Splatting-抛雪球法_体素能否做splatting

Splatting-抛雪球法

抛雪球算法的英文名称为Splatting方法，也称为足迹法（Footprint），它与光线投射法不同，是反复对体素的投影叠加效果进行运算。它用一个称为足迹的函数计算每一体素投影的影响范围，用高斯函数定义点或者小区域像素的强度分布，从而计算出其对图像的总体贡献，并加以合成，形成最后的图像。由于这个方法模仿了雪球被抛到墙壁上所留下的一个扩散状痕迹的现象，因而取名为“抛雪球法”。

抛雪球法的最初工作是由Westover 提出的，它是一种以物体空间为序的直接体绘制算法。该方法把数据场中每个体素看作一个能量源,当每个体素投向图像平面时,用以体素的投影点为中心的重建核将体素的能量扩散到图像像素上。

这种方法之所以叫溅射是因为把能量由中心向四周逐渐扩散的状态形象地比喻为溅射的雪,就好像把一个雪球(体素) 扔到一个玻璃盘子上,雪球散开以后,在撞击中心的雪量(对图像的贡献) 最大,而随着离撞击中心距离的增加,雪量(贡献) 减少。

特点

除具有一般直接体绘制技术的特点之外,抛雪球法还具有以下特点:
(1) 速度快 与光线投射法相比,抛雪球法的主要优点是速度较快。在光线投射中,要对沿光线的每个样本点(设共有k 个样本点) 进行重建,在每个样本点,要用k3 卷积过滤。平均来讲,即使n3 个体素的每一个只采样一次,光线投射至少有k3n3的时间复杂度。另一方面,在抛雪球法中,卷积被预计算,并且每个体素被准确溅射一次,每个抛雪球要求k2 次合成操作,所以,可望最多k2n3 的时间复杂度。这就使抛雪球法具有一个特有的速度优势。
(2) 图像质量不如光线投射 当然,人们可以使用较大的重建核来改进抛雪球法精度。
(3) 色彩扩散基本的抛雪球算法按从后向前次序合成溅射时,不能精确地确定隐藏的背景物体的可见性,这样,隐藏的背景物体的色彩可能会扩散到结果图像上。
(4) 渐近细化 因为抛雪球法严格地按由前向后或由后向前的次序产生图像,通过观察图像的逐步生成过程就能看到数据场的内部信息,这一点从图像空间为序的技术中是得不到的。特别地,按由后向前的次序,可以看到后面最终被隐藏起来的物体结构。
(5) 效率问题 因为原始抛雪球法按某种次序遍历全部体素,计算成本与数据场的规模呈线性变化,与其内容无关。通常,只有数据场的一小部分包含着要绘制的物体,如典型的CT或MRI 数据中大部分包含着空气,空气很少被绘制。因此,通过只抛雪球溅射与要绘制物体相对应的那些体素,从而使计算时间得到节省,这是完全有可能的。据报道,数据场中70 %～90 %是不感兴趣的体素,这种情况并不少见。