CN1105966C - 生成图象的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
一种生成图象的方法和装置，其中在显示屏上平移一个三维物体或类似东西的图象期间，对主存储器的访问减至最少以便提高平移处理的速度。一串绘制一个图象的绘图命令前面是一个指示该图象顶点坐标偏移值的偏移绘图命令，而图象根据该偏移绘图命令在显示屏上平移。每个偏移绘图命令和构成绘图命令串的绘图命令的一个标题部分包含指示将要执行的下一个绘图命令在主存储器上的地址的数据。
Description
本发明涉及用来生成图象的方法和装置，该方法和该装置适合于用于例如电视游戏机和图形计算机之类必须用有限的硬件资源实现高度形象化的利用计算机绘图技术的装置之上。
在电视游戏机和图形计算机中，在CPU与帧缓冲器(帧存储器)之间设置一个绘图装置部分以提高处理速度。在生成一个图象期间，该CPU不直接访问该帧缓冲器，但产生一些绘制如三角形和四边形之类的基本图形的命令并把这些命令送到该绘图装置部分。该绘图装置部分解释这些来自CPU的命令并在该帧缓冲器上绘制图形。
由该绘图装置部分所处理的最小图形单元称为多边形或图元(primitive)而绘制它的命令称为绘图命令或显示表。
在其中一个物体被绘制在具有三维外观的二维显示屏上的一个3D(三维)绘图系统中，把将要描绘的该三维物体的表面分割成一组多边形，并且在一个帧缓冲器上依次绘制这些多边形以重组一个具有三维外观的图象。
例如，当绘制如图6中(A)处所示的一个三维物体OJ时，如图6中(B)处所示，把物体OJ的表面分割成一个带有顶点A、B、C和D的多边形Pa，一个带有顶点D、C、E和F的多边形Pb，以及一个带有顶点B、C、G和F的多边形Pc。于是，如图6中(C)处所示，分别与多边形Pa、Pb和Pc相关的绘图命令IPa、IPb和IPc依次传送到一个绘图装置部分62以便在帧缓冲器66上依次绘制多边形Pa、Pb和Pc。
在绘图命令IPa、IPb和IPc中，各个多边形Pa、Pb和Pc的顶点坐标加于各自的指示码INCO上，这些指示码INCO指示其后续数据为多边形绘图命令。
在诸如电视游戏机之类的应用中，其中三维物体如上所述的景物只不过是通过使它们平移成频繁出现来显示。在这种情况下，需在逐帧基础上重写构成该物体的所有多边形的顶点坐标。
具体地说，假定如图6中(A)处所示的物体OJ在显示屏上分别沿X和Y方向平移dx和dy量。在主存储器中，如图7中所示，在与构成该物体OJ的多边形Pa、Pb和Pc有关的绘图命令IPa、IPb和IPc中每个顶点的坐标值在平移后的帧Fb中比在平移前的帧Fa中分别大dx和dy。
申请人已经提出了涉及根据本申请的绘图装置的下列日本专利申请。
05-190763(1993年6月30日提出)
05-190764(1993年7月2日提出)
05-258625(1993年10月15日提出)
06-027405(1994年1月31日提出)上述申请中的每一项都属于本发明的受让人并通过引用包括于此。(与这四项日本专利申请对应的美国专利申请正在待决中)。
当如上所述通过在逐帧基础上重写构成该物体的所有多边形的顶点坐标而在显示屏上平移一个物体时，必须频繁地访问主存储器，而这造成不能高速地进行平移(translation)处理的问题。
本发明的目的在于在显示屏上平移一个三维物体或类似东西的图象期间把对主存储器的访问减至最少，以便提高平移处理的速度。
根据本发明，用于绘制一个图象的绘图命令串之前是一个指示该图象的顶点坐标的偏移值的偏移绘图命令，而该图象根据该偏移绘图命令在显示屏上平移。
每个上述偏移绘图命令和构成绘图命令串的绘图命令的标题部分均包含指示将要执行的下一个绘图命令在主存储器上的地址的数据。此外，该图象是一个由一组多边形构成的三维物体。
根据本发明的一种图象生成装置包括一个在其中绘制图象的帧缓冲器66、一个用来生成一串绘制该图象的绘图命令和一个指示该图象顶点坐标偏移值的偏移绘图命令的CPU11、一个其中存储由CPU11生成的绘图命令串和偏移绘图命令的主存储器21以及一个用来执行由主存储器21供给的绘图命令串和偏移绘图命令以便在帧缓冲器66上绘制一个被平移的图象的绘图装置部分62。
