CN103733228B - 几何变形装置 - Google Patents

Abstract

输入集群部（1）将在几何变形前后使用的顶点信息和索引信息作为输入来接受，使用索引信息来输出各多边形的在几何变形前后使用的顶点信息。多边形处理部（3）根据时刻，对由顶点处理部（2）处理了的顶点信息进行插值而针对每个多边形输出。栅格化部（4）在输出图像内，检测多边形处理部（3）输出的各多边形中包含的像素，作为根据各像素的位置对多边形的顶点信息进行插值而得到的像素信息来输出。像素处理部（5）使用像素信息来决定对应的输出图像的各像素的颜色。

Description

几何变形装置

技术领域

本发明涉及通过使某个多边形模型的各顶点信息逐渐变化，而平滑地置换为不同的多边形模型的几何变形（geomorphing）装置。

背景技术

在计算机图形学中，作为表现二维或者三维形状的方法，广泛使用多边形模型。多边形模型是主要将具有3个顶点的三角形作为单位形状，按照其组合来表现形状的模型。各多边形由3个顶点的位置、法线等信息构成，所以在多边形彼此邻接的情况下，多个多边形具有相同的顶点信息，信息重复。因此，一般通过用在多边形模型内不重复的顶点信息的集合、和指示它们的3个索引来表现多边形信息，削减数据量（例如，参照专利文献1、2、3）。图1是比较使用了索引的情况、和未使用的情况的信息量的图。在图中，（a）是示出各顶点与多边形的关系的说明图，（b）是不使用索引的表现，（c）是使用了索引的表现。此处，顶点信息是位置（12字节）+纹理坐标（8字节）+法线（12字节）+…40字节，索引是用整数（2字节）表示的。因此，如（a）所示，不使用索引的情况的顶点信息成为360字节，另一方面，使用了索引的情况的顶点信息成为200+18=218字节。

另一方面，一般使用通过使某个多边形模型的各顶点信息逐渐变化，平滑地置换为不同的多边形模型的几何变形（例如，参照专利文献4）。预先准备几何变形前后的各顶点位置，分别反复计算进行线性插值了的顶点信息的同时进行显示，从而实现几何变形。图2示出在时刻t=0～1进行几何变形的模型的例子。在图中，（a）是时刻t=0.0下的模型状态、（b）是时刻t=0.5下的模型状态、（c）是时刻t=1.0下的模型状态。

通常，通过CPU等分别逐个对顶点信息进行插值来构筑几何变形中的模型，但在顶点数多的情况下，计算量变得非常多。因此，提出了通过对GPU（Graphics ProcessingUnit，图形处理单元）等描绘装置成对地提供几何变形前后的顶点信息，并在描绘模型的处理中追加对它们进行插值的处理，使插值处理并行化，高速地执行的手法（例如，参照非专利文献1）。在该手法中，能够通过对图3所示的一般的GPU中的多边形描绘流程中的、可编程的处理（每个顶点的处理、每个多边形的处理、每个像素的处理）进行编程的形式实现，所以能够廉价地实现高速的几何变形。图4示出在使用非专利文献1所示的手法来实现图2的几何变形时使用的信息。

专利文献1：日本特开2000-285255号公报

专利文献2：日本特开平06-162171公报

专利文献3：日本特开2004-102763公报

专利文献4：日本特开2001-076177公报

非专利文献1：Sander，P.V.，Mitchell，J.L.，“Progressive buffers：view-dependent geometry and texture LOD rendering，”Proc.of SIGGRAPH06.

发明内容

但是，关于在一般的GPU中针对每个顶点执行的处理，由于是并行处理，所以数据被局部化，无法参照其他顶点的信息。因此，存在需要预先准备具有顶点2个量的信息的顶点信息，需要具有2倍的量的信息这样的问题。特别地，在几何变形后的模型是从几何变形前的模型削减多边形数而简化了的模型的情况下，重复保持大量的顶点信息。

另外，在多个阶段对模型进行几何变形的情况、即、使几何变形后的模型进一步向其他模型几何变形的情况下，存在为了各几何变形所用，需要分别预先准备具有几何变形前后的信息的顶点信息这样的问题点。

