JP4364436B2 - ハードウェア・アクセラレーティド・レンダリング・アーキテクチャにおいて3dデータを変換するフィルタ - Google Patents
ハードウェア・アクセラレーティド・レンダリング・アーキテクチャにおいて3dデータを変換するフィルタ Download PDFInfo
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Description
関連する出願についての表示
本願は、1997年11月18日に提出された特許願08/972511、名称「グラフィックスエンジンとドライバとの間で情報を抽出するフィルタ」と、1997年12月31日に提出された特許願09/002139、名称「ディスプレイモニタにおけるオブジェクトの輝度を動的に制御する装置及び方法」との共に継続中の出願に関するものであり、これらの内容の全体を、参考としてこの出願に包含させた。
【0002】
技術分野
本発明は、グラフィックスを生成するコンピュータシステムに関するものであり、より詳細には3次元(3D)グラフィックスの生成に関するものである。
【0003】
従来技術
多くのグラフィックスを利用するソフトウェア・アプリケーションプログラムが、より多く使われるようになってきている。例えば、ビデオゲームは、しばしば、典型的なパーソナルコンピュータ(PC)のモニタ上の表示用に大量の3Dグラフィックスを使用する。これらのグラフィックスアプリケーションは、グラフィック用の内容物をサポートする3Dレンダリングソフトウェアを搭載したコンピュータシステムを必要とする。図1は、典型的なグラフィックス・アプリケーションプログラムを実行してグラフィックスを表示する従来のコンピュータシステムを説明するブロック図である。
【0004】
図1に示すコンピュータシステム10は、例えばマイクロソフト社によるウィンドウズ9X或いはウィンドウズNTオペレーティングシステムを使用するペンティアムプロセッサを塔載したPCとして具体化することもできる。コンピュータシステム10には、ソフトウェア部12とハードウェアディスプレイ部14とが含まれる。このソフトウェア部12には、アプリケーションプログラム16、オペレーティングシステム・3Dレンダリングエンジン18、及びサードパーティ製の2次元(2D)ディスプレイドライバ20が含まれる。このアプリケーション16は、コンピュータシステム10のオペレーティングシステム(OS)にOSサービスを実行させる機能コールを生成する。特に、このアプリケーション16は、このオペレーティングシステムによって規定されるアプリケーション・プログラミング・インタフェイス(API)を介して、グラフィックスモジュールとも呼ばれる3Dレンダリングエンジン18への機能コールを生成する。
【0005】
この3Dレンダリングエンジン18は、グラフィックスに関連する処理を実行する。例えば、シーンの状態を追跡したり、幾何モデル(geometry)やテクスチャをその内部表現の形で格納したり、このアプリケーションに合わせてレンダリングエンジン18をカスタマイズしたりする。この3Dレンダリングエンジン18は、ステンシルバッファ、Zバッファ、最終的に生ずるレンダリングしたフレーム用の2Dバッファ等の一時バッファを用いて3Dオブジェクトを処理する。3Dレンダリングを実行した後、このアプリケーション16は、3Dレンダリングエンジン18に指示して2Dディスプレイドライバ20を介してシーンを最終的なフレームバッファへレンダリングさせる。この3Dレンダリングエンジンは、オペレーティングシステムのAPIを介して、2Dディスプレイドライバ20と通信を行う。この3Dレンダリングエンジン18は、3Dのシーンをレンダリングして、最終的に2Dイメージを生じさせフレームバッファに入れる。このフレームバッファは、典型的には2Dディスプレイアダプタ22内に位置する。その後、この2Dディスプレイアダプタは、このフレームバッファ内のビデオデータをアナログビデオ(RGB)信号に変換し、ディスプレイモニタ24によって最終イメージを表示する。
【0006】
図1で説明したソフトウェアレンダリング・アーキテクチャの欠点は、3Dレンダリングエンジン18からの出力が、2Dディスプレイアダプタ22のフレームバッファ内の2次元(2D)イメージに過ぎないことである。その後、この2Dイメージは、従来のPCモニタ等のモニタ24へ出力される。従って、このソフトウェアレンダリング・アーキテクチャは立体3D内容物を生成することができない。
【0007】
更に、ハードウェアレンダリング・アーキテクチャを使用するその他のシステムでは、3Dアクセラレーション装置は、幾つかの或いは全てのレンダリング要求をハードウェア上で実行することもできる。しかしながら、3Dレンダリングで最終的に生ずる出力は、依然として3Dアクセラレータ上のフレームバッファ内の2Dイメージに過ぎない。従って、ハードウェアレンダリング・アーキテクチャを使用するシステムでは、立体3D内容物を生成することができない。
