JP4129444B2 - ２次元グラフィックス・ウィンドウが３次元グラフィックス・ウィンドウと共に利用されるときに高解像度ディスプレイ上で使用可能なイメージを提供する方法およびシステム - Google Patents

Description

本発明は、一般に、表示技術に関し、より詳細には、高解像度ディスプレイで３次元グラフィックス・ウィンドウが２次元グラフィックス・ウィンドウと共に利用されるときに使用可能なイメージを提供することに関する。

表示解像度および表示密度の向上に基づき、描画オブジェクトの詳細を３次元グラフィックス・ウィンドウで表現することが可能である。したがって、典型的な表示解像度は１００画素／インチ（２５４画素／ｃｍ）であるが、高解像度ディスプレイは２００画素／インチ（５０８画素／ｃｍ）もの解像度を有する。その際、イメージに細かな詳細を提供することが可能である。例えば、高解像度ディスプレイに光反射の詳細を示すことができ、それによってグロー・シェーディングによって生じる錯覚を回避することができる。他方、高解像度ディスプレイを使用すると、２次元グラフィックス・ウィンドウでのアイコンが適切に拡大縮小されないときに使用性の問題を生じる。この問題をより詳細に例示するために、次に図１を参照されたい。図１には、ディスプレイ上に自動車の青写真１２をツールバー１４と共に示すＣＡＤアプリケーション１０が示されている。

この例では、ユーザは、この高解像度ディスプレイを使用して３次元グラフィックス・ウィンドウで自動車の青写真１２の詳細にアクセスすることができる。他方、ツールバー１４中のアイコンおよびテキストは表示が小さすぎてうまく操作できない。これは、このソフトウェア・アプリケーションが、３次元グラフィックス・ウィンドウ内では自由にズームしパンすることができるように設計されているが、その同じソフトウェアが、２次元グラフィックス・ウィンドウでは、メニュー・フォントのテキストの高さを画素数で指定するからである。その際、このソフトウェアは、フォントの物理サイズをうまく操作できないほど小さくする。

この問題を解決するためには、画素数ではなくｍｍなど物理的寸法でオブジェクトのサイズを指定するようにこのソフトウェアを設計する必要がある。今日広範に使用されているMicrosoft Windows（登録商標）やＯｐｅｎＧＬは、物理的寸法を指定しない。したがって、すべてのＧＵＩ関連オブジェクトを指定するようにこのソフトウェアの設計を変更する必要があることになるが、それは実際的な解決法でも費用効果的な解決法でもない。

したがって、必要とされているのは、標準のソフトウェア・アプリケーションの設計を変更せずに、高解像度ディスプレイにその最高の解像度で３次元グラフィックス・ウィンドウを提供させると同時に、同じディスプレイ上の２次元グラフィックス・ウィンドウ上のアイコンまたはフォントもうまく操作できるようにするシステムおよび方法である。本発明はそうした必要に対処するものである。

高解像度ディスプレイと共に使用するためのグラフィックス・パイプラインが開示される。このグラフィックス・パイプラインはフレーム・バッファ構成を含む。このフレーム・バッファ構成は第１のモード領域および第２のモード領域を含む。グラフィックス・パイプラインはさらに、フレーム・バッファ構成からデータを得るためのディスプレイ・パイプラインも含む。このディスプレイ・パイプラインは制御機構を含む。この制御機構は第１のモード領域からの画素をディスプレイにそのまま提供する。最後に、この制御機構は、第２のモード領域からの画素を伸張し、伸張された画素をディスプレイに提供する。

したがって、本発明によるシステムおよび方法は、３次元グラフィックス・ウィンドウにピッチの細かい図画を表示させると同時に２次元グラフィックス・ウィンドウに使用可能な形でイメージを表示することもできることによって、高解像度ディスプレイのＧＵＩ問題（小さいアイコンおよび小さいメニュー・テキスト）を解決する。本発明によるシステムおよび方法は、描画オブジェクトのタイプ（線または面）、描画順序、交差に左右されない。

本発明は、一般に、表示技術に関し、より詳細には、高解像度ディスプレイで３次元グラフィックス・ウィンドウが２次元グラフィックス・ウィンドウと共に利用されるときに使用可能なイメージを提供することに関するものである。以下の説明は、当分野の技術者が本発明を作成、使用できるようにするためのものであり、それを特許出願およびその要件との関連で行う。本明細書で述べる好ましい実施形態、一般的な原理および特徴に対する様々な改変は、当分野の技術者には容易に明らかになるであろう。したがって本発明は、図示の実施形態に限られるものではなく、本明細書で述べる原理および特徴と一致する最大限の範囲が許容されるべきものである。

