリングでもトリリニア相関でも
同様であること、である。表１欄外に示される条件下で
の処理時間測定結果を表１及び表２並びに図４に、また
それを処理時間比率に換算した結果を図５に、それぞれ
示す。これらの表及び図から明らかなように、サンプリ
ングに要する時間は、その方法としてポイントサンプリ
ングを用いたときでもトリリニア相関を用いたときで
も、レイキャスティング全体の処理時間の半分以上を占
めている。
【００１２】
【表１】
【表２】 発明者は、次に、サンプリングに時間が掛かる原因に関
して検討した。すなわち、発明者は、表３に示される条
件下にて、視線方向の変化による処理時間の変化を検討
した。表４及び図６には、レイの方向による処理時間の
変化を、従来のアドレス構造（図７）に関し測定した結
果を示している。表４及び図６から明らかなように、ポ
イントサンプルの場合もトリリニア補間の場合も処理時
間がレイの方向に依存している。ここから明らかになる
のは、処理対象たる３次元ボリュームデータを記憶空間
から読み出す際に、当該記憶空間（例えばメインメモリ
により提供される記憶空間）からキャッシュメモリへの
データ転送の際のミス（キャッシュミス）が発生しやす
いため、サンプリングに時間が掛かることである。
して検討した。すなわち、発明者は、表３に示される条
件下にて、視線方向の変化による処理時間の変化を検討
した。表４及び図６には、レイの方向による処理時間の
変化を、従来のアドレス構造（図７）に関し測定した結
果を示している。表４及び図６から明らかなように、ポ
イントサンプルの場合もトリリニア補間の場合も処理時
間がレイの方向に依存している。ここから明らかになる
のは、処理対象たる３次元ボリュームデータを記憶空間
から読み出す際に、当該記憶空間（例えばメインメモリ
により提供される記憶空間）からキャッシュメモリへの
データ転送の際のミス（キャッシュミス）が発生しやす
いため、サンプリングに時間が掛かることである。
【００１３】
【表３】
【表４】 サンプリング時間がレイの方向に依存する原因として
は、第１に、アドレス構造上の問題が明らかになった。
すなわち、上記３次元ボリュームデータをメインメモリ
に格納する際、従来は、位置（ｘ，ｙ，ｚ）にあるボク
セルのボクセル値をメインメモリ上のアドレスａ＝ｘ＋
ｎ・ｙ＋ｎ・ｎ・ｚに格納していたため、キャッシュメ
モリ上のブロック（連続する複数個のアドレスを含む記
憶領域）が、図７に示されるように、３次元ボリューム
データ上で細長い直方体を構成していた。このようなア
ドレス構造下では、ブロックに相当する直方体の長手方
向と、レイの方向とが、一致しない場合、キャッシュミ
スが頻発する。キャッシュミスが発生する原因として第
２に明らかになったのは、読出しアドレスａを単一のレ
イに沿って発生させていたため、ブロックに相当する直
方体の長手方向とレイの方向とが一致していないときの
キャッシュミスがさらに発生しやすいことである。
は、第１に、アドレス構造上の問題が明らかになった。
すなわち、上記３次元ボリュームデータをメインメモリ
に格納する際、従来は、位置（ｘ，ｙ，ｚ）にあるボク
セルのボクセル値をメインメモリ上のアドレスａ＝ｘ＋
ｎ・ｙ＋ｎ・ｎ・ｚに格納していたため、キャッシュメ
モリ上のブロック（連続する複数個のアドレスを含む記
憶領域）が、図７に示されるように、３次元ボリューム
データ上で細長い直方体を構成していた。このようなア
ドレス構造下では、ブロックに相当する直方体の長手方
向と、レイの方向とが、一致しない場合、キャッシュミ
スが頻発する。キャッシュミスが発生する原因として第
２に明らかになったのは、読出しアドレスａを単一のレ
イに沿って発生させていたため、ブロックに相当する直
方体の長手方向とレイの方向とが一致していないときの
キャッシュミスがさらに発生しやすいことである。
【００１４】本発明における基本的な着眼点及び本発明
の目的は、レイキャスティング等のｎ次元データ処理を
実行する際のアドレス方法乃至構造を改善することによ
り、処理対象たるｎ次元ボリュームデータを格納する記
憶空間からのキャッシュミスの発生を抑え、処理時間の
短縮という利用者の要請に応えることにある。
の目的は、レイキャスティング等のｎ次元データ処理を
実行する際のアドレス方法乃至構造を改善することによ
り、処理対象たるｎ次元ボリュームデータを格納する記
