可視化とアニメーション：生物学での利用

ボリュームグラフィックス製品では、可視化やアニメーション*を簡単に作成できます。クリッピング機能を使えば、実際にオブジェクトを破壊することなく、内部までを「見る」ことが可能です。また、複数のボリュームデータセットを1つのシーンにまとめてリアルに描画するだけではなく、メッシュデータセットの描画も可能です。

南アフリカのクモヒトデ（Ophioderma wahlbergii）のサンプル**では、 セグメンテーションした母体の育児嚢にある幼生をVGSTUDIO MAXで可視化しました。この発見により、クモヒトデの育雛に関する新しい習性が明らかになりました。 

*データ元：J. Landschoff and C. G. Griffiths 2015, ‘3D visualisation of brooding behaviour in two distantly-related brittle stars from South African waters’ and J. Landschoff, A. du Plessis, C. G. Griffiths 2015, ‘A dataset describing brooding in three species of South African brittle stars, comprising seven high-resolution, micro X-ray computed tomography scans’

**アニメーション作成にお困りですか？ボリュームグラフィックスがアニメーションの作成を承ります。サンプルは弊社ウェブサイトやYouTubeチャンネルでご確認ください。

セグメンテーション：生物学での利用

ボリュームグラフィックス製品には、コンポーネントやマテリアル等をそれぞれ定義するセグメンテーションツールがあります。3Dボリュームデータにおける化石や新しい生命体のセグメンテーションにより、これまでの2Dや実際に化石を切断等して行う調査以上の成果を望めます。しかも、セグメンテーションは全て非破壊で行えます。クリッピング機能でボリュームオブジェクトをコンピュータ上で切り開くと、オブジェクト内部を観察できます。

本サンプル*ではVGSTUDIO MAXの基本機能を使用して、Karusasaurus polyzonus（絶滅したトカゲの一種）の頭部を構造別にグレイバリューに基づくセグメンテーションを実施しました。筋肉組織、骨、神経組織がはっきり分かるようになり、それぞれを表示したり非表示にしたりできます。 

*データ元：E. Stanley and D. Blackburn 2015 (California Academy of Sciences)、スキャン元：E. Stanley and M. Faillace at GE Inspection Technologies, LP Technical Solutions Center in San Carlos, CA

座標計測：生物学での利用

VGSTUDIO MAXはオプションモジュールを追加することで、更に高度な機能が加わります。 座標計測モジュールを追加すると、2Dや3Dの計測タスクをボリュームデータセットに直接実施できます。これまでの破壊検査や非破壊検査の方法では分からなかった所まで検査できる可能性が広がります。

メキシコジムグリガエル骨格*の四肢長や体長といった解剖学的計測に計測フィーチャーを使用しました。このような解剖学的構造の計測は形態学にも利用されています。 

*データ元：E. Stanley and D. Blackburn 2015 (California Academy of Sciences)、スキャン元：E. Stanley and M. Faillace at GE Inspection Technologies, LP Technical Solutions Center in San Carlos, CA

拡張面定義*

VGSTUDIO MAXの拡張面定義（座標計測モジュール機能）では、1ボクセルより小さな詳細でも可視化可能です。周辺ボクセルのグレイバリューを考慮し各ボクセルのグレイバリューを処理することで、スムーズな面を定義できます。局所適用型の拡張面定義はアーチファクトの影響を軽減し、さらにオペレーターへの依存を最小化します。

ピューマ（Puma concolor**）の頭蓋骨で信頼性の高い自動計測や可視化をする前準備として、拡張面定義を実施しました。解剖学的構造における信頼性の高い計測は、形態学の研究に利用できます。

*座標計測モジュールの機能
**データ元：Volume Graphics GmbH, スキャン元：Fraunhofer-Zentrum HTL

スラブ厚と非平面ビュー：生物学での利用

VGSTUDIO MAX では複数のスライスに渡る構造を可視化したり、湾曲した構造を確認したりできます。スラブ厚機能は、連続する複数のスライスを1つの2Dビューにまとめて表示します。非平面ビューは円筒オブジェクトを「展開」、または高さの異なる面を平らに表示します。これまでは円筒オブジェクトのみに対応したものでしたが、自由曲面にも対応しました。これにより碑文、装飾品、骨、血管や標本等の構造が湾曲したオブジェクトを分かりやすく表示・確認できるようになりました。

本サンプル*では、スラブ厚機能でドブネズミの骨格全体をまとめて、2Dビュー1つで可視化しました。元は複数の画像スタックにあった骨構造が、一目で確認できます。

*データ元：Volume Graphics GmbH

肉厚解析生物学での利用

 VGSTUDIO MAXの 肉厚解析 では、有機または無機マテリアルから成るオブジェクトの肉厚を簡単に定義できます。肉厚解析はボリュームデータセットに直接行い、肉厚に応じたセグメンテーションや可視化に役立ちます。 

本サンプル*では、 VGSTUDIO MAXで絶滅した頭足類であるMrine Allonautilus Srobiculatusの殻の肉厚を観察・可視化しました。3Dレンダリングで肉厚を色づけしました。殻の分厚い部分は赤色で表示されています。肉厚解析は生息する水深の異なる種の適応調査にも利用できます。 

