Объемные блоки: Технология объемно-блочного домостроения: плюсы и минусы

Содержание

Технология объемно-блочного домостроения: плюсы и минусы

Здравствуйте уважаемые читатели, на днях, встретил товарища и разговор зашел о популярной сегодня объемно-блочной застройке. Оказывается, есть люди, которые всерьез думают, что это новая технология, но это не так.

Сегодня в условиях дефицита качественного и доступного жилья, застройщики возвращаются к использованию старых и несправедливо забытых технологий объемно-блочного строительства. Суть методики заключается в переносе строительного процесса в заводские условия. Здесь изготавливаются объемные блоки, как правило, размером с комнату, полностью готовые к эксплуатации – транспортировке и монтажу. ОБД за время своего существования прошло некоторую эволюцию. Дома стали удобнее для жизни, отвечают современным представлениям о комфорте и являются решением проблемы социального жилья.

История возникновения

В 1928 г. советский архитектор К. Мельников выдвинул идею Дома-контейнера – два врезанных друг в друга цилиндра. Это была первая попытка организовать доступное жилье для социалистического человека. Позднее к решению проблемы присоединились другие архитекторы. В частности, Н. Ладовский и В. Караулов в 1931 г. создали каркасно-блочную систему жилого дома, которая стала основой последующего строительства.

В начале 60-х годов объёмно-блочное домостроение встало в СССР на стабильный поток. Началось экспериментальное возведение жилых домов и других социальных объектов. В феврале 1969 г. советом министров СССР было выпущено постановление «О развитии объёмно-блочного домостроения», в котором было предусмотрено строительство крупных заводов объёмно-блочного домостроения в РСФСР, Белоруссии, Украине. В результате, уже в 1972 году по технологии ОБД были построены жилые дома общей площадью 150 тыс. м², высотой до 24 этажей.

В результате их апробирования и всестороннего изучения для массового строительства в СССР были рекомендованы и реализованы следующие виды объемных блоков из железобетона: цельноформованные комнаты, сантехузлы, лифтовые шахты, блоки лестничных клеток, лестничные марши и площадки с полной отделкой. Разрабатывались проекты блоков-кухонь с полным оборудованием.

Но на определенном этапе стало понятно, что возведение зданий из бетонных объемных блоков очень дорого и невыгодно. Постепенно производство сошло к минимальным показателям и практически полностью прекратилось в 90-е года прошлого столетия.

Отличие современной технологии от первоначальной

Сегодня «новая» технология ОБД возрождается – открываются производства, модернизируются существующие. И только основа осталась прежней: дома возводятся из объемных блоков, которые полностью изготавливаются в заводских условиях. Изменились требования потенциальных жильцов к комфорту, которые отразились в нормативной документации. Если в начале 70-х годов считалось счастьем иметь собственную кухню площадью 4 м², то сегодня понятия об удобной жилплощади совершенно другие.

Советские блоки имели не более 3 типоразмеров. Настоящие производства предусматривают более широкий ассортимент, который может быть оптимизирован под каждый масштабный жилой комплекс. Архитектурно-планировочные решения достигают 1000 наименований.

Производство стало конвейерным — каждый рабочий выполняет свою операцию. За счет узкой специализации сократилась трудоемкость и объемы работ.

Плюсы и минусы

Достоинства объемно-блочного домостроения были очевидны еще 50 лет назад. Но только настоящие технологии позволили реализовать их в полную силу:

весь цикл производства в заводских условиях сводит к нулю влияние негативных внешних факторов строительной площадки на качество;
сокращение объема и трудоёмкости монтажных работ;
сокращение сроков возведения здания, и как следствие, снижение себестоимости;
уменьшение уровня загрязнения окружающей среды в районе строительства;
весь процесс стандартизирован и находится под полным контролем узкопрофильных специалистов.

Недостатки все еще мешают повсеместно использовать ОБД в строительстве социального жилья:

увеличение грузоподъемности транспорта и техники;
основные вложение материальных средств необходимо делать задолго до начала строительства;
определенные сложности с транспортировкой готовых блоков, особенно в мегаполисах;
повышенные требования к строительным площадкам, в частности подъездным путям, поскольку вес одного блока может достигать 45 тонн;
невозможность перепланировки — все стороны представляют собой несущую конструкцию;
звукоизоляция оставляет желать лучших показателей.

Несмотря на минусы, возведение блочно-модульных зданий экономически выгодно. Модули покидают завод практически полностью готовыми к эксплуатации – предусмотрены все инженерные коммуникации, внутренняя отделка, фасад.

Примеры застроек в Воронеже

Самыми известными новостройками, возведенными по технологии ОБД, стали крупные жилые массивы в Воронеже:

Все комплексы построены СК «Выбор», которая собственно и возродила технологию в Воронеже. Компания открыла собственный завод ОБД, чтобы обеспечить свои строительные площадки качественными и недорогими объемными блоками. В заводских условиях, круглогодично, осуществляется до 80% всех работ, необходимых для возведения зданий – основное условие для минимизации сроков строительства выполняется «под одной крышей». Каждый день выпускается 60 блок-комнат, с комплектацией окнами, вентилируемым фасадом, балконами и инженерными коммуникациями.

Вывод

На основании вышеперечисленного можно сделать вывод, что блочно-модульные технологии – это перспективная, многофункциональная и экономически выгодная отрасль строительства. Их можно использовать в реализации федеральных программ, в условиях ограниченных сроков и бюджета. Но на территории России фактически работают только два завода — «Выбор — ОБД» в Воронеже и ООО «ОБД» в Краснодаре. Этого явно недостаточно для удовлетворения социальных нужд. Если вам интересно, какой дом лучше монолитный, каркасный или панельный — читайте наш обзор.

Поделиться ссылкой:

Конструкции объемных блоков

Вернуться на страницу «Железобетонные конструкции»

Объемный блок — это пространственная конструкция, изготовленная в заводских условиях, которая имеет заданную прочность, жесткость и устойчивость. Объемно-блочное строительство позволяет уменьшить количество монтажных элементов, а значит, монтажных и транспортных операций на строительной площадке; изготовить объемные блоки размером на комнату в заводских условиях на более высоком качественном уровне и с меньшими затратами труда; значительно уменьшить трудоемкость за счет отделочных работ, монтажа и устройства инженерного оборудования. Однако объемно-блочное строительство имеет и свои недостатки, связанные с необходимостью разработки новой конструктивной схемы; сложностью производства, транспортировки и монтажа объемных блоков; ограниченностью архитектурно-планировочных решений зданий.

Объемные элементы используют при строительстве жилых домов, гостиниц, пансионатов и других зданий с одинаковой комнатной структурой. Объемные блоки, изготовленные из монолитного железобетона в виде перевернутой вниз коробки (к которой затем присоединяют плиту пола), называют условно «колпак»; «Стакан» представляет собой ячейку, накрытую сверху плитой-потолком; «Лежачий стакан» — изготавливают в виде ячейки без передней стенки, куда потом монтируется внешняя панель.

Рис. 1. Объемные блоки типа: а — «колпак»; б — «стакан»; в — «лежачий стакан»; 1 — плита пола; 2 — плита-потолок; 3 — внешняя панель

По назначению объемные блоки изготовляют следующих типов: блок-комнату для спальни, общей комнаты, спальни с коридором. Внешняя стена этих блоков может иметь лоджию или балкон (рис. 2. а).

Лестничный блок состоит из двухмаршевой лестницы с площадками и стволом мусоропровода (рис. 2 б).

Кухонно-санитарный блок изготавливают со встроенным инженерным оборудованием для размещения санитарного узла, кухни, передней (рис.2 в).

Кровельный блок выполняют в виде двух поперечных диафрагм с отверстиями, перекрытыми утепленной кровельной панелью и парапетного панелью извне (рис. 2 г).

Рис. 2. Объемные блоки типа: а — блок-комната; б -лестничный блок; в — кухонно-санитарный блок; г — кровельный блок

Железобетонные монолитные блоки подразделяют на блоки размером на комнату и блоки размером на группу помещений.

В зависимости от формы объемные блоки бывают — прямоугольные, косоугольные и криволинейные.

По характеру восприятия нагрузок объемные блоки бывают несущие (воспринимают нагрузку от верхних и передают их на нижние блоки или другие опорные конструкции) и ненесущие (воспринимают только собственный вес и полезные нагрузки на блок).

Несущие блоки определяют расчетную схему блочной и блочно-панельной конструктивных систем здания, а ненесущие — основным элементом заполнения блочных систем с несущим остовом.

Несмотря на небольшую номенклатуру объемных блоков, из них проектируют здания различной этажности, с разными архитектурно-планировочными решениями.

Блок объёмный — это… Что такое Блок объёмный?

Блок объёмный

в строительстве, конструктивный монтажный элемент, представляющий собой часть объёма строящегося здания. Б. о. широко применяют в жилищном строительстве (сантехническая кабина, комната, квартира, (рис. 1), реже — при возведении общественных и промышленных зданий (бытовые помещения, трансформаторные подстанции). Использование Б. о. в строительстве вызвано стремлением повысить степень заводской готовности конструкций, монтируемых на строительной площадке. При объёмно-блочном домостроении 75—80% всех строительных работ выполняется в заводских условиях, что резко снижает затраты труда на строительной площадке, способствует сокращению сроков строительства, а также расширяет возможности применения комплексной механизации работ по возведению зданий.

Материалами для Б. о. служат железобетон, металл, дерево, пластмассы. Наибольшее распространение получили железобетонные Б. о. По характеру статической работы такие блоки могут быть несущими и самонесущими, по технологии изготовления — сборными и сборно-монолитными. Размеры Б. о. зависят от принятой разрезки здания; обычно по горизонтали объём здания расчленяется по несущим стенам, а по вертикали — сечениями, проходящими в уровнях междуэтажных перекрытий. По способу изготовления Б. о. разделяются на монолитные (цельноформованные) и составные (собранные из отдельных панелей). Доставка Б. о. с завода на стройплощадку осуществляется преимущественно автотранспортом (рис. 2). Для строительства зданий из Б. о. применяют главным образом башенные краны повышенной грузоподъёмности; возможен также бескрановый монтаж с подъёмом и установкой Б. о. в проектное положение гидроподъёмниками.

Лит.: Монфред Ю. Б., Граник Ю. Г., Способы изготовления объёмных блоков в СССР и за рубежом, М., 1965; Атаев С. С., Блещик Н. П., Технология и экономика объёмно-блочного домостроения, Минск, 1967.

Е. Г. Кутухтин.

Транспортировка объёмного блока.

Монтаж жилого дома из блоков-квартир.

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия.
1969—1978.

