用于使三维对象可视化的方法、可视化装置和计算机程序产品与流程

本发明涉及体绘制（volumerendering）的、也就是说通过图像合成使不均匀的（inhomogen）三维对象可视化的技术领域。这样的对象尤其可以是真实的物体或者虚拟地建模的对象。对三维对象的可视化具有多个应用领域，尤其是在医学方面、在地球物理学方面、在材料研究方面、在虚拟现实领域和/或在计算机游戏方面。

背景技术：

在体绘制的情况下，也使内部体积可视化、也就是说不仅仅使不均匀的对象的表面可视化，使得也可以以切合实际的方式再现透明效果和/或内部结构。在这种情况下，三维对象由体积数据以三维分辨率来表示。

所述体绘制的一种公知的方法是所谓的光线投射（ray-casting），在所述光线投射的情况下，在下文称作可见射线（sehstrahl）的虚构射线的走向被模拟，所述虚构射线从虚构的观察者的眼睛或者虚构的探测器出发并且穿过要进行可视化的对象。沿着所述可见射线，针对在所述对象之内的点的照明值被确定。最后，根据针对所述可见射线确定的照明值来组合经可视化的二维图像。

实际的可视化需要尽可能全面地考虑全局照明的效果，诸如环境遮蔽、阴影、透光性、所谓的色彩融合（colorbleeding）、表面描阴、复杂的相机效果和/或由于任意的环境光照条件引起的照明。在这种情况下，环境遮蔽常常也被称作环境光遮蔽（ambientocclusion）。尤其是在体绘制的情况下，这样的照明效果非常有助于深度感知和形状感知并且借此有助于更好的图像理解。

公知的体绘制系统虽然常常考虑局部照明效果。但是不能将所有的全局照明效果以切合实际的方式包括在内。

根据出版物"exposurerender:aninteractivephoto-realisticvolumerenderingframework"，托马斯·克勒斯（thomaskroes）等人，plosone，第7卷，第7期，2012年7月，公知一种体绘制方法，所述体绘制方法使用蒙特-卡罗模拟（monte-carlo-simulation）连同所谓的woodcock跟踪（woodcock-tracking）来跟踪可见射线。然而，为了计算实际的描阴效果，除了相应的可见射线之外还要跟踪在对象体积之内的其它射线，这造成了很大的计算花费。此外，还需要所谓的重要性抽样（importancesampling），这影响了蒙特-卡罗方法的统计特性。

技术实现要素：

本发明的任务是说明用于使三维对象可视化的一种方法、一种可视化装置以及一种计算机程序产品，所述三维对象允许高效地将全局照明效果包括在内。

该任务通过具有专利权利要求1的特征的方法、通过具有专利权利要求14的特征的可视化装置以及通过具有专利权利要求15的特征的计算机程序产品来解决。

为了使通过体积数据来表示的、不均匀的三维对象可视化，针对相应的可视化像素模拟多个被分配给该可视化像素的可见射线。在这种情况下，所述体积数据说明待投影的对象在对象体积中的密度。在此，该密度尤其可以是物理密度、光密度、折射率和/或亮度值、色值、透明度值和/或阻光度值，并且以标量、矢量或张量的形式存在。可视化像素尤其可以虚拟地被布置在投影平面或者弯曲的投影面上。按照本发明，针对相应的进入到对象体积中的可见射线，i)根据沿着所述可见射线的密度确定散射位置，ii)根据随机过程选择散射方向，以及iii)使所述可见射线在散射位置朝所选择的散射方向进行散射。在这种情况下，所述随机过程例如可以基于伪随机数生成器或者准随机数生成器。重复步骤i)至iii)，直至所述可见射线在对象体积中被吸收或者从所述对象体积射出，其中所射出的可见射线碰到照明源，并且根据所述照明源的亮度值和/或色值来确定所述可见射线对相应的可视化像素的照明贡献。关于多个可见射线的相应的照明贡献在统计学上求平均，以便确定所分配的可视化像素的亮度值和/或色值。

