CN1150674A - 产生图像数据的方法和图像数据处理装置以及记录媒体 - Google Patents

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Abstract

用于生成三维图像数据的图像处理方法和设备,包括一台几何传送机,起坐标变换装置的作用,用于以透视变换将TMD格式的三维图像数据转换为二维图像数据;一个图形处理单元(GPU)62,起绘图装置的作用,用于以给定的传输标准传送该二维图像数据,以便在二维显示屏幕上绘制图像。三维图像数据的结构,除要作透视变换的信息外,被与二维图像数据的给定传输标准作相同的排列。原始的格式文件很容易被转换为具有新的格式的文件。

Description

产生图像数据的方法和图像数 据处理装置以及记录媒体

本发明涉及图像数据处理,特别涉及一种通过数据处理改进产生增强图像数据的方法及实现该方法的图像数据处理装置和载有这类图像数据的记录媒体。

众所周知,在现有技术中,从电视接收机,监视器或家用电视游戏机、微机或图形计算机的CRT显示器上产生的图像基本上都是二维的。这种图像的动画通常是通过在一个平面二维背景上移动和改变一个二维字符或物体来实现的。然而,由于这种二维图像或图形受背景的模拟和字符物体运动的限制,因此不能产生更逼真的图像,在电视游戏机中尤其如此。

近来为了改进上述状况,已经提出了产生高逼真三维图像或图形的各种方法,下面将对其中一些方法做出描述。人们可以根据视觉的变化,例如图像视点的变化进行选择和显示从几个方向看到的字符物体的各种预定运动中的一种运动,也可以通过对许多二维图像在纵深方向一个一个重叠来产生模拟的三维图像。也可以提供一种纹理(texture)映射方法,用这种方法在一个多边形表面填充(物质的或图案的)纹理映像来产生图像模型。在另一种方法中,通过运用彩色查找表改变图像的彩色数据来产生色彩的变化。

家用电视游戏机是现有技术的典型例子,控制信息从诸如输入键盘或操纵杆的输入装置输入,并通过主要由微处理机组成的CPU的动作沿着主总线通过一个接口,根据引入的控制数据信息,储存在主存储器中的三维数据由视频处理器传送到视频信号源存储器作临时寄存。

上述CPU也运行来传输给该视频处理器一个特殊序列,用于从视频信号源存储器中读出一系列图像数据段,将其在屏幕上一个一个地进行重叠。根据图像数据段的读出次序,该视频处理器从视频信号源存储器中读出图像数据段,并按它们的重叠排列显示。

当对图像数据段进行读出和显示时,控制信息的声频成分被送进声频处理器,声频处理器又从声频存储器中依次提取相应的声频数据,与图像数据同步。

例如,视频信号源存储器可带有一个检测板图形在背景上和一组矩形图像区,或表示一个圆柱体的横截面的子画面。除了在子画面上圆柱体横截面外,其他区域可以透明画出。

安装在视频处理器上的一个同步发生器响应该图像数据的同步信号产生读地址信号。同步发生器的读地址信号通过主总线传送到一个由CPU确定的读地址表。该同步发生器也响应读地址表中的一个信号,从视频信号源存储器中读出图像段。

被检索的该视频数据段然后被送到一个叠加处理器,按照优先表确定的顺序一个一个地进行叠加,并经由总线从CPU通过。由于背景首先出现,然后是矩形子画面,子画面组被一层层叠加在背景的上面。

然后,除了上述层层叠加在背景上的子画面圆柱体的横截面外,其它区域通过适当的透明处理器变成透明。结果,该圆柱体的二维图像数据能被再现为原始图像的三维数据VDO。

但是,有必要产生一个给定格式的新文件,使初始数据转换成所需要的形式,然后再把这种原始数据所需要的形式转换到这个新文件。

把初始数据转换为给定格式的处理方法包括对一个物体的几何数据或初始数据的处理,以产生能够以给定的格式在二维屏幕上进行显示的三维图形数据,如适用于任何家用电视游戏机那样。

这样一种方法包括一系列图像数据处理(下文中称作三维图形处理),一个原始几何物体的三维图像数据以此方法产生并显示在二维屏幕上,该方法采用一个坐标变换装置来处理被送到终端的物体的初始几何数据,并产生已知格式的数据包,然后再送到绘图装置进行绘制。

初始几何图形数据由一组多边形(由绘图装置处理的包括三边形、四边形和其他形状的组合形状)组成并被在显示器上表示为一种三维模型。每一多边形数据包括多边形类型(三边形、四边形及类似形状)、多边形的特征(透明或半透明)、多边形的颜色、表示顶点的三维坐标、表示通过顶点法线的三维向量和表示纹理数据存储位置的二维坐标。这些是已知的包含二个或更多的几何图形数据的文件格式。

具有由坐标变换装置处理产生的格式的包数据载有在显示屏幕上绘制一个多边形的信息,包括多边形的类型(三边形、四边形或类似形状)、多边形特征(透明或半透明)、表示顶点的二维坐标、顶点的颜色和表示纹理数据存储位置的二维坐标。图57示出了包含一系列包数据的普通文件的一个典型格式。例如,CODE是一个表示内容的类型(多边形、线、子画面或类似东西)的代码,V和U分别表示纹理源空间的X和Y坐标值,R、G和B是多边形的三原色的R、G和B值,X和Y分别是指示该多边形顶点的X和Y坐标值。包数据的内容和长度随多边形的形状和大小而变化。

为使如上所述格式的现有文件转换为一个新的和改进了格式的文件,在坐标变换装置上要进行下述操作步骤:1、计算每一形状的多边形要求的包数据大小并储存在一个可用存储器的给定区域。

2、然后对每一多边形重复以下步骤:(1)把多边形的类型和特征组合起来构成一个字,并写进该包数据的区域0。

(2)顶点的颜色由该顶点的法线及多边形颜色确定,并被写入包数据的一个区域0和两个区域3和6。

(3)根据顶点的三维坐标对二维坐标进行计算,并写入包数据的区域1、4和7。

(4)然后将一个纹理的二维坐标写入包数据的区域2、5和8。

根据所述,由一个初始文件(实物形状数据文件)产生一个新的图像数据文件(包数据文件)至少需要这么三个步骤:1、保留一个产生新文件的存储区域。

2、对初始文件中的数据进行格式化和储存。

3、根据初始文件数据而计算的数据被储存在一个新的格式中。

上述步骤1-3的时间和劳力花费是昂贵的。

因此,使包含被传输的初始图像数据的文件容易地转变为一种新的格式的增强的图像数据处理、处理这种图像数据的处理装置和载有这种改进的图像数据的记录媒体的需要是长期存在的一个现实。

有鉴于此,本发明的目的是为满足现实的需要提供一种新的改进了的产生图像数据的方法和图像数据处理装置以及一种载有这种增强图像数据的记录媒体,采用这种方法和装置,一个包含要变换的初始图像数据的文件能容易地转化为新的格式。

根据本发明的一种生成图像数据的图像数据处理方法,其用于通过透视变换把一个三维图像数据转换为二维图像数据,并以给定的传输标准传输该二维图像数据,用以在一个二维显示屏幕上绘图。详细地说,本方法包括一个三维图像数据结构,除要进行透视变换的信息之外,它与已知的二维图像数据传输标准作相同排列。三维图像数据可以包括要被画在二维显示屏幕上的物体的遮蔽(shading)信息。三维图像数据和二维图像数据的结构在一个或多个字的最小单元上可以互相一致。三维图像数据可以包括二维数据的所有内容。

同样,根据本发明的图像数据处理装置,包括一个用于通过透视变换将三维图像数据转换为二维图像数据的坐标变换装置,和一种用于以给定的传输标准传输二维图像数据,以便在二维显示屏幕上作图的绘图装置,其中,除了要进行透视变换的信息之外的三维图像数据结构与已知的二维图像数据传输标准作相同的排列。利用坐标变换工具以使要进行透视变换的信息从该结构和给定二维图像数据传输标准相同的三维图像数据的其它数据中区别开来,经过透视变换并与给定传输标准相同结构的其它数据组合,可用于产生二维图像数据。如上所述,这种三维图像数据可以包括要被画在二维显示屏幕上的物体的遮蔽信息。

