CN2181711Y

CN2181711Y - 图形分层产生装置

Info

Publication number: CN2181711Y
Application number: CN 93204090
Authority: CN
Inventors: 郭玉霞
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-03-02
Filing date: 1993-03-02
Publication date: 1994-11-02
Anticipated expiration: 2003-03-02

Abstract

一种图形分层产生装置，将任何一个图形均看成是由一组可组成该图形的最小图形单元(本实用新型称之为图元)及一些变化参数所组合而成，并将之存储于图元库中，该装置包括：图元库、输入图形解释器、图元变形器、图元边线产生器、边线连接器、分色缓冲器着色器及一输出缓冲器；而每个图元描述又由该图元的代码及一组图元变化参数所组成，利用参数可以很精确又容易地控制图元的形状。

Description

一种图形分层产生装置，其涉及一种分层积木式变动图形的产生装置。

由于科技水平日益提高，使图形、字的数字化，在最近几年有很快的发展，如扫描器的使用促使图形数字化成为可能，于是带动了印刷业的电脑化及多媒体应用的发展。而省时高效率的数字化图形产生装置，省空间低成本的图形存储格式及高品质图形，成为众所追求的目标。

目前在制作动画、卡通画、电子游戏机中的图画时，用一张张细微改变的图案，连接成连续动作。需要耗费很多人力、物力来设计图形、涂色及控制质量。另外在中文字型的设计上，传统作法是用字型设计的字，逐字在字稿写出，然后再移入电脑变为数字化格式，因而耗时多。以上所述图案或中文字型若以数字化格式存储进电脑，则占有较大存储空间且成本较高。现存的装置基本上可以作到：

（1）能造出各种变化的字体，如变大、变小、变胖、变瘦、变高、变矮；

（2）所占用的存储量大致一定；

（3）可做点矩阵或向量输出；

但现存装置达不到下列几点要求：

（1）二度空间的字型变化，例如任意角度的旋转，任意角度镜射、拉长、变扁或以上功能的任意组合；如图5所示；

（2）立体或有黑白层次的字体，传统方法只能针对每一笔画做涂黑动作，无法处理有黑白层次的美工字体；如图3、图5所示；

（3）对一些造型变化较复杂或难以用笔划归类的字型如草书、行书、叠图每个字所占的存储空间非常大，传统方式皆把每个字视为特殊符号处理，而本法则仍可视其为一般图元来处理；如图9所示。

本实用新型即针对现有技术的上述缺点发展出一种图形分层产生装置，利用电脑技术提供一种进行彩色图形组合的产生装置。还利用该装置发展了一套美工字型或图形。

本实用新型的目的为提供一种图形分层产生装置，可对一组要制作的彩色（或黑白）图案集合，如一本漫画书，一卷卡通影片的连续画面，或者一套一万余字的中文行书字体，将其预先分析出组成该集合的最小图元，然后利用这些图元以分层叠积木的方式组合出整个图案集合；在本实用新型中以图元描述常式的形态表示，本实用新型可以利用颜色属性、关键点、向量长度值三类的变化参数来产生不同颜色、相似形状或局部变化的图元，以分层叠积木的方式一层层着色显示，以至将整个图形显现出来。利用改变图元变化参数的方式，可以省掉很多繁琐的制图及涂色工作，降低制作成本减少制作时间，加大图形变动的灵活性，而且对制做动画也很方便。

本实用新型只要利用存储图元的代码及图元的变化参数，即可描述一个图案或画面，不必存储整个画面的资料，可以将整个图案或画面的存储资料量压缩到很低（以行书的字型制作为例，一套行书字型以本方式与纯向量方式制作资料量比为（1：15）。因此，可以极小的体积及极低的成本，来存储及产生静态的画面或动态的数字影像。

