CN1942904A - 将三维场景分层结构集成到二维合成系统中 - Google Patents

将三维场景分层结构集成到二维合成系统中 Download PDF

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Abstract

(2D)可视对象和(3D)场景对象的分层结构被集成以便无缝处理来在(2D)计算机显示器上呈现包含(3D)场景的(2D)视图的(2D)图像。对可视分层结构中(3D)模型对象和(2D)可视对象的处理被集成，使得处理可容易地在(3D)操作与(2D)操作之间切换。此外，创建显示图像时的处理可视(2D)对象和(3D)模型对象之间的转变的次数没有结构上的限制。数据结构将创建(3D)图像和(2D)图像的计算机程序对象集成到含有可视(2D)对象或指向(3D)模型对象的(3D)场景对象的视件树对象分层结构中。数据结构包括对象树分层结构、一个或多个可视(2D)对象、以及指向(3D)模型对象的一个或多个(3D)参照或场景对象。可视(2D)对象定义绘制(2D)图像的操作。(3D)参照或场景对象定义指向对象的参照，利用的是一起来绘制由一个或多个(3D)模型组成的三维场景的二维视图的操作。(3D)参照或场景对象指向(3D)模型对象和照相机对象。照相机对象定义(3D)场景的二维视图。(3D)模型对象绘制(3D)模型，并定义在绘制模型轮廓中使用的网格信息和在绘制模型的表面纹理中使用的材质信息。模型的表面纹理的材质信息可由可视(2D)对象、(3D)参照或场景对象或者可视(2D)对象和/或(3D)参照场景对象的树分层结构定义。

Description

将三维场景分层结构集成到二维合成系统中
技术领域
本发明一般涉及计算机图形学领域。更具体地，发明涉及将三维图形集成到二维合成系统中。
发明背景
部分因为存储器和总线速度没有跟上主处理器和/或图形处理器的发展，造成了计算机系统上访问图形的传统模型的限制。一般，用于使用位图准备帧的当前的模型需要太多数据处理来跟上当期望复杂图形效果时的硬件刷新率。结果是，当使用常规图形模型尝试复杂图形效果时，代替完成为下一帧及时产生所感知的可视效果的改变，这些改变可能对不同的帧添加，导致可视上不期望的结果。
此外，经由引入诸如所显示的3D图像动画的三维(3D)图形和特效，加剧了该问题。需要能够实时呈现3D图像、当图像由计算机程序调用时创建图像的图形生成和合成系统。此外，如果需要在显示器上提供3D和2D图像的混合，3D图像的创建应被集成到二维(2D)图形显示中。针对这些和其它考虑进行了本发明。
发明概述
以上和其它问题通过将3D模型对象集成到2D可视对象的分层结构中并无缝处理3D图像和2D图像以便呈现在2D显示器上来解决。对可视分层结构中3D模型对象和2D可视对象的处理被集成，使得处理可容易地在3D操作与2D操作之间切换。此外，创建显示图像时的处理可视2D对象和3D模型对象之间的转变换的次数没有结构上的限制。因此，用户可自由地创建无限地将3D图像嵌入到2D图像和将2D图像嵌入到3D图像的图形。例如，用户界面对话框可被构造到显示为另一对话框的一部分的球体上，而该另一对话框又被构造到锥体上。
根据另一方面，本发明涉及用于将创建3D图像和2D图像的计算机程序对象集成到含有可视2D对象或指向3D模型对象的3D场景对象的视件树对象分层结构中的数据结构。该数据结构包括对象树分层结构、一个或多个可视2D对象，以及指向3D模型对象的一个或多个3D参照或场景对象。可视2D对象定义绘制2D图像的操作。3D参照或场景对象定义指向对象的参照，利用了一起来绘制由一个或多个3D模型组成的三维场景的二维视图的操作。3D参照或场景对象指向3D模型对象和照相机对象。照相机对象定义3D场景的二维视图。3D模型对象绘制3D模型，并定义在绘制模型轮廓中使用的网格信息以及在绘制模型的表面纹理中使用的材质信息。模型的表面纹理的材质信息可由可视2D对象、3D参照或场景对象或可视2D对象和/或3D参照场景对象的树分层结构定义。
根据又一方面，本发明涉及用于处理计算机程序可视对象的分层结构以便创建从计算机输出的二维(2D)和三维(3D)图像的混合的方法。该方法包括遍历可视对象的第一树分层结构的分枝以便处理叶子对象和分枝对象，以及检测下一未处理可视对象是可视2D对象还是可视3D对象。如果检测到可视2D对象，则调用2D处理来处理该可视对象。如果检测到可视3D对象，则调用3D处理来处理该可视对象。3D处理设置照相机视图，并绘制由可视3D对象定义的一个或多个3D模型的图像。图像是基于一个或多个3D模型的照相机视图绘制的。
本发明可实现为计算机进程、计算系统或作为诸如计算机程序产品或计算机可读介质的制品。计算机可读介质可以是可由计算机系统读取的并对指令的计算机程序编码以便执行计算机进程的计算机存储介质。计算机可读介质也可以是可由计算系统读取并对指令的计算机程序编码以便执行计算机进程的载波上的传播信号。