根据本发明,记录媒体用于保持用上述发明的方法和装置产生的图像数据。

由于除要进行透视变换的信息外的三维图像数据结构与给定的二维图像数据的传输标准相同,给定传输标准的二维图像数据可以很容易地通过对要进行透视变换的信息进行处理而得到。

此外,由于这种三维图像数据包括要被画在二维显示屏幕上的物体的遮蔽信息,在产生二维图像数据时,不需要对物体遮蔽数据的产生作额外的计算。

因此,本发明满足了对将一个含有要进行变换的初始图像数据的文件容易地转换为新的格式的改进的图像数据处理方法、处理这种图像数据的图像数据处理装置和载有这种增强图像数据的记录媒体的一个长期和现实的需要。

本发明的这些目的和其它目的及其优点,通过下面结合实施例参考附图的详细描述,将变得更为清楚。

附图简要说明图1是本发明的一个图像数据处理装置的总体系统结构的方框图;图2是对一个显示器上的图像进行说明的图;图3示出了显示器上图像的设置;图4是说明绘图剪辑功能的图;图5是一个说明纹理页面的图;图6是一个说明CLUT结构的图;图7是绘制子画面的基本原理图;

图8是一个说明帧双缓冲操作的图;图9是一个说明TOD文件格式的图;图10表示在TOD格式下的一个FRAME格式;图11表示一个FRAME的一个PACKET的格式;图12是一个说明特征类型的“包数据”结构的图;图13是一个说明用于启动光源计算的“包数据”的结构图;图14是一个说明坐标(RST)类型的“标志”结构的图;图15是一个说明坐标(RST)类型的“包数据”结构的图;图16是一个说明ID类型的TMD数据的“包数据”结构的图;图17是一个说明主物体ID类型的“包数据”结构的图;图18是一个矩阵类型“包数据”结构的图;图19是一个说明光源类型一个“标志”结构的图;图20是一个说明光源类型“包数据”结构的图;图21是一个说明摄像机类型的一个“标志”结构的图;图22是一个说明当“摄像机类型”为0时其它位的赋值;图23是一个说明当“摄像机类型”为1时其它位的赋值;图24是一个说明摄像机类型的“包数据”第一结构的图;图25是一个说明摄像机类型的“包数据”第二结构的图;图26是一个表示TMD格式的图;图27是一个表示TMD格式的HEADER结构的图;图28是一个表示TMD格式OBJTABLE结构的图;图29是一个表示TMD格式PRIMITIVE结构的图;图30是一个表示PRIMITIVE的“模式”结构的图;图31是一个表示PRIMITIVE“标志”结构的图;

图32是一个表示TMD格式的VERTEX结构的图;图33是一个表示TMD格式的NORMAL结构的图;图34是一个表示十进制定点分数格式的图;图35是一个表示在PRIMITIVE“包数据”中TBS参数结构的图;图36是一个表示在PRIMITIVE“包数据”中CBA数结构的图;图37是一个表示在应用三边形和光源计算情况下“模式”的位分布图,示出了一种改进的PRIMITIVE的“包数据”;图38示出了应用三边形和光源情况下PRIMITIVE的“包数据”结构;图39是一个说明在应用三边形,但没有光源计算的情况下PRI-MITIVE的“包数据”结构的图;图40示出了应用四边形和光源计算的情况下“模式”的位分布图,示出了PRIMITIVE“包数据”的一个改进;图41是一个说明在应用四边形和光源计算的情况下PRIMITIVE的“包数据”的结构的图;图42是一个说明在应用四边形,但没有光源计算的情况下PRI-MITIVE的“包数据”结构的图;图43示出了线条图形的“模式”的位分布图,示出了一个PRI-MITIVE的“包数据”的改进;图44示出了线条图形的“包数据”的结构图,示出了一个PRI-MITIVE的“包数据”的改进;图45是一个三维子画面图形的“模式”的位分布图,示出了一个PRIMITIVE“包数据”的改进;图46是一个三维子画面图形的“包数据”结构,示出了一个PRIMITIVE的“包数据”的改进;图47示出了对本发明的TMD格式的数据进行透视变换的步骤顺序流程图;图48是一个说明在共用的三维图形坐标转换装置中操作的顺序流程图;图49是一个说明当物体的遮蔽不是实时进行时,该坐标变换装置动作顺序的流程图;图50示出了TMD格式的另一个实施例;图51是一个表示在图50的实施例中的TMD格式中的“多边形数据”结构的图;图52是一个表示另一个实施例的“包数据”结构的图;图53是一个说明现有技术的图像生成装置(或家用电视游戏机)的系统结构方框图;图54是一个说明在现有技术图像生成装置中采用的图像生成方法的组合框图和原理图;图55是一个表示现有技术图像数据处理系统的结构框图;图56是一个表示物体形状数据的常用文件的结构的图;图57是一个表示“包数据”的常用文件的结构的图。

上述附图中同样的参考号表示在所有附图中相同的或相关的部件。

图53示出了现有技术的家用电视游戏机的一个典型实例。如图53所示,由输入装置394如一个键盘或操纵杆输入的操作信息通过接口393,借助于主要由微处理机构成的CPU391的动作引入总线399。如上所述,根据引入的操作数据,储存在主存储器392中的一个三维数据由视频处理器396动作传输到视频信号源存储器395暂时存储。

CPU 391也运行以传输给视频处理器396一个专用指令,用于从视频信号源存储器395读出一系列图像数据段,并且在屏幕上将它们一个一个地重叠。按照图像数据段的读出顺序,视频处理器396从视频信号源存储器395读该图像数据段,并按它们的重叠配置显示。

当对图像数据段进行读出和显示时,操作信息的声频成分被送进声频处理器397,后者依次从声频存储器398中提取相应的声频数据,与图像数据同步。

图54很清楚地示出了一个以图53所示的家用电视游戏机中的二维数据格式为基础传送三维数据的过程。图54示出了以三维图像中的一个检测板图案为背景的圆柱物体的显示图形。

图54的视频信号源存储器395内存有检测板图案背景200和一组矩形图像段或表示在背景200上的圆柱体的横截面的子画面201、202、203和204。除了圆柱体在子画面201、202、203和204上的横截面外的其余区域被画成透明的。

安装在视频处理器396上的同步发生器400用于响应图像数据的一个同步信号以产生一个读地址信号。同步发生器400的读地址信号通过主总线399传输到由图53示出的CPU 391确定的一个读地址表401。同步发生器400也响应读地址表401中的信号,从视频信号源存储器395读出图像段。

然后将被检索的该视频数据段送入重叠处理器403,在这里按优先表402确定顺序从CPU 391经过总线399一个一个地进行重叠。由于背景200首先出现,然后是按该次序的矩形子画面201、202、203和204,这组子画面被一个一个地叠放在背景200上。

然后,除了一个一个地被叠加在背景的子画面201、202、203和204的圆柱形物体的横截面外,其它区域用透明处理器404处理成透明状态。

结果,该圆柱形物体的二维图像数据可以被再现为如图54所示的初始图像的三维数据VDO。

但是,如上所述,有必要产生一个给定格式的新文件,以使初始数据转化成所需的格式,然后把初始数据所需的格式格式化到新文件。

转换初始数据为给定格式的处理方法,包括对一个物体的几何数据或初始数据进行处理,以产生能够以给定格式在二维屏幕上显示的三维图形数据,就象在任何家用电视游戏机上的应用一样。

如图55所示,这种方法包括一系列图像数据处理(下面称作三维图形处理),其中产生初始几何物体的三维图形数据在二维屏幕上进行显示。图55示出的系统允许将该物体的初始几何数据提供给终端500,以便由坐标变换设备501进行处理来产生给定格式数据包,然后将数据包传送到制图装置502进行制图。

