CN1158539A - 用于生成非均匀分辨率图象数据的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

为在显示设备上进行显示生成表示图象的象素数据。图象组织成多个部分，其中一个部分包含另一个部分。一个存储器划分为对应于图象的各部分的子集。对图象的各个部分，生成表示视图的给定部分的图象数据并且存储到存储器的对应子集中。表示一个部分的图象数据的分辨率不同于表示另一个部分的图象数据的分辨率。另外，存储在存储器的至少一个子集里的图象数据被扩充以生成扩充图象数据。根据扩充图象数据生成表示图象的象素数据。

Description

用于生成非均匀分辨率图象 数据的方法和设备
本发明一般性地涉及图象处理系统，并且更具体地涉及用于表达图形数据的计算机图形系统。
在许多应用领域里，例如计算机辅助设计和审查，虚拟现实和视频游戏，在计算机屏幕上对三维视图表达的处理起着重要的作用。对于大部分应用，表达必须非常快，以便向用户提供快速的图形反馈并且支持有效的人机交互。表达一张视图的成本和视图的复杂性(即用来定义视图的图元如角和线的数量)以及显示表达结果的窗口的尺寸与分辨率(即象素的数量)成正比。可以采用P.Borrel等人的美国专利5,448,686中所说明的简化技术把原始视图用一个看起来类似的但是是由更简单的近似物体构成的视图代替。和屏幕分辨率成正比的成本因子不受细节管理级别的影响。
许多通用程序例如视频游戏选择采用低分辨率，或者等效地使用较小的窗口。上述低分辨率方式在屏幕上能看到的细节和视角(视场)进行折衷，这降低了交互式图形反馈的有效性。
因此，在技术上需要提供成本上更有效的表达图象的技术，这种技术在交互式图形反馈上提供改进的等级。
借助本发明的原理即借助生成非均匀分辨率的图象数据的方法和设备，上述问题以现有技术中的其它有关问题得到解决。本发明可以体现在用图元表示物体以及为了在显示设备上显示生成表示图元的视图的象素数据的计算机图形系统里。在这种情况下，视图是按若干部分组织的，其中一个部分包括另一部分。对应于这些部分把存储器划分为子集。对于视图的每个部分，表达图元以生成对应于特定部分的图象数据并把生成的图象数据存储到存储器中对应的子集里。表示一个部分的图象数据的分辨率不同于表示另一个部分的图象数据的分辨率。另外，存储在存储器里的至少一个子集中的图象数据被扩充以产生扩充的图象数据。从存储器的一个子集获得的扩充图象数据可以叠加到从存储器的另一个子集上获得的扩充图象数据上以生成叠加的扩充图象数据。代表视图的象素数据是根据扩充图象数据或者叠加的扩充图象数据生成的。
最好，视图的各部分对应于视图的相继的其中心的子集，并且表示各部分的图象数据对应于视图相继的图象放大。另外，表示视图中心部分的图象数据的分辨率最好高于表示视图的边缘部分的图象数据的分辨率。
更一般地，本发明可以体现在任何一种为在显示设备进行显示生成表示图象的象素数据的图象处理系统里。在这种情况下，视图是按部分组织的，其中一个部分包括另一个部分。对应于图象的这些部分把存储器划分为子集。对于图象的各个部分，生成表示该图象给定部分的图象数据并且存储在对应的存储器的子集里。表示一个部分的图象数据的分辨率不同于表示另一个部分的图象数据的分辨率。另外，存储在存储器的至少一个子集里的图象数据被扩充以生成扩充图象数据。根据扩充的图象数据生成表示该图象的象素数据。
最好图象的各部分对应于图象相继的共中心子集，并且表示各部分的图象数据对应于该图象相继的图象放大视图。另外，表示图象中心部分的图象数据的分辨率最好高于表示图象边缘部分的图象数据的分辨率。
图1是计算机图形系统的功能方块图；
图2是本发明的图形子系统的功能方块图；
图3是计算机图形系统里一个视见截头体的图示表示；
图4是按照本发明的图2的表达机的一种实施方式的功能方块图；
图5(A)是按照本发明把一个图象组织成各部分的图示表示；
图5(B)是按照本发明的一种逻辑增加型数模转换器的实施方式的功能方块图；
图6是按照本发明的一种图2的表达机的实施方式的功能方块图；以及
图7是按照本发明的图6的预光栅化级的功能方块图。
人类的视网膜具有非均匀的分辨率。在视线的方向上要比视线周围上观察得更为细致。事实上，从视线方向移开时分辨率迅速地下降。另外，在三维视图的迅速定向期间，用户最经常观察显示窗口的中心。从而，以高的边缘分辨率表达图象可能只有很少的好处。
本发明通过以较高的分辨率表达显示窗口的中心(用户聚焦处)并以较低的分辨率表达离显示窗口中心较远的区域来利用这个事实。从而，为了显示视图的细节采用高的中央分辨率，同时为提供视图的背景采用低的外围分辨率。因为整个视图不是在高分辨率下表达的，比起常规的表达技术本技术更为有效。
图1表示本发明的总结构。如所示，图形系统100包括一个经系统总线106将系统控制处理器102连接到一个系统存储器104。系统存储器104包括随机存取存储器，其存储定义在一个或多个三维模型/视图中包含的物体的图形数据。系统存储器104还存储一个在系统存储器104上运行的应用程序，用于提供一个引导和/或修改由存储在存储器104的图形数据定义的三维模型/视图的用户接口。定义各物体的图形数据包括图元的坐标及属性(颜色等)。图元是诸如实体、线或面的几何实体。典型地，图元是由三个顶点定义的三角形。在这种情况下，系统存储器104包括定义构成三维视图的物体的表面的三角形的顶点的有序表。另外，系统存储器104可以存储一个图元标识符表，这些标识符和各个图元相对应，并存储规定如何及在何处显示这些图元的变换矩阵。输入/输出(I/O)设备108经系统总线106和系统控制处理器102接口。I/O设备108可以包括用于输入文本的键盘、样板或触板，供用户输入的诸如鼠标、跟踪球、空间球或光笔的指点器，以及用于语音输入的语音识别设备。
