CN1763786A

CN1763786A - 用于3d中硬件加速的抗图形失真方法

Info

Publication number: CN1763786A
Application number: CNA2005101161162A
Authority: CN
Inventors: A·史蒂文森; A·A·米沙尔
Original assignee: Microsoft Corp
Current assignee: Microsoft Corp
Priority date: 2004-10-19
Filing date: 2005-10-18
Publication date: 2006-04-26
Also published as: EP1659539A1; KR20060052042A; US20060082593A1; JP2006120158A

Abstract

一种用于对象的抗图形失真光栅化的方法和系统。从由图形表示的对象的特定视点，选择具有对象轮廓上的边的形状。在位于对象的轮廓上的形状的边上创建边几何形状。呈现该边几何形状。或者在使用深度测试装置呈现边几何形状之后呈现形状，使得不允许形状的各部分与该边几何形状重叠，或者修改形状本身来去除与边几何形状重叠的任何部分。这可以对位于对象轮廓上的每一形状的每一边重复。

Description

用于3D中硬件加速的抗图形失真方法

技术领域

本发明一般涉及计算机，尤其涉及图像。

背景技术

抗图形失真用于减少对计算机图像中的斜边或曲边常见的图形失真典型产物。当前用于3D模型抗图形失真光栅化的技术要么要求过多的时间量、专用硬件的支持，要么导致不可接受的典型产物，诸如对象膨胀。而且，用于3D模型的抗图形失真在各个图形卡之间的质量和性能也不同。需要一种用于加速3D模型的抗图形失真的方法。理想上，这样的方法可以在不同的图形卡上提供一致的结果。

发明内容

简而言之，本发明提供了用于对象的抗图形失真光栅化的方法和系统。从由形状表示的对象的特定视点，选择具有对象的轮廓上的边的形状。在位于对象的轮廓上的形状的边上创建边几何形状。呈现该边几何形状。或者在使用深度测试装置呈现边几何形状之后呈现形状，使得不允许该形状的各部分与边几何形状重叠，或者修改该形状本身来去除与边几何形状重叠的任何部分。这可以对位于对象轮廓上的每一形状的每一边重复。

在本发明的一个方面，边几何形状用匹配形状的边上的纹理来纹理化。边几何形状也具有置于其上的纹理，该纹理具有从不透明到完全透明的变化的透明度。这使得来自边几何形状下层的像素的颜色与来自边几何形状的像素的颜色混合。这具有对于对象的轮廓的抗图形失真效果。

当结合附图阅读以下具体实施方式，本发明的其它方面会变得显而易见，附图中：

附图说明

图1是表示可在其中包含本发明的计算机系统的框图；

图2是根据本发明的各方面示出网格上的三角形的图示；

图3是根据本发明的各方面示出三角形和像素的图示；

图4是根据本发明的各方面示出可在抗图形失真中执行的动作的流程图；

图5是根据本发明的各方面对应于图4的框425的流程图；

图6是根据本发明的各方面示出图3的三角形以及新的边几何形状的示例的图示；以及

图7是根据本发明的各方面示出图3的三角形以及边几何形状的另一示例的图示。

具体实施方式

示例性操作环境

图1示出了可在其上实现本发明的合适的计算系统环境100的示例。计算系统环境100只是合适的计算环境的一个示例，并不旨在对本发明的使用范围或功能提出任何限制。也不应该把计算环境100解释为对示例性操作环境100中示出的任一组件或其组合有任何依赖性或要求。

本发明可用众多其它通用或专用计算系统环境或配置来操作。适合在本发明中使用的公知的计算系统、环境和/或配置的示例包括，但不限于，个人计算机、服务器计算机、手持或膝上型设备、多处理器系统、基于微处理器的系统、机顶盒、可编程消费者电子产品、网络PC、小型机、大型机、包含上述系统或设备中的任一个的分布式计算机环境等。