本発明によるシステムおよび方法は、アプリケーション・ソフトウェアが、３次元グラフィックス・ウィンドウでＯｐｅｎＧＬ ＡＰＩなどの１つのアプリケーション・プログラミング・インターフェイス（ＡＰＩ）を使用すると同時に、２次元グラフィックス・ウィンドウでは、Microsoft Windows（登録商標）ＡＰＩなどの異なるＡＰＩを使用してメニューやアイコンなどのグラフィックス・ユーザ・インターフェイスを構築することを利用する。この場合、グラフィックス・カード上の各ウィンドウのフレーム・バッファ構成は、そのアプリケーションがどのグラフィックスＡＰＩを使用するかによって異なる。本発明は、スーパー・サンプル・アンチエイリアシング（ＳＳＡＡ）グラフィックス・パイプラインを使用すれば有利に利用することができる。

図２は典型的なＳＳＡＡグラフィックス・パイプライン１００である。グラフィックス・パイプライン１００は、データを受け取りそれをラスタ・プロセッサ１０４に渡すジオメトリ・プロセッサ１０２を含む。ジオメトリ・プロセッサ１０２およびラスタ・プロセッサ１０４はフレーム・バッファ１０６を作成し、それがデータを記憶する。ディスプレイ・パイプライン１０８はフレーム・バッファ１０６の内容を取り出す。次いでその内容が、ディスプレイ・パイプライン１０８内の陰極線管制御機構（ＣＲＴＣ）１１０によって処理される。スーパー・サンプリング・モードでは、スーパー・サンプリングされない画素はそのまま提供され、スーパー・サンプリングされた画素は平均された画素として提供される。ディスプレイＣＲＴＣ１１０は、スーパー・サンプリング・モードにあるときは低解像度に設定される。

図３にイメージのスーパー・サンプリングの従来の目的を示す。図に見られるように、その目的は、スーパー・サンプリングされたウィンドウで多目的アンチエイリアシングを提供することである。したがって、スーパー・サンプリングされたウィンドウの外の画素はフレーム・バッファからディスプレイにそのまま提供されるが、スーパー・サンプリングされたウィンドウの画素は、ディスプレイに提供されるときに平均される。

図４に、グラフィックス・パイプライン１００で利用されるフレーム・バッファ１０６での典型的な画素形式を示す。この図に見られるように、３次元ラフィックス・ウィンドウ上には、１画素単位の単なる色情報フィールドはもとより、「隠れた線／隠れた面の除去」を実施するためのＺ（深さ）情報を含めて多くの情報フィールドがある。他方システムは、２次元グラフィックス・ウィンドウ上には、１画素の単なる色情報だけしか割り振らない。画素タイプの違いを識別するために、システムは、普通、その画素タイプに関係なく、あらゆる画素にウィンドウＩＤフィールドを割り振る。

ＳＳＡＡは、上位のグラフィックス・カードで広く使用できるようになっている。この技術は（１）フレーム・バッファ中の１つの表示可能画素に複数の下位画素を作成してその下位画素でオブジェクトを描画し、（２）ＣＲＴＣにそのフレーム・バッファを走査させて、非ＳＳＡＡ画素は以前のまま表示し、ＳＳＡＡ画素には平均の下位画素値を表示する。

本発明によるシステムおよび方法では、ＳＳＡＡを異なる方式で利用する。したがって、本発明によるシステムおよび方法は、（１）３次元グラフィックス・ウィンドウ上では１画素に複数の下位画素を割り振り、（２）ＣＲＴＣがそのイメージを作成するときに２次元グラフィックス・ウィンドウの画素の色情報を伸張（ズーム）し、（３）３次元グラフィックス・ウィンドウの下位画素の色情報をそのまま表示する。

したがって、本発明によるシステムおよび方法は、３次元グラフィックス・ウィンドウにピッチの細かい図画を表示させると同時に２次元グラフィックス・ウィンドウに使用可能な形でイメージを表示することもできることによって、高解像度ディスプレイのＧＵＩ問題（小さいアイコンおよび小さいメニュー・テキスト）を解決する。本発明によるシステムおよび方法は、描画オブジェクトのタイプ（線または面）、描画順序、交差に左右されない。