本发明是为了解决上述那样的课题而完成的，其目的在于得到一种能够廉价地实现高速并且节省存储器的几何变形的几何变形装置。

本发明提供一种几何变形装置，其特征在于，具备：输入集群单元，将无重复地记录了表示在几何变形前后使用的顶点的信息的顶点信息、和各多边形的在几何变形前后使用的索引信息作为输入来接受，使用索引信息来输出各多边形的在几何变形前后使用的顶点信息；顶点处理单元，针对各多边形的顶点信息，实施预定的与顶点有关的处理；多边形处理单元，根据时刻对顶点处理后的顶点信息进行插值而针对每个多边形输出；栅格化单元，在输出图像内，检测多边形处理单元输出的各多边形中包含的像素，作为根据所检测的各像素的位置对多边形的顶点信息进行插值而得到的像素信息来输出；像素处理单元，使用栅格化单元输出的像素信息，决定对应的输出图像的各像素的颜色；以及输出单元，将输出图像输出到图像显示装置。

本发明的几何变形装置将无重复地记录了表示在几何变形前后使用的顶点的信息的顶点信息、和各多边形的在几何变形前后使用的索引信息作为输入来接受，使用索引信息来输出各多边形的在几何变形前后使用的顶点信息。由此，能够得到能够廉价地实现高速并且节省存储器的几何变形的几何变形装置。

附图说明

图1是示出在多边形表现中未使用索引的表现和使用了索引的表现的说明图。

图2是示出在时刻t=0～1几何变形的模型的例子的说明图。

图3是示出一般的GPU中的多边形描绘处理流程的说明图。

图4是示出为了实现以往的几何变形而使用的多边形的信息的说明图。

图5是示出本发明的实施方式1的几何变形装置的结构图。

图6是示出为了在本发明的实施方式1的几何变形装置中实现几何变形而使用的信息的说明图。

图7是示出本发明的实施方式1的几何变形装置中的将图6的信息输入到输入集群部的情况下的输出信息的说明图。

图8是示出本发明的实施方式1的几何变形装置中的将图7的信息输入到顶点处理部的情况下的输出信息的说明图。

图9是示出本发明的实施方式1的几何变形装置中的将图8的信息输入到多边形处理部的情况下的输出信息的说明图。

图10是示出本发明的实施方式2的几何变形装置中的2个阶段的几何变形的说明图。

图11是示出在本发明的实施方式2的几何变形装置中为了实现几何变形而使用的信息的说明图。

（符号说明）

1：输入集群部；2：顶点处理部；3：多边形处理部；4：栅格化部；5：像素处理部；6：输出部；7：顶点存储器；8：纹理存储器；9：输出图像存储器；10：图像显示装置。

具体实施方式

以下，为了更详细地说明本发明，依照附图，说明具体实施方式。

实施方式1.

图5是示出本实施方式的几何变形装置的结构图。

图示的几何变形装置具备输入集群部（输入集群单元）1、顶点处理部（顶点处理单元）2、多边形处理部（多边形处理单元）3、栅格化部（栅格化单元）4、像素处理部（像素处理单元）5、输出部（输出单元）6、顶点存储器7、纹理存储器8、输出图像存储器9、图像显示装置10。

输入集群部1根据从顶点存储器7输入的顶点信息和索引信息，针对每个多边形，汇集输出几何变形前后的顶点信息。顶点处理部2执行顶点位置的投影变换等针对各顶点个别地应用的规定的处理。多边形处理部3根据表示时刻的参数，生成并输出对几何变形前后的顶点信息进行插值而得到的顶点信息。栅格化部4对在输出图像上与各多边形内部相当的像素进行检测，针对各像素，输出根据像素的位置对顶点信息进行插值而得到的像素信息。像素处理部5根据纹理存储器8的像素值和像素信息，决定各像素的颜色而写出到输出图像存储器9中。输出部6将输出图像存储器9上的输出图像输出到图像显示装置10。另外，顶点存储器7是储存在几何变形装置中使用的顶点信息、索引信息的存储器，纹理存储器8是储存在几何变形装置中使用的纹理的存储器。另外，输出图像存储器9是储存用于在图像显示装置10中显示的输出图像的存储器。

接下来，使用图6以及图7，说明输入集群部1的动作。

在输入集群部1中，从顶点存储器7输入针对每个顶点记录了构成几何变形前后的模型的顶点的位置、纹理坐标、法线等的顶点信息。另外，设为无重复地记录了顶点信息。另外，针对各多边形，从顶点存储器7输入各记录了将指示几何变形前的3个顶点信息的索引、和指示几何变形后的3个顶点信息的索引合起来6个的索引信息。图6示出为了在本发明中实现图2的几何变形而使用的顶点信息以及索引信息。在该图中，V_n（n=0～4）表示各顶点信息，A_n（n=0～4）表示V_n的值、即位置、纹理坐标、法线等值的集合。另外，I_kj（k=0～2、j=0～2）是指示图2中的多边形k的几何变形前的3个顶点信息的索引，I_kj（k=0～2、j=3～5）是表示多边形k的几何变形后的3个顶点信息的索引。

