Arend Buchacher

• With the emergence of current generation head-mounted displays (HMDs), virtual reality (VR) is regaining much interest in the field of medical imaging and diagnosis. Room-scale exploration of CT or MRI data in virtual reality feels like an intuitive application. However in VR retaining a high frame rate is more critical than for conventional user interaction seated in front of a screen. There is strong scientific evidence suggesting that low frame rates and high latency have a strong influence on the appearance of cybersickness. This thesis explores two practical approaches to overcome the high computational cost of volume rendering for virtual reality. One lies within the exploitation of coherency properties of the especially costly stereoscopic rendering setup. The main contribution is the development and evaluation of a novel acceleration technique for stereoscopic GPU ray casting. Additionally, an asynchronous rendering approach is pursued to minimize the amount of latency in the system. A selection of image warping techniques has been implemented and evaluated methodically, assessing the applicability for VR volume rendering.
• Mit dem Aufkommen von Head-Mounted Displays (HMDs) der aktuellen Generation erlangt Virtual Reality (VR) wieder großes Interesse im Feld von medizinischer Bildgebung und Diagnose. Exploration von CT oder MRT Daten in raumfüllender Virtual Reality stellt eine intuitive Anwendung dar. Allerdings gilt in Virtual Reality, dass das Aufrechterhalten einer hohen Bildwiederholungsrate noch wichtiger ist als bei konventioneller Benutzerinteraktion, die sitzend vor einem Bildschirm erfolgt. Es existieren starke wissenschaftliche Hinweise, die nahelegen, dass geringe Bildwiederholungsraten und hohe Latenzzeit einen starken Einfluss auf das Auftreten von Cybersickness besitzen. Diese Abschlussarbeit untersucht zwei praktische Ansätze, um den hohen Rechenaufwand von Volumenrendering zu überkommen. Einer liegt in der Ausnutzung von Kohärenzeigenschaften des besonders aufwändigen stereoskopischen Rendering Set-ups. Der Hauptbeitrag ist die Entwicklung und Auswertung einer neuartigen Beschleunigungstechnik für stereoskopisches GPU Raycasting. Zudem wird ein asynchroner Renderingansatz verfolgt, um das Ausmaß von Latenz im System zu minimieren. Eine Auswahl von Image-Warping Techniken wurden implementiert und systematisch evaluiert, um die Tauglichkeit für VR Volumenrendering zu bewerten.