JP5421264B2 - 3dディスプレイのレンダリング方法の改良 - Google Patents
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Description
各サンプルは,投影中心線が開口部の中心を通過するように,取得されることとしても良い。各サンプルは,投影中心線が,開口部の中心からの差分によって求められた開口部の中心線若しくは中心点を通過するように,取得されることとしても良い。開口部の中心からの差分によって求められた開口部の中心線若しくは中心点は,少なくとも,開口部の縁又は隣接する2つの仮想開口部の中点のうちの一つであることとしても良い。
3Dディスプレイのシーン表現
3Dディスプレイがどのようにシーンを表現するのかを説明するために,動的な観察者を考慮する。静的な観察者を考慮することより,動的な観察者のための3Dディスプレイを理解することのほうが大きな課題となるからである。少なくとも走査スリットシステムにおいて,静的な観察者は,2Dディスプレイにおける深さ(デプス)と同じ精度でディスプレイにシーン表現を受けることができた。図2に示すように,2Dディスプレイのピクセルは,観察者のポイントから視錐台を表すようにして視認されている。これらの視錐台は,シーンの方を向いている観察者から離れれば離れるほど広くなっている。単純化させるために,3つのピクセルだけが同一のスリットを通して視認されている。
方程式1
方程式2
方程式3
方程式4
方程式5
方程式6
方程式7
方程式8
方程式9
方程式10
画像生成スキームは,3Dディスプレイに表示されたときに3Dシーンを再現する一又は複数の2D画像を生成する。特定のスリット位置に対するピクセルの値を決定するため,仮想シーンを通過するベクトル若しくは光線をサンプリングすることによって,2D画像を生成することができる。これはレイトレーシングに用いられる方法である。サンプルの取得の際に沿う線,すなわちサンプリングベクトル若しくは光線は,投影中心線と呼ぶことができる。レイトレーシングに2Dアンチエイリアスを用いる場合,一以上の線に沿ってサンプリングを実行し,そして,これらのサンプルの値に基づいた値をピクセルに与える。他のサンプルの線は,投影中心線の周囲に分配することができる。レイトレーシングと同様の方法で線に沿ったサンプリングを行わないラスタライゼーションにおいては,代わりに,オブジェクトが特定のピクセル及びカメラ位置の視錐台内におさまっているかどうかをアルゴリズムによって確認し,そして,各ピクセルにはこれに基づく値が与えられる。この視錐台の中心を投影中心線と呼ぶこともできる。ラスタライズゼーションに2Dアンチエイリスを用いる場合,通常,それぞれのピクセルを複数のサブピクセルに分割し,そして,元のピクセルにはこれらのサブピクセルに基づく値が与えられる。以下の解析では,レイトレーシングとラスタライゼーションは同様の結果となる。一の方法が説明に用いられている場合であっても,同様の説明を他の方法に用いることができる。
一般的レンダリング方法(GRM)は,特許出願PCT/IB2005/001480において説明されている。GRMは,非常に薄いスリットとシーンの非常に細かいディティール有する理想のディスプレイのレンダリング方法の良い基準となる。この点において,非常に薄いスリットとは,実質的にピクセル幅と等しい幅を有するスリットであり,非常に細かいディティールとは,実質的に1のピクセルの解像度に等しい角直径を有するディティールである。
方程式11
方程式12
GRMの課題の一つは,グラフィックカードが線形補間を広範に使用する傾向にあるということである。三角形上の全てのポイントに対する定数zを有する三角形において,上記の方程式におけるスケーリングとシフト係数は直線的であるのでこれは問題とならない。このような三角形は,シャッターの標準と平行になる標準を有している。異なったz値における頂点を有する三角形において,線形補間はエラーを引き起こす。図20は,プレスケーリングされた空間における直線的な水平線は,スケーリングされた空間におけるもののように見えることを示している。三角形の一端がz=−30の値を有し,さらにその他端がz=30の値を有する場合,線形補間は直線に対して0.33から−0.35を通過するx値を与える。しかし,補正曲線は約z=10の周囲で漸近線を有する高い非直線となっている。この問題点を解決するための一つの方法は,三角形をいくつかの小さい三角形に分割することである。この方法はテセレーションと呼ばれる。これは,GRMのサンプリング周波数を効果的に向上させる。
別の方法として,標準的な視点レンダリング作業を通して,ピクセル列若しくは一のディスプレイピクセルに対する全ての視点がキャプチャされるようにシーンを変換することもできる。この変換には,シャッターがディスプレイとして扱われディスプレイがシャッターとして扱われる変換及び標準的な投影操作が提供される方程式11に記載の標準的なGRM変換を用いることができる。一の視点のレンダリングの成果は,一のピクセル列の全てのシャッタースリット位置に対する全てのピクセル値となる。この成果は,その後,特定のシャッター位置に対する完全なフレームが組み立てられる方法でメモリに読み込まれる。基本的なケースにおいては,線は,ピクセルの中心及びそれぞれのシャッタースリットの中心を通ってサンプリングされる。このサンプリングは,通常のGRMサンプリングの基本的なケースと同様である。しかし,スケーリングされた空間に2Dアンチエイリアスの導入することは,様々な効果を有する。この場合において,追加サンプルはシャッタースリットではなく,ピクセルの中心の全てを通過する追加的な線を介して取得される。菱形図形は,シャッター面ではなくディスプレイ面の付近に出現する。同様の改善された方法は,例えば追加する仮想ピクセル位置の仮定などのような標準GRMにおけるGRMのバリエーションに用いることができる。
