JP2003518301A - テクスチャモーフィングのためのインクリメンタルインターレース補間 - Google Patents

テクスチャモーフィングのためのインクリメンタルインターレース補間

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JP2003518301A JP2001547348A JP2001547348A JP2003518301A JP 2003518301 A JP2003518301 A JP 2003518301A JP 2001547348 A JP2001547348 A JP 2001547348A JP 2001547348 A JP2001547348 A JP 2001547348A JP 2003518301 A JP2003518301 A JP 2003518301A
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コメイアー，クロード
ファム，スン・ティエン
ガーリ，プラサンナ
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Abstract

(57)【要約】 リアルタイムコンピュータシミュレーションおよびビデオゲームのための高速テクスチャモーフィングアルゴリズムは、テクスチャモーフィング／ブレンディングプロセスに必要な計算上の負荷を単純にしかつ低減することにより「実行中に」オブジェクトを動的に生成する。インクリメンタル補間技術は、過去の値およびモーフの変化率に基づいてモーフパラメータを計算する。各テクセル成分ごとに予め計算された初期およびインクリメンタルモーフパラメータ値を、整数演算を用いるリアルタイムモーフィング手順の間に適用する。モーフ反復の数がフレームカウンタの倍数であるときに余分の整数値分をインクリメント／デクリメントすることにより、近似エラーを減じる。フレームカウンタはオーバーランを回避し、モーフィング手順は、テクセル値を正確なテクスチャターゲット値に「スナップ」して、アンダーランおよび対応するアーティファクトを防止する。インターレーシング（補間を各フレームでテクセルのサブセットに適用すること）は、顕著なイメージアーティファクトを導くことなく、計算上の負荷を大幅に減じる。モーフテクスチャバッファデータ構造はまずオフラインで分解され、テクセル成分データを操作するのに必要なリアルタイムの計算の数を減じる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の分野】
この発明はコンピュータグラフィックスに関し、より特定的には、ソーステク
スチャからターゲットテクスチャにテクスチャマップを変形（モーフ）するため
の技術に関する。
【０００２】
【発明の背景および概要】
グラフィックスにおいて、変形またはモーフィングは、ソースオブジェクトを
、中間オブジェクトを介してターゲットオブジェクトに徐々に変化させるプロセ
スである。たとえば、ある人の顔を別の人の顔にモーフすることができ、動物を
人間にモーフすることなどができる。モーフィングは顕著な特殊効果をもたらす
ことができ、数多くの用途、すなわち、モデリング、コンピュータシミュレーシ
ョンおよびビデオゲームから映画および広告産業向けのアニメーションシーケン
スの生成に至る用途を有する。
【０００３】 ３Ｄモーフィングにおける過去の進歩は、ソースおよびターゲットオブジェク
ト間のジオメトリをモーフするためのアルゴリズムを開発することに集中しがち
であった。しかしながら、モダンな３Ｄグラフィックスは一般的にテクスチャマ
ッピングを用いて、３Ｄオブジェクトをより興味深くかつ一見より複雑にする。
一般的に、テクスチャマッピングは、２Ｄイメージ（たとえば写真または他のデ
ジタル化された画像）を取り出し、それを３Ｄ表面に置くステップを含む。一例
として、レンガおよびモルタルテクスチャを３Ｄ「壁」オブジェクトの単純な矩
形表面上にマッピングすることにより、レンガの壁をイメージ化することができ
る。そのようなテクスチャマッピング技術を用いて、葉、雲のイメージおよびさ
まざまな他の複雑なイメージをすべて作り出すことができる。
【０００４】 テクスチャをつけた３Ｄイメージをモーフしようとする際、テクスチャだけで
なくジオメトリをモーフしなければならない。テクスチャマップは大きいことが
あり、補間されたテクスチャ値の範囲をソースおよびターゲットテクスチャ間に
与えるように、マップ中の各テクセルをモーフしなければならない。したがって
そのようなテクスチャモーフィングは計算上高価になりがちである。すなわち、
家庭用ビデオゲームシステムおよびパーソナルコンピュータグラフィックスカー
ドなどの資源制約型リアルタイムグラフィックスシステムが、リアルタイムのテ
クスチャモーフィング機能性を提供するのを実質的に妨げてしまう。必要なのは
、限られた資源環境の中でリアルタイムで行なうのに十分速くかつ効率的であり
、それにより限られた資源のグラフィックスシステムの中でテクスチャモーフィ
ングを「実行中に（on the fly）」行なうことができるテクスチャモーフィング
手順である。
【０００５】 この発明は、速くて効率的な高速リアルタイムテクスチャモーフィングアルゴ
リズムを提供することにより、この問題に対する解決策を提供する。この発明の
好ましい実施例は、テクスチャモーフィング／ブレンディングプロセス中で必要
な計算を単純化しかつ低減する多数の効率を提供し、そのような技術は、オフラ
インでのテクセル成分分解、インクリメンタル補間、フレームカウンタ、インタ
ーレースモーフィングおよび優先順位の低いバックグラウンドスレッディングを
含む。これらの技術を個別におよび／または組合せて用いて、リアルタイムのコ
ンピュータアニメーションおよびシミュレーションならびにビデオゲーム向けに
十分に速いモーフィング手順を提供することができる。
【０００６】 この発明の１つの局面に従うと、インクリメンタル補間技術を用いて、典型的
なテクセルブレンディング／モーフィングプロセスと関連付けられる、反復およ