憶空間からのキャッシュミスの発生を抑え、処理時間の
短縮という利用者の要請に応えることにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】このよう
な目的を達成するために、本発明は、その位置がｎ次元
空間に係るｎ次元座標にて記述されるｎ次元ボリューム
データｖを、その座標値に応じ決定された書込みアドレ
スに従い、記憶空間に書き込んでおき、上記ｎ次元空間
上の観察領域を観察するための視点と、当該視点から当
該観察領域に至るレイをよぎるスクリーンとを、当該ｎ
次元空間上で定義しておき、上記レイのうち上記観察領
域を貫く部分を構成する点に関しそのｎ次元座標値を求
め、求めたｎ次元座標値に従い読出しアドレスを決定
し、決定した読出しアドレスに従い上記記憶空間からキ
ャッシュメモリへｎ次元ボリュームデータｖを読み出
し、読み出したｎ次元ボリュームデータｖに基づき、上
記観察領域内のｎ次元立体に関する映像を表示させる多
次元ボリュームデータ表示方法において、上記書込みア
ドレス及び読出しアドレスを、次の式（５）を用いて発
生させることを特徴とする。
な目的を達成するために、本発明は、その位置がｎ次元
空間に係るｎ次元座標にて記述されるｎ次元ボリューム
データｖを、その座標値に応じ決定された書込みアドレ
スに従い、記憶空間に書き込んでおき、上記ｎ次元空間
上の観察領域を観察するための視点と、当該視点から当
該観察領域に至るレイをよぎるスクリーンとを、当該ｎ
次元空間上で定義しておき、上記レイのうち上記観察領
域を貫く部分を構成する点に関しそのｎ次元座標値を求
め、求めたｎ次元座標値に従い読出しアドレスを決定
し、決定した読出しアドレスに従い上記記憶空間からキ
ャッシュメモリへｎ次元ボリュームデータｖを読み出
し、読み出したｎ次元ボリュームデータｖに基づき、上
記観察領域内のｎ次元立体に関する映像を表示させる多
次元ボリュームデータ表示方法において、上記書込みア
ドレス及び読出しアドレスを、次の式（５）を用いて発
生させることを特徴とする。
【００１６】
【数５】 ａ＝［Ｉn-1,m-1 Ｉn-2,m-1 …Ｉ0,m-1 Ｉn-1,m-2 Ｉn-2,m-2 …Ｉ0,m-2 … Ｉn-1,1 Ｉn-2,1 …Ｉ0,1 Ｉn-1,0 Ｉn-2,0 …Ｉ0,0 ］ …（５） 但し、Ｉj,k ：Ｉj の第ｋビット、 Ｉj ：ｎ次元座標系を構成する軸のうち第ｊ軸に沿った
座標値＝［Ｉj,m-1 Ｉj,m-2 …Ｉj,1 Ｉj,0 ］ ｎ：２以上の整数、 ｊ：０≦ｊ≦ｎ−１を満たす自然数、 ｋ：０≦ｋ≦ｍ−１を満たす自然数、 ｍ：２の羃乗に該当する自然数、 ［・］：その引数をその記載順に並べて得られる２進
数。
座標値＝［Ｉj,m-1 Ｉj,m-2 …Ｉj,1 Ｉj,0 ］ ｎ：２以上の整数、 ｊ：０≦ｊ≦ｎ−１を満たす自然数、 ｋ：０≦ｋ≦ｍ−１を満たす自然数、 ｍ：２の羃乗に該当する自然数、 ［・］：その引数をその記載順に並べて得られる２進
数。
【００１７】本構成によれば、ｎ次元空間上でｎ次元立
方体又はこれに近い領域を占めている複数のデータｖ
が、キャッシュメモリ上で同一のブロックに格納される
よう上記記憶空間に書き込まれる（アドレスａのｎ次元
的局所化）。従って、レイに沿って上記記憶空間をアク
セスするとき、そのレイが仮にｎ次元空間上でいずれか
の座標軸と平行でなかったとしても、その記憶空間から
のアクセスに関するミスは、発生しにくい。従って、ア
クセスに係るヒット率の向上、ひいては処理時間の短縮
が実現される。また、アドレスａを生成する処理は、各
座標値Ｉ0 ，Ｉ1，…，Ｉn-1 を構成するビットの並べ
変え処理であるため、本構成をハードウエア的に実施す
るには単に配線の並びを設定すればよい。すなわち、本
構成はハードウエア的な実施が比較的容易である。
方体又はこれに近い領域を占めている複数のデータｖ
が、キャッシュメモリ上で同一のブロックに格納される
よう上記記憶空間に書き込まれる（アドレスａのｎ次元
的局所化）。従って、レイに沿って上記記憶空間をアク
セスするとき、そのレイが仮にｎ次元空間上でいずれか
の座標軸と平行でなかったとしても、その記憶空間から
のアクセスに関するミスは、発生しにくい。従って、ア
クセスに係るヒット率の向上、ひいては処理時間の短縮
が実現される。また、アドレスａを生成する処理は、各
