CN100552721C - 纹理映射设备和方法 - Google Patents

Abstract

纹理映射(TM)设备包括：获取纹理数据项(TD)与模型数据项(MD)的单元；根据TD和MD产生TM控制数据的单元；产生对应于控制数据的、用于TM处理的控制指令(CI)的单元；基于第一CI从TD和MD中选择至少一个模型数据项(ALMD)和TD的单元；判定所选ALMD与所选TD的配置的单元；基于所判定的配置，存储所选ALMD与所选TD的单元；基于第二CI从存储的MD与存储的TD中选择用于渲染的MD与TD的单元；使用由第三CI指定的第一手法校正为渲染所选的MD以及为渲染所选的TD的单元；使用由第四CI指定的第二手法在被校正的MD与被校正的TD上进行内插的单元；使用由第五CI指定的第三手法将内插得到的TD映射到内插得到的MD的单元；将数据输出为计算机图形数据的单元。

Description

纹理映射设备和方法

技术领域

本发明涉及纹理映射设备和方法，其中，基于物理法则等控制数据，使在不同条件下获得或产生的纹理数据受到例如适应性选择与校正等处理，并接着将之映射到CG模型数据。

背景技术

近些年来，三维计算机图形(CG)技术取得了飞速的发展，使得宛若实景拍摄图像的、逼真的图形表现成为可能。然而，电影和电视节目中的许多高品质CG图像是由绘制者通过低层次的手工过程制作的，因此需要巨大的成本。肯定将会存在对更加多样的CG内容的需求。为了满足这种需求，有必要以低成本容易地制作高品质的CG图像。

在CG表现中，对织物、皮肤和毛等柔软材料进行表现被认为是特别困难的。对于这些材料，对由于观看方向或光照方向的变化而引起的表面色彩的变化或物体的自影(self shadow)进行表现非常重要。

因此，近来使用了这样的方法：对实际材料进行摄影并对该材料的特性进行再现，从而制作出逼真的CG图像。关于对依赖于观看方向和光照方向的表面纹理的表现，对建模方法的研究已经取得进展，其被称为双向基准分布函数(bidirectional reference distribution function)(BRDF)、双向纹理函数(BTF)和多项式纹理映射(PTM)。(参见例如Dana等人的“Reflectance and Texture of Real-world Surfaces””，ACM Transactionon Graphics，18(1)：1-34，1999。)这些方法使用对所获得数据的分析来提取函数模型。然而，在这种向函数模型的转换之中，在对实际材料的不规则自影变化或辉度变化进行表现时存在限制，并且，有很多问题还没有得到解决。

已经提出了一种替代方法，其涉及将所获得的数据保持为纹理数据，取决于观看方向与光照方向等参数从中选择适合的数据，并将所选择的纹理数据映射到模型数据上。(参见例如Y.Yamauchi、M.Sekine、S.Yanagawa的“Bidirectional Texture Mapping for Realistic Cloth Rendering”，ACMSIGGRAPH2003 sketch，2003。)尽管该方法能够对不能通过函数建模进行表现的不规则变化进行表现，为了准确地表现纹理，其需要数量庞大的纹理数据。

由于上述方法的限制，已经提出了几种用最小的数据量逼真地对CG模型表面进行表现的方法。

然而，为了逼真地对CG模型表面进行表现，有必要对表面中由于歪曲(deformation)、膨胀与收缩等因素引起的机械变化、由于老化引起的表面状况变化以及由于观看/光照位置的变化引起的颜色变化或自影变化进行仿真。如果产生对应于所有变化的纹理数据，所需要的数据量是相当大的。另外，如果将多种仿真用于对这些变化进行表现，用于对数据进行存储、选择和映射的方法将变得非常复杂。

因此，有必要开发一种能够高效率地控制复杂处理并用最小的数据量实现高品质CG图像的纹理映射设备。

当使用纹理数据对根据众多条件变化的材料表面特性进行表现时，在这些不同条件下获得或创建的大量纹理图像是必需的。当前使用的系统不能对这些大量的纹理图像进行存储和处理。

另外，当数据量根据观看条件和光照条件以及多种其他条件增多时，对用于存储数量增多的数据的存储器进行管理非常困难，且纹理数据选择/映射方法变得非常复杂。

发明内容

本发明的一个实施形态提供了一种纹理映射设备，该设备包括：获取单元，其被配置为获取在多种条件下获得或产生的多个纹理数据项以及多个模型数据项；第一产生单元，其被配置为根据纹理数据项和模型数据项产生用于纹理映射的控制数据；第二产生单元，其被配置为产生对应于控制数据的、用于纹理映射处理的控制指令；数据选择单元，其被配置为基于包含在控制指令中的第一控制指令从纹理数据项和模型数据项中选择至少一个模型数据项与纹理数据项；判定单元，其被配置为判定所选的至少一个模型数据项与所选的纹理数据项的配置；存储单元，其被配置为基于所判定的配置存储所选的至少一个模型数据项和所选的纹理数据项；渲染数据(rendering-data)选择单元，其被配置为基于包含在控制指令中的第二控制指令从所存储的模型数据项与所存储的纹理数据项中选择用于渲染(rendering)的模型数据项和多个纹理数据项；校正单元，其被配置为使用由包含在控制指令中的第三控制指令指定的第一手法(measure)对为渲染所选的模型数据项以及为渲染所选的纹理数据项进行校正；内插(interpolation)单元，其被配置为使用由包含在控制指令中的第四控制指令所指定的第二手法在校正得到的模型数据项以及校正得到的纹理数据项上进行内插；映射单元，其被配置为使用由包含在控制指令中的第五控制指令所指定的第三手法将内插得到的纹理数据项映射到内插得到的模型数据项；输出单元，其被配置为将映射单元所获得的数据输出为计算机图形数据。