び重い浮動小数点数計算／変換を減じる。好ましい実施例は、以前の値および変
化率（たとえばイメージフレームレートおよびモーフィングプロセスの持続時間
）に基づいて、各テクセル成分ごとにインクリメンタルモーフパラメータｔを計
算する。事前モーフ準備バックグラウンドプロセスの間に各テクセル成分ごとに
前もって初期およびインクリメンタルモーフパラメータ値を計算することができ
る。次に、その後のリアルタイムモーフィングプロセスの間に、これら初期およ
びインクリメンタルパラメータ値をインクリメンタルに適用し、ターゲットテク
セル成分値に向けてテクセル成分をモーフする。
【０００７】 浮動から固定小数点への変換時間を節減するため、好ましい実施例は、整数加
算を用いてインクリメンタルモーフパラメータ値をテクセル成分値に適用する。
しかしながら、精度を保つため、インクリメント値および新たな値は浮動小数点
数でなければならない。好ましい実施例は、フレームカウンタ概念を用いること
により、この矛盾を解決する。モーフパラメータ準備プロセスは、各テクセル成
分値ごとに、インクリメンタルパラメータ値の小数部分がテクセル成分値の整数
部分を変化させるのにいくつのイメージフレームが要るかを決定する。好ましい
実施例は、結果として生じるフレームカウンタ値を慎重に選んでオーバーランを
防止しかつ、それらを用いて、インクリメンタル補間プロセスの間にさらなる整
数補正ファクタをいつ適用すべきかを指定する。モーフされたテクセル成分値と
実際のターゲットテクセル値との間の不一致によるイメージのアーティファクト
を回避するため、好ましい実施例は、最後のモーフ反復の間にテクセル値を正確
な（浮動小数点）ターゲット値に「スナップ（snap）」する。
【０００８】 この発明の別の局面に従うと、各フレーム時間または他のモーフィング期間に
、モーフされているテクセルのすべてよりも少ないテクセルにインクリメンタル
補間を適用することができる。たとえば、特定のフレームの間に、あるテクセル
をインクリメンタルに補間することができ、その後のフレームの間に別のテクセ
ルをインクリメンタルに補間することができるなどである。それにより、各テク
セルをすべてのフレームで補間する必要なく、ある（好ましくは小さい）数のフ
レームにわたりすべてのテクセルをインクリメンタルに補間する。インクリメン
タル補間のそのようなインターレーシングは、顕著なイメージアーティファクト
を導くことなく、計算上の負荷を大きく減じることができる。
【０００９】 この発明のまた別の局面に従うと、テクスチャバッファデータ構造がまずオフ
ラインで分解されて、モーフィングのためのテクセル成分データを分離しかつ、
操作するのに必要なリアルタイム演算の数を減じる。好ましい実施例は、標準的
なテクスチャマップを、各色（ＲＧＢ）およびアルファ（不透明度）ごとに別個
のアレイに分解する。（たとえば８ビット整数アレイであり得る）結果として生
じる成分アレイは、さらなるマスキング／データ抽出オーバーヘッドなしに、リ
アルタイムソフトウェアによって直接的に操作可能である。
【００１０】 この発明の重要かつ有利な用途の１つは、家庭用ビデオゲームシステム、パー
ソナルコンピュータグラフィックスカードおよび他の安価なグラフィックスシス
テム中でモーフィング手順を用いて、「実行中に」事実上無限の数のビデオゲー
ムキャラクタおよび他のテクスチャをつけられたオブジェクトの動的な生成を可
能にすることである。あるジオメトリおよびテクスチャを備える多数のオブジェ
クトを第１次ソースおよびターゲット（モーフターミナル）として予め構築し、
次にこの発明が提供するテクスチャモーフィング特徴を用いて、リアルタイムで
そのようなオブジェクト間でテクスチャを滑らかに変換し、モーフターミナル間
のモーフィング経路に沿って、連続的な中間オブジェクトのシーケンスを生成す
ることが可能である。好ましい実施例は、中間のモーフされたテクスチャ値の各
セットをテクスチャマップとして記憶するため、そのようなどの中間テクスチャ
マップも、同じまたは異なるモーフ経路に沿ったさらなるテクスチャモーフィン
グ動作のためのソーステクスチャマップとして用いることができる。
【００１１】 この発明が提供するこれらおよび他の特徴および利点は、図面と関連する好ま
しい実施例の以下の詳細な説明を参照することにより、よりよくかつより完全に
理解されるであろう。
【００１２】
【現在好ましい実施例の詳細な説明】
図１は、この発明に従うリアルな対話型リアルタイム３Ｄモーフィングを提供
するのに用い得る、例示的なリアルタイム３Ｄコンピュータグラフィックスディ
スプレイシステム５０を示す。図１の例示的なシステム５０は、NINTENDO 64（
登録商標）３Ｄビデオゲームコンソール５２および関連するハンドコントローラ
５４ａ、５４ｂを含む。カートリッジ５６すなわちソフトウェアアニメーション
（ビデオゲーム）プログラムを記憶する光ディスクまたは他の記憶媒体は、動作
するようにコンソール５２に接続される。コンソール５２は、従来の家庭用カラ
ーテレビまたはコンピュータモニタなどのディスプレイ装置５８に接続される。
コンソール５２は、コントローラ５４ａ、５４ｂのユーザ操作にリアルタイムで
応答して、ディスプレイ５８上に３Ｄアニメーションをレンダリングできる３Ｄ
グラフィックスエンジンを含む。カートリッジ５６内のソフトウェアはコンソー
ル５２を制御し、アニメーション化されたビデオフレームのシーケンスをディス
プレイ５８上に表示する。人のプレイヤはハンドコントローラ５４ａ、５４ｂを
操作し、ゲームカートリッジ５６内のソフトウェアの制御下で、ゲームキャラク
タにリアルタイムで対話的にモーフさせ得る。
【００１３】 図２は、図１のシステムを用いて、３つのモーフターミナル１０、１２、１４
の間で中間モーフオブジェクトをどのように動的に作り出せるかの例を示す。丸
の中のオブジェクト（obj1、obj2およびobj3）が中間モーフオブジェクトである
。この特定の図２の例では、モーフィングターミナル１０、１２および１４は、
それぞれ犬、人および乗物を含む。この例では、どのモーフィングターミナル１