図５に、本発明による高解像度ディスプレイでのＳＳＡＡフレーム・バッファ構成の利用を示す。
フレーム・バッファ内には１画素に複数の下位画素を割り振ったサンプリングがされた領域を持つ。これは、フレーム・バッファ構成だけを見れば、ＳＳＡＡに基づく構成をしている。 しかし、フレーム・バッファ中の１つの表示可能画素から複数の下位画素を作成してその下位画素でオブジェクトを当該フレーム・バッファに描画するスーパー・サンプリングとは異なり、下位画素の方が表示可能画素となり得るものなので、ディスプレイに表示される際の画素の利用の観点で従来のスーパー・サンプリングとはその意味が異なる。よって、本発明に係る、この１画素に複数の下位画素を割り振ったサンプリングがされた領域のことを、以後便宜的に「アンダー・サンプリングされた領域」と呼ぶことにする。
このアンダー・サンプリングされた領域は、３次元グラフィックス・ウィンドウに対応する。アンダー・サンプリングされない領域は２次元グラフィックス・ウィンドウに対応する。図に見られるように、アンダー・サンプリングされたウィンドウ（すなわち３次元グラフィックス・ウィンドウ）内の画素はそのままディスプレイに提供されるが、アンダー・サンプルされないウィンドウ（すなわち２次元グラフィックス・ウィンドウ）からの画素は伸張される。
図６に、従来のスーパー・サンプリングされた領域に基づく・フレーム・バッファ構成と本発明によるアンダー・サンプリングされた領域に基づくフレーム・バッファ構成の間の、ディスプレイに表示される際の画素の扱われ方の違いを明確に示す。

好ましい一実施形態では、グラフィックス・パイプラインは下位画素数解像度を構成するようにＣＲＴＣをプログラムする。またＣＲＴＣは、下位画素をそのまま表示するようにもプログラムされる。ＣＲＴＣは２次元グラフィックスを、１画素当たりの下位画素の比率で伸張した形で表示する（１画素当たり４下位画素の場合は、画素は×２（幅）および×２（高さ）で伸張される）。図６に、従来のスーパー・サンプリング・フレーム・バッファ構成と本発明によるアンダー・サンプリング・フレーム・バッファ構成の間の違いを明確に示す。

以下の各項では、本発明によるシステムおよび方法の詳細な一実装形態について述べるが、本発明はこの実装形態に限られず他の実装形態を利用することもでき、それらは本発明の精神および範囲内に含まれるものである。

図７に、本発明によるフレーム・バッファ構成を示す。この実装形態では、画素解像度は１９２０×１２００であり、３次元グラフィックス・ウィンドウでの下位画素は、ＳＳＡＡフレーム・バッファ構成を利用して２×２として構成される。

図８に、ディスプレイ・パイプライン内の第１のＣＲＴＣ２０２および第２のＣＲＴＣ２０４によるフレーム・バッファ構成の走査を示す。この実装形態は、デュアルリンクＤＶＩなど偶数／奇数タイプの２チャンネル走査を想定している。各ＣＲＴＣ２０２および２０４は、偶数ラインまたは奇数ラインを取り出す。ＣＲＴＣ２０２もＣＲＴＣ２０４も同じフレーム・バッファを走査し（ＣＲＴＣ２０２もＣＲＴＣ２０４も同時に１９２０×１２００画素を走査する）、３８４０×１２００信号（偶数と奇数での分割により下位画素数／２）を表示するようにプログラムされる。

次に、まず、画素Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３を走査する例を考察する。Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は２次元グラフィックス・ウィンドウ内にあるように構成された画素を示し、Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３は３次元グラフィックス・ウィンドウ内にあるように構成された画素を示す。従来のグラフィックス・カードのズームおよびパン機能を利用して、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３画素での設定ズーム倍率を２×１（幅は２倍、高さはそのまま）に設定する。ＣＲＴＣは、画素Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を走査するときに、その表示信号をＲ１、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ３として生成することになる。ここで、２つのＣＲＴＣ２０２および２０４が同じフレーム・バッファを走査するので、フレーム・バッファ内のＲ１、Ｒ２、Ｒ３画素は以下のような表示信号を作成する。
Ｒ１、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ３（奇数ライン）
Ｒ１、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ３（偶数ライン）
すなわち２×２伸張イメージである。

