S'abonner

Efficient Parallel Resampling for Deformable Volume Rendering in Medical Simulation: Block-Based Culling and Shared Memory Optimization - 16/09/26

Doi : 10.1016/j.irbm.2026.100963 
Chailim Park, Heewon Kye
 Division of Computer Engineering,Hansung University, Seoul 02876, South Korea 

Corresponding author.
Sous presse. Manuscrit accepté. Disponible en ligne depuis le Wednesday 16 September 2026

Abstract

Background and Objective

Deformable volume visualization is a cornerstone of modern medical simulations, such as virtual surgery and preoperative planning. However, sustaining high-resolution visual feedback in real-time remains a significant computational challenge due to the intensive resampling required during volume deformation. This study proposes a high-performance GPU-based framework designed to achieve interactive resampling speeds without compromising visual fidelity.

Methods

Our approach incorporates two synergistic acceleration strategies. First, a margin-refined block culling method is introduced to selectively process visually significant regions, effectively eliminating redundant computations while preserving boundary integrity near deformed interfaces. Second, we employ an optimized hardware resource management scheme that leverages shared memory tailored to 3D cell access patterns to reduce adjacency redundancy while balancing register pressure and memory throughput.

Results

Across four datasets and two rendering modes, the framework accelerated the resampling stage by 2.30× to 6.58× relative to an already optimized baseline, while producing artifact-free reconstruction verified against full resampling. This acceleration keeps resampling interactive even for high-resolution volumes, removing it as the volume-resolution-bound bottleneck of the deformation pipeline.

Conclusions

The proposed framework provides a computational foundation for interactive deformable volume rendering. Its architecture is agnostic to the deformation algorithm, ensuring compatibility with physics-based models such as Position-Based Dynamics (PBD) and Chain-mail. By reducing the resampling cost of large-scale volume deformation, it supports the development of more responsive medical simulation systems; establishing clinical efficacy for any specific use remains a matter for dedicated validation.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Graphical abstract




Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Highlights

A novel GPU-based framework for high-speed deformable volume resampling.
Margin-refined culling selectively processes significant visual regions.
Boundary artifacts are eliminated with minimal computational overhead.
Shared memory optimization maximizes warp occupancy for 3D cell access.
Achieved up to 6.58× speedup across diverse clinical CT datasets.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Deformable volume rendering, Parallel resampling, Shared memory optimization, Margin-refined block culling, Real-time medical simulation, Tetrahedral resampling


Plan


© 2026  Publié par Elsevier Masson SAS.
Ajouter à ma bibliothèque Retirer de ma bibliothèque Imprimer
Export

    Export citations

  • Fichier

  • Contenu

Bienvenue sur EM-consulte, la référence des professionnels de santé.
L’accès au texte intégral de cet article nécessite un abonnement.

Déjà abonné à cette revue ?

Elsevier s'engage à rendre ses eBooks accessibles et à se conformer aux lois applicables. Compte tenu de notre vaste bibliothèque de titres, il existe des cas où rendre un livre électronique entièrement accessible présente des défis uniques et l'inclusion de fonctionnalités complètes pourrait transformer sa nature au point de ne plus servir son objectif principal ou d'entraîner un fardeau disproportionné pour l'éditeur. Par conséquent, l'accessibilité de cet eBook peut être limitée. Voir plus

Mon compte


Plateformes Elsevier Masson

Déclaration CNIL

EM-CONSULTE.COM est déclaré à la CNIL, déclaration n° 1286925.

En application de la loi nº78-17 du 6 janvier 1978 relative à l'informatique, aux fichiers et aux libertés, vous disposez des droits d'opposition (art.26 de la loi), d'accès (art.34 à 38 de la loi), et de rectification (art.36 de la loi) des données vous concernant. Ainsi, vous pouvez exiger que soient rectifiées, complétées, clarifiées, mises à jour ou effacées les informations vous concernant qui sont inexactes, incomplètes, équivoques, périmées ou dont la collecte ou l'utilisation ou la conservation est interdite.
Les informations personnelles concernant les visiteurs de notre site, y compris leur identité, sont confidentielles.
Le responsable du site s'engage sur l'honneur à respecter les conditions légales de confidentialité applicables en France et à ne pas divulguer ces informations à des tiers.


Tout le contenu de ce site: Copyright © 2026 Elsevier, ses concédants de licence et ses contributeurs. Tout les droits sont réservés, y compris ceux relatifs à l'exploration de textes et de données, a la formation en IA et aux technologies similaires. Pour tout contenu en libre accès, les conditions de licence Creative Commons s'appliquent.