「ボリュームレンダリング」を編集中

'''ボリュームレンダリング'''（[[英語]]：volume rendering）とは、3次元の[[ピクセル]]の集まり（[[ボクセル]]という）から強引に3次元映像を作り出す力技のことである。

==概要==
ボリュームレンダリングは主に[[放射線]]の吸収量を[[コンピューターグラフィックス]]として表現する[[医用画像]]や[[非破壊検査]]などの領域で使用されている手法である。ボリュームレンダリングでは[[モデル]]の表面だけの[[ポリゴン]]と異なり、[[モデル]]の中身まで描き出すことができる。大雑把に言えば[[マインクラフト]]で「何か」を作り上げたような感じである。

[[コンピューター]]および[[グラフィックボード]]の高性能化により、[[ゲーム]]などの[[ポリゴン]]主体の[[3D]]においても、雲の表現などの古くから[[ビルボード]]という手抜き手法が使われていた部分を高画質化する手法として採用され始めている。

== アルゴリズム ==
ボリュームレンダリングといっても様々な手法があるが、現在ではほぼレイキャスティングを用いたもの一色となっている。

* [[バイナリ空間分割]]
* [[マーチングキューブ法]]
* [[レイキャスティング]]

== レイキャスティング ==
ボリュームレンダリングで主流となっているレイキャスティングは「[[ボクセル]]」と呼ばれる[[3次元]]の[[ビットマップ]]のような[[データ]]（[[配列]]）から2次元描画用の[[データ]]を抽出する処理をいう。

この[[レイキャスティング]]で得られた[[データ]]（[[配列]]）をもとに、[[最大値]]や[[最小値]]、[[平均値]]、[[中央値]]、単純に[[加算]]などの様々な方法により加工することで最終的な映像（１つの[[ピクセル]]）を取得する。

なお、レイキャスティングで得た値を加工せず、即座に[[ピクセル]]に変換する手法が一般的であるため、ボリュームレンダリングとレイキャスティングを同一として語られることも多い。

=== 並列処理 ===
ボリュームレンダリングではアプリの表示領域の[[ピクセル]]単位で[[レイキャスティング]]を行う。たとえば縦512x横512の解像度の画像を生成しようと思った場合、「512x512=262144回」のレイキャスティングを行うことになる。ちなみに「より高画質に」という要望の場合には目的の解像度の2倍から16倍程度の解像度の画像を一旦生成し、目的の解像度に縮小するという手法が用いられる。 いわゆる「[[MSAA]]」だね。

話は逸れたが「512x512=262144回」は凄い数だ。

ただこの処理は一方的なデータの「取得」である。データの「変更」は伴わない。出力先の画像も1ピクセル毎に処理しているので同じメモリ番地に重複して書き込まれることもない。つまり排他制御も何も考えずに並列化できる。

昨今のマルチコアな[[CPU]]が簡単に活かせる。また、[[GPU]]に搭載される[[ピクセルシェーダー]]（[[宗教上の理由]]により[[OpenGL]]の世界では[[フラグメントシェーダー]]と呼ばれる）とも非常に相性がよく、近年の壮大な[[GPU]]ではそこそこ高速に処理できる。なお、GPUで処理する方法は後述のメモリ消費量が問題になることが多いので注意すること。一般的に[[メインメモリ]]と異なり[[VRAM]]は[[仮想メモリ]]をサポートしない。

=== メモリ消費量 ===
ボリュームレンダリングでは3次元の点の集まりである[[ボクセル]]を扱う関係上、非常に多くの[[メモリ]]を必要とする。

:メモリ消費量
:*512 * 512 * 512 * 2バイト = 256MB
:*1024 * 1024 * 1024 * 2バイト = 2GB

上記は単純に[[ボクセル]]を保持するために必要な最低限のメモリ容量であり、実際にはここから計算した値を確保しておくための[[メモリ]]なども必要になる。このような巨大な[[データ]]は[[メインメモリ]]から[[VRAM]]への転送なども大きな負担となる。

[[ゲーム]]などに最適化された[[グラフィックボード]]は[[VRAM]]上に一度[[データ]]を転送したらシーンが変わるまで使い回す前提となっていることが多いため、[[メインメモリ]]と[[VRAM]]の間で大量の転送を行うような用途では[[シェーダー]]が遊んでしまうのである。

このためボリュームレンダリングでは[[シェーダー]]の性能よりも[[メモリ]]の容量や速度が[[ボトルネック]]となることが多く、安物の[[オンボードGPU]]では厳しかったりする。なお、[[オンボードGPU]]でも[[PlayStation 4]]のように[[GDDR5]]と[[hUMA]]のような技術を組み合わせればボリュームレンダリングも大きく前進する可能性がある。

==関連項目==

*[[ポリゴン]]
*[[医用画像]]
*[[非破壊検査]]

==参考文献==
{{reflist}}

{{stub}}
[[カテゴリ:画像処理]]