他方、３次元グラフィックス・ウィンドウで画素を走査する際には、下位画素を平均するのではなく１画素の中から１つの下位画素を選択する（下位画素選択機構）。

奇数ラインＣＲＴＣ２０２は、第１の下位画素および第２の下位画素を選択、表示するようにプログラムされ、偶数ラインＣＲＴＣ２０４も第３の下位画素および第４の下位画素を選択、表示するようにプログラムされる。その場合、奇数ラインＣＲＴＣ２０２は、Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３を走査するときに、Ｕ１−Ｓ１、Ｕ１−Ｓ２、Ｕ２−Ｓ１、Ｕ２−Ｓ２、Ｕ３−Ｓ１、Ｕ３−Ｓ２を表示し、偶数ラインＣＲＴＣ２０４は、Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３を走査するときに、Ｕ１−Ｓ３、Ｕ１−Ｓ４、Ｕ２−Ｓ３、Ｕ２−Ｓ４、Ｕ３−Ｓ３、Ｕ３−Ｓ４を表示することになる。このプログラミングは様々な方式で実施することができ、それは本発明の精神および範囲内に含まれることになる。

図９に本発明による結果を示す。図に見られるように、アイコン１４’は、この場合は、操作者が使用可能なサイズであるが、自動車の青写真１２’の解像度は依然として維持されている。

したがって、本発明によるシステムおよび方法は、３次元グラフィックス・ウィンドウにピッチの細かい図画を表示させると同時に２次元グラフィックス・ウィンドウに使用可能な形でイメージを表示することもできることによって、高解像度ディスプレイのＧＵＩ問題（小さいアイコンおよび小さいメニュー・テキスト）を解決する。本発明によるシステムおよび方法は、描画オブジェクトのタイプ（線または面）、描画順序、交差に左右されない。

以上、本発明を図示の実施形態に従って説明してきたが、これらの実施形態への変形形態が可能であり、それらの変形形態が本発明の精神および範囲内に含まれるはずであることを、当分野の技術者は容易に理解するであろう。したがって、当分野の技術者であれば、添付の特許請求の範囲の精神および範囲から逸脱することなく、多くの変更を加えることができる。

ディスプレイ上に自動車の青写真がツールバーと共に示されたＣＡＤアプリケーションを示す図である。 典型的なスーパー・サンプル・アンチエイリアシング（ＳＳＡＡ）グラフィックス・パイプラインを示す図である。 イメージのスーパー・サンプリングの従来の目的を示す図である。 グラフィックス・パイプラインで利用されるフレーム・バッファでの典型的な画素形式を示す図である。 本発明による高解像度ディスプレイでのＳＳＡＡフレーム・バッファ構成の利用を示す図である。 従来のスーパー・サンプリング・フレーム・バッファ構成と本発明によるアンダー・サンプリング・フレーム・バッファ構成の間の違いを明確に示す図である。 本発明によるフレーム・バッファ実装構成を示す図である。 ディスプレイ・パイプライン内の第１および第２のＣＲＴＣによるフレーム・バッファ構成の走査を示す図である。 本発明の結果を示す図である。

符号の説明

１０ ＣＡＤアプリケーション
１２ 自動車の青写真
１２’ 自動車の青写真
１４ ツールバー
１４’ アイコン
１００ ＳＳＡＡグラフィックス・パイプライン
１０２ ジオメトリ・プロセッサ
１０４ ラスタ・プロセッサ
１０６ フレーム・バッファ
１０８ ディスプレイ・パイプライン
１１０ 陰極線管制御機構（ＣＲＴＣ）
２０２ 第１のＣＲＴＣ
２０４ 第２のＣＲＴＣ

Claims (16)

