[发明专利]面向色盲设计颜色传输函数用于体绘制的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种辅助用户设计适合色盲观察者的颜色传输函数用于直接体绘制的方法，属于体数据可视化及图像处理领域。

背景技术

体数据可视化作为一种有效的交流与分析体数据的工具被广泛使用，然而约总人口的8％面临着不同程度的视觉障碍(色盲和色弱)，这部分观察者同样有浏览与探索体数据的需求。传统的面向色盲观察者的改进方法主要是基于图像重新着色的，主要分为两类：1)通过设置一些参数进行部分颜色偏移；2)对图像包含的整体颜色种类进行颜色对比度增强优化，然后重新着色图像的每个像素。前者需要通过调节参数，交互复杂而效果一般；后者最优化一个目标方程，通常能得到最优化的对比度增强方案。由于对体数据的浏览是一个交互的过程，用户需要通过旋转、平移等操作观察体绘制的结果，而基于图像的重新着色的方案需要针对每一帧绘制结果进行优化，因此它通常面临着性能问题而无法使用户得到满意的交互体验。另外，在不同视角的两帧之间，不同的图像内容生成不同的优化结果，而优化结果的变化导致重新着色后的体绘制结果中的相同结构部分产生颜色不一致现象(颜色偏移问题)；而当相邻两帧的优化结果不同的时候，可能会造成颜色色调被反转的现象(时序不一致问题)。特别地，传统的颜色加法算子是针对两个RGB颜色空间中颜色的融合，即两个颜色的R、G、B分量分别线性插值后得到一个新的颜色，而色盲观察者的视觉颜色感知空间是在LMS颜色空间中两个相交的半平面(相关技术可参考H.Brettel，F.Vienot，and J.D.Mollon.，1997，Computerized simulation of color appearance fordichromats)，使得线性插值后得到的融合颜色与输入的两个颜色之间的关系在色盲观察者的视觉感知中不再是线性的，因此会一定程度上导致融合后的颜色丢失其本应表达的信息，干扰色盲观察者对图像内容的探索(例如，使用传统方法将两个颜色按照一定的不透明度进行融合后得到的颜色，在色盲观察者的视觉感知中，可能会与原来的两个颜色之一的颜色感知距离太近，导致无法区分三个不同颜色的情况，造成对结果图像的不正确理解)。

发明内容

本发明的目的是提供一种面向色盲设计颜色传输函数用于体绘制的方法，它可辅助用户设计适合色盲观察者的颜色传输函数用于直接体绘制。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

所述面向色盲设计颜色传输函数用于体绘制的方法包括如下步骤：

(1)根据体数据、包含不同颜色的颜色传输函数和不透明度传输函数，在当前视角下通过基于光线投射的体绘制方法绘制得到体绘制的初步结果图像；

(2)对所述初步结果图像进行重新着色，以将所述初步结果图像中的色盲观察者所不能区分的颜色替换为色盲观察者能够区分的颜色；

(3)保持所述不透明度传输函数不变，从绘制窗口中随机采样非背景的像素位置，所采样的非背景的像素位置的数量大于等于所述颜色传输函数中的颜色种类；在所采样的非背景的各像素位置上分别投射一条从视点出发的光线，通过光线投射方法累积该条光线上的所述颜色传输函数中的各种颜色所对应的权重值，相应得到关于所述颜色传输函数中的各种颜色的线性组合，所述线性组合以对应的所述权重值为系数；

(4)令各所述线性组合分别等于经步骤(2)重新着色得到的结果图像在所采样的非背景的各所述像素位置处的颜色，得到相应的方程并组成一个线性方程组，所述线性方程组以所述颜色传输函数中的各种颜色的分量作为未知数，且各未知数的取值范围符合其所在的颜色空间所定义的取值范围；后使用带约束条件的最小二乘法对所述线性方程组求解，得到新的颜色传输函数中的各种颜色；

(5)根据所述体数据、所述新的颜色传输函数和所述不透明度传输函数，在当前视角下使用基于光线投射的体绘制方法绘制得到最终的体绘制的结果图像。

进一步地，本发明在步骤(5)中，使用所述基于光线投射的体绘制方法时，在颜色累积过程中，按以下步骤进行两个颜色的融合：

1)先将处于同一颜色空间的第一颜色和第二颜色相应地转化为LMS颜色空间的第三颜色和第四颜色；将所述第三颜色和第四颜色分别通过色盲模拟模型相应地转化为第五颜色和第六颜色；在所述色盲模拟模型中，色盲观察者的LMS颜色空间由两个相交的半平面组成；

2)在所述两个相交的半平面上寻找一条连接所述第五颜色和第六颜色的最短路径；在所述最短路径上寻找一个目标点，使得该目标点与所述第五颜色和第六颜色所对应的点满足以下关系式(I)，