JP4237806B2 - プログレッシブメッシュの適応細分方法および装置 - Google Patents
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Description
この特許文書の開示の一部は、著作権保護を受ける資料を含む。著作権所有者は、関連する特許オーソリティのファイルまたは記録においてのみ現れるため、本発明文書または特許開示のいずれによっても複製に対する意義を申し立てておらず、他の場合ならすべての著作権を保有する。
本発明はコンピュータグラフィックスに関する。より特に、グラフィカルイメージにおけるグラフィカルオブジェクトに関する複雑な幾何学的モデルのレンダリングに関する。
インタラクティブレートにおける複雑な幾何学的モデルのレンダリングは、コンピュータグラフィックにおける挑戦的な問題である。レンダリング性能が絶え間なく改善されていく限り、幾何学的モデルの複雑さを、前記モデルが特定のレンダリングされたグラフィカルイメージを形成する際の寄与に適応させることによって、重大な利益を得ることができる。コンピュータグラフィックス技術において知られる伝統的なモデル化システムにおいて、精細化された幾何学的モデルを、多用途のモデル化動作(例えば、押し出し、構造的ソリッドジオメトリおよび自由造形変形)を、グラフィカルオブジェクトまたはイメージを規定するのに使用される幾何原型の巨大なアレイに用いることによって形成する。前記幾何原型は、代表的に、三角形、多角形および他の多辺形形状を含む。能率的な表示のため、結果として生じる幾何学的モデルを、代表的に、「メッシュ」と呼ばれる幾何原型の多角形近似に変換する。
図1は本発明の実施例を実施するコンピュータシステムのブロック図である。
図1につき説明すると、本発明の好適実施例の動作環鏡は、少なくとも1つの高速処理装置(CPU)14と、関連するメモリシステム16、入力装置18及び出力装置20を具えるコンピュータ12を有するコンピュータシステム10である。これらの素子はバス構造22により相互接続されている。
図示のCPU14は普通の設計のものであり、計算を実行するALU24、データ及び命令の一時記憶用のレジスタ群26、及びシステム10の動作を制御する制御ユニット28を含む。種々のプロセッサ(Digital Equipment,Sun,MIPS,IBM,motorola,NEC,Intel,Cyrix,AMD,Nexgen等からのプロセッサを含む)の任意のものもCPU14として等しく好適である。1つのCPU14を示すが、コンピュータシステム10は多数の処理装置を含むことのできる。
グラフィック物体を発生させるために、グラフィック物体を規定するのに使用される幾何プリミティブにモデリングオペレーションを適用することにより詳細グラフィックモデルを生成する。幾何プリミティブは代表的には三角形、多角形(ポリゴン)及びその他の多辺形を含む。グラフィック画像をレンダリングするために、グラフィック物体を処理し、得られたグラフィック画像をフレームバッファ(例えばメモリシステム16)に蓄積する。フレームバッファは1フレームのグラフィックデータを含む。レンダリングされた画像データを次にディスプレイ(ディスプレイ20)に転送する。グラフィックデータは所定のサイズのフレーム(例えば3メガバイト)で蓄積される。グラフィック画像は代表的にはフレームごとにレンダリングされる。レンダリングについてのこれ以上の情報については、「Fundamental of Interactive Computer Graphlcs」第2版、J.D.Foley及びA.Van Dam著、Addison-Wesley出版社、を参照されたい。
Mを全てのあり得るメッシュのセットとすると、任意のメッシュMAのプログレッシブメッシュ表示MPM(ここで、MA⊂M及びMPM⊂M)は増大する精度のメッシュ近似の連続シーケンスMi(i={0,..n-1}、M0,M1,..Mn-1)を規定し、これから任意所望の複雑さのビュー独立詳細レベル近似を効率的に検索することができる。幾何モデルに対するプログレッシブメッシュ表示MPMを生成するために、固定の細分化基準セットを用いて任意のメッシュMAを一連の稜線削除(ecol)処理により簡単化してもっと簡単な基本メッシュM0を生成する。従来既知の稜線削除処理を使用するプログレッシブメッシュ簡単化処理を式(1)に示す。
(MA=Mn)⇒ecoln-1⇒...ecol1⇒M1⇒ecol0⇒M0 (1)
M0⇒vsplit0⇒M1⇒vsplit1⇒...Mn-1⇒vsplitn-1⇒(Mn=MA) (2)