Блок коммунистов и беспартийных
Блок политический

Смотреть что такое «Блок объёмный» в других словарях:

блок объёмный — блок объемный Предварительно изготавливаемая часть объема строящегося здания жилого, общественного или производственного назначения (санитарно техническая кабина, комната, квартира, бытовое помещение, трансформаторная подстанция и др. ). [СНиП I… … Справочник технического переводчика
БЛОК ОБЪЁМНЫЙ — конструктивный монтажный элемент, представляющий собой часть объёма строящегося здания (Болгарский язык; Български) обемен блок (Чешский язык; Čeština) prostorový dílec (Немецкий язык; Deutsch) Raumzelle (Венгерский язык; Magyar) térelem… … Строительный словарь
БЛОК ОБЪЁМНЫЙ — 1) конструктивный монтажный элемент, представляющий собой часть объёма здания (см. рис.). Б. о. применяются чаще всего в виде санитарно технич. кабин, элементов лифтовых шахт, трансформаторных подстанций, реже в виде комнат, квартир. Материалы… … Большой энциклопедический политехнический словарь
блок объёмный caнитарно-кухонный — Объёмный блок, в котором размещены кухня и санитарный узел квартиры [Терминологический словарь по строительству на 12 языках (ВНИИИС Госстроя СССР)] Тематики строительные изделия прочие EN kitchen sanitary building block module DE Küche Bad Zelle … Справочник технического переводчика
блок объёмный caнитарно-технический — Объёмный блок с установленным в нём оборудованием санитарного узла [Терминологический словарь по строительству на 12 языках (ВНИИИС Госстроя СССР)] Тематики строительные изделия прочие EN sanitary building block module DE Sanitärzelle FR bloc… … Справочник технического переводчика
блок объёмный замкнутый — Объёмный блок, образованный шестью панелями нижней, боковыми и верхней [Терминологический словарь по строительству на 12 языках (ВНИИИС Госстроя СССР)] Тематики строительные изделия прочие EN box shaped moduleclosed space module DE geschlossene… … Справочник технического переводчика
блок объёмный линзовый — Объёмный блок, составленный из двух оболочек в виде шаровых сегментов, сомкнутых своими основаниями [Терминологический словарь по строительству на 12 языках (ВНИИИС Госстроя СССР)] Тематики строительные изделия прочие EN lens shaped three… … Справочник технического переводчика
Блок объёмный замкнутый — – объёмный блок, образованный шестью панелями – нижней, боковыми и верхней. [Терминологический словарь по строительству на 12 языках (ВНИИИС Госстроя СССР)] Рубрика термина: Блоки Рубрики энциклопедии: Абразивное оборудование,… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
Блок объёмный линзовый — – объёмный блок, составленный из двух оболочек в виде шаровых сегментов, сомкнутых своими основаниями. [Терминологический словарь по строительству на 12 языках (ВНИИИС Госстроя СССР)] Рубрика термина: Блоки Рубрики энциклопедии: Абразивное… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
БЛОК ОБЪЁМНЫЙ ЗАМКНУТЫЙ — объёмный блок, образованный шестью панелями нижней, боковыми и верхней (Болгарский язык; Български) затворен обемен блок (Чешский язык; Čeština) uzavřený prostorový dílec (Немецкий язык; Deutsch) geschlossene Raumzelle (Венгерский язык; Magyar)… … Строительный словарь

Блок объемный — это. .. Что такое Блок объемный?

Блок объемный – предварительно изготавливаемая часть объема строящегося здания жилого, общественного или производственного назначения (санитарно-техническая кабина, комната, квартира, бытовое помещение, трансформаторная подстанция и др.).

[СНиП I-2]

Блок объёмный – конструктивный монтажный элемент, представляющий собой часть объёма строящегося здания.

[Терминологический словарь по строительству на 12 языках (ВНИИИС Госстроя СССР)]

Рубрика термина: Блоки

Рубрики энциклопедии: Абразивное оборудование, Абразивы, Автодороги, Автотехника, Автотранспорт, Акустические материалы, Акустические свойства, Арки, Арматура, Арматурное оборудование, Архитектура, Асбест, Аспирация, Асфальт, Балки, Без рубрики, Бетон, Бетонные и железобетонные, Блоки, Блоки оконные и дверные, Бревно, Брус, Ванты, Вентиляция, Весовое оборудование, Виброзащита, Вибротехника, Виды арматуры, Виды бетона, Виды вибрации, Виды испарений, Виды испытаний, Виды камней, Виды кирпича, Виды кладки, Виды контроля, Виды коррозии, Виды нагрузок на материалы, Виды полов, Виды стекла, Виды цемента, Водонапорное оборудование, Водоснабжение, вода, Вяжущие вещества, Герметики, Гидроизоляционное оборудование, Гидроизоляционные материалы, Гипс, Горное оборудование, Горные породы, Горючесть материалов, Гравий, Грузоподъемные механизмы, Грунтовки, ДВП, Деревообрабатывающее оборудование, Деревообработка, ДЕФЕКТЫ, Дефекты керамики, Дефекты краски, Дефекты стекла, Дефекты структуры бетона, Дефекты, деревообработка, Деформации материалов, Добавки, Добавки в бетон, Добавки к цементу, Дозаторы, Древесина, ДСП, ЖД транспорт, Заводы, Заводы, производства, цеха, Замазки, Заполнители для бетона, Защита бетона, Защита древесины, Защита от коррозии, Звукопоглащающий материал, Золы, Известь, Изделия деревянные, Изделия из стекла, Инструменты, Инструменты геодезия, Испытания бетона, Испытательное оборудование, Качество цемента, Качество, контроль, Керамика, Керамика и огнеупоры, Клеи, Клинкер, Колодцы, Колонны, Компрессорное оборудование, Конвеера, Конструкции ЖБИ, Конструкции металлические, Конструкции прочие, Коррозия материалов, Крановое оборудование, Краски, Лаки, Легкие бетоны, Легкие наполнители для бетона, Лестницы, Лотки, Мастики, Мельницы, Минералы, Монтажное оборудование, Мосты, Напыления, Обжиговое оборудование, Обои, Оборудование, Оборудование для производства бетона, Оборудование для производства вяжущие, Оборудование для производства керамики, Оборудование для производства стекла, Оборудование для производства цемента, Общие, Общие термины, Общие термины, бетон, Общие термины, деревообработка, Общие термины, оборудование, Общие, заводы, Общие, заполнители, Общие, качество, Общие, коррозия, Общие, краски, Общие, стекло, Огнезащита материалов, Огнеупоры, Опалубка, Освещение, Отделочные материалы, Отклонения при испытаниях, Отходы, Отходы производства, Панели, Паркет, Перемычки, Песок, Пигменты, Пиломатериал, Питатели, Пластификаторы для бетона, Пластифицирующие добавки, Плиты, Покрытия, Полимерное оборудование, Полимеры, Половое покрытие, Полы, Прессовое оборудование, Приборы, Приспособления, Прогоны, Проектирование, Производства, Противоморозные добавки, Противопожарное оборудование, Прочие, Прочие, бетон, Прочие, замазки, Прочие, краски, Прочие, оборудование, Разновидности древесины, Разрушения материалов, Раствор, Ригеля, Сваи, Сваизабивное оборудование, Сварка, Сварочное оборудование, Свойства, Свойства бетона, Свойства вяжущих веществ, Свойства горной породы, Свойства камней, Свойства материалов, Свойства цемента, Сейсмика, Склады, Скобяные изделия, Смеси сухие, Смолы, Стекло, Строительная химия, Строительные материалы, Суперпластификаторы, Сушильное оборудование, Сушка, Сушка, деревообработка, Сырье, Теория и расчет конструкций, Тепловое оборудование, Тепловые свойства материалов, Теплоизоляционные материалы, Теплоизоляционные свойства материалов, Термовлажносная обработка бетона, Техника безопасности, Технологии, Технологии бетонирования, Технологии керамики, Трубы, Фанера, Фермы, Фибра, Фундаменты, Фурнитура, Цемент, Цеха, Шлаки, Шлифовальное оборудование, Шпаклевки, Шпон, Штукатурное оборудование, Шум, Щебень, Экономика, Эмали, Эмульсии, Энергетическое оборудование

Источник: Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов. — Калининград.
Под редакцией Ложкина В.П..
2015-2016.

Здания из объемных блоков. Виды объемных блоков и конструктивные схемы зданий из них

БЛОК ОБЪЕМНЫЙ

— конструктивный элемент, представляющий собой часть объема здания. Объёмный блок может быть замкнутым со всех сторон или не иметь одной или двух граней, напр. потолка, пола или стен. Использование объемных блоков в строительстве вызвано стремлением повысить степень заводской готовности конструкций, монтируемых на строит, площадке. Объемно-блочное строительство является дальнейшим развитием крупнопанельного домостроения. При замкнутых объемных блоках внутренняя отделка их производится на заводе, что резко снижает затраты труда на строит, площадке и способствует общему снижению затрат труда в результате улучшения условий труда, возможности применения комплексной механизации и автоматизации работ в заводских условиях. В ряде случаев объемные блоки могут применяться в целях повышения сейсмостойкости и для сокращения сроков монтажа зданий. Целесообразно применение объемных блоков в жилищномстр-ве. В промышленномстр-ве из них могут сооружаться бытовые помещения, трансформаторные подстанции и т. п.

Размеры объемных блоков зависят от принятой разрезки здания. Наименьший из них — санитарно-техническая кабина, а наибольший — блок размером на квартиру или одноэтажный коттедж.

Здания из объемных блоков имеют две осн. конструктивные схемы: панельно-блочная и блочная. В первом случае — совместное использование объемных блоков и панелей. В зданиях этой системы объемных блоков устанавливаются друг на друга, а между ними укладываются панели перекрытий, либо объемные блоки размещаются в шахматном порядке.

Несущие объемные блоки изготовляются в основном из железобетона, хотя возможно использование и др. материалов (напр., керамзито-, перлито- и шлакобетона), особенно в комбинации с железобетоном. Несущие объемные блоки применяются в панельно-блочных и блочных системах зданий. Самонесущие объемные блоки воспринимают нагрузку только от собственного веса.

По технологии изготовления объемные блоки могут быть сборные и сборномонолитные. Сборные блоки изготовляют из плоских панелей (например, железобетонных), собираемых в кондукторах и соединяемых друг с другом сваркой закладных деталей.

По способу изготовления объемные блоки бывают составные из отдельных панелей и монолитные. Составные блоки изготовляют из крупноразмерных панелей и делят на каркасные и бескаркасные. Каркасные блоки состоят из каркаса (стоек и ригелей), навесных панелей и плит полов. Бескаркасные собирают в специальных кондукторах из отдельных панелей и затем соединяют между собой путем сварки закладных деталей.

По конструктивной схеме дома из объемных блоков условно подразделяют на три типа; блочные, панельно-блочные и каркасно-блочные

При блочной схеме дома состоят из отдельных блоков, устанавливаемых рядом и друг на друга. Эта схема наиболее индустриальна, так как позволяет большую часть работ перенести в заводские условия. Недостатком этой схемы является наличие двойных внутренних стен и перекрыши, т. е. неоправданный расход материалов.

При панельно-блочной схеме наряду с блоками применяют панели, которые позволяют получать однослойные стены. Для этой схемы характерным является необходимостьпроизводства более половины отделочных работ на строительной площадке.

Каркасно-блочные схемы представляют собой сочетание каркаса из стоек и ригелей и объемных блоков, опирающихся на каркас. Учитывая то, что каждый блок воспринимает незначительные нагрузки, их можно изготовлять из легких материалов. Однако для зданий с этой схемой характерным является увеличение числа монтажных элементов, причем резко отличающихся по своим массе и габаритам. Учитывая изложенное, наиболее предпочтительными являются блочные схемы.