【0008】
グラフィックオブジェクト、例えばヘッドマウント型ディスプレイに対する立体3Dイメージを生成できるコンピュータシステム上の装置等のニーズがある。また、従来のハードウェアドライバと3Dアクセラレーション装置を用いて、立体3Dイメージを生成し、出力する装置等のニーズがある。
【0009】
本発明においては、上述したニーズ及びその他のニーズを満足するために、立体フィルタ(stereoscopic filter)が、オペレーティングシステム・グラフィックスモジュールからディスプレイドライバに出されたコール、即ちグラフィックオブジェクトの3Dレンダリング処理を要求するコールを途中で取り込むようにする。このフィルタは、左目の視点に対する立体イメージデータ及び右目の視点に対する立体イメージデータを生成する。このデータは、その後フレームバッファに格納される。このディスプレイドライバからの出力をアナログビデオ信号に変換して、立体ディスプレイ装置に出力することができる。
【0010】
本発明の一つの特徴によれば、グラフィックオブジェクトに対する3Dデータを生成する方法が提供される。この方法には、グラフィックオブジェクトに対して3Dレンダリング処理を要求する機能コールを3Dレンダリングモジュール内で生成することが含まれる。また、この方法には、フィルタによる機能コール要求を受け取ること、及び3Dグラフィックオブジェクトに対する複数の視点データを生成することが含まれる。
【0011】
本発明の他の特徴においては、プロセッサによって実行可能な一連の格納された命令を含むコンピュータ読み取り可能な記憶媒体を提供する。これらの命令によって、プロセッサは、グラフィックスオブジェクトに対して3D処理を要求する3Dレンダリングモジュールにより生成された機能コールを受け取る。また、これらの命令によって、プロセッサは、プロセッサはグラフィックスオブジェクトに対する複数の視点データを生成する。
【0012】
本発明におけるその他の目的と利点は、後述する詳細な説明により当業者には自明なものとなるであろう。図示する及び説明する実施例では、本発明を実行するために最も好適と考えられるものについて説明する。本発明は、本発明の範囲から離れることなく、自明な様々の変更を行うことが可能である。従って、これらの図面は説明のみを目的とするものであり、発明の範囲を制限することを意図するものではない。
【0013】
添付の図面を参照する場合、同じ符号を有する要素は全体を通じて同じ要素を表わすものである。
【0014】
発明の詳細な説明
本発明は、立体フィルタを使用して立体3Dグラフィックスを生成する装置及び方法を提供するものである。立体フィルタは、コンピュータシステムのオペレーティングシステムに統合されたソフトウェアモジュールであって、3Dハードウェア・アクセラレーションドライバへの機能コールを途中で取り込むように設計されている。このフィルタは、グラフィックスオブジェクトに対する左目と右目の視点データを生成し、この生成されたデータをフレームバッファに格納するためにディスプレイドライバへ出力する。
【0015】
図2に示す本発明の実施例によれば、コンピュータシステム100は、後述するアプリケーション16の実行をサポートするオペレーティングシステムを使用するソフトウェア40と、ハードウェア部50と、を含むものである。このオペレーテイングシステムは、詳細は図1に関連して上述したソフトウェアアプリケーション16に対するグラフィックスを作成する3Dレンダリングエンジン18を含むものである。特にこのアプリケーション16は、オペレーティングシステムによって規定されたアプリケーション・プログラマー・インターフェイス(API)を介して3Dグラフィックス・レンダリングエンジン18への機能コールを生成する。この3Dレンダリングエンジン18は、グラフィックスモジュールとも呼ばれる。
【0016】
この3Dレンダリングエンジン18は、グラフィックスに関する処理を実行し、ハードウェア・アクセラレーティド・レンダリング・モードに設定されるものである。即ち、この3Dレンダリングエンジン18は、ディスプレイドライバへの機能コールを生成するように設計されている。特に、この3Dレンダリングエンジン18は、APIを介して機能コールを送付する。また、この機能コールは、グラフィックスオブジェクトに対するグラフィックスに関する処理の実行を、3Dアクセラレーションドライバ28に対して要求することを意図するものである。
【0017】
立体フィルタ26は、ソフトウェアコンポーネントであって、従来のディスプレイドライバをロードするのと同様の方法でコンピュータシステム100のOSによってロードされるものである。立体フィルタ26は、3Dレンダリングエンジン18にとっては、3Dレンダリングエンジンからコールされるグラフィックス処理を実行するように設計された従来のサードパーティ製のデイスプレイドライバのようなものである。このように、立体フィルタ26は、3Dレンダリングエンジン18にとってはトランスペアレントなものである。