細分化された(精)メッシュMF48は式(2)に示すプログレッシブメッシュシーケンス(例えばMn-1,Mn-2,...等)において三角形メッシュM又は任意のメッシュとすることができる。Vsplit(VS,VL,VR)としてパラメータ化される頂点分割処理は新しい頂点VT42及び2つの新しい面FL54及びFR56を導入することにより粗メッシュMC52を変更する。面FL54は3つの頂点FL={VS,VL,VT}(42、44、40)で規定され、面FR56は3つの頂点FR={VS,VR,VT}(42、46、40)で規定される。得られるメッシュシーケンスM0,...Mn=MAはビュー独立詳細レベル(LOD)制御に有効である。固定の細分化基準を用いるプログレッシブメッシュについてのこれ以上の情報については「Progressive Meshes」,Hugues Hoppe著,ACM SIGGRAPH'96 Proceedings,pp.99-108,を参照されたい。
式(1)及び(2)により生成される図2に示すプログレッシブメッシュはビュー独立であり、固定の細分化基準セットを用いて生成される。図4は、任意のプログレッシブメッシュMAを変化するビュー依存パラメータに従って選択的に細分化する本発明の一実施例の方法70を示す。方法70は本発明の図示の実施例のコンピュータシステム10のメモリ16内のアプリケーションプログラムとして実現される。しかし、他の実現も使用可能である。方法70はステップ72においてプログレッシブメッシュ表示MRを再パラメータ化して再パラメータ化されたプログレッシブメッシュ表示MREを生成する。再パラメータ化はプログレッシブメッシュ表示MRと関連するN個のデータ構造記録の系列からの新しい頂点、面及び稜線の選択を含む。ステップ74において、再パラメータ化されたプログレッシブメッシュ表示MREから頂点階層表示を構成する。頂点階層表示の構成は再パラメータ化された頂点の横断を用いて行われる。しかし、他の構成技術を使用することもできる。頂点階層表示は「根」ノードがプログレッシブメッシュ表示(例えばMR)の頂点であり且つ「葉」ノードが再パラメータ化されたメッシュ表現(例えばMRE)の頂点であるツリー構造の「森」を構成する。しかし、他のタイプの頂点階層表示を使用することもできる。頂点階層表示の確立により再パラメータ化されたプログレッシブメッシュ表示MRE内の再パラメータ化された頂点に対する細分化依存性の生成が得られる。ステップ76において選択的細分化基準セットの値を予め計算して選択的細分化基準セットの実行時評価を高速にする。本発明の代替実施例では、ステップ76を実行時に完了させる。本発明の図示の実施例ではステップ72-76を前処理ステップとして完了させる。本発明の代替実施例では、ステップ72-76を実行時に完了させる。
プログレッシブメッシュ表示MRはステップ72(図4)において、新しい拘束稜線削除及び頂点分割変換を用いて再パラメータ化される。新拘束稜線削除変換及び新拘束頂点分割変換は式(1)及び(2)に示すプログレッシブメッシュ処理を更に改善したものである。新稜線削除変換及び新頂点分割変換は式(1)及び(2)に示す変換には考慮されていない対を成す隣接面を考慮するものである。
図5は拘束頂点分割変換82及び拘束稜線削除変換84を示すブロック図である。図5に示すように、任意のプログレッシブメッシュ表示MR86は頂点VS88及び多数の隣接面(90-102)を有する。Vsplit(VS,fn0,fn1,fn2,fn3)としてパラメータ化される頂点分割変換82は親頂点VS88と関連する第1組の対を成す隣接面{fn0,fn1}(96-98)及び第2組の対を成す隣接面{fn2,fn3}(100−102)を決定する。本発明の図示の実施例では、対を成す隣接面(即ち一対の隣接する面)は共通の境界を有する。しかし、他のタイプの面を使用することもできる。図5に示す例では、対を成す隣接面の組として面96-98及び100−102を選択した。しかし、他の組の対を成す隣接面、例えば(94、100)及び(90、92)を選択することもできる。親頂点VS88はプログレッシブメッシュ表示MR86において、この親頂点を2つの子頂点VU104及びVT106及び2つの新しい面fL108及びfR110と置き換えることにより再パラメータ化する。第1の新しい面fL108は第1組の対を成す隣接面{fn0,fn1}(96,98)の間に生成される。第2の新しい面fR110は第2組の対を成す隣接面{fn2,fn3}(100,102)の間に生成される。2つの新しい面fL108及びfR110は子頂点VU104及びVT106を結ぶ新しい稜線112を共有する。頂点分割変換82をプログレッシブメッシュ表示MR86に実行することにより第1の再パラメータ化されたプログレッシブメッシュ表示MRE114が形成される。プログレッシブメッシュ表示MR86は再パラメータ化されたプログレッシブメッシュ表示MRE114から以下に記載する新しい拘束稜線削除変換84により再現することができる。
頂点分割変換82は頂点{V1,V2,V3}を有する三角形プログレッシブメッシュ表示Mnにつき示すと表1に示すようになる。
ecol(VS,VT,VU,fL,fR,fno,fn1,fn2,fn3)としてパラメータ化される拘束稜線削除変換84は頂点分割変換82の逆変換を実行する。稜線削除変換84は、2つの新しい面fL108及びfR110を除去するとともに子頂点VU104及びVT106を親頂点VS88と置き換えることにより再パラメータ化メッシュ表現MRE114をメッシュ表現MR86に変換する。