这些和各种其它特征以及优点是本发明的特征，当阅读以下详细描述和审阅相关联附图之后，这些特征和优点将是显而易见的。
附图简述
图1示出了对2D对象的视件树中嵌入3D对象的根据本发明的一个实施例组织的可视对象分层结构。
图2示出了可在其上实现本发明的实施例的合适的计算系统环境的示例。
图3是一般表示可在其中包含本发明的图形层体系结构的框图。
图4是用于诸如通过遍历场景图来提供图形命令和其它数据等处理场景图的视件和相关联组件的场景图的表示。
图5是所构造的认证视件、绘图视件和相关联绘图原语的场景图的表示。
图6示出了视件树分层结构的一部分的详细示例，其中可视3D对象指向含有原语3D对象以及可视3D内容的3D模型对象，可视3D内容还指向由一组3D模型组成的3D场景，一个这样的3D模型含有可视2D对象作为材质内容。
图7示出了在定义3D场景或模型的照相机视图即2D视图中所使用的照相机参数。
图8是示出用于处理视件树中的可视2D对象的操作流程以及对处理同一视件树中的可视3D对象的转变的操作流程图。
图9是示出用于处理视件树中可视3D对象以及对处理同一视件树中可视2D对象的转变的操作流程的操作流程图。
图10是按图8和9的操作流程图示出处理的示例性可视对象树。
发明详细描述
根据本发明的一个实施例，图1示出了集成到可视对象树分层结构中的3D参照或场景对象，使得该树具有可视2D对象和3D参照或场景可视对象两者。“可视”，当此处与对象相关联时，表示由对象在计算机显示屏上呈现的图画。在视件树的此示例性图示中，根可视对象10有四个孩子，替换实施例中，它具有作为3D场景孩子的一个孩子。可视2D孩子是12、14和16，在替换中3D场景对象18和20之一是根可视对象10的第四个孩子。
3D场景对象18是可视3D对象18，且包含对模型3D对象24的参照或指针23，以及对用于将3D模型视作2D图像的照相机对象22的参照或指针25。在名为MODEL 3D CONSTRUCTION APPLICATION PROGRAM INTERFACE的交叉引用专利申请中更详细地描述了可视3D对象，以上申请被引用。照相机22将由对象24描绘的3D模型视作3D场景。模型3D对象24和照相机对象22一起在计算机显示屏上产生3D场景的2D图像。3D场景对象20是具有绘图环境的可视2D对象。在本发明的该实施例中，可视2D对象的绘图环境包含对3D对象24建模的参照或指针27以及对照相机对象22的参照或指针29。
为创建图像和呈现显示，从左到右遍历和处理视件树的分支；因此图1中的呈现序列被示为从左到右。在名为VISUAL AND SCENE GRAPH INTERFACE的共同转让的申请中描述了具有绘图环境的可视2D对象和对视件树的处理，该申请以上在相关申请的交叉引用中引用。对该处理的简要审阅将在此处包含在图3到图5的描述中。
为了示出在该呈现序列中如何产生图像显示，假定可视2D对象12创建三角形，可视2D对象14产生圆形，可视2D对象16产生正方形。3D场景可视3D对象18或3D场景可视2D对象20产生如从照相机看到的3D场景。由于呈现序列是从左到右，后呈现的对象覆盖之前呈现的对象，视件树8将产生图1中的显示图像25。换言之，由可视12产生的三角形和由可视14产生的圆形被可视16提供的正方形覆盖，因为可视16在可视12和14之后处理。同样，由3D场景对象18或20创建的3D场景的2D视图在圆形之后产生，并覆盖该圆形。通过提供包含3D场景的3D场景对象和查看该场景的虚拟照相机，3D场景被转换成可呈现为来自视件树的另一2D图像的2D图像。此外，由于图像是被绘制而不是位图图像，显示可实时呈现在计算机显示屏上或作为其它计算机视频输出。
在本发明的另一显著特征中，3D模型对象24具有材质或纹理信息26。材质信息26可指向由可视对象28表示的另一视件树。该可视对象28可具有正如视件树根对象10的可视2D对象和3D场景对象。因此，视件树分层结构可将3D场景对象嵌入到具有2D对象的视件树中，且此外，具有2D对象和3D场景对象的第二视件树又可被嵌入到第一视件树中的3D场景对象的3D模型中。这种3D和2D对象对树分层结构的顺序交替嵌入可处理如图形程序创建者创建混合2D和3D图像的期望显示的期望次数。
视件树分层结构中3D对象与2D对象的集成的更详细图示在图6中示出。然而，现在描述图2-5来提供用于处理集成的视件树分层结构的示例性操作环境和软件环境。
示例性操作环境
图2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、图形输入板设备、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环境等。