Объёмно-блочные здания — Строительные СНИПы, ГОСТы, сметы, ЕНиР,

Фактором, определяющим широкое применение объёмных блоков (ОБ), является прежде всего их индустриальность. По данным экономического анализа, преимущества ОБ (на примере Краснодарского ДСК) по сравнению с крупными панелями состоят в следующем: на завод переносится 80% трудозатрат, сроки строительства сокращаются в 4—5 раз, трудоемкость на стройплощадке уменьшается в 2,6—2,8 раза, расход бетона на 25—28%.

Все это говорит о перспективности ОБ, главным образом в технико-экономическом отношении. Но каково же значение их в архитекторектурном аспекте? Как в этом случае материал и конструкция переходят в архитекторектуру? Что означает ОБ в области функции и формы, вносит ли этот новый элемент существенные коррективы в творчество архитекторектора и как они реализуются на практике? «Спор о том, когда конструкция переходит в архитекторектуру и, если она перешла в архитекторектуру, то зачем тогда нужны архитекторекторы, прекратится тогда, — писал А. К. Буров, — когда мы научимся создавать совершенные произведения». Пока что бетонные объёмные блоки не перешли в архитекторектуру.

Идея объёмного блока как автономной ячейки больших систем появилась в результате технического укрупнения сборных элементов, она широко используется в разных отраслях промышленности. Блок — сложная стандартная ячейка современных машин, радиотехники, ЭВТ. Блок — это и кабина космонавта, и батискаф. Поэтому железобетонный объёмный блок еще нельзя назвать архитекторектурным элементом. Он становится им только тогда, когда запроектирован и осуществлен как часть целого или как автономный элемент, насыщенный необходимым оборудованием для жизнеобеспечения человека. Эта концепция должна быть положена в основу понимания ОБ.

Еще в 1928 г. советский архитекторектор К. Мельников выдвинул идею Дома-контейнера в виде двух врезанных друг в друга цилиндров, сделал попытку по-новому организовать первичную жилую ячейку в соответствии с психофизиологическими потребностями человека. Позднее эта проблема разрабатывалась другими архитекторекторами в виде ячейки коллективного жилища. В частности, Н. Ладовский и В. Караулов в 1931 г. получили авторское свидетельство на каркасно — блочную систему жилого дома, которая предвосхищала современные проекты зданий из объёмных блоков.

В 60-е годы объёмно-блочное домостроение встало в СССР на прочный индустриальный путь. В 1961—1968 гг. в ряде городов страны освоены специализированные цеха. Началось экспериментальное строительство жилых домов и других объёктов. 3 февраля 1969 г. СМ СССР принял постановление «О развитии объёмно-блочного домостроения», в котором было предусмотрено строительство крупных заводов объёмно-блочного домостроения в РСФСР, Белорусии, Украине.

В результате реализации этого постановления уже в 1972 г. в СССР были построены из объёмных блоков жилые дома общей площадью 150 тыс. м². Начато строительство 9-этажных жилых домов.

В настоящее время в СССР и за рубежом построено большое число зданий из объёмных блоков высотой до 24 этажей; жилые дома, гостиницы, пансионаты. По преимуществу это моноблочные системы из железобетонных блоков. Производятся, осваиваются и предложены в экспериментальных проектах ОБ, различные по конструкции, материалу и технологии изготовления. В результате их апробирования и всестороннего изучения для массового строительства в СССР были рекомендованы и реализуются следующие простейшие типы ОБ из железобетона: цельноформованные железобетонные блоки-комнаты сантехкабин, тюбинги лифтовых шахт, блоки лестничных клеток, площадки и марши с полной отделкой. Разрабатываются проекты блоков-кухонь с полным оборудованием.

В ряде городов освоен выпуск цельноформованных железобетонных блок-комнат двух типов — «лежащий стакан» и «колпак» — с габаритами: ширина 2,4—3,9 м, длина 3,6—6,3 м. Оборудование заводов позволяет применять гибкую технологию с изменением параметров блоков в заданных размерах.

Для сельского строительства применяются полублоки (два блока на комнату), рассчитанные на специальные условия транспортировки и монтаж при помощи автокранов малой грузоподвижности. Из таких полублоков построены поселки под Москвой, Алма-Атой, на Украине. Архитекторекторы ЛенЗНИИЭПа предложили новые типы объёмных блоков для строительства базовых поселков в северных районах страны. Они двух типов. Первый представляет собой блок-линзу из двух железобетонных оболочек. Внутреннее пространство такого блока позволяет удобно разместить мебель и оборудование. Использование оболочек позволяет уменьшить расход материалов, а затраты по сравнению с обычными блочными домами снизить вдвое. Второй тип имеет гексагональную форму.

Конструктивные системы и формы зданий из железобетонных объёмных блоков
1. 2, 3 — монобллочные;
4 — каркасно-блочная;
5 — панельно-блочная;
6 — ствольно-блочная с подвесными блоками

В зарубежной практике применяют разнообразные по габаритам конструкции и материалу типы ОБ. В основном такие блоки. Предназначены для индивидуальных одно-двухэтажных жилых домов, а также школ, магазинов, общежитий, мотелей, больниц и т. п. зданий.

Анализ зарубежного опыта, проведенный Я. Н. Трофимовым показывает, что во многих странах активно внедряют объёмные блоки для жилья, иногда минуя крупнопанельное строительтво Создано огромное количество различных систем зданий из объёмных блоков. Хотя железобетон является наиболее распространенным материалом, но с ним успешно конкурируют дерево, металлы и пластмассы. Правда, следует учесть, что за рубежом из легких объёмных блоков строят преимущественно 1—2-этажные дома и «паркинги».

Анализ архитекторектуры зданий из объёмных блоков следует начинать с тех конструктивных систем, в которых они применяются. Конструктивные системы с использованием ОБ представляют собой сочетание ОБ с другими элементами — каркасными, панельными, вантовыми, объёмно-пространственными.

Моноблочная система (МБ) представляет систему из несущих ОБ, опирающихся друг на друга. Она является основной при сооружении многоэтажных зданий из железобетонных объёмных блоков. По этой системе построены жилые дома высотой до 12 этажей. Цельноформованные блоки способны выдерживать значительные нагрузки. Но это в свою очередь ведет к утяжелению собственной массы блоков от 400 до 1156 кг на 1 м² площади блока. По моноблочной системе в новом городе Энергодаре построена 9-этажная гостиница (1976). Характерным примером такой системы является рекламный жилой дом «Habitat-67», построенный в Монреале для Всемирной выставки по проекту архитектор. М. Сафди. Здание сооружено из 354 стандартных блоков-квартир. Оно имеет 158 квартир различных типов площадью от 56 до 158 м². Свободная компоновка блоков в пространстве позволила обеспечить определенную визуальную изолированность каждой квартиры, устроить сады-террасы на крышах нижележащих квартир, создать своеобразный, хотя несколько хаотичный, образ жилого дома.

Моноблочная система принята в СССР в качестве основной для 9-этажных жилых домов. Композиционным приемом в таких домах является сдвижка блоков в пространстве. По этой системе можно строить дома террасные и других типов.

Моноблочные здания гостиницы в городе Энергограде, 1976 год.

Строительство жилого дома из объёмных блоков

Панельно-блочная система (ПБС) представляет собой комбинированную систему, в которой вертикальные нагрузки воспринимается объёмными блоками и панелями перекрытий. Индустриальное зданий при такой системе повышается. Появляется возможность укрупнения шага несущих конструкций и, следовательно, создания более гибких планировочных решений. Дома по этой системе построены в Москве, Киеве, Краматорске, строятся в Сочи, Николаеве и других городах нашей страны, а также за рубежом. Паельно-блочная система может быть использована для жилых и малоэтажных общественных зданий, в частности для детских садов, комбинатов бытового обслуживания.

Здания ПБС могут быть двух видов: с башенным и шахтным расположением ОБ. Применение этой системы представляет определенный интерес для архитекторектора, поскольку в ней заложены большие композиционные возможности. По проекту ЦНИИЭП жилища в Харькове строится первый 16-этажный жилой дом панельно-блочной системы.

Каркасно-блочные (КБС) и каркасно-панельно-блочные (КПБС) системы впервые предложены архитектор. Н. Ладовским в 1931 г., первые здания были построены в 1960—1962 гг. в Минске. Основным несущим элементом зданий был каркас рамного типа. Из-за отсутствия легких эффективных материалов для ограждающих конструкций блоков эта система распространения не получила. В практике уже не раз бывали случаи, когда приходилось отказываться от той или иной конструктивной системы из-за каких-либо второстепенных факторов (отсутствие транспортных средств, эффективных материалов и т. д.). Каркасно-блочные системы рассчитаны на передачу вертикальных нагрузок на пространственный каркас, что требует резкого уменьшения массы объёмных блоков.

Примером такой системы является жилой дом в Минске, на ул. Якуба Коласа (архитекторекторы А. Воинов, С. Атаев, А. Зысман). Здесь несущие объёмные блоки сочетаются с каркасом рамного типа, что позволило достичь определенной тектонической выразительности. Но в техническом отношении эта система оказалась неэффективной. Очевидно здесь необходим иной подход к материалу и конструкции объёмных блоков.

Ствольно-блочная система (СБС) представляет собой несущие монолитные ядра или стволы, к которым тем или иным способом присоединены объёмные блоки. Идеи подобной системы высказывались многими авторами, например, архитектор. П. Морганом (см. рис. на с. 75). Однако пока осуществлены лишь немногие здания. Среди них наиболее крупное — 21-этажная гостиница в г. Сан-Антонио (США), имеющая 500 номеров, выполненных из ОБ (размером 9,8X3,9X2,7 м). В Сочи строится 24-этажный спальный корпус пансионата «Ставрополье». Здесь на каждой из 6 платформ центрального монолитного ствола расположено по 4 этажа объёмных блок-комнат.

Новый вариант системы предложен архитекторекторами КиевЗНИИЭПа, он представляет собой железобетонные опоры-стволы, устанавливаемые с интервалом в 50 м. Между ними (с опиранием на них) размещаются укрупненные объёмные блоки-секции, доставляемые на стройплощадку дирижаблями. Такое предложение позволяет соружать жилые дома на рельефе с сохранением природного ландшафта создавать гибкую планировку квартир, строить в труднодоступных местах. В Японии по проекту Н. Куракава в 1972 г. построен по подобной системе дом с двумя стволами из железобетона и объёмными блок-комнатами.

Использование железобетонных объёмных блоков для различных типов и систем жилых домов
Вверху слева – каркасно-балочная система;
Справа внизу – террасная форма дома;
Передвижной дом-блок;
Внизу – моноблочная система Habitai-67

Ствольно-вантово-блочные системы (СВБС), которые еще недавно фигурировали в проектах городов будущего, например архитекторекторов Й. Фридмана и П. Маймона, А. Квормби в виде «висячих городов» или дома — «зерно на початке» и т. п., сегодня получают более детальную разработку и практическое осуществление. Достаточно указать на факт выдачи в 1967 г. в Англии патента на конструкцию жилого дома с подвесными объёмными блоками. Он предполагает монолитный железобетонный ствол с подвешенными на стальных канатах ОБ разной формы. Между блоками и башней устанавливаются амортизаторы. Коммуникации — на податливых разъёмных соединениях. В 1972 г. в Японии, префектура Сига, по проекту архитектор. Т. Накадзима по этой системе построено молодежное общежитие. К полому железобетонному стволу подвешены сталепласт-массовые блок-комнаты.

