JP2021086623A - 画像生成システムおよび方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レイトレーシングプロセスを実行するための画像生成システムおよび方法を提供する。【解決手段】仮想環境の画像を生成するために使用するためのＢＶＨ（バウンディングボリューム階層）構造を識別するように動作可能なＢＶＨ識別ユニットと、入射光線の方向に応じてＢＶＨ構造の１つまたは複数の要素を破棄するように動作可能なＢＶＨ選択ユニットと、残りのＢＶＨ要素を使用してレイトレーシングプロセスを実行するように動作可能なレイトレーシングユニットと、を備える。ＢＶＨ識別ユニットにおいて、ＢＶＨ構造は、仮想環境内の１つまたは複数の表面に関する情報を含む。【選択図】図１１

Description

本開示は、画像生成システムおよび方法に関する。

本明細書で提供される「背景技術」の説明は、本開示の文脈を一般的に提示することを目的とする。この背景技術のセクションに記載されている範囲の本発明者らの成果物、ならびに出願時において先行技術には該当し得ない本説明の態様は、明示的または黙示的にも本発明の先行技術であると認めるものではない。

レイトレーシングは、高度な視覚的リアリズムを生成する能力で近年広く関心を集めているレンダリング技法である。レイトレーシングは、反射、影、および色収差など、画像内の多くの光学効果のシミュレーションでよく使用される。

レイトレーシングは、コンピュータベースの画像生成プロセス、例えば、映画の特殊効果やコンピュータゲームの画像の生成に役立ち得る。このような技法は比較的長い間議論され、使用されてきているが、リアルタイムアプリケーションで、またはあるコンテンツ内での少なくともより広範な使用で許容できる程度に低遅延でレイトレーシング技法を実装可能となるのに処理ハードウェアが十分に強力になったのはごく最近のことである。

このような技法は、シーン内の各ピクセルの光線をカメラからトレースすることにより、シーン内の物体の視覚的特性を判定することを事実上目的としている。当然のことながら、これはかなり計算量の多いプロセスであり、シーンを表示するには多数のピクセルが使用されることが予想されるため、単純なシーン（反射が少ないシーンなど）でも多数の計算が行われることになり得る。これを考慮して、スキャンラインレンダリングおよび他のレンダリング方法は、低画質ながらも、待ち時間が重要であると考えられるレンダリングに一般的に好まれてきた。

レイトレーシングベースの方法に関連付けられるレンダリング時間を改善しようとする１つの技法は、物体のグループを表すためにバウンディングボリュームを使用することである。バウンディングボリュームを使用することは、物体ごとではなく、物体のグループをまとめて光線により交差判定できるという点で有利である。このことは、交差判定の数が減り、かつ物体を表す簡略化された形状（ボックスや球など）を使用することによりそれぞれの計算が簡略化されることを意味する。原則的には有利であるが、適切なバウンディングボリューム構造を定義する上での課題は問題になり得る。

レイトレーシングは、生成されたビデオコンテンツの知覚されるリアリズムを高めることができる技法として、仮想現実（ＶＲ）アプリケーションにとって特に関心が寄せられている。そのようなアプリケーションでは、当然のことながら、ヘッドマウントディスプレイデバイス（ＨＭＤ）のユーザなどのコンテンツの視聴者が体験する没入感を改善するために、提供されるビジュアルのリアリズムを高めることが望ましい。しかしながら、ＶＲアプリケーションはレンダリング時間が長いことに特に影響を受けるため、レイトレーシング技法はＶＲアプリケーションでは広く使用されていない。

したがって、画像レンダリングプロセスの待ち時間を望ましくないレベルまで増加させることなく、現実的な画像を生成できるようにレイトレーシングアルゴリズムを実装することが望ましい。

本開示が対処するのは、上記の問題の文脈においてである。

本開示は、請求項１によって定義される。

本開示のさらなるそれぞれの態様および特徴は、添付の特許請求の範囲において定義される。本発明の上述の一般的な説明および以下の詳細な説明は両方とも本発明を例示するものであるが、限定するものではないことを理解されたい。

本開示およびそれに付随する利点の多くのより完全な理解は、以下の詳細な説明を添付の図面と併せて検討することによりよく理解されるようになるため、より容易に得られるはずである。

バウンディングボリューム階層の概略図である。 バウンディングボリュームの概略図である。 複数のバウンディングボリュームの概略図である。 ３次元空間における立方体の概略図である。 ２次元グループ化の概略図である。 入射光線による図５のグループ化の概略図である。 別の２次元グループ化の概略図である。 複数の関連のないＢＶＨが提供される例示的なＢＶＨ構造の概略図である。 単一のＢＶＨが提供される例示的なＢＶＨ構造の概略図である。 複数の関連するＢＶＨが提供される例示的なＢＶＨ構造の概略図である。 レイトレーシングプロセスを実行するためのシステムの概略図である。 レイトレーシングプロセスで使用するためのＢＶＨを生成するためのシステムの概略図である。 レイトレーシングプロセスを実行するための方法の概略図である。 レイトレーシングプロセスで使用するためのＢＶＨを生成するための方法の概略図である。