接下来，输入集群部1针对各多边形，参照6个索引指示的顶点信息并汇集，分别输出到顶点处理部2。图7示出在输入了图6的信息的情况下输出的信息。

另外，输入集群部1的动作与在图3所示的一般的GPU的处理流程中记述的输入集群相同，但与各汇集3个顶点信息的通常的多边形描绘处理不同，各汇集6个顶点信息。在一般的GPU中，通过对输入集群提供的参数，能够变更汇集的顶点信息的数量。

接下来，使用图8，说明顶点处理部2的动作。

顶点处理部2针对从输入集群部1输出的各顶点信息，执行适宜必要的处理。例如，在多边形模型是三维的情况下，将位置坐标向输出图像上的二维坐标投影变换的处理、使用光源的情况下的法线的变换处理等与其相当。图8示出在输入了图7的信息时输出的信息。在该图中，A_n’（n=0～4）表示针对A_n应用了投影变换等顶点处理的结果。

关于这些处理，信息被局部化，即关于针对各顶点的处理，不参照其他顶点的顶点信息，所以能够容易地针对每个顶点进行并行处理。

另外，顶点处理部2的动作与在图3所示的一般的GPU的处理流程中记述的每个顶点的处理相同。

使用图9，说明多边形处理部3的动作。

多边形处理部3在由顶点处理部2各输出6个的顶点信息中，针对与几何变形前后相当的2个顶点信息，在时刻t（0.0≦t≦1.0）进行插值而输出。具体而言，在输入了多边形k具有的顶点信息V_kj（j=0～6）时，针对每个多边形，输出

V_ki’（t）=V_ki’·（1-t）+V_ki+3’·t（i=0～2）。

图9示出在输入了图8的信息的情况下输出的信息。在该图中，A_mn’（t）表示在时刻t对A_m’和A_n’（m，n=0～5）进行线性插值而得到的值。

关于多边形处理部3的动作，针对每个多边形，信息被局部化，即关于针对各多边形的处理，不参照其他多边形的顶点信息，所以能够容易地针对每个多边形进行并行处理化。

另外，多边形处理部3的处理是能够通过将在图3所示的一般的GPU的处理流程中记述的每个多边形的处理编程为几何着色器来实现的。

说明栅格化部4的动作。

在栅格化部4中，检测输出图像上的像素中的、从多边形处理部3输出的构成各多边形的3个顶点所包围的区域中包含的像素。然后，针对所检测的各像素，在像素的位置对3个顶点信息进行线性插值， 作为像素信息输出。

栅格化部4的处理相当于图3所示的一般的GPU中的描绘流程的栅格化，其处理内容也相同，所以省略详细说明。

说明像素处理部5的动作。

像素处理部5使用从像素处理部5输出的各像素信息，针对每个像素执行适宜必要的处理。在本处理中，例如，根据像素信息、从纹理存储器8取出的纹理的颜色信息，计算对输出图像的像素分配的颜色，写出到处于输出图像存储器9内的输出图像。

像素处理部5的处理相当于图3所示的一般的GPU中的描绘流程中的每个像素的处理，其处理内容也相同，所以省略详细说明。

说明输出部6的动作。

在输出部6中，像素处理部5在结束了全部处理之后，将在输出图像存储器9中储存的输出图像输出到图像显示装置10。

另外，将各多边形设为三角形多边形而进行了说明，但也可以是四边形多边形等多角形多边形，在输入集群部1中，汇集多边形的角数的2倍的顶点信息，以下实施同样的处理即可。

这样，在实施方式1中，无重复地记录在顶点存储器7中储存的变形前后的多边形具有的顶点信息，以用索引指定的形式来表现，所以能够以少量的记录的数据量执行几何变形处理。另外，在执行几何变形的插值处理的多边形处理部3中，针对每个多边形，信息被局部化，所以能够通过并行化使插值处理容易地高速化。进而，各处理部以依照一般的GPU中的处理流程的形式动作，所以能够在GPU上动作，能够廉价地实现。

