Dispositivo de renderizado de cuerpos volumétricos.

Procedimiento de codificación en vóxeles de un conjunto de datos de volumen que comprende una multiplicidad de celdas,

que comprende las etapas siguientes:

definir una pluralidad de vóxeles poliédricos, correspondiendo cada vóxel poliédrico a una celda;

almacenar una representación de cada vóxel poliédrico, incluyendo la representación una cadena de caras que presenta una pluralidad de bits, y una cadena de posición que presenta una pluralidad de bits, correspondiendo cada bit de la cadena de caras a una cara del vóxel poliédrico y presentando un valor que indica si la cara va a visualizarse o no;

presentando la cadena de posición un valor que indica una posición espacial tridimensional del vóxel poliédrico;

y renderizar la representación de cada vóxel poliédrico, presentando la cadena de caras de por lo menos una representación de vóxel poliédrico un bit con un valor que indica que por lo menos se va a visualizar una cara para una celda interna.

Dispositivo de renderizado de cuerpos volumétricos.

Antecedentes de la invención

1. Campo de la invención

La presente invención se refiere en general al procesamiento, la extracción de modelos, el perfeccionamiento de modelos y el renderizado (proceso de generación de imágenes en 3D) gráfico de datos digitales que representan volúmenes geológicos o de otro tipo y, más concretamente, al renderizado y al análisis de volúmenes de formas irregulares en los datos volumétricos basados en vóxeles.

2. Descripción de la técnica relacionada

Los geólogos, los geofísicos y los profesionales de otras disciplinas analizan los datos sísmicos para fines tales como la detección de la presencia y el cambio a lo largo del tiempo de los yacimientos de hidrocarburos u otras características del subsuelo. Se pueden recopilar datos sísmicos, por ejemplo, creando explosiones o liberando de alguna manera energía en el suelo y detectando y digitalizando la energía sísmica reflejada con una serie de geófonos o sensores similares. Los datos sísmicos volumétricos procesados representan una zona de subsuelo en tres dimensiones (3D) , que por lo general se expresa en unidades de tiempo o de profundidad. Otros ejemplos de formas de recopilación y utilización de dichos datos volumétricos comprenden la medición gravitacional y magnética. Los datos pueden comprender cualquiera de los numerosos atributos que los profesionales del ámbito de la técnica consideran utilizables o deducibles a partir de las mediciones de la energía sísmica reflejada y mediciones sobre el terreno, el más común de los cuales tal vez sea la amplitud de las señales reflejadas.

Los conjuntos de datos de volumen 3D recopilados pueden interpretarse, almacenarse y manipularse en un formato cualquiera de los diversos posibles. Cada vez es más común un formato en el que cada dato representa un volumen. Dicho dato se denomina vóxel ("elemento de volumen") o celda. Por ejemplo, si la amplitud es el atributo que caracteriza a los datos recopilados, las muestras de atributos están representadas por vóxeles, cada uno de los cuales está caracterizado por una amplitud. En otras palabras, el conjunto de datos se compone de una pluralidad de vóxeles, cada uno de los cuales está caracterizado por una amplitud. Un conjunto de datos sísmicos de volumen comúnmente comprende millones o incluso miles de millones de vóxeles y puede requerir una capacidad de almacenamiento de datos del orden de los terabytes. Los formatos de vóxel se utilizan comúnmente no sólo en el análisis de datos sísmicos, sino también en imágenes médicas y otras disciplinas de formación de imágenes.

El análisis de los datos volumétricos normalmente conlleva unas etapas de renderizado, interpretación y perfeccionamiento para obtener un modelo del subsuelo o renderizar una vista 3D particular de la zona del subsuelo. La mayoría de motores gráficos 3D disponibles en el mercado (por ejemplo, tarjetas aceleradoras de gráficos para ordenadores de estaciones de trabajo) no presentan primitivas de vóxel, sino que solo pueden interpretar puntos, líneas y polígonos tales como triángulos, debido a que están diseñados para renderizar representaciones basadas en superficies de objetos 3D, es decir, armazones vacíos, en lugar de objetos que comprenden vóxeles. Aunque existen algunos aceleradores de gráficos basados en vóxeles, estos no pueden combinar de manera eficiente y rentable las primitivas 2D y 3D, que son necesarias para implementar ciertas características de visualización, tales como las transformaciones de Billboard de tipo esférico y animación.