本发明的另一实施形态提供了一种纹理映射设备，该设备包括：获取单元，其被配置为获取在多种条件下获得或产生的多个纹理数据项、多个模型数据项以及用于纹理映射的控制数据；产生单元，其被配置为产生对应于控制数据的、用于纹理映射处理的控制指令；数据选择单元，其被配置为基于包含在控制指令中的第一控制指令从纹理数据项和模型数据项中选择至少一个模型数据项和纹理数据项；判定单元，其被配置为判定所选至少一个模型数据项以及所选纹理数据项的配置；存储单元，其被配置为基于所判定的配置，存储所选择的至少一个模型数据项和所选择的纹理数据项；渲染数据选择单元，其被配置为基于包含在控制指令中的第二控制指令从所存储的模型数据项以及所存储的纹理数据项中选择用于渲染的模型数据项和多个纹理数据项；校正单元，其被配置为使用由包含在控制指令中的第三控制指令所指定的第一方式校正为渲染所选的模型数据项以及为渲染所选的纹理数据项；内插单元，其被配置为使用由包含在控制指令中的第四控制指令所指定的第二方式在校正得到的模型数据项以及校正得到的纹理数据项上进行内插；映射单元，其被配置为使用由包含在控制指令中的第五控制指令所指定的第三方式将内插得到的纹理数据项映射到内插得到的模型数据项；输出单元，其被配置为将映射单元所获得的数据输出为计算机图形数据。

附图说明

图1为一框图，其示出了根据实施例的纹理映射设备；

图2为一流程图，其示出了图1中的纹理映射设备的运行实例；

图3为用于阐释纹理数据的图；

图4为另一用于阐释纹理数据的图；

图5为用于阐释涉及形状变化的纹理数据的图；

图6用于阐释图1所示存储单元所包含的存储器中的数据配置；

图7用于阐释图1所示存储单元所包含的存储器中的另一种数据配置；

图8示出了由图1所示校正单元进行的校正的实例；

图9示出了由图1所示渲染单元进行的渲染的实例；

图10为一框图，其示出了根据实施例的另一纹理映射设备；

图11为一流程图，其示出了图10中的纹理映射设备的运行实例；

图12示出了观看位置、光照位置与纹理之间的关系；

图13示出了第二实施例中由输入单元输入的纹理数据；

图14用于阐释第二实施例中由选择单元选择的纹理数据；

图15A示出了两个纹理数据项，其是由第二实施例中的选择单元选择的备选对象；

图15B示出了由选择单元选择的纹理数据的分布；

图15C示出了输入到选择单元的控制数据；

图16A示出了存储在存储单元中的模型数据的实例；

图16B示出了对应于图16A的模型数据的某个纹理数据项；

图16C示出了对应于图16A的模型数据的另一纹理数据项；

图16D示出了对应于图16A的模型数据的又一纹理数据项；

图17为一框图，其示出了根据实施例的修改的纹理映射设备；以及

图18为一框图，其示出了根据实施例的另一修改的纹理映射设备。

具体实施方式

下面将参照附图详细介绍根据本发明的实施例的纹理映射设备和方法。

首先，大概介绍根据实施例的纹理映射设备和方法。

根据实施例的纹理映射设备和方法用于向CG模型映射在不同条件下获得或产生的纹理数据，同时适当地对数据进行控制，由此产生CG数据。进一步地，根据实施例的纹理映射设备和方法可被用于从例如网络中获取存储在数据库中的纹理数据和模型数据，由此产生CG数据。

根据实施例的纹理映射设备和方法能够高效率地对根据观看方向和/或光照方向变化的材料表面纹理进行表现。它们还能对在除观看条件和光照条件以外的不同条件下——例如自然界中的时间、速度、加速度、压力、温度和湿度条件等——变化的信号进行处理。它们还能处理除颜色分量(color component)以外的不同像素分量，例如法向矢量分量、深度分量、照明效果分量等。另外，它们既控制纹理数据又控制模型数据，这使得适应性CG模型的校正或选择成为可能。因此，它们可以表现例如对应于将被映射的纹理数据的CG模型活动性(animation)的变化，或例如颤抖等微小移动。

实施例中的纹理映射设备能够高效率地实现在不同条件下变化的材料表面特性。

第一实施例被指向由用于为不同类型的纹理映射处理提供控制指令的纹理映射设备执行的一系列处理。第一实施例使用对材料表面形状变化进行处理的处理。具体而言，将给出当对这样的纹理数据而不是对与矩形纹理对应的纹理数据进行映射时所执行的处理的详细介绍：该纹理数据在与具有在其长度或宽度方向上歪曲或膨胀/收缩的形状的纹理对应。

第二实施例被指向在材料表面状态变化上进行的处理。将给出对这样的处理的详细介绍：执行该处理，以便用纹理数据对例如填充玩具或绒毯的短毛进行表现。具体而言，在这种处理中，被映射的纹理的类型取决于毛的状态(是竖立的还是躺伏的)而变化。

第三实施例被指向基于控制数据在活动性变化上进行的处理。具体而言，可为将被映射的对应纹理数据定义材料的硬或软。根据表示模型硬或软的参数，进行控制CG模型移动的处理。

第四实施例被指向一种用于适应性地选择通过使用例如函数的物理模型还是通过使用纹理数据的实景拍摄模型(live-action model)表现多种变化的方法。具体而言，在本方法中，物理模型作为控制数据被给予能用例如函数来表现的连续变化，而不连续变化用最少的纹理数据表现。

根据实施例的纹理映射设备和方法可望被装载到下一代图形处理引擎之中，并将适用于计算机辅助设计(CAD)和多种仿真引擎。

(第一实施例)

参照图1，将介绍根据第一实施例的纹理映射设备。

该设备接收多个模型数据项以及在不同条件下获得或产生的多个纹理数据项，基于控制数据进行适应性纹理映射，并输出CG数据。

该设备包括输入单元101、控制数据产生单元102、纹理映射控制单元103、存储单元104、选择单元105、校正单元106、内插单元107、渲染单元108以及输出单元109。

输入单元101接收多个模型数据项以及在不同条件下获得或产生的多个纹理数据项。

控制数据产生单元102接收来自输入单元101的模型数据与纹理数据，并产生用于纹理映射的控制数据。

纹理映射控制单元103接收来自控制数据产生单元102的控制数据。并向单元104至108提供用于不同类型纹理映射处理的控制指令。控制数据产生单元102和纹理映射控制单元103可以由一个装置组成。控制数据产生单元102接收模型数据与纹理数据，纹理映射控制单元103产生控制数据并向单元提供控制指令。