【0018】
このハードウェア・アクセラレーションドライバ28は、3Dレンダリングエンジン18を拡張する分離されたコードのモジュールとして適用される。従って、このハードウェア・アクセラレーションドライバ28は、OSの3Dレンダリングエンジン18のコードとして実行される。また、この3Dアクセラレーションドライバ28は、OSの3Dレンダリングエンジン18によってルーチンコールとしてコールされるエントリポイントの配列を介してインターフェイスを提供する。立体フィルタ26は、このインターフェイスを利用し、同じエントリポイントを3Dアクセラレーションドライバ28として使用する。
【0019】
例えば、マイクロソフトのウィンドウズOSでは、この3Dレンダリングエンジン18と3Dハードウェア・アクセラレーションドライバ28は、ダイナミック・リンクライブラリ(DLL)として実装される。このように、各々の実行可能なコードのモジュールは、外部のコードをリンクしたりコールしたりできる搬出された機能のエントリポイントを持つものである。同じく必要なエントリポイントを立体フィルタ26に実装することによって、この3Dレンダリングエンジン18は、立体フィルタ26を、あたかも従来のOEMのドライバのように使用する。
【0020】
従って、立体フィルタ26は、3Dハードウェア・アクセラレーションドライバ28に対する機能コールを途中で取り込み、そして、様々なグラフィック処理、例えば初期化、レンダリング、及びモード変更の処理を実行する。この3Dレンダリングエンジンは、3Dハードウェア・アクセラレーションドライバ28への機能コールを生成するように設計されたものであるが、実際の3Dアクセラレータ30は必要ではない。この実際の3Dレンダリングは、3Dレンダリングエンジン18を再度呼び出してソフトウェア上でこの要求をエミュレーションすることによって、ソフトウェア上で実行することができる。しかしながら、説明の便宜上、図2に示す実施例は3Dアクセラレータ30を含むものである。
【0021】
図2に示すように、この3Dハードウェア・アクセラレーションドライバ28は、3Dアクセラレータ30を制御する。この3Dアクセラレーションドライバ28は、ビデオデータと制御データの形式でデータを3Dアクセラレータへ出力する。この3Dアクセラレータは、典型的には、ビデオデータを格納するフレームバッファ31と、ビデオデータをアナログRGB信号へ変換するデジタル/アナログ・コンバータ32(DAC)を含むものである。
【0022】
立体フィルタ26のソフトウェア処理は、大きくは以下の3つのエントリポイントを使用する。
1)ロードエントリポイントは、コンピュータ100により立体フィルタ26をロードする処理と、3Dレンダリングエンジン18からの要求を正しくフィルタリングすることを保証するその他の初期化処理を含むものである。
2)モードセットエントリポイントは、特別な立体モードをセットする。これは、立体ディスプレイのために、2Dフレームバッファ31の管理を1つの視点から左の視点及び右の視点へ変更するものである。
3)ランタイムエントリポイントは、1つの視点からの3Dオブジェクト幾何モデルから規定の立体モードにおける左右の視点への必要な変換を含むものである。
【0023】
図3は、図2におけるコンピュータシステム100の処理を説明するフローチャートである。ステップ60では、立体フィルタ26が、従来のハードウェア・アクセラレーションドライバをロードするのと同じような方法でコンピュータシステム100へロードされる。例えば、立体フィルタ26のインストールプロシージャは、立体フィルタ26をシステムのデータベースにこのシステムの3Dアクセラレーションドライバ28として登録する。使用される個々の3Dレンダリングエンジン18に応じて、その他の様々な初期化が必要な場合もある。例えば、異なる3Dレンダリングエンジン18は、何らかのレンダリング処理に対して、このエンジンが常にこのドライバ、即ちこの場合は立体フィルタ26をコールすることについて保証する異なる機構を有するものである。
【0024】
立体フィルタ26は、3Dレンダリングエンジンが直接にイメージを2Dフレームバッファへとレンダリングしないことを保証する処理を行う。立体フィルタでこれを達成するには様々な方法がある。例えば、立体フィルタ26は、3Dレンダリングエンジン18に対して、見かけ上の装置管理下ドライバ、或いは完全なアクセラレーティドドライバであると、自分で宣言することができる。その後、立体フィルタ26は、3Dレンダリングエンジン18からのジオミトリ(geometry)機能コールを処理する。
【0025】
このジオミトリコールは、3Dオブジェクトをフレームバッファの2Dピクセルへとマッピングする。詳しくは後述するが、その後、立体フィルタ26は、この入力された3Dオブジェクトをビューワモデルに変換し、2つのビューを生成し、それから再フォーマットされた2Dバッファを生成する。