如以上说明，根据实施方式1的几何变形装置，具备：输入集群单元，将无重复地记录了表示在几何变形前后使用的顶点的信息的顶点信息、和各多边形的在几何变形前后使用的索引信息作为输入来接受，使用索引信息来输出各多边形的在几何变形前后使用的顶点信息；顶点处理单元，针对各多边形的顶点信息实施预定的与顶点有关的处理；多边形处理单元，根据时刻对顶点处理后的顶点信息进行插 值而针对每个多边形输出；栅格化单元，在输出图像内，检测多边形处理单元输出的各多边形中包含的像素，作为根据所检测的各像素的位置对多边形的顶点信息进行插值而得到的像素信息来输出；像素处理单元，使用栅格化单元输出的像素信息，决定对应的输出图像的各像素的颜色；以及输出单元，将输出图像输出到图像显示装置，所以能够得到能够廉价地实现高速并且节省存储器的几何变形的几何变形装置。

另外，根据实施方式1的几何变形装置，使得输入集群单元汇集各多边形的顶点数的2倍的数量的顶点信息而输出到顶点处理单元，所以能够廉价地实现高速并且节省存储器的几何变形。

另外，根据实施方式1的几何变形装置，使得顶点处理单元针对每个顶点并行地实施对所输入的各顶点信息执行的处理，所以能够廉价地实现高速并且节省存储器的几何变形。

另外，根据实施方式1的几何变形装置，使得多边形处理单元根据时刻对构成多边形的各顶点的几何变形前后的顶点信息进行线性插值而输出，所以能够廉价地实现高速并且节省存储器的几何变形。

另外，根据实施方式1的几何变形装置，使得多边形处理单元针对每个多边形并行地执行对所输入的各顶点信息执行的插值处理，所以能够廉价地实现高速并且节省存储器的几何变形。

实施方式2.

在实施方式1中，使某个多边形模型向不同的多边形模型几何变形，但在本发明中，在多个阶段使多边形模型几何变形时，能够更高效地保持信息而实施。在实施方式2中，示出：使某个多边形模型通过第1阶段的几何变形向不同的多边形模型变形，进而，使第1阶段的几何变形后的模型通过第2阶段的几何变形进一步变形的例子。

实施方式2中的几何变形装置的附图上的结构与实施方式1相同，所以使用图5来说明。

实施方式2中的输入集群部1从顶点存储器7，将多个阶段的在几何变形前后共同地使用的顶点信息、和各多边形的多个阶段中的在 几何变形前后使用的索引信息作为输入来接受，使用索引信息来输出各多边形的多个阶段中的在几何变形前后使用的顶点信息。顶点处理部2针对从输入集群部1输出的各多边形的多个阶段中的顶点信息，实施预定的与顶点有关的处理。关于其以外的多边形处理部3～图像显示装置10，与实施方式1相同，所以此处的说明省略。

接下来，使用图10以及图11，说明实施方式2的动作。

图10示出2个阶段的几何变形的例子。该图（a）（c）示出第1阶段的几何变形前后的多边形模型（设为多边形模型0、1），该图（b）示出第1阶段的几何变形中的多边形模型。另外，该图（d）（f）示出第2阶段的几何变形前后的多边形模型（设为多边形模型2、3），该图（e）示出第2阶段的几何变形中的多边形模型。

图11示出为了实现图10所示的2个阶段的几何变形而使用的信息。在图中，（a）示出共同地使用的顶点信息，（b）示出在第1阶段的几何变形中使用的索引信息，（c）示出在第2阶段的几何变形中使用的索引信息。在（a）中，V_n（n=0～5）无重复地记录了多边形模型0～3的顶点信息。另外，在（b）中，I_kj（k=0～2、j=0～2）表示指示构成多边形模型0的多边形k的3个顶点的顶点信息的索引，I_kj（k=0～2、j=3～5）表示指示构成多边形模型1的多边形k的3个顶点的顶点信息的索引。同样地，（c）中的I_kj（k=1～2、j=0～5）表示指示构成多边形模型2和3的多边形k的各顶点的索引。

在实施方式2中，将图11（a）、（b）所示的顶点信息以及索引信息输入到输入集群部1，实施与实施方式1同样的处理，从而能够实现图10所示的第1阶段的几何变形。

接下来，将图11（a）、（c）所示的顶点信息以及索引信息输入到输入集群部1，实施与实施方式1同样的处理，从而能够实现图10中的第2阶段的几何变形。此处，多边形模型1和2由不同的索引信息构成，但描绘结果相等，所以能够在第1变形之后，平滑地执行第2变形。

