JPH09512937A - ボリュームを実時間で視覚化する装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 高度に並列で、パイプライン化した手法でのボクセルの実時間処理、及び物体及び風景の実時間視覚化は、三次元スキュードメモリ（２２）、二次元スキュードバッファ（２４）、データ点の３Ｄ補間及びシェーディング、及び信号合成を含む。光線投射の実現がパワフルなボリューム描写技術である。目視位置から立体フレームバッファ（４０）内へ目視線が投射され、立体フレームバッファ（４０）の面に平行なボクセルのビームがアクセスされる。各目視線に沿う等間隔のサンプル点において、各サンプル点はそれを取り囲むボクセルの値を使用して三重線形に補間される。グラディエント及び補間済みのサンプル値を使用してローカルシェーディングモデル（３０）が適用され、サンプルの不透明度が割当てられる。最後に、光線に沿う光線サンプルが画素値に合成され、表示装置（４４）に供給されて画像を発生させる。

Description

【発明の詳細な説明】 ボリュームを実時間で視覚化する装置及び方法 発明の背景 本発明は、三次元（３Ｄ）グラフィックス及びボリュームの描像に関し、より 詳しくは高解像力ボリューム画像を実時間で平行法及び遠近法で投影する装置及 び方法に関する。 描像は、複雑な情報を、その情報の完全性及び精度を維持しながら、人が理解 できるように修正可能なフォーマットに変換するプロセスである。三次元現象に 関連する情報からなるボリュームのデータは、改良された描像技術により得るこ とができる複雑な情報の種の１つである。ある視点から、あるボリュームのどの 部分を表示させるかを決定するためにそのボリュームのデータを解析するプロセ スを、一般にボリュームの視覚化と呼ぶ。従来のボリュームを視覚化する方法は 、ある物体を正確に表現するために、データ点を順次に走査するように動作して いた。物体を実時間でモデル化する必要性、及びコンピュータグラフィックシス テムを使用してそのようにすることの利点は明白である。 ボリュームを視覚化する専用コンピュータアーキテクチャ及び方法は公知であ る。図１に、ボリュームを視覚化するシステム１を示す。ボリューム視覚化シス テム１は、どの正射方向においてもボクセル（voxel）のビームの無競合アクセ スを可能ならしめるスキュードメモリ構成を有する立体（キュービック）フレー ムバッファ２と、二次元（２Ｄ）スキュードバッファ４と、線（ray）投影樹木 ６と、２つのコンベヤ８、１０とを含んでいる。コンベヤは、一般にバレルシフ タと呼ばれている。第１のコンベヤ８は立体フレームバッファと二次元スキュー ドバッファとの間に結合され、一方第２のコンベヤ１０は二次元スキュードバッ ファと線投影樹木との間に結合されている。このボリューム視覚化システムは、 Ｏ（ｎ²log ｎ）時間で平行投影することができる（但しｎは立体フレームバッ ファの１つの軸の測度）。 立体フレームバッファ２と、２Ｄスキュードバッファの動作及び相互関係を図 ２に示す。従来のボリューム視覚化システム１は、投影面（図示してない）内の 画素から発する目視線（viewing ray）を、選択された目視方向に沿って立体フ レームバッファ２を通して投射するように作動する。目視線は、立体フレームバ ッファ内に格納されている複数のボクセル１４（投影線面（ＰＲＰ）１６を限定 する）にアクセスする。ＰＲＰを限定しているボクセルは、直交ビーム１８によ って同時に検索され、コンベヤ８へ供給される。 コンベヤ８は、直交ビームのボクセルを２Ｄに切り取ってＰＲＰを限定する。 この２Ｄ切取りによって、２Ｄスキュードバッファの２Ｄ軸に平行な方向に沿う 離散した各目視線の全てのボクセルが整列し、スキューした目視線が発生する。 目視線が２Ｄスキュードバッファ内に整列されると、線投影樹木６がスキューし た目視線を検索し、処理できるようになる。 線投影樹木６がスキューした目視線を検索する前に、アクセスされたスキュー した目視線がコンベヤ１０に供給される。コンベヤ１０は、線投影樹木６の入力 モジュールの物理的逐次順序と、各目視線のボクセルの逐次順序とを突き合わせ るために、デスキュー動作を遂行する。詳しく述べれば、各投影線内の第１のボ クセルが線投影樹木の対応する第１の入力位置に現れるように各目視線が移動さ せられる。次いで、各目視線のボクセルは線投影樹木によって並列に処理され、 その投影線に関連する画素値が生成される。 上述したボリューム視覚化システムは多くの欠点及び欠陥を有している。第１ に、システムの動作速度がシステムアーキテクチャ（このシステムアーキテクチ ャはＯ（ｎ²log ｎ）時間で平行及び正射投影の何れかを行う）によって制限さ れることである。第２に、各投影線を特定の向きで線投影樹木へ供給する必要が あることである。このため二次元スキュードバッファと線投影樹木との間にコン ベヤが必要になり、そのためにシステムに要求される総合ハードウェアと、ボリ ューム視覚化のために必要な時間とが付加されることになる。第３に、従来のシ ステムは、連続投影線に沿う実際の値の代わりに、離散した投影線に沿う点に最 も近い非透明の離散したボクセルを使用するために離散した投影線の表面近似の みを発生する。そのため物体の表現がやゝ不正確になる。第４に、コンベヤは遠 近法投影（データのファンニング及びデファンニング）、及び四次元（４Ｄ）デ ータの実時間視覚化に要求される手法で、容易にデータをシフトさせることはで きない。 従って、本発明の目的は、従来のボリューム視覚化システムよりも高速で動作 する方法及び装置を提供することである。 従来のボリューム視覚化システムよりも効率的な方法及び装置を提供すること も本発明の目的である。 本発明の別の目的は、従来のボリューム視覚化システムよりも良好な解像力及 び物体の正確な表現を生成する方法及び装置を提供することである。 本発明の別の目的は、遠近投影及び四次元（４Ｄ）データの実時間視覚化を容 易に支援することができる方法及び装置を提供することである。 本発明の更に別の目的は、投影当たり１回だけ立体フレームバッファからボク セルデータへアクセスする方法及び装置を提供することである。 本発明の更に別の目的は、公知のボリューム視覚化システムに固有の欠陥を解 消する方法及び装置を提供することである。 当分野に精通していれば、本明細書から他の及びさらなる目的は明白になるで あろう。従って、本発明は本明細書から実現されるこれらの全ての目的を含むこ とを意図している。 発明の要約 本発明の一形状によれば、ある物体の所望の目視方向（複数の目視線によって 限定される）からの三次元（３Ｄ）ボリューム投影画像を生成する装置は、少な くとも、複数のボクセルデータ信号をスライス（即ち、立体フレームバッファの 何れかの軸に平行なボクセルデータのスライス）の形状で受信する補間機構を含 む。この補間機構、または他の何等かの適当な機構（即ち、ホストコンピュータ ）は複数の各目視線に沿う複数のサンプル点を生成し、ボクセルデータのスライ ス信号を使用して複数のサンプル点に対応する複数の補間された（以下に「補間 済み」という）サンプル点信号を発生する。 本装置は、補間機構に結合されている複数の合成（compositing）ユニットを も含む。複数の各合成ユニットは、補間機構から補間済みサンプル点信号を受信 し、特定の目視線に関連する補間済みサンプル点信号を組合せて複数の各目視線 毎に画素値信号を発生する。 本装置は、補間機構に結合されていて該機構にボクセルデータ信号を供給する ３Ｄメモリをも含むことができる。３Ｄメモリは、ボクセルビーム（即ち、３Ｄ メモリ記憶装置の主軸に平行なボクセルの線）を表す複数のボクセル信号を同時 に検索できるようにするスキュードメモリ構成を含むことが好ましい。 本発明の一形状による補間機構は三重線形（tri-linear）補間装置であり、補 間機構が受信する複数のボクセルデータ信号は少なくとも４つのボクセルビーム を含んでいる。補間機構は、少なくとも４つの各ボクセルビームからの少なくと も２つのボクセルを使用し、各目視線サンプル点毎の補間済みサンプル点値信号 を生成する。 本発明の別の形状によれば、補間機構は二重線形（bi-linear）補間装置であ り、補間機構が受信する複数のボクセルデータ信号は少なくとも２つのボクセル ビームを含んでいる。補間機構は、少なくとも２つの各ボクセルビームからの少 なくとも２つのボクセルを使用して各目視線サンプル点毎に補間済みサンプル点 値信号を生成する。 遠近目視を実現するために、及び本発明の別の形状によれば、補間機構は線形 もしくはより高次の補間装置であり、補間機構が受信する複数のボクセルデータ 信号は少なくとも２つのボクセルビームを含んでいる。線形またはより高次の補 間機構は、少なくとも４つの各ボクセルビームからの複数のボクセルを使用して 各目視線サンプル点毎に補間済みサンプル点値信号を生成する。 本発明の別の形状によれば、複数の合成ユニットは、少なくとも１つの前・後 （front-to-back）合成機構、後・前（back-to-front）合成機構、最初の不透明 投影機構、最後の不透明投影機構、最大値投影機構、加重和投影機構、最後・最 初カット（last-to-first cut）投影機構、及び最初・最後カット（first-to-la st cut）投影機構を含み、複数の各目視線毎に画素値信号を生成する。 本発明の別の形状によれば、装置は複数の各補間済みサンプル点信号毎にグラ ディエント（勾配）ベクトル信号を生成するシェーディング機構をも含むことが できる。シェーディング機構は、対応するサンプル点における表面の傾きを表す グラディエントベクトル信号を発生する。要約すれば、シェーディング機構は各 補間済みサンプル点における補間済みサンプル点を組合せる。これらの補間済み サンプル点は、それぞれ、サンプル点の前、後、上、下、左、及び右であること が好ましい。差信号が組合されて、第１のサンプル点における表面の傾きの指示 を発生する。 本発明の別の実施例である、所望の目視方向からのある物体の三次元（３Ｄ） ボリューム投影画像を生成する方法は、特定の手法で立体メモリ内に格納されて いるボクセルにアクセスするように目視パラメタを選択するステップを含む。目 視パラメタの中には、目視方向、画面位置、画像を投影すべき向き、及び遂行す べきボクセル合成の型が含まれる。目視方向は、複数のボクセルで作られている 複数の離散した線面（投影線面（ＰＲＰ）またはボクセル面）を限定する。 本発明の方法は、複数の離散したボクセルビームにアクセスするステップをも 含み、各離散したボクセルビームは立体メモリの主軸に対して実質的に平行であ ることが好ましい。