本发明允许以高效的方式考虑复杂的全局照明效果。由于可见射线朝随机被选择的散射方向散射直至吸收或者碰到照明源，可以避免可见射线或者照明射线的要花费大地计算的级联分岔（kaskadierteverzweigung），而且仍然可以考虑在对象体积之内的复杂的光路。

本发明的有利的实施方式和改进方案在从属权利要求中予以说明。

根据本发明的一有利的实施方式，一个包围所述对象体积的环境图像可以被设置为照明源。在此，可以确定所射出的可见射线碰到所述环境图像的碰撞点并且根据在所述环境图像的碰撞点上的亮度值和/或色值来确定所述可见射线的照明贡献。这种环境图像常常也被称作光探头（lightprobe）或者光照图（lightmap）。

只要这种环境图像完全或者部分地包围所述对象体积，至少对于很大份额的射出的可见射线来说就可以指望它们碰到所述环境图像的图像点并且这样得到照明贡献。以这种方式可以避免大份额的可见射线在一定程度上被浪费、也就是说被跟踪却没有提供照明贡献。

借助于这样的环境图像，可以使对象如此地可视化，好像该对象处在由环境图像所投影的环境中并且以切合实际的方式受到由所述环境感应的照明。

按照本发明的一改进方案，多个包围所述对象体积的环境图像可以被设置为照明源。在这种情况下，可以给可见射线分配一种散射类型并且根据所射出的可见射线的散射类型来选择所述环境图像中的至少一个。接着，所述可见射线的照明贡献可以特定地依据所述至少一个被选择的环境图像来确定。

该散射类型尤其可以是反射或透射。同时，还可以针对未散射的可见射线设置散射类型“未散射”。反射的散射类型优选地根据在表面上的最多轻微的漫反射（diffusespiegelung）而可以被归入强烈地各向异性的散射，而透射的散射类型可以被归入具有与此相对地更低的各向异性的散射。优选地，在反射的散射类型的情况下，可以选择最多轻微地模糊的环境图像，而在透射的散射类型的情况下，可以选择与此相对地非常模糊的环境图像。

尤其是，根据所述环境图像中的第一环境图像，可以通过对于散射类型特定的滤波来产生所述环境图像中的第二环境图像。这样，可以在未散射的可见射线的情况下选择未经滤波的第一环境图像，在反射的散射类型的情况下选择据此借助于模糊滤波器轻微地变得模糊的第二环境图像，以及在透射的散射类型的情况下选择与此相对地非常模糊或者漫反射的环境图像。

以这种方式可以有效地通过相对应地被滤波的环境图像来模拟或者实现散射的特定的特性、如尤其是所述散射的各向异性。

按照本发明的一有利的改进方案，可见射线的照明贡献可以根据未散射地从照明源延伸到散射位置的照明射线的亮度值和/或色值来调整。这允许在避免花费大的射线跟踪的情况下有效地考虑照明源的特定的照明影响（lichteinfluss）。

根据本发明的另一改进方案，至少一个、优选地平面的光源可以被设置为照明源。在这种情况下，有利地，在这种情况下，对散射方向的选择可以限于朝所述至少一个光源的方向的散射方向。因为常常不能指望朝随机方向从对象体积射出的可见射线碰到光源，所以可以通过限制可能的散射方向来减小在一定程度上被浪费的可见射线的份额。

尤其是可以规定，利用预先给定的概率来限制散射方向，而且如果不进行所述限制，那么漫反射的照明贡献加入到所射出的可见射线的照明贡献中。

根据本发明的一实施方式，所述可见射线的照明贡献可以通过在散射位置的密度来影响。

优选地，可以设置如下传递函数，所述传递函数描绘了所述密度有关亮度值、色值、透明度值和/或阻光度值的相应的值。以这种方式，可以通过颜色、亮度、透明度和/或阻光度以能预先给定的方式使对象的内部结构可视化，所述内部结构通过不同的密度或者表特性的密度变化过程来表征。