０、１２、１４も、モーフィング経路１６に沿って他のどのモーフィングターミ
ナルにもモーフ可能である。たとえば、犬のモーフターミナル１０は、モーフィ
ング経路１６ａに沿って人のモーフターミナル１２に（またはその逆も同じ）モ
ーフできる。人のモーフターミナル１２は、モーフ経路１６ｂに沿って乗物のモ
ーフターミナル１４に（またはその逆も同じ）モーフできる。犬のモーフターミ
ナル１０は、モーフ経路１６ｃに沿って乗物のモーフターミナル１４に（または
その逆も同じ）モーフできる。
【００１４】 この例では、モーフ手順は、（必ずしもソースまたはターゲットでない）手順
の間のどの点でも止めることができ、その点での中間オブジェクトを、「中間的
な」形状および色を備える新たなゲームキャラクタとして用いることができる。
この新たなオブジェクト（たとえば、犬と人とのモーフハイブリッドであるオブ
ジェクト「Obj1」）をまた別のモーフ手順のためのソースとして用いて、そのオ
ブジェクトをさらなるモーフ「Obj2」にさらにモーフするなどできる。
【００１５】 より一般的には、モーフターミナル１０、１２、１４はバーチャルオブジェク
ト空間ＶＯＳを規定する。空間ＶＯＳの内側のどの点も、シミュレーション中の
どの他の予め構築されたオブジェクトとしてもレンダリング可能な中間オブジェ
クトを表わす。そのような能力は、その多機能性および予測不可能性によりゲー
ムプレイヤを驚かせる潜在性を有する。すなわち、興味深くかつ遊ぶのが楽しい
ビデオゲームのヒットタイトルを生む。
【００１６】 ［テクスチャモーフィング］ 当業者は、３Ｄオブジェクトのジオメトリデータをモーフするための多数の効
率的なアルゴリズムが既に存在していることを理解している。たとえば、チェン
他（Chen et al）の「対話型形状変形」（“Interactive Shape Metamorphosis
”）、1995 Symposium on Interactive 3D Graphics、pp.43-44（ACM SIGGRAPH
April 1995）を参照。しかしながら、ソースおよびターゲット３Ｄオブジェクト
間のモーフィングの際は、オブジェクトのジオメトリ（頂点および多角形）だけ
でなく、オブジェクトの色およびテクスチャも「ソース形状」から「ターゲット
形状」に変形しなければならない。以前は、テクスチャモーフィングは、計算集
約的なブルートフォースヒューリスティック色混合アプローチを用いて行なわれ
るのが典型的であった。
【００１７】 ［ヒューリスティックアプローチ］ たとえば、従来のＲＧＢＡ３２ビットテクスチャマップフォーマットを仮定し
かつ、現時のモーフソース、ターゲットおよび中間テクスチャがそれぞれsource
Texture［］、targetTexture［］およびmediateBuffer［］のアレイに記憶され
るとさらに仮定する。テクスチャ成分をブレンディング（補間）するためのブル
ートフォースヒューリスティック解決策は、一般的な浮動小数点補間関数を実行
してソースおよびターゲットテクスチャマップ間を補間するための、以下の擬似
コードにより説明することができる。
【００１８】
【数１】
【００１９】 式中、０．０＜＝ｔ＜＝１．０は、モーフパラメータ（モーフ経路１６に沿った
現時のモーフの位置）である。
【００２０】 当業者は、そのようなブルートフォースヒューリスティックアプローチは、実
現するのに単純明快であっても計算上非常に高価であり、したがって３Ｄ家庭用
ビデオゲームシステムなどの、リアルタイム対話型の、限られた資源の計算環境
にとっては実際は実現可能でないことを理解するであろう。
【００２１】 ［この発明が提供する新たなテクスチャモーフィングプロセス］ 図３は、この発明の現在好ましい例のプロセス１００が提供するプロセス全体
のフローチャートである。プロセス１００は２つの全体的な段階、すなわちオー
サリング段階１０２およびランタイム段階１０４、に分けられる。
【００２２】 オーサリング段階１０２の間に、プロセス１００は、モーフされるべきテクセ
ル色情報を別個のＲＧＢＡ成分アレイに分解するステップ１０６を実行する。こ
れら別個のアレイを、典型的な統一されたＲＧＢＡテクセルアレイができるより
も効率的に、ランタイムで扱うことが可能である。好ましい実施例では、別個の
ＲＧＢＡアレイがカートリッジ５６に記憶され、そこからそれらを効率よく読出
し、効率的な操作のためにシステム５２の読出／書込メモリにコピーすることが
できる。
【００２３】 （好ましい実施例では、ユーザが動作するコントロール５４が提供する対話型
入力にリアルタイムで応答して実行され得る）ランタイム段階１０４の間に、好
ましい実施例は、モーフされるべきテクセルに対して、初期およびインクリメン
タルモーフィングパラメータを規定する（ブロック１０８）。このモーフィング
パラメータ規定のステップは、モーフィングが始まらなけらばならないときのい
くらか前に、バックグラウンドタスクとしてソース／ターゲットの変化ごとに一
度実行され得る（ブロック１０８）。次に、ランタイムモーフィングステップの
間に（ブロック１１０）、好ましい実施例は、整数加算を用いてＲＧＢＡテクセ
ルアレイにインクリメンタルモーフィングパラメータを適用し、インターレース
された態様でインクリメンタル補間を与える。すなわち、モーフターゲットに達
するとき（達すれば）、テクセル値を正確なターゲット値に「スナップ」するこ
とによってアンダーランを回避する。
【００２４】 図３Ａは、図３のテクスチャモーフィングプロセスを実行するシステム５０を
制御する（たとえば読出専用メモリ中の）ソフトウェアコード５６ａを記憶する
、図１のカートリッジ５６または他の記憶媒体を示す。この例では、記憶装置５
６は、とりわけ以下のものを記憶する。すなわち、 ・従来のテクスチャマッピングソフトウェア命令５６−１、 ・テクセルモーフ事前計算のステップ１０８を実現するための命令、 ・テクセルモーフ計算のステップ１１０を実現するための命令、 ・図４に示されたような別個のテクスチャ成分アレイ、 ・コントローラ５４を介してユーザ入力に対話的に応答するようにシステム５０