存储单元104接收来自输入单元101的模型数据以及纹理数据，并根据输出自纹理映射控制单元103的控制指令进行数据选择和数据配置，由此将所选择和配置的数据存储在存储器(未示出)中。

通过由纹理映射控制单元103为选择单元105指定的方法，选择单元105从存储在存储单元104中的模型数据与纹理数据中选择用于渲染的模型与纹理数据。

通过由纹理映射控制单元103为校正单元106指定的方法，校正单元106校正由选择单元105选择的模型数据与纹理数据。

通过由纹理映射控制单元103为内插单元107指定的方法，内插单元107在由校正单元106校正的模型数据与纹理数据上进行内插。

通过由纹理映射控制单元103为渲染单元108指定的方法，渲染单元108将由内插单元107内插得到的纹理数据映射到由内插单元107内插得到的模型数据。

输出单元109输出由渲染单元108渲染得到的CG数据。

参照图2，将介绍图1中的纹理映射设备的运行实例。图2为一流程图，其示出了由图1中的纹理映射设备进行的一系列处理。在本实施例中，为不同类型的纹理映射处理提供控制指令的纹理映射设备使新的CG表面表现成为可能。

首先，输入单元101接收多个模型数据项以及在不同条件下获得或产生的多个纹理数据项(步骤S201)。在第一实施例中，假设输入一个模型数据项(后文在所介绍的第三实施例中将介绍输入多个模型数据项的情况)，并假设对通过对以不同方式变形的材料表面进行摄影所获得的纹理数据进行处理。后文将参照图3、4、5介绍材料表面形状的不同变化。

然后，控制数据产生单元102使用所收到的模型数据和纹理数据产生控制数据(步骤S202)。在这种情况下，单元102产生存储单元104、选择单元105、校正单元106、内插单元107以及渲染单元108中的纹理映射处理所必需的控制数据。这些单元所执行的处理以及处理中所用的控制数据的产生方法将在后文进行介绍。

在下一步骤S203中，存储单元104基于控制数据存储模型数据和纹理数据。在这种情况下，从输入的模型数据和纹理数据中选择映射所必需的数据，并将之以使高效率的数据读取成为可能的数据配置存储在存储器中。存储单元104判定应当在存储器中存储什么程度的量的数据。基于控制数据的控制指令被用于指定哪些数据是必需的以及哪种类型的数据配置是最优的。后文将参照图3与4介绍纹理数据的存储。存储器中的数据配置将在后文参照图6与7进行介绍。

此后，选择单元105基于控制数据进行模型数据与纹理数据的选择(步骤S204)。在现有技术中，仅进行简单的纹理数据选择，其中，在模型数据各顶点上基于观看条件和光照条件选择多个邻近的纹理数据项。然而，在第一实施例中的纹理映射设备中，能够甚至在纹理数据被选择时进行基于控制数据的控制。例如，对于歪曲的情况，邻近所指定条件的多个纹理数据项被选择，而对于膨胀/收缩的状况，仅选择最接近的纹理数据项。这意味着在纹理映射品质与成本之间的折中调节。为了增强品质，应当选择大量的纹理数据。为了在牺牲品质的情况下缩减成本，选择较少的纹理数据量。进一步地，如果对应于某个条件变化的第一纹理数据能够用对应于另一条件变化的第二纹理数据表现，选择单元105也选择第一纹理数据。

此后，校正单元106基于控制数据对模型数据与纹理数据进行校正(步骤S205)。后文将参照图8介绍校正的内容实例。

在接下来的步骤S206中，内插单元107基于控制数据在模型数据和纹理数据上进行内插。在现有技术中，仅在邻近的纹理数据上进行线性内插。然而，在本实施例中，可使用控制数据进行更高的内插。具体而言，校正单元106对纹理数据校正到何种程度是可靠的能够被数字化为可靠度。纹理数据被校正得越多，校正所得纹理数据的精细度越低，这一点是非常可能的。因此，纹理数据被校正得越多，纹理数据的可靠性越低。通过根据可靠度适当地改变内插量，能够实现高准确度的像素数据映射。例如，内插单元107为较低的可靠性设置较小的内插量。可靠度由例如校正单元106计算。

在接下来的步骤S207中，渲染单元108基于控制数据对模型数据和纹理数据进行渲染。在现有技术中，在该步骤中简单地在渲染帧中(in arendering frame)对前一步骤所获得的像素数据进行渲染。相反，在本实施例中，控制数据使得更高的渲染处理成为可能。例如，将前一步骤中获得的像素数据与作为控制数据给予的理想纹理数据进行比较，由此再度在像素数据上进行颜色校正，并接着在渲染帧中对校正后的像素数据进行渲染。后文将参照图9对这种处理进行介绍。

最后，输出单元109输出结果得到的CG数据(步骤S208)。

接下来参照图3、4、5，将介绍被输入到输入单元101的纹理数据。

输入单元101接收通过对以不同方式变形的材料表面进行摄影所获得的纹理数据。图3与4示出了材料表面形状的不同变化。具体而言，图3示出了以Φ_d歪曲的形状，图4示出了分别以d_w与d_h水平与竖直伸展的形状。在第一实施例中，将给出对映射处理的介绍，其中，根据如图5所示将被映射到CG模型的纹理的歪曲，对纹理数据进行选择、校正、内插和映射。

参照图3与4，首先给出存储单元104是否存储纹理数据的介绍。

例如，当来自纹理映射控制单元103的指令指示将被渲染的CG数据不包括与材料膨胀/收缩有关的表现时，或包括这些表现但不需要如同需要实景拍摄纹理数据般的高品质表现时，存储单元104不必在存储器中存储图4所示各种膨胀/收缩所获得的多种纹理数据项。存储单元104在存储器中仅存储一个标准纹理数据项就够了。