本发明可在诸如由计算机执行的程序模块等计算机可执行指令的通用语境中描述。一般而言，程序模块包括例程、程序、对象、组件、数据结构等，它们执行特定任务或实现特定抽象数据类型。本发明也可以在分布式计算环境中实现，其中任务由通过通信网络连接的远程处理设备来执行。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储器存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。

参考图1，用于实现本发明的一个示例性系统包括计算机110形式的通用计算设备。计算机110的组件可以包括，但不限于，处理单元120、系统存储器130和将包括系统存储器在内的各种系统组件耦合至处理单元120的系统总线121。系统总线121可以是若干类型的总线结构中的任一种，包括存储器总线或存储器控制器、外围总线和使用各种总线体系结构中的任一种的局部总线。作为示例，而非限制，这样的体系结构包括工业标准体系结构(ISA)总线、微通道体系结构(MCA)总线、扩展的ISA(EISA)总线、视频电子技术标准协会(VESA)局部总线和外围部件互连(PCI)总线(也被称为Mezzanine总线)。

计算机110通常包括各种计算机可读介质。计算机可读介质可以是能够被计算机11O访问的任何可用介质，且包括易失性和非易失性介质、可移动和不可移动介质。作为示例，而非限制，计算机可读介质可以包括计算机存储介质和通信介质。计算机存储介质包括以任何方法或技术实现的用于存储诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据等信息的易失性和非易失性、可移动和不可移动介质。计算机存储介质包括，但不限于，RAM、ROM、EEPROM、闪存或其它存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其它光盘存储、磁带盒、磁带、磁盘存储或其它磁性存储设备、或能用于存储所需信息且可以由计算机110访问的任何其它介质。通信介质通常具体化为诸如载波或其它传输机制等已调制数据信号中的计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据，且包含任何信息传递介质。术语“已调制数据信号”指的是这样一种信号，其一个或多个特征以在信号中编码信息的方式被设定或更改。作为示例，而非限制，通信介质包括有线介质，诸如有线网络或直接线连接，以及无线介质，诸如声学、RF、红外线和其它无线介质。上述中任一个的组合也应包括在计算机可读介质的范围之内。

系统存储器130包括易失性或非易失性存储器形式的计算机存储介质，诸如只读存储器(ROM)131和随机存取存储器(RAM)132。基本输入/输出系统133(BIOS)包含有助于诸如启动时在计算机110中元件之间传递信息的基本例程，它通常存储在ROM 131中。RAM 132通常包含处理单元120可以立即访问和/或目前正在操作的数据和/或程序模块。作为示例，而非限制，图1示出了操作系统134、应用程序135、其它程序模块136和程序数据137。

计算机110也可以包括其它可移动/不可移动、易失性/非易失性计算机存储介质。仅作为示例，图1示出了从不可移动、非易失性磁介质中读取或向其写入的硬盘驱动器141，从可移动、非易失性磁盘152中读取或向其写入的磁盘驱动器151，以及从诸如CD ROM或其它光学介质等可移动、非易失性光盘156中读取或向其写入的光盘驱动器155。可以在示例性操作环境中使用的其它可移动/不可移动、易失性/非易失性计算机存储介质包括，但不限于，盒式磁带、闪存卡、数字多功能盘、数字录像带、固态RAM、固态ROM等。硬盘驱动器141通常由不可移动存储器接口，诸如接口140连接至系统总线121，磁盘驱动器151和光盘驱动器155通常由可移动存储器接口，诸如接口150连接至系统总线121。

