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CUDA Volume Rendering[Part1:简介]

  【IT168 文档】Volume Render 是 CUDA 2.0 Beta 版新加入的一個範例,主要是直接透過 3D Texture 來做 Volume 的 Ray marching。

  而由於傳統的電腦圖學都是以多邊形的方式來建構、繪製 3D 場景;這點和呈現 Volume 所需要的技術是不同的!所以 Volume Rendering 沒辦法直接使用傳統的電腦圖學方法來呈現。

  而一般來說,常見的 Volume Rendering 有兩種概念:第一種是將 Volume data 建立出多邊形的資料,然後再用這些資料還繪圖;第二種則是直接拿整個 Volume 資料去畫,這種方法一般叫做 Direct Volume Render。

  在 Direct Volume Rendering 又有數種不同的技術,下面列舉常見的兩種:

  Ray casting

ray

  由觀測點(eye)往 volume 看,每一條「視線」,都根據某個固定的間距在 Volume 中取樣,然後依此累算出這條視線最後會呈現的顏色。實際上,每一條線會對應到最後呈現的圖上的一個點;所以最後要呈現的解析度要多高,就得做幾次這樣的運算。

  Slice base

slice

  根據和視線的垂直方向,把 Vloume data 重新取樣,產生出多張和視線垂直的 slice;接著再由後而前,依序把這些 Slice 用傳統的多邊形方法來繪製。

  而在 CUDA 2.0 的 SDK 中所提供的 Volume Rendering 範例(專案名稱就是 volumeRender,檔案在 C:\Program Files\NVIDIA Corporation\NVIDIA CUDA SDK\projects\volumeRender),就是 ray casting 的方法;不過,他藉由 CUDA 這套 SDK,可以發揮 nVidia GPU 的大量平行化的好處,來做 GPU 的 ray casting。

  程式的基本概念,是把 Volume 的資料讀到電腦的主記憶體後,當成 3D Texture 來 bind 到 device memory 中,然後再透過 CUDA kernel 來透過存取 3D texture,進行 ray casting 的計算。而運算的結果,會直接當成 OpenGL 的 Buffer Object,直接畫出來;如此也避免了必須要先把結果由 device memory 複製回 host memory,再送到 OpenGL render 的傳輸時間。

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