を制御するための従来の命令および ・テクスチャをつけられた３Ｄオブジェクトを表示するようにシステム５０を制
御するための従来の命令、である。
【００２５】 ［オフライン色分解］ 図４は、例示的なオフライン色分解のステップ１０６を詳細に示す。ランタイ
ムでのテクセル分解および新たなテクセルアセンブリを排除するため、好ましい
実施例は、中間オブジェクトのための静的ディスプレイリスト（すなわちtextur
eBuffer［］）中の１つの３２ビットテクスチャマップブロックを確保しかつロ
ードする。１つの３２ビットアレイ１２０（テクスチャマップ用の従来の形）を
用いる代わりに、好ましい実施例は、テクスチャマップ１２０のＲＧＢＡテクセ
ル成分をオフラインで分解し、結果として生じる別個のテクセル成分アレイ（た
とえば、それぞれ赤、緑、青およびアルファテクセル成分の８ビットアレイ１２
２Ｒ、１２２Ｇ、１２２Ｂおよび１２２Ａ）を用いてテクセル成分を記憶する。
上述のヒューリスティックアプローチと比較すると、３２ビットテクセルマップ
から個別のＲＧＢＡ値を抽出するコードを排除することができ、以下のように「
for」ループの中に残された色補間用のコードのみが残る。
【００２６】
【数２】
【００２７】 しかしながら、好ましい実施例はこの形の補間を用いず、代わりに以下に述べ
られる、より速いインクリメンタル補間プロセスを用いる。
【００２８】 ［インクリメンタル補間］ 反復および重い浮動小数点数計算を減じるため、特定のテクセルに対し赤の成
分がどのように計算されるか（補間されるか）を考察する。
【００２９】 ｒ＝（１−ｔ）*ＳＲ＋ｔ*ＴＲ （式１） 式中、ｒは新たな赤の成分であり、ＳＲおよびＴＲはそれぞれソースおよびター
ゲットの赤の成分であり、ｔは、モーフィング手順に沿って０．０から１．０に
変化する実数である。フレームレート（ＦＲ）が定数（たとえば１秒あたり３０
フレーム）であり、モーフィングが完了しなければならない秒数（Ｓ）が与えら
れれば、Δｔで表わされるｔの変化率は、 Δｔ＝１／（ＦＲ*Ｓ） （式２） によって得られる。
【００３０】 言換えると、ｔの値は、過去のタイムスロットおよびその変化率中のその値に
基づいてインクリメンタルに予め計算することができる。すなわち、 ｔ′＝ｔ＋Δｔ （式３） である。
【００３１】 式３を式１に挿入し、ｒ′（ｒの隣のフレームの赤の成分の値）を計算すると
、 ｒ′＝（１−ｔ′）*ＳＲ＋ｔ′*ＴＲ （式４） ＝（１−ｔ−Δｔ）*ＳＲ＋（ｔ＋Δｔ）*ＴＲ ＝（１−ｔ）*ＳＲ＋ｔ*ＴＲ＋Δｔ*（ＴＲ−ＳＲ） ＝ｒ＋Δｒ であり、式２から、 Δｒ＝Δｒ*（ＴＲ−ＳＲ）＝（ＴＲ−ＳＲ）／（ＦＲ*Ｓ） は、（フレームレートが一定である限り）定数しか含まず、したがってモーフプ
ロセスが始まる前に前もって一度だけ、均一なインクリメントとして予め計算可
能である。式４は、ただ１つの加算（減算）演算しか含まないインクリメンタル
加算（すなわち何度も繰返して同じ均一な一定値を加算または減算すること）を
介してテクセル成分を補間することができると述べている。図５を参照。
【００３２】 式１から、 ｒ＝ＳＲ1t=0 を有することに留意されたい。
【００３３】 これは式４の初期条件を与える。 これを念頭に置くと、ソースおよびターゲットが与えられるとき、好ましい実
施例はモーフ手順を２つのフェーズに分ける。
【００３４】 モーフィング準備（図３、ブロック１０８）は、ソース／ターゲットの変化ご
とに一度だけ行なわれる。これは、モーフパラメータ（各テクセルごとの初期お
よびインクリメント値）が計算されるところである。そのような計算のための例
示的な擬似コードは以下のとおりである。
【００３５】
【数３】
【００３６】 モーフィングプロセス（図３、ブロック１１０）は各反復ごとに行なわれ、モ
ーフィングが進行する際に各テクセルごとに色成分の値を変化させる。好ましい
実施例では、このステップで用いられるのは加算演算のみである。例示的な擬似
コードは以下のとおりである。
【００３７】
【数４】
【００３８】 上述の例示的なモーフィング手順に伴う問題は、その整数加算の使用に関する
。精度を保つため、インクリメント値および新たな値（すなわちredDlt［］，ne
wRed［］など）は浮動小数点数でなければならない。しかしながら、３２ビット
ＲＧＢＡテクスチャフォーマットは、８ビット整数となるように成分（すなわち
texel［RED］，texel［GRN］，texel［BLU］およびtexel［ALP］）を規定する。
したがって、上記ループ本体中の最後の４つの代入文は、コストのかかるデータ
タイプの変換を含意する。したがって、各インクリメンタル補間ごとの浮動小数
点変換を排除するための整数演算の使用は、（特定のプラットホームに依存して
）モーフィング計算を大幅に速めることができるが、浮動小数点計算の使用と比
較して、精度の損失を生じることもある。なぜなら、中間モーフ値は、浮動小数
点補間技術を用いて得られるであろう実際値の整数近似にすぎないためである。
図５Ａを参照。この隠れたコストを排除するため、好ましい実施例は非均一な整
数補正ファクタを用いる。すなわち、それは、すべてではなくともいくつかのモ
ーフィングステップの間に、さらなる整数補正ファクタ（たとえば＋１または−
１）を加算し、フレームカウンタは、補正ファクタをいつ加算すべきかを選択す
る。
【００３９】 モーフパラメータを準備する際、好ましい実施例は、色のデルタ値の整数部分
と小数部分とを分離し（図５Ｂを参照）、小数（端数）部分が１まで加算してい
くのに必要なフレーム（すなわちredCnt［］）の数を計算する。たとえば、デル
タ値の小数部分が０．２ならば、そのフレームカウンタの値は５でなければなら
ない。例示的な擬似コードは以下のとおりである。
【００４０】
【数５】
【００４１】 テクセルをモーフする際、好ましい実施例は、各反復においてテクセル成分に
インクリメント値の整数部分を加算し、反復の数がＮの倍数であるときのみ値に
余分に１を加算し、ここではＮはそのフレームカウンタが指定するものである。
図５を参照。非均一な量の、そのようなさらなるインクリメントが近似エラーを