以上描述和在图1中示出的驱动器及其相关联的计算机存储介质为计算机110提供了对计算机可读指令、数据结构、程序模块和其它数据的存储。例如，在图1中，硬盘驱动器141被示为存储操作系统144、应用程序145、其它程序模块146和程序数据147。注意，这些组件可以与操作系统134、应用程序135、其它程序模块136和程序数据137相同或不同。操作系统144、应用程序145、其它程序模块146和程序数据147在这里被标注了不同的标号是为了说明至少它们是不同的副本。用户可以通过输入设备，诸如键盘162和定点设备161(通常指鼠标、跟踪球或触摸垫)向计算机110输入命令和信息。其它输入设备(未示出)可以包括麦克风、操纵杆、游戏垫、圆盘式卫星天线、扫描仪、手持式PC或其它书写输入板的触敏屏等。这些和其它输入设备通常由耦合至系统总线的用户输入接口160连接至处理单元120，但也可以由其它接口或总线结构，诸如并行端口、游戏端口或通用串行总线(USB)连接。监视器191或其它类型的显示设备也经由接口，诸如视频接口190连接至系统总线121。除监视器以外，计算机也可以包括其它外围输出设备，诸如扬声器197和打印机196，它们可以通过输出外围接口195连接。

计算机110可使用至一个或多个远程计算机，诸如远程计算机180的逻辑连接在网络化环境中操作。远程计算机180可以是个人计算机、服务器、路由器、网络PC、对等设备或其它常见网络节点，且通常包括上文相对于计算机110描述的许多或所有元件，尽管在图1中只示出存储器存储设备181。图1中所示的逻辑连接包括局域网(LAN)171和广域网(WAN)173，但也可以包括其它网络。这样的网络环境在办公室、企业范围计算机网络、内联网和因特网中是常见的。

当在LAN网络环境中使用时，计算机110通过网络接口或适配器170连接至局域网171。当在WAN网络环境中使用时，计算机110通常包括调制解调器172或用于通过诸如因特网等WAN 173建立通信的其它装置。调制解调器172可以是内部或外部的，它可以通过用户输入接口160或其它合适的机制连接至系统总线121。在网络化环境中，相对于计算机110所描述的程序模块或其部分可以存储在远程存储器存储设备中。作为示例，而非限制，图1示出了远程应用程序185驻留在存储器设备181上。可以理解，所示的网络连接是示例性的，且可以使用在计算机之间建立通信链路的其它手段。

3D中的加速的抗图形失真

图2是根据本发明的各方面示出网格上的三角形的图示。显示器可以被划分成以网格排列的像素，诸如围绕三角形210示出的网格，且显示可以包括在显示器边缘上的其它像素。通常，计算机可以促使显示器上的每一像素显示一种颜色颜色，该颜色独立于在显示器上显示的其它像素中显示的颜色。

像素中心位于三角形210内的像素可以被促使显示与三角形210相关联的颜色，而像素中心位于三角形外的像素可以被促使显示诸如黑色等背景色。如果没有抗图形失真，那么这样会导致在三角形210边界上的像素的锯齿状图案。

包括三维(3D)对象的对象可以由形状的集合来表示。在实践中，每一形状可以是三角形或可以被划分为三角形。这些三角形中的某一些可以完全位于对象的边界之内，而其它三角形当从特定的视点观察对象时，可位于对象的边上。位于对象的边上(从特定视点)的三角形可以具有形成对象轮廓边的一部分的一条或多条边。对由三角形组成的3D对象，轮廓边是同时接触朝向视点的三角形和不朝向该视点的三角形的边。如果三角形驻留其中的平面的法线指向视点，则三角形朝向该视点。

图3是根据本发明的各方面示出三角形和像素的图示。像素310落在三角形205的边上，且落在一图像(未示出)的轮廓上。在没有抗图形失真的操作中，因为像素310的中心位于三角形305的内部，所以像素310可以使用三角形305的颜色来着色。然而，为了避免或减少图形失真，落在三角形305的边(和图像轮廓)上的每一像素可被促使显示这样一种颜色，该颜色是背景像素颜色(或者是三角形背后的对象的像素的颜色)和三角形305的颜色的混合物。例如，如果像素310的百分之九十位于三角形305内部而百分之十位于三角形305的外部，那么像素310的颜色可以是对三角形的颜色百分之九十加权并对背景色百分之十加权的混合。部分位于三角形内部的像素的百分比可以被计算为与像素中心到三角形边的距离成比例。