相反，当来自纹理映射控制单元103的指令指示需要与表面歪曲对应的高品质表现时，有必要在存储器中以小的采样间隔存储图3所示的不同歪曲所获得的多个纹理数据项。

参照图6与7，将给出对存储在存储单元104的存储器中的纹理数据配置的介绍。

由纹理映射控制单元103发布的、涉及合适的数据配置的控制指令指示存储单元104根据所用图形LSI的特性和/或用于映射的处理内容高效率地配置纹理数据。根据所用硬件的特性，存储单元104判定提高高速缓存(存储器)中的数据的命中率并使载入数据操作的数量最小化的数据配置。例如，由于配置与斜向歪曲的纹理对应的纹理数据效率不高，存储单元104进行例如仿射变换(affine transformation)，其中，与斜向歪曲纹理对应的纹理数据被转换为与矩形纹理对应的纹理数据，并接着被存储在存储器中。例如，进行如图6、7所示的存储器配置。

通常，与以不同角度歪曲的纹理对应的多个纹理数据项均被转换为与矩形纹理对应的纹理数据，并接着被存储在存储器中。然而，如果随机访问不同条件Φ_d的不同纹理坐标(u，v)，存储单元104具有较好配置的纹理数据，如图6所示。图6中左边的部分示出了二维配置的不同条件的纹理数据，图6中右边的部分示出了三维配置的不同条件的纹理数据(即，纹理数据项以层的形式一层压一层地堆叠)。取决于图形LSI对应于哪种配置或哪种配置实现更快的数据访问，判定这些配置中合适的一种。

进一步地，如果经常访问不同条件Φ_d的对应对纹理坐标(u，v)，存储单元104具有图7所示的较好配置的纹理数据。图7中左边的部分示出了这样的情况：与所有条件Φ_d的对应对纹理坐标(u，v)对应的像素数据被分组并被配置在一个地方。进一步地，图7中右边的部分示出了这样的情况：与图7中左边部分所示的像素数据类似的像素数据以层的形式被配置并被一层压一层地堆叠。因此，可根据图形LSI的类型和/或用于映射的处理的内容适当地控制将像素数据存入存储器的方法。

参照图8，将介绍由校正单元106进行的校正的实例。图8示出了基于控制数据的纹理数据校正实例。

这里假设当映射Φ_d＝100°的纹理数据时，选择单元105选择了Φ_d＝90°的纹理数据和Φ_d＝110°的纹理数据。此时，如果校正单元106在Φ_d＝90°的纹理数据上进行校正使之接近于Φ_d＝100°的纹理数据，可以实现更为逼真的表现。然而，如果没有使用控制数据进行控制，不能获得除图8中右上部分所示的这种线性校正以外的任何校正。相反，如果纹理映射控制单元103给予如图8中左下部分所示的这种控制数据，能够获得如图8中右下部分所示的不规则校正。这种控制数据反映了材料特性的物理模型，并能通过对在多种歪曲条件下获得的纹理数据项进行分析得到。

参照图9，将介绍由渲染单元108进行的渲染处理的实例。

当如图9中左上部分所示的这种纹理数据从内插单元107输出时，如果其被直接渲染，整个图像的精细度将被大大降低。相反，如果纹理映射控制单元103向渲染单元108给予作为实现更理想图像的渲染所用的指令的控制数据(纹理数据)，渲染单元108认识到应当再现至少如图9中左下部分所示的格子的样式(the grating pattern)，并由此在纹理数据上进行轻微的颜色校正，以便渲染具有相对较高的品质的图像。

如上所述，在第一实施例中，使用在处理的相应阶段中添加的不同类型的控制进行纹理映射处理。这使得在现有技术中不可能的高品质CG数据的渲染成为可能。在第一实施例中，材料表面的变化——例如歪曲、膨胀和收缩——可在CG模型中表现。也就是说，材料形状的变化特性能被逼真再现。

进一步地，第一实施例能使用如图10所示的纹理映射设备。图11示出了由图10所示纹理映射设备进行的一系列处理。在下面的介绍中，与上面介绍的相类似的元件和步骤用对应的参考标号表示，且不再重复对其进行介绍。

图10中的纹理映射设备不包括图1中的设备所使用的控制数据产生单元102，并经由输入单元1001从外部接收控制数据。这种设备还能获取不能基于模型数据或纹理数据产生的控制数据(步骤S1101)。

图1与10所示的纹理映射设备特征在于纹理映射步骤是根据基于控制数据的相应控制指令执行的。

在传统的纹理映射设备中，不能执行基于模型数据和纹理数据的适应性处理，且纹理映射通过简单的纹理选择、校正和内插实现。例如，假设这样的纹理被映射：其是在如图12所示的空间中、在以相应的预设角度改变观看方向和光照方向θ_c、Φ_c、θ_l、Φ_l的同时获得的。在这种情况下，由此获得的纹理数据被有规则地存储在存储器中，为CG模型的各顶点计算观看条件和光照条件，从存储器中选择与该条件对应的纹理数据，并将所选择的纹理数据映射到CG模型上。如果没有与观看条件和光照条件匹配的纹理数据，对多个邻近的纹理数据项进行线性内插以获取将被映射的颜色数据(color data)。传统的纹理映射设备不能进行除上述简单处理以外的任何处理，也就是说，不能根据模型数据或纹理数据适应性地改变处理。

(第二实施例)

第二实施例被指向一种处理，其用于使用图1或10的纹理映射设备对数据将被映射到CG模型表面的材料的状态变化进行表现。纹理映射设备所执行的整体处理在第一实施例中参照图2进行了介绍，因此，将只给出对第二实施例所用的特征处理的介绍。

在第二实施例中，输入单元101接收如图13所示的纹理数据项，作为在不同条件下产生或获得的纹理数据。在图13的情况中，纹理数据表示用在填充玩具或绒毯中的短毛的不同状态。实际上，难以对毛进行排列(align)。在宽广的意义上来说，输入单元101所获取的纹理数据表示：例如，“毛的状态1”，其中，毛垂直于表面竖立；“毛的状态2”，其中，毛相对于表面呈70°竖立；“毛的状态3”，其中，毛相对于表面呈50°竖立；“毛的状态4”，其中，毛相对于表面呈30°竖立；“毛的状态5”，其中，毛相对于表面呈10°竖立。