图形系统100还包括一个经过系统总线106和系统存储器104接口的图形子系统110。通常，图形子系统100根据来自应用程序的命令运行，以把存储在系统存储器104里的图形数据表达成显示设备112的显示区域里的象素阵列。显示设备112可以利用光栅扫描技术或者液晶显示技术显示象素。由图形子系统110生成的象素数据是数字形式的。典型地，显示设备112需要模拟形式的象素数据。在这种情况下，可以在图形子系统110和显示设备112之间设置一个数模转换器114以把象素数据从数字形式转换成模拟形式。
如后面说明的本发明的图形子系统110可以用硬件实现，例如，一个至少包括一个可编程序列发生器、存储器、整数处理单元以及需要的话还包括浮点单元的门阵列或者芯片组。另外，图形子系统110可以包括如普遍转让给本发明的受让人的美国专利4,876,644中所说明的并行和/或流水线结构，该专利整体地作为本发明的参考资料。备择地，图形子系统110可以用软件与处理器一起实现。该处理器可以是一个常规的通用处理器、或主处理器102的一部分、或和主处理器102结合的一个协处理器的一部分。
更具体地，图形子系统110包括一个监视图形子系统110的运行的控制单元200。一旦接收一个表达一个景物的图形指令时，控制单元200把和该图形指令相关的图形数据传送给一个表达机。该表达机把和图形指令相关的图形数据从模型坐标系统变换到视图坐标系统并且相对于预定的视图容积裁剪图形数据。另外，取决于所应用的阴影算法，在不同的位置(即，图元的顶点和/或由给定图元遮盖的象素)计算光照模型。接着把变换后的和裁剪后的图形数据传送到把变换后的图元转换成象素的光栅化级，并且普遍地在每个象素处存储每个图元的属性。可以按不同的结构方式组织该表达机。有关其结构的详细讨论可以在Foley等著的“Computer Graphics：Principles and Practice”，pp.855-920(第二版，1990)中找到，该书整体地作为本文的参考资料。
按照本发明，在运行于系统控制处理器102上的应用程序的命令下，表达机201把三维视图组织成后一个部分包含着前一个部分的相继的部分，表达图形数据以生成对应于各特定部分的图象数据，并且把该图象数据写入到辅助缓冲器203的对应子集中。该辅助缓冲器是逻辑上或物理上划分成子集(最好大小相等)的象素存储器。最好表达机并行地坐成对应于各个部分的图象数据和/或并行地把图象数据写入到辅助缓冲器203里。表达机201还包括缓冲器扩充逻辑线路205，它从辅助缓冲器203中读出表示视图各部分的图象数据以便构造表示整个视图的象素数据，并把象素数据写入到帧缓冲器207里。
如常规地那样，帧缓冲器207存储表示显示器112的各个象素的颜色的象素数据。为了在显示设备112上进行显示从帧缓冲器207中周期性地输出象素数据。最好把帧缓冲器207配置成各为n位的行矩阵和列矩阵。典型地各具体行地址和列地址对应于显示设备112的显示区域里的一个象素位置。例如，(0，1)的(行，列)地址可对应于显示设备112的位置(0，1)处的象素。典型地各行表示显示设备112的特定扫描线的各象素，而各列典型地表示沿显示设备112的垂直线排列的各象素。各象素处的n位代表该象素有关的编码信息。例如，在Z缓冲器214的各个象素地址上存储的n位表示该象素处可见的物体深度。
此外，图形子系统110可以包括两个帧缓冲器。如常规中那样，一个帧缓冲器用作为现用显示部分，而另一个帧缓冲器进行更新用于相继的显示。根据系统100的需要，每个帧缓冲器可以从现用的转变为待用的；实现这种转变的具体方式和本发明无关。
而且，如果帧缓冲器的结构不和显示设备112的显示区域相对应，可以对存储在帧缓冲器里的象素值进行定标运算，从而为进行显示缩小或放大存储在帧缓冲器里的图象。通过复制象素颜色值或者通过在颜色值之间进行线性或双线性插值来填充存储在帧缓冲器的原有象素值之间的间隙可以得到按比例放大，从而为在显示设备112的显示区域里进行显示得到按比例放大。通过平均相邻象素的颜色值可以得到按比例缩小。可以在Foley等人的“Computer Graphics：Principles andPfactice”，pp.815-826，(第二版，1990)中找到定标算法的一个例子，从而该书整体上作为本文的参考资料。
而且，构成整个视图的部分的数量以及这些部分中的一个或多个部分的尺寸可通过用户输入改变。替代地，视图部分的数量和尺寸的变化可由应用程序进行，以满足所需的性能/质量折衷选择。
本发明的表达机201最好把视图组织成对应于视场的共中心区的多个部分。如图3中所示，视见截头体是摄影机(眼睛)从规定的视点出发所能看到的模型空间的区域。对于图形目的，视见截头体是由4个和视点相交的平面限定的。其中两个平面在摄影机的坐标系统里是垂直的并且相互按角α定向。另外两个平面在摄影机坐标系统里是水平的并且相互按角β定向。视图最好用摄影机的位置(视点)和方位(观察方向)以及两个参数FOVα和FOVβ定义。FOVα表示角α的量值，而FOVβ表示角β的量值，角β定义视见窗口的垂直分量H。通过对参数FOVα和FOVβ中的一个或两个的量度进行定标来定义和另一个视场共中心的一个视场。例如，考虑视图是通过具有相等量值的FOVα和FOVβ参数定义的情况。在该例子下，一个给定的视图可由参数B0表示。在该情况下，和给定的视场共中心的一个视场可以通过定标参数B0来定义，并且用参数B＝K*B0表示，其中K为标定因子。例如，表达机201可以把该视图(用参数B0表示)划分成对应于四个共中心视场的四个部分：第一个部分是该整个视图(K1＝1，即B1＝B0)，第二部分是该视图的位于较小中心视场内的一个子集(K2＝0.75，则B2＝0.75B0)，第三部分是位于该视图的一个更小中心视场内的一个子集(K3＝0.5，则B3＝0.5B0)，而第四部分是位于该视图的一个还要小的中心视场内的一个子集(K4＝0.25，则B4＝0.25B0)。根据需要可以重复多次这种处理以得到越来越小的共中心视场。另外，K的值只是作为例子表示的并且可以按照系统设计变化。