图4是根据本发明的各方面示出可在抗图形失真中执行的动作的流程图。在框405处，该过程开始。在框410处开始，检测要抗图形失真的对象的轮廓(从一视点)。这可以通过使用每一三角形面向的邻接信息来找出同时接触朝向视点的三角形和不朝向视点的三角形的边来完成。可以使用其它轮廓检测方法而不背离本发明的精神和范围。在Sander，P.V.、Gortler，S.J.、Hoppe，H.以及Snyder，J.的Symposium on Interactive 3D Graphics中第167-174页的Discontinuity edge overdraw中描述了示例性轮廓检测算法，该文献通过引用包含在此。

在本发明的一个实施例中，出现不连续边的任何地方作为在轮廓上来处理。可以认识到，将这样的边作为在轮廓上来处理可以允许对不位于对象实际轮廓上的锐边执行抗图形失真。

在框415处，构成对象的三角形相对于视点从后方到前方进行排序。在框420处，将Z-测试(Z-Test)函数设置为“严格小于”。将Z-测试函数设置为严格小于具有这样的效果：确保像素不会覆盖在现有像素上绘制，除非新像素的Z值严格小于现有像素的Z值。

在框425处，如结合图5更详细地描述的来呈现三角形。在框430处，该过程结束。

图5是根据本发明的各方面对应于图4的框425的流程图。在框505处，进入该过程。在框510处，选择要呈现的第一个三角形。这是最远离观察该对象的视点最远的三角形。在框515处，作出关于该三角形的边是否在对象的轮廓上的判断。如果是，那么处理分支到框520，否则处理分支到框530。

在框520处，为位于对象轮廓上的三角形的边创建新的边几何形状。图6是根据本发明的各方面示出图3的三角形以及新的边几何形状的图示。新的边几何形状605可以是一个像素宽，且可以被如此放置使得新的边几何形状的中心落在三角形305的轮廓边上。这促使新的边几何形状605在轮廓边上延长半个像素进入三角形305内，并延长半个像素到三角形305外。在本发明的其它实施例中，边的几何形状可以宽于或窄于一个像素。

边几何形状605可以在与包括三角形305的平面相同的平面上创建。这保证了它会拥有与其所重叠的三角形的像素相同的Z值。而且，因为边几何形状605是在三角形305之前绘制的，因此当绘制三角形305时，由于Z-测试的“严格小于”设置，它不会覆盖在边几何形状605中的任何像素上绘制。

作为将Z-测试函数设置为“严格小于”的替换，边几何形状605可以是偏斜的，使得其Z值指示边几何形状605在边几何形状605所重叠的三角形的像素的稍微前方。另外，Z-测试函数可以被设置为如果另一像素含有小于或等于一个像素的Z缓冲值，则不覆盖该像素绘制另一像素。这可以完成来确保当呈现三角形时，三角形的像素不会覆盖受边几何形状605影响的任何像素。

在本发明的另一实施例中，三角形305可以被修改，使得它不再与边几何形状605重叠，而非使用Z测试的“严格小于”设置来防止三角形305的呈现覆盖边几何形状605的像素来绘制。另外，边几何形状605可以被置于视点的平面中或置于三角形的平面中。将边几何形状605置于视点的平面中而不是三角形的平面中可以避免如果边几何形状605延长至附近的裁剪平面的前方时可能会发生的错误。为了避免当以这种方式修改三角形305时三角形的纹理和边几何形状的纹理之间的视觉上的不连续，也可能需要修改三角形的纹理坐标。

边几何形状605可以使用共同调制的两种纹理来纹理化。这两种纹理可以通过提供具有两种纹理的呈现器并指示每一纹理应被应用于边几何形状605来共同调制。纹理中的一种可以与三角形的纹理相同，使得沿着边几何形状605的颜色与三角形305的颜色相匹配。边几何形状的另一种纹理可以是阿尔法渐变，它从在边几何形状605位于三角形内部的一侧上的不透明(即，完全不透明)到在边几何形状605位于三角形305外部的一侧上的透明连续变化。