本发明可在由计算机执行的诸如程序模块等的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2，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、增强的ISA(EISA)总线、视频电子技术标准协会(VESA)局部总线、加速图形端口(AGP)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110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包括易失性和/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2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2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下使用的其它可移动/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2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2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，诸如图形输入板(电子数字化仪)164、麦克风163、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)可以包括操纵杆、游戏垫、圆盘式卫星天线、扫描仪等。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。监视器191也可与可经由诸如触摸屏接口192的接口将诸如笔迹的数字化输入输入到计算机系统110中的触摸屏面板193等集成。注意到，监视器和/或触摸屏面板可物理地耦合至其中包含计算设备110的外壳，诸如图形输入板型个人计算机中，其中触摸屏面板193基本上用作图形输入板164。此外，诸如计算设备110的计算机也可以包括其它外围输出设备，诸如扬声器195和打印机196，它们可以通过输出外围接口194等连接。
计算机110可使用至一台或多台远程计算机，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2中只示出存储器存储设备181。图2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可以是内置或外置的，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2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。
用于处理视件树分层结构的软件环境
图3表示了可在其中处理视件树的一般、分层的体系结构200。如图3中所示，根据本发明的一方面，可开发程序代码202(例如，应用程序或操作系统组件等)来以一种或多种不同的方式输出图形，包括经由成像204、经由向量图形元素206、和/或经由直接置于可视应用程序编程接口(API)层212的函数/方法调用。一般，成像204向程序代码202提供用于加载、编辑和保存图像的机制，例如位图。如下所述，这些图像可由系统的其它部分使用，且存在使用原语绘图代码来直接绘制图像的方式。向量图形元素206提供绘制图形的另一方式，与对象模型(以下描述)的其余部分一致。向量图形元素206可经由标记语言创建，元素/属性系统208和提交器(presenter)系统210对其解释来进行对可视API层212的适当调用。
图形层体系结构200包括高层合成和动画引擎214，它包括或与高速缓存数据结构216相关联。高速缓存数据结构216包含场景图，它包括根据如下所述的定义的对象模型管理的分层管理的对象。一般，可视API层212向程序代码202(和提交器系统210)提供至高速缓存数据结构216的接口，包括创建对象、打开和关闭对象向其提供数据等的能力。换言之，高层合成和动画引擎214展示了统一的媒体API层212，开发员通过其表示关于图形和媒体的意图以便显示图形信息，并向底层平台提供足够的信息，使得平台可为程序代码优化硬件的使用。例如，底层平台可负责高速缓存、资源协商和媒体集成。
高层合成和动画引擎214将指令流和可能的其它数据(例如，对位图的指针)传递给快速、低层合成和动画引擎218。如此处所使用的，术语“高层”和“低层”类似于其它计算情形中所使用的，其中一般，软件组件相对于较高组件越低，该组件越接近硬件。因此，例如，从高层合成和动画引擎214发送的图形信息可在低层合成和动画引擎218处接收，在那里信息被用来将图形数据发送到包括硬件222在内的图形子系统。