初始几何数据包括一组多边形(是一组用制图装置处理的图形的单元形状,包括三边形、四边形和其它形状),在屏幕上被表示为一个三维模式。每一多边形数据包括多边形的类型(三边形、四边形或类似图形)、多边形特征(透明或半透明)、多边形的颜色、表示顶点的三维坐标、表示穿过顶点的法线的三维向量、表示纹理数据存储位置的二维坐标。图56示出了那些已知的包含二个或更多的几何数据的文件格式。

经过坐标转换装置501处理产生的格式的包数据载有在显示屏上绘制多边形的信息,包括多边形的类型(三边形、四边形或类似图形)、多边形特征(透明或半透明)、表示顶点的二维坐标、顶点的颜色、表示纹理数据存储位置的二维坐标。图57示出了一个包含一系列包数据的普通文件的典型格式。如图57所示,CODE是一个表示内容的类型(多边形、线、子画面或类似物)码,V和U分别是在纹理源空间的X和Y坐标值,R、G和B是多边形的三原色的R、G和B值,X和Y分别是表示多边形顶点的X、Y坐标值。包数据的内容和长度随多边形的形状和大小而变化。

为了把图56所示格式的现有文件转换为如图57所示的新的和改进了的格式,必须在坐标传输装置501中进行下述操作步骤:1、计算多边形每一形状所需数据包的大小,并储存在适用的存储器的给定区域中。

2、然后对每一多边形重复以下步骤:(1)将多边形的类型和特征组合成一个字,并写进该包数据的0区域。

(2)顶点的颜色由顶点的法线和多边形的颜色确定,并写进包数据的一个区域0和两个区域3、6。

(3)根据顶点的三维坐标计算二维坐标,并写入包数据的1、4和7区域。

(4)然后将纹理的二维坐标写入包数据的2、5和8区域。

如上所述,由一个初始文件(物体形状数据文件)产生一个新的图像数据文件(包数据文件),至少需要三个步骤:1、给产生的新文件留出一个存储区。

2、格式化初始文件中的数据并存储。

3、把由初始文件数据计算出的数据存储在新格式中。

前面所述的步骤1-3即费时又费力,因此需要改进数据处理效率。

在对本发明的基本实施例以产生图像数据的方法的形式作出描述前,先对用本发明的图像数据处理方法产生的图像数据来生成一个三维图形数据的本发明的另一个实施例的图像处理系统进行解释,以增加对随后的本发明基本实施例的理解。

现在回到图1,图1示出了一个安装在家用电视游戏机上的图像处理系统。该图像处理系统实际上是为家用电视游戏机、微机或图形计算机装置而设计的。

图1实施例的图像处理系统允许使用者通过控制从诸如光盘(如一张CD-ROM)的记录媒体检索的相关数据(例如游戏程序)运行一个游戏,光盘也是由本发明设计用来以特殊格式进行数据存储的。

详细地说,图1所示本实施例的图像处理系统包括中央处理单元(CPU)51及其外围设备(包括一个外围设备控制器52)组成的主控制器模块50;主要由在一个帧缓冲器63上作图的图形处理单元(GPU)62组成的图形模块60;由声音处理单元(SPU)71和其它发出音乐或效果声音的设备组成的声音模块70;控制用作辅助存储装置的光盘(CD-ROM)驱动器81并对再现的数据译码的光盘控制器模块80;用于控制从控制器92发出的指令信号的以及关于在子存储器(或存储插件)93上设定游戏参数的信息的输入和输出的通讯控制器模块90,和把主控模块50连接到通讯控制器模块90的主总线B。

主控制器模块50包括CPU 51和控制中断动作、时间顺序、存储器动作及直接存储器存取(DMA)信号传送的外围设备控制器52;主存储器53例如由2兆字节RAM构成;和ROM 54例如由512K字节组成,包括操作主存储器53的操作系统、图形模块60和声音模块70在内的程序被存储在ROM 54中。

CPU 51可以是一个通过运行存储在ROM 54中的操作系统来控制整个系统的32位的简化指令系统计算机(RISK)。CPU 51还包括一个用于控制实际存储的指令超高速缓冲存储器和暂存存储器。

图形模块60包括由用于坐标计算以进行坐标转换处理的协同处理机构成的GTE 61;响应CPU 51的指令信号绘制图像的GPU 62;存储由GPU 62提供的图形数据的例如有1兆字节帧缓冲存储器63和对通过诸如离散余弦变换的正交变换处理进行压缩和编码的编码图像进行译码的图像译码器64(下文称为“MEDC”)。

GTE 61可以有一个并行处理许多算术运算的并行处理器,并起协同处理器的作用,使CPU 51高速运行,处理光源、向量和十进制定点小数表示的矩阵的坐标变换和计算。

更详细地说,GTE 61能够对平面遮蔽(flat shading)以每秒150万次的速度进行多边形的坐标计算,在平面遮蔽中,每一三边形是以单色画出的,这就允许图像处理系统使CPU 51的装载最小,并因此能以较高的速度执行坐标计算。

GPU 62响应CPU 51的多边形画图指令,绘制一个多边形或图形到帧缓冲器63。GPU 62每秒能画出360000个多边形,并有独立于CPU 51的二维地址空间,用于帧缓冲器63的映射。

帧缓冲器63由同时执行对GPU 62的绘图数据检索或从主存储器53的数据传输和用于显示的数据释放的所谓双端口RAM组成。

帧缓冲器63可有1兆字节,包括一个16位格式的水平方向为1024、垂直方向为512的像数矩阵。在帧缓冲器63范围内任一需要的区域都可以被传送到一个视频输出装置65,例如一个显示器。

除了作为视频输出被传送的区域外,帧缓冲器63持有一个用于存储由GPU 62动作来绘制图形或多边形时作为参考的一个CLUT的彩色查询表(下文称为“CLUT”)区域,和一个纹理区域,其用于存储通过GPU 62绘制图形或多边形进行坐标变换和映射的纹理数据。CLUT和纹理区域可以随着显示区域的变化而作动态的变化。帧缓冲器63因此能执行一个对该显示区域的绘图存取和对主存储器53的高速DMA存取传输。

除平面遮蔽外,GPU 62还可以进行Gouraud遮蔽,在此,一个多边形的颜色可由顶点颜色的插值和纹理映射来确定,在纹理映射中,从纹理区域选出的一个纹理被附加到多边形上。

对于Gouraud遮蔽或纹理映像,GTE 61可以每秒500,000个多边形的速率进行坐标运算。

MDEC 64响应CPU 51的一个命令信号,用于对从一个CD-ROM盘检索出并存储在主存储器53中的静态或动态图像数据进行译码,随后再存储在主存储器53中。更详细地说,MDEC 64高速进行一个逆向离散余弦变换运算(称为逆向DCT)以扩展记录媒体的彩色静态图像压缩标准(称为JPEG)或动态图像编码标准(称为MPEG,仅对本实施例的域内帧压缩而言)的数据。

再现的图像数据通过GPU 62传输到帧缓冲器63,因此可以用作由GPU 62绘制的图像的背景。

声音模块70包括响应CPU 51的命令产生音乐或效果声音的处理单元(SPU)71,具有作为例子,未必是作为限制的512K字节存储声音或效果声音的声频数据以及从CD-ROM检索声源数据的声音缓冲器72、和起声音输出装置作用的用于发射由SPU 71产生的音乐或效果声音的扬声器73。

SPU 71有自适应差分脉码调制(ADPCM)信号译码功能,用于再现从一个16位声频数据变换来的4位ADPCM格式的一个声频数据;有播放功能,其用于再现存储在声音缓冲器72中的声源数据以发出音乐或效果声音;有调制功能,以调制存储在声音缓冲器72中的声频数据,用于播放。更详细地说,SPU 71带有具有24种声音的自适应差分脉码调制(ADPCM)声源,其中循环的动态参数和时间系数被自动修改,并由来自CPU 51的信号驱动。SPU 71控制由声音缓冲器72映射的地址空间,并通过带有接通/切断信息或调制的自适应差分脉码调制(ADPCM)数据的直接传输从CPU 51声音缓冲器72以再现声频数据。