図6は境界118を有するプログレッシブメッシュ116を示すブロック図である。境界は原プログレッシブメッシュ表示に発生し得る。境界118を有するプログレッシブメッシュ表示MRを支持するために、第1組の対を成す隣接面{fn0,fn1}(96,98)又は第2組の対を成す隣接面{fn2,fn3}(100,102)を存在させないことができる。例えば図6では、境界118のために第2組の対を成す隣接面{fn2,fn3}を存在させない。その結果として、頂点分割変換82は第1の再パラメータ化された境界プログレッシブメッシュ表示MRE120においてメッシュMR116に存在する一組の対を成す隣接面(例えば{fn0,fn1}(96,98))のみを用いて単一の面fL108を生成する。稜線削除変換84は第1の再パラメータ化境界プログレッシブメッシュ表示MRE120から単一の面fL108を除去して境界プログレッシブメッシュ表示MR116を再生成する。
頂点分割変換82はプログレッシブメッシュ表示におけるアクティブ頂点及び面により拘束される。図7は図5のブロック図に示す頂点分割変換82用の方法のステップを示す流れ図である。ステップ124において、1つの頂点(例えば頂点88)を分割のために選択する。ステップ126において、選択された頂点がプログレッシブメッシュ表示において「アクティブ」であるか否かを決定する検査を行う。この頂点(面)はプログレッシブメッシュ表示に存在する場合、「アクティブ」である。ステップ126において選択された頂点がアクティブでない場合には、頂点分割変換82は「正当」でなく、即時に完了させることはできない。ステップ126において選択された頂点がアクティブである場合には、ステップ128において、選択された頂点に隣接する第1組の対を成す隣接面{fn0,fn1}(例えば96,98)及び第2組の対を成す隣接面{fn2,fn3}(例えば100,102)がアクティブであるか否かを決定する検査を行う。ステップ128において頂点分割変換82は「正当」でなく、即時に完了させることはできない。2組の対を成す隣接面がアクティブでない場合には、頂点分割変換82は「正当」でなく、即時に完了させることはできない。ステップ128において第1組及び第2組の対を成す隣接面がアクティブである場合には、ステップ130において選択された頂点88を2つの子頂点(例えば104、106)に分割する。ステップ132において、第1組の対を成す隣接面(96、98)の間に、2つの新しい頂点(104、106)を結ぶエッジ(例えば112)を有する新しい面(例えば108)を生成する。ステップ134において、第2組の対を成す隣接面(100、102)の間に、2つの新しい頂点(104、106)を結ぶエッジ(例えば112)を有する第2の新しい面(例えば110)を生成する。得られる再パラメータ化されたメッシュ表現MREは図5にメッシュ有114で示す構成を有する。
また、拘束稜線削減変換84はプログレッシブメッシュ表示におけるアクティブ頂点および面によって拘束する。図8は図5に示す拘束稜線削減変換法84を示すフローチャートである。ステップ138で拘束する一対の頂点(例えば104、106)を選択する。選択された頂点が再パラメータ化プログレッシブメッシュ表示MRE114で拘束チェックをステップ140で行う。選択された頂点(104、106)がアクティブでない場合には、稜線削減は“正当”ではなく、拘束稜線削減変換84は直ちに完了し得えなくなる。2つの頂点がステップ140でアクティブとなる場合には第1の面fLおよび第2の面fR(例えば、108、110)がアクティブとなるとともに第1および第2面(108、110)に対で隣接する第1および第2組の面(例えば、(96、98)(100、102))がアクティブになる場合には、並びに第1および第2組の面{fn0,fn1,fn2,fn3}(96−102)が再パラメータ化プログレッシブメッシュ表示MREの一組の面{fn0,fn1,fn2,fn3}と対向するように等しくなる。本発明の図示の例では第1および第2面(108、110)はステップ138で選択された2の頂点(104、106)を接続する共通の稜線(例えば、112)を有する。第1組の面(96、98)は第1面108に対で隣接し、第2組の面(100、102)は図5に示すように第2面110に対で隣接する。ステップ142のチェックが誤り(false)である場合には稜線削減は正当ではなく、稜線削減変換84は直ちに完了し得なくなる。
頂点分割変換82および稜線削減変換84は表3に示す一組の拘束によって拘束する。
頂点階層表示
プログレッシブメッシュ表示をステップ72で再パラメータ化した後、頂点階層表示は頂点分割変換82および再パラメータ化メッシュMREからの情報によってステップ74で構成する。従来既知のように頂点階層表示は頂点分割操作および変換削減操作とともに用いてメッシュのリアルタイム選択細分化を行う簡素化階層表示を生ぜしめるようにする。さらに詳細な説明はXiaおよびVarshneyによる論文「Dynamic View-dependent Simplification for Polygonal Models」IEEE Visualization'96 Proceedings327-334頁を参照されたい。