而且由表达机201生成的并存储在辅助缓冲器203的子集里的图象数据的分辨力度最好沿辅助缓冲器203的子集变化。当视图部分是按上述说明那样对应共中心视场时，这可以通过用固定数量的象素来表达各个视图部分来实现，该固定的数量是由缓冲器扩充逻辑线路205生成的象素数据的高度和宽度的预定分数1/A，例如1/4。换言之，视图的各个子集表达成相同的预定辅助缓冲器大小。在这种情况下，辅助缓冲器503可以逻辑地或物理地划分成节，共中各节对应于视图的一个部分/子集并且具有预定的尺寸和预定的长宽比，从而各节存储由表达机201生成的固定数量的象素。例如，在表达机201把视图划分成对应于四个共中心视场的四个部分的情况下，该辅助缓冲器最好逻辑地或者物理地划分成四个节：第一节存储对应于第一部分的图象数据，该第一部分代表在所需观察条件下看到的视图的低分辨率图象；第二节存储对应于第二部分的图象数据，其代表比第一部分对应的图象数据的分辨率更高的分辨率下的放大的(即类似于图形缩放)第二部分的图象；第三节存储对应于第三部分的图象数据，其代表要比第一和第二部分所对应的图象数据的分辨率更高的放大的第三部分的图象；而第四节存储对应于第四部分的图象数据，其代表要比第一、第二和第三部分所对应的图象数据分辨率更高的放大的第四部分的图象。
本发明的功能性可以集成在具有各种结构的表达机里。出于说明的目的，下面叙述一个普通表达机的例子。更具体地，如图4中所示，一个普通的表达机包括一个监视该表达机201运行的图形控制处理器400。该图形控制处理器400经过控制总线402控制由表达机201的其它部件执行操作。表达机201通过总线接口404和系统总线106连接，该总线接口404通过执行系统总线106的通信协议化系统总线106读出数据和向系统总线写入数据。
表达机201包括和总线接口404连接的一个几何子系统406和一个光栅化器408。光栅化器408和一个Z缓冲器410以及辅助缓冲器203连接。如上面所述，对于视图的每个部分/子集，辅助缓冲器203存储固定数量的象素，该固定数量为由缓冲器扩充逻辑线路205生成的象素数据的高度和宽度的预定分数1/A。Z缓冲器410含有足够的存储量，以为和至少一个视图的部分/子集相对应的辅助缓冲器203的各个象素存储例如24位整数的深度值。最好，Z缓冲器410含有足够的为辅助缓冲器203的各个象素(即，为对应于视图的各个部分/子集的辅助缓冲器的象素)存储一个深度值的存储量。后面会对Z缓冲器410及辅助辅助器203的运行进行更详细的讨论。
几何子系统406对图形数据执行变换运算和裁剪运算。更具体地，如果需要，几何子系统406把图形数据从存储在系统存储器104的模型本征坐标系统变换到通用坐标系统中。这可以通过借助于一个单个的变换矩阵对各个图元的顶点进行变换来完成，该单个的变换矩阵是多个模型变换矩阵的级连。另外，可能需要变换一个或多个和各个图元或者顶点(取决于所采用的阴影方法)相关的表面法向失量。
几何子系统406还对各个图元执行视见变换，该变换把图元的坐标从通用坐标系统变换到视图坐标系统中，如上面参照图3所说明的那样，视图坐标系统的原点最好位于观察窗口的中心。在图形数据是由三角形的顶点组成的情况下，视见变换运算产生三角形的顶点在视图坐标系统中的一个列表。另外，几何子系统406最好还执行各个图元在视图坐标上的透视投影以提供透视缩小绘制。可以在整体上作为本文的参考资料由Foley、Van Dam、Feiner及Hughes著的“ Computer Graphics：Principles and Practice”，pp.201-281/866-869(第二版，1990)中找到这些变换运算的更详细说明。
此外，几何子系统406执行裁剪运算，其中根据裁剪量对图元进行裁剪以定义变换后的图元的可能看到部分。裁剪量是由一组(XMIX，XMAX)，(YMIN，YMAX)，(ZMIN，ZMAX)对定义的。(XMIN，XMAX)和(YMIN，YMAX)对最好由参数FOVα和FOVβ的量值定义。另外，几何子系统406把裁剪运算输出的图元的顶点坐标变换到光栅化器408所需的规格化设备坐标系统上。表达流水线中这一步骤的结果是描述图元的可能可见部分在规格化设备坐标系统里的顶点列表。在整体上作为本文的参考资料由Foley、Van Dam、Feiher及Hughes所著的“ Computer Graphics：Principles and Practice”，pp.110-132，924-945，869-870(第二版、1990)中可以找到对裁剪运算的更详细说明。
另外，表达机210可以执行光照计算，其模拟光源在三维视图/模型的物体表面上的效果。典型地，光照计算取决于(a)观察者的特性，(b)被表达物体的特性，以及(c)一个或多个光源的特性。观察者的特性可能包括观察者相对于被表达物体的位置。物体的特性可能包括位置以及定义该物体的各三角形的每个顶点的法向矢量。而光源的特性取决于光源类型(背景光、定向光、聚光等)并且可能包括亮度、颜色、方向、衰减因子和锥角。在整体上作为本文的参考资料由Foley、VanDam、Feiner和Hughes著的“Computer Graphics：Principles andPractice”，pp 721-814(第二版，1990)中可以找到实现光照计算的各步骤的更详细说明。