尤其是，可以使可见射线的照明贡献的在散射之前存在的色值与被分配给所述密度的色值联系起来、例如用被分配给所述密度的色值来增强（multiplizieren），而得到的色值可以被添入到所述可见射线的照明贡献中。

此外，还可以确定在散射位置的密度的梯度或者普遍的密度变化过程，而且可以根据所述梯度来选择散射方向。梯度计算可以完全或者部分地事先进行或者可替换地或附加地通过可见射线的散射来触发。

尤其是，可以确定所述梯度的数值并且以根据所述数值的概率给所述可见射线分配反射的和/或折射的散射类型。接着，可以将所述梯度的方向确定为表面法线，并且在选择散射方向时可以优选关于所述表面法线反射和/或折射的散射方向。

根据本发明的一有利的实施方式，可以借助于woodcock跟踪来确定散射位置。在这种情况下，优选地，可见射线的散射的概率可以随着由所述可见射线在对象体积中走过的路程的长度而升高。

根据另一实施方式，可以对可见射线的所进行的散射的数目进行确定、例如进行计数，并且根据所述数目来对在对象体积中的可见射线进行吸收。尤其是，可以针对所述散射预先给定最大数目，在超过所述最大数目之后，可见射线视为被吸收。

根据另一实施方式，相应的被分配给可视化像素的可见射线可以从所述可视化像素对准在虚拟透镜上随机选择的位置。接着，所述可见射线可以按照所述虚拟透镜的折射能力在所选择的位置被折射，而被折射的可见射线可以被继续跟踪。以这种方式，可以模拟具有光学投影效果（如深度模糊和/或运动模糊）的虚拟相机，由此可以增强现实效果（realitaetseindruck）。

附图说明

本发明的实施例随后依据附图进一步予以阐述。

图1至3分别以示意图示出了用于使三维对象可视化的具有经模拟的射线走向的实施例。

具体实施方式

图1-3分别阐明了三维对象obj的可视化。所述三维对象obj例如可以是依据断层扫描数据虚拟地建模的物体部分。在图1-3中所阐明的结构优选地作为虚拟结构由计算机来模拟。优选地，为此所需要的计算的重要部分可以被扩展到计算机的显卡上并且在那里以大规模并行的方式来执行。所述对象obj被包含在三维对象体积ov中，所述三维对象体积ov通过点状的矩形来勾画出。所述对象obj在对象体积ov之内通过体积数据来表示，所述体积数据以三维或空间分辨率来说明要进行可视化的对象obj的密度。在这种情况下，所述密度尤其可以以三维分辨率来说明所述对象obj的物理密度、光密度、折射率和/或亮度、颜色、透明度和/或阻光度。

虚拟探测器d用作投影平面，经可视化的对象obj虚拟地被投影到所述投影平面上。该探测器d包括多个虚拟地平面地来布置的可视化像素。虚拟透镜l被布置在探测器d前面，所述虚拟透镜l与所述探测器d一起构成虚拟相机。通过对探测器d和透镜l的布置，可以模拟光学投影效果、如深度模糊和/或运动模糊。

所述对象obj具有隐性的第一表面is1以及隐性的第二表面is2作为示例性的内部结构。所述对象obj的内部或外部区域可以被理解或者被标识为隐性表面，在所述内部或者外部区域中，密度变化过程在一定程度上具有突变，也就是说在所述内部或者外部区域中，所述密度的梯度的数值在局部很大。这例如在从肌肉组织过渡到骨骼组织时是这种情况。接着，相对应的过渡可以被标识为骨骼表面。优选地，可以给以这种方式来标识的表面（这里is1和is2）分配反射特性。

多个被模拟的可见射线从所述探测器d的相应的可视化像素出发。针对在本情况下的实施例，在图1-3中勾画出示例性的可见射线r1,…,r6。从所述探测器d的相应的可视化像素出发的可见射线r1,…,r6优选地对准在虚拟透镜l上的随机选择的位置，并且按照透镜l的折射能力根据物理折射定律在所选择的位置上折射。接着，继续跟踪被折射的可见射线r1,…,r6。为了产生待可视化的对象obj的要显示给用户的图像，针对所述探测器d的相应的可视化像素来模拟、也就是说计算多个可见射线。接着，关于所述多个可见射线，按可视化像素计算地来在统计学上求平均。在随着可视化的进行而计算其它的可见射线期间，所生成的图像的质量逐渐被改善、也就是说在统计学上造成的图像噪声随着模拟的进行而降低。