本発明の図示の例では、再パラメータ化メッシュMREは視野依存パラメータの変化に基づいて頂点階層表示84によって“頂点フロント”を用いるステップ80で最適に細分化される。頂点フロントは頂点分割変換82および視野依存パラメータの変化に基づく稜線削減変換84を用いて発生する1つのメッシュ概算に相当する。
表4は本発明の一例として、プログレッシブメッシュ表示のN-データ構造の記録に用いられるC++データ構造を示す。ステップ72(図4)で発生する再パラメータ化メッシュは表4のデータ構造を用いて記憶された頂点配列および面配列を具える。また、ステップ74(図4)で発生する頂点階層表示も次表4に示すデータ構造を用いる。頂点および面の選択されたもののみが選択的に細分化されたプログレッシブメッシュで任意の時間にアタティブとなる。アクティブ頂点および面はプログレッシブメッシュ表示シーケンスを具えるN-データ構造の記録のサブセットによってスレッドされた2つの二重リンクリストにより特定化される。しかし、他のリスト構造を用いることもできる。
本発明の図示の例では、一組の選択的細分化規準を用いてプログレッシブメッシュ表示を細分化する。一組の選択的細分化規準は視野−依存性パラメータを含む。視野−依存性パラメータは視野−錐台(即ち、視野面)、表面配向およびスクリーン空間幾何学的誤差を含む。しかし、数個以上の視野−依存性パラメータを用いることができ、且つ視野−依存性パラメータの各々は個別に用いる(例えば、視野錐台のみを用い、表面配向のみを用いる、等)ことができる。視野−依存性パラメータの1つ以上がステップ78で変化する(例えば、再パラメータ化プログレッシブメッシュ表示MREの領域がビューワに向かって配向されている)場合には再パラメータ化プログレッシブメッシュ表示MREは適応的に細分化されて異なるディテールレベルを含むようになる。
図10は再パラメータ化メッシュMRE頂点が視野−依存性選択的細分化規準に基づいて分割または削減する必要があることを決めるための方法186を示すフローチャートである。この方法186(図10)を用いて頂点が頂点分割変換82を用いて分割すべきか、変化した視野−依存性パラメータに基づく稜線削減変換84を用いて粗分化すべきを決めるようにする。方法186は3つの視野−依存性規準を用いて頂点が分割かまたは粗分化か:視野錐台、表面配向、およびスクリーン空間誤差;を決める。しかし、更に多くの数又は更に少ない数の視野−依存性パラメータを用いることもできる。さらに1つ以上の視野−依存性パラメータを個別に用いることもできる。
図11は図10の一層詳細なステップ188を示すフローチャートである。本例では頂点Vが視野錐台内にあるかどうかを決めるステップ198を示す。
本例では任意のプログレッシブメッシュ表示M∧のメッシュ表現コンピュータシステム10のメモリシステム16にロードした後、頂点Vが有界スペース階層表示を用いる視野錐台内にあるかどうかを方法198(図11)によって決める。頂点v∧∈V∧(例えば、M∧183に対する頂点階層表示150のリーフノード)に対して、v∧に隣接する一組の頂点を境界付ける半径rv'の第1組の球Sv'をステップ200で決める。しかし、有界球は他の有界素子(例えば、軸整列ボックス)により置換することができる。頂点階層表示150のポストオーダ(後行順)横断線をステップ202で実行して頂点階層表示の頂点viの組に対し半径rvの第2組の球Svを発生させる。ポストオーダ横断線において従来既知のように階層表示の任意のルートノードをその子孫後に処理する。ステップ202のポストオーダ横断線は頂点v'∈V'(即ち、リーフノード)で開始する。しかし、頂点階層表示の他の横断線を用いることもできる。ポストオーダ横断線は頂点階層表示の親頂点vsiを子頂点vtおよびvuの球SvtiおよびSvuiの境界付けを行う半径rvsiの最小球Svsiに割当てる。形成された球が頂点viを中心としていないので、第2組の球Svを境界付ける頂点Vを中心とする第3組の大きな球SLをステップ204で頂点viに対する半径rLを見いだすことによって決める。本発明の変更例では、すべての下降頂点は所定ノードに対する境界量を構成するものと考えることができる。この考えはコンピュータ化時代には生ぬるいが一層正確なものである。本発明の図示の例では、ステップ200−204は前処理ステップとして計算する。本発明の変更例では、ステップ200−204は実行時に計算する。
i=1,...4に対して、aivx+bivy+civz+di<(-rL) (3)