另外，在实施方式2中，说明了2个阶段的几何变形，但即使在 实施任意的阶段的几何变形时，通过准备无重复地记录了在全部阶段中使用的顶点信息的信息、和各阶段用的索引信息，能够同样地实施各阶段的几何变形。

这样，在本发明的实施方式2中，具备：输入集群单元，将多个阶段的在几何变形前后共同地使用的顶点信息、和各多边形的多个阶段中的在几何变形前后使用的索引信息作为输入来接受，使用所述索引信息来输出各多边形的多个阶段中的在几何变形前后使用的顶点信息；顶点处理单元，针对各多边形的多个阶段中的顶点信息，实施预定的与顶点有关的处理；多边形处理单元，根据时刻对顶点处理后的顶点信息进行插值而针对每个多边形输出；栅格化单元，在输出图像内，检测多边形处理单元输出的各多边形中包含的像素，作为根据所检测的各像素的位置对多边形的顶点信息进行插值而得到的像素信息来输出；像素处理单元，使用栅格化单元输出的像素信息，决定对应的输出图像的各像素的颜色；以及输出单元，将输出图像输出到图像显示装置，所以能够在实施多个阶段的几何变形时，不重复地记录几何变形前后的全部顶点信息而利用，所以能够减少记录顶点信息的存储器。

另外，本申请发明能够在该发明的范围内，实施各实施方式的自由的组合、或者各实施方式的任意的构成要素的变形、或者各实施方式中任意的构成要素的省略。

产业上的可利用性

如以上那样，本发明的几何变形装置涉及进行通过使某个多边形模型的各顶点信息逐渐变化，平滑地置换为不同的多边形模型的几何变形的结构，适用于通过计算机图形学来处理的图像处理装置等。

Claims (6)

1.一种几何变形装置，通过使多边形模型的各顶点信息变化，而平滑地置换为不同的多边形模型，其特征在于，具备：

输入集群单元，将无重复地记录了表示在几何变形前后使用的顶点的信息的顶点信息、和各多边形的在几何变形前后使用的索引信息作为输入来接受，使用所述索引信息来输出所述各多边形的在几何变形前后使用的顶点信息；

顶点处理单元，针对所述各多边形的顶点信息，实施预定的与顶点有关的处理；

多边形处理单元，根据时刻对所述顶点处理后的顶点信息进行插值而针对每个多边形输出；

栅格化单元，在输出图像内，检测所述多边形处理单元输出的各多边形中包含的像素，作为根据所检测的各像素的位置对多边形的顶点信息进行插值而得到的像素信息来输出；

像素处理单元，使用所述栅格化单元输出的像素信息，决定对应的输出图像的各像素的颜色；以及

输出单元，将所述输出图像输出到图像显示装置。

2.根据权利要求1所述的几何变形装置，其特征在于，

输入集群单元汇集各多边形的顶点数的2倍的数量的顶点信息而输出到顶点处理单元。

3.根据权利要求1所述的几何变形装置，其特征在于，

顶点处理单元针对每个顶点，并行地实施对所输入的各顶点信息执行的处理。

4.根据权利要求1所述的几何变形装置，其特征在于，

多边形处理单元根据时刻，对构成多边形的各顶点的几何变形前后的顶点信息进行线性插值而输出。

5.根据权利要求1所述的几何变形装置，其特征在于，

多边形处理单元针对每个多边形，并行地执行对所输入的各顶点信息执行的插值处理。

6.一种几何变形装置，通过使多边形模型的各顶点信息变化，而平滑地置换为不同的多边形模型，其特征在于，具备：

输入集群单元，将在多个阶段的几何变形前后共同地使用的顶点信息、和各多边形的多个阶段中的在几何变形前后使用的索引信息作为输入来接受，使用所述索引信息来输出所述各多边形的多个阶段中的在几何变形前后使用的顶点信息；

顶点处理单元，针对所述各多边形的多个阶段中的顶点信息，实施预定的与顶点有关的处理；

多边形处理单元，根据时刻，对所述顶点处理后的顶点信息进行插值而针对每个多边形输出；

栅格化单元，在输出图像内，检测所述多边形处理单元输出的各多边形中包含的像素，作为根据所检测的各像素的位置对多边形的顶点信息进行插值而得到的像素信息来输出；

像素处理单元，使用所述栅格化单元输出的像素信息，决定对应的输出图像的各像素的颜色；以及

输出单元，将所述输出图像输出到图像显示装置。