因此,声音模块70在一旦接收到来自CPU 51的命令信号时,被用作取样声源,相应于存储在声音缓冲器72中的声音数据产生音乐或效果声音。

光盘控制器模块80包括光盘驱动81用于从CD-ROM光盘检索CD-ROM光盘的程序或数据;对编码、存储的程序或带有误差校正码(ECC)的数据进行译码的译码器82和一个例如32K字节用于存储从光盘检索的数据的缓冲器83。由光盘驱动81、译码器82和从光盘中读取数据的其它部分构成的光盘控制器模块80的构造也支持包括CD-DA和CD-ROM XA的其它光盘格式。译码器82还是声音模块70的一个组成部分。

由光盘驱动81从光盘中检索的声频数据不仅仅限制在ADPCM格式(用于存储在CD-ROM XA光盘上),而且可以有一个由模-数变换产生的通用PCM模式。

ADPCM数据可以由16位数字数据计算的4位差分形式进行记录,首先对其进行误差校正和在译码器82中译码,再传送到SPU 71进行数/模变换,并提供给扬声器73进行重放。

PCM数据可以16位数字信号格式记录,并由译码器82译码后驱动扬声器73。译码器82的声频输出首先送到SPU 71与SPU的输出混合,并通过混响单元释放,以进行声频播放。

通讯控制器模块90由沿主总线B控制与CPU 51通讯的通讯控制装置91、由操作者输入指令的控制器92和存储游戏设定数据的存储器插件93组成。

控制器92是一个传输操作人员指令到应用软件的接口,可带有16个命令键供指令输入。送入由通讯控制器装置91预先确定的键上的命令,以每秒60次的速度以同步的模式送到通讯控制器装置91。通讯控制器装置91然后把键命令传送到CPU 51。控制器92上面安置有两个连接器,通过多头端口把许多控制器一个一个地连接起来。

因此,一旦接收到操作者的命令,CPU 51开始执行一个由游戏程序确定的相应过程动作。

当需要对操作游戏作初始设定时,CPU 51把相关数据传送到通讯控制器装置91,后者依次又把数据存储在存储器插件93上。

存储器插件93独立于主总线B,当主总线B被激励时,它可以自由地安装或移开,这就允许该游戏设定的数据能存储在两个或更多的存储器插件93上。

本发明的这个实施例的系统也备有一个16位的并行输入输出(I/O)端口101和一个异步串行输入和输出(I/O)端口102。该系统在并行I/O端口101可被连接到任何其它外部设备,在串行I/O端口102可被连接到另一电视游戏机进行通讯。

在主存储器53、GPU 62、MDEC 64和译码器82之间,需要以高速传送巨大数量的图像数据来读出程序、显示文本或绘制图形。因此这个实施例的图形处理系统允许不经过CPU 51而在主存储器53、GPU 62、MDEC 64和译码器82之间进行直接数据传输或DMA传输。说得更确切些,是在外部设备控制器52的控制下。结果,在数据传输过程中CPU 51上的装载将明显地减少,这样就保证了高速数据传输操作。

本发明的电视游戏机允许CPU 51被加电后操纵存储在OS ROM54中的操作系统运行。当操作系统被运行后,CPU 51准确地控制图形模块60和声音模块70的动作。

另外,一旦调用操作系统后,CPU 51通过检查每个动作来对整个系统作初始化,随后通过启动光盘控制器模块80,来运行存贮在光盘中的需要的游戏程序。

在游戏程序的执行过程中,CPU 51响应操作人员输入的命令来启动图形模块60和声音模块70,以便控制图像的显示和音乐或效果声音的再现。接下来将解释由本发明的图像数据处理设备在显示器上表示的图像数据。

GPU 62显示由帧缓冲器63在视频输出装置65或显示器,如CRT,上产生的需要的图形模型的区域,下面将该区域称为显示区。显示区和显示器屏幕的关系示于图2。

GPU 62的设计能支持十种不同的显示模式,它们是:模式         分辨率          注解0        256(H)×240(V)    无交错1        320(H)×240(V)    无交错2        512(H)×240(V)    无交错3        640(H)×240(V)    无交错4        256(H)×480(V)     交错5        320(H)×480(V)     交错6        512(H)×480(V)     交错7        640(H)×480(V)     交错8        384(H)×240(V)    无交错9        384(H)×480(V)     交错显示器屏幕的大小或像素的数量是可变的,显示起点和终点的位置[分别用坐标平面的(DTX、DTY)和(DBX、DBY)表示]可以分别在水平方向和垂直方向分开确定,如图3所示。

坐标可应用值的范围和显示模式的关系表示如下。注意到DTX和DBX是4的倍数。因此,最小屏幕尺寸包括水平方向4个像素乘以垂直方向2个像素(在无交错模式下)或4个像素(在交错模式下)。

沿X轴可适用值的范围:模式             DTX             DBX0和4            0至276          4至2801和5            0至348          4至3522和6            0至556          4至560

3和7            0至700          4至7048和9            0至396          4至400沿Y轴可适用值的范围:模式           DTY            DBY0至3和8        0至241         4至2434至7和9        0至480         4至484此外,GPU 62支持两种显示色彩模式,16位直接模式(32768种颜色)和24位直接模式(全色)。16位直接模式(下称16位模式)提供32768种颜色。尽管与24位直接模式(下称24位模式)相比,可显示的颜色的数量受到限制,但16位模式能允许GPU 62的颜色计算在24位模式下进行,并且也有一种模拟准(quasi)全色(24位颜色)显示的高频振动功能。24位模式提供16,777,216种颜色(全色),并且为传送到帧缓冲器63中的图像数据提供位-映射显示,但不能由GPU 62启动任何绘图动作。尽管一个像素的位长包括24位,帧缓冲器63上的坐标和位置值必须在16位格式的基础上确定。例如,640×480的24位图像数据在帧缓冲器中被处理成960×480,DBX也被表示为8的倍数。因此,在24位模式下的最小显示尺寸是水平方向8个像素乘以垂直方向2个像素。

下面描述GPU 62的绘图功能。

该绘图功能包括:子画面绘图,用于在4位CLUT模式(4位格式,每个子画面16种颜色)、8位CLUT模式(8位格式,每个子画面256种颜色)以及16位CLUT模式(16位格式,每个子画面32768种颜色)的模式下产生范围从1×1点到256×256点的子画面;多边形绘图,用于对每个顶点都由坐标值定义的多边形(三角形、四边形等)绘图,然后进行平面遮蔽,将多边形填上一种单一色彩;Gouraud遮蔽,通过给每个顶点分配一种不同的颜色,在多边形上提供分级;以及纹理映射,用于在多边形的表面提供二维图像数据(的纹理模式);线条绘图,其中可适用灰度等级;图像数据传输,用于将图像数据从CPU 51传送到帧缓冲器63,从帧缓冲器63传送到CPU 51,以及从帧缓冲器63传送到帧缓冲器63。

可以加上另外的功能,例如半透明描绘,其中像素被取平均(也称为阿尔法混合,因为像素的数据以需要的或者α比率被混合在一起);高频振动,用于通过采用噪声来对颜色的交错进行平滑;剪裁,用于消除图像区域外边的特征;或偏离,其中图形的原点根据图形区域而移动。

在其上描绘图形的坐标系统以一个11位格式为基础,因此每个X、Y在-1024至+1034的范围内赋值。如图4所示,帧缓冲器63的大小为1024×512,任何扩展都可能被折叠(folded)。通过控制坐标的偏移值,可以在帧缓冲器63中任意确定图形的原点。由于具有剪切功能,绘图适用于只要在帧缓冲器63之中的任何形状。