式(3)の4つの線形関数aivx+bivy+civz+diによって中心Vから視野錐台の4辺のうちの一つまでの符号のついたユークリッド距離を測定する。しかし、他の関数および他の視野錐台形状を用いることもできる。半径rLの有界球SLが視野錐台の完全に外側にある場合には、頂点Vの分割によって影響を受け得るメッシュM∧の領域は視野錐台の外側にあり、分割しない。頂点Vの分割によって影響を受け得るメッシュM∧の領域が視野錐台の外側にある場合には、頂点はいまだステップ208で分割する候補であり、ステップ190(図10)でのテストを行って頂点Vを分割すべきかどうかを決める。
図13A−13Cは視点に対する頂点の配向をテストするステップ190(図10)を示すブロック図である。図13Aは頂点vi244および標準ベクトルn^vi246によって影響を受けるメッシュM'242の表面の領域を示す。図13Bは3次元グラフィック影像248(例えば、グラフィカル地形、メッシュM^242のサブセクション)の領域を示す。図13Cはメッシュ242のガウスマップ150を示す。コンピュータグラフィック技術で既知のように、ガウスマップはグラフィックオブジェクトの表面の一群の点から単位球の一群の点への写像である。
式4において、aviを、Sviの幾何学的境界量に関する円錐アンカ点とする。円錐アンカ点と視点e262との差を、これらのベクトル差の大きさで割る。当該技術分野において既知のように、ベクトル差の大きさ
(vi−e)・n^vi>0および((vi−e)・n^vi)2>||vi−e||2sin2αvi (5)
この第1のドット積が零よりも大きい場合(すなわち、(vi−e)・n^vi>O)、第2のテストを行なう。第2のテストにおいて、第1のドット積の2乗を用いて、この値が、半角αvi258のサインの2乗が乗算された、頂点vi244と視点242との間のベクトル差の大きさの2乗よりも大きいか否かを決定する。ステップ276において第1及び第2のテストが真の場合、頂点244は後側領域264に存在し視点e262から見られない。視点e262から見られない頂点vi244は分割しない。ステップ276において第1のテスト又は第2のテストのいずれかが適合していない場合、頂点vi244は後側領域264に存在せず視点e262から見ることができる。この場合、ステップ278(図14)において頂点vi244は視点e262の方向に向いており、図10のステップ192における分割の対象となる。
図10のステップ192を用いて、スクリーン−空間誤差が予め定められた公差を超えるか否かをテストする。頂点v∈Vについて、vとその現在の隣接区域Nv(すなわち、vに隣接する面の組)及びM∧の対応する隣接区域N∧ vとの間の偏移の量を決定する。その量は、
及び
について最小スカラーrとして規定されるハウスドルフの距離H(Nv,N∧ v)である。ここで、B(r)は半径rの閉止空間であり、演算子
はミンコウスキー和である。このミンコウスキー和
は、
として規定される。H(Nv,N∧ v)=rの場合、隣接区域Nvと隣接区域N∧ vとの間のスクリーン空間はB(r)のスクリーン−空間投影により境界される。ハウスドルフ距離及びミンコウスキー和は当業者にとって既知である。
偏移空間Dn(μ,δ)280の大部分は表面に対して直交し、スカラー成分δ284から方向成分δ∧ nにより捕獲されるが、表面隣接区域N∧ v288が湾曲している場合均一成分μ286が必要となる。均一成分μ286により、偏移が表面に接する不連続曲線(例えば、表面境界及び有形境界)を正確に近似することができる。本発明の図示の実施例において、Dn(μ,δ)280は、見る方向vに沿う投影半径がMAX(μ,δ‖n∧×v∧‖)として表わされる形状に対応する。すなわち、Dn(μ,δ)280は2個の値の最大値、すなわち均一成分μ286、又は法線ベクトルn∧ v246と半径方向v∧との交差積のベクトル差の大きさが乗算されたスカラー成分δ284の最大値である。従来から知られているように、交差積A×Bは大きさABsinθを有するベクトルである。交差積の大きさ‖A×B‖=ABsinθである。
μvの最大値及びδvを有する大きな項が、スクリーン空間公差τのζ/2倍したもののコタンジェントの2倍に等しいか又はそれ以上の場合、Dn(μv,δv)は、スクリーン公差τを超える。
本発明の図示の実施例において、ステップ292〜294は予備処理工程として完結する。本発明の変形例において、ステップ292〜294はランタイムで完了する。
μ2 v>=κ2=‖v-e‖2又はδ2 v(‖v-e‖2−((v-e)・N^v)2)2) >=κ2‖v-e‖4 (7)
ここで、κ2=(2cotζ/2)2τ2であり、フレーム毎に計算される新たな視角ファクタである。第1のテストは、均一成分の2乗が、κの成分の2乗に頂点vと視点eとの間のベクトル差の大きさの2乗をかけ合せたものに等しいか又はそれ以上が否かを決定する。この第1のテストの結果が適合している場合、Dn(μv,δv)がスクリーン空間公差τを超えていることになる。第1のテストの結果が適合していない場合、第2のテストにより、スカラー成分δの2乗に、頂点Vと視点eとの間のベクトル差の2乗から頂点vと視点eとの間のベクトル差と隣接区域Nvに対するベクトルとのドット積の2乗を引いたものを乗算した値が、κ成分の2乗に頂点vと視点eとの間のベクトル差の絶対値の4乗したものを乗算した値に等しいか又はそれ以上であるか否かを決定する。この条件に適合しうる場合、Dn(μv,δV)はスクリーン空間公差τを超えることになる。