根据采用上述配置的本发明的生成图象的方法和装置，当在一个显示屏上平移一个三维物体或类似东西的图象时，仅需要改写绘图命令串前面的偏移绘图命令中顶点坐标的偏移值。这把对主存储器的访问减至最少并且使得可以高速地进行平移处理。
此外，由于根据每个偏移绘图命令和构成串的绘图命令标题部分中的地址数据来访问主存储器，所以可以按照其被执行的次序链式地得到偏移绘图命令和构成串的绘图命令。
结果，没有必要把偏移绘图命令和构成串的绘图命令按执行的次序放进主存储器的连续的存储区中。即便在执行途中出现平移的要求，也无需改变后续绘图命令在主存储器中的位置，而且通过重写这些绘图命令标题部分中的地址数据很容易改变偏移绘图命令和构成绘图命令串的绘图命令的执行次序而不用改变它们在主存储器中的位置。
根据上述显而易见，本发明把在显示屏上平移一个三维物体或类似东西的图象期间对主存储器的访问减至最少，以便可以高速地进行平移处理。
再者，即便在执行途中出现平移的要求，也无需改变后续绘图命令在主存储器中的位置，而且通过重写绘图命令标题部分中的地址数据很容易改变绘图命令的执行次序而不用改变它们在主存储器中的位置。
图1是根据本发明一个实施例的一种图象生成装置的方块图。
图2表示在根据本发明平移一个物体的场合偏移绘图命令和多边形绘图命令配置的一个实例。
图3表示在根据本发明平移一个物体的场合偏移绘图命令和多边形绘图命令配置的另一个实例。
图4表示在根据本发明平移背景图象期间分割一帧图象的方法的一个实例。
图5表示在根据本发明平移背景图象的场合背景图象绘图命令的一个实例。
图6A、6B和6C表示绘制一个物体的方法。
图7表示在根据常规方法平移一个物体的场合偏移绘图命令和多边形绘图命令的一个实例。
图1表示根据本发明一个实施例的一种图象生成装置，它被构成一个电视游戏机。
CPU11连接于系统总线(主总线)1。超高速缓冲存储器12连接于整体地控制该系统的CPU11。此外，一个用来进行多边形等的坐标转换计算的坐标转换部分13连接于CPU11。例如，一个32位CPU可以用作该CPU11。
一个主存储器21也连接于系统总线1。
此外，一个CD-ROM译码器31和一个DMA(直接存储器存取)控制器41连接于系统总线1。一个CD-ROM驱动器32连接于该CD-ROM译码器31。一个CD-ROM装进该CD-ROM驱动器32中。
CD-ROM含有一个包括多边形绘图命令的应用程序和包括图象数据的数据，该图象数据已被使用例如离散余弦变换(DCT)压缩。该应用程序和数据由CD-ROM译码器31译码并由DMA控制器41传送到主存储器21。
一个图象去压缩部分53经由分别在其输入端和输出端的一个FIFO缓冲器51和一个FIFO缓冲器52也连接于系统总线1。该图象去压缩部分53对上述压缩图象数据进行去压缩。
一个绘图装置部分62经由一个FIFO缓冲器61也连接于系统总线1。一个帧缓冲器66连接于该绘图装置部分62。一个数模转换器67连接于该帧缓冲器66。一个图象显示监视器68连接于该数模转换器67。
该绘图装置部分62执行已经由DMA控制器41从主存储器21收到的绘图命令以便在帧缓冲器66上绘制一个图象。在本实施例中，它包括一个用来存储包含在下文将要描述的偏移绘图命令中的顶点坐标偏移值的偏移寄存器63和一个用来把该偏移值加到包含在构成绘制该图象的一个绘图命令串的一部分的每个绘图命令中的每个顶点坐标上的加法器64。
帧缓冲器66由一个具有在每个垂直周期切换的区的帧缓冲器组成。由帧缓冲器66输出的图象数据被数模转换器67转换成一个输出到图象显示监视器68的模拟视频信号。
一个作为电视游戏机的控制输入装置的控制小键盘72经由一个接口71也连接于系统总线1。还连接于系统总线1的是一个辅助ROM73，其中存储着一个用来起动该电视游戏机的程序。
在上述图象生成装置中，绘图命令由CPU11在主存储器21中生成；该绘图命令由DMA控制器41传送到绘图装置部分62；绘图装置部分62执行这些绘图命令以便在帧缓冲器66上绘制一个图象；而该图象显示在图象显示监视器68上。
从主存储器21向绘图装置部分62传送的绘图命令包括处于各个绘制一个图象的绘图命令串前面的偏移绘图命令。