*データ元：R. Hoffmann 2015 (Ruhr-Universität Bochum), Synchrotron　スキャン元：F. Fusseis, X. Xiao, R. Hoffmann

メカニカルシミュレーション

VGSTUDIO MAXのメカニカルシミュレーションモジュールでは、スキャンしたオブジェクトに直接バーチャル応力検査を実施できます。力線、ローカル変位、およびミーゼス応力といった破損に関する変数を計算し、可視化します。

メカニカルシミュレーションモジュールでサブサハラアフリカに生息する蛇（Causus rhombeatus）で牙種による咬合力をシミュレーションしました。シミュレーションでは、牙の先に直線的荷重を適用しました。牙で計測したミーゼス応力は、同じ荷重を他の蛇の一般的な形状の牙に適用した場合と比べ、著しく低い結果となりました。このことから、牙が大きいほど大きな荷重に耐えられることが分かります。このような解析が、牙がどのように蛇の噛む力に適応しているかや、牙の種類による差、蛇の種類による採食行動の違いとの関連性などへの理解につながります。

*データ元：du Plessis, A., le Roux, S. G., & Broeckhoven, C. (2016), スキャン元：Stellenbosch CT Scanner Facility

繊維配向解析：考古学での利用

VGSTUDIO MAXの 繊維配向解析 は繊維素材のボリュームデータセットを処理します。ローカル繊維配向を可視化したり、織物の構造や粗紡の主配向を特定したりできます。 

本サンプル* では、VGSTUDIO MAXで繊維複合材料を調査しました。歴史のある繊維産業においては、考古学的な織物研究で新たな発見を得られることがあります。 

*データ元：ITCF Denkendorf

移動現象：地学での利用

 VGSTUDIO MAXの 移動現象 モジュールでは、土壌や岩のサンプル、その他多孔質材料や複合材料のCTスキャンなどに孔サイズのシミュレーションを行えます。流れと拡散性のバーチャル実験を基に、均質化した材料特性（絶対透過性、屈曲度、形状因子、分子拡散性、電気抵抗性、熱伝導性、ポロシティなど）を算出します。

本サンプル*では、移動現象モジュールを利用してフランス・フォンテーヌブロー地域で採取した砂岩サンプルの物質的性質を調査しました。3D表示は砂岩のマイクロCTスキャンを基に作成しました。岩サンプルは元の状態のまま残っています。 VGSTUDIO MAXでは孔サイズにおける流量をシミュレーションし、絶対透過性を導出しました。

*データ元：W. B. Lindquist, A. Venkatarangan, J. Dunsmuir, T.-F. Wong 2000, ‘Pore and throat size distributions measured from synchrotron X-ray tomographic images of Fontainebleau sandstones’ in Journal of Geophysical Research：Solid Earth (105, 21509)

多孔質構造解析：地学での利用

VGSTUDIO MAXの 多孔質構造解析 では、合成マテリアルから自然発生した多孔質構造までの多様なマテリアルのセル構造の判定を行います。ボリュームデータをセル、ストラット、接触面に分けたり、更なる解析のための様々な統計値を計算できます。

本サンプル*では超多孔質である火山岩の軽石を可視化しました。可視化を組み合わせると、ストラット、肉厚、ボリュームデータを可視化できます。全体として見ると、軽量で平均ポロシティ90%の軽石でも安定性が高い理由は、その多孔質構造にあると分かります。

*データ元：Volume Graphics GmbH　スキャン元：GE Munich 

欠陥/介在物解析地学での利用

VGSTUDIO MAXの 欠陥/介在物解析 では、固形材料における特定のマテリアル構造（欠陥）を検出・解析・可視化できます。検出した空隙、空洞、介在物は、体積や直径などに応じて色分けできます。それぞれの欠陥に関する様々なパラメータ（欠陥位置、球形度/稠密度、サイズ、幾何情報、最近傍の欠陥との間隔、参照面に対する欠陥の距離）を算出・可視化します。

本サンプル*は花崗岩のドリルコア（直径40mm）のCTスキャンで自動検出されたイルメナイトの低密度粒子と鉱物です。欠陥/介在物解析で、鉱物の粒子が大きさに応じて色分けされています。CTとボリュームデータを活用することで、オブジェクトを破壊することなく、更なる解析のたたき台となるオブジェクト内部の情報を得られます。

*データ元：S. le Roux and A. du Plessis (Stellenbosch University)　スキャン元：Stellenbosch CT Scanner Facility

設計値/実測値比較古生物学での利用

VGSTUDIO MAXの 設計値/実測値比較 ではボリュームデータ2つを直接比較し、統計的に評価できます。差異や偏差は色分けして、表示できます。 

本サンプル*は、プティロドゥス（およそ6千年前に生息していた初期哺乳類）の臼歯化石を設計値/実測値比較したものです。摩耗の少ないサンプルと摩耗の進んだサンプルを比較し、摩耗差が最も大きい部分が赤とピンクで表示されています。摩耗段階の異なる臼歯を比較することで、絶滅生物が食べていたものや生体に関する貴重な洞察を得られます。 

*データ元：J. Schultz 2015 (University of Chicago), Synchrotron　スキャン元：F. Fusseis, X. Xiao, R. Hoffmann