変更されたビュー依存性パラメータに基づいて方法186の3個のテスト(図10)の後ステップ80において選択的細分されたメッシュを作成するための(図4)再パラメータ化したメッシュを細分するため、メッシュを選択的細分する方法を利用する。頂点v∈Vに関して、頂点分割変換82を用いて分割すべきか、或いはエッジ削除変換84を用いて削除すべきかを決定する。メッシュを選択的細分するため、所望の頂点及び面がアクティブになる前及び所望の細分されたメッシュが作成される前に、多重頂点分割変換82及び多重エッジ削除変換84を行なうことができる。
このステップ316におけるテストが適合していない場合、ステップ318において、アクティブ頂点VAをエッジ削除変換84を用いて削除する。ステップ314におけるテストが適合していない場合、アクティブ頂点の親についての細分が完了する(図17A)。表6は、本発明の図示の実施例として方法302を実施するためのサブルーチン用の擬似コードを示す。
従来から知られているように、O(f(n))の表記を用いて、関数f(n)の成長レートの漸近複雑性を表記する。ビュー依存性が連続して変化する場合、アクティブ頂点|V|の簡単な横断はO(|V|)となり、これは方法302の時間を消費する部分である。時間的複雑性O(|F|≒2|V|)を典型的に有するレンダリング処理はO|V|よりも大きい時定数を有する。尚、|F|はアクティブ面の数である。従って、方法302は、所定のコンピュータシステム形態の場合(例えば、128MBのメモリを有するSilicon Graphics Indigo 2 Extreme,150MHzR4400を用いる場合)、本発明の図示の実施例の平均としてフレームをレンダリングするために使用する全時間の約14%だけを必要とする。
τt=τt-1(|Ft-1|/m) (8)
量|Ft-1|は、以前に描画されたフレームアクティブ面の数である。この(8)式を用いる簡単なフィードバック制御システムは良好な安定性を呈する。この理由は、|F|がτの滑らかな単調な関数となるからである。本発明の図示の実施例において、フレームの直接調整を用いたが、フレームレートは動作システムの不整合性に一層強く影響を受けるので、(8)式のmを調整することにより第2の遅いコントローラを用いて間接的に達成することができる。
方法302は、2個の選択的に組合されたメッシュMAとMBとの間の地形図形も形成する。地形図形メッシュMG(α)は、その頂点がパラメータO<=α<=1の関数として変化するメッシュであるので、MG(0)とMAと同一に見えMG(1)はMBと同一に見える。地形図形メッシュMG(α)は、そのアクティブ頂点フロント(vertex front)がこの頂点フロント中の各頂点に対してMA及びMBの頂点に等しいか又はそれ以下であることが見い出されている。図18は、メッシュMA324及びMA326に等しいか又はそれ以下の地形図形メッシュMG(α)322についての頂点階層構造320を示すブロック図である。これらのメッシュの個々の頂点(150〜182)は図9に基づいて説明した。
vj G(α)=(1−α)vρG-A(j)+(α)vρG-B(j) (9)
MBがMAについての方法302の結果の場合、地形図形メッシュMGは一層直接的に得ることができる。ステップ304におけるVを通る単一のパスの代わりに、2個の別個のパスがVを通って完結する。
多数のグラフィックシステムは、最適な描写パフォーマンスに対して図形イメージの三角形ストリップを形成する。三角形ストリップを、隣接する面を有する接続した三角形のシーケンスとする。図20は、三角形ストリップ340を示す図形領域338のブロック図である。三角形ストリップ340は、面342に始点を有するとともに面344に終点を有する。三角形ストリップを右回りに形成する。図形イメージが描写される際、図形イメージ内の接続領域を効率的に描写し及び表示するさめに三角形ストリップが用いられる。
図23A及び23Bは、本発明の図示した実施の形態のシステム372を示すブロック図である。システム372は、任意のプログレッシブメッシュ表示M^に対するNデータ構造記録を配置するロケータ/コンストラクタモジュール374を有する。本発明の他の例において、ローダ/コンストラクタモジュール374は、コンピュータシステム10のメモリシステム16の任意のプログレッシブメッシュ表示M^に対するNデータ構造記録を構成する。事前処理モジュール376を用いて、コンピュータシステム10のメモリシステム16のプログレッシブメッシュ表示をロードし、プログレッシブメッシュ表示を再パラメータ化し、かつ、選択細分化基準のセット(72−76,図4)を用いてプログレッシブメッシュ表示を事前処理する。