Voxels

Mange stablede vokser.
Bare en er uthevet.

Voxel (sammensatt av det engelske volumet vox og el fra elementer ) beskriver et rutenettpunkt ("image" point, data element) i et tredimensjonalt rutenett i datagrafikk . Dette tilsvarer en piksel i et 2D-bilde, en rastergrafikk . Som med piksler lagres posisjonen vanligvis ikke eksplisitt med voxels, men implisitt avledet fra posisjonen til andre voxels. Derimot lagres posisjonene til hjørnekoordinatene for punkter eller polygoner . En direkte konsekvens av denne forskjellen er at polygoner kan brukes til å effektivt representere en 3D-struktur med mye tomt eller homogent fylt rom. Voxels, derimot, er flinke til å representere et like langt utvalgte rom som ikke er homogent fylt.

beskrivelse

Voxel betyr to ting:

Illustrasjonsillustrasjon av et voxel-rutenett. Hver voxel inneholder en fargeverdi, vist her ved den forskjellige grå fargen på kulene.

Romlig datasett

I tilfelle et romlig datasett som er tilgjengelig i en diskretisert form i kartesiske koordinater , betegner voxel den diskrete verdien ved en XYZ-koordinat for datasettet. Denne definisjonen er den tredimensjonale ekvivalenten til en piksel , så en voxel har ingen spesiell form. Man snakker her om isotrop voxel eller "volumpiksel". Dataene i voxel-rutenettene er ofte fargeverdier som bestemmes ved hjelp av volumgrafikk for visualisering . Denne formen for datarepresentasjon brukes hovedsakelig i medisinsk bildebehandling , hvor de diskrete verdiene kan forstås som tetthet ( bein , fettvev ) og visualiseres deretter.

Det er spesialiserte algoritmer for å representere disse voxelene. Den Marching kuber algoritme kan konvertering av voxel-data i polygoner. Dette krever imidlertid en terskelverdi fordi polygonene vanligvis ikke er gjennomsiktige. En annen metode er direkte gjengivelse av voxel-dataene. Dette kan gjøres med strålesending ved å kaste en stråle gjennom voxel-rutenettet og beregne fargeverdiene. Det kanselleres hvis opasitet er nådd.

Strålesporing

I andre tilfeller beskriver en voxel en kuboidcelle i en regelmessig delt kuboid eller ubegrenset plass. Oftest brukes denne betydningen i visse teknikker for å øke hastigheten på strålesporing . Men siden den ikke tilpasser seg lokale forhold, er denne metoden ikke veldig effektiv. Det er bedre å bruke en akselerasjonsstruktur som kd-treet .

bruk

Voxels brukes ofte i medisin eller for å representere landskap i dataspill og simuleringer. Voxel Terrain brukes i stedet for et høydekart fordi det kan representere overheng, huler, buer og andre 3D-funksjoner i et landskap. Disse konkave egenskapene kan ikke representeres med et høydefelt fordi det bare lagrer det øverste nivået av landskapet, og alt under antas å være fylt.

Dataspill

Voxel-baserte dataspill inkluderer:

Voxel-basert gjengivelse

Spill der individuelle objekter eller hele spillverdenen blir gjengitt som voxels.

Voxel objekter innenfor isometriske verdener

Isometriske spill der gjenstander består av voxels.

Voxel som grafisk stil

Spill som bruker voxels som grafisk stil, men bruker polygoner for å representere dem.

Heightmap raycasting

For å minimere den høye bruken av lagringsplass og CPU-ytelse til komplette voxel-verdener og dermed muliggjøre en tredimensjonal representasjon av miljøer ved kjøretid, forenklet utviklere gjengivelsesalgoritmene basert på strålesporing i en slik grad at bare et høydefelt vises . På grunn av den klart reduserbare databehandlingen var det mulig å representere tredimensjonale omgivelser i sanntid, og bare lagringsplass var nødvendig for todimensjonale kart med høyde- og fargeinformasjon. Selv om dette faktisk ikke tilsvarer voxels, ble det likevel annonsert som en voxel-grafikk av forskjellige produsenter. Representasjon av overhengende strukturer er ikke mulig på denne måten. Objekter i spillverdenen ble derfor representert med sprites eller polygoner.

  • 1992: Comanche , en helikopterflygesimulering, bruker en tidlig implementering av høydekartstråling
  • 1998: Delta Force , førstepersonsskytter, bruker VoxelSpace- motoren
  • 1999: Outcast , et spill av den belgiske utvikleren Appeal, som gjengir Höhenfeld-terrenget med en såkalt voxel-motor. Objekter i spillverdenen består imidlertid av polygoner.

Lengre

  • 2007: Crysis , bruker en kombinasjon av høydefelt og voxel for terrengsystemet.
  • 2013: Space Engineers bruker en kombinasjon av strukturer basert på voxels og polygoner
  • 2014: Rising World , åpent verdens sandkassespill
  • 2015: Empyrion - Galactic Survival , i likhet med Space Engineers
  • 2016: Dual Universe Sci-Fi MMO. Et univers for alle spillere samtidig. Verdens og spillerbygde konstruksjoner er laget av redigerbare voxels.
  • 2005: C4 Engine , en spillmotor som bruker voxels til å representere terrenget. Det er en voxel-redaktør i nivåeditoren for redigering.

Individuelle bevis

  1. ↑ Voxels i stedet for piksler: Gjeldende metoder for 3D-representasjon. I: computerwoche.de. Computerwoche, 31. mai 1991, åpnet 19. januar 2017 .
  2. ^ Alan Watt (2002): 3D datagrafikk, 3. utgave, Addison-Wesley
  3. ↑ http://voxelstein3d.sourceforge.net/