1. ディスプレイと共に使用するためのグラフィックス・パイプラインであって、
   第１のモード領域および第２のモード領域を含むフレーム・バッファ構成と、
   前記第１のモード領域からの画素を前記ディスプレイにそのまま提供すると共に、前記第２のモード領域からの画素を伸張し、前記伸張された画素を前記ディスプレイに提供する制御機構を含む、前記フレーム・バッファ構成からデータを得るためのディスプレイ・パイプラインと
   を備え、
   前記第１のモード領域は、１画素に複数の下位画素を割り振ったサンプリングがされた領域を含み、当該サンプリングがされた領域は前記ディスプレイ上の３次元グラフィックス・ウィンドウに対応し、
   前記第２のモード領域は、１画素に複数の下位画素を割り振ったサンプリングがされない領域を含み、当該サンプリングがされない領域は前記ディスプレイ上の２次元グラフィックス・ウィンドウに対応する、
   グラフィックス・パイプライン。
2. 前記制御機構が陰極線管制御（ＣＲＴＣ）機構を含む請求項１に記載のグラフィックス・パイプライン。
3. 前記ＣＲＴＣ機構が第１および第２のＣＲＴＣを含む請求項２に記載のグラフィックス・パイプライン。
4. 前記フレーム・バッファ構成がスーパー・サンプル・アンチエイリアシング（ＳＳＡＡ）フレーム・バッファ構成を含む、請求項１に記載のグラフィックス・パイプライン。
5. 前記伸張された画素が２×２で伸張されたイメージを提供する請求項１に記載のグラフィックス・パイプライン。
6. 前記ディスプレイが１９２０×１２００画素以上の画素数を備える、請求項１に記載のグラフィックス・パイプライン。
   
7. ディスプレイに画像を表示するためのディスプレイ・パイプラインであって、
   スーパー・サンプル・アンチエイリアシング（ＳＳＡＡ）フレーム・バッファ構成から画素情報を受け取る制御機構であって、前記制御機構にスーパー・サンプリング・モードで動作させる第１のモードと、前記制御機構にスーパー・サンプリング・モードとは異なるサンプリング・モードで動作させる第２のモードとを持つ制御機構
   を備え、前記第２のモードでは、前記制御機構が、
   前記フレーム・バッファ構成内の、１画素に複数の下位画素を割り振ったサンプリングがされた領域からの画素を、前記ディスプレイにそのまま提供し、当該サンプリングがされた領域は前記ディスプレイ上の３次元グラフィックス・ウィンドウに対応し、
   前記フレーム・バッファ構成内の、１画素に複数の下位画素を割り振ったサンプリングがされない領域からの画素を伸張し、当該伸張された画素を前記ディスプレイに提供し、当該サンプリングがされない領域は前記ディスプレイ上の２次元グラフィックス・ウィンドウに対応する、
   ディスプレイ・パイプライン。
8. 前記第２のモードにおいて、前記ディスプレイは１９２０×１２００画素以上の画素数を備えるディスプレイである、請求項７に記載のディスプレイ・パイプライン。
9. 前記制御機構が陰極線管制御（ＣＲＴＣ）機構を含む、請求項８に記載のディスプレイ・パイプライン。
10. 前記ＣＲＴＣ機構が第１のおよび第２のＣＲＴＣを含む、請求項９に記載のディスプレイ・パイプライン。
    
11. ディスプレイと共に使用するためのグラフィックス・カードであって、
    ジオメトリ・プロセッサと、
    前記ジオメトリ・プロセッサからデータを受け取るためのラスタ・プロセッサと、
    第１のモード領域および第２のモード領域を含む、前記ラスタ・プロセッサからデータを受け取るためのフレーム・バッファ構成と、
    前記第１のモード領域からの画素を前記ディスプレイにそのまま提供すると共に、前記第２のモード領域からの画素を伸張し、前記伸張された画素を前記ディスプレイに提供する制御機構を含む、前記フレーム・バッファ構成からデータを得るためのディスプレイ・パイプラインと
    を備え、
    前記第１のモード領域は、１画素に複数の下位画素を割り振ったサンプリングがされた領域を含み、当該サンプリングがされた領域は前記ディスプレイ上の３次元グラフィックス・ウィンドウに対応し、
    前記第２のモード領域は、１画素に複数の下位画素を割り振ったサンプリングがされない領域を含み、当該サンプリングがされない領域は前記ディスプレイ上の２次元グラフィックス・ウィンドウに対応する、
    グラフィックス・カード。
12. 前記制御機構が陰極線管制御（ＣＲＴＣ）機構を含む、請求項１１に記載のグラフィックス・カード
13. 前記ＣＲＴＣ機構が第１のおよび第２のＣＲＴＣを含む、請求項１２に記載のグラフィックス・カード。
14. 前記フレーム・バッファ構成がスーパー・サンプル・アンチエイリアシング（ＳＳＡＡ）フレーム・バッファ構成を含む、請求項１１に記載のグラフィックス・カード。
15. 前記伸張された画素が２×２で伸張されたイメージを提供する、請求項１１に記載のグラフィックス・カード。
16. 前記ディスプレイが１９２０×１２００画素以上の画素数を備える、請求項１１に記載のグラフィックス・カード。

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