本实用新型提供一种图形分层产生装置，它包括图形解释器、图元库、图元边线产生器、图元变形器、边线连接器、分色缓冲器、着色器、输出缓冲器所组成。当需要产生一个图形时，将图形资料输入图形解释器，同时将变形矩阵输入图元变形器，图形解释器由图元库中选择该图形的图元描述常式，再产生该图形的控制点输入图元变形器，由图元变形器产生具有图元性质的控制点，送至图元边线产生器，产生图元边线座标陈列送至边线连接器，边线连接器连接图元边线座标成一新图元区域，然后依颜色不同分层送至分色缓冲器，再将各层依序送至着色器产生有色的图形送至缓冲器。

本实用新型所涉及的图元库可以是一种存储图元描述常式及各种图元的装置；图元描述常式用来描写每个图形的形状特性，图元描述常式以图元代码为索引，每个图元都由不同的次图元组成，它们可以共用同一组图元的次图元及一组图元变化参数；对同一个图元描述常式可以利用改变变化参数以得到另一个不同但形状相似的图形。

本实用新型所涉及的图形解释器，可以是一种专门接收来自外界图形资料的装置，该装置将所接收的资料解析出各种可组成该图形的图元，并由图元描述常式，结合该图元的变化参数及预设变化比例值，产生每个次图元的边线控制点及颜色代码；

本实用新型所涉及的图元变形器可以是一种接收图形解释器所产生的次图元边线控制点及颜色代码，及来自外界输入的变形矩阵的装置，该装置对每一次图元的边缘控制点做由变形矩阵产生的几何变形转换，再送出转换后的边线控制点及原来的颜色代码；

本实用所涉及的图元边线产生器，可以是一种把由图元变形器所产生的边线控制点，转换成为该图元的边线座标点阵列的装置；

本实用新型所涉及的边线连接器，可以是一种由图元边线产生器产生的图元边线座标点阵列连接起来的装置，该装置并会依各图元的颜色代码将同样颜色属性的图元或次图元的边线连接起来，待整图形处理结束后，将个各不同颜色的图元区域按顺序输出至分色缓冲器；

本实用新型涉及的分色缓冲器，可以是一种将边连接器连接的图元区域，依照不同颜色分层存储的装置，以便依图元的颜色代码将各不同颜色的图元区域送至着色器着色；着色器，系为一将分色缓冲区中各层的图元所围成的区域，依图元的颜色代码指令进行该区域的着色的装置，该着色器是以分层叠积木方式着色，图元间有重叠的部份，旧颜色将被新颜色取代，若图元并无颜色将不会改变原来的颜色；

本实用新型所涉及的输出缓冲器，可以是一种存储着色完成图形的装置，该装置可提供任何输出设备使用。

以本实用新型所发展出的字型与现存方式所产生的字型加以比较其优点如下：

（1）斜体字型的变化，因现存的装置，只能做直排或横排处理，如挖空、黑影等，而对斜体字，则须另外造一整套字型的输出点矩阵，再由外部的设计来加以处理方能做到，且斜体的角度亦无法控制，即若角度加以变更，即须再造一套字，而每造一套字所须时间约为一年，换句话说若有十套字，而每套有二种角度，则须10×2＝20年时间方可造完，而本实用新型则具有可产生任何角度的斜体、镜射挖空、黑影等字，而不须另外造字的优点；

（2）利用变形矩阵可以产生二度空间的字型变化如任意角度的旋转，任意角度镜射、拉长、变扁或以上功能的任意组合，而公知的方法只能做方形的变化而不能做任意角度的变化；如图五所示；

（3）彩色的处理，现存的字型产生装置，只能针对单一字体做彩色处理，而本实用新型则可对任何一笔划及图元做彩色处理；

（4）分层积木式的字体，公知的装置只能针对一个字做涂黑的动作，而本实用新型法则可产生如附图3上字体有逐渐变黑的层次的感觉；

（5）对中文的草书、行书等字体，现有的装置皆把每一个字视为特殊符号，故所占的存储空间非常大，而本实用新型则仍可视其为一般字加以处理而不增加其存储空间；如图9所示。