次に、表示画面の各画素毎に１つずつ複数の目視線を生成す る。次いで、複数の目視線毎に第１のサンプル点にアクセスし、対応する第１の サンプル点に直近の少なくとも２つの離散したボクセルビームに関連する信号を 使用して、各第１のサンプル点毎に補間済みボクセル信号を決定する。 本方法は、複数の目視線毎に第２のサンプル点にアクセスし、この第２のサン プル点に直近の少なくとも２つの離散したボクセルビームに関連する信号を使用 して、各第２のサンプル点毎に補間済みサンプル点値を決定するステップをも含 んでいる。次いで、複数の目視線毎の第１及び第２の補間済みサンプル点信号を 組合せ、爾後の補間済みサンプル点信号を生成し、第１及び第２の補間済みサン プル点信号と組合せて画素値信号を生成する。 次にこの画素値信号を、選択された目視パラメタに従って変換し、変換済み画 素信号を発生することができる。この変換済み画素信号は、３Ｄボリューム投影 画像の１つの画素に対応し、色、半透明度、及び輪郭を含む画素の特性を限定す る。次いで、各連続線に関連する変換済み画素信号を、表示装置の対応する画素 によって表示させる。 本発明の装置及び方法は、実時間、高解像力、平行及び遠近法でボリュームの どのような任意方向からの目視をも発生し、性能、簡易さ、画像の質、ハードウ ェア構造の拡張の可能性及び容易さにおいて、従来の３Ｄボクセルをベースとす るグラフィックス方法及びアーキテクチャよりも優れている。 実時間でボリュームを視覚化する装置及び方法の好ましい形状、並びに本発明 の他の実施例、目的、特色、及び長所は、以下の添付図面に基づく例示実施例の 詳細な説明から明白になるであろう。 図面の簡単な説明 図１は、従来のボリューム視覚化システムのブロック線図である。 図２は、従来のボリューム視覚化システムの、立体フレームバッファ、目視線 、直交ビーム、投影線面、及び二次元スキュードバッファの相互関係を示す図で ある。 図３は、本発明による、ある物体の所望の目視方向からの３Ｄボリューム投影 を発生する装置の機能的ブロック線図である。 図４は、立体フレームバッファと二次元バッファとを結合する相互接続機構の 機能的ブロック線図である。 図５Ａは、本発明による10近傍グラディエント推定方法のグラフである。 図５Ｂは、本発明による26近傍グラディエント推定方法のグラフである。 図５Ｃは、本発明による12近傍グラディエント推定方法のグラフである。 図５Ｄは、本発明による８近傍グラディエント推定方法のグラフである。 図６は、本発明による投影機構の機能的ブロック線図である。 図７Ａは、本発明により使用される第１の補間方法のグラフである。 図７Ｂは、本発明により使用される第２の補間方法のグラフである。 図８Ａは、平行投影のための補間方法の図である。 図８Ｂは、遠近投影のための補間方法の図である。 図８Ｃは、平行投影のための補間方法の図である。 図８Ｄは、遠近投影のための補間方法の図である。 図９は、本発明による変形補間方法の図である。 図１０は、本発明の補間方法に使用される最大オフセット推定の図である。 図１１は、視野が異なる場合の立体フレームバッファのサンプリングレートを 示す図である。 図１２は、本発明による、ある物体の所望の目視方向からの３Ｄボリューム投 影を発生する装置の代替形状の機能的ブロック線図である。 図１３は、立体フレームバッファの一部としてのボクセルビーム及びボクセル データのスライスを示す機能図である。 図１４は、本発明の方法の機能図である。 図１５は、隣接するボクセルビーム及び投影線面のためのボクセルデータのス キューイング計画を示す機能図である。 図１６は、本発明による、ある物体の３Ｄボリューム投影を発生する装置の機 能的ブロック線図である。 好ましい実施例の詳細な説明 本発明の方法及び装置は、データを処理し、高解像力ボクセルをベースとする データセットの実時間視覚化を支援することができる。本方法及び装置は、以下 に列挙するArie Kaufmanの米国特許及び特許出願に開示されているボクセルをベ ースとするシステムとして使用するように設計されたものである。 1991年８月６日付、米国特許第5,038,302号“Method Of Converting Continuo us Three-Dimensional Voxel-Based Representations Within A Three-Dimensio nal Voxel-Based System” 1991年１月22日付、米国特許第4,987,554号“Method Of Converting Geometri cal Representations Of Polygonal Objects Into Discrete Three-Dimensional Voxel-Based Representations Thereof Within A Three-Dimensional Voxel-Ba sed System” 1991年１月15日付、米国特許第4,985,856号“Method And Apparatus For Stor ing，Accsessing，And Processing Voxel-Based Data” 1993年３月15日付、米国特許出願第08/031,599号（1989年５月４日付一連番号 第07/347,593号の継続として出願、同時に上記'593号は取り下げ）“Method Of Converting Continuous Three-Dimensional Geometrical Representatio ns Of Quadratic Objects Into Discrete Three-Dimensional Voxel-Based Repr esentations Thereof Within A Three-Dimensional Voxel-Based System” 1992年３月31日付、米国特許第5,101,475号“Method And Apparatus For Gene rating Arbitrary Projections Of Three-Dimensional Data” 1993年７月26日付、米国特許出願第08/097,637号“Method And Apparatus For Real-Time Volume Rendering From An Arbitrary Viewing Direction” 1992年３月20日付、米国特許出願第07/855,223号“Method And Apparatus For Generating Realistic Images Using A Discrete Representation” 図３を参照する。本発明の装置２０は、好ましくは６つの基本構成要素を含ん でいる。これらは、ボクセルを格納することができる複数のメモリ記憶ユニット を有する立体フレームバッファ２２、３つの二次元（２Ｄ）バッファ２４、及び 立体フレームバッファと各２Ｄバッファとを結合する相互接続機構２６を含む。 立体フレームバッファは、ｎメモリモジュール（またはメモリスライス）に編成 された三次元（３Ｄ）メモリであり、各メモリモジュールはｎ²メモリ記憶ユニ ットを有している（上記参照特許及び特許出願参照）。立体フレームバッファは 独立デュアルアクセス及びアドレス指定ユニット（図示してない）をも含む。上 記参照特許及び特許出願に開示されているように、３Ｄスキュードメモリ編成は どのビーム（即ち、立体フレームバッファの主軸に平行な線）に対しても無競合 アクセスを可能にする。本装置は、補間機構２８、シェーディング機構３０、及 び投影機構３２をも含む。 立体フレームバッファ２２のアドレス指定ユニットは、ボクセルのビームに無 競合でアクセスさせるように、立体フレームバッファの特定メモリ位置内にボク セルを写像する。詳述すれば、空間座標（ｘ，ｙ，ｚ）を有するボクセルは、 ｋ＝（ｘ＋ｙ＋ｚ）mod ｎ 但し、０≦ｋ，ｘ，ｙ，ｚ≦ｎ−１ によってｋ番目のメモリモジュール上に写像される。ボクセルのビームは、２つ の座標が常に一定であるようにアクセスされるから、第３の座標は、対応するビ ームからの１つのボクセルだけがメモリモジュールの何れか１つの中に存在する ことを保証する。 本発明の各２Ｄバッファ２４は、２ｎ²−ｎメモリ記憶ユニットを有する２Ｄ ボクセル記憶装置である。立体フレームバッファ２２は、相互接続機構２６によ って２Ｄバッファ２４に結合されている。相互接続機構（以下に「高速バス」と いう）は、立体フレームバッファから２Ｄバッファへのデータ（ボクセルのビー ム）の広帯域幅転送を支援する相互接続ネットワークである。高速バスは、平行 及び遠近の両投影を支援するために、ボクセルのビームを処理する。この処理に は、ボクセルビームのスキューイング、デスキューイング、ファンニング、及び デファンニングが含まれる。好ましい実施例では、高速バスは、関連制御ユニッ トを有するマルチプレクサ及びトランシーバ、及び多重チャネルバスを使用して 実時間でのボリューム視覚化に必要なデータ転送速度を達成している。 ボリューム視覚化装置に使用されるボクセルは、データ収集装置２３（例えば 、スキャナまたはＭ．Ｒ．Ｉ．装置）、または他の公知機構から供給することが できる。 図４に、ｎ＝512である立体フレームバッファ２２、及び32バスチャネルを有 する高速バスの好ましい形状の高速バス構造を示す。図示のように、立体フレー ムバッファの512 のメモリモジュールは、各群内に16のメモリモジュールを有 する32の群に分割される。その結果、メモリモジュール０〜１５は高速バスのチ ャネル０上のボクセル情報を転送し、メモリモジュール１６〜３１は高速バスの チャネル１上のボクセル情報を転送する、等々と続いて、メモリモジュール４９ ６〜５１１が高速バスのチャネル３１上のボクセル情報を転送することになる。 上述したように、高速バスは複数のマルチプレクサ２５を含み、立体フレーム バッファ２２のメモリモジュール（０〜５１１）からのボクセルデータを、メモ リモジュールのその群のために指定された16ビット高速バスチャネル上に時間多 重化する。以下の表１は、高速バス上に時間多重化されるメモリモジュールデー タを示している。信号多重化は、クロック入力を各メモリモジュールに関連付け られたトランシーバ２７と共に使用することによって達成される。 図４に示すように、２Ｄバッファは32群に分割され、各群は16のメモリモジュ ールを含んでいる。２Ｄバッファのメモリモジュールの各群毎に、高速バスの32 チャネルからのボクセルデータが16メモリモジュールの群のそれぞれのメモリモ ジュール内へ供給される。 