如同在第一实施例中那样，根据用于映射的处理的内容和图形LSI的特性，存储单元104用高效率的形式对纹理数据进行配置，并在存储器中存储高效率配置后的纹理数据。优选为，高效率的数据配置是这样的配置：在载入像素数据时，其使纹理数据中的某些像素数据在高速缓存(存储器)中以高的概率被命中，因此不需要多的时间来载入各个像素数据项。同样优选的是，高效率的数据配置应当是这样的配置：其使得图形LSI的内插功能能够被有效使用，并能使像素数据的载入操作的数量最小化。

选择单元105能根据例如观看条件的变化以及材料状态的变化选择纹理数据。这一点将参照图14进行介绍。这里假设表示毛相对于表面以80°竖立的纹理数据被映射到模型数据的某个顶点上。通常，为映射选择对应于毛相对于表面呈90°竖立的“毛的状态1(观看位置1)”的纹理数据项、对应于毛相对于表面呈70°竖立的“毛的状态2(观看位置1)”的纹理数据项。作为替代的是，可以选择通过改变观看条件获得的、对应于“毛的状态1(观看位置2)”和对应于“毛的状态2(观看位置3)”的纹理数据项。如同可从图14明了的那样，所有被选中的纹理数据项与相对于表面呈80°竖立的毛相似。因此，通过观看条件的改变能近似表现材料状态的改变。

内插单元107不仅在被选择的纹理数据上进行线性内插，还根据材料表面变化特性控制内插方法。这一点将参照图15A、图15B和15C进行介绍。在这种情况下，考虑这样的场景，其中，通过以用户手指触碰填充玩具或绒毯的表面改变毛的状态。假设所有的毛最初处于“状态(1)”，即所有毛躺伏。在这种状态下，如果毛的表面受到用户手指的触碰，被触碰的部分呈现“状态(2)”，即竖立。对于纹理映射，选择单元105为没被触碰的部分选择“状态(1)”，并为被触碰的部分选择“状态(2)”。

其间的边界涉及一个问题。考虑毛的状态的改变特性，“状态(1)”与“状态(2)”之间的边界包括边界线清晰可见的部分以及状态在状态(1)和(2)之间逐渐改变的部分。鉴于此，准备图15C所示的控制数据以便对内插方法进行控制。在本实例中，对于触碰开始的部分，进行“状态(1)”与“状态(2)”之间的平滑内插，并对与手指两侧对应的部分进行处理，使得不进行内插、以便清楚地显示边界线。例如，通过为对应于这些状态的物理模型值添加权重，内插单元107进行“状态(1)”与“状态(2)”之间的内插。因此，可使用控制数据实现任意的内插处理，其中，判定是否进行内插，或判定是进行线性内插还是非线性内插。

上述第二实施例能够逼真地再现材料表面的变化。

(第三实施例)

第三实施例被指向这样的处理：其使用图1或10中的纹理映射设备，根据将被映射的纹理数据改变活动性的状态，或根据活动性的状态改变纹理映射方法。在第三实施例中，特别介绍模型数据的控制。纹理映射设备所进行的整体处理在第一实施例中参照图2进行了介绍，因此，将只给出对第三实施例所用的特征处理的介绍。

首先，参照图16A至16D，将介绍根据将被映射的纹理数据改变活动性状态的方法实例。这里假设存储单元104在存储器中存储了三种类型的纹理数据，且将被映射到模型数据的纹理数据在它们之间切换。三种类型的纹理数据具有不同的特性。假设图16B所示的“纹理数据1”表示坚硬的材料，图16C所示的“纹理数据2”表示略硬的材料，图16D所示的“纹理数据3”表示柔软的材料。在这种情况下，有必要根据将被映射的纹理数据如图16B、16C、16D所示地改变活动性的状态。具体而言，在选择模型数据时，基于来自纹理映射控制单元103的控制数据，根据将被映射的纹理数据，选择单元105判定适当的活动性数据。活动性数据被包含在模型数据中，并决定对应于模型数据的CG模型应当如何移动。CG模型的移动取决于活动性数据和纹理数据。例如，材料的硬度/软度经过几个阶段的评定(estimation of several stages)，根据表示评定结果的参数改变用于表现活动性的矩阵，由此改变活动性的状态。

下面将介绍根据活动性状态改变纹理映射方法的方法。当表现肌肉或皮肤时，如果根据模型数据的移动肌肉被扩张/收缩或者皮肤轻微颤动，模型数据将变得更加逼真。为了实现这种表现，在对应于例如肌肉或皮肤的纹理数据中嵌入表示由于活动性状态改变引起的精细动作或形状变化的信息。纹理映射控制单元103根据将被映射的纹理数据控制活动性状态或模型数据的形状。具体而言，当校正单元106校正模型数据时，其基于将被映射的纹理数据以及活动性状态轻微改变纹理坐标或在模型数据中包含的顶点数据的位置坐标。

如上所述，在进行纹理映射时，上述第三实施例能够基于控制数据控制模型数据、活动性状态以及映射方法等等。

(第四实施例)

第四实施例被指向这样的处理：其使用图1或10的纹理映射设备同时表现多种变化。纹理映射设备所进行的整体处理在第一实施例中参照图2进行了介绍，因此，将只给出对第四实施例所用的特征处理的介绍。

CG模型的表面由于例如观看条件、光照条件、材料表面形状/状态、温度、湿度和劣化等多种因素而改变。可存储对应于所有这些变化的纹理数据，且将被映射的纹理数据可根据条件在其中被切换。然而，为了同时表现所有变化，需要数量庞大的纹理数据。

为了实现高效率的映射，将能通过例如函数等进行表现的、材料表面的连续变化与在没有纹理数据的情况下不能进行表现的、材料表面的不连续变化区别开来。具体而言，基于给定物理准则或纹理数据的分析结果，控制数据产生单元102产生使连续变化的材料表面部分由物理模型进行表现的控制数据，其中，该物理模型使用例如函数(能在分析上进行表达的物理模型)。此时，选择单元105、校正单元106和内插单元107分别在对纹理数据进行选择、校正和内插时使用控制数据。