本開示は、バウンディングボリューム階層（ＢＶＨ）が、物体が移動する能力および環境に関する情報を生成するために使用されるシステムおよび方法に関する。これは、レイトレーシング（つまり、グラフィックスレンダリング）技法をより効率的に実行できるように物体を順序付けて表すために使用される従来のＢＶＨの使用法とは異なる。

図１は、ＢＶＨの簡単な例を概略的に示している。この例では、各ボックス（バウンディングボリューム）は、所与の詳細レベルにおける１つまたは複数の物体を表す。ボックスのそれぞれは、階層内のその上のボックスに含まれる。例えば、ボックス１１０は、環境内のすべての物体に関する情報を含み、ボックス１２０のそれぞれは、物体のサブセットを含む。これらのサブセットは、任意の適切な方式で判定され得るが、環境内で互いに近接している物体をまとめてグループ化して同じバウンディングボリュームで表す方法が好ましいと考えられることが多い。

各レベルの詳細レベルは、任意の適切な仕方で判定されてもよく、ＢＶＨは定義された最大詳細レベルを有することができる。例えば、ＢＶＨは、物体のグループを表すバウンディングボリュームで終了することができる。これにより、粗い表現になるが、サイズが小さくなり、非常にすばやくトラバースされ得る。あるいは、ＢＶＨは、物体の一部を表すバウンディングボリュームで終了することができる。これにより、物体のより細かい近似が提供されるが、当然のことながら、これにより、ＢＶＨが大きくなり、トラバースに時間がかかり得る。ＢＶＨは、いくつかの物体が他の物体よりも細かく／粗く表現されるように、両方の要素を含むように定義され得る。

ＢＶＨは様々な仕方で生成され得るが、それぞれに長所および短所がある。例えば、可能な最大の集合から始めてバウンディングボリュームを定義するトップダウン手法を採用することができる。つまり、入力（環境内の物体の集合、またはそれらの物体の表現など）は、２つ以上のサブセットに分割され、サブセットのそれぞれが再分割される。つまり、ボックス１１０から始まり、ボックス１２０に進むなどのようにバウンディングボリュームが生成される。これは高速な実装を表すが、ＢＶＨがかなり非効率になることが多く、これにより、全体的なサイズが大きくなったり、ナビゲーションのしやすさが低下したりし得る。

別の方法は、ボトムアップ手法の方法である。この手法では、バウンディングボリュームはＢＶＨの最小ボリュームから始めて定義される。図１の例では、これは、バウンディングボリューム１４０が最初に定義された後に、バウンディングボリューム１３０に上向きに進むことを意味する。ボトムダウン手法は、一般に、トップダウン手法よりも優れた（つまり、より効率的な）ＢＶＨを生成できるが、効果的に実装することはより困難になり得る。

これらの方法のそれぞれが、ＢＶＨが生成され得る前に、すべての物体に関する情報を利用可能にすることを必要とする。当然のことながら、これは多くのアプリケーションで受け入れられるが、他のアプリケーションでは、ＢＶＨをオンザフライで生成できることが好ましい場合がある。

考慮され得る第３の手法は、挿入方法の手法である。これらはオンザフライで実行でき、物体ごとにＢＶＨのバウンディングボリュームに物体を挿入することによって実行される。これは、挿入時に必要とされるのは、その物体に関する情報のみであることを意味する。挿入手法は、最適または適切な配置を特定するように物体の配置が判定される多様な関連方法を包含する。例えば、ＢＶＨへの影響を最小化するか、何らかの仕方で低減するように挿入が実行される状態で、ＢＶＨへの挿入の影響を（サイズまたはナビゲート可能性などの観点から）評価する関数が定義され得る。

当然のことながら、上で論じたものに限定されるのではなく、本開示の教示に適合する任意の他の適切な手法が検討されてもよい。

任意の適切な入力データが、ＢＶＨおよび関連するバウンディングボリュームを使用して表され得る。例えば、ビデオゲームは、そのような構造を生成するための適切な入力データのソースを提供することができ、この場合、入力情報は、それぞれの寸法および位置を定義する仮想物体に関するデータであり得る。同様に、実環境を記述する情報を情報ソースとして使用することができる。例えば、情報は実環境および環境内の物体の画像から生成され、この情報を使用して、その環境の画像をレンダリングするために使用され得るＢＶＨを生成できる。

図２および図３は、レイトレーシングアルゴリズムでのバウンディングボリュームの使用法を概略的に示している。

図２は、光線が追跡されるビューポート２００を概略的に示している。これは、例えば、視聴者に提示される仮想環境内のカメラビューであり得る。シーンは、バウンディングボリューム２２０によって囲まれた物体２１０を含む。かなり多数になり得る物体２１０を構成する多角形のそれぞれとの各光線の交差判定をするのではなく、バウンディングボリューム２２０に関してのみ交差判定される。当然のことながら、バウンディングボリューム２２０と交差しない光線は、物体２１０を形成する多角形と交差しない。ただし、当然のことながら、物体２１０を形成する多角形と交差しない光線は、バウンディングボリューム２２０と交差する場合がある。

例えば、１００の光線を交差判定する場合、この段階で必要とされるのは１００の判定だけである。なぜなら、各光線について判定対象の物体（バウンディングボリューム２２０）は１つであり、１００に物体２１０を構成する多角形の数を乗じた数ではないためである。