Каковы же особенности формообразования зданий из железобетонных ОБ Какие композиционные принципы приемлемы для проектирования этих зданий при разных конструктивных системах?

Прежде всего к домам из ОБ необходим архитекторектурно-функциональный, а не только технический подход. Форма ОБ должна быть тесно увязана с назначением, функцией. Этажность, природно-климатические условия, характер окружающей застройки — вот факторы, определяющие форму ОБ и выбор той или иной КС. В связи с этим можно выделить, по крайней мере, четыре направления формообразования, отвечающих тем или иным потребностям общества и требующих определенных типов объёмных блоков и конструктивных систем.

Многоэтажные (9—12 этажей) жилые и общественные здания (гостиницы, пансионаты) для скоростного строительства в городах и поселках, расположенных вблизи крупных городов с развитой базой ОБ (моноблочная, ствольноблочная, панельно-блочная системы).

Малоэтажные (1—2 этажа) здания для строительства в сельской местности, в отдаленных и необжитых районах, мобильные индивидуальные дома, а также различные временные и переносные сооружения. (Комбинированные объёмные блоки — железобетон, металл, Дерево).

Ненесущие объёмные блоки, применяемые при панельном, кирпичном и других видах строительства (блоки коммуникаций, сантех-кабины, блок-кухни, кухни-санузлы, шкафы-перегородки), а также трансформаторные подстанции, мусоросборники и т. п. элементы (цельноформованные из железобетона).

Экспериментальные многоэтажные здания с мобильными, сменными и другими типами ОБ, сооружаемые в крупных городах (каркасно-блочная, ствольно-вантовоблочная и т. п. системы).

Наиболее оригинальные композиционные решения возможны в группе экспериментальных зданий, которые можно монтировать на небольших площадках в реконструируемых районах исторических городов. Здесь уместно испытать возможности самой формы блока (овальные, круглые и др.), а также КС с несущими стволами (как это предложено, например, в проекте архитектор. П. И. Бронникова, 1971).

Малоэтажные здания второй группы следует проектировать из комбинированных материалов (блоки должны быть сборными, а не цельноформованными). Это, несомненно, скажется на их форме. Одноэтажные дома целесообразно монтировать из скорлуп-оболочек, что приведет к совершенно новым формам.

Во всех случаях дома из ОБ должны иметь свое лицо. Тождество их облика с панельными зданиями — результат одностороннего технического подхода, который необходимо преодолеть, чтобы конструкция стала архитекторектурой.

Volumetric 3 — Обмен файлами

Посмотреть демо на Youtube здесь:

https://youtu.be/l-8qO7uox_4

Краткое руководство по покраске:

https://youtu.be/SKra3QYvfG8

Резюме:

Volumetric — это полноценное приложение в Matlab, предназначенное для создания и редактирования трехмерных визуализаций данных изображений мозга. Volumetric легко позволяет разделить и отобразить несколько каналов данных. Он имеет объемную визуализацию, которая позволяет получать прозрачные твердые тела, меняющие цвет и консистенцию.Вы можете делать очень простые и чистые визуализации для публикации или радикально подробные и красивые иллюстрации мозга или что-то среднее. В нем есть редактор слоев в реальном времени и метод трассировки лучей для создания изображений еще более высокого качества.

Volumetric работает только с файлами данных, которые были должным образом совместно зарегистрированы в общем пространстве. Этого можно добиться с помощью обычных инструментов, таких как AFNI и SPM. Типичный проект совместной регистрации: координаты фМРТ в координаты фМРТ или анатомические координаты в координаты фМРТ.Для целей визуализации вы хотите проецировать в пространство с максимально возможным разрешением, поэтому вам нужно проецировать из фМРТ в анатомические координаты. Предоставляется учебное пособие с использованием SPM, чтобы помочь людям привыкнуть к этому рабочему процессу.

Volumetric может технически визуализировать и наложить любые объемные данные (данные плотности трехмерных вокселей). Сюда входят скалярные поля, потенциально трехмерные векторные поля (если они уместны), данные моделирования, данные геологоразведки и многие другие области. Все, что можно преобразовать в трехмерный массив Matlab, можно загрузить с помощью Volumetric.Однако проблемы с размером и памятью могут возникнуть в зависимости от масштаба.

Вот несколько демонстрационных файлов, загруженных в mathworks:

http://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/63083-volumetric-3-demo-redscull <- это значок вверху
http://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/63084-volumetric-3-demo-bluebrain

Если вы используете объемную модель для публикации, пожалуйста, укажите автора и, если возможно, процитируйте. Я потратил слишком много времени на создание объемных 1, 2 и 3, так что небольшое признание было бы замечательно.В какой-то момент я мог бы выложить несколько учебных пособий по YouTube.

Многие люди спрашивали об этом, так что мне, наверное, стоит просто написать здесь:

— (Загрузить) в верхней части редактора слоев загружает предварительно созданный файл визуализации vl3

— (Загрузить источник цвета) в редакторе слоев загружает необработанную 3D-матрицу как .mat или .img, что позволит вам применить сопоставление цвета и прозрачности к вашим значениям.

— (Загрузить альфа-источник), если этот параметр включен, позволяет загружать 3D-матрицу для значений прозрачности независимо от цвета.

— (Цветные и серые полосы) внизу редактора слоев отображают цвет и прозрачность от низкого до высокого.Вы можете раскрасить их, нажав на них, что обновит 3D-визуализацию.

— Сделаю на YouTube видео процесса покраски. и скоро свяжите его здесь!

Работает на:

Mac

ПК

Linux

Примечания об ошибке:

* Не предназначен для использования в качестве инструментария: рекомендуется загрузить вместо этого zip-архив и перейти в каталог Volumetric 3 для начала.

Волюметрический. Версия набора инструментов была загружена, но не протестирована ….

* В редакторе реального времени есть графический сбой для Matlab 2016

* Raytrace работает, но находится в разработке,

* Освещение по трассировке лучей сложно использовать и не поддерживается

Автор: Джеймс Риланд

Учреждение: Техасский университет в Далласе

Публикации, на которые можно ссылаться при использовании моего ПО:

1.О’Тул, А.Дж., Нату, В. , Ан, Х., Райс, А., Рилэнд, Дж. И Филлипс, П. Дж. (2014). Нейронное представление лиц и тел в движении и в состоянии покоя. NeuroImage. 91, 1-11. http://dx.doi.org/10.1016/j.neuroimage.2014.01.038.

2. Райланд, Дж. (2013). Техника объемной визуализации для визуализации мозга, Международная совместная конференция 2013 г.

Нейронные сети.

Устройство преобразования гидравлической энергии в механическую — MATLAB

Идеальный расход и идеальный крутящий момент

Идеальный объемный расход —

, а идеальный создаваемый крутящий момент —

где:

D — указанное значение
Смещение параметр блока.
ω — мгновенная угловая скорость
вращающийся вал.
Δp — мгновенное падение давления от
вход к выходу.

Скорость потока утечки и момент трения

Расчет скорости потока внутренней утечки и момента трения зависит от
выбран вариант блока. Если вариант блока — Аналитический или табличные данные, расчеты зависят также от
Параметризация утечки и трения параметр
настройка.Есть пять возможных вариантов блочного варианта и
настройки параметров.

Случай 1: Расчет аналитической эффективности

Если активным вариантом блока является Аналитический или табличный данные и Утечка и трение
параметризация Параметр установлен на
Аналитический , скорость утечки

, а момент трения —

где:

K _HP — это
Коэффициент Хагена-Пуазейля для ламинарных потоков в трубах.Этот
коэффициент рассчитывается от указанного номинального
параметры.
K _TP — указанный
значение Момент трения в зависимости от падения давления
коэффициент параметр блока.
τ ₀ — указанный
значение крутящий момент холостого хода блока
параметр.
ω _Порог — это
пороговая угловая скорость перехода двигатель-насос. В
пороговая угловая скорость — это внутренне установленная часть от
указанное значение Номинальный вал угловой
скорость параметр блока.

Коэффициент Хагена-Пуазейля определяется из номинальной жидкости и
параметры компонента через уравнение

где:

ν _{Номинал} — указанный
значение Номинальная кинематическая вязкость блока
параметр. Это кинематическая вязкость, при которой номинальная
объемный КПД указан.
ρ _{Номинал} — указанный
значение Номинальная плотность жидкости блока
параметр. Это плотность, при которой номинальный объемный
эффективность указана.
ω _{Номинальный} является указанным
значение Номинальная угловая скорость вала
параметр блока.Это угловая скорость, при которой номинальная
объемный КПД указан.
ρ — фактическая плотность жидкости в присоединенном
гидравлическая (изотермическая жидкостная) сеть. Эта плотность может отличаться от
указанное значение Nominal жидкости
плотность параметр блока.
v — кинематическая вязкость жидкости.
связанные с жидкостной сетью.
Δp _{Номинал} — указанный
значение Номинальный перепад давления блока
параметр. Это падение давления, при котором номинальный объемный
эффективность указана.
η _{v, Номинальный} является указанным
значение Объемный КПД при номинальном
условия параметр блока.Это объемный
КПД, соответствующий указанным номинальным условиям.

Случай 2: Табличные данные эффективности

Если активным вариантом блока является Аналитический или табличный данные и Утечка и трение
параметризация Параметр установлен на Табличные данные - объемный и механический КПД, негерметичность
расход

, а момент трения —

где:

α — числовой параметр сглаживания для
мотопомпа переходная.
q _{Утечка, двигатель}
скорость утечки в моторном режиме.
q _{Утечка, насос}
скорость утечки в насосном режиме.
τ _{Трение, мотор}
момент трения в моторном режиме.
τ _{Трение, Насос}
момент трения в насосном режиме.

Параметр сглаживания α задается гиперболической функцией

где:

Δp _Порог — это
указанное значение порога падения давления для
переход мотопомпа параметр блока.
ω _Порог — это
заданное значение порога угловой скорости для
переход мотопомпа параметр блока.

Расход утечки рассчитывается из табличных данных по эффективности с помощью уравнения

в моторном режиме и по уравнению

в режиме насоса, где:

η _v — объемный
эффективность, полученная путем интерполяции или экстраполяции
Таблица объемного КПД, e_v (dp, w)
данные параметров.

Точно так же момент трения рассчитывается исходя из эффективности
табулированные данные с помощью уравнения

в моторном режиме и по уравнению

в режиме насоса, где:

η _м механический
эффективность, полученная путем интерполяции или экстраполяции
Таблица механического КПД, e_m (dp, w)
данные параметров.

Случай 3: Табличные данные потерь

Если активным вариантом блока является Аналитический или табличный данные и Утечка и трение
параметризация Параметр установлен на Табличные данные - объемные и механические потери, расход утечки
уравнение скорости

, а уравнение момента трения —

, где q _Утечка ( Δp , ω ) и τ _Трение ( Δp , ω ) — объемные и механические потери, полученные за счет
интерполяция или экстраполяция таблицы объемных потерь ,
q_loss (dp, w) и Таблица механических потерь, moment_loss
(dp, w) данные параметра.

Случай 4: КПД Физические входы сигналов

Если активным вариантом блока является Эффективность входа ,
Расчет скорости потока утечки и момента трения, как описано для
Табличные данные по эффективности (случай 2). Объемный и механический КПД
таблицы поиска заменяются входами физических сигналов, которые вы указываете через
порты EV и EM.