由于由GPU 62支持的子画面最多代表256×256个点,它的水平和垂直长度可以在该范围内任意确定。

附属于子画面的(子画面模式的)图像数据如图5所示被分配给帧缓冲器63的非显示区。因此,在绘图命令开始之前,子画面模式就被传输到帧缓冲器63。只要帧缓冲器63还有存储区域,就可以以256×256像素的页面单元形成保留一些子画面模式。该256×256像素大小被称为一个纹理页。通过给称为TSB的一条绘图命令的参数指定一个页号来指定纹理页面的(地址)点,来确定每个纹理页面的位置。

子画面模式被划分为三类颜色模式,4位CLUT模式,8位CLUT模式和16位CLUT模式。4位和8位CLUT模式采用CLUT。

CLUT被示于图6,其中用于产生被显示的可见光三种主要色彩的R、G和B值的16至256值在帧缓冲器63上被予以对齐。R、G和B值从帧缓冲器63的左端开始次序计数,子画面图案中的像素的颜色由该数值识别。可以对每个子画面选择CLUT,并且子画面可以与其相应的CLUT发生联系。在图6中,每个表项代表16位模式的一个单一像素,并且每个CLUT等于图像数据的1×16位(在4位模式下)或1×255位(在8位模式下)。通过给称为CBA的一条绘图命令的参数指定CLUT左端处的坐标值来确定CLUT的(地址)点,从而确定CLUT在帧缓冲器63中的存储位置。

子画面的绘制示意性地示于图7中,其中绘图命令的U和V是分别以水平方向和垂直方向表示的用于确定纹理页面中位置的参数。X和Y是用于确定绘图区域位置的参数。

GPU 62采用称之为帧双缓冲的移动显示技术,其中,如图8所示,在帧缓冲器63上准备了两个四边形图案,当一个图形被映射在另一个上时,一个图形被显示。当图形绘制完成后,两个图案被相应转换。这就避免了显示重写动作。帧缓冲器63上的切换可以在垂直间隔期间进行。另外,由于要绘制的图形的形状和坐标原点是在GPU 62中任意确定的,它们可以在活动的情况下被用来指定若干缓冲器。

接下来描述在规定的图像处理设备中由本发明的图像数据处理方法产生的数据格式。

在本发明第一实施例的图像处理设备中处理的图形被分为两种类型:三维图形和基本二维图形。三维图形由代表要绘制的实际模型或物体的形状的小平面属性的模拟数据(下称TMT数据)和包括物体的位置数据的动画数据(下称TOD数据)来实现。三维数据包括用作子画面图案或纹理基础的图像数据(下称TIM数据)、用于映射一个背景的BG映射数据(称为BGD数据)以及用于动画制作子画面的单元数据(称为CEL数据)和信息数据(称为ANM数据)。

TOD动画数据的格式(称为TOD格式)被设计来将三维物体的数据分配在时基上。详细地说,三维动画(包括一系列帧)的每一个帧由产生、改变和限定三维物体的基本数据表示,并且帧中的数据沿时基对齐。

TOD格式中的一个文件(称为TOD文件)包括文件标题和一系列帧数据,如图9所示。图9中所示的“标题”包括位于TOD文件前端的两个字(有64位),带有四类不同的信息,它们是:(a)“文件ID”(8位)“文件ID”指明该文件是一个动画文件;(b)“版本”(8位)指明一个动画版本;(c)“分辨率”(16位)“分辨率”代表在显示一帧的过程中所用的时间长度(以1/60秒片刻为单位);

(d)“帧数”  (32位)指示文件中的帧数。

在“帧标题”之后是一些“包”。

如图10所示,“帧”包括一个“帧标题”和若干“包”。

“帧标题”位于图10中“帧”的前端,它包含带有以下信息的两个字:(a)“帧大小”(16位)指示以(4字节)字表示的整个帧数据(包括帧标题)的大小;(b)“包数”(16位)代表帧中包的数目;(c)“帧号”(32位)指示帧的号码。“帧标题”之后是一些“包”。

如图11所示,“包”包括一个字的“包标题”和“包数据”。“包”的类型并非总是一样的,并且每个“包”中的“包数据”不仅当“包”类型不同时会变化,当其相同时也会变化。

如图11所示,“包”包括“包标题”和“包数据”。“包标题”包含以下信息:(a)“目标ID”(16位)“目标ID”指明目标物体的类型;(b)“包类型”(4位)代表解释“包数据”内容的包的类型;(c)“标志”(4位)与“包类型”相关;(d)“包长度”(8位)

指示以(4字节)字表示的包的长度(包括“包标题”)。

“包数据”也包含其它信息,包括TMD数据ID(模拟数据的ID)和SRST值,对此随后将进行描述。“包”由存储在标题中的“包类型”来识别。“包类型”由分配给数据的一组数码表示,详情如下:0                    属性1                    坐标(RST)10                   TMD数据ID11                   主机目标ID100                  MATRIX值101                  TMD数据内容110                  光源111                  摄像机1000                 物体控制1001-1101            用户定义1110                 系统保留1111                 特殊命令以上内容随后将作详细解释。

“属性”用“包类型”的0000表示,指示“包数据”包含进行属性设定的信息。在这种情况下,不使用“标志”。

“包数据”包含两个字,如图12所示。第一个字是包含数值变化标志位和无变化标志位的屏蔽位的一个屏蔽。数据值变化标志位用0表示,而无变化标志位用1表示。在第二个字中,由数据值变化标志位所指示的位被装入新的数据,而剩下的位表示为0。指定给无变化位的缺省是不同的,在第一个字中是1,在第二字中是0。“包数据”中第二个字的位带有以下细节。

第0位至第2位“材料衰减:00(材料衰减0)(material decay0)01(材料衰减1)02(材料衰减0)03(材料衰减1)第3位  照明模式1:      0 (无雾)1 (有雾)第4位  照明模式2:      0 (有材料)1 (无材料)第5位  照明模式3:      0 (用户照明模式)1 (用户缺省照明模式)第6位  光源:           0 (没有光源计算)1 (光源计算开启)第7位  当溢出时:       0 (带有Z溢出剪辑)1 (无Z溢出剪辑)第8位  后剪辑:         0 (是)1 (否)第9至27位  系统保留     (初始化为0)第28至29位 半透明度比率: 00(50%)01(附加100%)10(附加50%)11(附加25%)第30位    半透明度:      0 (开)1 (关)

第31位    显示:          0 (是)1 (否)当设置光源计算开启时,“包数据”中的位如图13所示。很显然,第一个字中的第6位是0,指明要求对光源信息作变化,而其它没有变化的位保持为1。在第二个字中,第6位是1,指明光源计算是开启的,没有变化的其它位保持为缺省值0。

“坐标(RST)”用“包类型”的0001表示,并且“包数据”包括设定坐标值的数据。在这种情况下,“标志”示于图14。如图所示,“矩阵类型”代表一个RST矩阵的类型,例如,0表示绝对值矩阵,1表示与前一帧不相同的矩阵。“旋转”旋转代表旋转(R)的标志,0是无旋转,1是有旋转。“定标”是定标(S)的标志,0表示否1表示是。与此类似,“平移”是平行移动(T)的标志,0表示否,1表示是。

“包数据”的赋值随“标志”中“旋转”、“定标”和“平移”(平行移动)的位的图案而变化,如图15所示。Rx、Ry和Rz分别代表沿X轴、Y轴和Z轴旋转的成分。Sx、Sy和Sz分别代表沿X轴、Y轴和Z轴定标的成分,Tx、Ty和Tz分别代表沿X轴、Y轴和Z轴平行移动的成分。