図３は、バウンディングボリューム２２０を拡大して示しており、より小さなバウンディングボリューム２３０および２３１が、物体２１０を表すために使用されている。バウンディングボリューム２３０および２３１は、物体２１０の視覚的外観のより細かい近似を得るために、バウンディングボリューム２２０と交差することが判明した光線のそれぞれについて交差判定され得る。

例えば、１０本の光線だけがバウンディングボリューム２２０と交差することが判明した場合、この段階では３０回の判定（つまり、各バウンディングボリュームでの各光線についての判定）が必要になる。これもまた、上で述べたように１００に物体２１０を構成する多角形の数を乗じた判定に比べて非常に少量である。したがって、交差判定される総数が、バウンディングボリュームが定義されておらず、ＢＶＨが使用されない場合に必要とされる量よりも少なくなるように、交差について考慮される光線の減少数は、考慮されるバウンディングボリュームの増加数を相殺するのに十分であることは明らかである。

実際の実装では、これらのボリュームは、多角形が代わりに使用され得る、バウンディングボリュームと物体を表す多角形（プリミティブ）とが同様の表示領域を占める時点など、物体２１０の表面がアプリケーションに適切なレベルの精度で表されるまで、さらに分割され得る。

これらの例では、バウンディングボリューム２２０は、バウンディングボリューム２３０、２３１よりもＢＶＨにおいて上位であると見なされ得る。例えば、バウンディングボリューム２２０は、図１の１２０などのボリュームに対応し得、より小さいバウンディングボリューム２３０、２３１は、図１の１３０などのボリュームに対応し得る。

これらの図から、レイトレーシング法で実行される計算の数は、バウンディングボリュームおよびＢＶＨを使用することで大幅に削減され得ることが明らかである。これは、評価される交点の数が大幅に削減され得るためである。

このようなプロセスの効率は、ＢＶＨをより適切に定義することによってさらに向上され得る。本議論では、これは、必ずしもＢＶＨ構造自体のプロパティではなく、より高速またはより効率的なトラバーサルを可能にするＢＶＨ構造を指す。本開示の実施形態では、ＢＶＨ構造は、トラバーサルを改善できるように方向依存性をサポートするように定義される。

図４は、３次元空間における立方体を概略的に示している。図に示すように、面のそれぞれはデカルト座標系のそれぞれの軸に（正または負の方向に）整列されている。つまり、立方体４００は、正のｘ方向に整列された第１の面４１０（および負のｘ方向に整列された立方体の反対側にある対応する面）と、正のｙ方向に整列された第２の面４２０（および負のｙ方向に整列された立方体の反対側にある対応する面）と、正のｚ方向に整列された第３の面４３０（および負のｚ方向に整列された立方体の反対側にある対応する面）とを有する。

これを考慮して、物体の表面の向きを面４１０、４２０、４３０のうちの１つ（またはそれらの反対側にある面）と比較することによって、表面の主方向または支配的な方向を識別することが可能であると考えられる。つまり、物体の表面のそれぞれを、どの面が最も類似した方向を有するかを判定することによって、立方体４００の面のうちの１つによって近似する（または他の方法で表す）ことができる。これは、例えば、面法線を比較することによって、または関連付けられているメタデータなどから方向を識別することによって判定され得る。

図５は、上記の説明に沿って、物体の表面を、近似に使用される対応するグループにマッピングする２次元の例を概略的に示している。この図は十二角形５００を示しており、十二角形５００の辺のそれぞれが４つのグループ５１０、５２０、５３０、５４０のうちの１つに割り当てられている。これらのグループのそれぞれは、図４に示すように、面のうちの１つに対応する。例えば、グループ５４０は面４１０に対応し、グループ５３０は面４２０に対応する。

図から明らかなように、形状５００の辺は、辺が向けられる方向に応じてこれらのグループに割り当てられる。例えば、グループ５３０の表面のそれぞれは、実質的に＋ｙ方向の向きを有することは明らかである。つまり、その面の法線ベクトルのｙ成分は、他の成分に対して最大の大きさを有する。

当然のことながら、同じプロセスが、３次元において適切であると見なされ得る。ここでは、わかりやすくするために２次元の場合を検討している。３次元の場合、同じ解析（つまり、表面の向きを判定するための解析）が、ｘ成分およびｙ成分と同様に、ｚ成分への検討に適用される。当然のことながら、任意の適切な座標系を使用できる。このプロセスの基礎を形成するためにデカルト座標を使用する必要はない。

このような表面の向きに基づく表面のグループ化を実装することにより、それらのグループを使用して、仮想環境内の表面の向きに応じてＢＶＨ構造を生成することが可能になる。これは、生成されたＢＶＨ構造が、レンダリングされる物体の表面の向きに対するレイトレーシングに使用される光線の方向に関する情報に基づいて選択的にトラバースされ得るという点で有利である。ＢＶＨをトラバースする処理コストは、ノード数の対数に比例する。したがって、方向性に基づいていくつかの小さいＢＶＨを提供することにより、各ＢＶＨをトラバースするコストが削減される。一般に、この削減は、複数のＢＶＨのトラバーサルに関連付けられる処理コストの増加を少なくとも相殺するのに十分である。