将阿尔法渐变置于边几何形状605上使得具有位于边几何形状605内部边上的中心的像素是不透明的，具有位于边几何形状605内的三角形305的边上的中心的像素是半透明的，以及具有位于边几何形状605外部边上的中心的像素是完全透明的。

在本发明的另一实施例中，边几何形状605可以宽于一个像素。而且，边几何形状605的每一部分的透明度可以由函数(例如，sin(x)/x)来确定，而不是从透明到不透明的斜坡。在这样的情况下，与更宽的边几何形状组合这一函数可以比与像素宽的边几何形状组合的线形透明度更准确地重建对象的轮廓。

纹理是可以用来确定与边几何形状相关联的像素的颜色的内插机制的一种形式。在本发明的其它实施例中，可以使用其它内插机制来确定与边几何形状相关联的像素的颜色。某些示例性内插机制包括Gouraud着色、纹理、像素着色器等。

可将一种以上像素着色器应用于与边几何形状相关联的像素。这可以通过将一个像素着色器应用于各像素，然后将另一像素着色器应用于各像素，依此类推来完成。像素着色器可以包括为与几何形状相关联的每一像素计算颜色的组件或方法。

尽管被示为矩形，但是边几何形状605可以是不同的几何形状或大小，而不背离本发明的精神或范围。例如，边几何形状可以被塑造为如图7的边几何形状705所示，图7是根据本发明的各方面示出图3的三角形以及另一示例性边几何形状的图示。基于显示的对象也可以使用其它几何形状。

而且，对大小接近于一个像素或更小的三角形，可以不创建边几何形状。

再次参考图5，在框520处创建了边几何形状之后，该边几何形状可以使其Z缓冲值稍微偏斜，使得呈现器如上所述不会在边几何形状内绘制来自三角形的任何像素。之后，在框525处呈现边几何形状。在框530处，呈现三角形。在框535处，作出关于是否存在另一个要呈现的三角形的判断。如果是，那么处理分支到框540，否则处理分支到框545。

在框540处，获取下一个将要呈现的三角形。对三角形的选择从离视点最远的三角形开始到离视点最近的三角形。这至少部分可以完成，使得来自较远三角形的像素的颜色与来自较近三角形的部分重叠透明像素的颜色混合。

在框545处，该过程返回。

再次参考图1，上述各种动作可以由视频接口190上的处理器单独或与计算机110的处理单元120结合来执行。在某些实施例中，上述动作中的多个或全部可以由视频接口190来执行，而在其它实施例中，上述动作中的多个或全部可以由处理单元120来执行。也可以使用位于计算机120上的或远程的其它处理器(未示出)，而不背离本发明的精神或范围。

如从前述详细描述中可见，提供了用于3D中的硬件加速抗图形失真的改进的方法。尽管本发明对多种修改和替换构造是敏感的，但其某些示出的实施例在附图中示出，并在上文中详细描述。然而，应该理解，不存在将本发明限制于所揭示的具体形式的意图，相反，本发明覆盖落入本发明的精神和范围之内的所有修改、替换结构和等价效技术方案。