補正する。反復の中のすべての算術演算は８ビットの整数しか含まないことに留
意されたい。例示的な擬似コードは以下のとおりである。
【００４２】
【数６】
【００４３】 フレームカウンタの使用は計算速度の大幅な向上をもたらすが、潜在的な不正
確さも導く。インクリメント値の小数部分が常に正確に１．０に加算可能である
ことが保証されるわけではないため、手順は、フレームカウンタの値がどのよう
に計算されるかに依存して、ある状況では「オーバーラン」または「アンダーラ
ン」することがある。たとえば、モーフィング手順の終りに近づくと、中間モー
フオブジェクトのテクセル値はターゲットオブジェクトの値を超え、邪魔なアー
ティファクトを発生してしまうことがある。
【００４４】 このオーバーランの問題を克服するため、好ましい実施例はフレームカウンタ
の値を慎重に選択し、それによりそれらは決して「オーバーラン」の状況にはな
らない。１つの単純な例示では、フレームカウンタ値は切上げの代わりに切捨て
られ、インクリメンタル補間プロセスが、浮動小数点計算を用いればそれらがと
るであろう値を超えないテクセル値を確実に生じるようにする。
【００４５】 結果として生じる「アンダーラン」状況を解決するため、中間モーフオブジェ
クトのテクセル値は、最後のインクリメントで浮動小数点演算を用いることによ
り、ターゲットオブジェクトの値に「スナップ」される。すなわち、今や完全に
モーフされたテクセル値をターゲットオブジェクトのテクセル値と正確に等しく
させる。図５Ｄを参照。好ましい実施例が提供する結果は、このステップの後に
ヒューリスティックな解決策がもたらす結果への近似となる。
【００４６】 ［インターレースモーフィング］ モーフィングプロセスをさらに速めるため、好ましい実施例は、正の定数整数
となるようにインターレースを規定する。モーフパラメータを準備する際、好ま
しい実施例は、成分のインクリメント値の整数部分をこの定数で乗じる。テクス
チャをモーフする際、好ましい実施例は、インターレースが指定する規則的な間
隔でテクセルの値を更新する。たとえば、インターレース＝３ならば、好ましい
実施例は第１の反復でテクセル０，３，６．．．を変更し、第２の反復でテクセ
ル１，４，７．．．を変更し、その次で２，５，８．．．を行ない、以下同じで
ある。例示的な擬似コードは以下のとおりである。
【００４７】
【数７】
【００４８】 図６はこの例示的なインターレーシングをグラフィックに示し、テクセルの１
つのサブセット６００ａは３つの連続するフレーム時間の第１ごとにインクリメ
ンタルに補間され、テクセルの第２のサブセット６００ｂは３つの連続するフレ
ーム時間の第２ごとに更新され、テクセルの第３のサブセット６００ｃは３つの
連続するフレーム時間の第３ごとに更新される。図６のインターレーシングは３
フレームごとにすべてのテクセルをモーフするが、各フレームではテクセルの１
／３をモーフするだけでよい。したがって、計算上の負荷を大幅に減じる。３以
外のインターレースファクタ（たとえば２、４など）を用いることができる。
【００４９】 ［優先度の低いバックグラウンドスレッドの使用］ 上述の実際にモーフする手順は満足できるスピードで走り得るが、モーフパラ
メータ（すなわちインクリメント値およびフレームカウンタ）を準備する手順は
依然として計算上高価である。ある状況では、補間されるべきテクスチャタイル
中のテクセルの数に依存して、それは認め得るほどの遅延を導くことがある。こ
の視覚的な異常を回避するため、モーフパラメータ準備段階を、バックグラウン
ドで走る、より優先度の低いタスクとして起動することができる。好ましい実施
例では、モーフィング手順は、その完了の際にこのバックグラウンドタスクから
信号を受取った後でしか始まらない。これはフレームレートの中断を効果的に排
除する。
【００５０】 ［例示的なテクスチャモーフィングプロセス全体］ 図７は、この発明の好ましい実施例が実行する例示的なランタイムのステップ
のフローチャートである。好ましい実施例では、図７に示されるプロセス３００
は、カートリッジ５６内に記憶されたソフトウェア命令に基づいて行なわれる。
この例では、図７のモーフプロセス３００は、コントロール５４および／または
カートリッジ５６内に記憶された他のコードを介して入力されたユーザコマンド
に応答して始まる（ブロック３０６）。そのような事象により、メインスレッド
３０２が実行を開始する。次にメインスレッドはバックグラウンドスレッド３０
４を動的に起動し（ブロック３０８）、プロセスのリアルタイムモーフィングフ
ェーズに先立って、ある計算集約的なタスクを行なう。たとえば、（ソースおよ
びターゲットテクスチャマップだけでなく一定のフレームレートおよびモーフィ
ングの持続時間に関するパラメータを伝え得る）バックグラウンドスレッド３０
４は、モーフされるべきテクスチャマップ内の各テクセル成分ごとに、ある初期
およびインクリメンタルモーフパラメータ値を計算する（ブロック３１０）。こ
の例示的なプロセス３００では、各テクセルごとに、バックグラウンドスレッド
３０４はインクリメンタル整数およびフレームカウンタ値を計算し、インターレ
ースファクタでインクリメント値を乗じ、オーバーランが存在しないことを確認
するチェックを行なう（ブロック３１０）。
【００５１】 一方、メインスレッド３０２は他の計算業務を行ない（ブロック３１２）、モ
ーフパラメータを計算するバックグラウンドスレッド３０４が完了するまで待機
する（決定ブロック３１４）。一旦バックグラウンドスレッド３０４が準備完了
になりかつその計算タスクを完了すると（決定ブロック３１４への「yes」出口
）、メインスレッド３０２は、ブロック３１６−３２２を含むモーフプロセスル
ープを繰返し実行する。
【００５２】 （各イメージフレームで、すなわち１秒当り３０回行なわれ得る）このプロセ
スループの中で、メインスレッド３０２は、（インターレースファクタ上で調整
されたように）各成分ごとに均一なインクリメント値を加算することにより、テ
クスチャマップ内の各テクセル成分を補間し、あるフレームでは非均一な値（た