以下の説明は、各グループに対応する個々のＢＶＨに言及しているが、これは限定的なものと見なされるべきではない。ＢＶＨ構造に関連するさらなる説明を以下に示す。

例えば、図５の物体５００のレンダリングについて考える。図６は、物体５００を含む仮想環境内における異なる仮想カメラ位置に関連付けられ得る、一対の入射光線６００および６１０を示している。これらの光線が仮想カメラの一般的な方向を示し得る、または、レイトレーシングプロセスでどのＢＶＨが着目の対象であるかを判定するときに、複数の光線が考慮され得る。当然のことながら、判定は、画像レンダリングプロセス中にレイトレーシングプロセスが連続的に（または繰り返し）実行され得るという事実を認識して動的に実行され得る。つまり、判定は、ＢＶＨ構造のどの部分がその特定のレイトレーシングプロセスに使用されるかの判定であり得る。

光線６００は、グループ５４０に対して垂直方向に入射するため、グループ５４０に対応するＢＶＨは、レイトレーシングプロセスに不可欠であると見なされ得る。このグループの表面は、遮られるなどしていない場合、確実に見える。グループ５１０および５３０に対応するＢＶＨは、有用であると見なされ得る。これらのグループのそれぞれにおける表面のうちの少なくとも一部が光線６００から見えることは明らかである。しかしながら、相対的な向きに起因する影響が低減され得るため、より高速またはより廉価なレイトレーシングプロセスを提供するために、これらのグループのＢＶＨはいくつかの実施形態では省略され得る。

当然のことながら、このような例では、最後のグループ５２０は完全に隠される。光線と同じ方向（または少なくとも実質的に同じ方向）に面する表面は、その光線と直接相互作用しない。したがって、グループ５２０に対応するＢＶＨは、レイトレーシングプロセスに大きな影響を与えることなく完全に省略できると考えられる。したがって、これにより、そのレイトレーシングに関連付けられるトラバーサルプロセスが簡素化される。

光線６１０に目を向けると、光線６１０がその方向に対して負のｘ成分と正のｙ成分との両方を含むことは明らかである。これは、光線６１０がグループ５１０および５４０の両方の表面に入射することを意味し、それは、これらのグループのそれぞれが、入射光線６１０の符号と少なくとも１つの符号が異なる成分を有する法線ベクトルを有する表面を含む（すなわち、これらのグループの表面のそれぞれが、正のｘ成分と負のｙ成分との一方または両方を持つ法線を有する）ためである。これらのグループのすべての表面が光線６１０と交差し得るわけではないが、それらのうちの少なくとも一部が交差していれば十分である。

図６からさらに明らかなように、光線６１０は、グループ５２０または５３０のどの表面にも直接入射していない。したがって、これらのグループに対応するＢＶＨのそれぞれは省略でき、つまり、光線６１０に関連付けられたＢＶＨのトラバーサルは、グループ５１０および５４０に対応するＢＶＨをトラバースするだけで済む。

当然のことながら、これらは例示的な構成に過ぎず、ＢＶＨ構造の方向ベースのトラバーサルの一般的な原理を示すことを目的としている。多数の修正および変形が以下で議論され、本開示を読めば当業者には明らかになるはずである。

例えば、上記の説明は３つのデカルト座標軸に整列された立方体の表面の説明に限られているが、これは必須の特徴ではない。図７は、図５および図６の例の文脈において、グループの数が増加しているような修正を概略的に示している。

図７の例では、４つのグループ５１０、５２０、５３０、５４０ではなく、（１２の方向または表面の向きのうちの１つにそれぞれ対応する）１２のグループ７００が定義されている。当然のことながら、この数は純粋に例示的なものであり、本教示は、より多数のグループとより少数のグループとの両方を含み、必要に応じて任意の数のグループに拡張できる（また、上記のように、３次元に拡張できる）。

より多数のグループを使用する場合、各グループに対応するＢＶＨのサイズが削減されることが理解されよう。これにより、ＢＶＨのそれぞれのトラバーサル時間をさらに短縮でき、方向を考慮することに基づいて、より多数のＢＶＨを破棄すること（またはトラバーサルしないこと）ができるようになる。

例えば、光線６００が更新されたグループ化構成で図７の形状に入射する場合、５つのグループ７００のみが光線６００と交差していると見なすことができる（下部のグループ、および下部のグループの両側にある２つのグループ）。これは、図６の例よりも定義されたグループの大きさが小さく（４２％対７５％）、そのため、トラバースされるノードの総数が少なくなるため、処理コストの全体的な削減を表し得る。

上記は規則的な形状を使用して説明されたが、グループ化は、代わりに不規則な形状の表面の向きに基づいて実行されてもよい。例えば、環境内の表面の向きの相対的な比率を判定するために、仮想環境（または対応する仮想環境を生成するためにキャプチャされた実環境）の解析が実行され得る。環境内の表面をどのようにグループ化するかの判定は、この解析に応じてなされ得る。例えば、多くの物体を特定の方向から（例えば、壁に取り付けられているために）見ることができない環境では、より不規則なグループ化を検討できる。例えば、図５のグループ５２０を（壁に取り付けられた物体の背面と一致するように）グループ５１０、５３０、および５４０が対応するグループ７００に置き換えられた状態で定義できる。