マルチプレクサ２５及びトランシーバ２７の動作は、一般にバスチャネルマッ プと呼ばれているルックアップテーブルによって制御される。バスチャネルマッ プは、選択された目視パラメタ（即ち、目視方向等）に基づいて予め計算されて いる。選択された目視パラメタが変化した場合、ルックアップテーブルを再計算 する必要がある。しかしながら、ルックアップテーブルのサイズが制限されてい ると、システムによる実時間でのボリューム視覚化及び処理に影響を与えること なく再計算を行うことができる。 再度図３を参照する。本発明の装置２０は、２Ｄバッファ２４に結合されてい る補間機構２８をも含むことが好ましい。本発明の好ましい実施例では、補間装 置は三重線形（ＴＲＩＬＩＮ）補間機構であり、好ましくは選択された目視位置 から立体フレームバッファ２４を通して投射される連続目視線に関する情報を受 信する。目視線に沿う等間隔の位置にサンプル点が指示される。補間機構は、各 目視線サンプル点に直近の画素点に対応するボクセルデータを使用して三重線形 補間を遂行し、これらのサンプル点の補間済みボクセル値を決定する。これらの 補間済みボクセル値は、ボリュームをより正確に視覚化した画像を発生するため に使用される。 本発明の装置は、補間機構２２に結合されているシェーディング機構３０をも 含む。代替として、シェーディング機構は各２Ｄバッファ２４に直接結合するこ ともできる。本発明の好ましい実施例では、シェーディング機構は目視線及び補 間機構からのサンプル点情報を受信する。次いで、シェーディング機構は各目視 線サンプル点に直近のボクセルデータ値を受信する。より詳しく説明すると、シ ェーディング機構は、直近の左、右、上、及び下の離散したボクセル線、並びに 現サンプル点に直近の目視線サンプル点の値を受信する。供給されたボクセル情 報に基づいて、各サンプル点に直近の全てのボクセル値の差を取ることによって 各サンプル点毎のグラディエントベクトルを決定し、その物体の特性の方向及び 変化量の指示を発生する。 図５Ａ及び５Ｂに、２つの差グラディエント推定計画を示す。最も簡単な方策 は、６近傍グラディエント（図示してない）である。この方法は、連続線に沿う 近傍サンプル値の差、即ちｘ方向のＰ（ｎ，ｍ＋１）−Ｐ（ｎ，ｍ−１）、及び ｙ方向のＰ（ｎ＋１，ｍ＋１）−Ｐ（ｎ−１，ｍ−１）を使用する。左、右、上 、及び下の線サンプルは同一面内にあって互いに直交しているが、線のｙ方向の サンプルはそうではない。より重要なことは、目視方向の変化が主要軸をｍから ｎへ変化させ、ｘ方向のグラディエントを計算するためにＰ（ｎ＋１，ｍ）−Ｐ （ｎ−１，ｍ）が使用されることである。これは、顕著な運動エイリアシング（ aliasing）をもたらす。 本発明の好ましい形状では、エイリアシング問題は付加的な線形補間を遂行す ることによって解消する。この付加的なステップは、現サンプル点に直交する位 置において近傍線を再サンプルする（ブラックサンプル）ことを含む。この方策 は一般に10近傍グラディエント推定と呼ばれており、物体の回転中の主軸のスイ ッチングの問題を軽減する。 図５Ｂは、26近傍グラディエントを説明する図である。４近傍線からサンプル 値を取り込む代わりに、８近傍線から26の補間済みサンプルを取り込んで隣接す る面間の内側及び差の加重和を取る（即ち、グラディエントを決定するためにサ ンプル点に最も近いボクセルに最大の重みを与える）ことによって、グラディエ ントを推定する。この方法によれば総合的な画像の質は向上するが、主軸のスイ ッチングは未だに顕著である（６近傍グラディエント法よりは少なくなるが）。 図５Ｃ及び５Ｄに示す本発明の代替形状では、付加的な線形補間を遂行するこ とによってエイリアシング問題を軽減している。この付加的なステップは、基底 面に直交する位置において近傍線を再サンプルする（ホワイトサンプル）ことを 含んでいる。新しい位置に依存して、二重線形補間または線形補間を遂行しなけ ればならない。これらの方策はそれぞれ、一般に12近傍グラディエント推定、及 び８近傍グラディエント推定と呼ばれている。これらの各計画は、物体の回転中 の主軸のスイッチングの問題を解消し、データセットの主軸に対して直交するグ ラディエントベクトルを発生する。 遠近投影の場合には、各投影線面（ＰＲＰ）の前方を１単位離間するｎ線を用 いて均一にサンプルする。線は立体フレームバッファの後、ボリュームに向かっ て発散して線間の距離が増加するので、前述したように平均値が使用される。 シェーディング機構は、光ベクトルルックアップテーブルをも含むことが好ま しい。グラディエント値及び光ベクトルルックアップテーブルの値を知ることに よって、いろいろなシェーディング法（例えば、公知の統合フォングシェーダー （integrated Phong Shader））を使用して各サンプル点の強度を生成すること ができる。サンプル点における半透明度を表示するために、サンプル密度によっ て索引された２Ｄルックアップテーブルとして表される伝達関数を使用して不透 明度値が生成される。 再び図３を参照する。前述したように、本発明は投影機構（ＲＰＣ）３２も含 むことが好ましい。投影機構は、補間機構２８から補間済みボクセル値（目視線 サンプル点に対応）を受信し、さまざまな方法の１つでこれらの補間済みボクセ ル値を組合せ、各目視線毎に画素値を生成する。この画素値は、対応する画素位 置に表される物体または空間の色、不透明度、及び質感に対応する。投影機構は 、 後・前合成、前・後合成、最初の不透明投影、加重和投影、最後・最初カット投 影、または最初・最後カット投影（これは指定された厚みを有する物体または領 域の断面のボリュームを視覚化する）の何れかを用いて補間済みボクセルを組合 せることができることが好ましい。 本発明の好ましい実施例では、投影機構は、上述したいろいろな投影計画を使 用してクロックサイクル当たり１画素値信号を生成する線投影コーン（ＲＰＣ） である。図６に示すように、線投影機構は、複数の各連続目視線毎の複数の補間 済みサンプル信号を受信するための複数の入力ポート３４を含んでいる。各ボク セル組合せ段は、複数のボクセル組合せユニット（ＶＣＵ）３８を含んでいる。 図６に示すように、各後続ボクセル組合せ段のＶＣＵの数は、先行ボクセル組合 せ段よりも少なくなっている。各VＣＵは、３つの入力ポート３４に結合するこ とが好ましい。しかしながら、好ましい実施例では、ＲＰＣは３つの入力ポート または先行ＶＣＵの２つから２つの補間済みサンプル信号のみを選択するように 設計されている。詳しく述べれば、各ＶＣＵは、選択された目視計画に依存して 入力信号を受信するように、入力として左及び中央、または右及び中央接続が選 択されている。 図６に示すように、ＲＰＣは円形に折り返されてクロスリンク式のｎ枚の葉を 有する２進樹木であり、その最も左側の葉をＲＰＣの任意の端ノードに位置する ようにある樹木上に動的に写像すことができる。これにより、線の第１のボクセ ルをＲＰＣのどの入力ポートにも供給できるように、ボクセルの目視線を処理で きる。そのため、ボクセルを含む２Ｄバッファの出力に、コーンをハードワイヤ ードすることが可能になる。このような構成にすると、２Ｄバッファデータをデ スキューするために（従来技術の線投影機構では必要とされていた）ｎ、ｎ対１ スイッチングユニットまたはバレルシフタの集合を必要としなくなる。本発明の 好ましい実施例では、コーンの葉がＴＲＩＬＩＮ及びシェーディング機構を含ん でいる。 ＲＰＣは、目視線に沿うｎ個の補間済みサンプル信号の集合を入力として受入 れ、関連目視線に対応する画素のための画素値信号を発生することが好ましい。 図６に示すように、コーンはｎ−１基本計算ノードＶＣＵの階層パイプラインで ある。任意の時間フレームに、コーンはパイプライン方式でlogｎ目視線を同時 に処理し、クロックサイクル毎に表示の１画像に対応する新しい画素値信号を発 生する。 各ボクセルの不透明度は、全ボクセルについて予め格納しておくか、またはル ックアップテーブルまたはコーンの葉のシェーディング機構の内側の伝達関数を 通して供給することができる。好ましい実施例では、ＶＣＵは、以下の演算を遂 行することによって出力信号を発生する。 第１の不透明：もし（α_Lが不透明）であれば Ｖ’＝Ｖ_L そうでなければ Ｖ’＝Ｌ_R 最大値 ：もし（Ｃ_L＜Ｃ_R）ならば Ｖ’＝Ｖ_R そうでなければ Ｖ’＝Ｖ_L 加重和 ：Ｃ^l＝Ｃ_L＋Ｗ_kＣ_R ここにＷは重み付け係数であり、ｋはコーンレベル（即ち、ボクセル組合せ段の 数）である。Ｗ_kは予め計算され、ＶＣＵ内に予めロードされている。加重和は 深さキューイング（cueing）、輝くフィールド、及びＸ線投影に有用である。合 成は以下の式によって決定される。 Ｃ’＝Ｃ_L＋（１−α_L）Ｃ_R α’＝α_L＋（１−α_L）α_R 値がグレイレベルであるものとして、第１レベルＶＣＵが、Ｃ₁＝Ｃ₁α₁を計算 する。これは、実際には前・後（または後・前）合成を並列に実現したものであ る。画素値は、例えば汎用ホストコンピュータまたは画素プロセッサ４２へ伝送 されて事後処理（例えば、事後シェーディング、スプラッティング、及び２Ｄ変 換またはワーピング）が遂行される。 再度図３を参照する。本発明の装置は、投影機構に結合されているフレームバ ッファ４０、画素プロセッサ４２、及び表示装置４４をも含むことができる。投 影機構３２が生成した画素値信号はフレームバッファ４０に供給され、フレーム バッファ４０は各画素値信号を格納し、２Ｄ変換、濾波、またはワーピングのた めに画素プロセッサ４２へ供給され、次いで視覚表示のために表示装置４４へ供 給される。 以下に図７〜１１を参照して補間機構２８及び補間済みサンプル値信号を決定 する方法を説明する。本発明の補間機構２８は、以下のように周囲の８つのボク セル及び補間を使用することによって非ボクセル位置におけるボクセル値信号を 生成する。 Ｐ_abc＝Ｐ₀₀₀(１−ａ)(１−ｂ)(１−ｃ)＋Ｐ₁₀₀ａ(１−ｂ)(１−ｃ)＋ Ｐ₀₁₀(１−ａ)ｂ(１−ｃ)＋Ｐ₀₀₁(１−ａ)(１−ｂ)ｃ＋ Ｐ₁₀₁ａ(１−ｂ)＋Ｐ₀₁₁(１−ａ)ｂｃ＋ Ｐ₁₁₀ａｂ(１−ｃ)＋Ｐ₁₁₁ａｂｃ 原点に最も近いコーナーボクセルに対する立体フレームバッファ内の対応する サンプル点の相対３Ｄ座標は（ａ，ｂ，ｃ）である。立体フレームバッファのコ ーナーボクセルに関連するデータ値はＰ_ijk（但し、ｉ、ｊ、ｋ＝０または１） であり、またサンプル点に関連する補間済みデータ値はＰ_abcである。これらの 異なる最適化はこの方法の演算の複雑さを減少させることが目的であるが、各サ ンプル点毎に８つの近傍ボクセルを取り込むために任意にメモリにアクセスしな ければならないので、これらの最適化がボリュームを描くのに最も時間を消費す る動作の１つになってしまう。 