とえば＋または−１）を加算して、整数演算から生じる近似エラーを補ってもよ
い（ブロック３１８）。インターレースカウンタは、現時のフレームに対するイ
ンターレーシングファクタを追うようにインクリメントされ、インターレーシン
グファクタを用いて、所与のフレームの間にテクセルのどのサブセットを補間す
べきかを選択してもよい（ブロック３２２）。最後にモーフされたフレームが（
決定ブロック３２０がテストするように）ターゲットテクスチャに近づくまで、
この同じ計算を各フレームごとに繰返してもよい。最後のモーフされたフレーム
に到達すると（決定ブロック３２０への「yes」出口）、プロセス３００は、テ
クセル成分値を実際のターゲットテクスチャ値に「スナップ」し（ブロック３２
４）、したがってブロック３１８が行なう整数近似計算から生じる、認め得るほ
どのイメージアーティファクトを回避する。
【００５３】 この発明は、最も実際的かつ好ましい実施例と現在考えられているものと関連
して説明されたが、この発明は、開示された実施例に限定されるものではないこ
とを理解されたい。たとえば、この発明は３Ｄテクスチャモーフィングシステム
の文脈で説明されたが、それは２Ｄイメージモーフィング、ワーピングおよび／
またはブレンディングの文脈においても有用性を見出すことができる。この発明
は、添付の請求項の範囲内に含まれるさまざまな変更および同等の構成に及ぶこ
とが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 例示的な３Ｄグラフィックスシステム全体を示す図である。
【図２】 例示的なバーチャルオブジェクトモーフィング空間を示す図であ
る。
【図３】 この発明が提供する例示的なテクスチャモーフィングプロセス全
体のフローチャートの図である。
【図３Ａ】 図１のグラフィックスシステムを制御して、図３で示されたス
テップを実行する情報を記憶する例示的なグラフィックスシステム記憶装置を示
す図である。
【図４】 テクスチャマップの、別個の成分アレイへの例示的なオフライン
分解を示す図である。
【図５】 例示的なインクリメンタルモーフィングプロセスの図である。
【図５Ａ】 例示的なインクリメンタルモーフィングプロセスの図である。
【図５Ｂ】 例示的なインクリメンタルモーフィングプロセスの図である。
【図５Ｃ】 例示的なインクリメンタルモーフィングプロセスの図である。
【図５Ｄ】 例示的なインクリメンタルモーフィングプロセスの図である。
【図６】 例示的なインターレーシングの例を示す図である。
【図７】 インクリメンタルインターレースされたテクスチャモーフィング
を提供するために好ましい実施例が実行する例示的なステップのフローチャート
の図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ， ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，Ｊ Ｐ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，Ｒ Ｏ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ， ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 シャンパーニュ，ロバート アメリカ合衆国、98053 ワシントン州、 レッドモンド、エヌ・イー・エイス・スト リート、21707 (72)発明者 コメイアー，クロード カナダ、ブイ・６・エム ３・ビィ・９ ブリティッシュ・コロンビア、バンクーバ ー、グランビル・ストリート、5275 (72)発明者 ファム，スン・ティエン カナダ、ブイ・５・アール ６・イー・６ ブリティッシュ・コロンビア、バンクー バー、メルボルン・ストリート、ナンバ ー・1105−5183 (72)発明者 ガーリ，プラサンナ カナダ、ブイ・６・ジィ ２・ブイ・７ ブリティッシュ・コロンビア、バンクーバ ー、ダブリュ・ジョージア・ストリート、 1788、スウィート・101 (72)発明者 パン，ジュン アメリカ合衆国、98008 ワシントン州、 ベルビュ、エヌ・イー・トゥウェルフス、 16211 Ｆターム(参考） 5B050 AA08 BA08 BA09 EA24 EA28 FA02 FA05 5B080 FA02 FA03 FA17 GA22 【要約の続き】 スチャバッファデータ構造はまずオフラインで分解さ れ、テクセル成分データを操作するのに必要なリアルタ イムの計算の数を減じる。

Claims (34)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 テクスチャをモーフするためのプロセスであって、 テクセル成分に対応するインクリメンタルモーフパラメータを決定するステッ
    プと、 前記インクリメンタルモーフパラメータに応答して、前記テクセル成分を、少
    なくとも１つの中間モーフテクセル成分状態を介してターゲットテクセル成分状
    態に向けてインクリメンタルに補間するステップとを含む、プロセス。
  2. 【請求項２】 前記インクリメンタルに補間するステップは、前記インクリ
    メンタルモーフパラメータを前記テクセル成分に繰返し加算して、中間モーフテ
    クセル成分状態の対応するシーケンスを生じるステップを含む、請求項１に記載
    のプロセス。
  3. 【請求項３】 前記インクリメンタルに補間するステップは、整数演算計算
    を用いて、前記決定されたインクリメンタルモーフパラメータに基づいて前記複
    数のテクセル成分を繰返しインクリメントまたはデクリメントするステップを含
    む、請求項１に記載のプロセス。
  4. 【請求項４】 前記決定するステップは、モーフィング手順内の各々の連続
    する期間ごとの前記テクセル成分の変化の量として前記インクリメンタルモーフ
    パラメータを計算し、前記インクリメンタルに補間するステップは、前記インク
    リメンタルモーフパラメータの整数部分に応答して前記テクセル成分を変化させ
    る、請求項１に記載のプロセス。