综上所述即为本实用新型所欲解决现存装置的缺点，使本实用新型能满足目前或未来产生各种变化的字型及图形的要求。

下面结合附图说明本实用新型的结构特征及目的：

图1为本实用新型图形分层产生装置较佳实施例的方块图。

图2为本实用新型用“佃”字范例作为本实用新型以图元的方式产生一字型的说明图。

图3为本实用新型用“草”字的范例作为本实用新型以分层显示的方式产生一个完整字的说明图。

图4为本实用新型做变动图形的参考图。

图5为本实用新型发展出的字型各种变化参考图。

图6为本实用新型发展出的波浪型字体参考图。

图7为本实用新型发展出的旋转型字体参考图。

图8为本实用新型发展出的骰子型字体参考图。

图9为本实用新型发展出的草书字体参考图。

图10为图形分层产生装置实施例线路图的一部分。（应用在IBM PC时的实施例）

图11为图形分层产生装置实施例接线路图的一部分。（应用在IBM PC时的实施例）

图1所示为本实用新型图形分层产生装置的方块图。本实用新型可组成某一图形的图元11及图元变化参数12存储于图元库10中，或直接将所需要的图形资料21送入图形解释器20，将变形矩阵31送入图元变形器30，图形解释器20内部有一暂存器用来存储由外界输入的资料，并将该资料加以分析成各个图元或依所输入的资料由图元库10中选择出该图形的图元资料11及变形参数12，且同时将图元描述常式13送入图形解释器20中，该图元描述常式13用来描述每个图形的形状特性，图元描述常式13是以图元代码为索引存储于图元库10中；图形解释器20再进一步将这些资料转换成具有字体或图形大小、宽窄、高矮……等资料的控制点22输入图元变形器30；图元变形器30依变形矩阵31来转换图元的形状，产生该图形所需要的图元性质（如形状改变、变斜、旋转、镜射、色彩、重叠方式…等）的控制点32，送至图元边线产生器40；这些控制点会32经由图元边线产生器40产生图元边线座标阵列41送至边线连接器50；边线连接器50连接图元边线座标41成一新图元区域50；然后依颜色的不同分层存放于分层缓冲区60；再将各层不同颜色的图形区域61再送至着色器70分层着色产生有色的图形71输出至输出缓冲器80供各种设备使用；若由图形解释器20分析出一图形需要做直接分色输出则该图形解释器20会直接将其图元资料23送至边线连接器50做边线连接，并与该边线连接器20中同样颜色属性的图元加以结合成一新的图元区域51，且将不同颜色的图元区域暂存在分色缓冲器里60；若由图形解释器20分析出一图形需要直接做涂色动作，则直接由图形解释器20将该图形资料24送至分色缓冲器60分层存储，然后送至着色器70着色，再送至输出缓冲器。

针对任何一个图形或中文字（当然也包括其他文字如英文、韩文、日文……等等），均可视为由一组图元及变化参数所组成合而成的图形；而每一图形格式由＜图元数目＞＜图元描述1＞＜图元描述2＞＜图元描述3＞…所组成，而每个图元描述又由该图元的代码及一群图元变化参数所组成，变化参数又可分为三类，颜色属性代码、关键点座标值及向量长度宽度值。

请参阅图2所示，为本实用新型用″佃″字的范例，作为本实用新型以图元的方式产生一字型的说明图，其中″佃″字其＜图元数目＞为7；因为它由″丿″、″ ″以及五个″口″重叠组成，＜图元描述1＞为″丿″的描述参数，＜图元描述2＞为″ ″的描述参数，＜图元描述3＞至＜图元描述7＞为″口″的描述参数，其中各图元的图元描述格式如下：