表面のグループ化が実行されたならば、このグループ化に応じてＢＶＨが生成されるべきである。当然のことながら、ＢＶＨ構造は異なってもよい。これは、特定のアプリケーション、特定の環境もしくは物体構成、または個人的な好みなどに応じ得る。以下の説明は、図４に関連して説明したように、立方体の面に基づくＢＶＨのグループ化の文脈で検討され得るいくつかの可能なＢＶＨ構造の例を提供する。

図８は、複数の関連のないＢＶＨ８００が提供される例示的なＢＶＨ構造を概略的に示している。この場合、６つのＢＶＨ８００が提供され、１つのＢＶＨ８００は図４の立方体の各面に対応する。ＢＶＨ構造を利用する場合、使用されるＢＶＨ８００は、ＢＶＨおよび１つまたは複数の入射光線に関連付けられる方向情報に基づいて、独立して選択され得る。

図９は、単一のＢＶＨ９００が、特定の表面の向きに対応するＢＶＨの分岐をそれぞれ表すいくつかの上位ノード９１０を備える例示的なＢＶＨ構造を概略的に示している。例えば、ＢＶＨノード９１０のそれぞれは、図４の立方体の面によって近似された表面の向きにそれぞれ対応し得る。そのような構造では、ノード９１０は、向きの情報に基づいて選択的にトラバースされ得る。

図１０は、複数のＢＶＨ１０００が提供され、ノード１０１０のサブセットにそれぞれ関連付けられる例示的なＢＶＨ構造を概略的に示している。この例では、図の明瞭さを保つために、ＢＶＨ１０００のうちの２つについての関連付けが示されている。具体的には、ＢＶＨ１０００は、５つのノード１０１０の異なる集合にそれぞれ関連付けられ、そのため、各ＢＶＨ１０００は、特定の方向に関連するＢＶＨデータを省略する。当然のことながら、ＢＶＨ１０００は、効果的なＢＶＨ構造を提供するために、任意の適切な数のノード１０１０に関連付けられるように定義され得る。例えば、ＢＶＨ１０００のそれぞれは、代わりに（５つではなく）ノード１０１０の対に関連付けられ得、複数のＢＶＨ１０００が、１つだけではなく選択され得る。

このような構成は、図９のように単一のＢＶＨを使用する場合のようにノードを無視する必要があるトラバーサルを必要とせずに、複数のＢＶＨを格納する場合に比べてデータストレージ要件が軽減されるという点で有利であり得る。

どのＢＶＨが使用されるかの判定は、任意の適切な方式で判定され得る。上記のように、最初の例は、面法線が１つまたは複数の座標方向でベクトル方向を共有するか否かを検討する例である。別の例は、１つまたは複数の入射光線のベクトル成分のそれぞれ（デカルト座標が使用される実施形態では、ｘ、ｙ、およびｚ座標）の符号を考慮し、それらのベクトルを次式に入力する判定の例である。
ＢＶＨ＿ｉｎｄｅｘ＝ｓｉｇｎ（ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ．ｘ）＋２＊ｓｉｇｎ（ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ．ｙ）＋４＊ｓｉｇｎ（ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ．ｚ）

ｓｉｇｎ（）の値を、ベクトルが所与の方向に正の成分を有するものとする場合に１とし、負の方向を有する場合に０とすることにより、この式は、入射光線の方向に応じて８つの一意のＢＶＨインデックスを定義する。ＢＶＨまたはＢＶＨ構造の何らかの構成（使用するノードの選択など）をこれらのＢＶＨインデックスのそれぞれに関連付けることにより、方向情報に基づいてレイトレーシングを実行するために使用するＢＶＨ情報の適切な集合を選択できる。当然のことながら、変数を更新して様々なインデックスの数を判定できる状態で、必要なインデックスの数に関係なく同様の式を使用できる。

代替的または追加的に、さらなる計算を使用して、上で計算されたＢＶＨインデックスによって識別される特定のグループ内のＢＶＨグループを識別することができる。例えば、各ベクトル成分の値が特定の閾値以上であるか否か、およびこれがレイトレーシングに必要とされ得るＢＶＨを変化させるか否かが判定され得る。例えば、図６の光線６００および６１０を使用して、光線６００は、（ゼロであるため）正のｙ成分を有すると見なされ得る、または極めて小さいｙ成分を有する同様の光線が定義され得る。これにより、上記の式を使用して同じＢＶＨインデックスが識別されるが、光線６００はグループ５３０の表面と交差する可能性が依然として高い。したがって、各インデックス内でそのような異なるケースを識別することが有利であり得る。

図１１は、レイトレーシングプロセスを実行するためのシステムを概略的に示している。本システムは、ＢＶＨ識別ユニット１１００と、ＢＶＨ選択ユニット１１１０と、レイトレーシングユニット１１２０とを備える。このようなシステムは、例えば、グラフィックス処理ユニット、またはコンピュータまたはゲームコンソールなどの任意の適切な処理デバイスに組み込まれ得る。

ＢＶＨ識別ユニット１１００は、仮想環境の画像を生成するために使用するためのＢＶＨ構造を識別するように動作可能であり、ＢＶＨ構造が仮想環境内の１つまたは複数の表面に関する情報を含む。これは、ハードドライブの読み取りまたはネットワークを介した伝送の受信などによるＢＶＨ構造の受信、およびＢＶＨの構造の判定を含み得る。例えば、これは、使用されるグループ化（グループの数、およびそれらのグループの方向依存性など）、ならびにＢＶＨ構造がどのように構成されるかを識別すること（図８〜図１０に関連して説明される構成または任意の他の適切な構成の中から選択することなど）を含み得る。

