@mastersthesis{Dorow2022,
  type      = {Master Thesis},
  author    = {Dorow, Saskia},
  title     = {Visualisierung und Aufarbeitung von Volumendaten im Kontext der digitalen Kieferorthop{\"a}die},
  institution = {Physikalische Technik, Informatik},
  school    = {Wests{\"a}chsische Hochschule Zwickau},
  pages     = {112},
  year      = {2022},
  abstract  = {Die Darstellung von Volumendaten in der Medizin reicht vom einfachen Anzeigen einzelner zweidimensionaler Schnittbilder bis hin zur komplexen Analyse dreidimensionaler Datenwolken. Dabei stellen das Direct Volume Rendering und Indirect Volume Rendering zwei wesentliche Methoden der Visualisierung von dreidimensionalen Daten dar. In der Kieferorthop{\"a}die und -chirurgie spielen Darstellungen von DVT-Daten (Digital Volume Tomography) in der Diagnostik oder bei der digitalen Behandlungs-und Operationsplanung eine zentrale Rolle. Da die Volumenvisualisierung immer mehr an Bedeutung gewinnt, entwickeln sich die Rendering-Methoden stetig weiter. Insbesondere f{\"u}r Implementierungsaufgaben in eigene Systeme m{\"u}ssen aktuelle Entwicklungs- und Forschungsarbeiten stets verfolgt und analysiert werden. Ziel dieser Arbeit ist die Darstellung und Auswertung aktueller Methoden des Direct Volume Rendering, sowie der Extraktion von Objektoberfl{\"a}chen mittels des Indirect Volume Rendering. Ein weiteres Ziel ist die Erstellung eines umfangreichen {\"U}berblickes {\"u}ber bereits praktisch, implementierte Rendering-Methoden. Auf Grundlage der Ergebnisse k{\"o}nnen Software-Funktionen in OnyxCeph realisiert werden. Sowohl f{\"u}r das direkte, als auch indirekte Volumen-Rendering wurde eine theoretische Literaturrecherche und eine {\"U}bersicht der praktischen Anwendung der untersuchten Verfahren erarbeitet. Anhand der Recherche und Analyse wissenschaftlicher Arbeiten konnten Kenntnisse {\"u}ber theoretische Ans{\"a}tze sowie aktuelle Forschungsergebnisse im Bereich der Visualisierung von Volumendaten gewonnen werden. Weiterhin wurden ausgew{\"a}hlte Software-Produkte genutzt, um bereits eingesetzte Rendering-Verfahren auf Funktionalit{\"a}t und Leistungsf{\"a}higkeit zu analysieren. Im Bereich des Direct Volume Rendering konnten erweiterte Interpolations-, Klassifikations-, Schattierungs- und Visualisierungsmethoden des Ray Casting-Algorithmus untersucht werden. Die 1D Gauß-Transferfunktion stellte sich als eine einfache und n{\"u}tzliche Alternative zu konventionellen st{\"u}ckweise-linearen {\"U}bertragungsfunktion heraus. F{\"u}r eine detaillierte Darstellung kann der Verarbeitungsprozess durch Shading-Methoden erweitert werden. So sind in der Praxis {\"u}berwiegend gradientenbasierte Shading-Modelle eingesetzt. Deep Shadow Maps stellen dabei eine n{\"u}tzliche Erg{\"a}nzung dar. Weiterhin konnten erweiterte Rendering-Methoden untersucht werden. Neben der Maximum Intensity Projection kann die Minimum Intensity Projection f{\"u}r die Darstellung von Wurzelkan{\"a}len eingesetzt werden. Die Depth-enhanced Maximum Intensity Projection und Maximum Intensity Difference Accumulation bieten zwei vereinfachte Alternativen zum Ray Casting an, um eine nahezu korrekte dreidimensionale Darstellung erstellen zu k{\"o}nnen. Die Maximum Intensity Difference Accumulation erwies sich im Rahmen dieser Arbeit als eine besonders effektive Erweiterung zu bereits vorhandenen Rendering-Verfahren. Auf Grundlage der gewonnenen Erkenntnisse w{\"a}hrend Recherchearbeit konnte Maximum Intensity Difference Accumulation in das Software-Produkt OnyxCeph implementiert werden. Die generierten Visualisierungen erm{\"o}glichten eine verbesserte Tiefenwahrnehmung, die dem klassischen Direct Volume Rendering {\"a}hnelt. In Kombination mit Beleuchtungsmethoden k{\"o}nnen zudem Oberfl{\"a}chenstrukturen analysiert werden. Im Indirect Volume Rendering spielte die Segmentierung einzelner Volumenstrukturen durch das Iso-Surface Rendering eine besondere Rolle. Zur Generierung einer Oberfl{\"a}che k{\"o}nnen verschiedene Methoden, wie der klassische Marching Cube-Algorithmus, die Level-Set-Methode und Surface-Nets eingesetzt werden. Die Literaturrecherche zeigte, dass Bestrebungen unternommen wurden, um alternative Algorithmen zum konventionellen Marching Cube-Verfahren zu entwickeln. So besteht die M{\"o}glichkeit den Rechenaufwand durch einen Simplified Pattern Marching Cube- oder Marching Tetrahedra-Algorithmus zu reduzieren. Weiterhin wurden Erweiterungen zur verbesserten Darstellung betrachtet. So kann durch den Laplace-Filter oder Mittelwertfilter eine Weichzeichnung der Oberfl{\"a}chennetze erzeugt werden. F{\"u}r eine erh{\"o}hte Aufl{\"o}sung besteht die M{\"o}glichkeit, die konventionelle Catmull-Clark -Methode oder die 4-8 Subdivision anzuwenden. In diesem Projekt konnte ein umfangreicher {\"U}berblick {\"u}ber aktuelle Methoden der Visualisierung von Volumendaten in der Zahnmedizin erstellt werden. Dabei repr{\"a}sentieren sowohl die theoretischen, wissenschaftlichen Ans{\"a}tze, als auch die praktische L{\"o}sungsans{\"a}tze den aktuellen Stand der Technik und Forschung. Die Erkenntnisse k{\"o}nnen die Grundlage f{\"u}r Implementierungen darstellen.},
  language  = {de}
}