典型地，在对视图中物体的三角形各顶点的表达处理期间进行一次光照计算。从而，如图4中所示，可以由几何子系统406执行光照计算。但是，可能为每个象素进行光照计算。典型地，这是连同由光栅化器408执行的阴影计算一起完成的。在这种情况下，光照计算嵌入在由光栅化器408执行的阴影计算之中。
光栅化器408的操作可以分为三项任务：扫描变换、阴影和可见性确定。扫描变换把图元可能看见的部分分解为各个象素。阴影计算每个象素的颜色。而可见性确定利用各个象素的图元的Z坐标(或深度值)计算该图元的可见象素集。从而，对于一个图元的可能看见部分所包含的每个象素，光栅化器408产生例如图元的颜色和深度的象素信息以及何时适宜地把给定象素的颜色信息及图元的深度写入到辅助缓冲器203和Z缓冲器410分别的对应位置上的信息。有关光栅化器408的操作的更详细说明可以从Foley、Van Dam、Feiner和Hughes所著的“Computer Graphics：Principles and Pactiee”，pp.649-720，870-871(第二版、1990)和普遍转让给本发明的受让人的B.C.Liang等人的美国专利4,805,116号中找到，这二份文献整体地作为本文的参考资料。
视图的相继部分的表达可以由图4的表达机201按如下实现。更具体地，对于视图的每个基元(例如三角形)表达机的处理划分为多个时间区间，各个时间区间对应于一个上面所述的视图的部分。为简单起见，考虑一个把视图按上述划分为四个部分的例子。在该情况下，处理划分为4个时间区间，t0到t3。
在t0期间，发生：
1)图形控制处理器400控制几何子系统406所执行的裁剪运算以使(XMIN，XMAX)，(YMIN，YMAX)对定义对应于整个视场的裁剪量，这最好是通过把二个未按比例改变的参数FOVα和FOVβ传递给几何子系统406来实现。
2)启动辅助缓冲器203中对应于视场的第一部分(即整个视图)的子集。
3)由几何子系统402和光栅化器408表达包含在具体基元中的图形数据，并且把结果图象数据存储在辅助缓冲器203的激活子集中。
在t1期间，发生：
4)图形控制处理器400控制几何子系统406执行的裁剪运算以使(XMIN，XMAX)，(YMIN，YMAX)对定义对应于视场的第二部分的裁剪量，这最好是通过把经过对应于视场的第二部分的定标因子(例如K2＝0.75)标定后的参数FOVα和FOVβ传递给几何子系统406来实现。
5)启动辅助缓冲器203中对应于视场的第二部分的子集。
6)由几何子系统402和光栅化器408表达包含在具体基元中的图形数据，并且把结果图象数据存储在辅助缓冲器203的激活子集中。
在t2期间，发生：
7)图形控制处理器400控制几何子系统406执行的裁剪运算以使(XMIN，XMAX)，(YMIN，YMAX)对定义对应于视场的第三部分的裁剪量，这最好是通过把由对应于视场的第三部分的定标因子(例如K3＝0.5)标定后的参数FOVα和FOVβ传递给几何子系统406来实现。
8)启动辅助缓冲器203中对应于视场的第三部分的子集。
9)由几何子系统406和光栅化器408表达包含在具体基元中的图形数据，并且把结果图象数据存储在辅助缓冲器203的激活子集中。
在t3期间，发生：
10)图形控制处理器400控制几何子系统406执行的裁剪运算以使(XMIN，XMAX)，(YMIN，YMAX)对定义对应于视场的第四部分的裁剪量，这最好是通过把由对应于视场的第四部分的定标因子(例如K4＝0.25)标定后的参数FOVα和FOVβ传递给几何子系统406来实现。
11)启动辅助缓冲器203中对应于视场的第四部分的子集。
12)由几何子系统406和光栅化器408表达与具体基元有关的图形数据，并且把结果图象数据存储在辅助缓冲器203的激活子集中。
在对视图的各个基元完成上述处理之后，辅助缓冲器的各个子集存储着：第一子集存储对应于视图的第一部分的图象数据，其代表在所需观察条件下看到的该视图的低分辨率图象；第二子集存储对应于视图的第二部分的图象数据，其代表比第一部分对应的图象数据分辨率更高下的放大的该视图的第二部分的图象；第三子集存储着对应于视图的第三部分的图象数据，其代表比第一部分和第二部分对应的图象数据更高分辨率下的该视图的放大的第三部分的图象；第四子集存储着对应于视图的第四部分的图象数据，其代表比第一部分、第二部分和第三部分对应的图象数据更高分辨率下的该视图的放大的第四部分的图象。
参见图2，缓冲器扩充逻辑线路205生成根据存储在辅助缓冲器203里的图象数据表示整个视图的象素数据。缓冲器扩充单元205可以通过顺序地从对最低分辨率图象数据到对最高分辨率图象数据进行处理生成象素数据。在上面的例子中，最低分辨率的图象数据是对应于第一部分(即，整个视图)的图象数据，而最高分辨率的图象数据是对应于该视图的第四部分的图象数据。
更具体地，在处理最低分辨率的图象数据中，缓冲器扩充逻辑线路单元205从辅助缓冲器203中读出最低分辨率的图象数据(即，对应于第一部分的图象数据)。接着缓冲器扩充逻辑线路205用A×K1的比率对图象数据进行换算，其中1/A如上述是一个预定的分数而K1是和第一部分相关的定标因子。接着缓冲器扩充逻辑线路205把定标后的图象数据写入到帧缓冲器207的对应于视图的第一部分的部分里。在上述的例子中，第一部分的定标因子K1为1，在这种情况下，最好整个帧缓冲器207对应于视图的第一部分。定标运算可以利用象素复制技术(其非常快但产生粗糙的图象及明显的人工制品)或者象素插值技术(其较慢，但产生视觉上合意的光滑结果)。可以在整体上作为本文参考资料的由Foley等著的“Computer Graphics：Principles and Practice”，pp.815-826(第二版，1990)中找到对象素复制和象素插值的更详细说明。此刻，存储在帧缓冲器207里的象素数据是所需的图象，但其分辨率很低。
