가상 내시경에서의 고속 볼륨 렌더링 알고리즘

Abstract

본 논문은 가상 내시경에서 ray casting 을 이용한 고속 볼륨 렌더링을 위한 알고리즘에 대한 것이다. 알고리즘은 두 단계로 되어 있는데 sub-sampled ray 들에 대한 렌더링을 수행하고, ray가 실제 렌더링에 참여하는 sample 을 처음 만난 위치인 깊이 정보를 깊이 버퍼에 저장하는 단계와 저장한 깊이 정보를 이용하여 나머지 ray 들에 대한 깊이를 예측하고 이를 이용하여 깊이 정보만큼 이동한 상태에서 sampling 을 시작하여 렌더링 속도를 빠르게 하는 단계이다. 깊이 정보는 계층적인 block 의 skip 정보를 이용하여 빠르고 정확하게 얻을 수 있다. 깊이 정보는 카메라로부터 거리에 따라 voxel-wise 깊이나 block-wise 깊이로 구분된다. voxel-wise 깊이는 실제 깊이와 같은 정보를 주기 때문에 속도를 빠르게 하는데 결정적인데 sub-sampling factor를 사용하는 것이 렌더링 속도를 빠르게 하는데 결정적인데 sub-sampling factor가 너무 크면 정확한 깊이 정보를 얻을 수 있는 거리가 짧아지므로 적절한 선택이 요구된다. 이러한 선택에는 렌더링 하고자 하는 관의 직경이나 굴곡 등의 특성을 고려하는 것이 중요한데 bronchus 같이 비교적 직경이 크고 굴곡이 적은 관은 실제 깊이가 큰 값을 갖기 때문에 적절한 sub-sampling factor의 선택이 더욱 중요하다. Colon 이나 angio 같이 굴곡이 많거나 직경이 작은 관은 실제 깊이가 크지 않기 때문에 sub-sampling factor를 좀더 크게 하면 더 큰 속도 향상을 기대 할 수 있다. 기존의 brute-force 방법이나 distance transform을 이용한 방법이 실제 내시경에서 사용되는 굴곡이 많고 직경이 작은 관에서 속도 향상을 거의 주지 못하는 반면 제안한 알고리즘은 카메라로부터 관 벽사이에 존재하는 빈 공간을 skip 하는데 효율적이고 기존의 방법보다 빠른 속도 향상을 가져다 주므로 interactive 한 렌더링을 가능하게 한다. 그리고 제안한 알고리즘은 렌더링 영상에 손실을 가하지 않는 무손실 소프트웨어 접근 방법으로 기존의 다른 고속 알고리즘들에 비해 많이 시간이 소모되는 전처리 단계가 없고, 메모리 사용량이 훨씬 적으면서도 빠른 속도를 보여 볼륨 렌더링을 이용한 가상 내시경에 적합하다.