高层合成和动画引擎214结合程序代码202建立场景图来表示由程序代码202提供的图形场景。例如，要绘制的每一项可使用绘图指令加载，系统可将其高速缓存在场景图数据结构216中。如将在以下描述，存在指定该数据结构216以及绘制了什么的多种不同的方式。此外，高层合成和动画引擎214与定时和动画系统220集成来提供说明(或其它)动画控制(例如，动画间隔)和定时控制。注意，动画系统允许动画值传递到系统中的基本任何地方，包括例如在元素属性层208处、可视API层212内部、以及任何其它资源中。定时系统在元素和可视层展示。
低层合成和动画引擎218管理场景的合成、动画和呈现，然后将它们提供给图形子系统222。低层引擎218为多个应用程序的场景合成呈现，并使用呈现组件实现到屏幕的图形的实际呈现。注意，然而，有时有必要和/或有利地使某些呈现在较高层次上进行。例如，低层服务向多个应用程序请求，而高层在每个应用程序的基础上例示，借此有可能经由成像机制204在高层执行消耗时间或应用程序专用的呈现，并将对位图的引用传递给较低层。
图4和5分别示出了示例场景图300和400，包括被称为视件的基础对象。一般而言，视件包括对用户表示的可视虚拟表面和在显示器上具有可视表示的对象。如图4中所示，顶层(即根)视件302连接至可视管理器对象304，对象304也具有与窗口(HWnd)306或其中为程序代码输出图形数据的类似单元的关系(例如，经由句柄)。VisualManager 304管理对该窗口306的顶层视件(以及该视件的任何孩子)的绘制。为了绘制，可视管理器304按照分配器308调度处理(例如，遍历或传输)场景图，并为低层组件218(图3)的对应窗口306向该低层组件218提供图形指令和其它数据。场景图处理将通常由分配器308以相对慢于低层组件218和/或图形子系统222的刷新率的速率调度。图4示出了在顶层(根)视件302下方分层安排的多个孩子视件310-315，其中某些被表示为经由绘图环境316、317(被示为虚线框以表示它们临时性的本质)分别使用相关联的指令列表318和319填充，指令列表包含绘制原语和其它视件。视件也可包含其它属性信息，如以下示例视件类中所示：
  public abstract class Visual：VisualComponent{public Transform Transform{get；set；}public float Opacity{get；set；}public BlendMode BlendMode{get；set；}public Geometry Clip{get；set；}public bool Show{get；set；}public HitTestResult HitTest(Point point)；public bool IsDescendant(Visual visual)；public static Point TransformToDescendant(Visual reference，Visual descendant，Point point)；public static Point TransformFromDescendant(Visual reference，Visual descendant，Point point)；public Rect CalculateBounds()；//松边界(loose bounds)public Rect CalculateTightBounds()  /public bool HitTestable{get；set；}public bool HitTestIgnoreChildren{get；set；}public bool HitTestFinal{get；set；}}
可见，视件通过供应可经由get方法set(设置)和/或读取的变换、剪辑、不透明度和可能的其它属性来提供服务。此外，视件具有控制它如何参与命中测试的标志。使用Show(显示)属性来显示/隐藏视件，例如当假时视件不可见，否则视件可见。
由变换属性设置的变换为视件的子图定义了坐标系统。变换前的坐标系统被称为变换前坐标系统，变化后的被称为变换后坐标系统，即具有变换的视件等价于具有变换节点作为双亲的视件。对视件树和合成系统的更完整描述被包含在以上交叉引用的名为VISUAL AND SCENE GRAPH INTERFACE的相关专利申请中。
将可视3D集成到数据树分层结构中
到考虑以上硬件和软件环境时，图6示出将3D场景对象集成到也具有可视2D对象的视件树分层结构中。如之前参考图1所述，可视3D场景对象创建2D图像——3D场景的照相机视图。如以上为图1所述，3D场景对象被实现为具有对3D模型的指针的可视3D对象或具有带有对3D模型的指针的绘图环境的可视2D对象。如为图1所述，存在图1中所示的对照相机对象的第二指针。在图6的示例中，从3D场景对象到3D模型的指针由指针602表示。该指针602指向3D模型原语604，后者将绘制3D对象，并在绘制3D对象过程中使用网格信息606和材质信息608。