“TMD ID”是由“包类型”的0010表示的,并且“包数据”持有目标物的模拟数据(TMD数据)ID,如图16所示。该TMD数据ID含有两个字节。

“主目标ID”由“包类型”的0011表示,并且“包数据”存贮一个目标物的主目标ID,如图17所示。主目标ID包含两个字节,并且在这种情况下不采用“标志”。

“矩阵类型”由“包类型”的0100表示,并且“包数据”持有用于设置坐标数的数据。在这种情况下,不用“标志。图18示出了在“包数据”中的赋值情况。

当“包类型”是0101时,“包数据”带有TMD数据,对此随后将详细解释。

“光源”用“包类型”的0110表示,并且“包数据”持有用于设置光源的数据。在这种情况下,“目标ID”代表另一光源,不是共用的“目标ID”。“标志”也带有如图19所示的特定信息。在图19中,“数据类型”指示数据的类型,当它为0时,是一个绝对值,当它为1时,是与前一帧不同的值。“方向”是一个方向标志,0代表否,1代表是。与此类似,“颜色”代表颜色标志,0代表否,1代表是。“包数据”中的赋值随“标志”中“方向”和“颜色”位的图案而变,如图20所示。

当“包类型”是0111时,代表“摄像机”,“包数据”中持有设定观察点数据的数据。这时“目标ID”是一个摄像机ID,但不是共用的“目标ID”。“标志”也如图21所示被指定。

如图21中所示的“摄像机类型”是0,那么其余位如图22所示。如果是1,其余的位如图23所示。详细地说,“数据类型”代表数据的类型。0是一个绝对值,而1代表与前一帧不相同的值,由图22可以看出。图22中的“位置与参考”是观察点和参考位置所用的标志;0表示否定,1表示肯定。与此类似,“Z角度”,如图22所示,是表示参考位置与水平线之间的角度,0表示否定,1表示肯定。在图23中,“数据类型”也表示数据的类型,0代表一个绝对值,而1代表与前一帧不相同的值。图23中所示的“旋转”是旋转(R)的标志,0表示否定,而1表示肯定。与此类似,图23所示的“平移”是平行移动(T)的标志,0表示否定,1表示肯定。

因此,“包数据”中的赋值随着“标志”的内容而变化,如图24和25所示。

“目标控制”用“包类型”的1000表示,其设计来控制一个目标。在这种情况下,“包数据”不带任何信息。

最后,当“包类型”为1111时,代表特定控制动画数据受到控制。

模拟数据的格式(下称TMD格式)在下面予以解释。

在通常的三维图形中,物体由一多边形集表示。代表物体的数据被称为模拟数据。每个多边形的顶点用三维空间中的坐标值表示。在现有技术中描述的坐标转换装置用于通过透视转换将多边形的顶点位置转换为二维坐标值,一个绘图机(rendering device)用该二维坐标值来制图。数据以包的形式被传送到绘图装置。通常一个包包含一个多边形的数据。包随多边形的类型改变其结构和大小。

在先前描述的格式中,根据本发明,一个几何图形的多边形数据的结构,除该数据的一部分之外,被安排成与包的结构相同,从而使得坐标转换设备能以高速进行处理。

有一些可采用的三维坐标系统,包括用于代表三维物体的形状和大小的物体的坐标系统,指示三维物体在空间中的位置的宇宙坐标系统,以及显示投射在屏幕上的三维物体的屏幕坐标系统。为简单起见,将结合物体和三维物体的屏幕坐标系统来进行描述。

本发明用于物体几何数据或模拟数据的(TMD)格式是打算用于前面描述的实施例的图像数据处理设备的三维扩展图形库的,所述实施例的设备安装在家用电视游戏机、微机或图形计算机中。TMD格式的数据可以直接装载到存储器中,作为赋予扩展图形库的函数的因子。

TMD格式的文件(下称TMD文件)中所载的信息在使用三维工具或艺术家的工具的过程中保持在较高抽象化的文本数据的RSD文件中,并且在程序生成过程中被一条特定命令(“RSDlink”命令)转移到TMD格式。

TMD文件中的数据是代表物体的多边形和线条的图元集合。一个单一的TMD文件能保持若干要绘制的物体。

TMD文件中的坐标值在本发明的图像数据处理设备的扩展图形库中处理的空间被予以指定,其中,向右的方向是沿X轴的正向,向下是沿Y轴的正向,向后是沿Z轴的正向。物体的坐标值是由16位数据的符号整数所表示的,每个坐标值的范围从-32767到+327687。在设计步骤的格式(下称RSD格式)中,一个顶点值是浮点数,因此要从RSD转移到TMD的文件必须通过扩展和压缩使其在比例上匹配。为此准备了比例调节参考值,并将其装在随后要解释的物体结构中。当TMD格式数据中的顶点的值被乘以比例参考值时,它们被返回到设计步骤原有的比例,这便为映射宇宙坐标系统中的数据值确定一个最佳比例提供了帮助。

下面我们将非常详细地解释本发明的TMD格式。

如图26所示,TMD格式由四个数据块组成,包括在TMD文件中用于一个三维物体的表格数据(OBJ TABLE)、图元数据(PRIMITIVE)、顶点数据(VERTEX)和法线数据(NORMAL)。

图26中TMD格式的标题(HEADER)有三个字(12字节),携带图27中所示的格式结构的数据。如图27所示,ID是代表TMD文件的版本的32位数据(一个字)。FLAGS也是32位数据(一个字),代表TMD格式的结构类型。最低有效位(LSB)是一个FIXP位,随后将对此进行描述,其它位都予以保留,并用0表示。FIXP位指示物体结构的指示字是否是一个实地址,这一点也将在后面作详细描述。

当FIXP位是1时,指示字是一个实地址,如果是0,则是与前端的一个偏移。NOBJ是代表物体数量的一个整数。

图26的OBJ TABLE包含一个表格,该表格含有一组物体结构,并带有指示物体的存储位置的指示字,如图28所示。每个物体的结构的被表示为:<pre listing-type="program-listing"><![CDATA[   struct object{u_long *vert_top;   u_log n_vert;   u_log *normal_top;    u_log n_normal;   u_log *primitive_top;   u_log n_pimitive;   log scale;  }这里   vert_top: VERTEX 前端地址,   n_vert: VERTEX 个数,   normal_top: NORMAL 前端地址,   n_normal: NORMAL 个数,   primitive_top:PRIMITIVE 前端地址, n_primitive: POLYGON 个数,   scale: Scaling 因子。]]></pre>物体的结构中的指示字(vert_top,normal_top,和primitive_top)随“标题”中的FIXP位而变化。当FIXP为1时,指示字是一个实地址,而当FIXP是0时,指示字是一个相对于OBJECT的前端被指定为0地址的地址。

定标因子是带有符号的“长”类型,它的二次幂代表一个比例值。例如,当物体结构的定标因子为0时,比例1/1;当它为2时,比例为4;而当它为-1时,比例是1/2。

图26中的PRIMITIVE(图元)包括一系列物体的图元包,如图29所示。每个独立的包带有单一的一个图元。由TMD格式所定义的图元被与扩展图形库中的函数一起用来进行透视变换,并且被转换为绘图图元。图29中所示的包在长度上的是可变的,它的大小和结构随图元的类型而变化。

图29中的包“Mode”包括指示其图元的类型和属性的8位,它的赋值情况如图30所示。图30中3位的CODE代表指示其内容的类型的一个代码:001是多边形(三角形,四边形等等),010是直线,011子画面长方形。OPTION持有可选位,并随CODE的值而变化(在包数据成分表列中作了归类,随后将作解释)。

图29中的包“Flag”是一个8位数据,代表描图的可选信息,它的位分配如图31所示。图31中的GOR在需要光源计算而不需要纹理以及多边形应用时是合用的。当GOR为1时,指示分级多边形,当GOR为0时,指示单色多边形。当FCE为1时,多边形是双面(sided)的,而为0时,多边形是单面(sided)的(当CODE代表一个多边形代码时适用)。同样,当LGT是1时,不包含光源计算,而当它为0时,包含光源计算。图29中的“ilen”包含8位数据,代表包数据的一个字长。同样,“olen”是一个8位数据,指示在过程中产生的绘画图元的一个字长。“包数据”由顶点和法线的各种参数组成,该顶点和法线是由图元的类型确定的。“包数据”的结构也将在随后作详细解释。