【0026】
立体フィルタ26をロードした後、立体フィルタ26は、ステップ62においてフレームバッファ31での特別な立体モードを定義する。或る立体モードにおいては、左目と右目の視点フレームがフレームバッファ31へ入れられる。このモードは、ライン毎の水平立体モードとすることができる。例えば、図4A〜4Cに示すように、図4Aは、従来のフレームバッファに格納されたグラフィックオブジェクトを表わすものである。図4Bは、フレームバッファが従来のフレームバッファの2倍の長さであるモードを表わすものである。この場合、図4Bに示すように、この物理フレームバッファ31は2つのフレームに分割され、物理フレームバッファ31内の各ラインは、左のラインと右のラインが入るように分割される。或いは、フレームバッファサイズの制約によって、フレームバッファの実際の長さを2倍にできないときは、元のフレームバッファラインの長さを保持するために図4Cに示すように左右のフレームをX方向に圧縮することも可能である。
【0027】
或いは、この立体モードは、フレーム毎の垂直立体モードとすることもできる。例えば、図5A〜5Cに示すように、図5Aは、従来のフレームバッファに格納されたグラフィックオブジェクトを表わすものである。図5Bは、フレームバッファが従来のフレームバッファの2倍の高さであるモードを表わすものである。この場合、物理フレームバッファは31は、2つのエリアに分割される。図5Bに示すように、上の半分は左目のフレーム(或いは右目のフレーム)を下の半分は右目のフレーム(或いは左目のフレーム)を保持する。或いは、フレームバッファ31のサイズの制約によって、フレームバッファの実際の高さを2倍にできないときは、元のフレームバッファの列の大きさを保持するために図5Cに示すように左右のフレームをY方向に圧縮することも可能である。
【0028】
使用される個々の立体ディスプレイ34に応じて、立体フィルタ26には、左右のビューを保持するその他の既知の立体モードを実装することもできる。このデジタル/アナログ・コンバータ32(DAC)は、典型的には、3Dアクセラレータ30上に配置され、フレームバッファ31をスキャンし、左のフレームとそれに続く右のフレームからなるアナログビデオ信号を生成する。立体フィルタ34は、このアナログ信号をデコードし、この信号から分離されたビューを抽出する。
【0029】
このフレームバッファ31の構成は、立体フィルタ26によって変更することができるため、より多くのメモリや異なるメモリ配置を必要とする場合もある。しかしながら、立体フィルタ26は、必要量を満足するメモリ容量を持つモードを定義するように設計されている。ステップ64においては、立体フィルタ26のランタイムステージを実行する。即ち、立体フィルタ26は、3Dレンダリングエンジンからのジオミトリ要求を途中で取り込むものである。前述したように好適な実施例では、立体フィルタ26は、いかなるフレームバッファ31への直接書き込みも排除するように、見かけ上の装置管理下のドライバであると自分で宣言することができる。これによって、3Dレンダリングエンジン18は、エミュレーションを行い直接フレームバッファ31に書き込んだり、立体フィルタ26をバイパスしたりはしないであろう。
【0030】
立体フィルタ26は、3Dレンダリングエンジン18からのレンダリング要求を受け取る。この3Dレンダリングエンジン18は、典型的には、パラメータで表わされた3Dオブジェクトについてのレンダリング要求を生成する。どのようにこの3Dデータをエンコードするかについての詳細は、実装されるエンジンによって変わるものである。しかしながら、各々の3Dエンジンは、基本の3Dジオミトリの用語を定義しなければならない。これらの用語によって3Dシーンが構成されるからである。この技術分野で知られている一般的な3Dオブジェクトの表現は、ポリゴンを表わす空間上の点である。このポリゴンは、普通は、3Dオブジェクトを構成するオブジェクトの表面に貼り付ける3角形である。
【0031】
次のステップ66においては、立体フィルタ26は、それぞれの目に対するジオミトリ値を生成することによって3Dオブジェクトジオミトリ要求を修正する。シーン(scene)の各々の3Dオブジェクトは、その他の空間上の点からの投影を表わすように立体フィルタ26内のビューワモデルアルゴリズムによって修正される。
【0032】
本発明を、最終的なレンダリング視点に関する3Dオブジェクトのビューワモデル表現との関連で説明する。立体フィルタ26に実装することができる様々なビューワモデルがある。各々のビューワモデルは、3Dの奥行きについて知覚が異なっており、頭部と目の種々の構成を模擬するものである。後述する事項では、本発明を明瞭にするために、立体フィルタ26に対して必要な入力と、立体フィルタ26からの出力とについてのみ述べる。しかしながら、本明細書で開示された実施例や目的があれば、システム上の制約はもちろんあるが、ビューワモデルの処理の詳細は、本明細書で説明した具体的な3Dレンダリングエンジン18に基づき容易に具体化することができる。