  5. 【請求項５】 前記連続する期間はイメージフレーム時間を含む、請求項４
    に記載のプロセス。
  6. 【請求項６】 前記インクリメンタルに補間するステップは、前記モーフィ
    ング手順内に前記連続する期間のどれが起こったかに基づいて前記テクセル成分
    の前記変化を調整し、前記テクスチャをつけられた表面をモーフするのに必要な
    計算の数を減じる、請求項４に記載のプロセス。
  7. 【請求項７】 前記整数部分に選択的に１を加算するかまたは前記整数部分
    から選択的に１を減算して、整数算術演算の文脈で近似エラーを減じるステップ
    をさらに含む、請求項４に記載のプロセス。
  8. 【請求項８】 前記インクリメンタル補間のステップは、前記決定されたモ
    ーフパラメータの整数近似分だけ、前記テクセル成分をインクリメントまたはデ
    クリメントするステップと、少なくとも１つの浮動小数点演算を行なって前記テ
    クセル成分をターゲットテクセル成分値にセットすることにより近似エラーを補
    うステップとを含む、請求項１に記載のプロセス。
  9. 【請求項９】 前記インクリメンタル補間のステップは、インターレースフ
    ァクタに基づいて前記テクセル成分を選択的に補間する、請求項１に記載のプロ
    セス。
  10. 【請求項１０】 インターレースファクタに基づいて前記インクリメンタル
    補間のステップを調整するステップをさらに含む、請求項１に記載のプロセス。
  11. 【請求項１１】 前記テクセル成分に対応するフレームカウンタを計算する
    ステップと、前記フレームカウンタに応答して前記テクセル成分を選択的にイン
    クリメントまたはデクリメントするステップとをさらに含む、請求項１に記載の
    プロセス。
  12. 【請求項１２】 前記テクセル成分を別個のテクセル成分アレイに記憶する
    予備のステップをさらに含む、請求項１に記載のプロセス。
  13. 【請求項１３】 前記テクセル成分は、赤、緑または青色の値およびアルフ
    ァ値の１つを含む、請求項１２に記載のプロセス。
  14. 【請求項１４】 テクスチャをつけられた表面をモーフするためのシステム
    であって、 テクセル成分に対応するインクリメンタルモーフパラメータを決定する決定器
    と、 前記インクリメンタルモーフパラメータに応答して、前記テクセル成分を、少
    なくとも１つの中間モーフテクセル成分状態を介してターゲットテクセル成分状
    態に向けてインクリメンタルに補間するインクリメンタル補間器とを含む、シス
    テム。
  15. 【請求項１５】 前記インクリメンタル補間器は、前記インクリメンタルモ
    ーフパラメータをテクセル成分に繰返し加算して、中間モーフテクセル成分状態
    の対応するシーケンスを生じる、請求項１４に記載のシステム。
  16. 【請求項１６】 前記インクリメンタル補間器は、前記決定されたインクリ
    メンタルモーフパラメータに基づいて、前記複数のテクセル成分を繰返しインク
    リメントまたはデクリメントする反復整数演算計算を行なう算術計算器を含む、
    請求項１４に記載のシステム。
  17. 【請求項１７】 前記インクリメンタル補間器は、モーフィング手順内の各
    連続する期間ごとの前記テクセル成分の変化の量として前記インクリメンタルモ
    ーフパラメータを計算し、前記インクリメンタルモーフパラメータの整数部分に
    応答して前記テクセル成分を変化させる、請求項１４に記載のシステム。
  18. 【請求項１８】 前記連続する期間はイメージフレーム時間を含む、請求項
    １７に記載のシステム。
  19. 【請求項１９】 前記インクリメンタル補間器は、前記モーフィング手順内
    に前記連続する期間のどれが起こったかに基づいて前記テクセル成分の前記変化
    を調整し、前記テクスチャをつけられた表面をモーフするのに必要な計算の数を
    減じる、請求項１７に記載のシステム。
  20. 【請求項２０】 前記整数部分に対して選択的に１を加算するかまたは減算
    して、整数算術演算の文脈で近似エラーを減じる加算器をさらに含む、請求項１
    ７に記載のシステム。
  21. 【請求項２１】 前記インクリメンタル補間器は、前記決定されたモーフパ
    ラメータの整数近似分だけ前記テクセル成分をインクリメントまたはデクリメン
    トし、少なくとも１つの浮動小数点演算を行なって前記テクセル成分をターゲッ
    トテクセル成分値にセットすることによって近似エラーを補う、請求項１４に記
    載のシステム。
  22. 【請求項２２】 前記インクリメンタル補間器は、インターレースファクタ
    に基づいて前記テクセル成分を選択的に補間する、請求項１４に記載のシステム
    。
  23. 【請求項２３】 インターレースファクタに基づいて前記インクリメンタル
    補間のステップを調整する調整器をさらに含む、請求項１４に記載のシステム。
  24. 【請求項２４】 前記テクセル成分に対応するフレームカウンタをさらに含
    み、前記インクリメンタル補間器は、前記フレームカウンタに応答して前記テク
    セル成分を選択的にインクリメントまたはデクリメントする、請求項１４に記載
    のシステム。
  25. 【請求項２５】 前記テクセル成分アレイを記憶する別個のアレイをさらに
    含む、請求項１４に記載のシステム。
  26. 【請求項２６】 前記テクセル成分は、赤、緑または青色の値およびアルフ
    ァ値の１つを含む、請求項２５に記載のシステム。
  27. 【請求項２７】 ユーザが操作可能なコントロールを含むリアルタイム対話
    型３Ｄグラフィックスシステムを用いて表示される、３Ｄテクスチャをつけられ
    たオブジェクトをモーフするための効率的な３Ｄモーフィングプロセスであって
    、前記システムは、複数のテクセルを含むテクスチャマップに少なくとも部分的
    に基づいて、少なくとも１つの３Ｄオブジェクトを表示し、複数のテクセルの各