仮想環境内の１つまたは複数の表面に関する情報への言及は、表面の特定の向きなどに関する情報に加えて、表面の形状、位置、および／またはサイズに関する情報を意味すると解釈され得る。色情報、反射率情報、または物体識別子など、表面の他の特徴もまた、必要に応じて情報に示され得る。

上記のように、ＢＶＨ構造は、任意の適切な形態をとることができる。

いくつかの実施形態では、ＢＶＨ構造が、それぞれの向きまたは向きの範囲の表面にそれぞれ対応する複数のＢＶＨを含み、ＢＶＨ選択ユニットが、１つまたは複数のＢＶＨを破棄するように動作可能である。このような構造は、例えば図８に示されている。

いくつかの実施形態では、ＢＶＨ構造が、それぞれの向きまたは向きの範囲の表面にそれぞれ対応する複数のノードを有する単一のＢＶＨを含み、ＢＶＨ選択ユニットが、ＢＶＨの１つまたは複数のノードを破棄するように動作可能である。このような構造は、例えば図９に示されている。

いくつかの実施形態では、ＢＶＨ構造が、それぞれの向きまたは向きの範囲の表面にそれぞれ対応する複数のＢＶＨを含み、複数のＢＶＨのうちの２つ以上が１つまたは複数のノードを共有し、ＢＶＨ選択ユニットが、１つまたは複数のＢＶＨを破棄するように動作可能である。このような構造は、例えば図１０に示されている。

上記のように、ＢＶＨ構造は、表面に関する任意の適切な情報を含み得る。いくつかの実施形態では、ＢＶＨ構造は、表面の向きに応じて表面のグループ化を識別する情報を含む。これは、グループの識別情報（およびグループに関連付けられた向きなどの関連パラメータ）およびこれらのグループへの表面の割り当ての両方を含み得る。場合によっては、グループのそれぞれが、３次元形状の面に対応し（当然のことながら、２次元の実装形態など、他の形状も考慮され得る）、各表面が、表面の法線を最も良く近似する面法線を有する面に対応するグループに割り当てられる。図４に関連して論じたように、いくつかの実施形態では、３次元形状が立方体であることが適切であると考えられ得るが、他の場合には、他の形状がより適切であり得る。

ＢＶＨ選択ユニット１１１０は、入射光線の方向に応じてＢＶＨ構造の１つまたは複数の要素を破棄するように動作可能である。つまり、ＢＶＨ選択ユニット１１１０が、入射光線の方向に応じてレイトレーシングに使用されるＢＶＨ要素のグループを判定するように動作可能である。

換言すれば、ＢＶＨ選択ユニット１１１０は、ＢＶＨ構造のどの部分がレイトレーシングプロセス（またはその時点で実行されているプロセスの少なくとも一部、例えば、単一の画像フレームなどのレンダリングに関連付けられたプロセスなど）に使用されるかを判定するように動作可能である。要素は、必要に応じてＢＶＨ構造と呼ばれるＢＶＨのグループを形成する個々のＢＶＨ、および／またはＢＶＨのノードを指すことができる。

選択プロセスは、任意の適切な方式で実行され得る。いくつかの実施形態では、ＢＶＨ選択ユニット１１１０は、入射光線と少なくとも第１のベクトル成分符号を共有する向きの表面に対応する１つまたは複数のＢＶＨ要素を破棄するように動作可能である。

いくつかの実施形態では、破棄プロセスは、レイトレーシングプロセスの実行に必要ではないＢＶＨ構造のすべての要素の破棄をもたらし得る。例えば、利用されるものを除くＢＶＨのすべてのノードが破棄され得る、または特定の向きの表面のノードを含まないすべてのＢＶＨが破棄され得る。換言すれば、ＢＶＨ構造の要素の破棄は、任意の適切な程度に考慮されるノードの数を減らすために実行され得る。

例えば、図８の例では、これにより、ＢＶＨ８００のうちの１つまたは複数が破棄され得る。図９およびＢＶＨノード９１０に関連して論じた実施形態に関して、同様の破棄を実行し得る。図１０の実施形態では、任意の数（５などであるが、他の任意の数が適切な場合もある）のＢＶＨ構造１０００（および対応する使用されないＢＶＨノード１０１０）を破棄することができる。

レイトレーシングユニット１１２０は、残りのＢＶＨ要素を使用してレイトレーシングプロセスを実行するように動作可能である。上記のように、レイトレーシングプロセスは、コンピュータゲームまたはビデオなどの一般的な画像レンダリングプロセスの一部を形成し得る。

図１１の構成は、レイトレーシングプロセスを（例えば、画像レンダリング機能の一部として）実行するように動作可能であり、特に、
仮想環境の画像を生成するために使用するためのＢＶＨ構造を識別し、ＢＶＨ構造が前記仮想環境内の１つまたは複数の表面に関する情報を含み、
入射光線の方向に応じてＢＶＨ構造の１つまたは複数の要素を破棄し、
残りのＢＶＨ要素を使用してレイトレーシングプロセスを実行する
ように動作可能であるプロセッサ（例えば、ゲームコンソールまたは任意の他のコンピューティングデバイスに配置されたＧＰＵおよび／またはＣＰＵ）の例である。