座標値Ｉ0 ，Ｉ1，…，Ｉn-1 を構成するビットの並べ
変え処理であるため、本構成をハードウエア的に実施す
るには単に配線の並びを設定すればよい。すなわち、本
構成はハードウエア的な実施が比較的容易である。
【００１８】本発明の第２の構成に係る多次元ボリュー
ムデータ表示方法は、第１の構成において、上記ｎ次元
座標値の演算、上記読出しアドレスの決定及び上記ｎ次
元ボリュームデータの読出しを、互いに近接する複数本
のレイに関し、同時的乃至並列的に実行することを特徴
とする。本構成によれば、さらに、アクセスもｎ次元的
に局所化するため、さらにアクセスミスが生じにくくな
り、ヒット率の向上、ひいては処理時間の短縮が実現さ
れる。
ムデータ表示方法は、第１の構成において、上記ｎ次元
座標値の演算、上記読出しアドレスの決定及び上記ｎ次
元ボリュームデータの読出しを、互いに近接する複数本
のレイに関し、同時的乃至並列的に実行することを特徴
とする。本構成によれば、さらに、アクセスもｎ次元的
に局所化するため、さらにアクセスミスが生じにくくな
り、ヒット率の向上、ひいては処理時間の短縮が実現さ
れる。
【００１９】本発明の第３の構成に係る多次元ボリュー
ムデータ表示方法は、第１又は第２の構成において、上
記記憶空間から読み出したｎ次元ボリュームデータｖに
トリリニア補間を施した上で、上記映像表示に使用する
ことを特徴とする。本構成によれば、トリリニア補間に
よる良好な精度も得られる。また、トリリア補間に当た
ってアクセスされるボクセルが単一ブロックに属する確
率が高まるため、さらに処理時間が短くなる。
ムデータ表示方法は、第１又は第２の構成において、上
記記憶空間から読み出したｎ次元ボリュームデータｖに
トリリニア補間を施した上で、上記映像表示に使用する
ことを特徴とする。本構成によれば、トリリニア補間に
よる良好な精度も得られる。また、トリリア補間に当た
ってアクセスされるボクセルが単一ブロックに属する確
率が高まるため、さらに処理時間が短くなる。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態に
関し、図面に基づき説明する。なお、本発明は、３次元
ボリュームデータに関するレイキャスティングに適用で
きるため、以下の説明は図１〜図３に示される装置及び
方法を前提として行うこととするが、本発明は一般にｎ
次元ボリュームデータ（ｎは２以上の整数）に適用でき
る。例えば、イメージ処理における３×３フィルタ処理
にも適用できる。
関し、図面に基づき説明する。なお、本発明は、３次元
ボリュームデータに関するレイキャスティングに適用で
きるため、以下の説明は図１〜図３に示される装置及び
方法を前提として行うこととするが、本発明は一般にｎ
次元ボリュームデータ（ｎは２以上の整数）に適用でき
る。例えば、イメージ処理における３×３フィルタ処理
にも適用できる。
【００２１】図８には、本発明を３次元ボリュームデー
タに適用した場合のアドレス構造が示されている。すな
わち、図８の実施形態では、３次元ボリュームデータ
は、その座標値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に応じ次の式（６）を用
いて発生させたアドレスａに従い、メインメモリ２０上
に予め書込まれており、読出しの際にも同式によりアド
レスａが生成される。このようなアドレス構造を採用し
ているため、本実施形態では、キャッシュメモリ１４の
１ブロックが、３次元ボリュームデータ内で立方体又は
これに近い直方体に相当する。このようなアドレスの３
次元的局所化の結果、レイの方向によりキャッシュミス
が発生しやすくなるような状況は発生にくくなる。さら
に、８近傍点が同一ブロックに属する確率が高まるた
め、トリリア補間との組合せにより、さらに高速度化で
きる。
タに適用した場合のアドレス構造が示されている。すな
わち、図８の実施形態では、３次元ボリュームデータ
は、その座標値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に応じ次の式（６）を用
いて発生させたアドレスａに従い、メインメモリ２０上
に予め書込まれており、読出しの際にも同式によりアド
レスａが生成される。このようなアドレス構造を採用し
ているため、本実施形態では、キャッシュメモリ１４の