Por lo tanto, los procedimientos de renderizado de datos de vóxeles conocidos, tales como el "raycasting" y el "splatting", sólo generan imágenes instantáneas en 3D de cierta perspectiva de visión predeterminada. En el raycasting, los rayos se proyectan desde el origen del observador, el punto de visión del usuario o a través de un plano de proyección y se extienden hasta que interseccionan con un punto de datos o una serie de puntos de datos. Los puntos situados a lo largo y alrededor de los rayos se procesan, y la imagen resultante se dibuja en la pantalla o plano de proyección. En la técnica de splatting, se calcula la contribución a la imagen final de cada vóxel de una vecindad determinada. Se "lanzan" vóxeles conceptualmente o virtualmente sobre el plano de la imagen, de tal forma que cada vóxel del espacio del objeto deja una huella en el espacio de la imagen. Tanto si se utilizan para renderizar representaciones basadas en superficies de objetos tridimensionales u objetos tridimensionales reales, es decir basadas en vóxeles, estos procedimientos sólo pueden renderizar una aproximación por vóxel plana, es decir, de forma circular o cuadrada sin ninguna vecindad entre vóxeles definida, y están estrictamente subordinadas a la visión. Debe tenerse en cuenta también que todos los procedimientos de renderizado de datos de vóxeles conocidos consumen muchos recursos de software o hardware y requieren elementos de hardware costosos y especializados que adolecen de diversas limitaciones de rendimiento y visualización. Además, el rendimiento de muchos de estos algoritmos se ve afectado por la forma en que recorren la memoria. Cuando la memoria se recorre en diferentes direcciones, el rendimiento del algoritmo puede variar según la eficacia del acceso a los datos del hardware. Cuanto más grande es el volumen de datos de trabajo menor es la capacidad de utilizar con eficacia las cachés de hardware.

Además, sea cual sea el procedimiento de renderizado basado en vóxeles que se utiliza, el conjunto de datos de

volumen completo debe retenerse en memoria (hardware) y, finalmente, renderizarse mediante hardware para gráficos 3D. Para renderizar un volumen de datos, es necesario recuperar/traspasar el conjunto de datos completo desde la memoria de datos (es decir, memoria de acceso aleatorio, memoria en disco, etc.) , renderizarlo mediante algoritmos que exigen el consumo de muchos recursos informáticos y enviarlo al hardware para gráficos 3D, que normalmente es limitado en cuanto a recursos. Como resultado de estas limitaciones, el renderizado puede llevar una cantidad de tiempo considerable, dependiendo del hardware utilizado. La calidad del renderizado, las opciones de visualización interactiva y respuesta interactiva a la visualización de última generación suscitan un gran interés entre profesionales tales como los geólogos y los geofísicos, que quizá necesiten ver un modelo desde muchas direcciones o puntos de visión diferentes, comparar diferentes modelos entre sí y manipularlos durante el análisis de las características del subsuelo en relación con los yacimientos de petróleo y gas.

Comúnmente es deseable identificar, aislar y centrarse en las características específicas y/o zonas anómalas de un volumen, tales como las relativas a yacimientos potenciales de petróleo y gas en los volúmenes sísmicos o las relativas a órganos, huesos y tumores en los volúmenes médicos. Dichas características pueden calificarse de volúmenes irregulares, porque no tienen una forma regular o predecible. Los sistemas de raycasting, point splatting e incluso los sistemas genuinos de renderizado basados en vóxeles no pueden separar o trabajar fácilmente con dichos volúmenes irregulares por separado del volumen de datos de trabajo completo, porque en la mayoría de casos (es decir, cuando se utiliza hardware 3D o texturizado 2D) el volumen de datos de trabajo completo finalmente se envía y renderiza en su totalidad mediante el hardware para gráficos 3D. La imagen creada por el hardware 3D puede aislar gráficamente y de forma parcial algunas características de la pantalla, aunque básicamente se trata de una vista efímera o instantánea del volumen de datos desde una única dirección específica. Es decir, aunque el usuario pueda ver una característica en la imagen, la característica no se representa por separado en la lógica del ordenador, independientemente de los datos de vecindad. Puede ser, sin embargo, que el usuario esté interesado solo en un volumen irregular o un grupo de volúmenes irregulares concreto y no en el volumen en su conjunto, o que esté interesado en realizar alguna operación de correlación de atributos concreta o ver solo un volumen irregular o un conjunto de volúmenes irregulares concreto. Por ejemplo, tal vez se desee tomar en consideración una serie de imágenes, cada una de las cuales representa el mismo volumen irregular o grupo de volúmenes irregulares en momentos diferentes, para evaluar cómo pueden haber cambiado los volúmenes irregulares a lo largo del tiempo, por... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de codificación en vóxeles de un conjunto de datos de volumen que comprende una multiplicidad de celdas, que comprende las etapas siguientes:

