Minicurso Jai13 II

7/25/2019 Minicurso Jai13 II

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Uma Introduo Visualizao

Volumtrica para Diagnstico de LesesCerebrais

Mdulo II

Wu Shin [email protected]

FEEC - Unicamp

Clarissa Lin [email protected]

FCM - Unicamp


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Organizao do Minicurso

Protocolo de diagnstico de displasia cortical focal

Modelo matemtico de neuroimagens e tcnicas de

renderizao Tecnologia de renderizao: GPUs

Estado-de-arte de visualizao de neuroimagens Implementao de ferramentas de interao


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Tcnicas de Renderizao: MPR

Reformatao Multiplanar


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Tcnicas de Renderizao: Texturizao 3D

Proxy Geometry

Espao do objeto

Volume adquirido

Espao de textura

Imagem Final


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Renderizao Indireta

Fonte: Google imagel

Tcnicas de Renderizao: ISR


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Renderizao Direta

Direct Surface Rendering(DSR)

Direct Volume Rendering(DVR)

Tcnicas de Renderizao: DR


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Composio das intensidades

intensidades cor e opacidade

Raycasting: DVR


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Estado-de-arte de visualizao de neuromagens Implementao de ferramentas de interao


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Unidades de Processamento Grfico(GPUs)

Processador dedicado para

renderizao em temporeal.

Onboard ou offboard. Trs maiores fabricantes:

nVidia, ATI e Intel

Fonte: http://www.tecmundo.com.br/hardware/1127-o-que-e-gpu-.htm


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CPU x GPU

CPU: arquitetura MISD ouMIMD

Paralelismo em tarefas

Prefetchde instrues

GPU: arquitetura SIMD

Paralelismo em dados

Prefetchde dados

Fonte:http://selkie.macalester.edu/csinparallel/modules/GPUProg

ramming/build/html/Introduction/Introduction.html


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CPU x GPU

http://www.flixxy.com/gpu-vs-cpu.htm


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Cooperao entre CPU e GPU


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GPUs Programveis

Arquitetura GeForce 3

Processadores de

vrtice e de fragmentodedicados


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GPUs: Unidades de Memria de Textura

Interpolaes, Filtragem dos objetos de textura

Barramento de 128 bits


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GPUs: Unidades de Sada (ROPs)


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GPUs Programveis Unificadas

Arquitetura Unificada: GeForce 8 Tesla e Fermi Kepler

Fonte: http://www.pgroup.com/lit/articles/insider/v2n1a5.htm


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Fluxos de Execuo

Streaming Multiprocessor (Grid) SIMT processors(Warps)Threads

Gridwarp

thread

http://www.cs.cmu.edu/afs/cs/academic/class/15869-f11/www/readings/lindholm08_tesla.pdf


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Hierarquia de Memria


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Espaos de Endereamento

DISTINTOS!


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GPUs Programveis: Sntese

Radeon HD 2900XT

Fonte: http://ixbtlabs.com/articles2/video/r600-part1.html


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Relembrando: Fluxo de Renderizao


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OpenGL API

Abstrao em um fluxo de renderizao


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Diretrizes

1. Deve-se minimizar e simplificar a sequncia deinstrues em um shader.

2. Deve-se maximizar a localidade espacial dos dados namemria de textura.

3. Deve-se evitar estruturas de dados complexas.

4. Deve-se instruir apropriadamente as GPUs paraotimizar o balano enre os processamentos e os

acessos s memrias.


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Linguagem de Programao Grfica

CPUs: OpenGL, Direct3D

Linguagem nativa: C

Interfaces com outras linguagens: Java, Python, Pascal, etc GPUs: shading language para renderizao em tempo real

ARB Assembly Language

GLSL: OpenGL Shader Language

HSLS: DirectX High-Level Shader Language

Cg: Cg Programming Language


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API OpenGL

Uma mquina de estados

Tipos de dados similares a linguagem C

Programabilidade Vertex shaders: a partir de OpenGL 1.5/2.0, transformaes

geomtricas, iluminao, coordenadas de textura

Fragment shaders: a partir de OpenGL 1.5/2.0, mapeamentode textura, fog

Geometry shaders: a partir de OpenGL 3.2

Tesselation shaders: a partir de OpenGL 4. Operao no modo imediato ou no modo retido

No gerencia recursos de janela


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Interface Grfica do Usurio (GUI)

glut

FLTKwxWidgetsQt


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Fluxo de Visualizao


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Ilustrando com um exemplo

Renderizar um volume de dados no formato DICOM?


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Renderizao: Verso de OpenGL >= 2.0

C++

std::cout


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Compilador de C e C++ livre: MinGW

http://www.mingw.org

Funcionalidades de OpenGL superior a 1.0: GLEW

http://glew.sourceforge.net/

em Windows


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Tcnica baseada em textura

Texturizar um cubo (proxy geometry) com o volume de dadosde interesse

Proxy Geometryem dimensesreais do paciente

Imagem Final

(0,0,0)

(1,0,0)(0,1,0)

(1,1,1)

Alinhamento dos doisespaos pelascoordenadas de textura

e coordenadasespaciais dos vrtices

Espao do objeto

Espao de textura


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Soluo 1: OpenGL 1.2

Normalize os valores das amostras:

data.buffer[mnimo,mximo] texbuffer[0,255]

