Isosurface - Isosurface

Une isosurface est un analogue tridimensionnel d'une isoligne . C'est une surface qui représente des points d'une valeur constante (par exemple, pression, température, vitesse, densité) dans un volume d'espace ; en d'autres termes, c'est un level set d'une fonction continue dont le domaine est l'espace 3D.

Isosurface est parfois utilisé de manière plus générique pour des domaines de plus de 3 dimensions.

Isosurface de vorticité traînée d'une pale d'hélice. Notez qu'il s'agit d'une isosurface tracée avec une tranche de couleur.

Applications

Les isosurfaces sont normalement affichées à l'aide d'infographies et sont utilisées comme méthodes de visualisation de données en dynamique des fluides numérique (CFD), permettant aux ingénieurs d'étudier les caractéristiques d'un écoulement de fluide (gaz ou liquide) autour d'objets, tels que des ailes d' avion . Une isosurface peut représenter une onde de choc individuelle en vol supersonique , ou plusieurs isosurfaces peuvent être générées montrant une séquence de valeurs de pression dans l'air circulant autour d'une aile. Les isosurfaces ont tendance à être une forme de visualisation populaire pour les jeux de données de volume, car elles peuvent être rendues par un simple modèle polygonal, qui peut être dessiné à l'écran très rapidement.

En imagerie médicale , les isosurfaces peuvent être utilisées pour représenter des régions d'une densité particulière dans une tomodensitométrie tridimensionnelle , permettant la visualisation d' organes internes , d' os ou d'autres structures.

De nombreuses autres disciplines qui s'intéressent aux données tridimensionnelles utilisent souvent des isosurfaces pour obtenir des informations sur la pharmacologie , la chimie , la géophysique et la météorologie .

Algorithmes de mise en œuvre

Cubes de marche

L' algorithme des cubes en marche a été publié pour la première fois dans les actes SIGGRAPH de 1987 par Lorensen et Cline, et il crée une surface en coupant les bords d'une grille de volume de données avec le contour du volume. Là où la surface coupe le bord, l'algorithme crée un sommet. En utilisant une table de différents triangles en fonction de différents modèles d'intersections de bords, l'algorithme peut créer une surface. Cet algorithme a des solutions pour la mise en œuvre à la fois sur le CPU et sur le GPU.

Décideur asymptotique

L' algorithme du décideur asymptotique a été développé comme une extension des cubes en marche afin de résoudre la possibilité d'ambiguïté dans celui-ci.

Tétraèdres en marche

L' algorithme des tétraèdres de marche a été développé comme une extension des cubes de marche afin de résoudre une ambiguïté dans cet algorithme et de créer une surface de sortie de meilleure qualité.

Filets de surface

L'algorithme Surface Nets place un sommet d'intersection au milieu d'un voxel de volume plutôt qu'aux bords, ce qui conduit à une surface de sortie plus lisse.

Double contour

L' algorithme de contour double a été publié pour la première fois dans les actes SIGGRAPH de 2002 par Ju et Losasso, développé comme une extension à la fois des filets de surface et des cubes de marche . Il conserve un double sommet à l'intérieur du voxel mais plus au centre. Le double contour utilise la position et la normale de l'endroit où la surface croise les bords d'un voxel pour interpoler la position du double sommet dans le voxel . Cela a l'avantage de conserver les surfaces tranchantes ou lisses où les filets de surface semblent souvent en blocs ou mal biseautés. Le double contour utilise souvent la génération de surface qui exploite les octrees comme optimisation pour adapter le nombre de triangles en sortie à la complexité de la surface.

Manifold double contour

Le double contour du collecteur comprend une analyse du voisinage de l'octree pour maintenir la continuité de la surface du collecteur

Exemples

Des exemples d'isosurfaces sont les « Metaballs » ou « objets blobby » utilisés dans la visualisation 3D. Une manière plus générale de construire une isosurface consiste à utiliser la représentation de fonction .

Voir également

Les références

Liens externes