立体フレームバッファ内に格納されているＰＲＰの離散した線を、それらが整 列するように変換し、前述したようにそれらを２つの２Ｄバッファ内に格納する ことによって、データアクセス時間を大幅に短縮することができる。各再サンプ リング位置のボクセルの８つの近傍ボクセルを取り込む代わりに、４つの離散し た線（即ち、現線の上及び下の各投影線面（ＰＲＰ）から２つずつ）をバッファ から取り込む。投影線面は２Ｄバッファから与えられる。補間法を並列に実現す ることで近傍線は隣接する補間モジュール内に存在するようになるから、近傍間 で局部的に１ボクセル単位シフトさせるだけでよい。 補間方法を図７Ａ及び７Ｂに示す。図７Ａにおいて、連続線４８上のサンプル 点４６は、直近の離散した線のサンプル５０（ホワイト）と５２（ブラック）と の間の二重線形補間を使用して補間される。連続線４８の第１のサンプル点は、 離散した線５０、５２からの４つのボクセルを使用して正確に補間することがで きる。何故ならば、４つのボクセルは矩形を形成するからである（即ち、線は左 への、または右への離散したステップを作らない）。 連続線４８に沿う第２及び第４サンプルの場合のように、離散した線が左へ、 または右へステップすると、４つの隣接するボクセルが直ちに平行四辺形を形成 し、単なる二重線形補間では正確なボクセルサンプル値を得ることはできなくな る。従って、より正確な結果を得るためには、斜線を施した方形ボクセル５４、 ５６が必要になる。しかしながら、これらのボクセルは、連続線４８から２単位 離れた離散した線上に存在する。 図７Ｂは、遠近投影に関して補間済みサンプル信号を発生させるために、最良 ボクセル点を使用しない場合の問題を示している。遠近目視の場合には離散した 線は発散するから、２Ｄバッファ内には正確な近傍ボクセルは格納されていない 。例えば、離散した線６２の２つのボクセル５８、６０だけが、連続線６６の第 ３サンプル点６４の正確な補間に貢献する。３Ｄの場合には、遠近投影のための サンプル点６４の直近の６つものボクセルが失われかねない。 この解決法は、この方法を４つの線形補間と１つの二重線形補間に分割するこ とにより切り離された三重線形補間を遂行することである。上述した方法で行っ たように原点に最も近いコーナーボクセルに対するサンプル位置を指定するので はなく、連続線に沿う各３Ｄ座標に、考え得る切り離されたボクセル近傍内の各 軸に沿う線形補間のための相対的な重みを付ける。これらの重みは、予め計算し てテンプレート内に格納しておくことができる。 図８Ａ〜８Ｄは、３Ｄにおける補間に必要なステップを、平行投影に関して（ 図８Ａ及び８Ｃ）、及び遠近投影に関して（図８Ｂ及び８Ｄ）示している。最初 に、２Ｄバッファに格納されている４つの近傍の離散した線の８つのボクセルが 使用され、４つの線形補間が主軸の方向に（ｚ軸が連続線の走行の主方向である ）遂行される。図８Ａ及び８Ｂに示すように、これら８つのボクセルは、平行投 影に関しては傾斜した平行六面体の頂点であり、また遠近投影に関してはピラミ ッドの錐台の頂点である。４つのボクセルは各々、１単位離れた２つの分離した 面（これらは、線が主軸の方向に走行中に遭遇する順序に依存して一般に前面ま たは後面と呼ばれる）上に存在する。従って、前面と線サンプル点の位置との間 の距離に対応する１つの重み係数だけを格納しなければならない。得られた４ つの補間済み値は矩形を形成し、二重線形補間して最終の補間済みサンプル値を 得ることができる。この二重線形補間は、コーナー値間の２つの線形補間と、縁 値間の最終線形補間とに分割される。図８Ｃ及び８Ｄには、ｘ方向の２つの補間 と、それに続くｙ方向の１つの補間としてこれが示されている。 連続線に対応するサンプル点は、取り囲んでいる４つの離散した線上のボクセ ルによって限定される多面体の内側にあることが好ましい。離散した線を構成す る時に、全ての連続線を基底面の整数位置から出発させる（即ち、それらを、ボ リュームのデータセットの最初のスライスのボクセルに一致させる）。図９に示 すように、投射中にこれらの線を使用すると、線に沿う全てのサンプル点は平行 六面体またはピラミッド錐台の前面上に留まるので、三重線形補間が効果的に二 重線形補間に変形される。 図９のオフセットなしの場合、基底面上のｘ及びｙ整数位置を使用すると、自 由度として基底面から線横断の主方向にオフセットさせることができ、切り離さ れた三重線形補間が可能になる。しかしながら、図９の中央に示すオフセットが 範囲外にある場合のように、主方向に比較的大きいオフセットがあると、線に沿 う若干のサンプルは離散した線によって限定される境界箱の外側に出る可能性が ある。 図１０を参照する。連続目視ベクトルは、ｘ軸に沿うｄｘ成分（３Ｄではｄｘ 及びｄｙ）と、主軸（ｙ軸）の方向の単位ベクトルとに分割される。主軸の方向 にステップさせることによって、目視ベクトルを現サンプル位置に加算して新し いサンプル位置を求めることができる。 現サンプル位置にｄｘを加算してｘ方向に離散した線のステップを生じさせる ものとしよう。このステップは、現サンプル位置がより低い左コーナーボクセル に対して正のｄｘの場合には１−ｄｘより多い（負のｄｘの場合には、１＋ｄｘ より少ない）相対的ｘオフセットを有している場合に限って、発生することがで きる。換言すれば、図１０に示すように現サンプル位置は辺ｄｘ×１の矩形の内 側にあったのである。しかしながら、この矩形の斜線領域だけがコーナーボクセ ルによって限定される平行六面体の内側にサンプル位置を含んでいる。最悪の場 合として主軸内に最小の辺を取れば、これは、範囲内サンプルが、正のｄｘの場 合には１−ｄｘより大きくない（負のｄｘの場合には１＋ｄｘより小さくない） 最大相対ｙオフセットを有していることを意味している。 ステッピングは主軸の方向に単位ベクトルで遂行されるから、連続線に沿う全 ての相対オフセットは、最初の線サンプルの基底面からのオフセットによって決 定される。上述した論旨は容易に３Ｄに拡張され、最大許容オフッセットを主軸 の方向にする。 min （１−ｄｘ，１−ｄｙ）， ｄｘ，ｄｙ≧０ min （１＋ｄｘ，１−ｄｙ）， ｄｘ＜０，ｄｙ≧０ min （１−ｄｘ，１＋ｄｙ）， ｄｘ≧０，ｄｙ＜０ min （１＋ｄｘ，１＋ｄｙ）， ｄｘ，ｄｙ＜０ ここに、ｄｘ及びｄｙはそれぞれ目視ベクトルのｘ及びｙ方向の成分である。目 視角が45°の場合にはｄｘ及びｄｙは１であり、図９に示すように０のオフセッ トと二重線形補間が得られることに注目されたい。 本発明の好ましい実施例では、サンプル間に均一な距離を使用して単一の線が 画像面の原点から基底面上に投射され、オフセットは線が基底面へ突入した後の 最初のサンプルの主方向に選択される。もし必要ならば、上述した条件が満足さ れるまでオフセットを繰り返して減少させる。これにより、走行の主要方向のオ フセットは目視に依存し、データセットの再サンプリングが変化するようになる 。目視方向によって再サンプリング点が変化することは、より多くの内部データ 構造を現すことができるので、対話式視覚化には有利である。 各離散した線は目視方向には関係なくｎボクセルからなる。主軸との最大目視 角差は45°より大きくないから、ボリュームのサンプルレートは立方体を通る対 角線によって限定され、垂直目視の場合の√3倍だけ高くなる。線合成の場合、 合成演算子が平均する性質があるので、これは重大な問題ではないことが分かっ ている。 より重大な問題は、サンプル近傍のサイズが変化することである。平行投影の 場合、サンプル点を取り囲む８つのボクセルは、一辺の長さが１である立方体を 形成するか、または図８Ａに示すような斜めの平行六面体を形成するかの何れか である。しかしながら、遠近投影の場合には、取り囲むボクセルは、図８Ｂに示 すように前面と後面とが平行なピラミッドの錐台を形成する。線がデータセット の後に向かって発散するために、この錐台によって走査される列が増加し、それ により三重線形補間の精度が低下する。しかしながら、256³データセットの場合 、ボリュームの終わりにおける近傍の離散した線間の距離は２ボクセルを決して 超えず、遠近法による高度の量が達成されることが分かった。更に、典型的なデ ータセットでは、線に沿う合成のためにボリュームの後におけるサンプルは最終 画素色には殆ど影響を与えない。 投影の中心（Ｃ）及び遠近投影における視野（ＦＯＶ）もサンプリングレート に影響する。離散ラインアルゴリズムは、基底面の画素当たり１線、または走査 線当たり最大２線を正確に投射する。図１１のＦＯＶがデータセットを横切って 伸びている場合を参照する。これは、規則的な画像順に線を投射する（ｎ線を投 射してＦＯＶを走査し、データセットを見逃すような無駄な線を送る）よりも良 好なサンプリングを保証する。しかしながら、ＦＯＶが小さい場合には、離散ラ インステッピングは基底面の活動領域内においてアンダーサンプリングが発生す る。図１１の第３の例は、２つの基底面画像が最終目視画像に関与する場合を示 す。これは、単一の遠近法画像に関して３つの基底面投影が生成される最悪例で ある。 以上の説明から明白なように本発明の装置及び方法は、本発明に含まれる補間 及びシェーディングにより、表示される物体または風景をより正確に表現するよ うになる。更に、本発明は従来の装置において使用されていたようなコンベヤ等 を必要としないから、本発明の装置は、高度に並列な手法で、そして「オンザフ ライ」でデータ処理を遂行するため、従来技術のシステムより効率的に、且つ高 速で動作する。詳しく述べれば、従来技術のシステムがＯ（ｎ²log ｎ）時間で 遂行するのに対して、本装置及び方法はＯ（ｎ²）時間で遂行する。更に、補間 機構は、平行投影に関してはデスキューイングを、また遠近投影に関してはデフ ァンニング（即ち、データ圧縮の形状）を遂行することが可能であるから、本発 明は四次元（４Ｄ）データの遠近法投影及び実時間視覚化を支援することが可能 である。 図１２に本発明の代替実施例７０を示す。本発明のこの代替実施例の装置は、 立体フレームバッファ（ＣＦＢ）２２を含み、ＣＦＢは前述したようにボクセル データを格納することができる複数のメモリ記憶装置を有している。本発明の代 替形状の立体フレームバッファは、どのボクセルのビーム７２（図１３に示すよ うに、立体フレームバッファの主軸に平行な線）にも無競合でアクセスを可能に する３Ｄスキュードメモリ編成を含んでいる。装置は、第１の二次元バッファ７ ３、補間機構（ＴＲＩＬＩＮ）２８、２つの二次元バッファ２４、シェーディン グ機構３０、及び合成機構７４をも含んでいる。