A B C D E F G N

以＜图元描述1＞″丿″为例，其中A（1）的代号为5，B（2）为颜色代码为O即为黑色，C（3）为控制点P1的X座标值为112，D（4）为控制点P1的Y座标值39，E（5）为控制点P2的X座标值40，F（6）为控制点P2的Y座标值244，G（7）为向量长宽度值为22，N为结束值为00；依此类推＜图元描述2＞为″ ″的描述参数，其A的代号为8，B的代码为O即为黑色，C为控制点P1的X座标值为87，D为控制点P1的Y座标值152，E为控制点P2的X座标值97，F控制点P2的Y座标值473，G为向量长宽度值为22，N为结束值为00；而＜图元描述3＞至＜图元描述7＞皆为″口″的描述参数，所不同的是＜图元描述3＞的″口″较大，而＜图元描述4＞至＜图元描述7＞的″口″皆相同，且都在＜图元描述3＞的″口″的内，如此一个″佃″字即完成；当需要一个″佃″字时，即将该″佃″字的图形资料输入本实用新型图形分层产生装置的图形解释器20，则图形解释器20会将该″佃″字分析成一个＜图元数目＞与五个＜图元描述＞，并存储于内部暂存器中，再依顺序将储存于图元库中每一图元的图元描述常式送入图形解释器20，然后将各个图元转换成上述的图元描述格式，亦即转换成该图元的边线控制点，送入图元变形器30，依据变形矩阵将各图元边线控制点做几何变形后再送入图元边线连接器40，将各图元边线控制点转成图元边线座标阵列，接着再送入边线连接器50，将各图元边线座标连接起来，产生一个图元。如：″丿″图元，若每个图元均完成图元边线座标连接后，送入分色缓冲区60内做各种不同颜色分层处理，再送入着色器70着色后，送入输出缓冲器整合成一个完整字输出81。

请参考图3A所示，为本实用新型以″草″字的范例作为本实用新型以分层显示的方式产生的一个完整字的方法说明图，其中该图主要是在分色缓冲区做分层着色的处理的详细说明，若需要一个″草″字则必须先产生一个″草″下部的″十″的部份，而要产生″十″则先产生101黑色″一″图元，再产生102黑色″ ″图元，其次产生103白色″一″图元，接着产生104黑色″口″图元，最后才产生105白色″ ″图元，如图3第一层所示，其中各颜色的笔画皆为一层层向上叠，在上层的颜色会覆盖下层的颜色；如图3B所示，第二层是″草″字上部的″ ″，而要产生″ ″则先产生201黑色″一″图元，再产生202黑色″ ″图元在右边，其次产生203黑色″ ″图元在左边，接着在204黑色″一″图元上方产生205白色″一″图元，最后才在其上方产生左右各一个白色的″ ″206、207；如图3C所示，第三层是一个″曰″及最后组合，其中先产生一白色大的″口″图元301，再在301上产生一较小的″口″图元302，最后在302上产生一个″一″303图元，第一层至第三层全部组合后即完成一个″草″字。

至于草书或行书，现有方法必须把每一个字视为一个特殊符号，因此须用大量的存储空间，而本实用新型则可把草书等视为一般字体般来处理，以上述的图为例，可视为由各笔划图元所组成，其过程如同″佃″字及上述所介绍的″草″字一样。

图4是本实用新型所造成的变动图形变化参考图，如图中孙悟空的眼睛、嘴及金箍棒的变化；如图4A、B、C所示为系孙悟空的金箍棒401长短的变化，如图4D、E、F所示为孙悟空左眼睛411、右眼睛421大小的变化，如图4G、H、I、J所示为孙悟空右眼睛421及嘴431的变化，由图中可知图形的变化只有一点点，若用现存方式则需要整张图修改，而本实用新型只需变动其参数就可使图形发生变化。

图5、图6、图7、图8、图9是本实用新型所发展出的字型加以变化所产生的变形字参考图，如图5所示为字形变化图，一个字加以立体挖空、立体、阴影、镜射、渐层……等变化；如图6所示为一排字图以变化并且排列成波浪形；如图7所示为字型旋转变化的参考图；如图8所示为一骰子形状的字型变化；如图9所示为本发明发展出的一种草书字型。