Carregue o volume de dados na memria de texturaglBindTexture(GL_TEXTURE_3D, texID[0]);

glTexImage3D(GL_TEXTURE_3D, 0, GL_LUMINANCE, data.dims[0],

data.dims[1], data.dims[2], 0, GL_LUMINANCE,GL_UNSIGNED_BYTE, texbuffer);

Associe a cada vrtice coordenadas de textura

glTexCoord3f(0.0, 0.0, 0.0);

glVertex3f(0.0, 0.0, 0.0);

f


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Interfaceamento com WM

Funes de glutglutInit(&argc, argv);

glutInitDisplayMode(GLUT_RGB | GLUT_DEPTH | GLUT_SINGLE);

win = glutCreateWindow("Volume de Dados");

init();

glutPositionWindow(10, 10);

glutReshapeWindow(VIEWPORT_WIDTH, VIEWPORT_HEIGHT);

glutReshapeFunc(reshape);

glutDisplayFunc(desenheProxyGeometry);

glutKeyboardFunc(keyboard);

glutMainLoop();

I t K b d


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Interaes com Keyboard

void keyboard(unsigned char key, int x, int y) {switch (key) {

:

case '+':

if (nVolSideZ + 0.05 < 1.0) nVolSideZ += 0.05;

else nVolSideZ = 1.0;

break;

case '-':if (nVolSideZ - 0.05 > 0.0) nVolSideZ -= 0.05;

else nVolSideZ = 0.0; break;

case 27:

:

exit(0);

return;

} }

E t t I t


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Estrutura Interna

glTexCoord3f(0.0, 1.0, 0.0);

glVertex3f(0.0, nVolSides[1], 0.0);

:

glTexCoord3f(0.0, 1.0, nVolSideZ);

glVertex3f(0.0, nVolSides[1],nVolSideZ*nVolSides[2]);

:

glTexCoord3f(1.0, 1.0, nVolSideZ);glVertex3f(nVolSides[0],

nVolSides[1],nVolSideZ*nVolSides[2]);

(0.1.0)

(0.1.1)

(1.1.0)

(1.1.1)

(1.0.1)

(1.0.0)

(0.0.1)

(1.0.0.5)

(1.1.0.5)

(0.1.0.5)

Fl d Vi li I t ti


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Fluxo de Visualizao Interativa


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Demo jai13_basic


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Demo jai13_basic_cor

Soluo 3: Funo de Transferncia


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Soluo 3: Funo de Transferncia

Como tornar mais modulvel o mapeamento?

Funo de Transferncia 1D

Funes de Transferncia


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Funes de Transferncia

Soluo 3: OpenGL 1 2


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Soluo 3: OpenGL 1.2

tfunc.GetGrayScaleTF (1, data.umin, data.umax, &dim, &tf);

intensidade = (int)((reinterpret_cast(data.buffer))[iz*data.dims[0]*data.dims[1]+iy*data.dims[0]+ix]);

texbuffer[di++] = (unsigned char)(tf[intensidade-data.umin+1]*2);

glTexImage3D(GL_TEXTURE_3D, 0, GL_LUMINANCE, data.dims[0],

data.dims[1], data.dims[2], 0, GL_LUMINANCE,

GL_UNSIGNED_BYTE, texbuffer);


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Demo jai13_basic_ft

Problema


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Problema

Quantidade de instrues a serem transferidas

para a GPU no momento de renderizao crescecom a quantidade de primitivas grficas.

Soluo 4: OpenGL 1.2


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Soluo 4: OpenGL 1.2

Compacte um conjunto dos dados de vrtices emarranjos em CPU

glEnableClientState (GL_VERTEX_ARRAY);

glVertexPointer (3, GL_FLOAT, 0, vertices); // coord.compactadamente armazenadas

glEnableClientState (GL_TEXTURE_COORD_ARRAY);

glTexCoordPointer (3, GL_FLOAT, 0, texCoords0); // coord.compactamente armazenadas

Desreferenci-los no momento de transferncia paraGPU (renderizao)glDrawElements(GL_QUADS, 24, GL_UNSIGNED_BYTE,

quadIndices);


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Demo jai13_varray

Problema


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Quantidade de dados a serem transferidos para a

GPU no momento de renderizao continuagrande.

Problema

Soluo 5: OpenGL 1.4


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Soluo 5: OpenGL 1.4

Aloque dados em GPUs: vertex buffer objectsglBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, vbo[0]);glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW);

glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, vbo[1]);

glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(texCoords0), texCoords0,GL_STATIC_DRAW);

glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, vbo[2]);

glBufferData(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, sizeof(quadIndices), quadIndices,

GL_STATIC_DRAW); Especifique o local dos dados em GPUs

glVertexPointer (3, GL_FLOAT, 0, (const GLvoid *)0);

glTexCoordPointer (3, GL_FLOAT, 0, (const GLvoid *)0);

RenderizeglBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, vbo[2]);

glDrawElements(GL_QUADS, 24, GL_UNSIGNED_BYTE, (const GLvoid *)0);


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Demo jai13_buffer

OpenGL 1.4: Problema


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Estruturas internas s podem ser visualizadas em

em cortes planares.

p



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g




Estado-de-arte de visualizao de neuromagens

Implementao de ferramentas de interao

Documents

Minicurso Jai13 II