接着缓冲器扩充逻辑线路205处理具有下一个较高分辨率的图象数据(即，对应于第二部分的图象数据)。更具体地，缓冲器扩充逻辑线路205从辅助缓冲器203读出具有下一个较高分辨率的图象数据。然后缓冲器扩充逻辑线路205用A×K2的比率对图象数据进行换算，其中1/A是一个预定的分数而K2是和视图的第二部分相关的定标因子。接着缓冲器扩充逻辑线路205把定标后的图象数据写入到帧缓冲器207中对应于视图的第二部分的一个部分里，该部分最好是帧缓冲器207的一个中心部分。
接着缓冲器扩充逻辑线路205处理具有下一个较高分辨率的图象数据(即，对应于第三部分的图象数据)。更具体地，缓冲器扩充逻辑线路205从辅助缓冲器203读出具有下一个较高分辨率的图象数据。然后缓冲器扩充逻辑线路205用A×K3的比率对图象数据进行换算，其中1/A是一个预定的分数而K3是和视图的第三部分相关的定标因子。接着缓冲器扩充逻辑线路205把定标后的图象数据写入到帧缓冲器207中对应于视图的第三部分的一个部分里，该部分最好是帧缓冲器207的一个中心部分。
对具有下一个较高分辨率的图象数据继续上述的处理直至最高分辨率图象数据(即，对应于第四部分的图象数据)。在本情况下，缓冲器扩充逻辑线路205从辅助缓冲器203读出具有最高分辨率的图象数据。最好因为A×K4等于1缓冲器扩充逻辑205不需要对图象数据进行定标。如上述，1/A是一个预定的分数而K4是和视图的第四部分相关的定标因子。但是，如果需要，缓冲器扩充逻辑线路205可以用A×K4比率对图象数据进行换算。接着缓冲器扩充逻辑线路205把定标后的图象数据写入到帧缓冲器207中对应于视图的第四部分的一个部分里，该部分最好是帧缓冲器207的一个中心部分。
当完成缓冲器扩展逻辑205的操作之后，存储在帧缓冲器207里的结果象素数据是在中心处带有全分辨率的完整图象并且随着向边缘移动分辨率逐步下降。然后，为了如常规那样供显示，象素数据输出到一个数模转换器114。
在一种备择的实施方式中，上述的缓冲器扩充单元205和数模转换器114可以用一个逻辑增强型数模转换器代替，后者通过访问向存储在辅助缓冲器203里的所有图象数据一次性地构造整个视图的非均匀分辨率图象。通常，逻辑增强型数模转换器每次沿一条扫描线扫描观察窗口的象素，并且从辅助缓冲器203的一个子集中读出每个象素对应的颜色数据，而且把它从其数字格式转换成模拟信号以供输出给显示装置。
更具体地，如图5(A)中所示，逻辑增强型数模转换器包括扫描逻辑线路501，它在x和y向上扫描观察窗口的各扫描线的象素。如常规中那样，扫描逻辑线路501生成一个代表当前扫描线的信号y和一个代表当前扫描线中当前象素的信号x。另外，逻辑增强型数模转换器包括选择逻辑线路503和存储器控制器505，存储器控制器505访问对应于给定象素的辅助缓冲器203的适当子集并读出对应于该象素的颜色数据(R，G，B)。颜色数据(R，G，B)可以提供给处理逻辑线路507，后者对该颜色数据进行定标、调和或者进行其它处理。在整体上作为本文的参考资料的“Computer Graphics：Principles andPraclice”，pp.815-826(第二版，1990)中说明了这些处理功能的一些例子。结果颜色数据接着输出到数模转换器(DAC)509以从数字颜色数据(R，G，B)转换成模拟形式(r，g，b)。接着模拟颜色数据(r，g，b)被输出到一个信号格式化器，其把该颜色数据格式化为适用于显示设备的格式，例如NTSC信号。然后把结果信号输出给显示器112。
取决于系统设计，可以用许多不同的方式实现选择逻辑线路503。为简单起见，考虑图5(B)中所示的一个例子，该例中辅助缓冲器划分成4个子集A1、A2、A3、A4，每个子集存储着和2P*2P个象素有关的颜色数据，并且和子集A1、A2、A3和A4相关的定标因子K1、K2、K3和K4分别为1、0.5、0.25和0.125。这样，如所示，观察窗口由子集A4按八倍的比例(8X)而得，由子集A3按四倍的比例(4X)而得，由子集A2按二倍的比例(2X)而得，以及由子集A1比例不变(1X)而得。当前的象素是由从扫描逻辑线路501输出的信号x、y标识的。选择逻辑线路503最好访问辅助缓冲器203的适当子集(A1、A2、A3或A4)并访问该子集之内的应从其拷贝当前象素的颜色的那个存储单元(用x0，y0表示)。下述的代码提供一种由选择逻辑线路503执行的选择处理的简单实现：
if(7p＜＝x＜＝9p)and(7p＜＝y＜＝9p)
    then use A4 with X0＝x-7p，and y0＝y-7p
    else
        if(6p＜＝x＜＝10p)and(6p＜＝y＜＝10p)
        then use A3 with x0＝(x-7p)/(2+1)and
                        y0＝(y-7p)/(2+1)
        else
           if(4p＜＝x＜＝12p)and(4p＜＝y＜＝12p)
           then use A2 with x0＝(x-4p)/(4+1)，and
                    y0＝(y-4p)/(4+1)
         else
            use A1 with x0＝x/(8+1)and
                      yo＝y/(8+1)请注意符号“＜＝”表示小于或等于运算，而符号“/”表示除法运算并把结果取成比它小的最靠近整数或相等的整数。
