# 直接体渲染

**Repository Path**: lzw_code/direct-volume-rendering

## Basic Information

- **Project Name**: 直接体渲染
- **Description**: 使用opengl编写的体渲染，使用光线投射法。
- **Primary Language**: C++
- **License**: Not specified
- **Default Branch**: master
- **Homepage**: None
- **GVP Project**: No

## Statistics

- **Stars**: 0
- **Forks**: 0
- **Created**: 2024-03-07
- **Last Updated**: 2024-08-30

## Categories & Tags

**Categories**: Uncategorized

**Tags**: None

## README

# 直接体渲染

## 介绍

本程序使用OpenGL编写，使用光线投射法进行直接体渲染。

一共包含五个项目：

* VolumeRender：普通体渲染
* VolumeRender-Accelerate：体渲染加速
* ColorTransferFunction：颜色转移函数的读写
* DataStatistic：图象数据的统计
* DicomToRaw：DICOM数据转化

### VolumeRender

实现了最基本的体渲染效果（无加速），下面展示了4种体渲染效果：

* **标准体渲染效果图**

<center class = "half">
    <img src="asset/images/standard_01.bmp" width=350 />
    <img src="asset/images/standard_02.bmp" width=350 />
</center>

* **带光照的体渲染效果图**

<center class = "half">
    <img src="asset/images/light_01.bmp" width=350 />
    <img src="asset/images/light_02.bmp" width=350 />
    <img src="asset/images/light_03.bmp" width=350 />
</center>

* **等值面渲染图**

<center class = "half">
    <img src="asset/images/iso_01.bmp" width=350 />
    <img src="asset/images/iso_02.bmp" width=350 />
    <img src="asset/images/iso_03.bmp" width=350 />
</center>

* **最大密度投影效果图**

<center class = "half">
    <img src="asset/images/MIP_01.bmp" width=350 />
    <img src="asset/images/MIP_02.bmp" width=350 />
    <img src="asset/images/MIP_03.bmp" width=350 />
</center>

允许漫游，键盘WASDQE和鼠标左键控制移动与转向。

用到的第三方库：glfw3、glew、glm、glad

### VolumeRender-Accelerate

在VolumeRender的基础上，实现了加速功能，主要有三种加速方法：

* Block ESS
* Chebyshev Distance ESS
* Multi-Resolution Chebyshev Distance ESS

扩展性更好，能通过读取nhdr文件，来导入不同的raw体数据。

引入了imgui，允许更好的测试不同参数对体渲染效果与渲染帧率的影响。

用到的第三方库：glfw3、glew、glm、glad、imgui

### ColorTransferFunction

用于颜色转移函数二进制文件的读写与可视化

命令行用法：```ColorTransferFunction {mode} {file1} [file2]```

| mode | 说明              | 用法示例                               |
| ---- | ----------------- | -------------------------------------- |
| 0    | 预览二进制dat文件 | ColorTransferFunction 0 lzw.dat        |
| 1    | 预览txt文件       | ColorTransferFunction 1 lzw.txt        |
| 2    | dat文件转txt文件  | ColorTransferFunction 2 lzw.dat fx.txt |
| 3    | txt文件转dat文件  | ColorTransferFunction 3 fx.txt lzw.dat |

如果想要自定义一个颜色转移函数，并保存到dat文件中，需要进行以下步骤：

1. 创建文本文件custom.txt

2. 编辑custom.txt，格式说明：

   * 第一行：节点数量 最小密度值 最大密度值

   * 第二行及以后：密度值 红通道 蓝通道 绿通道 透明度通道

     *默认的密度值范围：[-1000, 4360]，颜色通道范围：[0, 255]，透明度通道范围：[0,1]*

3. 执行```ColorTransferFunction 3 custom.txt custom.dat```，生成dat文件

### DataStatistic

统计两张图片之间的差异，会输出指标：PSNR和SSIM

命令行用法：```DataStatistics {file1} {file2} [width] [height] ```

最后两个参数表示：不是比较两张图片的全部，而是居中裁剪成width*height后，再进行比较

用到的第三方库：opencv

### DicomToRaw

将DICOM序列转化为二进制raw文件和说明mhd文件

命令行用法：```DicomToRaw {DICOM Directory} {Output RAW File} {Output MHD File}```

用到的第三方库：itk

## 使用方法

1. 克隆代码

2. 下载项目会用到的[资源](https://gitee.com/lzw_code/direct-volume-rendering/releases/download/v1.5.0/asset.rar)

3. 解压asset.rar，将其中的文件拷贝到项目的asset文件夹内

4. 打开CMake

5. 指定源码路径与构建路径

6. 点击Configure

7. 指定vcpkg的工具链文件

   * 确保已安装vcpkg，若未安装参考：[vcpkg安装和使用——windows篇_vcpkg安装教程-CSDN博客](https://blog.csdn.net/qq625924821/article/details/135490808)

   * CMake会自动检测VCPKG_ROOT环境变量
     * VCPKG_ROOT不存在时，需要手动指定DEFAULT_TOOLCHAIN_FILE的路径，值为<path_to_vcpkg>/scripts/buildsystems/vcpkg.cmake
     * VCPKG_ROOT存在时，会自动为DEFAULT_TOOLCHAIN_FILE赋值

8. 使用vcpkg安装相应的包

   生成VolumeRender或VolumeRender-Accelerate时，安装：

   ```vb
   vcpkg install glad
   vcpkg install glew
   vcpkg install glfw3
   vcpkg install glm
   ```

   生成DataStatistic时，安装：

   ```
   vcpkg install opencv
   ```

   生成DicomToRaw时，安装：

   ```
   vcpkg install itk
   ```

   生成ColorTransferFunction时，无需安装

9. 选择要编译的项目
   * ENABLE_VOLUMERENDER_ACCELERATE：默认开启，体渲染加速项目
   * ENABLE_VOLUMERENDER：默认关闭，体渲染未加速项目
   * ENABLE_DATASTATISTICS：默认关闭，数据统计项目
   * ENABLE_COLORTRANSFERFUCNTION：默认关闭，颜色转移函数项目
   * ENABLE_DICOMTORAW：默认关闭，DICOM格式转换项目

10. 点击Configure

11. 点击Generate

12. 点击Open Project

13. 右击ALL_BUILD，生成

14. 将VolumeRender-Accelerate设为启动项目

15. 按F5进行调试

## 资源链接

* [体数据](https://klacansky.com/open-scivis-datasets/)
* [Accelerated Volume Rendering with Chebyshev Distance Maps](https://dl.acm.org/doi/10.1145/3355088.3365164)
* [Efficient ray casting of volumetric images using distance maps for empty space skipping](https://link.springer.com/article/10.1007/s41095-019-0155-y)