给每个从可视化像素出发的可见射线分配一个照明贡献，所述照明贡献优选地包含一个色值。该色值最初用白颜色来初始化。针对由透镜l折射的可见射线分别确定所述可见射线是否进入到对象体积ov中。在本情况下的实施例中，可见射线r1没有进入到对象体积ov中，而其它可见射线r2,…,r6都进入到所述对象体积ov中。针对进入到所述对象体积ov中的可见射线r2,…,r6，借助于所谓的woodcock跟踪分别确定在对象体积ov之内的散射位置。在woodcock跟踪的情况下，根据所述对象obj沿着相应的可见射线的优选地被插值的（interpoliert）密度的散射概率随着在对象体积ov中走过的路程的长度而升高。在所确定的散射位置上，模拟对相应的可见射线的散射。所述散射改变了所述可见射线的方向，这在图1-3中通过在相应的散射位置上的相对应的转弯来勾画出。尤其是，相应的可见射线未分岔地被散射。以这种方式可以避免可见射线的要花费大地计算的级联分岔或者可见射线的分岔树。

散射方向借助于随机过程来选择。在这种情况下，优选地使用常常也用pdf来缩写的概率密度函数，所述概率密度函数针对相应的散射位置说明了可见射线以多少概率朝相应的散射方向散射。这样的概率密度函数常常也被称作相函数。所述相函数可以从所述对象obj的局部材料特性推导出来，例如依据从断层扫描数据推导出来的局部x光衰减或者按照所谓的“豪恩斯菲尔德量表（hounsfeld-skala）”的吸收来推导出来。所述局部材料特性在所述对象obj的体积数据中优选地被编码为密度的分量。优选地，所述体积数据被编码为使得所述密度和从中推导出来的数据可以在所述对象体积ov的每个位置上并且尤其是沿着可见射线和它们的散射位置高效地被插值。

在散射位置上的局部颜色可以通过将传递函数应用到优选地被插值的密度或者所述密度的分量上来推导出来。该传递函数例如可以将更暗的、更饱和的和/或不同于较低的密度的颜色分配给较高的密度。存在于所述散射位置上的颜色与被分配给相应的可见射线的颜色组合、例如用被分配给相应的可见射线的颜色来增强，以便对在所述散射位置上在光与对象obj之间的相互作用进行建模。

朝基于随机的散射方向散射的可见射线r3,…,r6借助于woodcock跟踪来继续跟踪，以便这样确定下一个散射位置，在所述下一个散射位置应用与在先前的散射位置的情况下相同的运算。重复所述过程，直至相应的可见射线在对象体积ov中被吸收或者离开所述对象体积ov。在此，所述吸收可以被建模，其方式是预先给定散射过程的最大数目，在超过所述最大数目时，相应的可见射线视为被吸收，或者其方式是针对相应的可见射线基于散射事件的数目的消光（extinktion）使用概率密度函数。woodcock跟踪与基于随机的散射的这样的组合常常也被称作蒙特-卡罗绘制（monte-carlo-rendering）。

在依据图1和图2来阐明的实施例中，包围所述对象体积ov的环境图像lp1、lp2和lp3被设置为照明源。这样的环境图像常常也被称作“光探头”或者“光照图”。优选地，所述环境图像lp1、lp2和lp3尽可能完全包围所述对象体积ov，使得尽可能每个从对象体积ov射出的可见射线都碰到所述环境图像lp1、lp2或lp3中的一个。所述环境图像lp1、lp2或lp3分别被布置或被投影为使得它们描绘了如处在对象体积ov中的观察者会拥有的对所描绘的环境的那个视角。