假定在一帧里一个物体OI后边接着一个如图6中所示分割成多边形Pa、Pb和Pc的物体OJ，而后续绘制另一个物体OK。则如图2中所示，一个针对物体OI的绘图命令串Aoi前面是一个偏移绘图命令Ooi；一个接在绘图命令串Aoi后面的针对物体OJ的绘图命令串Aoj前面是一个插在它们之间的偏移绘图命令Ooj；而一个接在绘图命令串Aoj后面的针对物体OK的绘图命令串Aok前面是一个插在它们之间的偏移绘图命令Ook。
每个偏移绘图命令Ooi、Ooj和Ook的一个标题部分包含指示将要执行的下一个绘图命令在主存储器21中的地址的数据AD。具体地说，偏移绘图命令Ooj的标题部分包含针对物体OJ的绘图命令串Aoj中的第一个绘图命令IPa的地址。这些标题部分后面接着指示后续数据是偏移绘图命令的指示码OFIN，而这些指示码OFIN后面则接着各个物体OI、OJ和OK的顶点坐标偏移值dx和dy。
在本实施例中，偏移值dx和dy由CPU11根据用控制小键盘72的输入操作而生成，与各自的地址数据AD和指示码OFIN组合作为偏移绘图指令Ooi、Ooj和Oik存储在主存储器21中并且由DMA控制器41从主存储器21传送到绘图装置部分62。
针对物体OJ的绘图命令串Aoj由针对所分割的多边形Pa、Pb和Pc的绘图命令IPa、IPb和IPc构成。绘图命令IPa、IPb和IPc在其标题部分包含指示将要执行的下一个绘图命令在主存储器21中的地址的数据AD。这些标题部分后面接着指示后续数据是多边形绘图命令的指示码INCO，而这些指示码INCO后面则接着各个多边形Pa、Pb和Pc的顶点坐标串。
针对物体OI和OK的绘图命令串Aoi和Aok具有相同的配置，只是当物体OK是在一帧中所绘制的最后物体时，针对物体OK的绘图命令串Aok中将要执行的最后绘图命令包含一个指示它是该帧中最后的绘图命令的指示码而不包含地址数据AD，虽然未画出。
当如上所述在偏移绘图命令和多边形绘图命令的标题部分中插入地址数据AD时，无需将这些偏移绘图命令和多边形绘图命令按照它们将被执行的次序放进主存储器21中连续的存储区里。
在图2中所示的实例中，主存储器21中一些连续的存储区由地址A0、A1、A2、A3和A4来代表。在主存储器21中，偏移绘图命令Ooj、多边形绘图命令IPa、多边形绘图命令IPc、多边形绘图命令IPb及偏移绘图命令Ook分别存储在地址A0、A1、A2、A3和A4中。偏移会图命令Ooj、多边形绘图命令IPa、多边形绘图命令IPb及多边形绘图命令IPc的地址数据AD分别指示地址A1、A3、A2和A4。
DMA控制器41把偏移绘图命令和多边形绘图命令按照由各自的地址数据AD指示的与这些命令在主存储器21中的地址一致的次序从主存储器21传送到绘图装置部分62。具体地说，在图2中所示的实例中，它们作为一个绘图命令串的清单按照首先传送偏移绘图命令Ooj，后面接着多边形绘图命令IPa、多边形绘图命令IPb、多边形绘图命令IPc，然后是偏移绘图命令Ook这样一种次序传送。
在绘图装置部分62中，偏移绘图命令Ooj中顶点坐标的偏移值dx和dy写入偏移寄存器63中，而且加法器64把这些偏移值dx和dy依次加到多边形绘图命令IPa、IPb和IPc中多边形Pa、Pb和Pc的各个顶点的坐标上以便依次得到多边形Pa、Pb和Pc的平移形式的各个顶点的坐标，根据这些坐标在帧缓冲器66上依次绘制多边形Pa、Pb和Pc以便物体OJ在显示器上分别沿X和Y方向平移偏移值dx和dy。
在物体OJ将要在下一帧中沿同样方向再平移相同量的场合，偏移绘图命令Ooj中的顶点坐标的偏移值dx和dy加倍，同时多边形绘图命令IPa、IPb和IPc中多边形Pa、Pb和Pc的顶点坐标保持不变。
如上所述，当一个物体在显示屏上平移时，仅需要在有关的偏移绘图命令中重写顶点坐标偏移值dx和dy。结果，对主存储器21的访问减至最少而平移处理可高速地进行。
如上述实施例中那样，通过在每个偏移绘图命令和多边形绘图命令的标题部分中插入指示将要执行的下一个绘图命令在主存储器21中的地址的数据AD，可以根据地址数据AD依次访问主存储器21以便按照执行的次序链式地得到偏移绘图命令和多边形绘图命令。因此，没有必要把偏移绘图命令和多边形绘图命令按照执行的次序放进主存储器上连续的存储区中。因而，即便在执行途中出现平移的要求时，也无需改变后续绘图命令在主存储器21中的位置，而且通过重写这些绘图命令标题部分中的地址数据AD可以很容易地改变绘图命令的执行次序而不用改变它们在主存储器21中的位置。