    々は複数のテクセル成分を含み、前記３Ｄモーフィングプロセスは、 （ａ） 前記テクスチャマップのテクセルのインクリメンタルモーフパラメー
    タ値を計算するステップと、 （ｂ） リアルタイムで、前記計算されたインクリメンタルモーフパラメータ
    値に基づいて前記複数のテクセル成分の値を経時的にインクリメンタルに変化さ
    せるステップとを含む、プロセス。
  28. 【請求項２８】 前記計算のステップ（ａ）は、Δｒ＝（ＴＣ−ＳＣ）／（
    ＦＲ*Ｔ）の値を計算するステップを含み、式中、ＳＣはソーステクセル成分値
    であり、ＳＣはターゲットテクセル成分値であり、ＦＲはフレームレートであり
    、Ｔはモーフィング持続時間である、請求項２７に記載のプロセス。
  29. 【請求項２９】 前記インクリメンタルに変化させるステップは、Δｒの整
    数部分に基づいて、第１の予め定められた頻度で均一な量だけ前記複数のテクセ
    ル成分値を繰返しインクリメントまたはデクリメントするステップと、前記第１
    の予め定められた頻度よりも少ないさらなる予め定められた頻度でさらなる整数
    値を加算または減算するステップとを含む、請求項２８に記載のプロセス。
  30. 【請求項３０】 前記第１および第２の予め定められた頻度は、各々がイメ
    ージフレームレートに基づく、請求項２９に記載のプロセス。
  31. 【請求項３１】 前記第２の予め定められた頻度は、予め定められた数のイ
    メージフレームをカウントするフレームカウンタに基づく、請求項２９に記載の
    プロセス。
  32. 【請求項３２】 ユーザが操作可能なコントロールを含むリアルタイム対話
    型３Ｄグラフィックスシステムを用いて表示される、３Ｄテクスチャをつけられ
    たオブジェクトをモーフするための効率的な３Ｄモーフィングプロセスであって
    、前記システムは、複数のテクセルを含むテクスチャマップに少なくとも部分的
    に基づいて少なくとも１つの３Ｄオブジェクトを表示し、複数のテクセルの各々
    は複数のテクセル成分を含み、前記３Ｄモーフィングプロセスは、 （ａ） 前記テクセル成分のインクリメンタルモーフパラメータ値を計算する
    ステップを含み、計算するステップは、計算されたインクリメンタル補間値を最
    も近い整数値に切捨てて整数の結果をもたらすステップと、前記計算されたイン
    クリメンタル補間値の非整数の残余部に基づいて周期カウンタ値を計算するステ
    ップとを含み、さらに （ｂ） 前記コントロールとのユーザの対話に少なくとも部分的に応答して、
    前記整数の結果に基づいて第１の周期頻度でテクセル成分値を変化させるステッ
    プと、 （ｃ） 前記周期カウンタに少なくとも部分的に応答して、前記第１の周期頻
    度よりも少ない第２の周期頻度で前記テクセル成分値をさらに変化させて、ステ
    ップ（ｂ）が導く近似エラーを補うステップとを含む、プロセス。
  33. 【請求項３３】 少なくとも１つのユーザが操作可能なコントロールを含む
    リアルタイム対話型グラフィックスシステムにおいて、各々が複数の成分を有す
    る複数のテクセルを含むソーステクスチャマップを、各々が複数の成分を有する
    複数のテクセルを含むターゲットテクスチャマップにモーフすることにより、リ
    アルタイムでアニメーションオブジェクトを生成するためのプロセスであって、 （ａ） 前記第１のテクスチャマップのテクセルのインクリメンタルモーフパ
    ラメータ値を計算するステップと、前記計算された均一なインクリメンタルモー
    フパラメータ値に基づいて前記第１のテクスチャマップの前記複数のテクセル成
    分の値を経時的にインクリメンタルに補間して、前記第２のテクスチャマップに
    向けて前記第１のテクスチャマップをモーフするステップと、 （ｂ） ステップ（ａ）が生成する中間テクスチャマップを用いてアニメーシ
    ョンオブジェクトをテクスチャマッピングするステップと、 （ｃ） 前記コントロールのユーザ操作に少なくとも部分的に応答して、前記
    テクスチャマッピングされたアニメーションオブジェクトの表示された向きおよ
    び位置の少なくとも１つをコントロールするステップとを含む、プロセス。
  34. 【請求項３４】 少なくとも１つのユーザが操作可能なコントロールを含む
    リアルタイム対話型グラフィックスシステムとともに用いるための記憶装置であ
    って、前記記憶装置は、各々が複数の成分を有する複数のテクセルを含むソース
    テクスチャマップを、各々が複数の成分を有する複数のテクセルを含むターゲッ
    トテクスチャマップにモーフすることにより、リアルタイムでアニメーションオ
    ブジェクトを生成するための、前記システムが用いる情報を記憶し、前記記憶装
    置は、 前記システムをコントロールして、前記第１のテクスチャマップのテクセルの
    インクリメンタルモーフパラメータ値を計算しかつ、前記計算されたインクリメ
    ンタルモーフパラメータ値に基づいて均一な整数の量だけ前記第１のテクスチャ
    マップの前記複数のテクセル成分の値を経時的にインクリメンタルに補間して、
    前記第１のテクスチャマップを、少なくとも１つの中間テクスチャマップを介し
    て前記第２のテクスチャマップに向けてモーフする情報を記憶する第１の記憶部
    分と、 前記システムをコントロールして、前記中間テクスチャマップを用いてアニメ
    ーションオブジェクトをテクスチャマッピングする情報を記憶する第２の記憶部
    分と、 前記コントロールのユーザ操作に少なくとも部分的に応答して、前記テクスチ
    ャマッピングされたアニメーションオブジェクトの表示された向きおよび位置の
    少なくとも１つをコントロールする情報を記憶する第３の記憶部分とを含む、記
    憶装置。
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