【0033】
ビューワモデル処理では、各々の3Dオブジェクトは、2つのインスタンス(instance)や視点、即ち左の視点と右の視点とに分離される。所定の目的とする3Dジオミトリの投影面は、それぞれの目に1つずつ、即ち2つの新しい投影面に入れ替えられる。新しい投影面の元の投影面に対する3D位置の正確な関係が、ビューワモデルである。ビューワモデルの詳細は、OSの3Dレンダリングエンジン18ジオミトリ表現に依存するものである。また、この3Dレンダリングエンジン18は、目的とする2Dレンダリング面を指定する。
【0034】
例えば、3Dシーンをレンダリングして空間上の点を投影するシステムでは、立体フィルタ26のビューワモデル表現は、3Dレンダリングエンジン18からのレンダリング要求を、3Dアクセラレーションドライバ30に対する2つの異なるレンダリング要求に変換する。
【0035】
図6Aと6Bは、立体フィルタを用いずに通常の視点レンダリングを使用する3Dレンダリングを説明するものである。また、図7A〜7Cは、立体フィルタ26を用いた視点レンダリングを説明するものである。図7Cに示すように、立体フィルタ26は、要求された視点を、左の視点のために左へずらし、そしてその結果をフレームバッファ31の左のフレームに入れる。第2の要求は、同じ方法で右の視点を処理する。立体フィルタ26のビューワモデルでは、視点に対する複数のレンダリング要求のみが、それぞれの目に1つずつ、即ち2つの視点を生成する。そして結果として生じたそれぞれの目のフレームは、フレームバッファ31に格納される。
【0036】
或いは、固定点レンダリングエンジンでは、シーンは常に、ジオミトリがXYZデカルト空間にあるXY平面へとレンダリングされる。また、シーンの各々の点は、左の視点を表わすように再配置され、そして右の視点に対しても同様に繰り返す。正確な距離は、空間上のそれぞれの目の位置に依存する。
【0037】
空間上の3Dオブジェクトに対する物理視点を生成することができるものであって、この技術分野で知られている様々なモデルがある。しかしながら、説明のために、立体フィルタ26による処理ステップを説明する1つの実施例として、以下のビューワモデル形態を挙げる。この実施例では、このモデルは、3Dレンダリングエンジンが、3DオブジェクトについてXYZ表現からXY平面へのレンダリングを要求する場合を想定して調整してある。
【0038】
図8は、仮想焦点アイポイントのモデル表現を説明するものである。図8に示すように、目的の2D平面の幅と高さW×Hが与えられると、投影面からは離れているが、目的のXY平面の中央に対応する空間上の位置に点hがセットされる。この点hは、目の焦点をエミュレーションする。分離された左と右のビューを作成するためには、焦点アイポイントを左と右に再配置して、立体フィルタ26によって再配置された点についての3DオブジェクトのXYZ位置を再計算する。
【0039】
この焦点アイポイントをX軸方向にdだけ移動する。左目の座標は(W/2−d,H/2,h)となり、右目の座標は(W/2+d,H/2,h)となる。その後、図9に示すように立体フィルタ26は、これらの新しい焦点アイポイントを使用して新しい座標系X'YZ'を生成する。この新座標のY軸は元のXYZ座標系と共有しているが、その中心位置W/2およびH/2が、X'軸上およびY軸上に来るように新しい焦点アイポイントに向かって角度αだけオフセットされている。新しいアイビュー(eye vewiw)のために、変換された3Dオブジェクトは新しい座標系X'YZ'で表現され、レンダリングされアイビューの2Dバッファとなる。
【0040】
上述したモデルは、ビューワの奥行きの知覚を決定するh及びdのパラメータで定義したが、立体フィルタ26では、傾きの角度αのみに基づきモデルのパラメータを決めることもできる。
【0041】
図10は、図9における左のビューの投影面について上から見たビューを説明するものである。新しいX'YZ'座標系はY軸を元の座標系と共用しているため、3Dの点におけるYの値は、同じ値のままである。図10からαに関して次の式を定義することができる。
【0042】
i) sinα=k/(z+l)=l/(X'+k)
ii) cosα=z'/(z+l)=X/(X'+k)
iii) tanα=l/X=k/z'
【0043】
式iii)からl=Xtanαと、式ii)からz'=(z+l)cosα=(z+Xtanα)cosαとを導くことができる。更に、式iii)からk=z'tanα=zsinα+Xsinαtanαと式ii)からX'=(X−kcosα)/cosα=X/cosα−k=X(1/cosα−sinαsinα/cosα)−zsinα=Xcosα−zsinαを導くことができる。上述した式を使用して、立体フィルタ26は、左の視点に対する新しい座標系を以下のように得ることができる。
【0044】