Случай 5: потеря физических входных сигналов

Если вариант блока Входные потери , утечка
Расчеты расхода и момента трения соответствуют приведенным в таблице потерям.
данные (случай 3).Заменены справочные таблицы объемных и механических потерь.
с физическими входами сигналов, которые вы указываете через порты LV и LM.

Объемное освещение в Blender (ВИДЕОУРОК) • Creative Shrimp

Хотите поразить зрителя объемным светом? Просмотрите этот урок, чтобы узнать, как создавать лучи света, световые лучи, густой туман и другие вещи, связанные с объемным освещением.

8 минут 34 секунды и вы будете знать инструменты, я гарантирую.

Вы будете знать все, что нужно, чтобы добавить что-то крутое объемное в свое портфолио.

Предупреждение: Volume Scatter очень сильно нагружает GPU. Осторожно.

Что вы узнаете

• Как создать эффект световых лучей

• Как объемные шейдеры реагируют на различные типы света

• Почему порода переменной плотности

• Простой способ создания светового рисунка

• Что такое анизотропия

• Как убить шум в Cycles Volume Scatter

• Чем полезна трассировка разветвленных путей

• Как использовать фильтры GIMP (G’MIC) для шумоподавления изображения

Получить .blend файл из Blender Cloud

Основные моменты учебника Blender

с использованием Python и VTK

В этом посте я продемонстрирую объемный рендеринг данных 3D-изображения в VTK. Это будет включать загрузку и преобразование сегментированного поля метки, определение соответствующих функций передачи цвета и непрозрачности, установку свойств объема и выполнение рендеринга объема с различными классами VTK, например, литье лучей или отображение текстуры, которые реализуются либо на ЦП. или GPU.

Фон

Некоторые из вас, возможно, читали мой предыдущий пост об извлечении с поверхности. В этом посте мы выполнили автоматическую сегментацию костных структур в наборе данных КТ и извлекли трехмерную поверхность, изображающую эти структуры. Возможно, вы помните, что та же самая модель черепа использовалась позже в моем посте о кастинге лучей.

Проблема с этими моделями поверхностей в том, что они именно такие, поверхности! По сути, это двухмерные поверхности, расположенные в трехмерном пространстве, но полностью пустотелые.Взгляните на рисунок ниже.

Как видите, у нас есть две поверхности, определяющие «псевдо-объем», но в них нет ничего, что становится очевидным, когда мы отсекаем / разрезаем их. Обрезка и нарезка на приведенном выше рисунке были выполнены в ParaView с использованием STL-модели черепа, которая использовалась в предыдущем посте о применении лучевого моделирования.

Однако часто бывает так, что мы хотим визуализировать весь трехмерный объем, то есть все данные, которые лежат под поверхностью (да, это был еще один мой каламбур).Что ж, в этом случае нам нужно прибегнуть к технике, точно названной «объемной визуализацией».

Согласно Руководству пользователя VTK, «объемный рендеринг — это термин, используемый для описания процесса рендеринга, применяемого к 3D-данным, когда информация существует во всем 3D-пространстве, а не просто на 2D-поверхностях, определенных в 3D-пространстве». Сейчас объемный рендеринг — чрезвычайно популярная тема в графике и визуализации. В результате это одна из немногих тем ВТК, которая на удивление хорошо задокументирована. Из-за своей популярности это также одна из активно развивающихся областей в VTK (ознакомьтесь с этой публикацией об обновлениях объемного рендеринга VTK в блоге Kitware).Если вы хотите узнать больше о объемном рендеринге и есть чему поучиться, я собрал ряд ссылок на ресурсы в конце этого поста.

Набор данных: Атлас мозга

Сегодняшний набор данных взят из проекта Halle et al., Под названием «Атлас мозга на основе мультимодальных МРТ». и в настоящее время он доступен в базе данных публикаций Гарвардской лаборатории хирургического планирования (SPL). Вкратце, этот проект предоставляет нам очень хорошо сегментированное поле меток человеческого мозга с чем-то вроде 150 различимых структур мозга вместе с исходными данными медицинского изображения.

Что я сделал, так это загрузил эту версию атласа, которую я затем перемаркировал, передискретизировал, чтобы получить более красивую визуализацию, и сжал ее до сжатого файла .mha . В отличие от формата MHD, который обсуждался в предыдущем посте о мультимодальной сегментации, этот файл .mha содержит как заголовок, так и данные двоичного изображения в одном файле. Кроме того, я изменил сопутствующий цветовой файл, который по сути представляет собой файл CSV, в котором перечислены все индексы в поле метки вместе с именем представленной структуры мозга и рекомендуемым цветом RGB.

Что вам нужно сделать, так это загрузить сегодняшний набор данных и извлечь содержимое файла .zip вместе с сегодняшней записной книжкой.

Сводка

Цель сегодняшнего поста не в том, чтобы научить вас всему, что нужно знать о объемном рендеринге в VTK. Объемный рендеринг — на самом деле довольно обширная тема, и даже если бы я знал все, чему можно было научить, чего я не знаю, для этого потребовался бы пост размером с книгу.

Сегодня я собираюсь снабдить вас инструментами и ноу-хау для выполнения объемного рендеринга ваших собственных данных изображения, тем самым дав вам еще один взгляд на ваши данные.Таким образом, этот пост предназначен только для введения.

Я начну с загрузки и преобразования поля метки в сегодняшний набор данных, чтобы сделать его совместимым с классами отображения объема, которые я буду использовать. Затем я определю функции передачи цвета и непрозрачности, которые являются наиболее важной частью всего процесса объемного рендеринга, поскольку эти функции определяют, как будет выглядеть результирующий рендеринг. Как только они будут определены, я продемонстрирую объемный рендеринг с помощью некоторых из различных классов объемного отображения, предлагаемых VTK, и покажу вам их результаты.

Если вы хотите опробовать представленный код самостоятельно, вам следует загрузить сегодняшнюю записную книжку и набор данных, которые следует извлечь вместе с записной книжкой.

Импорт

Как всегда, начнем с импорта:

  импорт ОС
import numpy
импорт vtk

Я знаю, что говорил почти во всех сообщениях, касающихся VTK, но если у вас нет работающей установки Python с VTK, сделайте себе одолжение и используйте Anaconda Python (проверьте этот ранний пост по этому поводу).

Вспомогательные функции

Следующие «вспомогательные функции» определены в начале сегодняшней записной книжки и используются повсюду:

vtk_show (renderer, width = 400, height = 300) : эта функция позволяет мне передать объект vtkRenderer и получить вывод изображения PNG этого отрисовки, совместимый с выводом ячейки IPython Notebook. Этот код был представлен в прошлой публикации об интеграции VTK с IPython Notebook.
createDummyRenderer () : очень простая функция, которая просто создает объект vtkRenderer , устанавливает некоторые основные свойства и настраивает камеру для целей рендеринга этой публикации.Поскольку мы будем рендерить несколько разных сцен, я подумал, что будет проще просто создать новый рендерер / сцену для каждого случая, чем постоянно удалять / добавлять актеров, тем самым делая каждый рендеринг независимым от предыдущих. Код, включенный в эту функцию, был ранее подробно описан в этой предыдущей публикации о трассировке лучей и в этой предыдущей публикации об извлечении поверхностей.
l2n = lambda l: numpy.array (l) и n2l = lambda n: list (n) : две простые функции lambda , предназначенные для быстрого преобразования списка или кортежа в numpy .ndarray и наоборот. Эти функции были впервые использованы в прошлой статье о трассировке лучей с помощью VTK.

Опции

Ближе к началу сегодняшней записной книжки мы определим несколько параметров, чтобы остальная часть записной книжки оставалась «чистой» и позволяла вам вносить прямые изменения, не просматривая / изменяя всю записную книжку.

  # Путь к файлу .mha
filenameSegmentation = "./nac_brain_atlas/brain_segmentation.mha"

# Путь к файлу colorfile.txt
filenameColorfile = "./nac_brain_atlas/colorfile.txt "

# Непрозрачность разных объемов (от 0,0 до 1,0)
volOpacityDef = 0,25

Две опции: filenameSegmentation и filenameColorfile , просто показывают расположение файла .mha и цветного файла .txt в сегодняшнем наборе данных, содержимое которого вы должны были уже извлечь вместе с сегодняшней записной книжкой.

Третий вариант, volOpacityDef , вступает в игру позже, когда мы определяем передаточную функцию непрозрачности для отображения объема, но все, что вам нужно знать сейчас, это то, что это будет базовая непрозрачность всех визуализированных структур мозга. .

Ввод данных изображения

Во-первых, нам, очевидно, нужно загрузить поле метки в предоставленный файл .mha . VTK имеет встроенную поддержку (не) сжатого MetaImage в форматах .mhd или .mha . Чтение их осуществляется через класс vtkMetaImageReader . Вот как это делается:

  считыватель = vtk.vtkMetaImageReader ()
reader.SetFileName (filenameSegmentation)

castFilter = vtk.vtkImageCast ()
castFilter.SetInputConnection (reader.GetOutputPort ())
castFilter.SetOutputScalarTypeToUnsignedShort ()
castFilter.Update ()

imdataBrainSeg = castFilter.GetOutput ()

Сначала мы создаем новый объект vtkMetaImageReader под reader и устанавливаем имя файла для чтения, которое было определено как filenameSegmentation в параметрах Options . Сам по себе этот класс будет читать свойства изображения, хранящиеся в заголовке файла, а также сами данные изображения и создавать новый vtkImageData , содержащий и то, и другое.Все идет нормально.

Тогда небольшая хитрость :). Как вы увидите позже, одним из классов, которые мы будем использовать для объемного рендеринга, будет класс vtkVolumeRayCastMapper . Хотя вы не увидите этого нигде в документации класса, этот класс работает только с типами данных unsigned char и unsigned short , и в нашем случае есть вероятность, что ваши данные не относятся к этому типу. Следовательно, нам нужно его забросить :).

К счастью, преобразование типа данных объекта vtkImageData очень просто, если вы знаете, где искать.Что мы делаем, так это создаем новый объект vtkImageCast под castFilter и подключаем его вход к выходу считывателя , таким образом передавая ему изображение.

Я уже говорил о конвейере VTK в предыдущих постах, но думаю, что это хорошее место для длинного напоминания. Как видите, мы еще не вызвали метод Update в объекте reader . Таким образом, на данный момент мы фактически не считали данные изображения, а просто подготовили для этого считыватель .Идея состоит в том, чтобы прочитать эти данные и сразу же их преобразовать, а не читать, сохраняя ненужную копию неотлитого изображения, а затем еще одну копию отлитого. Вот почему мы использовали метод SetInputConnection для castFilter и GetOutputPort для считывателя . Как только мы вызываем Update на castFilter , он сам запросит у считывателя — Update , таким образом считывая данные, и передаст указатель на свой недавно полученный результат, т.е.е. образ, на который он будет действовать и кастовать.

Затем ключ вызывает соответствующий метод для установки желаемого типа данных нашего выходного изображения. В нашем случае мы хотим, чтобы выходное изображение было типа unsigned short , поэтому мы вызываем метод SetOutputScalarTypeToUnsignedShort . Однако мы могли бы установить для него любой тип, например float с по SetOutputScalarTypeToFloat или signed int по SetOutputScalarTypeToInt .Ознакомьтесь с документами vtkImageData , чтобы увидеть имена всех таких методов.