图26所示的VERTEX(顶点)是代表顶点的一系列数据结构。每个结构的格式示于图32中。在该图中,VX、VY和VZ是顶点的X、Y、Z坐标值(16位整数)。

图26中的NORMAL(法线)是指示法线的一系列数据结构。每个结构的格式示于图33,其中NX、NY和NZ是一个法线的X、Y、Z成分(16位的十进制定点分数)。详细地说,NX、NY和NZ由带符号的16位十进制定点分数表示,其中4090代表1.0。它们的位分配示于图34,其中符号由一位表示,整数是3位,分数是12位。

与图元的类型相关的包数据结构接下来进行解释。包数据中的参数被分类为顶点(n)、法线(n)、Un、Vn、Rn、Gn、Bn、TBS和CBA。

顶点(n)是指向VERTEX(顶点)的位置的一个16位目录值。它表示从图26所示的VERTEX格式的前端开始算起的单元的个数,指示物体包括该多边形。

法线(n)与顶点(n)一样,代表指向NORMAL(法线)的位置的一个16位目录值。

Un和Vn是在每个顶点的纹理源空间上的X、Y坐标值。

Rn、Gn和Bn是R、G和B值,代表由无符号8位整数表示的多边形的颜色。如果不包括光源计算,那么要在先提供亮度的缺省。

参数TBS带有关于纹理和子画面图案的信息,其格式示于图35。图35中的TPAGE代表纹理页面的数目(0至31)。ABR是半透明度比率(混合比率),并且只有当ABE为1时才合格。当ABR为00时,比率是50%背景+50%多边形。当ABR为01时,比率是100%背景+100%多边形。当ABR为10时,比率是100%背景+50%多边形。当ABR为11时,比率是100%背景-100%多边形。图35中的TPF代表一种颜色模式。TPF为00,表示4位模式,01表示8位模式,10表代表16位模式。

CBA的参数指示CLUT在帧缓冲器63中的存储位置,如图36所示。图36的CLX是帧缓冲器63中X坐标值的10位的前6位,CLY是帧缓冲器63中Y坐标值的9位。

接下来将解释包数据本身的结构。首先参考带有光源计算的三角形来作解释。

图37示出了在PRIMIITIVE(图元)中模式值的位分配。如图所示,IIP代表遮蔽模式,0提供一种平面遮蔽模式,而1提供Gourand遮蔽模式。TME用于指定一个结构,0代表关闭,1代表开启。TGE提供结构映射过程中的亮度计算,0代表开,1代表关(其中结构被直接应用)。这些参数可用于任何多边形形状。

包数据结构示于图38。更详细地说,图38A以单一色彩示出了平面遮蔽,此时纹理分配是关闭的。图38B是纹理分配关闭状态下单一色彩的Gourand遮蔽模式。图38C是纹理分配关闭状态下色彩分层的平面遮蔽模式。图38D是纹理分配关闭状态下分级的Gourand遮蔽模式。图38E是纹理分配开启状态下的平面遮蔽模式。图38F是纹理分配开启状态下的Gourand遮蔽模式。此时,“mode”和“flag”和表示半透明率被关闭的单面多边形的状态。

下面参考在不采用光源计算时的一个三角形状的多边形来解释包数据结构。在PRIMITIVE中的模式值的位分配与图37的相同。

包数据结构如图39所示。更详细地说,图39A示出在纹理分配关闭时的平面遮蔽模式,图39B示出了在纹理分配关闭时的分级的Gouraud模式,图39C示出在了纹理赋值开启时的平面遮蔽模式,图39D是在纹理赋值开启时分级的Gouraud遮蔽模式。

接下来参考形状为四边形并且采用光源计算的一个多边形来解释包数据结构的另一个例子。

在PRIMITIVE中,模式值的位分配示于图40,其中的位以与图37相同的方式被赋值。

包数据结构被指定为如图41所示。详细地说,图41A示出了纹理赋值关闭时的平面遮蔽模式,图41B是纹理赋值关闭时的Gouraud遮蔽模式,图41C是纹理赋值关闭时以分级表示的平面遮蔽模式,图41D是在纹理赋值关闭时以分级表示的Gourand遮蔽模式,图41E是纹理赋值开启时的平面遮蔽模式,图41F是纹理赋值开启时的Go-uraud遮蔽模式。

接下来参考一个不采用光源计算的四边形形状的多边形来解释包数据结构的另一个例子。

PRIMITIVE中模式的值的位分配示于图40,其中的位以与图37相同的方式被分配。

包数据结构被示于图42。更详细地说,图42A示出了关闭结构赋值时的平面遮蔽模式,图42B是关闭纹理赋值时的Gouraud遮蔽模式,图42C是开启纹理赋值时的平面遮蔽模式,图42D是开启纹理赋值时(以色彩分级)表示的Gouraud遮蔽模式。

接下来参考线条来解包数据的结构。

PRIMITIVE中模式值的位分配示于图43。图43中的IIP代表分级的关闭和开启,当它为0时,分级被关闭(以单一色彩),当它为1时,分级被开启。ABE指示半透明率处理的开启和关闭,0代表关,1代表开。

这个例子的包数据结构如图44所示。图44A示出分级是关闭的,图44B示出分级是开启的。

下面参考三维子画面来解释包数据结构。三维子画面有三维坐标值,它的图形内容与公共的子画面类似。在PRIMITIVE中的模式值的位分配如图45所示。图45中的SIZ是子画面的尺寸,00代表自由尺寸(由W与H值确定),01代表尺寸为1×1,10为8×8,11为16×16。ABE指示半透明性处理,0表示关,1表示开。

包数据结构如图46所示。显然,图46A示出子画面的尺寸是任意的,图46B表示子画面尺寸为1×1,图46C表示为8×8,图46D是16×16。

在图26所示的TMD文件格式中,携带表示物体的形状的模拟数据一个区域与现有技术的包数据结构部分相同,这就使得GTE 61(坐标变换设备)通过以字为基础简单地复制数据来完成对该区域的处理。例如,图38F中所示的区域1、2、3三个区域有可能相关于现有技术的包数据。

接下来参考图47来描述GTE 61在接收到TDM格式数据时采取的一系列行为。

如图47所示,在步骤S10中挑选出一个目标多边形,并且在步骤S11将其分类。接着,在步骤S12选取一个字(32位),并在S13步检查它是否与包数据一样。当该字是一样时,它被在第S17步复制到包数据中,如果不一样,程序进行到步骤S14,此时程序依照VERTEX和NORMAL来进行。此后,在步骤S15生成一个包数据,然后在步骤S16检查一个多边形的坐标变换是否已完成,如果没有,程序返回到步骤S12,如果已完成,则程序结束。

图48示出了对三维图形数据进行坐标变换的基本步骤。在步骤S1将一个物体的形状数据(模拟数据)输入,并且在步骤S2对其进行坐标变换,然后,在步骤S3进行光源计算,接着在步骤S4检查是否完成了对所有多边形的处理,如果没有,程序返回到步骤S2,如果在步骤S4判断为肯定,那么在步骤S5释放出一个包数据。

为了实时地变化图像,必须以高速重复步骤S2和S3。当遮蔽不需要实时进行时,它步骤S3被从环路中移走,从而转移到图49所示的流程图。当在图49的步骤S4判断为否定时,程序返回到步骤S3。在这种情况下,图38F的三个区域0、3、6,举例来说,仅仅被一次确定,并且坐标变换步骤的装载将减小。

接下来解释根据本发明的物体形状数据(模拟数据)格式的另一形式,当不必实时地进行遮蔽时,这种形式能简化坐标变换程序。图50示出了本发明另一实施例的一个文件格式。假定在文件的开头是由TYPE表示,代表多边形的类型和属性的数据和由NPACKET表示,指示多边形数目的数据。这两项之后是与多边形数量相等的一“多边形数据”块集合。