iv) X'=Xcosα−zsinα
z'=zcosα+Xsinα
y'=y
【0045】
その後、立体フィルタは、左のビューから得られた結果をミラーリングすることによって同じ点に対する右のビューを計算する。つまり、立体フィルタ26は、この点を左へ、即ち(X,y,z)から(W−X,y,z)へとミラーリングする。次に、立体フィルタ26は、上述したように変換された式iv)を使用して、この点に対する左の値を計算する。最後に、この立体フィルタは、結果として生じた点を右へ、即ち(X',y',z')から(W−X',y',z')へと再度ミラーリングする。
【0046】
この点に対する左右の点の計算の後、立体フィルタ26は、立体モードの通常の面に右と左の点を配置する。変換の詳細は、前述したように立体フィルタ26によりセットされる立体モードにおけるフレームバッファ31の正確なフォーマットに依存する。例えば、図4Bに示したように同じ長さのバッファの水平モードを使用する場合、この立体フィルタは、元のフレームの左の半分へ左のビューを配置し、右の半分へ右のビューを配置する。左の点(X',y',z')を(X'/2,Y',z')へと移動させ、一方、右の点も(W/2+X'/2,Y',Z')へと移動させる。その他のモードでは、基準の有無にかかわらずYの値を変更するであろう。最後に、立体フィルタ26は、新しいジオミトリを3Dアクセラレーションドライバ28のレンダリングステージへと変換する。
【0047】
図3に示すように、ステップ68においては、左目と右目の視点データが生成された後、立体フィルタ26は、左目のオブジェクトをレンダリングしてフレームバッファ31の左のフレームに入れるように、また右目のオブジェクトをレンダリングしてフレームバッファ31の右のフレームに入れるように、3Dオブジェクトを3Dアクセラレーションドライバ28へ送付する。この2Dの内容物を、左と右のフレームバッファ内にコピーする。
【0048】
次にステップ70においては、3Dアクセラレーションドライバは、予めセットされた立体モードに応じてオブジェクトデータをフレームバッファ31へ格納する。ステップ72においては、DAC32はアナログのRGB信号を立体デイスプレイ34へ出力する。立体ディスプレイ34の装置の詳細については、使用される装置によって変わるものである。しかしながら、立体ディスプレイ34は、2つのフレームを両目の間の距離と合致するように正確に配置することによって見る者の感覚にリアルな立体効果を生じるように設計されている。
【0049】
例えば、それぞれの目で使用されるように分離されたモニタを有するヘッドマウント型ディスプレイを使用することもできる。このタイプのディスプレイでは、RGB信号は、疑似的に立体的な視覚を与える効果を作り出すように変調される。
【0050】
或いは、2つのビューを投影する投影システムディスプレイを使用することもできる。このようなディスプレイでは、見る者は、特別な眼鏡を使用する。或るビューは遮り、その他のビューは通過させることによって、それぞれの目に異なるビューを送る。一般的な装置は、異なる色や偏光のカラーフィルタ或いは偏光フィルタの付いた眼鏡を使用する。
【0051】
いずれにしても、DAC32からのRGBビデオ信号出力が工業上の標準的な規格に合うように生成されるため、立体フィルタ26は、どんな立体ディスプレイ装置でも使用することができる。
【0052】
上述したように、ハードウェア・アクセラレイティド・レンダリングアーキテクチャを使用してグラフィックオブジェクトに対する立体3Dイメージを生成する装置及び方法について述べてきた。図2のコンピュータシステム100は、例えば、マイクロソフト社のウィンドウズ9X、或いはウィンドウズNTを使用するペンティアム搭載PCとして具体化することができる。しかしながら、この立体フィルタは、特定のオペレーティングシステムの使用に限定されるものではない。例えば、図11は、本発明の実施例を適用することができるコンピュータシステム200の略ブロック図である。コンピュータシステム200は、バス210、或いは、情報をやり取りするためのその他の通信手段を含むものである。また、プロセッサ202は情報を処理するためにバス210に接続されている。更に、コンピュータシステム200は、ランダム・アクセス・メモリ(RAM)、或いは、動的記憶装置204(メインメモリとも呼ばれる)を含むものであって、これらは、情報やプロセッサ202により実行されるべき命令を格納するために、バス210に接続される。また、メインメモリ204は、プロセッサ202によって命令を実行する間に生じる一時的な変数、或いはその他の中間情報を格納するためにも使用することができる。また、コンピュータシステム200は、バス210に接続されている、プロセッサ202に対する静的な情報及び命令を格納するための読み取り専用メモリ(ROM)、及び/または、その他の静的記憶装置206を含むものである。磁気ディスク、或いは光学ディスクとこれに相当するディスクドライブ(駆動装置)等のデータ記憶装置208は、情報や命令を格納するためにバス210に接続することができる。