Наконец, мы просто вызываем Update на castFilter , который впоследствии вызывает Update на reader , получает «исходные» данные изображения и преобразует их в тип unsigned short . Мы получаем эти данные через GetOutput и сохраняем их под imdataBrainSeg .

Подготовительные работы

Прежде чем мы фактически начнем объемный рендеринг, нам нужно проделать некоторую подготовительную работу.Фактически, эта подготовка — это , наиболее важная часть объемного рендеринга, которая определяет, насколько хорошо будут выглядеть ваши последующие рендеры. Сейчас мы определим передаточные функции и объемные свойства.

Передаточные функции

Внешний вид любого объемного рендеринга в значительной степени сводится к определению передаточных функций. Эти передаточные функции сообщают картографу объема, какой цвет и непрозрачность придать каждому пикселю на выходе.

Функция цвета

Во-первых, нам нужно определить функцию передачи цвета, которую я теперь буду называть «функцией цвета».Это должен быть экземпляр класса vtkColorTransferFunction и действовать как сопоставление значений скалярных пикселей с заданным цветом RBG.

При работе с полями меток с ограниченным количеством различных меток обычно назначается уникальный цвет каждой метке, таким образом различая различные структуры ткани при визуализации. Вот здесь-то и пригодится цветной файл в сегодняшнем наборе данных. Цветовые файлы или списки тканей очень распространены при сегментации. Обычно они хранятся в формате CSV, они представляют собой просто список, в котором каждый индекс метки сопоставляется с названием ткани и, возможно, цветом RGB.Цветной файл в этом наборе данных имеет очень простой формат, например:

  0, фон, 0,0,0
1, white_matter_of_left_cerebral_hemisphere, 245 245 245
2, левое боковое желудочек, 88,106,215
3, височный рожок левого бокового желудочка, 88,106,215
...

Первое целое число — это индекс метки, точно так же, как он отображается в данных изображения. За ним следует имя этой ткани и три целых числа от 0 до 255 для цвета RGB.

Хотя мы могли просто считывать эти данные с помощью метода readlines встроенного в Python класса файла , давайте сделаем это, используя вместо этого пакет Python csv :

  импорт CSV
fid = open (filenameColorfile, "r")
reader = csv.reader (fid)

dictRGB = {}
для строки в ридере:
    dictRGB [int (строка [0])] = [float (строка [2]) / 255,0,
                             float (строка [3]) / 255.0,
                             float (строка [4]) / 255.0]
fid.close ()

Приведенный выше фрагмент действительно очень прост и требует очень небольшого объяснения. Все, что мы делаем, — это перебираем каждую запись, считываемую из файла цветов, и создаем словарь dictRGB , где метка индекса действует как ключ , а значение представляет собой список с цветом RGB, назначенным этой ткани.

Обратите внимание, что мы пропускаем название ткани и, что более важно, «нормализуем» значения цвета до значения между 0.0 и 1.0 , так как это диапазон, который ожидает VTK. На этом этапе мы готовы определить «функцию цвета» в VTK:

  funcColor = vtk.vtkColorTransferFunction ()

для idx в dictRGB.keys ():
    funcColor.AddRGBPoint (idx,
                          dictRGB [idx] [0],
                          dictRGB [idx] [1],
                          dictRGB [idx] [2])

Как вы можете видеть, мы сначала создаем новую vtkColorTransferFunction под funcColor , которая позволяет нам создать ту карту цвет-индекс метки, которую мы обсуждали ранее.Затем мы просто перебираем все ключи в словаре dictRGB , созданном ранее, то есть все индексы меток, и используем метод AddRGBPoint для добавления точки с этим индексом метки и соответствующим цветом RGB.

vtkColorTransferFunction — это функция, которая включает в себя процедуры интерполяции для определения промежуточных цветов, если они потребуются устройством отображения объема. Таким образом, хотя мы определили заданные цвета для заданных индексов меток, это значение может также возвращать промежуточные цвета путем интерполяции между заранее заданными точками.Поскольку объемный рендеринг включает в себя много интерполяции, пиксель в рендеринге, скорее всего, будет иметь значения между значениями, определенными индексами меток. Здесь появляется передаточная функция, которая скрывает эту сложность.

Скалярная функция непрозрачности

Теперь, когда функция цвета определена, нам нужно определить скалярную функцию непрозрачности. Это будет работать аналогичным образом, с той лишь разницей, что мы будем использовать его, чтобы просто сопоставить каждую метку со значением непрозрачности.

Причина, по которой мы называем эту функцию «скалярной» непрозрачности, заключается в том, что она присваивает заданную непрозрачность всем пикселям с определенным значением, то есть все пиксели в пределах одной метки в нашем случае будут иметь одинаковую непрозрачность.

Однако, поскольку у нас нет заранее заданных значений непрозрачности для разных тканей, давайте установим для всех непрозрачностей одно значение volOpacityDef , которое было определено в параметрах :

  funcOpacityScalar = vtk.vtkPiecewiseFunction ()

для idx в dictRGB.keys ():
    funcOpacityScalar.AddPoint (idx, volOpacityDef, если idx <> 0, иначе 0,0)

Обратите внимание, что функция непрозрачности определяется через vtkPiecewiseFunction , поскольку она просто определяет карту 1–1. Также обратите внимание на использование метода AddPoint для добавления новых точек.

Здесь следует обратить внимание на то, что мы присваиваем непрозрачность 0,0 индексу ярлыка 0 .Это означает, что мы делаем фон , то есть черное пустое пространство вокруг сегментации, полностью невидимым (иначе мы бы просто увидели один массивный черноватый блок вокруг нашего рендеринга).

Теперь это та часть, где объемный рендеринг становится громоздким. То, что мы сделали выше, т. Е. Тупое назначение фиксированной непрозрачности для всех меток, не приведет к особенно красивому рендерингу. Обычно мы присваиваем низкие значения непрозрачности самым внешним тканям и более высокие значения самым внутренним, что позволяет нам четко видеть, что находится внутри.Это «художественная» часть объемного рендеринга, и вам следует поиграть, если вы хотите получить сексуальные рендеры в процессе :).

Функция непрозрачности градиента

На этом этапе у нас есть и функция цвета, и скалярная функция непрозрачности. Имея их, мы могли сразу перейти к определению некоторых основных свойств объема, а затем к рендерингу объема. Однако я хотел бы обратить ваше внимание на еще одну функцию, которую вы можете определить для еще более привлекательных результатов рендеринга.

Как указано выше, скалярная функция непрозрачности просто присваивает значение непрозрачности на пиксельную интенсивность, или в нашем случае label-index. Однако это обычно приводит к довольно однородному виду визуализации, когда внешние ткани преобладают в изображении (если они не скрыты с низким значением непрозрачности).

Здесь в игру вступают функции непрозрачности градиента. С помощью такой функции мы сопоставляем скалярный пространственный градиент, то есть степень, с которой скаляр изменяется в пространстве, с множителем непрозрачности.Эти градиенты имеют тенденцию быть небольшими при «перемещении» через однородную область, например, внутри ткани, в то время как они становятся больше при переходе между различными тканями. Таким образом, с помощью такой функции мы можем сделать «внутреннюю часть» тканей достаточно прозрачной, в то же время делая границы между тканями более заметными, что дает более четкую картину всего объема.

Вот более или менее произвольная функция, которую я определил в этом случае:

  funcOpacityGradient = vtk.vtkPiecewiseFunction ()

funcOpacityGradient.AddPoint (1, 0,0)
funcOpacityGradient.AddPoint (5, 0,1)
funcOpacityGradient.AddPoint (100, 1.0)

Как видите, эта функция снова определяется через объект vtkPiecewiseFunction . Опять же, эта функция была в значительной степени произвольной, так как я не хотел часами определять оптимальную непрозрачность и множители для целей этой публикации, а скорее познакомил вас с механикой всего этого.

Благодаря вышеуказанной функции пиксели с низким градиентом до 1.0 будет иметь непрозрачность, умноженную на 0,0 . Пиксели с градиентом между 1 и 5 получат множитель непрозрачности между 0,0 и 0,1 , а значения пикселей выше 5 будут иметь множитель на наклон до 1,0 .

Однако приведенное выше не имеет особого смысла для нашего набора данных, поскольку индексы меток не имеют никакого физического смысла, это просто произвольные числа. Следовательно, градиент 2,0 может означать просто переход от метки 1 к метке 2 .Этот тип функции непрозрачности имел бы гораздо больший смысл, если бы мы имели дело с несегментированными данными изображения, когда разные ткани отображают заданный диапазон значений, например в КТ. В любом случае, просто помните о механике непрозрачности градиента для своих собственных экспериментов по рендерингу объема.

Свойства объема

Обещаю, что самое сложное позади. Я просто чувствую, что должен напомнить вам, что определение передаточной функции — это то, что влияет на результат объемного рендеринга, поэтому рассчитывайте потратить большую часть своего времени на эксперименты с этими аспектами.

Теперь давайте определим основные свойства тома:

  propVolume = vtk.vtkVolumeProperty ()
propVolume.ShadeOff ()
propVolume.SetColor (funcColor)
propVolume.SetScalarOpacity (funcOpacityScalar)
propVolume.SetGradientOpacity (funcOpacityGradient)
propVolume.SetInterpolationTypeToLinear ()

Как видите, все сводится к созданию и настройке объекта vtkVolumeProperty , который «представляет общие свойства для визуализации тома» .Для целей этого поста я отключаю затенение, поскольку в противном случае мне пришлось бы углубиться в запутанную математику и механику освещения.

Мы назначаем три передаточные функции свойствам объема с помощью методов SetColor , SetScalarOpacity и SetGradientOpacity , а также функций funcColor , funcOpacityScalar и funcOpacityGradient , которые мы определили ранее.

Наконец, у нас есть тип интерполяции, используемый для этого объема.Здесь мы выбираем интерполяцию ближайшего соседа, задаваемую методом SetInterpolationTypeToNearest , и линейную интерполяцию, устанавливаемую с помощью метода SetInterpolationTypeToLinear . Обычно при работе с дискретными данными, такими как поле метки в нашем случае, мы выбираем интерполяцию ближайшего соседа, так как тогда мы не вводим «новые» значения, которые не соответствуют ни одной из тканей. Линейная интерполяция обычно используется, когда у нас есть непрерывные данные, поскольку она обеспечивает более плавные переходы.Однако в этом случае я обнаружил, что рендеринг получился более красивым с линейной интерполяцией, но не стесняйтесь экспериментировать с этим.

Объемная визуализация

Момент, которого вы все ждали. Фактический объемный рендеринг. Теперь VTK поставляется с несколькими различными подпрограммами для выполнения объемного рендеринга, каждая из которых имеет свои плюсы / минусы и требования. Однако я не буду углубляться в специфику каждого из них. Как я уже сказал, объемный рендеринг относительно хорошо документирован в VTK, и вам следует проверить документацию по классам для каждого из классов, которые я буду представлять.Кроме того, вам будет полезно проверить ссылки, которые я привожу в конце сообщения.