上面参照图4所说明的表达机201可能在一个接着一个表达整个视图的各部分时涉及重复的几何计算(由几何子系统406进行)。按照本发明的一种备择的实施方式，可以提供一种备择的避免这种重复计算的表达机。如图6中所示，这种备择的表达机类似于前面参照图4说明的表达机，它包括监视表达机的图形控制处理机400，几何子系统406和光栅化器408，光栅化器408和Z缓冲器412以及辅助缓冲器203连接。但是，这种备择的表达机包括一个连接在几何子系统406和光栅化器408之间的预光栅化级412。如图7中所示，该预光栅化级412包括一个I/O接口701、一个几何定标逻辑线路703和一个裁剪逻辑线路705。控制逻辑线路707监视I/O接口701、几何定标逻辑线路703和裁剪逻辑线路705的运行。I/O接口701、几何定标逻辑线路703以及裁剪逻辑线路705按下述对从几何子系统406输出的结果数据进行处理。
更具体地，对于视图的每个基元(例如一个三角形)，预光栅化级412的处理划分成多个各对应于上面所述的视图的一个部分的时间区间。为简单起见，考虑一个如上述把视图划分成四个部分的例子。在这种情况下，处理划分成四个时间区间，t0至t3。
在t0期间，发生：
1)I/O接口701从几何子系统406读出数据并把数据发送给光栅化器408以及几何定标逻辑线路703。发送给光栅化器408的数据包括具体基元的顶点。
2)光栅化器408利用Z缓冲器410和辅助缓冲器203的适当子集最好按低分辨率表达视图的第一部分的具体基元的组成，以把结果图象数据写入到辅助缓冲器203的适当子集里。
3)定标逻辑线路703以1/k2的因子放大经I/O接口701提供的具体基元的顶点的x和y坐标数据。换算后的结果顶点数据提供给裁剪逻辑线路705，后者把换算后的顶点数据裁剪在辅助缓冲器203的适当子集的边界内。结果的裁剪数据被输出到I/O接口701。
在t1期间，发生：
4)I/O接口701把区间t0中裁剪逻辑线路生成的裁剪后数据发送给光栅化器408和几何定标逻辑线路703。
5)光栅化器408利用Z缓冲器410和辅助缓冲器203的适当子集最好按高于第一部分的分辨率的分辨率表达视图的第二部分的具体基元的组成，以把结果图象数据写入到辅助缓冲器203的适当子集里。
6)几何定标逻辑线路703以K2/K3的因子放大经I/O接口701提供的x坐标和y坐标数据。换算后的结果数据提供给裁剪逻辑线路705，后者把换算后的数据裁剪在辅助缓冲器203的适当子集的边界内。把结果的裁剪数据输出到I/O接口701。
在t2期间，发生：
7)I/O接口701把时间t1中裁剪逻辑线路生成的裁剪后数据发送给光栅化器408和几何定标逻辑线路703。
8)光栅化器408利用Z缓冲器410和辅助缓冲器203的适当子集最好按比第一部分及第二部分的分辨率更高的分辨率表达视图的第三部分的具体基元的组成，以把结果图象数据写入到辅助缓冲器203的适当子集里。
9)几何定标逻辑线路703以K3/K4的因子放大经I/O接口701提供的顶点数据的x坐标和y坐标。换算后的结果数据提供给裁剪逻辑线路705，后者把换算后的数据裁剪在辅助缓冲器203的适当子集的边界内。把结果的裁剪数据输出到I/O接口701，或者可直接输出给光栅化器408。
在t3期间，发生：
10)光栅化器408装入在t2期间由裁剪逻辑线路705生成的裁剪后数据。
11)光栅化器408利用Z缓冲器410和辅助缓冲器203的适当子集最好按比第一部分、第二部分及第三部分的分辨率更高的分辨率表达视图的第四部分的具体基元的组成，以把结果图象数据写入到辅助缓冲器203的适当子集里。
在完成上述根据时间区间t0至t3说明的操作之后，缓冲器扩充逻辑线路205生成根据前面所述的存储在辅助缓冲器203之内的图象数据表示整个视图的象素数据。
在一种备择的实施方式中，上面根据图6和图7说明的表达机可以具有并行体系结构。在这种情况下，设置多于一个的光栅器及相关的预光栅化级，从而可并行执行多于一个的t0至t3时区的操作。
另外，表达机可控制为选择性地在两种模式即标准模式和非均匀分辨率模式中的一种下运行。在标准模式下，表达机控制为常规地运行以产生供显示的均匀分率的图象。在非均匀分辨率模式下，表达机控制为按上面根据本发明所说明的那样运行。常规地运行以产生供显示的均匀分辨率的图象。在非均匀分辨率模式下，表达机控制为按上面根据本发明所说明的那样运行。两种模式之间的切换例如可以根据用户输入或者根据系统的性能。
而且，本发明的非均匀分辨率图象生成技术还可以应用于图象的传输，例如MPEG视频图象的传输。在这种情况下，图象生成器把图象组织成例如如图5(A)中所示的相继部分，并且对各个部分生成分辨率不同的图象数据。最好，图象数据的分辨率从边缘部分向中央部分逐步增大。为了在通信链路上从图象生成器向接收机发送图象，图象生成器首先沿通信链路向接收机发送最低分辨率的图象数据，其最好对应于整个图象。取决于系统的性能限制，图象生成器可以(或者不)沿通信链路向接收机传递较高分辨率的图象数据，其最好对应于中央部分。
基于系统的性能限制，接收机扩充接收到的对应于一个或多个部分的图象数据。例如，如果出现显示刷新周期并且接收机仅接收最低分辨率的图象数据，该接收机可以扩充低分辨率图象数据以供显示。但是，如果出现显示刷新周期并且接收机接收了最低分辨率图象数据和次最低分辨率图象数据，该接收机可以扩充低分辨率图象数据和次最低分辨率图象数据以供显示。接收机最好利用上面根据缓冲器扩充逻辑线路和/或逻辑增强型缓冲器扩充逻辑线路说明的扩充技术来扩充图象数据。
上述的通信链路例如可以是计算机网络、电视传送系统、有线电视传送系统、视频电话链路或者任何其它的从图象生成器到接收机的图象数据通信装置。