网格信息606指的是2D形状的网格，它可用于逼近3D模型的3D轮廓线。例如，如果拍摄将织物网格网压在诸如椅子的3D模型上；该网将呈现椅子的轮廓。一般，网格由平面三角形组成。三角形通常相当小，照此形成可使用来遵循3D轮廓的精细网格。除三角形以外，具有多于三条边或甚至连续边的其它2D图形可使用来形成网格，但三角形较佳，因为三角形的三个点定义一平面，这简化了网格的计算。
材质信息608，它也是对3D模型对象604关联的信息，指的是用于填入3D模型的图像上的表面中的纹理。纹理可以是阴影、彩色或其它可视图像。图6中，材料的其它可视图像是3D场景对象610。
3D场景对象610可以是如图1中所述的可视3D对象或可视2D对象中的任一种。在任一情况中，都有指向3D模型的指针和指向照相机对象的指针。指针612指向照相机对象来定义呈现3D场景的2D视图的照相机参数。指针616指向图6中的3D对象，它是3D内容612的一部分。指针616指向组成3D视件树的模型3D对象的根对象618。根对象是3D模型组对象618。3D模型组对象在包含一个或多个模型3D原语对象的3D视件树中用作根节点或结合节点中的任一个。原语对象可以处于可视3D树中分支的叶子处，并包含用于创建3D模型的绘图信息。图6中，存在两个模型3D原语对象——原语620和原语622，以及模型3D光对象624。光对象624的光信息内容定义了照亮由3D模型组成的3D场景的光和可应用的光线的方向。每一3D模型原语的绘图信息内容包括网格信息和材质信息。该内容对原语622仅示为网格信息626和材质信息628。材质信息628可单单含有绘图内容信息或它可含有可视2D对象或3D场景对象或其两者。在图6的示例中，材质信息628含有可视2D对象630。
为了审阅图6所示的集成，图6以从诸如图1的对象18或对象20的3D场景对象到模型3D对象604的指针开始。模型3D对象604含有材质信息608，后者含有指向模型3D组对象618和照相机对象614的另一3D场景对象610。在由3D组618以其孩子定义的3D场景中，3D原语对象622含有指向可视2D对象630的材质信息。以此方式，具有2D可视对象的视件树分层结构可集成到由3D场景对象创建的3D场景中。反过来，3D场景树中的模型3D对象可含有指向第二视件树的信息，集成到第二视件树中的有另一可视2D对象、3D场景对象或这两种类型的对象。3D场景对象和可视2D对象的这种集成可无限地进行。
本发明的显著特征之一在于可视对象和模型3D对象不产生要处理的图像的位图而提供用于当处理视件树时绘制图像的指令。以上描述的是对这样的视件树的处理。对3D场景视件树的处理类似，但添加了创建由模型3D对象定义的3D场景的2D视图的一些操作。
3D场景对象创建3D场景的照相机视图，即，2D视图。照相机视图由标识虚拟照相机“位置”、照相机的“查看”或瞄准方向以及照相机视野“区域”的参数指定。照相机参数的示例在图7中示出，其中照相机的位置或观点被定位在X，Y，Z坐标2，7，0。照相机的查看或瞄准方向由查看位置XYZ 6，1，2指定。照相机的视区被指示为30度。这些照相机参数被用于当绘制由3D原语创建的3D模型时设置照相机或2D视图。
这些照相机参数反映透视图照相机。可使用其它照相机，诸如在以上对相关申请的交叉引用中提及的名为MODEL 3D CONSTRUCTION APPLICATIONPROGRAM INTERFACE的共同转让的专利申请中所述的那些。例如，直角照相机可提供其中所有的光线平行并且，主要照相机参数是瞄准或查看方向和视区的直角视图。
图8和图9示出了用于处理包含可视2D对象和3D场景对象两者的视件树的操作流程。图10在图8和图9的描述期间被引用，作为由图8和9中的操作处理的视件树的示例。图8和9的逻辑操作被实现为(1)计算机实现的动作的序列或运行在计算系统上的程序模块和/或(2)计算系统内互连的机器逻辑电路或电路模块。取决于实现本发明的计算系统的性能要求，实现是选择的问题。从而，组成此处所述的本发明的实施例的逻辑操作被不同地称作操作、结构化设备、动作或模块。本领域的技术人员可认识到，这些操作、结构化设备、动作和模块可按照软件、固件、专用数字逻辑及其任何组合实现，而不背离如所附的权利要求书内描述的本发明的精神和范围。
在图10的示例中，视件树表示计算机显示屏上的窗口。窗口的可视2D根对象1002具有三个孩子，面板可视对象1004、复选框可视对象1006以及可视3D对象1008。面板可视对象1004是容器可视对象，它具有两个孩子，按钮可视对象1010和滚动条可视对象1012。因此，程序员使用按钮、滚动条和复选框以及3D场景对象来创建窗口以提供视为2D图像的3D场景。
