Detail předmětu

Biomedical Data Visualization

FEKT-MPA-VIZAk. rok: 2024/2025

Předmět je orientován na získání znalostí z oboru počítačové grafiky aplikované na biomedicínská data. Jde převážně o metody vizualizace 3D obrazových dat získaných pomocí zobrazovacích systémů magnetické rezonance CT tomografie, PET a SPECT. Jedná se o využití metod OpenGL pro vykreslování základních geometrických primitiv a tvorbu 3D scén. Dále jsou náplní předmětu metody vizualizace vícerozměrných dat.

Jazyk výuky

angličtina

Počet kreditů

6

Garant předmětu

Ing. Vratislav Harabiš, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav biomedicínského inženýrství (UBMI)

Vstupní znalosti

Jsou požadovány znalosti programování a algoritmizace na úrovni bakalářského studia. Znalost a schopnost praktického použití cyklů for, while, struktur if, switch-case, základních datových typů proměnných, a znalosti základních metod pro zpracování digitálních obrazů.

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

Až 30 bodů za cvičení (test a projekt)
Až 70 bodů za zkoušku (písemná)
Zkouška je zaměřená na orientaci v principech využívaných v počítačové grafice, metody pro vykreslování grafiky pomocí OpenGL, přístupy pro nastavení scény.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.

Učební cíle

Získání náhledu na reprezentaci jednoduchých geometrických objektů s jejich využitím pro popis reálných objektů v lékařském zobrazování. Zvládnutí metod vizualizace biomedicínských dat.
Absolvent předmětu je schopen:
- Popsat barevné prostory v počítačové grafice
- Popsat základní principy komprese digitálních obrazů
- Popsat principy vytváření 3D scény
- Vytvářet základní grafická primitiva v OpenGL
- Vysvětlit model světel 3D scény
- Popsat metody pro vytváření 3D obrazů z objemových dat (CT, MRI)
- Upravovat nastavení vykreslování scény v OpenGL

Základní literatura

UDUPA, J. K., HERMAN, G. T.: 3D imaging in medicine (2nd edition). CRC Press, 1991, ISBN:0-8493-4294-5 (EN)
ŽÁRA, J., BENEŠ, B., SOCHOR, J., FELKEL, P: Moderní počítačová grafika (2. vydání). Computer Press, 2005, ISBN 80-251-0454-0. (CS)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program MPA-BTB magisterský navazující 2 ročník, zimní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Ing. Vratislav Harabiš, Ph.D.

Osnova

1. Úvod do vizualizace biomedicínských dat. Klasifikace metod vizualizace, Příklady využití vizualizace v lékařských aplikacích.
2. Reprezentace základních 2D objektů: lomené čáry, kružnice, elipsy, interpolační a aproximační křivky, oblasti
3. Reprezentace povrchu 3D objektů I: polygonální reprezentace, parametrické plochy (Beziérovy plochy, B-spline plochy).
4. Reprezentace povrchu 3D objektů II: sada obrysů v rovnoběžných řezech, implicitní plochy.
5. Reprezentace 3D objektů: hraniční reprezentace těles, šablonování, oktalové stromy, konstruktivní geometrie těles.
6. Převod 3D obrazových dat na povrchovou reprezentaci: metody marching cubes, marching tetrahedra, dividing cubes.
7. Základy prostorového zobrazování 3D dat: rovnoběžné a středové promítání, pohledové transformace, teorie světla.
8. Osvětlovací modely v povrchové reprezentaci objektů: difúzní a zrcadlové složky odraženého světla, fyzikálně založené a empirické modely.
9. Osvětlovací modely v objemové reprezentaci objektů: metody vrhání paprsku, formulace jevů pohlcování, rozptylu a odrazu světla na různých úrovních zjednodušení.
10. Zdroje světla a stínování: bodové a plošné zdroje, zdroje rovnoběžného světla, zdroj typu reflektor a obloha; stínování konstantní, Gouraudovo a Phongovo.
11. Virtuální realita: generování stereoskopických pohledů, popis jazyka VRML pro modelování virtuální reality.
12. Metody zobrazování vícerozměrných dat: vizualizace pro klasifikaci na základě příznakového popisu.
13. Technické prostředky pro vizualizaci: hardwarové prostředky pro akceleraci grafických výpočtů, technologie displejů a 3D vizualizačních systémů.

Cvičení na počítači

39 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Vratislav Harabiš, Ph.D.

Osnova

1. Úvod do počítačových laboratoří. Seznámení se s jazykem C++ a prostředím Visual Studia
2. Úvod do knihoven OpenGL a SFML, jejich propojení do programu a tvorba grafického primitiva.
3. Vykreslení základních grafických primitiv a úprava jejich vlastností.
4. Obsluha přerušení klávesnice a myši, kresba pokročilejčích grafických objektů.
5. Bézierovy křivky a plochy, použití evaluátorů.
6. Praktický test 1.
7. Vstup a výstup programu, načítání a zápis souborů.
8. Vykreslení 3D objektů, implementace akcí myši pro změnu perspektivy a textury.
9. Normálové vektory a implementace osvětlení ploch.
10. Načítání a zobrazování objektů z PLY souborů, implementace osvětlení.
11. Osvětlení pomocí více světel.
12. Zobrazování objemových dat (Maximum intensity projection, average intensity projection).
13. Praktický test 2.