针对由图1和2所阐明的实施例应假定，所述环境图像lp1是未经滤波的环境图像、例如街道的全景图。所述环境图像lp2应是反射的环境图像，所述反射的环境图像通过应用轻微模糊滤波器而从所述环境图像lp1产生。因此，所述环境图像lp2应是所述环境图像lp1的轻微地模糊的版本。同时，所述环境图像lp3应是漫反射的环境图像，所述漫反射的环境图像通过应用强烈模糊滤波器而从所述环境图像lp1产生。因此，所述环境图像lp3应是所述环境图像lp1的强烈地模糊的或者几乎漫反射的版本。这种几乎漫反射的环境图像lp3常常也被称作“辐照光照图（irradiancelightmap）”。

借助于未经滤波的环境图像lp1来确定未散射的可见射线的照明贡献。相对应地，依据反射的环境图像lp2来确定只被反射的可见射线的照明贡献，而依据漫反射的环境图像lp3来确定以透射的方式散射的可见射线的照明贡献。相应的可见射线的照明贡献根据在所述可见射线碰到环境图像的碰撞点上的亮度值和/或色值来确定。

在图1中，被继续跟踪的可见射线r1没有碰到对象体积ov，而是作为未散射的可见射线碰到未经滤波的环境图像lp1。这也适用于可见射线r2，所述可见射线r2虽然穿过所述对象体积ov，但是在那里没有被散射并且因此同样根据环境图像lp1在碰撞点上的亮度值或色值来得到所述可见射线r2的照明贡献。

在可见射线r3离开对象体积ov之前，所述可见射线r3在对象体积ov中首先在第二表面is2上、接着在第一表面is1上分别以反射的方式散射，而且紧接着在对象obj的内部再以透射的方式散射一次。由于以透射的方式的散射，给可见射线r3分配透射的散射类型，并且根据所述透射的散射类型来选择漫反射的环境图像lp3，以便根据在环境图像lp3的碰撞点上的亮度值或色值来确定所述可见射线r3的照明贡献。在可见射线r4离开对象体积ov之前，所述可见射线r4在对象obj之内在三个散射位置分别朝基于随机的散射方向以透射的方式散射。由于以透射的方式的散射，给可见射线r4分配透射的散射类型，并且相对应地依据漫反射的环境图像lp3来确定所述可见射线r4的照明贡献。

在可见射线r5离开对象体积ov之前，所述可见射线r5在对象体积ov之内在第二表面is2上仅仅一次、也就是说以反射的方式散射。由于以反射的方式的散射，给可见射线r5分配反射的散射类型，并且依据反射的环境图像lp2、也就是说依据所述环境图像lp2在碰撞点上的亮度值和/或色值来确定所述可见射线r5的照明贡献。

可见射线r6在对象obj的内部在三个散射位置分别朝基于随机的方向以透射的方式散射，而且此后在对象obj之内例如由于在最后的散射位置附近的高局部密度而被吸收。只要可见射线r6在所有散射事件之后停留在对象体积ov之内，该可见射线r6就没有得到照明贡献，这与所述可见射线r1,…,r5不同，所述可见射线r1,…,r5离开对象体积ov并且从环境图像lp1、lp2或lp3得到照明贡献。相应的可见射线的最终得到的照明贡献或最终得到的颜色被添加到所述探测器d的分别被分配的可视化像素。