Claims

1.一种具有计算机可执行指令的计算机可读介质，包括：

选择具有对象的轮廓上的边的形状；

在所述边上创建边几何形状；

呈现所述边几何形状；以及

在呈现所述边几何形状之后，呈现所述形状。

2.如权利要求1所述的计算机可读介质，其特征在于，所述形状包括三角形。

3.如权利要求1所述的计算机可读介质，其特征在于，所述轮廓是由观察所述对象的视点定义的。

4.如权利要求3所述的计算机可读介质，其特征在于，所述轮廓包括同时接触朝向所述视点的形状和不朝向所述视点的形状的边。

5.如权利要求1所述的计算机可读介质，其特征在于，所述边几何形状包括宽为一个像素的形状。

6.如权利要求1所述的计算机可读介质，其特征在于，所述形状位于一个平面中，且所述边几何形状位于所述平面中。

7.如权利要求1所述的计算机可读介质，其特征在于，所述形状位于一个平面中，且所述边几何形状位于另一个平面中。

8.如权利要求7所述的计算机可读介质，其特征在于，所述另一个平面包括观察所述对象的视点的平面。

9.如权利要求1所述的计算机可读介质，其特征在于，所述在边上创建边几何形状包括将第一像素着色器应用于与所述边几何形状相关联的像素。

10.如权利要求9所述的计算机可读介质，其特征在于，所述在边上创建边几何形状还包括将第二像素着色器应用于与所述边几何形状相关联的像素。

11.如权利要求1所述的计算机可读介质，其特征在于，所述在边上创建边几何形状包括将内插机制应用于与所述边几何形状相关联的像素。

12.如权利要求11所述的计算机可读介质，其特征在于，所述内插机制包括Gouraud着色器。

13.如权利要求11所述的计算机可读介质，其特征在于，所述内插机制包括像素着色器。

14.如权利要求1所述的计算机可读介质，其特征在于，所述在边上创建边几何形状包括创建与边上的像素纹理相匹配的纹理。

15.如权利要求14所述的计算机可读介质，其特征在于，所述在边上创建边几何形状还包括创建从不透明到透明变化的另一纹理。

16.如权利要求15所述的计算机可读介质，其特征在于，所述另一纹理在最接近所述形状的边几何形状的一侧上是不透明的，而在最远离所述形状的边几何形状的一侧上是透明的。

17.如权利要求15所述的计算机可读介质，其特征在于，所述另一纹理从不透明到透明线性变化。

18.如权利要求15所述的计算机可读介质，其特征在于，所述另一纹理基于非线性函数从不透明到透明变化。

19.如权利要求18所述的计算机可读介质，其特征在于，所述非线性函数包括正弦函数。

20.如权利要求18所述的计算机可读介质，其特征在于，所述形状宽于一个像素。

21.如权利要求1所述的计算机可读介质，其特征在于，还包括将Z-测试函数设置为严格小于，使得与所述对象相关联的像素不被另一像素覆盖绘制，除非所述像素比所述另一像素更接近于视点。

22.一种用于呈现图像的方法，包括：

对表示对象的形状进行排序，其中，所述排序是基于所述形状与关联于所述对象的视点的距离；

为位于所述对象的轮廓上的形状创建边几何形状；以及

修改所述形状，使得它不会与所述边几何形状重叠。

23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，还包括按从最远离视点到最接近视点的顺序呈现所述形状。

24.如权利要求22所述的方法，其特征在于，还包括修改所述形状的纹理以与所述边几何形状的纹理连续。

25.如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述形状是多边形。

26.如权利要求25所述的方法，其特征在于，所述多边形是三角形。

27.如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述为位于所述对象的轮廓上的形状创建边几何形状包括创建所述边几何形状以与所述形状的边重叠。

28.如权利要求27所述的方法，其特征在于，所述边几何形状包括多边形。

29.如权利要求28所述的方法，其特征在于，所述多边形包括矩形。

30.如权利要求27所述的方法，其特征在于，所述形状位于一个平面中，且其中，所述创建边几何形状以与所述形状的边重叠包括在所述平面中创建所述边几何形状，且所述边几何形状的至少一部分位于所述形状所存在的平面的一部分中。

31.一种用于呈现图像的装置，包括：

一个或多个处理器的集合，它们被安排成：

检测对象的轮廓；

在位于所述对象的轮廓上的形状的边上创建边几何形状；

呈现所述边几何形状；以及

修改所述形状以去除与所述边几何形状重叠的任何部分，或者在呈现所述边几何形状之后呈现所述形状。

32.如权利要求31所述的装置，其特征在于，还包括被安排成显示所述对象的表示的显示器。

33.如权利要求31所述的装置，其特征在于，所述一个或多个处理器的集合包括图形卡的处理器。

34.如权利要求33所述的装置，其特征在于，所述一个或多个处理器的集合还包括放置所述图形卡的计算机中的处理器。

35.如权利要求31所述的装置，其特征在于，所述一个或多个处理器的集合仅包括一个处理器。