Поскольку я буду представлять различные примеры объемного рендеринга, я буду повторять весь необходимый код для каждого случая, чтобы вы могли изменить мелочи и повторно запустить конкретную ячейку в сегодняшней записной книжке, чтобы оценить, как ваши изменения повлияли на конкретный рендеринг.

vtkVolumeRayCastMapper

vtkVolumeRayCastMapper — это «классический» класс объемного рендеринга в рекламе VTK как «медленный, но точный картограф для рендеринга объемов» .

Как следует из названия, класс vtkVolumeRayCastMapper выполняет объемный рендеринг посредством преобразования лучей с помощью соответствующей функции преобразования лучей типа vtkVolumeRayCastFunction .

Эта функция может быть одной из трех:

Поскольку я не очень высоко оцениваю результаты рендеринга, полученные с помощью класса vtkVolumeRayCastMIPFunction и vtkVolumeRayCastIsosurfaceFunction , я решил продемонстрировать использование класса vtkVolumeRayCastCompositeFunction .Давайте посмотрим на код:

  funcRayCast = vtk.vtkVolumeRayCastCompositeFunction ()
funcRayCast.SetCompositeMethodToClassifyFirst ()

mapperVolume = vtk.vtkVolumeRayCastMapper ()
mapperVolume.SetVolumeRayCastFunction (funcRayCast)
mapperVolume.SetInput (imdataBrainSeg)

actVolume = vtk.vtkVolume ()
actVolume.SetMapper (mapperVolume)
actVolume.SetProperty (propVolume)

renderer = createDummyRenderer ()
renderer.AddActor (субъектVolume)

vtk_show (средство визуализации, 600, 600)

Как видите, сначала мы создаем новый объект с именем funcRayCast типа vtkVolumeRayCastCompositeFunction .Затем мы устанавливаем функцию для первой классификации пикселей, с которыми она сталкивается, перед интерполяцией с помощью метода SetCompositeMethodToClassifyFirst . Это сохраняет метки относительно однородными, но если мы решим пойти другим путем с методом SetCompositeMethodToInterpolateFirst , разные метки будут искажены, и мы получим беспорядочный рендеринг (просто измените его и посмотрите).

Далее нам нужно создать сопоставитель томов. Как уже говорилось, мы создаем новый объект vtkVolumeRayCastMapper под именем mapperVolume и передаем ему вновь созданную функцию преобразования лучей funcRayCast через метод SetVolumeRayCastFunction .Наконец, мы передаем ему фактические данные изображения, которые мы визуализируем, которые хранятся в объекте imdataBrainSeg .

Помните: класс vtkVolumeRayCastMapper работает только с данными unsigned char и unsigned short , поэтому мы приводим данные изображения при их загрузке.

Впоследствии мы создаем объект vtkVolume под ActorVolume , который является эквивалентом vtkActor , но предназначен для объемных данных.Мы устанавливаем сопоставитель на mapperVolume и свойства на vtkVolumeProperty объект propVolume , который мы создали во время подготовки.

Наконец, мы просто выполняем движения перед рендерингом. Мы создаем новое средство визуализации с помощью вспомогательной функции createDummyRenderer , которую мы определили в начале, и добавляем к нему ActorVolume перед вызовом vtk_show . Результаты можно увидеть на следующем рисунке.

Ну … это выглядит довольно убого, не так ли? В наборе данных слишком много тканей, а мозговые извилины просто смешиваются друг с другом, это был постоянный покупатель.Мы могли бы улучшить результат, тщательно настроив функции непрозрачности, но в этом посте не об этом. По крайней мере, давайте посмотрим на объем, чтобы мы могли хотя бы почувствовать, что мы его визуализировали.

Клипса

Класс vtkVolumeRayCastMapper и действительно все мапперы объема, о которых я знаю в VTK, поддерживают отсечение! Чтобы использовать отсечение, нам сначала нужно создать плоскость с соответствующим расположением и ориентацией. Вот как это делается:

  _origin = l2n (imdataBrainSeg.GetOrigin ())
_spacing = l2n (imdataBrainSeg.GetSpacing ())
_dims = l2n (imdataBrainSeg.GetDimensions ())
_center = n2l (_origin + _spacing * (_ dims / 2.0))

planeClip = vtk.vtkPlane ()
planeClip.SetOrigin (_center)
planeClip.SetNormal (0,0, 0,0, -1,0)

Вышеупомянутое так же просто, как и все остальное, поэтому вот краткая версия: мы используем соответствующие методы vtkImageData для получения исходных координат, интервала и размеров наших данных изображения и используем вспомогательную функцию l2n чтобы быстро преобразовать эти списки в numpy.ndarray объектов, позволяющих нам производить с ними некоторые математические вычисления. Затем мы вычисляем центральные координаты данных изображения и сохраняем их в _center .

Все, что нам нужно сделать, это создать новую плоскость vtkPlane , установить ее начало координат в центр данных изображения и нормаль к отрицательной оси Z. Затем мы просто повторяем код объемного рендеринга, который мы видели только что:

  funcRayCast = vtk.vtkVolumeRayCastCompositeFunction ()
funcRayCast.SetCompositeMethodToClassifyFirst ()

mapperVolume = vtk.vtkVolumeRayCastMapper ()
mapperVolume.SetVolumeRayCastFunction (funcRayCast)
mapperVolume.SetInput (imdataBrainSeg)
mapperVolume.AddClippingPlane (planeClip)

actVolume = vtk.vtkVolume ()
actVolume.SetMapper (mapperVolume)
actVolume.SetProperty (propVolume)

renderer = createDummyRenderer ()
renderer.AddActor (субъектVolume)

vtk_show (средство визуализации, 800, 800)

Обратите внимание, что единственное различие между приведенным выше фрагментом и фрагментом перед ним заключается в следующей строке, которая добавляет эту вновь созданную плоскость отсечения к преобразователю объема:

  mapperVolume.AddClippingPlane (planeClip)

Результат предыдущего фрагмента можно увидеть на следующем рисунке.

Сейчас, пока еще не очень красиво, по крайней мере, мы можем увидеть немного больше.

vtkVolumeTextureMapper2D

Теперь, поскольку мне нужно хотя бы одно красивое изображение для этого поста, я покажу вам, как выполнить объемный рендеринг с помощью другого средства отображения объема VTK, в частности класса vtkVolumeTextureMapper2D .

Этот класс использует объемный рендеринг на основе текстур, который происходит полностью на стороне графического процессора и генерирует намного более красивое, IMHO, рендеринг за очень короткое время.Посмотрим на код:

  mapperVolume = vtk.vtkVolumeTextureMapper2D ()
mapperVolume.SetInput (imdataBrainSeg)
mapperVolume.AddClippingPlane (planeClip)

actVolume = vtk.vtkVolume ()
actVolume.SetMapper (mapperVolume)
actVolume.SetProperty (propVolume)

renderer = createDummyRenderer ()
renderer.AddActor (субъектVolume)

vtk_show (средство визуализации, 800, 800)

Как видите, единственное отличие от приведенного выше кода и фрагментов, которые мы видели ранее, заключается в том, что mapperVolume теперь имеет тип vtkVolumeTextureMapper2D вместо vtkVolumeRayCastMapper .Кроме того, вы можете заметить, что мы не определяем никаких функций преобразования лучей, так как этот класс работает не так. Помимо этих различий, остальная часть кода идентична предыдущей. Результаты можно увидеть на следующем рисунке.

Outro

Как и сегментация, объемный рендеринг — это непрерывный процесс. Определение передаточных функций, выбор правильных свойств объема освещения / затенения, выбор и настройка соответствующего преобразователя объема и т. Д.Все это имеет решающее значение для результата рендеринга и может сделать его или сломать.

Вы можете и должны экспериментировать с различными настройками, пока коровы не вернутся домой (или пока вы не будете удовлетворены результатом). Не забудьте поиграть с различными функциями преобразования лучей, которые можно применить к классу vtkVolumeRayCastMapper . Кроме того, прежде чем я закончу, я хотел бы обратить ваше внимание на еще пару классов отображения объема, с которыми вы можете поиграть:

vtkGPUVolumeRayCastMapper : версия графического процессора vtkVolumeRayCastMapper класса, который просто не хотел работать на моем MacBook NVIDIA GeForce GT 750M, но работал на моем настольном компьютере GTX 750i (так что не удивляйтесь, если он не работает для вы).Он гораздо менее настраиваемый, чем его аналог ЦП, и, казалось, игнорировал функцию непрозрачности градиента, но результат все еще был хорош, поэтому я включил его ниже. Кроме того, этот класс претерпевает реконструкцию, как указано в недавнем обновлении этой темы от Kitware, поэтому хорошо об этом помнить.

vtkFixedPointVolumeRayCastMapper : Хорошая замена классу vtkVolumeRayCastMapper . В отличие от vtkVolumeRayCastMapper , он поддерживает любой тип данных, многокомпонентные данные изображения и реализован с многопоточностью, что делает его намного быстрее.Тем не менее, он имеет несколько ограничений, например, поддерживает только метод преобразования лучей «интерполировать в первую очередь», который не дает хороших результатов с этим набором данных, поэтому я не представил его, но если вам интересно, вы можете увидеть результат ниже. Я должен отметить, что этот беспорядочный результат в значительной степени похож на то, что я получил при использовании «сначала интерполировать» с классом vtkVolumeRayCastMapper .

vtkVolumeTextureMapper3D : Как следует из названия, этот преобразователь объема выполняет полное трехмерное наложение текстуры с объемным набором данных.Вы можете увидеть не очень красивый результат ниже, но помните о классе. Если вы хотите узнать больше о наложении текстур и различиях между 2D и 3D наложением текстур, я предлагаю вам прочитать эту статью.

vtkSmartVolumeMapper : Особо следует упомянуть этот класс: «это адаптивный преобразователь томов, который будет делегировать определенному сопоставителю томов на основе параметров визуализации и доступного оборудования» . Этот преобразователь объемов «проверяет» ваши входные данные и в зависимости от их типа данных, количества компонентов на пиксель, доступного оборудования, а также от того, будет ли рендеринг интерактивным или неподвижным, выбирает «лучший» преобразователь объемов для задания.Я также должен отметить, что этот класс скоро станет основным интерфейсом для объемного рендеринга в VTK, как указано в этом недавнем обновлении по теме Kitware, и будет продолжать обновляться всем арсеналом объемного рендеринга, который может предложить VTK, так что следите в теме.

Обратите внимание, что приведенные выше визуализации, созданные с помощью соответствующих классов, можно найти в сегодняшней записной книжке для справки и экспериментов. Я просто не думал, что их стоит подробно описывать, поскольку код всего на 1-2 строки отличается от кода, обсуждаемого в этом посте.

Ссылки и ресурсы

Материал

Вот материал, использованный в этом посте:

Ресурсы объемной визуализации

Вот несколько ресурсов по объемному рендерингу:

VTK User’s Guide: Официальная книга по VTK от Kitware. В последней редакции, 11-й на момент написания, есть целая глава, посвященная объемному рендерингу с помощью VTK, в то время как более старые редакции также содержат много материала по ней.
Введение в программирование для анализа изображений с помощью VTK: отличная бесплатная книга по обработке медицинских изображений с помощью VTK.Хотя она немного устарела, подавляющее большинство информации, представленной в этой книге, все еще применимо к текущим версиям VTK, и ее определенно стоит прочитать. Глава 12 также содержит большой раздел по объемному рендерингу.
CS 6630: Научная визуализация: Проект 4 — Объемный рендеринг: хороший отчет по объемному рендерингу с помощью VTK из курса «Научная визуализация» Школы вычислительной техники Юты. Он дает очень хороший обзор различных аспектов объемного рендеринга с помощью VTK, а также ряд скриптов для воспроизведения представленных визуализаций.
Интерактивный объемный рендеринг с использованием оборудования для трехмерного наложения текстур: статья о визуализации объема с наложением текстуры и разнице между двухмерным и трехмерным наложением текстуры.