3D场景对象1008以指针1009指向照相机参数1011，以指针1014指向3D场景1016。3D场景由两个模型3D组对象1018和1020、两个模型3D原语对象1024和1025以及模型3D光对象1022组成。3D原语中的每一个包含绘图环境，且在每一情况中，它们示出不同的绘图环境的可能性。光对象1022指定由原语对象1024绘制的模型的照明，光对象1022和原语对象1024是组对象1020的孩子。原语对象1024包含网格信息1026和材质信息1028。原语1025包含网格信息1027和材质信息1029。材质信息1029指向具有视件树根1030以及可视2D对象1032和3D场景对象1034两者的另一视件树。
用于处理图10中的视件树的操作流程在图8中开始，它以至3D场景对象处理的桥路示出可视2D对象处理。如在本操作流程的描述中将会变得显然，图8和9中的流程是递归的流程。操作流程处理下至叶子的树的分支，然后处理下至叶子的其它分支。如图1中所示，树的遍历和图像呈现序列是从左往右的；然而，它可按照任何数量的方式组织，例如从右到左通过树，或按照分支的长度或按照程序员希望实现的遍历树的任何其它优先级。
图8当视件树处理由图8外部的调用操作(未示出)调用时开始处理图10中的视件树。该调用操作是对用于以窗口对象1002开始创建窗口的处理的主要调用程序。创建窗口的操作流程进入视件树处理入口800。移动操作801将处理移动至树中未处理的下一对象。第一个这样的对象是窗口对象1002。操作流程进入循环802，循环802包含调用操作803和更多对象测试操作704。当处理可视2D对象时，循环802中的操作途径通过树的处理。
调用操作803调用2D处理入口点805。在入口点805处，操作流程转到3D场景测试操作806。测试操作806检测对象是3D场景对象还是可视2D对象。如果它是可视2D对象，如对图10中窗口对象1002的情况中，操作流程分支到“否”来处理可视操作808。处理操作808执行窗口对象1004，以绘制窗口图像。操作808在以上交叉引用的名为Visual And Scene Graph Interfaces的相关专利申请中描述。当处理可视操作808完成之后，返回操作810将操作流程返回至调用操作803。
在调用操作803处，流程指向更多对象测试操作804。更多对象测试操作804检测在视件树中是否存在要处理的其它对象。如果存在，操作流程分枝到是至移动操作801。移动操作801将树的最左分枝下移到图10中的面板对象1004，它是下一未处理的对象。树的分枝将从左往右处理。
面板对象1004是另一可视2D对象，且以刚对窗口对象1002讨论的相同方式处理。返回操作使流程再次返回到调用操作803，流程转到移动操作801。处理现在移动至面板对象1004的第一个孩子，它是按钮可视2D对象1010。按照以上对对象1002的描述处理按钮对象，流程返回至调用操作803，并由此至移动操作801。同一分枝中下一未处理的对象是滚动条可视对象1012。它是可视2D对象，操作流程将再次转到处理可视2D操作808到3D场景测试操作806。处理可视2D操作808将以以上为窗口对象1002的处理描述的相同方式处理滚动条可视对象1012。操作流程再次返回至调用操作803，移动操作801将图6中的视件树移动至下一分枝中的第一对象，即复选框对象1006。
当复选框可视2D对象1006处理之后，移动操作801将树移动至3D场景对象1008。3D场景对象1008将由测试操作806检测，操作流程将分枝到“是”以便在调用操作812处调用3D场景处理。3D场景处理操作流程在图9中示出，调用操作812将操作流程传递到图9中的3D场景入口点900。
图9中，移动操作901将处理移动至3D场景树中未处理的下一对象。第一个这样的对象是也是3D场景树的根节点的3D组对象1018。操作流程进入循环902，循环902包含调用操作903和更多对象测试操作904。当处理3D场景树1016中的模型3D对象时，环绕循环902的操作流程从左往右使处理经过3D场景树的分枝。
调用操作903调用3D处理模块入口点909。在入口点909处，操作流程转到组对象测试操作914。第一对象是3D组对象1018。组测试操作914将检测组对象，并使操作流程分枝到处理3D组操作930。组操作可以是变换操作或诸如设定模型剪辑操作、阴影操作、线框操作等其它操作。在处理组操作930之后，对调用程序操作920的返回使流程再次返回至调用操作903。
对调用操作930的返回使得流程绕循环902转到更多对象测试操作904。更多对象测试操作904检测3D场景树中是否存在要处理的其它对象。如果存在，则操作流程分枝是到移动操作901。移动操作901将3D场景树的最左分枝下移至图10中的3D组对象1020，它是下一未处理的对象。将从左往右处理树的分枝。