图10、图11为本实用新型图形分层产生装置在IBM PC上的实施例的线路图。

其中U₇、U₈为专用集成电路（ASIC），装置的大部份功能制造于此两块专用电路中；另外U₄、U₆、U₂、U₃、U₉、U₁₃为MROM及EPROM相当于方块图图1中的图元库，图形解释器，图元变形器、图元边线产生器、边线连接器、分色缓冲器和着色器都包含于U₇中；U₈中包含有输出缓冲器、输入／输出介面、图元库管理介面状态显示电路等；U₁₄、U₁₁、U₁₈均为PC（个人计算机）介面的解码器。上述应用线路是应用于IBM公司出品的个人计算机。（IBM PC）上的实施例，至于用于其它介面上如小电脑系统介面（SCSI）或其它介面，则可以通过修改介面线路来完成。

以图10及图11进一步加以说明如下：

在图10及图11的线路中，除图元库外，即存储器U2，U3，U4，U6，U9及U13，绝大部分功能及线路都包括在U7（EG91C01）及U8（EG91C11）两块集成电路中。

U7（EG91C01）含：

暂存器、图形解释器20、图形变形器30、图元边线产生器40、边线连接器50、等软、硬线路及程式。

U8（EG91C11）含：

暂存器、输出缓冲器80，（亦可加入着色器70），个人计算机总线接口（Personal Computer Interface），一般控制电路（如存储器控制线路，可直接控制图元库10）。

图元库10含：

可为只读存储器（MROM）或可读／写存储器（EPROM，Flash Memory），内存图元资料11，变形参数12及描述程式13等资料。

图10及图11为一般IBM PC／AT个人计算机相容的界面卡，要产生图形时，首先由计算机磁盘中取出图形资料21及变形矩阵31，通过系统总线（SD0～SD7）及变向传输器U18送至U8（EG91C01）。

U8通过过个计算机总线接口（Personal Computer Interface）收到资料后，先存于内部的“暂存器”，然后通知U7（EG91C01）资料已备妥。

U7随即通过总线（PB0～PB15）及控制信号PSEL，PIDS及PODS至U8（EG91C11）的″暂存器″读取得资料并送至U7内的图形解释器20。

此时图形解释器20根据需要通过U8的MA0～MA21的位置定址信号，GD0～GD15的资料总线至图元库10，即U2，U3，U4，U6，U9，U13等存储器，读取图元资料11，变形参数12及描述程式13等资料，作为后续运算的依据。

然后将各个图元转换成上述的图元描述格式，先存于U7内部的暂存器亦即转换成该图元的边线控制点送入U7内部的图元变形器30，借由变形矩阵将各图元边线控制点做几何变形后再送入U7内的图元边线连接器40，将各图元边线控制点转成图元边线座标阵列，接着再将其送入U7内的边线连接器50。

将各图元皆完成图元边线座标连接后，送入U7内的分色缓冲区60内作各种不同颜色分层处理，完成着色后，再通过资料总线PB0～PB15及控制信号PSEL、PIDS及POD至U7（EG91C01），把资料存在U8的输出缓冲器80。

同时，由U8的控制信号通知个人计算机资料已准备好（即依图形资料21所实际产生出来的图形）以待计算机取走。

Claims

1、一种图形分层产生装置，其特征在于，包括：

存储器(U₂)、(U₄)、(U₆)、(U₃)、(U₉)、(U₁₃)，组成一图元库；

变向传输器(U₁₈)；

集成电路(U₇)，包括：图形解释器、图元变形器、图元边线产生器、边线连接器、着色器；

集成电路(U₈)，包括：输出缓冲器、分色缓冲器；

(U₇)的(PB0-PB15)、(PSEL)、(PIDS)和(PODS)分别与(U₈)的(PB00-PB15)、(PASEL)、(PAIDS)和(PADOS)相连接；(U₈)的(DA00-DA16)与(U₆)、(U₄)、(U₃)、(U₉)、(U₁₃)、(U₂)的(A0-A16)相连接；(U₈)的(GD00-GD15)经资料总线与(U₂)、(U₃)、(U₉)、(U₁₃)、(U₆)、(U₄)的(D0-D7)相连接；(U₈)的(PD0-PD7)与(U₁₈)的(B₁-B₈)相连接；