为了计算在对象体积ov之内的隐性表面（这里是is1和is2）的表面描阴效果，针对可见射线的相应的散射位置，根据体积数据对在所述散射位置的密度的局部梯度进行插值，并且根据所述梯度的数值来对概率性的表面散射事件进行建模。这种表面散射事件可以是以反射的方式的散射、也就是说可见射线的反射，或者可以是所述可见射线在隐性表面上的折射。如果进行这种以反射的方式的散射，那么在通过局部密度梯度的方向给定的表面法线的半球中选择随机的散射方向。以反射的方式的散射的概率优选地依据针对所述散射位置来插值的体积数据的所谓的brdf（双向反射分布函数（bidirectionalreflectancedistributionfunction））来确定。在以反射的方式的散射的情况下，相对于所述半球的其它方向，按照物理反射定律而在很大程度上优选沿着反射方向的散射方向。因此，以反射的方式散射的可见射线在一定程度上概率性地集中于通过反射定律预先给定的反射方向。给只以反射的方式散射的可见射线（这里是可见射线r5）分配反射的散射类型。如果仅仅以反射的方式散射的可见射线离开对象体积ov，那么所述可见射线的照明贡献依据反射的环境图像lp2在碰撞点上的亮度值和/或色值来确定。如果相应的可见射线以透射的方式散射，那么如已经在上面提及的那样，给所述可见射线分配透射的散射类型，而且如果所述可见射线离开对象体积ov，那么所述可见射线的照明贡献依据环境图像lp3来确定。在两种情况下，照明贡献都与被分配给相应的可见射线的颜色组合、例如用被分配给相应的可见射线的颜色来增强，而且被添加到分别被分配的可视化像素。没有碰到对象体积ov的可见射线（这里是r1）或者没有在对象体积ov中散射的可见射线（这里是r2）从未经滤波的环境图像lp1得到照明贡献。

图2阐明了本发明的一个变型方案，在所述变型方案中，附加的贡献加入到相应的可见射线的照明贡献中。为了该目的，照明射线ir1,…,ir6被模拟为除了相应的可见射线的照明贡献之外的贡献。所述照明射线ir1,…,ir6针对在对象体积ov之内的每个反射的散射位置附加地被计算，并且在图2中通过虚线的箭头来勾画出。

在图2中，如已经关于图1所阐述的那样，可见射线r1,…,r5被散射并且得到相对应的照明贡献。在通过图2所阐明的实施例中，除了所述关于图1所描述的照明贡献之外，针对每个以反射的方式的散射（这里是可见射线r3和r5的以反射的方式的散射），通过所述照明射线ir1,…,ir6来添加除了相应的可见射线r3或r5的照明贡献之外的贡献。这样，例如针对可见射线r5在第二表面is2上的以反射的方式的散射，将照明射线ir3和ir4的贡献添加到所述可见射线r5的照明贡献。在这种情况下，对应于漫反射的照明贡献的照明射线ir3从环境图像lp3行进到反射的散射位置，而对应于反射的照明贡献的照明射线ir4从环境图像lp2延伸到所述反射的散射位置。在所述表面is2在反射点上的半球中选择随机的位置，作为照明射线ir3在所述环境图像lp3上的出发点。在照明射线ir4的情况下，选择一个朝反射方向的点，作为在所述环境图像lp2上的出发点。依据所述照明射线ir3和ir4对所述反射的散射位置的贡献，可以调整被分配给所述照明射线ir3和ir4的色值。在这种情况下，最初被分配给所述反射的散射位置的色值可以用所述漫反射的照明射线ir3的亮度值和/或色值来权衡，而且可以添加所述反射的照明射线ir4的亮度值和/或色值。接着，最终得到的色值可以与被分配给可见射线r5的色值组合、例如用被分配给可见射线r5的色值来增强，以便这样针对随后的散射事件来调整所述可见射线r5的色值。在上文针对可见射线r5在第二表面is2上的反射所描述的利用照明射线ir3和ir4的照明方法也在可见射线r3在第二表面is2上的（这里利用照明射线ir1和ir2的）以反射的方式的散射和在第一表面is1上的（这里利用照明射线ir5和ir6的）以反射的方式的散射的情况下予以执行。

所述照明射线ir1,…,ir6在所有情况下都没有散射并且没有分岔。以这种方式可以避免照明射线的要花费大地计算的级联分岔。

图3阐明了本发明的另一变型方案，在所述变型方案中，替代环境图像，平面的光源ls1和ls2作为照明源来起作用。在该实施例中，散射位置如已经关于在上文的实施例所描述的那样来确定。然而，与通过图1和图2阐明的实施例不同，在通过图3阐明的实施例中，对散射方向的选择限于朝光源ls1和ls2的方向的散射方向，也就是说针对每个散射位置，首先随机地选择所述光源ls1或ls2中的一个、必要时用它们的面积来权衡地选择所述光源ls1或ls2中的一个，并且紧接着在所选择的光源的表面上确定随机位置。接着，朝被确定的随机位置的方向进行散射。