相反，由于不连续变化的材料表面部分在没有纹理数据的情况下不能被表现，控制数据产生单元102产生控制数据，以便使最少的纹理数据被存储在存储器中。控制数据指示纹理数据中由物理模型数据表现的部分和纹理数据之间的差。由于通常通过向由例如物理模型数据计算得到的对应值加值或从中减去值来获得纹理数据，纹理数据仅保存被加或被减的值是足够的。这意味着，纹理数据可以由更少的位数构成。

如上所述，在第四实施例中，基于模型的表现和基于实景拍摄的表现在纹理映射设备中被混合、被平衡，其使得高品质的CG表现能用较少的数据量实现。

(修改)

参照图17与18，将对修改进行介绍。纹理映射控制单元不必在纹理映射的所有必需处理中提供控制指令，而是可仅对校正单元1705或内插单元1804提供控制指令，如图17或18所示。进一步地，不同实施例中使用的结构元件可被适当组合。

图17中的纹理映射设备包括作为新单元的控制数据产生单元1701、纹理映射控制单元1702、存储单元1703、选择单元1704、校正单元1705、内插单元1706以及渲染单元1707。这种修改与图1中的设备的不同之处在于，纹理映射控制单元1702仅向校正单元1705提供控制数据。校正单元1705进行与上面相同的处理。控制数据产生单元1701产生将被供到校正单元1705的控制数据。除了接收控制数据以外，存储单元1703、选择单元1704、内插单元1706以及渲染单元1707进行与上面相同的处理。

对图18的情况同样适用。也就是说，图18的纹理映射设备包括作为新单元的控制数据产生单元1801、纹理映射控制单元1802、校正单元1803和内插单元1804。这种修改与图1中的设备的不同之处在于，纹理映射控制单元1802仅向内插单元1804提供控制数据。内插单元1804进行与上面相同的处理。控制数据产生单元1801产生将被供到内插单元1804的控制数据。除了接收控制数据以外，存储单元1703、选择单元1704、校正单元1803进行与上面相同的处理。

图17与18所示的设备仅仅是示例。纹理映射控制单元103可向选自存储单元104、选择单元105、校正单元106、内插单元107和渲染单元108中的至少一个、两个、三个或四个单元提供控制数据，且所述至少一个、两个、三个或四个单元可基于控制数据进行与上面类似的处理。

如上所述，第一实施例被指向纹理映射处理的总体流程、并被指向对材料表面形状变化进行处理的处理，其中，控制数据在用于纹理映射的不同处理中提供。第二实施例被指向对材料表面状态变化进行处理的处理。第三实施例被指向模型数据的控制方法。第四实施例被指向对基于实景拍摄的表现与基于模式的表现适当地进行区分以实现高效率处理的方法。

使用在用于纹理映射的不同处理中提供控制数据的纹理映射设备，本发明的实施例能够逼真地表现根据包括观看条件和光照条件在内的不同条件变化的CG模型的表面纹理。通过适当地控制使用模型数据与纹理数据的方法，能够用较少的数据量实现更高精细度的表现。进一步地，图形LSI等硬件的特性能被有效使用，由此实现高速的纹理映射。

另外，基于控制数据，在不同条件下变化的纹理数据项被适应性地映射到CG模型数据，由此使CG模型数据的表面纹理能被逼真表现。另外，控制数据使得最少的模型数据和纹理数据被选择，产生能用更少的数据量实现具有更高精细度的表现的结果。

实施例的流程图示出了本发明的实施例的方法和系统。将会明了，流程图中的各块以及流程图中块的组合能通过计算机程序指令实现。这些计算机程序指令可被装载到计算机或其他可编程设备上以产生一种机构，使得执行在计算机或其他可编程设备上的指令创建用于实现流程图块中规定的功能。这些计算机程序指令还可被存储在计算机可读的存储器中，其可命令计算机或其他可编程设备以特定的方式起作用，使得存储在计算机可读存储器中的指令产生一种制品，该制品包括实现流程图块中规定的功能的指令装置。计算机程序指令还可被装载到计算机或其他可编程设备上以使一系列操作步骤在计算机或其他可编程设备上被执行，以便产生一种计算机可编程设备，从而提供用于实现流程图块中规定的功能的步骤。

本领域技术人员将会容易地想到其他的优点和修改。因此，本发明在其更宽广的实施形态上不限于这里介绍和示出的具体细节和代表性实施例。因此，在不脱离所附权利要求书及其等同物所限定的一般发明构思的精神和范围的情况下，可做出多种修改。

Claims (24)

1.一种纹理映射设备，该设备包括：

获取单元，其被配置为获取在多种条件下获得或产生的多个纹理数据项以及多个模型数据项；

第一产生单元，其被配置为根据所述纹理数据项与所述模型数据项产生用于纹理映射的控制数据；

第二产生单元，其被配置为产生与所述控制数据对应的、用于纹理映射处理的控制指令；

数据选择单元，其被配置为基于包含在所述控制指令中的第一控制指令从所述纹理数据项与所述模型数据项中选择至少一个模型数据项与纹理数据项；

判定单元，其被配置为判定所述至少一个模型数据项与所述纹理数据项的配置；

存储单元，其被配置为基于所述判定得到的配置，存储所述至少一个模型数据项与所述纹理数据项；

渲染数据选择单元，其被配置为基于包含在所述控制指令中的第二控制指令从所述存储的模型数据项与所述存储的纹理数据项中选择用于渲染的多个纹理数据项与模型数据项；

校正单元，其被配置为使用由包含在所述控制指令中的第三控制指令所指定的第一方式对为渲染选择的所述模型数据项以及为渲染选择的所述纹理数据项进行校正；

内插单元，其被配置为使用由包含在所述控制指令中的第四控制指令所指定的第二方式在所述校正得到的模型数据项以及所述校正得到的纹理数据项上进行内插；

映射单元，其被配置为使用由包含在所述控制指令中的第五控制指令所指定的第三方式将所述内插得到的纹理数据项映射到所述内插得到的模型数据项；以及

输出单元，其被配置为将由所述映射单元获得的数据输出为计算机图形数据。

2.如权利要求1所述的设备，其中：

所述数据选择单元被配置为基于所述第一控制指令判定在存储器中存储什么容量的数据；

所述判定单元被配置为判定所述至少一个模型数据项与所述纹理数据项的所述配置，以便提高所述存储器中所述纹理数据项的命中率并使装载所述纹理数据项的操作的数量最小化；且

所述存储单元被配置为：在所述纹理数据项上进行用于将所述纹理数据项变换为标准化矩形数据的仿射变换处理之后，或在重新配置所述纹理数据项之后，将所述纹理数据项存储到所述存储器中，以便以由所述判定单元判定的所述配置对所述纹理数据项进行配置。