当需要产生一个图形时，将图形资料输入图形解释器，同时将变形矩阵输入图元变形器，图形解释器由图元库中选择该图形的图元描述常式，再产生该图形的控制点输入图元变形器，由图元变形器产生具有图元性质的控制点，送至图元边线产生器，产生图元边线座标阵列送至边线连接器，边线连接器连接图元边线座标成一新图元区域，然后依颜色不同分层送至分色缓冲器，再将各层依序送至着色器产生有色的图形送至缓冲器输出；

所述的图元库是一种存储图元描述常式及各种图元的装置；图元描述常式用来描写每个图形的形状特性，图元描述常式以图元代码为索引，每个图元都由不同的次图元组成，它们可以共用同一组图元的次图元及一组图元变化参数；对同一个图元描述常式可以利用改变化参数以得到另一个不同但形状相似的图形；

所述的图形解释器，是一种专门接收来自外界图形资料的装置，该装置将所接收资料解析出各种可组成该图形的图元，并由图元描述常式，结合该图元的变化参数及预设变化比例值，产生每个次图元的边线控制点及颜色代码；

所述的图元变形器是一种接收图形解释器所产生的次图元边线控制点及颜色代码，及来自外界输入的变形矩阵的装置，该装置对每一次图元的边缘控制点做由变形矩阵产生的几何变形转换，再送出转换后的边线控制点及原来的颜色代码；

所述的图元边线产生器，是一种把由图元变形器所产生的边线控制点，转换成为该图元的边线座标点阵列的装置；

所述的边线连接器，是一种把由图元边线产生器产生的图元边线座标点阵列连接起来的装置，该装置并会依各图元的颜色代码将同样颜色属性的图元或次图元的边线连接起来，待整图形处理结束后，将各个不同颜色的图元区域按顺序输出至分色缓冲器；

所述的分色缓冲器，是一种将边连接器的图元区域，工依照不同颜色分层存储的装置，以便依图元的颜色代码将各不同颜色的图元区域送至着色器着色；

所述的着色器，是一将分色缓冲区中各层的图元所围成的区域，依图元的颜色代码指令进行该区域的着色的装置，该着色器是以分层叠积木方式着色，图元间有重叠的部分，旧颜色将被新颜色取代，若图元并无颜色将不会改变原来的颜色；

所述的输出缓冲器，是一种存储着色完成图形的装置，该装置可提供任何输出设备使用。

2、如权利要求1所述的图形分层产生装置，其特征在于，所述图元库中存储图元的描述常式，该常式用来描写每个图形的形状特性，图元描述常式以图元代码为索引，每个图元都由不同的次图元组成，它们可以共用同一组图元的次图元及一组图元变化参数；对同一个图元描述常式可以利用改变变化参数以得到另一个不同但形状相似的图形。

3、如权利要求1所述的图形分层产生装置，其特征在于，所述图形解释器设一可将输入的资料缓冲暂存的输入缓冲器。

4、如权利要求1所述的图形分层产生装置，其特征在于，所述边线连接器，可将一些需要做直接分层输出的图形，由图形解释器直接送至边线连接器做边线连接，并与该边线连接器中同样颜色属性的图元加以结合，形成一新的图元区域，且针不同颜色的图元区域暂存分色缓冲器里。

5、如权利要求1所述的图形分层产生装置，其特征在于，所述分色缓冲器可将一些需要直接做涂色的图元直接由图形解释器送至分色缓冲器分层存储，然后送至着色器着色。

6、如权利要求1所述的图形分层产生装置，其特征在于，其中，组成一图形的各种不同图元及其变化参数，可预先存储于所述的图元库中，亦可将其图形资料及变形参数输入所述的图形解释器中，直接分析某图形的图元资料、变形参数及颜色，只需由图元库中找出适合该图形的图元描述常式即可完成所需的图形显示。