因为所述光源ls1和ls2没有包围对象体积ov，所以通过对散射方向的选择进行限制可以避免很大份额的可见射线没有碰到光源而因此在一定程度上会被浪费。在通过图3阐明的实施例中，可见射线r1和r2没有在对象体积内散射，而且也没有碰到所述光源ls1和ls2中的一个。与此相对应，所述可见射线r1和r2没有得到照明贡献。可见射线r5在第二表面is2上被反射并且碰到光源ls2，所述光源ls2的亮度值和/或色值被添加到所述可见射线r5的照明贡献。可见射线r6在所述对象obj之内以透射的方式散射四次，其中每一次的散射方向都指向所述光源ls1或ls2之一的方向。在第四次散射之后，所述可见射线r6在所述对象obj中被吸收并且没有给所述探测器d的被分配的可视化像素提供照明贡献。可见射线r4在对象obj之内分别朝所述光源ls1和ls2之一的方向散射三次，并且最后朝所述光源ls1的方向离开对象体积ov，所述光源ls1的亮度值和/或色值被添加到所述可见射线r4的照明贡献。

如果散射方向在每次散射时都会毫无例外地如所描述的那样被限制，那么不是所有可能的经过对象体积ov的光路都可能会被考虑。这会导致：在对象体积ov之内的区域可能会没有被照明，并且因此在经可视化的图像上显得完全黑色。为了避免这样的未被照明的区域，也可以容许未被限制的散射以预先给定的概率用来选择。也就是说，在例如可由用户预先给定的概率阈之下，替代朝光源ls1或ls2的方向的散射，也可以容许朝任意的、优选地在统计学上相同地分布的方向的散射。优选地，可以给这种未被限制地散射的可见射线分配特定的散射类型，诸如“环境照明（ambientlighting）”。

与此相对应，在图3中，可见射线r3首先在第二表面is2上朝未被限制的随机方向散射，并且紧接着在对象obj之内再次朝未被限制的随机方向散射。相对应地，给所述可见射线r3分配散射类型“环境照明”。所述可见射线r3从对象体积ov射出并且没有碰到光源ls1或ls2。然而，作为被分配给散射类型“环境照明”的可见射线，r3得到微弱的漫反射的并且各向同性的环境照明贡献，所述环境照明贡献常常也被称作“环境遮挡照明（ambientocclusionlighting）”。以这种方式可以有效地避免所述对象obj的完全未被照明的区域。

所述探测器d的可视化像素形成可视化图像缓冲器，所述可视化图像缓冲器包含所有可见射线的在统计学上被求平均的照明贡献。所述可视化图像缓冲器持续地被呈现给用户，并且在该背景下连续地通过计算其它的可见射线来精制（verfeinern）。在高对比度图像（所谓的“高动态范围图像（highdynamicrangeimage）”（hdri））的情况下，在可视化图像被呈现给用户之前，可以执行动态压缩。如果可视化参数、诸如虚拟相机的位置被改变，那么可以删除所述可视化图像缓冲器，并且可以重新开始对可见射线的计算。因为所述可见射线和所述照明贡献可以彼此无关地来计算，所以按照本发明的可视化方法可以良好地并行化（parallelisieren）并且借此有效地被实施在多核架构上或者被实施在大规模并行地工作的显卡上。

由于使用蒙特-卡罗方法用于颜色跟踪，本发明可以考虑经过对象体积ov的任意的光路并且模拟复杂的照明效果和相机模型。由于该方法的随机性，可以考虑在对象体积ov之内的大量的甚至复杂的光路，以便随着时间产生平滑的、逼真的可视化图像。因为对于相应的可见射线来说，只须借助于woodcock跟踪来跟踪经过所述对象体积ov的唯一的路径，所以该方法是非常高效的。