ランタイムに任意のプログレッシブメッシュM^を適切に細分化するために、描写モジュール378は、ビュー依存パラメータを受信し、選択細分化基準を評価し、かつ、ユーザの表示装置にアクティブ面を描写する。描写モジュールを、図形イメージを描写するのに用いられる従来既知のハードウェア及びソフトウェアの任意の組合わせとすることができる。本発明の図示した実施の形態において、カリフォルニア州のマウンテンビュウ(Mountain View)のシリコングラフィックス社によるIndigo2 Extreme(例えば、150MHz,128MBのメモリを有するR4400)グラフィックシステムを、描写モジュール378として用いる。しかしながら、他の描写を用いることもできる。ロケータ/コンストラクタモジュール374及び事前処理モジュール376を、シリコングラフィックシステムのソフトウェアアプリケーションプログラムとして実現する。しかしながら、他の形態を用いることもできる。更に多い又は更に少ないモジュールをシステム372に対して用いることもでき、モジュール374−378の機能を、更に少ないモジュールに組み合わせた追加のモジュールに分割することができ、かつ、事前処理時又はランタイム時に用いることができる。図23Bは、上記システム372の詳細を示すブロック図である。
本発明の図示した実施の形態の方法及びシステムの追加の実例を図24−27に示す。図24−27は、本発明の種々の態様のカラ一例図である。図3は既に説明した。
を全てのあり得るメッシュのセットとする場合、
及び
であるメッシュMのプログレッシブメッシュ表示MPMが、増大する精度のi={0,...,n−1},MO,M1,...,Mn-1に対するメッシュ近似Miの連続シーケンスを規定し、任意の所望の複雑さのビューに依存しないレベルの詳細近似を有効に回復することができる。ビューに依存しないプログレッシブメッシュ表示MPMを、第1セットのメッシュ変換、メッシュ変換のセットに対する第1セットの制約及び固定した細分化基準のセットを有するメッシュMに対して形成する。プログレッシブメッシュ表示を形成するのに用いられる第1セットのメッシュ変換は、稜線削除処理36及び頂点分割処理38(図2)を有する。稜線削除処理36及び頂点分割処理38を頂点に基づく動作とする。第1セットのメッシュ変換は、表7に示す制約のセットによって拘束される。
ここで説明するプログラム、プロセス及び方法は、特に示さない場合、コンピュータ装置(ハードウェア又はソフトウェア)の任意の特定のタイプに関連せず及び限定されない。種々のタイプの汎用又は特別なコンピュータ装置をもちいることができ、それは、ここで説明した技術によって動作を実行することができる。
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、幾多の変更及び変形が可能である。
Claims (6)
- メモリシステムと、オブジェクトのコンピュータグラフィックイメージを生成するために前記オブジェクトの可変解像度表示を適切かつ選択的に細分化する方法を実行する中央処理装置とを有するコンピュータシステムであって、
前記オブジェクトのメッシュデータモデルの順次のメッシュ表示を発生する手段であって、そのメッシュデータモデルが、任意の接続性を有する相互接続した多角形の表面を規定し、前記順次のメッシュ表示が、基本メッシュ及び頂点分割変換のシーケンスで構成され、その頂点分割変換が、前記基本メッシュに適用した際に前記メッシュデータモデルを正確に再構成する手段と、
前記頂点分割変換の各々をパラメータのセットとしてパラメータ化する手段であって、そのパラメータのセットが、親頂点の指定及びその親頂点に隣接する対になって互いに隣接する多角形面の2対の指定を有し、前記頂点分割変換が、指定された親頂点を結果的に得られる子頂点に置換するとともに前記対になって互いに隣接する多角形面の2対の間で隣接する2個の多角形面を付加する手段と、
選択的な細分化基準のセットを事前計算する手段と、
前記事前計算した選択的な細分化基準のセットを頂点分割変換データ構造内に格納する手段と、
実行時に、現在のメッシュモデル上の複数の位置に亘る複数の横断を繰り返す際に、当該位置についての前記事前計算した選択的な細分化基準のセット、及び変換制約のセットに応じて、メッシュ細分化変換とメッシュ粗化変換のいずれを当該位置に適用するかを決定し、これによって、前記現在のメッシュモデルを適切かつ選択的に細分化する手段とを具え、
前記メッシュ細分化変換上の前記変換制約によって、前記親頂点及び前記対になって互いに隣接する多角形面の2対が、前記現在のメッシュモデルの現在の横断上に存在し、
適切かつ選択的に細分化した前記現在のメッシュモデルを用いて、ビューイングパラメータに応じたコンピュータグラフィックスイメージを生成する手段を更に具え、
