Simulated Fluorescence Process

Simulated Fluorescence Process（SFP）は、Huygens SFP レンダリングの背後にある計算アルゴリズムです。 物理的な光／物質の相互作用プロセスをモデル化することにより、画像が計算され、データが蛍光物質で構成されていて、そのサイズが「人間的尺度」である場合に、実際に表示されるデータを示します。

原理

仮想光源は、対象物を照らす励起光を生成します。 これにより、対象物自体の一部とその下のテーブルに影ができます。 励起光と対象物との相互作用により蛍光が生成され、これも対象物と相互作用してから観察者の目に到達します。

SFP の基礎

画像のボクセル値は、蛍光物質の密度として解釈されます。 ボクセルがマルチチャネルの場合、各チャネルは、異なる蛍光色素として解釈されます。 各色素には、対応する異なる吸収特性を持つ固有の励起波長と蛍光波長があります。 吸収特性は、ユーザーがコントロールできます。 異なる蛍光波長により、各色素に特定の色が与えられます。

蛍光物質を励起するには、特定の励起波長の光が他の物質を通過する必要があります。 結果として生じる励起光の減衰により、他の対象物によって光源から隠されている対象物は、たとえあったとしても弱く照らされます。 励起光の減衰は、他の対象物の影として表示されます。 これらの影によって生成される奥行き感覚の手がかりを最適に使用するために、影が投じられるデータボリュームの下に均一な平面（灰色のテーブル）が配置されます。

励起後、蛍光物質は、異なる蛍光波長（励起フォトンの数が 1 つだけの場合は、励起波長よりも長い）で光を放出します。 したがって、蛍光は、同じ蛍光物質を再励起することができず、多重散乱は、発生しません。 したがって、直接、またはテーブルによって反射されて、観察者の方向に放出される光だけが重要です。 物質を通過する蛍光の伝播をシミュレートすることにより、アルゴリズムは、視点に到達する光のすべての波長（スペクトル）の最終的な強度を計算します。

SFP レンダリング には、SFP プロセスを完全にコントロールできる以下の多くのオプションパラメータがあります：

• ツイスト、チルト、ズームおよびパン: 視野角とカメラの位置を調整します。
• レンダリングモード: 場面を高速モードでレンダリングするか、高品質モードでレンダリングするか、ムービーでレンダリングするか、レンダリングしないかを設定します。
• 浸透の深さ: 対象物の全体的な透明度を調整します。
• 励起透明度: 各チャネルの蛍光透明度を調整します。
• 蛍光透明度: 各チャネルの蛍光透明度を調整します。
• 影の透明度: 各チャネルの影の透明度を調整します。
• 対象物明るさ: 各チャネルの蛍光の強度レベルを設定します。
• ソフト閾値: 各チャネルの閾値レベルを調整します。
• カラーモード: 各チャネルの色を調整します。
• カメラ追跡: 励起照明の方向をカメラに追従させます。
• 光のツイストおよびチルト: 励起光の方向（方位角と天頂角）を調整します。
• テーブル: 対象物の下にあるテーブルを場面に含めるかどうかを選択します。
• テーブルの距離: 対象物とテーブル間の距離を調整します。
• テーブルの反射: テーブルの反射の度合いを調整します。
• テーブルのサイズ: テーブルのサイズを調整します。
• テーブルの色と明るさ: 色相、彩度、明るさでテーブルの色を調整します。
• バックグラウンドの色と明るさ: 色相、彩度、明るさでバックグラウンドの色を調整します。

GPU の実装

SFP アルゴリズムの高速 GPU 実装は、Huygens 19.04 以降で利用できます。 GPU が利用可能で、十分なオンボードメモリがある場合は、自動的に使用されます。　それ以外の場合、処理は、CPU に戻ります。

参考文献

Noordmans, Herke Jan, Hans TM van der Voort, and Arnold WM Smeulders. "Spectral volume rendering." IEEE transactions on visualization and computer graphics 6.3 (2000): 196-207.

Noordmans, Herke Jan, et al. "Physically realistic visualization of embedded volume structures for medical image data." Medical Imaging 1999: Image Display. Vol. 3658. International Society for Optics and Photonics, 1999.

Noordmans, Herke Jan, Arnold WM Smeulders, and Hans TM van der Voort. "Fast volume render techniques for interactive analysis." The Visual Computer 13.8 (1997): 345-358.

Van der Voort, H. T. M., et al. "Volume visualization for interactive microscopic image analysis." Bioimaging 1.1 (1993): 20-29.

Messerli, J. M., Van der Voort, H. T. M., Rungger‐Brändle, E., & Perriard, J. C. (1993). Three‐deimensional visualization of multi‐channel volume data: The amSFP algorithm. Cytometry: The Journal of the International Society for Analytical Cytology, 14(7), 725-735.

H. T. M. van der Voort, G. J. Brakenhoff and M. W. Baarslag. "Three-dimensional visualization methods for confocal microscopy", Journal of Microscopy, Vol. 153, Pt 2, February 1989, pp. 123–132.


詳細については、ウィキペディアを参照してください。