3.如权利要求1所述的设备，其中，所述渲染数据选择单元被配置为在从所述存储的纹理数据项中选择最接近于所述第二控制指令的多个纹理数据项以及从所述存储的纹理数据项中选择最接近于所述第二控制指令的一个纹理数据项之间进行切换，所述渲染数据选择单元被配置为在包含在条件变化中的第一变化表示品质将被增强时增加从所述存储的纹理数据项中选择的纹理数据项的数量，所述渲染数据选择单元被配置为在包含在所述条件变化中的第二变化表示品质不被增强时减少从所述存储的纹理数据项中选择的纹理数据项的数量，所述渲染数据选择单元被配置为在对应于包含在所述条件变化中的一变化的第一纹理数据覆盖对应于包含在所述条件变化中的另一变化的第二纹理数据时选择所述第一纹理数据。

4.如权利要求1所述的设备，其中：

所述第二产生单元被配置为产生作为所述第二控制指令的材料特性指令，以便使纹理材料的特性根据所述内插得到的纹理数据被反映；且

所述渲染数据选择单元被配置为从所述存储的模型数据项与所述存储的纹理数据项中选择对应于所述材料特性指令的模型数据项或对应于所述材料特性指令的所述模型数据项中包含的活动性数据。

5.如权利要求1所述的设备，其中，所述校正单元被配置为接收作为所述第三控制指令的指令，该指令用于根据基于物理法则的物理模型数据或根据基于所述纹理数据项中包含的纹理数据项的物理模型数据，校正为渲染所选择的所述纹理数据项中的每一个。

6.如权利要求1所述的设备，其中，所述校正单元被配置为接收作为所述第三控制指令的指令，该指令用于根据为渲染所选择的所述纹理数据项、为渲染所选择的所述模型数据项或所述活动性数据，校正包含在为渲染所选择的所述模型数据项中的顶点数据的位置坐标。

7.如权利要求1所述的设备，其中：

如果校正单元被配置为在为渲染所选择的所述纹理数据项以及为渲染所选择的所述模型数据项上进行较大规模的校正，所述校正单元被配置为将较低的可靠度给予为渲染所选择的所述纹理数据项以及为渲染所选择的所述模型数据项；且

如果较低的可靠度被给予，所述内插单元被配置为接收作为所述第四控制指令的指令，该指令用于设置较低的内插比。

8.如权利要求1所述的设备，其中：

所述第二产生单元被配置为产生作为所述第四控制指令的参考纹理数据；且

所述内插单元被配置为对所述内插得到的纹理数据项进行校正，以便使所述内插得到的纹理数据项接近于所述参考纹理数据。

9.如权利要求1所述的设备，其中，所述第二产生单元被配置为通过对所述模型数据项以及所述纹理数据项进行分析产生所述控制指令。

10.如权利要求1所述的设备，其中，所述第二产生单元被配置为分析所述纹理数据项中的每一个，以便将所述纹理数据项中的每一个分为第一部分和第二部分，所述第一部分包括连续变化并由物理模型数据表现，所述第二部分包括不连续变化并仅由每一所述纹理数据项表现，所述第二产生单元被配置为基于物理法则或对每一所述纹理数据项的分析结果产生所述物理模型数据，所述第二产生单元被配置为产生所述控制指令以选择每一所述纹理数据项，所述控制指令表示在所述第一部分与每一所述纹理数据项之间的差。

11.如权利要求10所述的设备，其中，所述第二产生单元被配置为产生到所述数据选择单元、所述渲染数据选择单元、所述校正单元、所述内插单元以及所述映射单元的所述控制指令。

12.一种纹理映射设备，该设备包括：

获取单元，其被配置为获取在多种条件下获得或产生的多个纹理数据项、多个模型数据项以及用于纹理映射的控制数据；

产生单元，其被配置为产生与所述控制数据对应的、用于纹理映射处理的控制指令；

数据选择单元，其被配置为基于包含在所述控制指令中的第一控制指令从所述纹理数据项与所述模型数据项中选择至少一个模型数据项与纹理数据项；

判定单元，其被配置为判定所述至少一个模型数据项与所述纹理数据项的配置；

存储单元，其被配置为基于所述判定得到的配置，存储所述至少一个模型数据项与所述纹理数据项；

渲染数据选择单元，其被配置为基于包含在所述控制指令中的第二控制指令从所述存储的模型数据项与所述存储的纹理数据项中选择用于渲染的多个纹理数据项与模型数据项；

校正单元，其被配置为使用由包含在所述控制指令中的第三控制指令所指定的第一方式对为渲染选择的所述模型数据项以及为渲染选择的所述纹理数据项进行校正；

内插单元，其被配置为使用由包含在所述控制指令中的第四控制指令所指定的第二方式在所述校正得到的模型数据项以及所述校正得到的纹理数据项上进行内插；

映射单元，其被配置为使用由包含在所述控制指令中的第五控制指令所指定的第三方式将所述内插得到的纹理数据项映射到所述内插得到的模型数据项；以及

输出单元，其被配置为将由所述映射单元获得的数据输出为计算机图形数据。

13.如权利要求12所述的设备，其中：

所述数据选择单元被配置为基于所述第一控制指令判定将在存储器中存储什么容量的数据；

所述判定单元被配置为判定所述至少一个模型数据项与所述纹理数据项的配置，以便提高所述存储器中所述纹理数据项的命中率并使装载所述纹理数据项的操作的数量最小化；且

所述存储单元被配置为：在所述纹理数据项上进行用于将所述纹理数据项变换为标准化矩形数据的仿射变换处理之后，或在重新配置所述纹理数据项之后，将所述纹理数据项存储到所述存储器中，以便以由所述判定单元判定的所述配置对所述纹理数据项进行配置。