１ブロックが、３次元ボリュームデータ内で立方体又は
これに近い直方体に相当する。このようなアドレスの３
次元的局所化の結果、レイの方向によりキャッシュミス
が発生しやすくなるような状況は発生にくくなる。さら
に、８近傍点が同一ブロックに属する確率が高まるた
め、トリリア補間との組合せにより、さらに高速度化で
きる。
【００２２】
【数６】 ａ＝［Ｚm-1 Ｙm-1 Ｘm-1 Ｚm-2 Ｙm-2 Ｘm-2 …Ｚ1 Ｙ1 Ｘ1 Ｚ0 Ｙ0 Ｘ0 ］ …（６） 但し、Ｘ＝［Ｘm-1 Ｘm-2 …Ｘ1 Ｘ0 ］ Ｙ＝［Ｙm-1 Ｙm-2 …Ｙ1 Ｙ0 ］ Ｚ＝［Ｚm-1 Ｚm-2 …Ｚ1 Ｚ0 ］ ２m はボリュームデータの一辺の長さ また、本実施形態では、読出しの際のアクセスも３次元
的に局所化される。すなわち、図９に示されるように、
相近接する複数本のレイを含むレイ束にて（当該レイ束
を構成する各レイについて互いに横並びで）アクセスが
行われるため、同一乃至近接するブロックに対し同時に
又は相連続してアクセスが行われることとなり（アクセ
スの３次元的局所化）、その結果レイの方向によりキャ
ッシュミスが発生しやすくなるような状況は生じにくく
なる。
的に局所化される。すなわち、図９に示されるように、
相近接する複数本のレイを含むレイ束にて（当該レイ束
を構成する各レイについて互いに横並びで）アクセスが
行われるため、同一乃至近接するブロックに対し同時に
又は相連続してアクセスが行われることとなり（アクセ
スの３次元的局所化）、その結果レイの方向によりキャ
ッシュミスが発生しやすくなるような状況は生じにくく
なる。
【図１】 レイキャスティングの原理を示す概念図であ
る。
る。
【図２】 レイキャスティングの実施環境の一例を示す
ブロック図である。
ブロック図である。
【図３】 トリリニア補間の原理を示す空間図である。
【図４】 サンプリング処理に要する時間を他の処理時
間との比較で示す図である。
間との比較で示す図である。
【図５】 サンプリング処理に要する時間が全ての処理
時間に占める割合を示す図である。
時間に占める割合を示す図である。
【図６】 レイの方向の変化によるサンプリング時間の
変化を示す図である。
変化を示す図である。
【図７】 従来のアドレス構造を示す概念図である。
【図８】 本発明の一実施形態におけるアドレスの３次
元的局所化を説明するための概念図である。
元的局所化を説明するための概念図である。
【図９】 本実施形態におけるアクセスの３次元的局所
化を説明するための概念図である。
化を説明するための概念図である。
１０ ＣＰＵ，２０ メインメモリ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石川 正司 東京都三鷹市下連雀五丁目１番１号 日本 無線株式会社内 (72)発明者 草野 裕久 東京都三鷹市下連雀五丁目１番１号 日本 無線株式会社内 (72)発明者 戸枝 賢吾 東京都三鷹市下連雀五丁目１番１号 日本 無線株式会社内
Claims (3)
- 【請求項１】 その位置がｎ次元空間に係るｎ次元座標
にて記述されるｎ次元ボリュームデータｖを、その座標
値に応じ決定された書込みアドレスに従い、記憶空間に
書き込んでおき、上記ｎ次元空間上の観察領域を観察す
るための視点と、当該視点から当該観察領域に至る視線
をよぎるスクリーンとを、当該ｎ次元空間上で定義して
おき、上記視線のうち上記観察領域を貫く部分を構成す
る点に関しそのｎ次元座標値を求め、求めたｎ次元座標
値に従い読出しアドレスを決定し、決定した読出しアド
レスに従い上記記憶空間からキャッシュメモリへｎ次元
ボリュームデータｖを読み出し、読み出したｎ次元ボリ
ュームデータｖに基づき、上記観察領域内のｎ次元立体
に関する映像を表示させる多次元ボリュームデータ表示
方法において、 上記書込みアドレス及び読出しアドレスを、次の式
（１）を用いて発生させることを特徴とする多次元ボリ
ュームデータ表示方法。 【数１】 ａ＝［Ｉn-1,m-1 Ｉn-2,m-1 …Ｉ0,m-1 Ｉn-1,m-2 Ｉn-2,m-2 …Ｉ0,m-2 … Ｉn-1,1 Ｉn-2,1 …Ｉ0,1 Ｉn-1,0 Ｉn-2,0 …Ｉ0,0 ］ …（１） 但し、Ｉj,k ：Ｉj の第ｋビット、 Ｉj ：ｎ次元座標系を構成する軸のうち第ｊ軸に沿った