【0053】
本発明の立体フィルタの利点としては、マイクロソフト社によるOpenGL、或いはDirect3D等のベンダーのどんな3Dレンダリングエンジンでも接続できることである。しかしながら、個々の立体フィルタは個々の3Dレンダリングエンジンと共に使用する必要がある。その理由は、フィルタはレンダリングエンジンに特有のインターフェイスポイントと接続されるためである。更に、フィルタとアクセラレーションドライバとの間の通信は広く公表されているAPIと全く同じであるため、立体フィルタ26は特定の3Dアクセラレーションドライバとの使用に限定されるものではない。
【0054】
更に、この立体フィルタの利点としては、いかなるサードパーティ製の3Dアクセラレータやビデオアダプタでも使用することができることである。この立体フィルタは、使用される実際の装置に基づき立体モードをセットするように設計されている。更に、この立体フィルタは、立体モードをサポートするいかなる立体ディスプレイ装置でも使用することができる。本発明のその他の利点としては、OSやサードパーティのコンポーネントを立体フィルタに適応するように修正する必要がないことである。従って、様々なソフトウェアやハードウェアのコンポーネントについてのカスタマイズに関する莫大な時間や費用を節約することができる。
【0055】
上述したビューワモデルに関する本発明の重要な特徴として、見る者の視点を3D空間のいかなる場所にも変更することができることである。ユーザは、アプリケーションレベルのおける3D内容物とは独立した方法でシーンを移動することができるように、この立体フィルタを制御する。このようにして、本発明はユーザが制御しているのだという感覚を増大させる。更に、本発明は、入ってくる3D内容物との会話性の範囲を増大させる。視点を変更するときの問題としては、3Dレンダリングエンジンが、ある特定の視点上でセンタリング(中央寄せ)をすることによって、例えば計算上必要とされる3Dジオミトリモデルを最適化する場合があることである。この方法では、この特定の視点から見ることができない細部は省略される。この方法では、異なるレベルの細部を含むことができ、これは、隠面(hidden-surface)領域に存在するポリゴンの省略と同じように視点への距離に依存するものである。原則として、3Dモデルを完全にレンダリングする3Dレンダリングエンジンは、本発明のこの3Dフィルタにより操作することができ、また、アーチファクト(artifacts)を生成することなくアプリケーションとは独立して視点を変更することができる。
【0056】
更に、本発明の特徴として、この立体フィルタは同じ3D内容物に基づき異なる視点からレンダリングされる複数のビューを提供するように一般化することができる。基本的には、上述した式1〜ivの計算はその他の適したものに置き換えられる。例えば、ビデオゲーム等のマルチユーザのソフトウェアアプリケーションでは、異なるユーザが1つのチームとしてある仮想環境に一緒に存在していて同じオブジェクトに遭遇する場合、このフィルタは、このオブジェクトから1つの3D内容物及び異なる視点に基づき異なるビューを生成する。個々の各ユーザに対して生成された複数のビューは、必要ではないが事実上は立体とすることができる。例えば、複数のビューは、複数の単眼用のイメージとすることができる。
【0057】
立体モードの処理において本フィルタによってデータ変換の実行を適用するには様々なやり方があることに留意されたい。左目と右目とのビューを生成する1つの方法としては、上述した変換を実行すること、即ち新しい焦点中心を配置し、互いに鏡像となる2つの異なるビューを生成することである。或いは、この焦点ビューを左目(或いは右目)のビューとし、これを距離Wだけ水平方向に変換したものを右目(或いは左目)のビューとすることもできる。
【0058】
本明細書においては、本発明の幾つかの好適な実施例を説明したに過ぎない。しかし、前述したように本発明は、様々な組み合わせ及び環境で使用することができ、また、本明細書で説明した発明の概念の範囲内で変更や変形をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 ソフトウェアレンダリングを使用する従来のコンピュータディスプレイシステムのブロック図である。
【図2】 本発明を適用することができる好適なコンピュータシステムのブロック図である。
【図3】 本発明の実施例に応じて好適なコンピュータシステムの処理を説明するフローチャートである。
【図4】 A〜Cは、本発明で使用することができる種々の水平立体モードを説明するものである。
【図5】 A〜Cは、本発明で使用することができる種々の垂直立体モードを説明するものである。
【図6】 A〜Bは、視点レンダリングを説明するものである。
【図7】 A〜Cは、本発明の実施例に応じて視点レンダリングを説明するものである。