前記手段がそれぞれ、前記メモリシステムにソフトウェアインストラクションを具え、前記ソフトウェアインストラクションが、前記中央処理装置によって実行されることを特徴とするコンピュータシステム。 - 前記メッシュ細分化制約のパラメータ化を、親頂点の指定、互いに隣接する頂点の対の指定及び結果的に得られる頂点の指定を有するパラメータの以前のセットから、前記親頂点の指定及び前記親頂点に隣接する対になって互いに隣接する多角形面の2対を有するパラメータのセットに変換する手段を更に具え、
前記変換する手段が、前記中央処理装置によって実行されるソフトウェアインストラクションを具えることを特徴とする請求項1記載のコンピュータシステム。 - 前記メッシュ粗化変換の各々をパラメータのセットとしてパラメータ化する手段であって、そのパラメータのセットが、2個の子頂点の指定、親頂点の指定、前記2個の子頂点間のエッジに沿って互いに隣接する2個の消失した多角形面の指定、及びこれら消失した多角形面にそれぞれ隣接する2対の多角形面の指定を有し、パラメータ化された個別に所定の位置に配置した前記メッシュ粗化変換を、指定された前記子頂点を前記親頂点に置換するとともに前記2個の消失した多角形面を除去して多角形面の互いに隣接する対の各々が対となって隣接するようにしたエッジ消失とした手段を更に具え、
前記メッシュ粗化変換上の前記変換制約によって、前記子頂点、前記2個の消失した多角形面及び前記互いに隣接する多角形面の2対が、前記現在のメッシュモデルの現在の横断に存在するようにし、
前記メッシュ粗化変換の各々をパラメータのセットとしてパラメータ化する手段が、前記中央処理装置によって実行されるソフトウェアインストラクションを具えることを特徴とする請求項1記載のコンピュータシステム。 - コンピュータシステムのオブジェクトのコンピュータグラフィックイメージを生成するために前記オブジェクトの可変解像度表示を適切かつ選択的に細分化する方法であって、
前記コンピュータシステムのオブジェクトの現在のメッシュモデルを構成するステップであって、その現在のメッシュモデルが、相互接続した多角形の表面を規定し、かつ、前記相互接続した多角形を規定するデータ構造内に選択的な細分化基準のセットを格納するステップと、
現在のメッシュモデル上の複数の位置に亘る複数の反復的な横断において、前記データ構造内に格納された前記選択的な細分化基準のセット、及び変換制約のセットに応じて、メッシュ細分化変換とメッシュ粗化変換のいずれを当該位置に適用するかを決定し、これによって、前記現在のメッシュモデルを適切かつ選択的に細分するステップと、
適切かつ選択的に細分化した前記現在のメッシュモデルを用いて、ビューイングパラメータに応じたコンピュータグラフィックイメージを、前記コンピュータシステムに生成するステップと、
生成したコンピュータグラフィックイメージを出力するステップとを具え、
前記メッシュ細分化変換を、互いに隣接する4個の多角形面のセットを有する頂点を結果的に得られる2個の頂点に置換するとともに前記互いに隣接する4個の多角形面の間で隣接する2個の多角形面を付加する頂点分割とし、前記変換制約によって、前記頂点及び前記互いに隣接する4個の多角形面のセットが前記現在のメッシュモデルに存在するようにしたことを特徴とする方法。 - 前記変換制約によって、前記互いに隣接する4個の多角形面が前記現在のメッシュモデルの互いに隣接する対の多角形面の2対となるようにしたことを特徴とする請求項4記載の方法。
- オブジェクトのコンピュータグラフィックイメージを生成するために前記オブジェクトの可変解像度表示を適切かつ選択的に細分化する方法を実行するコンピュータシステムであって、前記コンピュータシステムがメモリシステムを具え、
前記メモリシステムが、
前記オブジェクトの現在のメッシュモデルを構成し、前記現在のメッシュモデルに関連する選択的な細分化基準を事前計算し、前記現在のメッシュモデルが、相互接続した多角形の表面を規定するソフトウェアインストラクションと、
現在のメッシュモデル上の複数の位置に亘る複数の反復的な横断において、前記事前計算した選択的な細分化基準のセット、及び変換制約のセットに応じて、メッシュ細分化変換とメッシュ粗化変換のいずれを当該位置に適用するかを決定し、これによって、前記現在のメッシュモデルを適切かつ選択的に細分化するソフトウェアインストラクションと、
適切かつ選択的に細分化した前記現在のメッシュモデルを用いて、ビューイングパラメータに応じたコンピュータグラフィックイメージを生成するソフトウェアインストラクションとを格納し、
前記ソフトウェアインストラクションによって、前記メッシュ粗化変換を、互いに隣接する4個の多角形面のセットを有する2個の多角形面間のエッジに沿って互いに隣接する2個の頂点の置換を行うエッジ消失とし、前記メッシュ粗化変換上の前記変換制約によって、2個の頂点、2個の多角形面及び互いに隣接する4個の多角形面のセットが前記現在のメッシュモデルに存在するようにし、
前記コンピュータシステムが、前記メモリシステムに格納されたソフトウェアインストラクションを実行する処理ユニットを更に具えることを特徴とするコンピュータシステム。
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