“多边形数据”示于图51,包含二个包数据和多边形顶点的三维坐标值。

图51的多边形数据如图52所示组成,它与图57的类似。其结构和长度也随多边形的类型而变化。在这一实施例中,由于物体上的遮蔽不是实时计算的,因此在开始坐标变换之前可以写出下列参数:CODE,(B0、G0、R0),(V0、U0),(B1、G1、R1),(V1、U1),(B2、G2、R2),(V2、U2)。当上述能数已经确定时,每个顶点位置的点被表示为:(Y0、X0),(X1、X2)、(Y2、X2)它只有在进行坐标变换时才计算,从而简化了坐标变换程序。另外也不需要在存储器中为包数据提供一个存储区。

根据本发明的一实施例,存贮器只存贮在坐标变换过程中被变化的数据,从而既节省了时间,又节省了劳力。

如上所述,根据本发明,三维图像数据的结构,除要进行透视变换的信息之外,被安排或与已知的二维图像数据的传输标准的结构相同。因此,当对三维数据而言,要作透视变换的信息已经被处理了时,就得到了已知传输标准的相应的二维图像数据。详细地说,包含要作变换的数据的一个原始文件可以很容易地转换为新的格式。

另外,根据本发明,三维图像数据能够携带用于对一个物体进行遮蔽的数据,该物体将在一个二维显示器上绘制出来,从而消除了在再现二维图像数据时用于生成遮蔽数据的额外计算。

因此,本发明满足了长期以来对增强型图像数据处理方法的需要,在该处理过程中,包含要作变换的原始图像数据的文件很容易被转换为新的格式,以及对处理这种图像数据的图像数据处理设备和携带这种增强的图像数据的记录媒体的需要。

从前面的描述可以清楚地知道,虽然本发明示出并描述了本发明的特定形式,但在不脱离本发明构思与范围的前提下可作许多改进。因此,本发明的保护范围应以本发明的权利要求限定。

Claims (34)

1.一种用于生成三维图像数据的图像数据处理方法,该数据通过透视变换被转换为二维图像数据,并且以给定的传输标准传送以使在二维显示器上绘制一个图像,所述方法包括:为该图像数据提供一个数据格式,所述格式包括已经被透视转换的信息,并且与二维图像数据的给定的传输标准作相同的排列。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,所述数据格式包括一个单独的多边形的数据。
3.根据权利要求1所述的方法,其中,所述数据格式包括纹理数据。
4.根据权利要求1所述的方法,其中,所述数据格式是用于一条描绘命令的,该命令包括单一多边形坐标数据和关于所述多边形的纹理数据的组合。
5.根据权利要求2或4中任一所述的方法,其中,所述多边形数据是被变换的坐标数据。
6.根据权利要求1所述的方法,其中,所述图像数据包括对绘制在二维显示屏幕上的物体进行遮蔽的有关信息。
7.一种图像数据处理设备,包括:坐标变换装置,用于以透视变换将三维图像数据转换为二维图像数据;绘图装置,用于以给定的传输标准描绘二维图像数据,以便在二维显示屏幕上绘制相应的图像,其中,三维图像数据的数据格式结构,除将要作透视变换的信息外,与二维图像数据所选择的传输标准作相同的排列;用于从所述三维图像数据的其它数据判别要作透视变换的信息的坐标变化装置;以及组合装置,用于将已变换的数据与所述三维数据的其它数据组合,来提供一条描绘命令,用于以选定的传输标准为产生的二维图像数据绘制一个二维图像。
8.根据权利要求7所述的设备,其中,所述数据格式包括用于一个单独的多边形的数据。
9.根据权利要求7所述的设备,其中,所述数据格式包括纹理数据。
10.根据权利要求7所述的设备,其中,所述的数格式是用于一条描绘命令的,该命令包括单独的多边形的坐标数据与所述多边形的纹理数据的组合。
11.根据权利要求8或10中任一所述的设备,其中,所述多边形数据是经变换的坐标数据。
12.根据权利要求7所述的设备,其中,所述三维图像数据包括与被绘制在二维显示屏幕上的一个物体的遮蔽有关的信息。
13.一个记录媒体,包括:用于携带被记录的三维图像数据的存储元件,所述数据通过透视变换被转换为二维图像数据,并且以给定的传输标准传送,以使在二维显示器上绘制一个图像,所述被记录数据有一个包括已被透视变换的信息的数据格式,并且与用于二维图像数据的给定的传输标准作相同的排列。
14.根据权利要求13所述的记录媒体,其中,所述三维图像数据包括与被绘制在二维显示屏幕上的物体的遮蔽有关的信息。
15.根据权利要求14所述的记录媒体,其中,所述数据格式包括与一个单独的多边形有关的数据。
16.根据权利要求14所述的记录媒体,其中,所述数据格式包括纹理数据。
17.根据权利要求14所述的记录媒体,其中,所述数据格式是用于一条描绘命令的,该命令包括单独的多边形的坐标数据与用于所述多边形的纹理数据的组合。
18.根据权利要求15或17所中任一所述的记录媒体,其中,所述多边形数据是经变换的坐标数据。
19.一种图像数据处理设备,包括:(a)分离装置,用于分离表示三维图像的第一数据和用于多边形的图像数据的第二数据;(b)转换装置,用于将所述第一数据转换为二维图像数据;(c)指令产生装置,用于组合所述被转换的二维图像数据和所述第二数据,以便对每个多边形产生指令数据。
20.根据权利要求19所述的设备,其中,所述转换装置通过透视图变换将所述第一数据转换为所述二维图像数据。
21.根据权利要求19或20中任一所述的设备,其中,所述转换装置是图形变换机器。
22.根据权利要求19所述的设备,其中,进一步包括:绘图装置,用于响应所述指令数据将图形图像绘制在图形存储器上;将从所述图形存储器读出的所述图形图像提供给显示器的装置。
23.根据权利要求22所述的设备,其中,所述绘图装置是一个图形处理单元。
24.根据权利要求19所述的设备,其中,所述第二数据代表映射到所述的多边形上的纹理。
25.根据权利要求24所述的设备,其中,所述第二数据包括存贮纹理图形数据的一个地址。
26.根据权利要求19所述的设备,其中,所述第一数据包括所述多边形顶点的坐标。
27.根据权利要求26所述的设备,其中,所述第一数据包括存储所述多边形的坐标处的指示字。
28.一种处理三维图像的方法,该方法包括步骤如下:(a)将表示三维图像的第一数据与用于多边形的图像数据的第二数据分离开;(b)将所述第一数据转换为二维图像数据;(c)将所述被转换的二维图像数据与所述第二数据组合,以便为每个多边形产生指令数据。
29.根据权利要求28所述的方法,其中,所述数据提供一条描述命令。
30.根据权利要求28所述的方法,其中,所述转换步骤通过透视变换将所述第一数据转换为所述二维图像数据。
31.根据权利要求28、29或30中任一所述的方法,其中,进一步包括以下步骤:响应所述指令数据将图形图像绘制在图形存储器上;将从所述图形存储器读出的所述图形图像提供给显示器。
32.根据权利要求13-17中任一所述的记录媒体,其中,所述存储单元是CD-ROM。
33.一种图像数据处理设备,包括:一图形变换机,其采用透视图变换将三维图像数据转换为二维图像数据;一个图形处理单元,用于以给定的传输标准描绘二维图像,以便在二维显示屏幕上绘制相应的图像,三维图像数据的数据格式结构,除将要作透视变换的信息外,被与二维图像数据的选定传输标准作相同的安排;一图形变换机变换装置,用于判别所述三维图像数据的其它数据中;要作透视变换的信息以及组合装置,用于将已作变换的数据与所述三维数据的其它数据进行组合,来提供一条描绘命令,用于以选定的传输标准为产生的二维图像数据绘制二维图像。
34.一种图像数据处理设备,包括:(a)一数据分离器,用于将表示三维图像的第一数据和关于多边形的图像数据的第二数据分离开;(b)一数据的转换单元,用于将所述第一数据转换为二维图像数据;(c)一指令发生器,用于将所述被转换的二维图像数据和所述第二数据组合起来,以便对每个多边形产生指令数据。
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