definir una pluralidad de vóxeles poliédricos, correspondiendo cada vóxel poliédrico a una celda;

almacenar una representación de cada vóxel poliédrico, incluyendo la representación una cadena de caras que presenta una pluralidad de bits, y una cadena de posición que presenta una pluralidad de bits, correspondiendo cada bit de la cadena de caras a una cara del vóxel poliédrico y presentando un valor que indica si la cara va a visualizarse o no; presentando la cadena de posición un valor que indica una posición espacial tridimensional del vóxel poliédrico; y renderizar la representación de cada vóxel poliédrico, presentando la cadena de caras de por lo menos una representación de vóxel poliédrico un bit con un valor que indica que por lo menos se va a visualizar una cara para una celda interna.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la etapa de renderizado de la representación de cada vóxel poliédrico comprende la transformación de cada cara o vóxel que se va a visualizar en una primitiva seleccionada de entre las tres siguientes: un punto, una línea y un polígono.

3. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la representación de cada vóxel poliédrico almacenada en la memoria comprende además un bit que indica si se ha seleccionado el vóxel.

4. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la representación de cada vóxel poliédrico almacenada en la memoria comprende además una cadena normal que indica el sombreado de cada cara que se va a visualizar.

5. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que:

cada vóxel poliédrico se representa en un cubo que presenta seis caras; y cada bit de la cadena de caras presenta un valor que indica si la cara se va a visualizar.

6. Procedimiento según la reivindicación 5, que comprende además:

la etapa de transformación de cada cara que debe ser visualizada en una primitiva, dividiendo cada cara en dos triángulos.

7. Producto de programa informático de codificación en vóxeles de un conjunto de datos de volumen que comprende una multiplicidad de celdas, que comprende un soporte utilizable por un ordenador que contiene:

unos medios para definir una pluralidad de vóxeles poliédricos, correspondiendo cada vóxel poliédrico a una celda;

unos medios para almacenar una representación de cada vóxel poliédrico, comprendiendo la representación una cadena de caras que presenta una pluralidad de bits y una cadena de posición que presenta una pluralidad de bits, correspondiendo cada bit de la cadena de caras a una cara del vóxel poliédrico y presentando un valor que indica si la cara se va a visualizar o no; presentando la cadena de posición un valor que indica una posición espacial tridimensional del vóxel poliédrico; y unos medios para renderizar la representación de cada vóxel poliédrico, presentando la cadena de caras para por lo menos una representación de vóxel poliédrico un bit con un valor que indica que por lo menos se va a visualizar una cara para una celda interna.

8. Producto de programa informático según la reivindicación 7, en el que los medios para renderizar la representación de cada vóxel poliédrico comprenden unos medios para transformar cada cara que se va a visualizar en una primitiva seleccionada de entre las tres siguientes: un punto, una línea y un polígono.

9. Producto de programa informático según la reivindicación 7, en el que la representación de cada vóxel poliédrico almacenada en la memoria del ordenador incluye además un bit que indica si se ha seleccionado el vóxel.

10. Producto de programa informático según la reivindicación 7, en el que la representación de cada vóxel poliédrico almacenada en la memoria del ordenador comprende además una cadena normal que presenta un valor que indica el sombreado de cada cara que se va a visualizar.

11. Producto de programa informático según la reivindicación 7, en el que cada vóxel poliédrico se representa como

un cubo que presenta seis caras; y cada bit de la cadena de caras presenta un valor que indica si la cara se va a visualizar.

12. Producto de programa informático según la reivindicación 11, que comprende además unos medios para transformar cada cara que se va a visualizar en una primitiva, dividiendo cada cara en dos triángulos.