通过在显示窗口的中心处生成具有较高分辨率的图象数据并且当从显示窗口向边缘移动时生成具有较低分辨率的图象数据，本发明的图象生成方式要比常规技术更为有效，因为它在显示上提供有效的细致度。这种技术适宜用于传统的图形系统、头顶安装式显示器、桌面监视器、大投影屏幕、手持设备、具有有限带宽的成象系统和其它图象处理系统。此外，在图形环境下，本发明可以会同P.Borrel等的美国专利5,448,686(整体上该专利作为本文的参考资料)所说明的简化技术对被显示的图象提供满意的细致度并且同时减小该系统的表达运算上的计算负担。
尽管本发明是根据它的特定实施方式表示和说明的，熟练的技术人员可以理解在不违背本发明的精神和范围的前提下可以对其进行各种改变及增减。

Claims (48)

1.一种生成代表图象的象素数据以在显示设备上显示的方法，其特征在于该图象被组织为多个部分，其中一个所述部分包括另一个所述部分，并且把一个存储器划分成对应于所述图象的多个部分的多个子集，该方法特征在于包括步骤：
对所述图象的各个部分，生成表示图象的给定部分的图象数据并且把所述图象数据存储在所述存储器的对应子集里，其中表示所述部分的所述一个部分的所述图象数据的分辨率不同于表示所述部分的所述另一个部分的所述图象数据的分辨率；以及
扩充存储在所述存储器的至少一个子集里的所述图象数据以生成扩充图象数据，其中表示所述图象的所述象素数据是根据所述扩充图象数据生成的。
2.权利要求1的方法，其特征在于所述扩充步骤扩充存储在所述存储器的多于一个子集里的所述图象数据。
3.权利要求2的方法，其特征在于所述扩充步骤在一次中扩充存储在所述存储器的多于一个子集里的所述图象数据。
4.权利要求2的方法，其特征在于包括把从所述存储器的一个子集中导出的扩充图象数据叠加到从所述存储器的另一个子集中导出的扩充图象数据上以生成叠加的扩充图象数据的步骤，并且其中表示所述图象的所述象素数据是根据所述的叠加扩充图象数据生成的。
5.权利要求1的方法，其特征在于所述图象的所述各部分对应于所述图象的相继共中心子集，并且表示所述图象的所述各部分的所述图象数据对应于所述图象相继的放大视图。
6.权利要求5的方法，其特征在于表示所述图象的中心部分的所述图象数据的分辨率高于表示所述图象的边缘部分的所述图象数据的分辨率。
7.权利要求5的方法，其中所述图象可以组织成不同数量的部分。
8.权利要求5的方法，其中所述不同部分的数量是由用户输入控制的。
9.权利要求5的方法，其中至少一个所述部分具有可变的尺寸。
10.权利要求5的方法，其中所述可变的尺寸是由用户输入控制的。
11.权利要求1的方法，其中所述图象是一个三维模型的视图。
12.权利要求1的方法，其中所述图象是MPEG视频图象。
13.在一个其中各物体是由图元表示的图形系统中，一种生成表示图元的视图的象素数据的方法特征在于所述视图被组织为多个部分，其中所述部分的一个部分包括所述部分的另一个部分，并且把一个存储器划分成对应于所述视图的所述部分的多个子集，该方法特征在于包括步骤：
对所述视图的每个部分，表达所述图元以生成对应于特定部分的图象数据并且把所述图象数据存储到所述存储器的对应子集中去，其中表示所述部分的所述一个部分的所述图象数据的分辨率不同于表示所述部分的所述另一个部分的所述图象数据的分辨率；以及
扩充存储在所述存储器的至少一个子集里的所述图象数据以生成扩充图象数据，其中表示所述视图的所述象素数据是根据所述扩充图象数据生成的。
14.权利要求13的方法，其特征在于所述扩充步骤扩充存储在所述存储器的多于一个子集里的所述图象数据。
15.权利要求14的方法，其特征在于所述扩充步骤在一次中扩充存储在所述存储器的多于一个子集里的所述图象数据。
16.权利要求13的方法，其特征在于包括他从所述存储器的一个子集中导出的扩充图象数据叠加到从所述存储器的另一个子集中导出的扩充图象数据上以生成叠加的扩充图象数据的步骤，并且其中表示所述视图的所述象素数据是根据所述叠加的扩充图象数据生成的。
17.权利要求13的方法，其特征在于所述视图的所述部分对应于所述视图的相继共中心子集，并且表示所述视图的所述部分的所述图象数据对应于所述视图的相继放大。
18.权利要求17的方法，其特征在于表示所述视图的中心部分的所述图象数据的分辨率高于表示所述视图的边缘部分的所述图象数据的分辨率。
19.权利要求13的方法，其特征在于所述视图可以组织成数量可变的部分。
20.权利要求19的方法，其特征在于所述部分的可变数量是由用户输入控制的。
21.权利要求13的方法，其特征在于至少一个所述部分具有可变的尺寸。
22.权利要求21的方法，其特征在于所述可变的尺寸是由用户输入控制的。
23.在一个其中各物体是由图元表示的图形系统中，一种生成表示图元的视图的象素数据的方法，其特征在于所述视图被组织为多个部分，其中所述部分的一个部分包括所述部分的另一个部分，并且把一个存储器划分成对应于所述视图的所述部分的多个子集，该方法其特征在于包括步骤：
为每个图元和为所述视图的每个部分，表达特定的图元以生成对应于特定部分的特定图元的组成的图象数据并且把所述图象数据存储在所述存储器中对应于该特定部分的子集里，其中表示所述部分中的所述一个部分的结果图象数据的分辨率不同于表示所述部分中的所述另一个部分的所述图象数据的分辨率；以及
扩充存储在所述存储器的至少一个子集里的所述图象数据以生成扩充图象数据，其中表示所述视图的所述象素数据是根据所述扩充图象数据生成的。
24.权利要求23的方法，其特征在于所述扩充步骤扩充存储在所述存储器的多于一个子集里的所述图象数据。
25.权利要求24的方法，其特征在于所述扩充步骤在一次中扩充存储在所述存储器的多于一个子集里的所述图象数据。