模型3D对象1020是另一组对象，组测试操作914将使得流程分枝“是”到处理组操作930以便处理组对象1020。返回操作920再次使流程返回至调用操作903，流程转到移动操作901。处理现在移动到模型3D光对象1022，它是3D场景树1016的同一分枝中下一未处理的对象。组对象测试操作使流程转到光对象测试操作916。光对象1022被检测，并转到处理光对象操作918。处理光操作为由3D组对象1020收集的3D场景设置光，流程然后转到返回至调用程序操作920。
流程返回到调用操作903，由此至移动操作901。同一分枝中下一未处理的对象是3D原语对象1024。原语对象绘制3D模型。组对象测试914和光对象测试916当检测原语对象1024时以否定结果响应。从而，操作流程从光对象测试916分枝到“否”，至检索照相机参数的检索照相机操作922。设置视图操作924然后设置照相机即2D视图，操作流程转到2D内容测试操作926。由于图10中的原语对象1024不含有任何可视对象，因此没有附加任何2D内容，操作流程将分枝“否”至绘制原语操作928。绘制原语操作928基于模型3D原语对象1024中所包含的网格信息1026和材质信息1029绘制3D模型。模型是从基于照相机参数的照相机视图观点绘制的。结果是如根据光对象1022照明的3D模型的2D图像。在返回至调用程序操作920处，操作流程再次返回至调用操作903。更多对象测试操作904检测到3D场景树中存在要处理的其余对象。移动操作901使3D场景树移至下一分枝，至3D原语对象1025，即下一未处理对象。
3D原语对象1025含有包括材质信息1029，它在材质信息中包括可视2D和3D场景对象两者。从而，操作流程从2D内容测试操作926处分枝“是”至调用视件树处理操作932。调用视件树处理调用图8中的视件树入口点800，移动操作801移动程序控制来处理可视2D对象1030。调用操作803调用2D处理，可视2D对象1030由处理可视操作808处理。操作流程转到返回至调用程序操作810，并返回至调用操作803。移动操作801然后使2D内容树移到可视2D对象1032。再次调用2D处理来处理可视2D对象1032。对象1032由处理可视操作处理，操作流程返回至循环802。现在，移动操作801将控制移动到3D场景对象1034。
调用操作803调用2D处理，3D场景对象1034将由3D场景测试操作806检测。作为结果，调用操作812调用图9中的3D场景处理来处理3D场景的模型3D对象(未示出)。该处理可与以上在3D场景1016的示例中所述的相同。图9中的3D场景对象1034被调用来处理由可视3D对象1034表示的3D场景模型，当为3D场景对象1034绘制了最后一个模型时，操作流程转到图9中的返回至调用程序操作920。这种情况中的调用程序是调用操作903。
调用操作903使流程转到更多对象测试904，它检测到不存在与3D场景对象1034相关联的其余对象。操作流程分枝“否”至返回至调用程序操作906，它使流程传回至调用操作812。调用操作使流程转到调用操作803。更多对象测试操作804检测到不存在为由对象1030、1032和1034组成的2D内容树要处理的其余对象。从而，流程分枝“否”来返回至调用程序操作814。在此情况中，返回到调用视件树处理来处理2D内容树的调用操作932。绘制3D原语操作934现在使用由2D内容树对象1030、1032和1034表示的材质信息为原语对象1025绘制3D模型。返回至调用程序操作920，然后使流程返回至调用操作903。
更多对象测试操作904然后检测到3D场景树1016中没有其余的对象，并使流程转到返回至调用程序操作906。返回操作906现在使流程返回至图8中的调用3D场景操作812。流程然后由返回操作810传回至调用操作803。更多对象测试操作804检测到图10的视件树被完全处理，从而使操作流程转到返回至调用程序操作810。返回至调用程序操作使程序控制转回至调用程序932。调用操作932调用图8中的2D处理，它现在处理可视2D对象1030。可视2D对象1030是材质信息1028的根对象。处理可视操作808处理根对象1030，返回至调用程序操作810使程序控制传回到调用来处理图10的视件树的主调用程序(未示出)。这以图10中示例视件树的集成的3D场景对象和可视2D对象完成了对该视件树的处理。
尽管本发明以计算机结构化特征、方法性动作专用的语言且按照计算机可读介质描述，应理解，所附权利要求书中定义的本发明不必限于所述的专用结构、动作或介质。从而，这些专用结构化特征、动作和介质被公开为实现所要求保护的本发明的示例性实施例。
上述各个实施例仅作为说明提供，而不应被解释为限制本发明。本领域中的技术人员可以容易地认识到，可对本发明进行各种修改和改变，而不必遵循此处示出和描述的示例实施例和应用，而不背离以下权利要求书中所述的本发明的真正的精神和范围。