См. Также

Посмотрите эти прошлые сообщения, которые использовались и упоминались сегодня или имеют отношение к этому сообщению:

Не забывайте: все материалы, которые я представляю в этом блоге, можно найти в репозитории PyScience BitBucket.

Нравится:

Нравится Загрузка…

Связанные

Всестороннее введение в различные типы сверток в глубоком обучении | by Kunlun Bai

Если вы слышали о различных типах сверток в глубоком обучении (например, 2D / 3D / 1×1 / транспонированные / расширенные (атрофические) / пространственно разделенные / глубинно разделенные / плоские / сгруппированные / перетасованные сгруппированные свертки) не понимаете, что они на самом деле означают, эта статья написана для того, чтобы вы поняли, как они на самом деле работают.

Здесь, в этой статье, я обобщаю несколько типов свертки, обычно используемые в глубоком обучении, и пытаюсь объяснить их так, чтобы это было доступно для всех. Помимо этой статьи, есть несколько хороших статей по этой теме. Пожалуйста, ознакомьтесь с ними (перечислены в Справочнике).

Надеюсь, эта статья поможет вам развить интуицию и послужит полезным справочником для ваших исследований / исследований. Пожалуйста, оставляйте комментарии и предложения. Спасибо и наслаждайтесь! 🙂

В содержание статьи входят:

Convolution v.с. Кросс-корреляция
Свертка в глубоком обучении (одноканальная версия, многоканальная версия)
3D-свертка
Свертка 1 x 1
Арифметика свертки
Транспонированная свертка (деконволюция, артефакты шахматной доски)
Дилатированная свертка (Atrous Convolution) )
Разделимая свертка (пространственно разделенная свертка, глубинная свертка)
Уплощенная свертка
Групповая свертка
Перемешанная групповая свертка
Точечная групповая свертка

Свертка — широко используемый метод в обработке сигналов, обработке изображений и других / области науки.В глубоком обучении своего рода архитектура модели, сверточная нейронная сеть (CNN), названа в честь этого метода. Однако свертка в глубоком обучении — это, по сути, взаимная корреляция при обработке сигнала / изображения. Между этими двумя операциями есть небольшая разница.

Не вдаваясь в подробности, вот разница. При обработке сигнала / изображения свертка определяется как:

Она определяется как интеграл произведения двух функций после того, как одна будет обращена и сдвинута.Следующая визуализация продемонстрировала идею.

Свертка в обработке сигналов. Фильтр g переворачивается, а затем скользит по горизонтальной оси. Для каждой позиции мы вычисляем площадь пересечения между f и перевернутым g. Область пересечения — это значение свертки в этой конкретной позиции. Изображение взято и отредактировано по этой ссылке.

Здесь функция g — фильтр. Он переворачивается, а затем скользит по горизонтальной оси. Для каждой позиции мы вычисляем площадь пересечения между f и перевернутым g .Эта область пересечения является значением свертки в этой конкретной позиции.

С другой стороны, взаимная корреляция известна как скользящее скалярное произведение или скользящее внутреннее произведение двух функций. Фильтр взаимной корреляции не переворачивается. Он напрямую проходит через функцию f. Область пересечения между f и g является взаимной корреляцией. График ниже демонстрирует разницу между корреляцией и взаимной корреляцией.

Разница между сверткой и взаимной корреляцией при обработке сигналов.Изображение заимствовано и отредактировано из Википедии.

В глубоком обучении фильтры в свертке не меняются местами. Строго говоря, это взаимная корреляция. По сути, мы выполняем поэлементное умножение и сложение. Но в глубоком обучении принято называть это сверткой. Это нормально, потому что веса фильтров изучаются во время обучения. Если обратная функция g в приведенном выше примере является правильной функцией, то после обучения изученный фильтр будет выглядеть как обратная функция g.Таким образом, нет необходимости сначала обращать фильтр перед обучением, как при истинной свертке.

Целью свертки является извлечение полезных функций из ввода. При обработке изображений существует широкий спектр различных фильтров, которые можно выбрать для свертки. Каждый тип фильтров помогает выделить различные аспекты или особенности входного изображения, например горизонтальные / вертикальные / диагональные края. Точно так же в сверточной нейронной сети различных функций извлекаются посредством свертки с использованием фильтров, веса которых автоматически изучаются во время обучения .Все эти извлеченные функции затем «объединяются» для принятия решений.

Есть несколько преимуществ выполнения свертки, например, разделение весов и инвариант трансляции. Свертка также принимает во внимание пространственное соотношение пикселей. Они могут быть очень полезны, особенно во многих задачах компьютерного зрения, поскольку эти задачи часто включают идентификацию объектов, определенные компоненты которых имеют определенные пространственные отношения с другими компонентами (например, тело собаки обычно соединяется с головой, четырьмя ногами и хвостом).

2.1. Свертка: одноканальная версия

Свертка для одного канала. Изображение взято из ссылки .

В глубоком обучении свертка — это поэлементное умножение и сложение. Для изображения с 1 каналом свертка показана на рисунке ниже. Здесь фильтр представляет собой матрицу 3 x 3 с элементом [[0, 1, 2], [2, 2, 0], [0, 1, 2]]. Фильтр скользит по входу. В каждой позиции выполняется поэлементное умножение и сложение.Каждая скользящая позиция заканчивается одним номером. Конечный результат — это матрица 3 x 3. (Обратите внимание, что в этом примере stride = 1 и padding = 0. Эти концепции будут описаны в разделе арифметики ниже.

2.2. Свертка: многоканальная версия

Во многих приложениях мы имеем дело с изображениями с несколькими каналов.Типичным примером является изображение RGB.Каждый канал RGB подчеркивает различные аспекты исходного изображения, как показано на следующем изображении.

Шпаргалка по объемному туману в UE4

Развивая этот подход, вы можете использовать несколько сферических частиц тумана с шумом от текстур, чтобы ограничить туман определенной областью вашей сцены.

Temporal Reprojection

Объемные текстуры, используемые Volumetric Fog, имеют относительно низкое разрешение и выровнены по усеченной части камеры. Volumetric Fog использует мощный фильтр временного перепроецирования с различным субвоксельным джиттером в каждом кадре для сглаживания наложения спектров.Как побочный эффект, быстро меняющиеся огни, такие как фонарики и вспышки выстрелов, оставляют световые следы. Отключите вклад этих источников света, установив для Volumetric Scattering Intensity значение 0.

Performance

Стоимость GPU для Volumetric Fog в основном контролируется разрешением объемной текстуры, которое устанавливается на уровне Engine Shadow Scalability. Объемный туман стоит 1 мс на PlayStation 4 при высоких настройках и 3 мс на Nvidia 970 GTX при настройках Epic, у которых вокселей в 8 раз больше для работы.

Частицы, использующие домен Volume , могут значительно увеличить стоимость графического процессора в зависимости от их трехмерной перерисовки и количества команд. Используйте консольную команду profilegpu , чтобы проверить эту стоимость.
Точечные и точечные источники света с включенной функцией Cast Volumetric Shadow стоят примерно в 3 раза больше, чем точечные и точечные источники света без тени.

Поддерживаемые в настоящее время функции

Этот список включает в себя поддерживаемые в настоящее время функции Volumetric Fog:

Единственный направленный свет с затенением из каскадных карт теней или статическим затенением с функцией освещения.
Любое количество точечных и точечных источников света с динамическим или статическим затемнением, если Cast Volumetric Shadowing включено.
Одиночный световой люк с затенением от Distance Field Ambient Occlusion, если он включен.
Освещение частиц, если Объемная интенсивность рассеяния больше 0.

Кроме того, объемный туман правильно влияет на полупрозрачность в зависимости от его положения в сцене. По умолчанию полупрозрачность вычисляет туман в вершинах, поэтому на водных плоскостях с низкой тесселяцией могут появляться артефакты.Эти материалы могут быть настроены на вычисление тумана на пиксель, чтобы решить эту проблему с помощью Compute Fog Per-Pixel , включенного в сведениях о материале.

Известные проблемы и общие вопросы

Следующие функции еще не поддерживаются при использовании объемного тумана:

Предварительно вычисленное глобальное освещение.
Затенение стационарных мансардных окон.
Профили IES и световые функции для точечных и точечных источников света.
Затенение от теней поля с трассировкой лучей.
Затенение от самого объемного тумана.
Радиус источника для точечных и точечных источников света.
Некоторые настройки в тумане экспоненциальной высоты, такие как Расстояние отсечения тумана, Начальное расстояние и Максимальная непрозрачность тумана.
No related posts.

Технология объемно-блочного домостроения: плюсы и минусы

История возникновения

Отличие современной технологии от первоначальной

Плюсы и минусы

Примеры застроек в Воронеже

Вывод

Поделиться ссылкой:

Конструкции объемных блоков

Блок объёмный — это… Что такое Блок объёмный?

Смотреть что такое «Блок объёмный» в других словарях:

Блок объемный — это.<img src='/800/600/https/studfile.net/html/2706/1203/html_0SBK8AdoKQ.P6KC/img-Uv6OxQ.jpg' /> .. Что такое Блок объемный?

Здания из объемных блоков. Виды объемных блоков и конструктивные схемы зданий из них

Объёмно-блочные здания — Строительные СНИПы, ГОСТы, сметы, ЕНиР,

Volumetric 3 — Обмен файлами

Устройство преобразования гидравлической энергии в механическую — MATLAB

Объемное освещение в Blender (ВИДЕОУРОК) • Creative Shrimp

Что вы узнаете

Основные моменты учебника Blender

Вам также может понравиться

Легкая текстура или как вдохнуть жизнь в скучную сцену

Как создать свой собственный Silent Hill в Blender и Photoscan

Универсальное руководство по постобработке за 12 простых шагов (с использованием Blender и Photoshop)

Проект освещения

с использованием Python и VTK

Фон

Набор данных: Атлас мозга

Сводка

Импорт

Вспомогательные функции

Опции

Ввод данных изображения

Подготовительные работы

Передаточные функции

Функция цвета

Скалярная функция непрозрачности

Функция непрозрачности градиента

Свойства объема

Объемная визуализация

vtkVolumeRayCastMapper

Клипса

vtkVolumeTextureMapper2D

Outro

Ссылки и ресурсы

Материал

Ресурсы объемной визуализации

См. Также

Нравится:

Связанные

Всестороннее введение в различные типы сверток в глубоком обучении | by Kunlun Bai

2.1. Свертка: одноканальная версия

2.2. Свертка: многоканальная версия

Шпаргалка по объемному туману в UE4

Temporal Reprojection

Performance

Поддерживаемые в настоящее время функции

Известные проблемы и общие вопросы

Добавить комментарий Отменить ответ

Блок объемный — это. .. Что такое Блок объемный?