直观地说，在图2的实例中，按所列的次序依次绘制多边形Pa、Pb和Pc以便绘制物体OJ。如果将要按照首先绘制多边形Pa，后面接着多边形Pc然后是Pb这样一种次序依次绘制这些多边形，则重写多边形绘制命令IPa、IPc和IPb中的地址数据AD，以便分别指示主存储器21中的地址A2、A3和A4。
如图3中所示，上述地址数据AD可以省略。然而，在这种情况下，DMA控制器41按照这些命令在主存储器21中的地址的次序把偏移绘图命令和多边形绘图命令从主存储器21向绘图装置部分62传送。因而，为了改变绘图命令的执行次序，必须改变这些绘图命令在主存储器21中的位置。
虽然上述实施例针对所谓三维物体的平移，但是本发明不限于三维物体。本发明可用于一个简单的多边形和一个诸如背景图象之类图象的平移。这种背景图象平移的一个实例如下。
例如，假定一帧背景图象由320(行)×240(列)象素组成；这样一帧图象如图4中所示分割成300个宏模块MB，每个宏模块由16(行)×16(列)象素组成；而且该背景图象在宏模块基础上绘制。
如图5中所示，一个针对此背景图象的绘图命令包括一个含有指示将要执行的下一个绘图命令在主存储器21中的地址的数据AD、一个指示后续数据是一个针对背景图象的绘图命令的指示码INCO、指示其中将要绘制背景图象的一个宏模块区MA的高度和宽度的数据H和W、指示宏模块区MA左上角的坐标的数据X和Y的标题部分，及继标题部分之后的图象数据IP。
虽然宏模块区MA的宽度对应着一个宏模块MB的宽度，但是宏模块区MA的高度却对应着一个宏模块或沿垂直方向依次相连的一组宏模块的高度。图象数据已由图象去压缩部分53进行了去压缩。
这样一个背景图象可以简单地处理成一个多边形，所以它可用上述方法在显示屏上平移。
坐标转换部分13可以连接于系统总线1而不像所示实施例中那样管线式连接于CPU。
应用程序和数据可以记录在诸如磁盘和存储器卡之类的半导体存储器中而不是记录在CD-ROM中。
根据以上描述和附图，对于本专业的技术人员来说，对本发明的各种修改将变得显而易见。因此，本发明仅限于以下权利要求书的范围。
Claims (7)
1.一种图象生成装置，它包括：
一个在其中绘制图象的帧缓冲器；
一个用来生成绘制图象的一串绘图命令和指示所述图象的顶点坐标偏移值的偏移绘图命令的CPU；
一个在其中存储由所述CPU生成的所述绘图命令串和偏移绘图命令的主存储器；以及
一个用来执行从所述主存储器供给的所述绘图命令串和偏移绘图命令以便在所述帧缓冲器上绘制平移的图象的绘图装置部分，
其中所述绘图命令串包括绘制作为绘制图形的最小单元的多边形的多边形绘图命令，
所述绘图装置部分包括一个用来存储所述偏移值并用来把所述偏移值加到所述多边形绘图命令中的每个所述多边形的顶点坐标上的寄存器。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述绘图命令包含一个其后跟有数据的绘图命令指示码，该指示码指示该数据是多边形绘图命令。
3.根据权利要求2所述的装置，其中所述偏移绘图命令包含一个其后跟有数据的偏移绘图命令指示码，该指示码指示该数据是偏移数据。
4.根据权利要求3所述的装置，该装置还包括一个控制输入装置，根据使用所述控制输入装置的输入操作来生成所述偏移绘图命令。
5.一种生成图象的方法，包括下列步骤：
把指示图象的顶点坐标偏移值的偏移绘图命令存入寄存器；
把所述偏移值加在绘图命令中的每个多边形的顶点坐标上，这些多边形作为绘制图形的最小单元；以及
根据所述偏移绘图命令在显示屏上绘制平移的图象。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述绘图命令包含一个其后跟有数据的绘图命令指示码，该指示码指示该数据是多边形绘图命令。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述偏移绘图命令包含一个其后跟有数据的偏移绘图命令指示码，该指示码指示该数据是偏移数据。
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