26.权利要求23的方法，其特征在于其中表达特定图元以生成对应于特定部分的特定图元的组成的图象数据的步骤其特征在于包括下述步骤：
定标定义特定图元的数据；以及
按照对应于特定部分的裁剪值对定义特定图元的所述数据进行裁剪。
27.权利要求26的方法，其特征在于定义特定图元的数据是从先前的表达步骤中输出的。
28.权利要求26的方法，其特征在于所述图元是用顶点的坐标定义的，并且其中定标步骤对在x向和y向上定义特定图元的顶点的坐标进行定标。
29.一种生成表示图象的象素数据以在显示设备上显示的设备，其特征在于该图象被组织为多个部分，其中所述部分的一个部分包括所述部分的另一个部分，并且把一个存储器划分成对应于所述图象的多个部分的多个子集，该设备特征在于：
和所述存储器连接的图象生成装置，用于为所述图象的每个部分生成表示该图象的给定部分的图象数据，并且用于把所述图象数据存储到所述存储器的对应子集中，其中表示所述部分的所述一个部分的所述图象数据的分辨率不同于表示所述部分的所述另一个部分的所述图象数据的分辨率；以及
和所述存储器连接的扩充装置，用于扩充存储在所述存储器的至少一个子集里的所述图象数据以生成扩充图象数据，其中表示所述图象的所述象素数据是根据所述扩充图象数据生成的。
30.权利要求29的设备，其特征在于所述扩充装置扩充存储在所述存储器的多于一个子集里的所述图象数据。
31.权利要求30的设备，其特征在于所述扩充装置一次地扩充存储在所述存储器的多于一个子集里的所述图象数据。
32.权利要求30的设备，其特征在于所述扩充装置把从所述存储器的一个子集中导出的扩充图象数据叠加到从所述存储器的另一个子集中导出的扩充图象数据上以产生叠加扩充图象数据，并且其中表示所述图象的所述象素数据是根据所述叠加的扩充图象数据生成的。
33.权利要求29的设备，其特征在于所述图象的所述各部分对应于所述图象的相继共中心子集，并且表示所述图象的所述部分的所述图象数据对应于所述图象的相继放大视图。
34.权利要求33的设备，其特征在于表示所述图象的中心部分的所述图象数据的分辨率高于表示所述图象的边缘部分的所述图象数据的分辨率。
35.权利要求29的设备，其特征在于所述图象是一个三维模型的视图。
36.权利要求29的设备，其特征在于所述图象是MPEG视频图象。
37.在一个其中各物体是由图元表示的图形系统中，一种生成表示图元的视图的象素数据的设备，其特征在于所述视图被组织为多个部分，其中所述部分的一个部分包括所述部分的另一个部分，并且把一个存储器划分成对应于所述视图的所述部分的多个子集，该设备特征在于包括：
和所述存储器连接的表达机，用于对所述视图的每个部分表达所述图元以生成对应该特定部分的图象数据，并且用于把所述图象数据存储在所述存储器的对应子集里，其中表示所述部分的所述一个部分的所述图象数据的分辨率不同于表示所述部分的所述另一个部分的所述图象数据的分辨率；以及
和所述存储器连接的扩充逻辑线路，用于对存储在所述存储器的至少一个子集里的所述图象数据进行扩充以生成扩充图象数据，其中表示所述视图的所述象素数据是根据所述扩充图象数据生成的。
38.权利要求37的设备，其特征在于所述扩充逻辑线路扩充存储在所述存储器中的多于一个字集里的所述图象数据。
39.权利要求38的设备，其特征在于所述扩充逻辑线路一次地扩充存储在所述存储器中的多个子集里的所述图象数据。
40.权利要求38的设备，其特征在于所述扩充逻辑线路把从所述存储器的一个子集中导出的扩充图象数据叠加到从所述存储器的另一个子集中导出的扩充图象数据上以生成叠加的扩充图象数据，并且表示所述视图的所述象素数据是根据所述叠加的扩充图象数据生成的。
41.权利要求37的设备，其特征在于所述视图的所述部分对应于所述视图相继的共中心子集，并且表示所述视图的所述部分的所述图象数据对应于所述视图的相继放大。
42.权利要求41的设备，其特征在于表示所述视图的中心部分的所述图象数据的分辨率高于表示所述视图的边缘部分的所述图象数据的分辨率。
43.在一个其中各物体是由图元表示的图形系统中，一种生成表示图元的视图的象素数据的设备，其特征在于所述视图被组织为多个部分，其中所述部分的一个部分包括所述部分的另一个部分，并且把一个存储器划分成对应于所述视图的所述部分的多个子集，该设备特征在于包括：
一个和所述存储器连接的表达机，用于对各个图元和对所述视图的各个部分表达特定图元以生成对应于特定部分的特定图元的组成的图象数据，并且用于把所述图象数据存储在所述存储器中对应于特定部分的子集里，其中表示所述部分的所述一个部分的结果图象数据的分辨率不同于表示所述部分的所述另一个部分的所述图象数据的分辨率；以及
和所述存储器连接的扩充逻辑线路，用于对存储在所述存储器的至少一个子集里的所述图象数据进行扩充以生成扩充图象数据，其中表示所述视图的所述象素数据是根据所述扩充图象数据生成的。
44.权利要求43的设备，其特征在于所述扩充逻辑线路扩充存储在所述存储器的多于一个子集里的所述图象数据。
45.权利要求44的设备，其特征在于所述扩充逻辑线路一次地扩充存储在所述存储器的多于一个子集里的所述图象数据。
46.权利要求43的设备，其特征在于所述表达机包括：
定标逻辑线路，用于对定义特定图元的数据进行定标；以及
裁剪逻辑线路，用于根据对应于特定部分的裁剪量对定义特定图元的所述数据进行裁剪。
47.权利要求46的设备，其特征在于经所述定标逻辑线路定标后的定义特定图元的数据是从所述裁剪逻辑线路输出的。
48.权利要求46的设备，其特征在于所述图元是由顶点的坐标定义的，并且其中所述定标逻辑线路对在x向和y向上定义特定图元的顶点的坐标进行定标。
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