合成機構の出力には、画素プロ セッサ４２、フレームバッファ４０、及び表示装置４４が結合されていて、三次 元（３Ｄ）ボリューム投影画像を生成するようになっている。画素プロセッサ４ ２とフレームバッファ４０の相対位置は、必要に応じて交換できる。 本発明の代替形状における方法は、表示装置４４の複数の各画素毎に目視線を 生成するステップを含む。各目視線が立体フレームバッファを横切るにつれて、 目視線はそのｘ，ｙ及びｚ座標の何れかを変化させることができる。複数の目視 線が立体フレームバッファを通る目視方向を限定する。本方法は、各目視線に沿 って規則的に離間した複数のサンプル点を生成するステップをも含んでいる。目 視線の各サンプル点に値信号を割当てるために、立体フレームバッファ内のボク セルに割当てられた値を使用する補間プロセスを使用する。即ち、ボクセルのビ ームが立体フレームバッファから検索される。ボクセルのビームは、立体フレー ムバッファの主軸（ｘ，ｙまたはｚ）に平行なボクセルの行、列、または軸の何 れかである。本発明の一実施例では、ｎのボクセルのビームを含むボクセルデー タ信号の２つのｎ×１スライス（図１３）が連続的に検索され、補間機構２８に 供給される。ボクセルデータ信号のこれらのスライスは、３Ｄメモリの主軸に実 質的に平行にする（即ち、基底面の垂線に平行）か、または３Ｄメモリの主軸に 実質的に直交させる（即ち、基底面に平行）ことができる。ボクセルデータの２ つのｎ×１スライス全部が補間機構に供給され、上述した複数の各目視線のため に使用されるが、簡略化のために目視線の１つの群だけを説明する。 本発明の別の実施例では、ｎのボクセルのビームを含むボクセルデータ信号７ ６の１つのｎ×１スライス（図１３参照）が連続的に検索され、補間機構２８に 供給される。ボクセルデータのこれらのスライスは、３Ｄメモリの主軸に実質 的に平行にする（即ち、基底面の垂線に平行）か、または３Ｄメモリの主軸に実 質的に直交させる（即ち、基底面に平行）ことができる。平行目視の場合には、 補間機構は二重線形か、またはそれより高次の装置である。代替として、遠近目 視の場合には、補間機構は、ｎ×１スライスの内側のボクセルのより大きい近傍 を使用する線形か、またはより高次の装置である。補間済みサンプル点信号を生 成するために、ボクセルデータの１つのスライスだけが使用できるだけではなく 、複数のスライスもアクセスできることが予測される。 図１４に本発明の一実施例を示す。立体フレームバッファ２２（及びその上の 対応するサンプル点）を横切る複数の各目視線７８は、立体フレームバッファ内 の２つの投影線面（ＰＲＰ）によって限定することができる。これら２つのＰＲ Ｐは一般に頂部ＰＲＰ８０、及び底部ＰＲＰ８２と呼ばれる。本発明の方法は、 頂部ＰＲＰ８０からのボクセルの第１ビーム信号８１と、底部ＰＲＰ８２からの ボクセルの第１ビーム信号８３とにアクセスするステップを含む。各ボクセルの ビーム８１、８３は、図１４に示すように、補間機構の「後面」入力に供給され る。 図１５に、立体フレームバッファ（ＣＦＢ）メモリから取り出した頂部及び底 部ＰＲＰ８０、８２を示す。スキューイング計画によれば、３Ｄ座標ｘ，ｙ及び ｚを有するボクセルデータはメモリモジュール数 Ｋ＝（ｘ＋ｙ＋ｚ）modｎ 但し、０≦ｋ，ｘ，ｙ，ｚ≦ｎ−１ 内に物理的に格納される。ここに、ｎは立体メモリのサイズである。面内の数は あるｙ及びｚ座標が与えられたモジュールｋから読み出されるボクセルのｘ座標 を指示している。図から明らかなように、同一ＰＲＰ内の隣接ビームからのボク セル、及び異なるＰＲＰからの隣接ビームからのボクセルは、異なる次数のｘ座 標（即ち、１のスキューイング差）を有している。本発明では、隣接ボクセルビ ーム間のこのスキューイング差は、各ボクセルビーム（即ち、同一ｘ座標値を有 するボクセル）の適切なボクセル値が整列するように、ボクセルデータ信号がア クセスされた時にあるシフトを与えることによって補償される。 図１４に示すように、ボクセルデータ信号の整列は、ボクセルデータ信号をシ フトさせずに底部ＰＲＰ８２を補間機構２８の後面に供給し、負のｋ方向に１単 位シフトさせて頂部ＰＲＰ８０を補間機構の後面に供給することによって好まし く達成する。 本発明の方法は、次のクロックサイクル中に、第１及び第２のボクセル面のボ クセルの第１のビームを、補間機構の「後面」から「前面」へ移動させるステッ プをも含む。更に、頂部ＰＲＰ８０からのボクセルの第２のビーム、及び底部Ｐ ＲＰ８２からのボクセルの第２のビームを、補間機構２８の「後面」入力に供給 する。図１５に示すように、各ＰＲＰの第１のボクセルビームと第２のボクセル ビームとの間のデータのスキューイングのために、頂部ＰＲＰ８０及び底部ＰＲ Ｐ８２の第１のボクセルビームは、それらが補間機構の「後面」から「前面」へ 供給される時に正のｋ方向に１位置シフトしている。従って、補間機構内に４つ の対応ボクセルビームが存在している場合の各ボクセルビームのボクセルは、各 目視線のサンプル点に関して三重線形補間を遂行するための正しい８ボクセル近 傍が存在するように整列されることになる。その結果、補間機構内には４つのボ クセルビームが同時に存在する。 上述した立体フレームバッファ２２から補間機構２８の「後面」入力への、及 び補間機構の「後面」入力から「前面」へのボクセルのシフトは、各クロックサ イクル毎に行われる。しかしながら、もし立体フレームバッファ内に格納されて いるボクセルデータがスキューされていなければ、ボクセルビームのシフト、補 間済みサンプル点信号、またはシェードされたサンプル点信号は必要ない。 頂部ＰＲＰ８０及び底部ＰＲＰ８２の第１及び第２のボクセルビームがシフト され、適切に配向された後に、各目視線の第１のサンプル点のための補間済みサ ンプル点信号が補間機構２８によって生成される。 本発明の好ましい実施例では、補間機構２８は三重線形補間機構（ＴＲＩＬＩ Ｎ）である。三重線形補間を遂行するためには、目視線のサンプル点の周囲にセ ルを形成する８つの隣接ボクセルを使用する必要がある。代替として、８つのボ クセル近傍の内側または外側の（即ち、８ボクセル値より少ないか、または多い ）ボクセルを使用する二重線形またはより高次の補間機構を使用することもでき る。 目視方向（即ち、目視線）がｙ方向に正または負の成分を有している場合は、 簡単なステッピング計画を使用してボクセルビームを隣接ボクセル面内に整列さ せる。立体フレームバッファから補間機構の「後面」入力への、及び補間機構の 「後面」入力から「前面」へのこのステッピング計画は以下のようである。 ボクセルのＫ方向へのシフト 補間サンプル点が決定された後に、本方法は、補間済みサンプル点信号をバッ ファ８４へ供給してそこに一時的に格納することによって、各補間済みサンプル 点毎のグラディエント推定信号を生成するステップをも遂行する。このバッファ は、上バッファ８６、現バッファ８８、及び下バッファ９０を含むことが好まし い。しかしながら、本方法は、これら３つのバッファの何れか２つを用いて実現 することができる。グラディエント推定信号は、特定の補間済みサンプル点にお ける表面傾斜を表す。本発明の好ましい形状では、グラディエント推定信号を生 成するためには、特定の補間済みサンプル点に関する３対の補間済みサンプル点 信号が必要である。３対のボクセルが必要であることを考慮し、選択された補間 済みサンプル点間の中心差を決定することによって、全ての方向（上及び下、前 及び後、右から左へ）における実際の差を計算できる。 主方向における（即ち、ｚ目視方向に沿う）グラディエント差を決定するため には、シェーディング機構が、２クロックサイクル離れている現バッファ内の補 間済みサンプル点の２つのビーム（即ち、所望サンプルより進んでいる１つのビ ームと、遅れている１つのビームと）へのアクセスを有している必要がある。 図１４は、補間済みサンプル点の１つの群が、上、現、及び下の各バッファ８ ６、８８、９０からシェーディング機構３０へ同時に出力されることを示してい る。しかしながら、ＣＦＢ内のボクセルデータのスキューイングのために、補間 済みサンプル点信号は、上、現、及び下バッファ内において望む通りに整列して はいない。上及び現バッファ内の補間済みサンプル点信号を適切に整列させるた めに、現バッファの補間済みサンプル点信号を、シェーディング機構３０内で正 のｋ方向へ１位置シフトさせることが好ましい。上及び下バッファ内の補間済み サンプル点信号を適切に整列させるために、下バッファサンプル点信号を、シェ ーディング機構３０内で正のｋ方向へ２位置シフトさせることが好ましい。更に 現バッファ内の補間済みサンプル点信号と整列させるように、上及び下バッファ からの補間済みサンプル点信号を１クロックサイクルだけ遅延させることが好ま しい。これらのシフト及び遅延の組合せが、上、下、及び現バッファによって供 給される補間済みサンプル点信号の間のスキューイング差を補償する。 適切に整列された補間済みサンプル点信号がシェーディング機構３０において 使用可能になると、前述したシェーディング機構及びグラディエント推定方法を 使用して、各クロックサイクルに各補間済みサンプル点信号毎のグラディエント サンプルを正確に計算することができる。直近の左及び右、上及び下の、並びに 目視線に沿う（即ち、現サンプル点の前及び後）補間済みサンプル点信号間の中 心差を取ることが好ましい。シェーディング機構は、光ベクトルルックアップテ ーブルをも含むことが好ましい。グラディエント値及び光ベクトルルックアップ テーブルの値を知ることによって、さまざまなシェーディング方法（例えば、公 知の統合フォングシェーダー）を使用して、各サンプル点の強度を生成すること ができる。公知のように、サンプル点における半透明度を表示するために、好ま しくは２Ｄまたは３Ｄルックアップテーブルとして表されている伝達関数または サンプル密度及び／またはグラディエント値によってアクセスされる他の索引付 け方法を使用して、不透明度値を生成する。 目視方向（即ち、目視線）がｙ方向に単一の正または負の成分を有している場 合には、簡単なステッピング計画を使用して補間済みサンプル値をシェーディン グユニット内の補間済みサンプル値信号の隣接する群に整列させる。詳しく述べ れば、以下の表のようにして、補間済みサンプル値信号を上、下、及び現バッフ ァからシェーディング機構３０へシフトさせることが好ましい。 補間済みサンプルのＫ方向へのシフト 現バッファの各補間済みサンプル点毎にグラディエント推定値が計算された後 に、シェーディング成分を含む各補間済みサンプル点信号が合成機構７４へ供給 され、それぞれの目視線に沿うサンプル点の合成動作が遂行される。