【図8】 ビューワモデル(viewer model)で使用する仮想焦点アイポイント(virtual focal eye point)を説明するものである。
【図9】 図8におけるオブジェクトに対する修正された投影を説明するものである。
【図10】 図9における投影に対する左ビュー座標系を説明するものである。
【図11】 本発明を実施することができるコンピュータシステムの略ブロック図である。
Claims (13)
- コンピュータシステムにより実行され、グラフィックオブジェクトに対する3Dデータを生成する方法であって、
オペレーティングシステム3Dレンダリンググラフィックモジュールにおいて、プロセッサが、前記グラフィックオブジェクトに対する3Dレンダリング処理のための、3Dハードウエア・アクセラレーションドライバへのファンクションコール要求を生成するステップと、
前記ファンクションコール要求が前記ハードウエア・アクセラレーションドライバに受け取られる前に、前記ファンクションコール要求を、プロセッサが、立体フィルタに、途中で取り込み、前記立体フィルタにおいて、3Dグラフィックオブジェクトに対する複数の視点データを生成するステップと、
ディスプレイドライバにおいて、前記複数の視点データをフレームバッファに格納し、該フレームバッファから映像信号出力を生成するステップと、
を含む方法。 - 前記立体フィルタにおいて、前記3Dグラフィックオブジェクトに対して左目の及び右目の視点データを生成するステップと、
前記左目の及び右目の視点データをディスプレイドライバに送付するステップとを含む、
請求項1に記載する方法。 - 前記左目の及び右目の視点データを前記フレームバッファ内へ格納するステップを含む、請求項2に記載する方法。
- 前記フレームバッファの各ラインを2つの領域、即ち左目のデータを格納する第1の領域と、右目のデータを格納する第2の領域と、に分割するステップを含む、請求項3に記載する方法。
- 前記フレームバッファを上の領域と下の領域、即ち左目のデータを格納するための一方の前記領域と、右目のデータを格納するための他方の前記領域と、に分割するステップを含む、請求項3に記載する方法。
- 前記左目の及び右目の視点データを生成するステップが、
前記オペレーティングシステム3Dレンダリンググラフィックモジュールからの3Dオブジェクトについてのパラメータとしてのレンダリング要求を前記立体フィルタに受け取るステップと、
1つのビューワモデル入力に基づき所定の1つの目的とする投影面を2つの投影面に入れ替えるステップと、を含む、請求項2に記載する方法。 - 前記ビューワモデル入力が、3Dオブジェクトジオミトリの前記オペレーティングシステム3Dレンダリンググラフィックモジュールの表現と、前記目的とする投影面の表現と、に基づく、請求項6に記載する方法。
- 前記立体フィルタを、フレームバッファへの出力を生成するハードウェア・アクセラレーティド・ドライバとして働くように設計した請求項1に記載する方法。
- グラフィックスデータを生成する、プロセッサを含むコンピュータシステムであって、
プロセッサが、コンピュータシステム上で実行されるソフトウェアアプリケーションに対するグラフィックスデータを生成し、オペレーティングシステムグラフィックスモジュールにおいて、3Dグラフィックス処理の実行を要求するファンクションコールを3Dアクセラレーション・ドライバに送付し、
前記ファンクションコールが前記3Dアクセラレーション・ドライバに受け取られる前に、プロセッサが、立体フィルタにおいて、前記ファンクションコールを途中で取り込み、1つのグラフィカルオブジェクトに対して複数の視点データを生成し、
ディスプレイドライバにおいて、前記複数の視点データをフレームバッファに格納し、該フレームバッファから映像信号出力を生成することを特徴とするシステム。 - 前記立体フィルタにおいて、前記グラフィカルオブジェクトの左目の視点データと、右目の視点データとが生成されるように設計された、請求項9に記載するコンピュータシステム。
- 前記立体フィルタにおいて、前記オペレーティングシステムグラフィックスモジュールからの3Dオブジェクトについてのパラメータとしてのレンダリング要求が受け取られ、1つのビューワモデル入力に基づき所定の1つの目的とする投影面が2つの投影面に入れ替えられる、請求項10に記載するコンピュータシステム。
- 前記ビューワモデル入力が、3Dオブジェクトジオミトリの前記オペレーティングシステムグラフィックスモジュールの表現と、前記目的とする投影面の表現と、に基づく、請求項10に記載するコンピュータシステム。
- 請求項1ないし8のいずれか1項記載の方法をプロセッサによって実行するコンピュータプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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