Claims (19)

1.一种用于将创建三维(3D)图像和二维(2D)图像的计算机程序对象集成到含有可视2D对象和可视3D对象的视件树对象分层结构中的数据结构，所述数据结构包括：
对象树分层结构；
所述树分层结构中定义绘制2D图像的操作的一个或多个可视2D对象；
定义绘制由一个或多个3D模型组成的三维场景的二维视图的操作的一个或多个3D场景对象，所述3D场景对象参照一个或多个3D模型对象以及至少一个照相机对象；
为所述3D场景定义3D模型的所述一个或多个3D模型对象中的每一个；以及
定义所述3D场景的二维、照相机视图的照相机对象。
2.如权利要求1所述的数据结构，其特征在于，所述3D模型对象中的一个或多个为模型的表面纹理定义材质信息。
3.如权利要求2所述的数据结构，其特征在于，所述材质包括定义为所述表面纹理绘制二维图像的操作的可视2D对象。
4.如权利要求2所述的数据结构，其特征在于，所述模型的纹理的材质信息还包括3D场景对象。
5.如权利要求2所述的数据结构，其特征在于，所述模型的纹理的材质信息还包括可视对象的视件树分层结构。
6.如权利要求1所述的数据结构，其特征在于，所述3D场景对象包括：
含有指向模型3D对象的指针和指向至少一个照相机对象的指针的可视3D对象。
7.一种用于处理计算机程序可视对象的分层结构以便创建二维(2D)和三维(3D)图像的混合作为来自计算机的输出的方法，所述方法包括：
遍历可视对象的第一树分层结构的分枝以处理叶子对象和分枝对象；
检测下一未处理可视对象是可视2D对象还是3D场景对象；以及
如果检测到可视2D对象则调用2D处理来处理可视对象，且如果检测到3D场景对象则调用3D处理来处理模型3D对象。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述3D处理包括：
设置照相机视图；以及
绘制由一个或多个模型3D对象定义的一个或多个3D模型的图像，所述图像是基于所述一个或多个3D模型的照相机视图。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述3D模型被定义为由3D场景对象指向的一个或多个模型3D对象的第二树分层结构。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述第二树中的一个或多个模型3D对象定义可视对象的第三树分层结构供绘制所述3D模型使用。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述第三树分层结构具有至少一个可视2D对象，所述可视2D对象又定义了模型3D对象的第四树分层结构，借此3D场景对象和可视2D对象可沿对象树分层结构的分枝集成到多个后继对象处并由适当的2D处理和3D处理所处理。
12.一种对集成二维图像的可视对象和三维模型的二维图像的可视对象的计算机程序对象的数据结构编码的计算机可读介质，所述数据结构包括：
创建二维图像的可视对象的视件树分层结构；
作为参照3D模型和所述3D模型的二维视图的3D场景对象的所述可视对象中的一个或多个；
由对象的第二树分层结构定义的所述3D模型；以及
至少包含定义绘制所述3D模型的操作的绘图对象、以及定义所述3D模型的照明的光可视对象的所述第二树的对象。
13.如权利要求12所述的计算机可读介质，其特征在于，所述3D模型的二维视图是从所定义的第一位置和所定义的第二位置的观点来定义的；且所述第一和第二位置为所述3D模型的视图定义了瞄准方向。
14.如权利要求13所述的计算机可读介质，其特征在于，所述第一位置是照相机位置点，所述第二位置是“查看”位置点。
15.如权利要求13所述的计算机可读介质，其特征在于，所述绘图对象包含在构造所述模型的表面的纹理中所使用的材质信息。
16.如权利要求15所述的计算机可读介质，其特征在于，所述材质信息定义对象的第三树分层结构。
17.如权利要求16所述的计算机可读介质，其特征在于，所述数据结构还包括：
作为参照第二3D模型和所述第二3D模型的二维视图的3D场景对象的所述第三树分层结构的对象中的一个或多个；
由对象的第四树分层结构定义的所述第二3D模型；以及
至少包含定义绘制所述3D模型的操作的绘图对象以及定义所述3D模型的照明的光可视对象的所述第四树的对象。
18.如权利要求17所述的计算机可读介质，其特征在于，所述数据结构中的绘图对象还包括用于定义逼近所述3D模型的轮廓的平面形状的网格信息。
19.如权利要求1所述的数据结构，其特征在于，所述3D场景对象包括：
含有定义指向模型3D对象和至少一个照相机对象的指针的绘图环境的可视2D对象。
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