図１２は、レイトレーシングプロセスで使用するためのＢＶＨを生成するためのシステムを概略的に示している。本システムは、表面識別ユニット１２００と、表面グループ化ユニット１２１０と、ＢＶＨ構造生成ユニット１２２０とを備える。本システムは、例えば、仮想環境を設計するために、または入力された実世界の環境情報から仮想環境を生成するために使用されるコンピュータなどのコンテンツ作成システムに実装され得る。

表面識別ユニット１２００は、仮想環境内の１つまたは複数の表面を識別するように動作可能である。この識別は、環境内の表面に関する任意の適切な情報、例えば、向き、サイズ、形状、色、反射率、または表面が属する物体の識別情報の判定を含み得る。ここでは仮想環境について言及しているが、仮想環境の生成プロセスの一部として、同じ技法を実環境の画像またはビデオに適用することができると想定されている。

表面グループ化ユニット１２１０は、識別された表面の向きに応じて表面の１つまたは複数のグループを生成するように動作可能である。グループ化プロセスは、上記の例のいずれか、または実際に任意の適切なプロセスに沿って実施され得る。例えば、グループ化プロセスは、各グループの代表的な向きを識別することと（単位立方体の各面の面法線方向を判定するなど）、次に、識別された各表面を、最も類似した（または適切に類似した）面法線を有する１つまたは複数のグループに割り当てることとを含み得る。

この説明から明らかなように、必要に応じて、表面が複数のグループに割り当てられ得る。例えば、２つのグループが等しく（または実質的に等しく）適切である場合（例えば、各グループの面法線が、割り当てられている表面の面法線の差分閾値内にある場合）、表面は両方のグループに配置され得る。当然のことながら、これは繰り返しに起因してＢＶＨ構造のサイズを大きくするが、適切な仕方で実装すると、より効率的なＢＶＨ構造トラバーサルを得ることができる。例えば、グループを効果的に重ね合わせることができれば、少なくとも一部のユースケースでは、少数のＢＶＨまたはＢＶＨノードを利用できる可能性がある。

ＢＶＨ構造生成ユニット１２２０は、生成されたグループに応じてＢＶＨを生成するように動作可能であり、ＢＶＨ構造は、１つまたは複数の要素および１つまたは複数の表面に関する情報を含む。

図１２の構成は、レイトレーシングプロセスで使用するためのＢＶＨを生成するように動作可能であり、特に、
仮想環境内の１つまたは複数の表面を識別し、
識別された表面の向きに応じて表面の１つまたは複数のグループを生成し、
生成されたグループに応じてＢＶＨを生成し、ＢＶＨ構造が、１つまたは複数の要素と１つまたは複数の表面に関する情報とを含む、
ように動作可能であるプロセッサ（例えば、ゲームコンソールまたは任意の他のコンピューティングデバイスに配置されたＧＰＵおよび／またはＣＰＵ）の例である。

図１３は、レイトレーシングプロセスを実行するための方法を概略的に示しており、これは、例えば、図１１の構成を使用して実施することができる。本方法は、いくつかの実施形態では、画像レンダリングプロセスの一部を形成することができる。

ステップ１３００は、仮想環境の画像を生成するために使用するためのバウンディングボリューム階層ＢＶＨ構造を識別することであって、ＢＶＨ構造が仮想環境内の１つまたは複数の表面に関する情報を含む、ことを含む。

ステップ１３１０は、入射光線の方向に応じてＢＶＨ構造の１つまたは複数の要素を破棄することを含む。

ステップ１３２０は、残りのＢＶＨ要素を使用してレイトレーシングプロセスを実行することを含む。

図１４は、レイトレーシングプロセスで使用するためのＢＶＨを生成するための方法を概略的に示している。図１４の方法は、例えば、図１１の構成を使用して実施することができる。

ステップ１４００は、仮想環境内の１つまたは複数の表面を識別することを含む。

ステップ１４１０は、識別された表面の向きに応じて表面の１つまたは複数のグループを生成することを含む。

ステップ１４２０は、生成されたグループに応じてＢＶＨを生成することであって、ＢＶＨ構造は、１つまたは複数の要素および１つまたは複数の表面に関する情報を含む、ことを含む。

上記のように、本開示の実施形態は、生成されたＢＶＨ構造のトラバースが低減されたコストを有し得るという点で、より効率的なＢＶＨ構造が生成されることを可能にし得る。トラバーサルプロセスのコストのそのような削減は、レイトレーシングプロセス時間の削減、または関連する処理コストの実質的な増加なしに高品質の画像の生成を可能にすることにより、より応答性の高い画像レンダリング時間につながり得る。

上記の技法は、ハードウェア、ソフトウェア、またはこれら２つの組み合わせで実装され得る。ソフトウェア制御データ処理装置を使用して実施形態の１つまたは複数の特徴を実装する場合、そのようなソフトウェア、およびそのようなソフトウェアが提供される非一時的機械可読記憶媒体などの記憶媒体または伝送媒体はまた、本開示の実施形態と見なされることが理解されよう。

