6.3 Volumsdarstellung

Dichteverteilungen (z.B. Verlustleistungsdichte, Stromdichte, Konzentrationen) im Inneren eines Körpers können mittels der Volumsdarstellung (Volume-Rendering) visualisiert werden. Ähnlich wie bei einem Röntgenbild wird bei diesem Verfahren die Intensität eines durch den Körper tretenden Lichtstrahls entsprechend der Dichte des Materials abgeschwächt. Die darzustellende Größe wird dazu in einen Koeffizienten für die Lichtdurchlässigkeit umgewandelt. Zusätzlich kann auch eine Farbskala verwendet werden, um die Dichtewerte besser unterscheiden zu können.

Ein Beispiel der Volumsdarstellung ist in Abb. 6.5 gegeben. Es handelt sich hierbei um zwei durch ein Via verbundene stromdurchflossene Leitungen (aus Gründen der Symmetrie wurde nur die halbe Struktur simuliert). Blaue, eher durchscheinende Gebiete repräsentieren Bereiche geringer Stromdichte, dunkelrot bis dunkelgraue Stellen kennzeichnen hohe Stromdichten.

Abbildung 6.5: Volumsdarstellung des Absolutbetrages der Stromdichte in einem Via.

Besonders gut kann man die dreidimensionale Verteilung erkennen, wenn während der Volumsdarstellung das Objekt gedreht wird. Nachteilig wirkt sich der höhere Rechenaufwand aus. Bewegte Darstellungen sehr komplexer Objekte lassen sich deshalb nur mehr bei geringer Auflösung ruckfrei darstellen.

Es gibt drei verschiedene Verfahren zu Volumsdarstellung:

1. Für jedes Pixel wird ein Strahl normal auf die Bildebene (bzw. entsprechend dem verwendeten Projektionsverfahren) gerichtet, mit dem die Dichte des Körpers in regelmäßigen Abständen abgetastet und aufsummiert wird (Raycasting).
2. Man legt durch das Objekt in regelmäßigen Abständen Ebenen, die annähernd parallel zur Bildebene sind und ermittelt den Farb- und Transparenzwert der Punkte der Ebenen durch Interpolation auf dem Objekt. Da die Darstellung durchscheinender Polygone üblicherweise durch geeignete Grafik-Hardware beschleunigt wird, lassen sich damit bewegte Objekte effizient visualisieren. Rotiert man das Objekt jedoch so weit, dass die Ebenen nicht mehr annähernd parallel zur Bildebene sind, müssen neue Ebenen gewählt und erneut interpoliert werden.
3. Die Volumsdarstellung kann durch eine Reihe semitransparenter Isoflächen angenähert werden.

Die Volumsdarstellung wurde hauptsächlich im Bereich der medizinischen Visualisierung verwendet, deshalb sind auch die meisten Implementierungen auf die dort übliche Voxeldarstellung beschränkt. Eine Erweiterung auf unstrukturierte Gitter ist jedoch ohne weiteres möglich (z.B. durch Interpolation).