14.如权利要求12所述的设备，其中，所述渲染数据选择单元被配置为在从所述存储的纹理数据项中选择最接近于所述第二控制指令的多个纹理数据项以及从所述存储的纹理数据项中选择最接近于所述第二控制指令的一个纹理数据项之间进行切换，所述渲染数据选择单元被配置为在包含在条件变化中的第一变化表示品质将被增强时增加从所述存储的纹理数据项中选择的纹理数据项的数量，所述渲染数据选择单元被配置为在包含在所述条件变化中的第二变化表示品质不被增强时减少从所述存储的纹理数据项中选择的纹理数据项的数量，所述渲染数据选择单元被配置为在对应于包含在所述条件变化中的一变化的第一纹理数据覆盖对应于包含在所述条件变化中的另一变化的第二纹理数据时选择所述第一纹理数据。

15.如权利要求12所述的设备，其中：

所述产生单元被配置为产生作为所述第二控制指令的材料特性指令，以便使纹理材料的特性根据所述内插得到的纹理数据被反映；且

所述渲染数据选择单元被配置为从所述存储的模型数据项与所述存储的纹理数据项中选择对应于所述材料特性指令的模型数据项或对应于所述材料特性指令的所述模型数据项中包含的活动性数据。

16.如权利要求12所述的设备，其中，所述校正单元被配置为接收作为所述第三控制指令的指令，该指令用于根据基于物理法则的物理模型数据或根据基于所述纹理数据项中包含的纹理数据项的物理模型数据，校正为渲染所选择的所述纹理数据项中的每一个。

17、如权利要求12所述的设备，其中，所述校正单元被配置为接收作为所述第三控制指令的指令，该指令用于根据为渲染所选择的所述纹理数据项、为渲染所选择的所述模型数据项或所述活动性数据，校正包含在为渲染所选择的所述模型数据项中的顶点数据的位置坐标。

18.如权利要求12所述的设备，其中：

如果校正单元被配置为在为渲染所选择的所述纹理数据项以及为渲染所选择的所述模型数据项上进行较大规模的校正，所述校正单元被配置为将较低的可靠度给予为渲染所选择的所述纹理数据项以及为渲染所选择的所述模型数据项；且

如果较低的可靠度被给予，所述内插单元被配置为接收作为所述第四控制指令的指令，该指令用于设置较低的内插比。

19.如权利要求12所述的设备，其中：

所述产生单元被配置为产生作为所述第四控制指令的参考纹理数据；且

所述内插单元被配置为对所述内插得到的纹理数据项进行校正，以便使所述内插得到的纹理数据项接近于所述参考纹理数据。

20.如权利要求12所述的设备，其中，所述产生单元被配置为通过对所述模型数据项以及所述纹理数据项进行分析产生所述控制指令。

21.如权利要求12所述的设备，其中，所述产生单元被配置为分析所述纹理数据项中的每一个，以便将所述纹理数据项中的每一个分为第一部分和第二部分，所述第一部分包括连续变化并由物理模型数据表现，所述第二部分包括不连续变化并仅由每一所述纹理数据项表现，所述产生单元被配置为基于物理法则或对每一所述纹理数据项的分析结果产生所述物理模型数据，所述产生单元被配置为产生所述控制指令以选择每一所述纹理数据项，所述控制指令表示在所述第一部分与每一所述纹理数据项之间的差。

22.如权利要求21所述的设备，其中，所述产生单元被配置为产生到所述数据选择单元、所述渲染数据选择单元、所述校正单元、所述内插单元以及所述映射单元的所述控制指令。

23.一种纹理映射方法，该方法包括：

获取在多种条件下获得或产生的多个纹理数据项以及多个模型数据项；

根据所述纹理数据项与所述模型数据项产生用于纹理映射的控制数据；

产生与所述控制数据对应的、用于纹理映射处理的控制指令；

基于包含在所述控制指令中的第一控制指令从所述纹理数据项与所述模型数据项中选择至少一个模型数据项与纹理数据项；

判定所述至少一个模型数据项与所述纹理数据项的配置；

基于所述判定得到的配置，存储所述至少一个模型数据项与所述纹理数据项；

基于包含在所述控制指令中的第二控制指令从所述存储的模型数据项与所述存储的纹理数据项中选择用于渲染的多个纹理数据项与模型数据项；

使用由包含在所述控制指令中的第三控制指令所指定的第一方式对为渲染选择的所述模型数据项以及为渲染选择的所述纹理数据项进行校正；

使用由包含在所述控制指令中的第四控制指令所指定的第二方式在所述校正得到的模型数据项以及所述校正得到的纹理数据项上进行内插；

使用由包含在所述控制指令中的第五控制指令所指定的第三方式将所述内插得到的纹理数据项映射到所述内插得到的模型数据项上；以及

将对所述内插得到的纹理数据项进行映射所获得的数据输出为计算机图形数据。

24.一种纹理映射方法，该方法包括：

获取在多种条件下获得或产生的多个纹理数据项、多个模型数据项以及用于纹理映射的控制数据；

产生与所述控制数据对应的、用于纹理映射处理的控制指令；

基于包含在所述控制指令中的第一控制指令从所述纹理数据项与所述模型数据项中选择至少一个模型数据项与纹理数据项；

判定所述至少一个模型数据项与所述纹理数据项的配置；

基于所述判定得到的配置准备存储单元，该存储单元存储所述至少一个模型数据项与所述纹理数据项；

基于包含在所述控制指令中的第二控制指令从所述存储的模型数据项与所述存储的纹理数据项中选择用于渲染的多个纹理数据项与模型数据项；

使用由包含在所述控制指令中的第三控制指令所指定的第一方式对为渲染选择的所述模型数据项以及为渲染选择的所述纹理数据项进行校正；

使用由包含在所述控制指令中的第四控制指令所指定的第二方式在所述校正得到的模型数据项以及所述校正得到的纹理数据项上进行内插；

使用由包含在所述控制指令中的第五控制指令所指定的第三方式将所述内插得到的纹理数据项映射到所述内插得到的模型数据项上；以及

将对所述内插得到的纹理数据项进行映射所获得的数据输出为计算机图形数据。

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