したがって、上述の議論は、本発明の例示的な実施形態を開示および説明しているに過ぎない。当業者には理解されるように、本発明は、本発明の趣旨または本質的な特徴から逸脱することなく、他の特定の形態で具体化され得る。したがって、本発明の開示は、本発明の範囲、ならびに他の特許請求の範囲を例示することを意図しているが、限定するものではない。本明細書の教示の容易に識別可能な変形を含む本開示は、発明の主題の知的財産権が失われることのないように、上述の特許請求の範囲の用語の範囲を部分的に定義する。

Claims (13)

1. レイトレーシングプロセスを実行するためのシステムであって、
   仮想環境の画像を生成するために使用するためのバウンディングボリューム階層（ＢＶＨ）構造を識別するように動作可能なＢＶＨ識別ユニットであって、前記ＢＶＨ構造が前記仮想環境内の１つまたは複数の表面に関する情報を含む、ＢＶＨ識別ユニットと、
   入射光線の方向に応じて前記ＢＶＨ構造の１つまたは複数の要素を破棄するように動作可能なＢＶＨ選択ユニットと、
   残りのＢＶＨ要素を使用してレイトレーシングプロセスを実行するように動作可能なレイトレーシングユニットと
   を備える、システム。
2. 前記ＢＶＨ構造が、それぞれの向きまたは向きの範囲の表面にそれぞれ対応する複数のノードを有する単一のＢＶＨを含み、
   前記ＢＶＨ選択ユニットが、前記ＢＶＨの１つまたは複数のノードを破棄するように動作可能である、請求項１に記載のシステム。
3. 前記ＢＶＨ構造が、それぞれの向きまたは向きの範囲の表面にそれぞれ対応する複数のＢＶＨを含み、
   前記ＢＶＨ選択ユニットが、１つまたは複数のＢＶＨを破棄するように動作可能である、請求項１に記載のシステム。
4. 前記複数のＢＶＨのうちの２つ以上が１つまたは複数のノードを共有する、請求項３に記載のシステム。
5. 前記ＢＶＨ選択ユニットが、前記入射光線の前記方向に応じてレイトレーシングに使用されるＢＶＨ要素のグループを判定するように動作可能である、請求項１に記載のシステム。
6. 前記ＢＶＨ選択ユニットが、前記入射光線と少なくとも第１のベクトル成分符号を共有する向きの表面に対応する１つまたは複数のＢＶＨ要素を破棄するように動作可能である、請求項１に記載のシステム。
7. 前記ＢＶＨ構造が、前記表面の向きに応じて前記表面のグループ化を識別する情報を含む、請求項１に記載のシステム。
8. 前記グループのそれぞれが、３次元形状の面に対応し、
   各表面が、前記表面の面法線を最も良く近似する面法線を有する面に対応するグループに割り当てられる、請求項７に記載のシステム。
9. 前記３次元形状が立方体である、請求項８に記載のシステム。
10. レイトレーシングプロセスで使用するためのバウンディングボリューム階層（ＢＶＨ）構造を生成するためのシステムであって、
    仮想環境内の１つまたは複数の表面を識別するように動作可能な表面識別ユニットと、
    識別された表面の向きに応じて表面の１つまたは複数のグループを生成するように動作可能な表面グループ化ユニットと、
    前記生成されたグループに応じてＢＶＨを生成するように動作可能なＢＶＨ構造生成ユニットであって、
    前記ＢＶＨ構造が、１つまたは複数の要素と前記１つまたは複数の表面に関する情報とを含む、ＢＶＨ構造生成ユニットと
    を備える、システム。
11. 画像を生成するための方法であって、
    仮想環境の画像を生成するために使用するためのバウンディングボリューム階層ＢＶＨ構造を識別することであって、前記ＢＶＨ構造が前記仮想環境内の１つまたは複数の表面に関する情報を含む、ことと、
    入射光線の方向に応じて前記ＢＶＨ構造の１つまたは複数の要素を破棄することと、
    残りのＢＶＨ要素を使用してレイトレーシングプロセスを実行することと
    を含む、方法。
12. レイトレーシングプロセスで使用するためのＢＶＨ構造を生成するための方法であって、
    仮想環境内の１つまたは複数の表面を識別することと、
    識別された表面の向きに応じて表面の１つまたは複数のグループを生成することと、
    前記生成されたグループに応じてバウンディングボリューム階層ＢＶＨを生成することであって、
    前記ＢＶＨ構造が、１つまたは複数の要素と前記１つまたは複数の表面に関する情報とを含む、ことと
    を含む、方法。
13. レイトレーシングプロセスで使用するためのＢＶＨ構造を生成するための方法をコンピュータに実行させるコンピュータソフトウェアを格納する非一時的機械可読記憶媒体であって、
    前記コンピュータによって実行されると、
    仮想環境内の１つまたは複数の表面を識別することと、
    識別された表面の向きに応じて表面の１つまたは複数のグループを生成することと、
    前記生成されたグループに応じてバウンディングボリューム階層ＢＶＨを生成することであって、
    前記ＢＶＨ構造が、１つまたは複数の要素と前記１つまたは複数の表面に関する情報とを含む、ことと
    を含む、非一時的機械可読記憶媒体。

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