座標値＝［Ｉj,m-1 Ｉj,m-2 …Ｉj,1 Ｉj,0 ］ ｎ：２以上の整数、 ｊ：０≦ｊ≦ｎ−１を満たす自然数、 ｋ：０≦ｋ≦ｍ−１を満たす自然数、 ｍ：２の羃乗に該当する自然数、 ［・］：その引数をその記載順に並べて得られる２進
数。 - 【請求項２】 請求項１記載の方法において、 上記ｎ次元座標値の演算、上記読出しアドレスの決定及
び上記ｎ次元ボリュームデータの読出しを、互いに近接
する複数本の視線に関し、同時的乃至並列的に実行する
ことを特徴とする多次元ボリュームデータ表示方法。 - 【請求項３】 請求項１又は２記載の方法において、 上記記憶空間から読み出したｎ次元ボリュームデータｖ
にトリリニア補間を施した上で、上記映像表示に使用す
ることを特徴とする多次元ボリュームデータ表示方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29154295A JPH09134447A (ja) | 1995-11-09 | 1995-11-09 | 多次元ボリュームデータ表示方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29154295A JPH09134447A (ja) | 1995-11-09 | 1995-11-09 | 多次元ボリュームデータ表示方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09134447A true JPH09134447A (ja) | 1997-05-20 |
Family
ID=17770263
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29154295A Pending JPH09134447A (ja) | 1995-11-09 | 1995-11-09 | 多次元ボリュームデータ表示方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09134447A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001014486A (ja) * | 1999-05-20 | 2001-01-19 | Mitsubishi Electric Inf Technol Center America Inc | ボクセルメモリへレンダリング装置を連結するインタフェース、複数のレンダリングパイプラインのためのメモリインタフェース、レンダリング装置へボクセルメモリをインタフェースする方法、および複数のレンダリングパイプラインで処理されるボクセルのアドレスを変換する方法 |
| JP2007054191A (ja) * | 2005-08-23 | 2007-03-08 | Aloka Co Ltd | 超音波診断装置 |
| KR20150110143A (ko) * | 2014-03-24 | 2015-10-02 | 삼성전자주식회사 | 볼륨 렌더링 장치 및 그 동작방법 |
-
1995
- 1995-11-09 JP JP29154295A patent/JPH09134447A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001014486A (ja) * | 1999-05-20 | 2001-01-19 | Mitsubishi Electric Inf Technol Center America Inc | ボクセルメモリへレンダリング装置を連結するインタフェース、複数のレンダリングパイプラインのためのメモリインタフェース、レンダリング装置へボクセルメモリをインタフェースする方法、および複数のレンダリングパイプラインで処理されるボクセルのアドレスを変換する方法 |
| JP2007054191A (ja) * | 2005-08-23 | 2007-03-08 | Aloka Co Ltd | 超音波診断装置 |
| KR20150110143A (ko) * | 2014-03-24 | 2015-10-02 | 삼성전자주식회사 | 볼륨 렌더링 장치 및 그 동작방법 |
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