Isosurface - Isosurface

Uma isosuperfície é um análogo tridimensional de uma isolina . É uma superfície que representa pontos de um valor constante (por exemplo, pressão, temperatura, velocidade, densidade) dentro de um volume de espaço; em outras palavras, é um conjunto de níveis de uma função contínua cujo domínio é o espaço 3D.

Isosurface às vezes é usado de forma mais genérica em relação a domínios de mais de 3 dimensões.

Isosuperfície de vorticidade acompanhada de uma lâmina de hélice. Observe que esta é uma isosuperfície plotada com uma fatia mapeada em cores.

Formulários

Isosurfaces são normalmente exibidos usando gráficos de computador e são usados ​​como métodos de visualização de dados em dinâmica de fluidos computacional (CFD), permitindo que os engenheiros estudem características de um fluxo de fluido (gás ou líquido) em torno de objetos, como asas de aeronaves . Uma isosuperfície pode representar uma onda de choque individual em vôo supersônico , ou várias isosuperfícies podem ser geradas mostrando uma sequência de valores de pressão no ar fluindo em torno de uma asa. As isosuperfícies tendem a ser uma forma popular de visualização para conjuntos de dados de volume, uma vez que podem ser renderizados por um modelo poligonal simples, que pode ser desenhado na tela muito rapidamente.

Em imagens médicas , as isosuperfícies podem ser usadas para representar regiões de uma densidade particular em uma tomografia computadorizada tridimensional , permitindo a visualização de órgãos internos , ossos ou outras estruturas.

Muitas outras disciplinas que estão interessadas em dados tridimensionais costumam usar isosuperfícies para obter informações sobre farmacologia , química , geofísica e meteorologia .

Algoritmos de implementação

Cubos marchando

O algoritmo de cubos marchando foi publicado pela primeira vez nos procedimentos SIGGRAPH de 1987 por Lorensen e Cline, e cria uma superfície cruzando as bordas de uma grade de volume de dados com o contorno do volume. Onde a superfície intercepta a aresta, o algoritmo cria um vértice. Usando uma tabela de triângulos diferentes dependendo de padrões diferentes de intersecções de arestas, o algoritmo pode criar uma superfície. Este algoritmo possui soluções para implementação tanto na CPU quanto na GPU.

Decisor assintótico

O algoritmo de decisão assintótico foi desenvolvido como uma extensão para cubos marchando , a fim de resolver a possibilidade de ambigüidade nele.

Tetraedro marchando

O algoritmo de tetraedros em marcha foi desenvolvido como uma extensão dos cubos em marcha a fim de resolver uma ambigüidade nesse algoritmo e criar uma superfície de saída de maior qualidade.

Redes de superfície

O algoritmo Surface Nets coloca um vértice de interseção no meio de um voxel de volume em vez de nas bordas, levando a uma superfície de saída mais suave.

Contorno duplo

O algoritmo de contorno duplo foi publicado pela primeira vez nos procedimentos SIGGRAPH de 2002 por Ju e Losasso, desenvolvido como uma extensão para redes de superfície e cubos de marcha . Ele retém um vértice duplo dentro do voxel, mas não mais no centro. O contorno duplo alavanca a posição e normal de onde a superfície cruza as bordas de um voxel para interpolar a posição do vértice duplo dentro do voxel . Isso tem a vantagem de reter superfícies afiadas ou lisas onde as redes de superfície costumam parecer em blocos ou com chanfros incorretos. O contorno duplo geralmente usa a geração de superfície que aproveita os oitavos como uma otimização para adaptar o número de triângulos na saída à complexidade da superfície.

Manifold dual contouring

O contorno duplo do manifold inclui uma análise da vizinhança da octree para manter a continuidade da superfície do manifold

Exemplos

Exemplos de isosuperfícies são ' Metaballs ' ou 'blobby objects' usados ​​na visualização 3D. Uma maneira mais geral de construir uma isosuperfície é usar a representação da função .

Veja também

Referências

links externos