シェーディ ング機構から出力されるシェード済みサンプル値信号のビームは未だスキューさ れているから、単一の直交線の合成は単一の合成ユニットによって行うことはで きない。詳しく述べれば、本発明の好ましい実施例では、目視線の各補間済みサ ンプル点は異なる合成機構において合成される。２つの連続ボクセルビームはそ れらの間にスキューイング差を有しているから、連続する各合成された線毎の合 成結果には、図１４に示すように連続する各合成ステップ毎に正のｋ方向の単位 ステップを与えなければならない。ｘ及び／またはｙに（正、負、または無の） ステップを有する目視線の場合には、シェーディング機構から合成機構へのシェ ード済みサンプル値信号のシフトは以下のようにして行う。 グラディエントサンプル値のＫ方向へのシフト 合成機構内で遂行される補間済みサンプル点の合成は、前述したものと実質的 に同一の方法で行われる。即ち、合成機構は、補間済みボクセル値と、後・前合 成、前・後合成、最初の不透明投影、加重和投影、最後・最初カット投影、また は最初・最後カット投影、または他の公知の合成技術の何れかとを組合せること ができる。 補間済みサンプル点が合成されると、それらは、例えば汎用ホストコンピュー タまたは画素プロセッサ４２へ供給され、そこで事後シェーディング、スプラッ ティング、及び２Ｄ変換またはワーピングのような事後処理が遂行される。表示 装置４４上に表示させる画素処理は前述のようにして行うことが好ましい。 本発明の代替形状では、ボクセルデータ信号の１スライスが３Ｄメモリからア クセスされる。ボクセルデータ信号の各スライスは３Ｄメモリの基底面に実質的 に平行である。ボクセルデータのスライスは複数のボクセルデータビームからな り、これらは補間機構へ供給される。この実施例の補間機構は１つの面（後面ま たは前面）だけを有している。補間機構は、平行目視に関しては二重線形または より高次の装置であって、補間には１つのスライスからのボクセルを使用する。 遠近目視に関しては、補間機構は線形またはより高次の装置であり、１つのスラ イスからのボクセルのより大きい近傍を使用する。次いで、補間済みボクセル信 号は上述したように上、下、及び現バッファ８６、８８、９０へ供給される。 以上に説明した方法は、３Ｄメモリ内に格納されている物体の平行及び遠近の 両目視を支援することができる。遠近目視の場合には、目視線は実質的に発散す る（即ち、平行ではない）から、何れか１つの目視線に関してアクセスされるボ クセル装置のスライスは、他の何れかの目視線に関して補間済みサンプル値信号 を決定するために使用することはできない。従って、各目視線は個々のボクセル 面にアクセスする必要がある。これはシェーディング機構及び合成機構にも要求 される。 本装置の実施例の相互接続の詳細を示している図１６を参照する。図１６は、 先入れ先出しバッファ（ＦＩＦＯバッファ）８４を含むＣＦＢ２２の５つのメモ リユニットを実現したものである。５つの各メモリユニット７５は２つのビーム を同時に出力するように使用することはできないが、ＦＩＦＯバッファを含んで いることによってメモリの１つのスライスがＰＲＰの１つのために供給される。 装置は、前述したように立体フレームバッファと補間機構との間のシフティング 要求に従って、ＦＩＦＯバッファ及びメモリユニットに結合されている５つの補 間機構（ＴＲＩＬＩＮ）２８をも含んでいる。５つの補間機構２８は、上、下、 及び現の面の１つ、及び上、下、及び現の面の残りの２つの、２つのＦＩＦＯバ ッファ８６の直接接続を使用して、５つのシェーディング機構３０に結合されて いる。シェーディング機構３０は、前述したＴＲＩＬＩＮとシェーディング機構 との間のシフティング要求に従って、隣接するシェーディング機構の間が相互接 続されている。装置は、５つの合成ユニット７４をも含み、これらは各シェーデ ィング機構からの出力信号を受信するために、それぞれのシェーディング機構に 直接結合することが好ましい。各合成ユニットは、前述した投影方法を遂行する 。各構成要素の相互接続が、装置の各構成要素による、及びそれらの間のデータ シ フトの上記要求に基づいていることは明白である。合成機構が発生した出力信号 は画素バス８８へ出力され、画素バスは合成機構出力信号を画素プロセッサ４２ 、フレームバッファ４０、及び表示装置４４へ送ってボリュームの画像を生成さ せる。 本発明のこの代替実施例は、それが、補間機構及びシェーディング機構のため にボクセルデータに多重アクセスすることを回避しながら、目視線に沿うサンプ ル点の均一な写像を生じさせる新しい線投射方法及び装置であることから有利で ある。本発明の方法及び装置は、投影当たり１回だけ立体フレームバッファ（Ｃ ＦＢ）内部の各ボクセルにアクセスする。このような規則正しいメモリアクセス パターンが効率を高め、動的に変化する３Ｄデータセットの視覚化に必要な実時 間動作レートを可能にする。 以上に添付図面を参照して本発明の実施例を説明したが、本発明はこれらの実 施例に精密に限定されるものではなく、当業者ならば本発明の思想または範囲か ら逸脱することなくさまざまな変化及び変更を考案できるであろう。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)， ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，Ｃ Ｈ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ ，ＧＥ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ， ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，Ｍ Ｗ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ ，ＳＥ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 プフィスター ハンスピーター アメリカ合衆国 ニューヨーク州 11790 ストーニー ブルック ストーニー ブ ルック ロード 1466

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 (1) 複数の画素を有する三次元（３Ｄ）ボリューム投影画像を生成する方法であ って、上記方法は立体メモリ内に格納されている離散したボクセルを使用し、上 記各ボクセルはそれに関連付けられた少なくとも１つのボクセル信号を有し、上 記方法は、 ａ）上記立体メモリ内に格納されているボクセルにアクセスするための目視 パラメタを選択するステップと、 ｂ）上記目視パラメタに基づいて上記立体メモリ内に複数の離散した線を生 成し、上記複数の各離散した線が上記立体メモリ内に格納されている複数のボク セルからなり、上記複数の離散した線が複数の離散した線面を限定し、上記複数 の各離散した線面が複数のボクセルからなるステップと、 ｃ）第１の連続線を生成して上記第１の連続線に沿う複数の第１の連続線サ ンプル点を限定するステップと、 ｄ）上記第１の連続線の直近の少なくとも２つの離散した線面のボクセルに 関連する信号を使用して上記複数の各第１の連続線サンプル点毎に補間済みボク セル信号を決定するステップと、 ｅ）上記複数の各第１の連続線サンプル点毎の補間済みボクセル信号を組合 せ、３Ｄボリューム投影画像の対応する画素に関連付けられそして該対応する画 素の特性を限定する画素信号を生成するステップと、 ｆ）上記複数の各連続線に関連する画素を表示するステップ からなることを特徴とする三次元（３Ｄ）ボリューム投影画像生成方法。 (2) 上記複数の各第１の連続線サンプル点毎に、表面傾斜を表すグラデイエント ベクトル信号を決定するステップ をも含む請求項(1)に記載の三次元（３Ｄ）ボリューム投影画像生成方法。 (3) 上記複数の各第１の連続線サンプル点毎のグラデイエントベクトル信号を正 規化し、複数の正規化済みグラデイエントベクトル信号を発生するステップ をも含む請求項(2)に記載の三次元（３Ｄ）ボリューム投影画像生成方法。 (4) 上記複数の各正規化済みグラデイエントベクトル信号と、シェーディングモ デル信号とを組合せ、上記複数の各第１の連続線サンプル点毎に、対応する位置 における上記物体の３Ｄリアリズムを表すシェーディング信号を発生させるステ ップ をも含む請求項(3)に記載の三次元（３Ｄ）ボリューム投影画像生成方法。 (5) 上記複数の各正規化済みグラデイエントベクトル信号と、不透明度関数信号 とを組合せ、上記複数の各第１の連続線サンプル点毎に、対応する位置における 上記物体の半透明度リアリズムを表す不透明度信号を発生させるステップ をも含む請求項(3)に記載の三次元（３Ｄ）ボリューム投影画像生成方法。 (6) ａ）上記第１の連続線の第１のサンプル点の直近に少なくとも４つの連続線 を決定するステップと、 ｂ）上記第１のサンプル点の直近に少なくとも第２及び第３のサンプル点を 決定するステップと、 ｃ）各々が上記第１の連続線の上記第１のサンプル点に直近するように上記 少なくとも４つの各連続線に沿ってサンプル点を決定するステップと、 ｄ）上記第１の連続線の上記少なくとも第２及び第３のサンプル点に関連付 けられた補間済みボクセル信号と、上記少なくとも４つの連続線のサンプル点に 関連付けられたボクセル信号とを組合せるステップ をも含む請求項(2)に記載の三次元（３Ｄ）ボリューム投影画像生成方法。 (7) 上記少なくとも４つの連続線の各サンプル点は、上記第１のサンプル点にお ける上記第１の連続線に垂直な面と、上記少なくとも４つの直近する連続線の対 応する線との間の交差を限定する請求項(6)に記載の三次元（３Ｄ）ボリューム 投影画像生成方法。 (8) 少なくとも第１のサンプル点に関連付けられたボクセル信号を、少なくとも 第２のサンプル点に関連付けられたボクセル信号から減算するステップ をも含む請求項(2)に記載の三次元（３Ｄ）ボリューム投影画像生成方法。 (9) ａ）上記少なくとも第１のサンプル点に関連付けられたボクセル信号に、第 １の重み付け係数を乗算するステップと、 ｂ）上記少なくとも第２のサンプル点に関連付けられたボクセル信号に、第 ２の重み付け係数を乗算するステップ をも含む請求項(8)に記載の三次元（３Ｄ）ボリューム投影画像生成方法。 (10)上記複数の各離散した線の複数のボクセルを再配向し、複数の整列済みの離 散した線面を表す複数の整列済みの離散した線を発生させるステップ をも含む請求項(1)に記載の三次元（３Ｄ）ボリューム投影画像生成方法。 (11)上記複数の整列済みの各離散した線のボクセルを、上記整列済みの離散した 線面の軸に平行な方向に整列させるステップ をも含む請求項(10)に記載の三次元（３Ｄ）ボリューム投影画像生成方法。 (12)上記複数の各整列済みの離散した線のボクセルを、スキューした配向に格納 するステップ をも含む請求項(10)に記載の三次元（３Ｄ）ボリューム投影画像生成方法。 (13)ａ）上記第１の連続線の直近の、少なくとも第１、第２、第３、及び第４の 離散した線を決定するステップと、 ｂ）上記第１の連続線の第１のサンプル点を決定するステップと、 ｃ）上記少なくとも第１、第２、第３、及び第４の各離散した線に沿って、 上記第１の連続線の上記第１のサンプル点の直近に少なくとも１つのボクセルを 決定するステップと、 ｄ）上記少なくとも第１、第２、第３、及び第４の各離散した線に沿う少な くとも１つのボクセルを使用し、上記第１のサンプル点に関連付けられた第１の サンプル点信号を補間するステップ をも含む請求項(1)に記載の三次元（３Ｄ）ボリューム投影画像生成方法。 (14)ａ）少なくとも第１及び第２のボクセルが上記第１の連続線の上記第１のサ ンプル点に直近するように、上記少なくとも第１、第２、第３、及び第４の各離 散した線に沿って少なくとも第１及び第２のボクセルを決定するステップと、 ｂ）上記少なくとも第１及び第２ボクセルの間を補間して、上記第１サンプ ル点ボクセル信号を発生するステップ をも含み、所望の目視方向からある物体の三次元（３Ｄ）ボリューム投影画像 を生成する請求項(13)に記載の方法。 (15)上記ステップｂ）は、 ａ）上記第１、第２、第３、及び第４の各離散した線の上記第１及び第２の ボクセル信号間に線形補間を遂行して第１、第２、第３、及び第４の線形に補間 済みのサンプル信号を発生するステップと、 ｂ）上記第１及び第２の線形補間済みのサンプル信号間に線形補間を遂行し て第１の二重線形に補間済みのサンプル信号を発生するステップと、 ｃ）上記第３及び第４の線形に補間済みのサンプル間に線形補間を遂行して 第２の二重線形に補間済みのサンプル信号を発生するステップと、 ｄ）上記第１の二重線形に補間済みのサンプル信号及び上記第２の二重線形 に補間済みのサンプル信号間に線形補間を遂行して第１のサンプル点ボクセル信 号を発生するステップ をも含む請求項(14)に記載の三次元（３Ｄ）ボリューム投影画像生成方法。 (16)上記ステップｅ）は、 上記補間済みボクセル信号の、後・前合成、前・後合成、最初の不透明投影 、最後の不透明投影、最大値投影、加重和投影、最初・最後カット投影、及び最 後・最初カット投影の少なくとも１つを遂行するステップ をも含む請求項(1)に記載の三次元（３Ｄ）ボリューム投影画像生成方法。 (17)上記ステップｅ）は、 ａ）最初の補間済みボクセル信号、最後の補間済みボクセル信号、及びそれ らの間の対応する補間済みボクセル信号を含む上記複数の補間済みボクセル信号 の補間済みボクセル信号順序を識別するステップと、 ｂ）最初の補間済みボクセル信号を投影機構の任意の入力ポートへ供給する ステップと、 ｃ）上記複数の補間済みボクセル信号を上記投影機構の順次ポートへラップ アラウンド方式で供給するステップ をも含む請求項(1)に記載の三次元（３Ｄ）ボリューム投影画像生成方法。 (18)上記画素信号を上記選択された目視パラメタに従って変換し、変換済み画素 信号を発生するステップ をも含む請求項(1)に記載の三次元（３Ｄ）ボリューム投影画像生成方法。 (19)ある物体または領域の一方を走査してそれに応答してボクセルを生成し、上 記ボクセルをメモリ記憶装置へ供給してその中に格納するステップ をも含む請求項(1)に記載の三次元（３Ｄ）ボリューム投影画像生成方法。 (20)三次元（３Ｄ）ボリューム投影画像を生成する装置であって、 ａ）各々がそれに供給されるボクセルを格納することができる少なくとも２ つの二次元（２Ｄ）メモリと、 ｂ）上記少なくとも２つのメモリに結合され、上記少なくとも２つの２Ｄメ モリからボクセルを受信して複数の連続線サンプル点のための複数の補間済みサ ンプル信号を発生する補間機構と、 ｃ）上記補間機構に結合され、上記複数の各連続線のための上記複数の補間 済みサンプル信号を受信して上記複数の各連続線のための、そして上記３Ｄボリ ューム投影画像の画素に対応する画素値信号を生成する投影機構 を備えていることを特徴とする三次元（３Ｄ）ボリューム投影画像生成装置。 (21)ボクセルをその中に格納することができる複数のメモリモジュールを有し、 そして少なくとも２つの２Ｄメモリに結合されていてそれらにボクセルを供給す る三次元（３Ｄ）メモリ をも備えている請求項(20)に記載の三次元（３Ｄ）ボリューム投影画像生成装 置。 (22)上記３Ｄメモリはボクセルの格納のためにスキューした編成を有し、上記ス キューした編成によって３Ｄメモリの軸に平行な、そしてボクセルビームを表す 第１の複数のボクセルを実質的に同時に検索できるようにした請求項(21)に記載 の三次元（３Ｄ）ボリューム投影画像生成装置。 (23)上記３Ｄメモリと上記少なくとも２つの２Ｄメモリとに結合され、上記３Ｄ メモリから複数のボクセルを受信し、上記複数のボクセルを再配向して整列済み の離散した線を発生し、上記整列済みの離散した線を上記少なくとも２つの２Ｄ メモリへ供給してそれらの中に格納させる相互接続機構をも備えている請求項(2 1)に記載の三次元（３Ｄ）ボリューム投影画像生成装置。 (24)上記補間機構は、三重線形補間デバイス（ＴＲＩＬＩＮ）を備え、上記ＴＲ ＩＬＩＮは複数の連続線サンプル点を生成し、上記TＲＩＬＩＮは上記少なくと も２つの２Ｄメモリから複数のボクセルを受信し、上記複数のボクセルは少なく とも４つの離散した線を限定し、上記ＴＲＩＬＩＮは上記少なくとも ４つの各離散した線からの少なくとも２つのボクセルを使用して上記複数の各連 続線サンプル点毎に補間済みサンプル値信号を決定する請求項(20)に記載の三次 元（３Ｄ）ボリューム投影画像生成装置。 (25)上記投影機構は、 上記複数の補間済みサンプル信号を受信する複数の入力ポートをも備え、上 記複数の補間済みサンプル信号はサンプル信号順序を限定する最初のサンプル信 号、最後のサンプル信号、及びそれらの間の対応サンプル信号を含み、上記最初 のサンプル信号は上記投影機構の上記複数の任意の入力ポートへ供給され、上記 複数の補間済みサンプル信号は上記複数の入力ポートへラップアラウンド方式で 供給される 請求項(20)に記載の三次元（３Ｄ）ボリューム投影画像生成装置。 (26)上記投影機構は、 入力ポート及び出力ポートを有するボクセル組合せユニット（ＶＣＵ）をも 備え、上記ＶＣＵの入力ポートは上記投影機構の少なくとも３つの入力ポートに 結合され、上記ＶＣＵは少なくとも２つの補間済みサンプル信号を受信してそれ らに応答してＶＣＵ出力信号を発生する 請求項(25)に記載の三次元（３Ｄ）ボリューム投影画像生成装置。 (27)上記投影機構は、 少なくとも第１、第２、及び第３のボクセル組合せユニット（ＶＣＵ）をも 備え、上記少なくとも第１、第２、及び第３の各ＶＣＵは入力ポート及び出力ポ ートを有し、上記各ＶＣＵの入力ポートは上記投影機構の少なくとも３つの入力 ポートに結合され、上記少なくとも第１、第２、及び第３の複数のＶＣＵは少な くとも２つの補間済みサンプル信号を受信し、上記少なくとも第１、第２、及び 第３のＶＣＵは対応する出力ポートにそれぞれ第１、第２、及び第３の中間値信 号を発生し、 入力ポート及び出力ポートを有する少なくとも第４のＶＣＵをも備え、上記 少なくとも第４のＶＣＵの入力ポートは上記第１、第２、及び第３のＶＣＵの少 なくとも３つの出力ポートに結合され、上記第４のＶＣＵは上記第１、第２、及 び第３の中間値信号の少なくとも２つを受信してそれらに応答して対応する 出力ポートに画素値信号を発生する 請求項(25)に記載の三次元（３Ｄ）ボリューム投影画像生成装置。 (28)上記投影機構は、 少なくとも第１、第２、及び第３のボクセル組合せ段の縦続配列をも備え、 上記第１、第２、及び第３の各ボクセル組合せ段はボクセル組合せユニット（Ｖ ＣＵ）を含み、上記第３のボクセル組合せ段の上記ＶＣＵの数は上記第２のボク セル組合せ段の上記ＶＣＵの数よりも少なく、上記第２のボクセル組合せ段の上 記ＶＣＵの数は上記第１のボクセル組合せ段の上記ＶＣＵの数よりも少ない 請求項(25)に記載の三次元（３Ｄ）ボリューム投影画像生成装置。 (29)上記投影機構は、 少なくとも１つの前・後合成機構、最初の不透明投影機構、最後の不透明投 影機構、最大値投影機構、加重和投影機構、最後・最初カット投影機構、及び最 初・最後カット投影機構をも備え、上記複数の連続線毎に上記画素値信号を生成 する 請求項(20)に記載の三次元（３Ｄ）ボリューム投影画像生成装置。 (30)シェーディング機構をも備え、上記シェーディング機構は複数の連続線に沿 う複数のサンプル点を使用し、上記シェーディング機構は上記複数の各連続線サ ンプル点毎にグラディエントベクトル信号を決定し、上記シェーディング機構は 上記複数の各連続線サンプル点に直近のボクセルにアクセスして組合せ、上記グ ラディエントベクトル信号が上記複数の各連続線サンプル点の直近の表面傾斜を 表している 請求項(20)に記載の三次元（３Ｄ）ボリューム投影画像生成装置。 (31)上記投影機構に結合されているフレームバッファをも備え、上記フレームバ ッファは上記投影機構から複数の画素値信号を受信して上記画素値信号を格納す る 請求項(20)に記載の三次元（３Ｄ）ボリューム投影画像生成装置。 (32)画素処理機構をも備え、上記画素処理機構は上記フレームバッファに結合さ れていて上記複数の画素値信号を受信し、上記画素処理機構は上記複数の画素 信号を変更して複数の画素表示信号を生成する 請求項(31)に記載の三次元（３Ｄ）ボリューム投影画像生成装置。 (33)上記画素処理機構に結合されている表示機構をも備え、上記表示機構は複数 の画素を有し、上記表示機構は上記画素処理機構から上記複数の画素表示信号を 受信し、上記複数の各画素表示信号は上記表示機構の複数の画素の１つに対応し 、上記表示機構は３Ｄボリューム投影画像を発生する 請求項(32)に記載の三次元（３Ｄ）ボリューム投影画像生成装置。 (34)データ収集機構をも備え、上記データ収集機構は物体または領域の一方を走 査してそれに応答してボクセルを生成する 請求項(20)に記載の三次元（３Ｄ）ボリューム投影画像生成装置。 (35)複数の画素を有する三次元（３Ｄ）ボリューム投影画像を生成する方法であ って、上記方法は３Ｄメモリ内に格納されている離散したボクセルを使用し、上 記各ボクセルはそれに関連付けられた少なくとも１つのボクセル信号を有し、上 記方法は、 ａ）上記３Ｄメモリ内に格納されているボクセルにアクセスするための目視 パラメタを選択し、上記目視パラメタは目視方向を限定し、上記目視方向は上記 ３Ｄメモリの基底面及び複数の目視線を限定するステップと、 ｂ）上記３Ｄメモリの上記基底面に実質的に平行である複数の離散したボク セルビームにアクセスするステップと、 ｃ）複数の各目視線毎に第１のサンプル点を生成するステップと、 ｄ）対応する第１のサンプル点に直近の少なくとも１つの離散したボクセル ビームのボクセルに関連付けられた信号を使用して上記複数の目視線の各第１の サンプル点毎に補間済みボクセル信号を決定するステップと、 ｅ）上記複数の各目視線毎に第２のサンプル点を生成するステップと、 ｆ）対応する第２のサンプル点に直近の少なくとも１つの離散したボクセル ビームのボクセルに関連付けられた信号を使用して上記複数の目視線の各第２の サンプル点毎に補間済みボクセル信号を決定するステップと、 ｇ）上記複数の各目視線毎の上記第１及び第２のサンプル点補間済みボクセ ル信号を組合せ、上記３Ｄボリューム投影画像の対応する画素に関連付けられ そして該対応する画素の特性を限定する画素信号を生成するステップと、 ｈ）上記画素信号に従って上記複数の各目視線に関連する画素を表示するス テップ からなることを特徴とする三次元（３Ｄ）ボリューム投影画像生成方法。 (36)上記複数の各第１及び第２のサンプル点毎に、表面傾斜を表すグラディエン トベクトル信号を決定するステップ をも含む請求項(35)に記載の三次元（３Ｄ）ボリューム投影画像生成方法。 (37)上記複数の各第１及び第２のサンプル点毎のグラディエントベクトル信号を 正規化し、複数の第１及び第２の正規化済みグラディエントベクトル信号を発生 させるステップ をも含む請求項(36)に記載の三次元（３Ｄ）ボリューム投影画像生成方法。 (38)上記複数の各第１及び第２の正規化済みグラディエントベクトル信号と、シ ェーディングモデル信号とを組合せ、上記複数の各第１及び第２のサンプル点毎 に、対応位置における上記物体の３Ｄリアリズムを表すシェーディング信号を発 生させるステップ をも含む請求項(37)に記載の三次元（３Ｄ）ボリューム投影画像生成方法。 (39)上記複数の各第１及び第２の正規化済みグラディエントベクトル信号と、不 透明度関数信号とを組合せ、上記複数の各第１及び第２のサンプル点毎に、対応 位置における上記物体の半透明度リアリズムを表す不透明度信号を発生させるス テップ をも含む請求項(37)に記載の三次元（３Ｄ）ボリューム投影画像生成方法。 (40)ａ）第１のグラディエントサンプル点の直近に少なくとも４つの補間済みサ ンプル点信号を決定するステップと、 ｂ）上記第１のグラディエントサンプル点の直近に少なくとも第５及び第６ の補間済みサンプル点信号を決定するステップと、 ｃ）上記少なくとも４つの補間済みサンプル点信号と、上記少なくとも第５ 及び第６の補間済みサンプル点信号とを組合せるステップ をも含む請求項(36)に記載の三次元（３Ｄ）ボリューム投影画像生成方法。 (41)上記少なくとも４つの補間済みサンプル点信号が１つの面を限定し、上記少 なくとも第５及び第６の補間済みサンプル点信号が上記少なくとも４つの補間済 みサンプル点によって限定される上記面に直交するラインセグメントを限定する 請求項(40)に記載の三次元（３Ｄ）ボリューム投影画像生成方法。 (42)上記少なくとも第５及び第６の補間済みサンプル点信号は、線形補間、線形 補間とより高次の補間の少なくとも一方を使用して生成される請求項(41)に記載 の三次元（３Ｄ）ボリューム投影画像生成方法。 (43)少なくとも第１のグラディエントサンプル点に関連付けられたボクセル信号 を、少なくとも第２のグラディエントサンプル点に関連付けられたボクセル信号 から減算するステップ をも含む請求項(36)に記載の三次元（３Ｄ）ボリューム投影画像生成方法。 (44)ａ）上記少なくとも第１のグラディエントサンプル点に関連付けられたボク セル信号に、第１の重み付け係数を乗算するステップと、 ｂ）上記少なくとも第２のグラディエントサンプル点に関連付けられたボク セル信号に、第２の重み付け係数を乗算するステップ をも含む請求項(43)に記載の三次元（３Ｄ）ボリューム投影画像生成方法。 (45)上記ステップｄ）及びｆ）の少なくとも一方は、 ａ）第１、第２、第３、及び第４の各離散したボクセルビームの少なくとも 第１及び第２のボクセル信号間に線形補間を遂行して第１、第２、第３、及び第 ４の線形に補間済みのサンプル信号を発生させるステップと、 ｂ）上記第１及び第２の線形補間済みのサンプル信号間に線形補間を遂行し て第１の二重線形に補間済みのサンプル信号を発生させるステップと、 ｃ）上記第３及び第４の線形に補間済みのサンプル間に線形補間を遂行して 第２の二重線形に補間済みのサンプル信号を発生させるステップと、 ｄ）上記第１の二重線形に補間済みのサンプル信号及び上記第２の二重線形 に補間済みのサンプル信号の間に線形補間を遂行して第１及び第２のサンプル点 補間済みボクセル信号を発生させるステップ をも含む請求項(35)に記載の三次元（３Ｄ）ボリューム投影画像生成方法。 (46)上記ステップｄ）及びｆ）の少なくとも一方は、 ａ）第１及び第２の各離散したボクセルビームの少なくとも第１及び第２の ボクセル信号の間に線形補間を遂行して第２の線形に補間済みのサンプル信号を 発生させるステップと、 ｂ）上記第１及び第２の線形に補間済みのサンプル信号の間に線形補間を遂 行して二重線形に補間済みのサンプル信号を発生させるステップ をも含む請求項(35)に記載の三次元（３Ｄ）ボリューム投影画像生成方法。 (47)上記ステップｇ）は、 上記補間済みボクセル信号の、後・前合成、前・後合成、最初の不透明投影 、最後の不透明投影、最大値投影、加重和投影、最初・最後カット投影、及び最 後・最初カット投影の少なくとも１つを遂行するステップ をも含む請求項(35)に記載の三次元（３Ｄ）ボリューム投影画像生成方法。 (48)上記ステップｄ）及びｆ）の一方の後に、 上記複数の第１及び第２の各サンプル点毎の補間済みボクセル信号を補間済み サンプル信号格納デバイスへ供給するステップ をも含む請求項(35)に記載の三次元（３Ｄ）ボリューム投影画像生成方法。 (49)上記画素信号を上記選択された目視パラメタに従って変換し、変換済み画素 信号を発生させるステップ をも含む請求項(35)に記載の三次元（３Ｄ）ボリューム投影画像生成方法。 (50)物体、領域及び減少の１つの走査及び計算の一方を遂行してそれに応答して ボクセルを生成し、上記ボクセルをメモリ記憶装置へ供給してその中に格納させ るステップ をも含む請求項(35)に記載の三次元（３Ｄ）ボリューム投影画像生成方法。 (51)三次元（３Ｄ）ボリューム投影画像を生成する装置であって、 ａ）少なくとも２つの離散したボクセルビームに対応するボクセル信号を受 信し、複数の目視投影の対応するサンプル点のための補間済みボクセル信号を発 生する補間機構と、 ｂ）上記補間機構に結合され、上記補間機構からの補間済みボクセル信号を 組合せて上記複数の各目視投影毎に画素値信号を発生する合成ユニットと を備えていることを特徴とする三次元（３Ｄ）ボリューム投影画像生成装置。 (52)上記補間機構は、 線形、二重線形、三重線形、及びより高次の補間装置（ＴＲＩＬＩＮ）の１ つを備え、上記ＴＲＩＬＩＮは複数の離散したボクセルビームを受信し、上記Ｔ ＲＩＬＩＮは上記複数の各離散したボクセルビームを使用して上記複数の連続サ ンプル点毎に補間済みサンプル値信号を決定する 請求項(51)に記載の三次元（３Ｄ）ボリューム投影画像生成装置。 (53)上記複数の各合成ユニットは、 前・後合成機構、後・前合成機構、最初の不透明投影機構、最後の不透明投 影機構、最大値投影機構、加重和投影機構、最後・最初カット投影機構、及び最 初・最後カット投影機構の少なくとも１つを備え、上記複数の各連続線毎に上記 画素値を生成する 請求項(51)に記載の三次元（３Ｄ）ボリューム投影画像生成装置。 (54)シェーディング機構をも備え、上記シェーディング機構は複数の補間済みサ ンプル点を使用し、上記シェーディング機構は上記複数の各連続線サンプル点毎 にグラディエントベクトル信号を決定し、上記シェーディング機構は上記複数の 各連続線サンプル点に直近の補間済みサンプル点にアクセスして組合せ、上記グ ラディエントベクトル信号が上記複数の各連続線サンプル点の直近の表面傾斜を 表している 請求項(51)に記載の三次元（３Ｄ）ボリューム投影画像生成装置。 (55)上記複数の各合成ユニットに結合されている相互接続機構をも備え、上記相 互接続機構は上記複数の各目視線毎の上記画素値信号を受信し、上記相互接続機 構は上記複数の各目視線毎の上記画素値信号を表示機構へ供給する 請求項(51)に記載の三次元（３Ｄ）ボリューム投影画像生成装置。 (56)上記複数の画素値信号を受信して上記画素値信号を格納するフレームバッフ ァ をも備えている請求項(51)に記載の三次元（３Ｄ）ボリューム投影画像生成装 置。 (57)画素処理機構をも備え、上記画素処理機構は上記相互接続機構に結合されて いて上記複数の画素値信号を受信し、上記画素処理機構は上記複数の画素信号を 変更して複数の画素表示信号を生成する 請求項(56)に記載の三次元（３Ｄ）ボリューム投影画像生成装置。 (58)上記画素処理機構に結合されている表示機構をも備え、上記表示機構は複数 の画素を有し、上記表示機構は上記画素処理機構から上記複数の画素表示信号を 受信し、上記複数の各画素表示信号は上記表示機構の複数の画素の１つに対応し 、上記表示機構は３Ｄボリューム投影画像を発生する 請求項(57)に記載の三次元（３Ｄ）ボリューム投影画像生成装置。 (59)データ収集機構をも備え、上記データ収集機構は物体、領域、及び現象の１ つを走査して計算し、それに応答してボクセルを生成する 請求項(35)に記載の三次元（３Ｄ）ボリューム投影画像生成装置。 (60)ボクセルをその中に格納することができる複数のメモリモジュールを有する 三次元（３Ｄ）メモリをも備え、上記３Ｄメモリは上記補間機構に結合されてい てそれにボクセルを供給する三次元（３Ｄ）メモリ をも備えている請求項(35)に記載の三次元（３Ｄ）ボリューム投影画像生成装 置。 (61)上記３Ｄメモリはボクセルの格納のためにスキューした編成を有し、上記ス キューした編成により３Ｄメモリの軸に平行な、そして離散したボクセルビーム を表している第１の複数のボクセルを実質的に同時に検索できるようにした請求 項(60)に記載の三次元（３Ｄ）ボリューム投影画像生成装置。