体積データは,ポリゴンではなく,空間におけるポイント,ボクセルに基づいている。これらの点を表すための一般的な方法は複数の平行面を介することである。当該複数の平行面はそれぞれ,当該平行面における全てのボクセルを表すテクスチャを有している。
1 テクスチャ面の標準がシャッター面の標準と平行であるシーンの表現。すなわち,zはテクスチャ面における定数である。
2 特定のスリット位置に対する第一のカメラ位置の選択。
3 z座標を挿入しe=0を設定することによって,上記方程式からの係数を用いたx座標におけるテクスチャ面の拡張。ただし,z0>Sである場合,前記拡張は符号が変わることに注意が必要である。これは,事実上,テクスチャの反転を構成する。
4 選択されたスリット位置に対する視錐台座標に基づいた標準的なシーンの投影の作成。
5 新しいスリット位置及び対応するカメラ位置の選択。
6 元のカメラ位置と比較した新しいカメラ位置に対する正しいカメラシフトeの挿入によるx方向におけるテクスチャ面のシフト。このシフトは方程式11による。このシフトは,z値に基づくものであるので,それぞれテクスチャ面ごとに異なる。
7 全てのスリット位置のレンダリングが完了するまで,ステップ4から6を繰り返す。
図21は,公知のレンダリング方法の例を示している。これは,ピクセルの間隔幅の3倍のシャッタースリットを有する3視野(3つの独立した視認位置)システムの例である。それぞれのシャッター位置について,3つの視点がレンダリングされる。これらは,ディスプレイ/ディフューザ面で重複しない3つの視錐台が生成されるように,それぞれのシャッター位置から取得される。また,これらは,視錐台がシャッター面上のシャッタースリットに及ぶように取得される。また,これらは,同じカメラが全てのスリットに対する特定の視点に使用されるように取得されることとしても良い。通常,スリットを通した現実/仮想世界で視認されることを記録する方法で視野が生成されるように説明される。
方程式13
レイキャスティングは,体積データを表示するための一般的な方法である。また,レイキャスティングは,例えば表面モデルなどの,体積データ以外のデータにも用いられる。レイキャスティングは,レイトレーシングと同様の方法で,シーンを介して眼からの光線を送るという技術に基づく。また,以下の方法は,レイトレーシングアプリケーションでも有効である。コンピュータグラフィックスにおいてレイキャスティングは,画像面の各ピクセルを介して仮想カメラから一又は複数の光線を送り,その光線に沿ってカラーコントリビューションを追加することを意味する。以下の例は,水平方向のパララックスシステムに基づくものであるが,水平方向及び垂直方向のパララックスに拡張して解釈することができる。
1 簡単な読み取り操作によりどんなボクセル値もルックアップ可能にする3Dデータストラクチャ/テクスチャに,体積データを格納させる。
2 出力フレームにおける全てのピクセル列に対する列計算されたカメラ位置を格納するルックアップテーブル/テクスチャを生成する。(スリットが列をベースにしていると仮定した場合)
3 画像面における対応するピクセルによって計算されたカメラ位置から光線を送る。反復している間,体積からコントリビューションを加える。最終結果は,対応するピクセルの場所に格納される。例えば,最大値投影法(MIP)や,多断面再構成法(MPR),オーバーオペレーター,アンダーオペレーター等のような,異なった合成方法も用いることができる。
1 簡単な読み取り操作によりどんなボクセル値もルックアップ可能にする3Dデータストラクチャ/テクスチャに,体積データを格納させる。
2 体積を介してスライス画像の反復よって前後から中心視野をレイキャスティングする。
3 各スライス画像について,複数視点のフレームを補完する。
多くの視点位置若しくはサンプルは画像の質を向上させることについは説明した通りである。通常,視点数を増加させると計算コストがかかる。公知のグラフィックプロセシングユニット(GPU)によって処理を行うことは,3Dシーンの完全なジオメトリが視点位置ごとに処理される必要があることを意味しこれはリアルタイム処理を困難にする。
視差マップは,2つの画像内でどの程度2つのピクセルが異なるかを伝える。(画像が,任意のカメラ間隔で,同じ動機でキャプチャされたと仮定した場合。)
W=ピクセル内のビューポート幅
H=ピクセル内のビューポートの高さ
P=投影マトリクス
n=近平面距離
f=遠平面距離
w=クリップ面左右間の距離
h=クリップ面上下間の距離
D=焦点面距離
Pmod i=補完された視野の変換及びシェアリング(せん断)マトリクス
Pmod r=原視野の変換及びシェアリングマトリクス
ei=中心視野から補完された視野までの距離
er=中心視野から原視野までの距離
上記の方法は,シーンが与えられることを前提とし,それに基づいて観察者のために知覚される画像の画質を最適化することを目的としている。仮想3Dシーンにおいては,特定の3Dディスプレイに対する画像アーチファクト及びレンダリング方法が減少し得る方法で,シーンを適合させることができる。
Claims (23)
- 2Dディスプレイと複数の開口部を持つ切替可能な開口アレイとを含む立体ディスプレイで用いられる画像データを,グラフィックス処理装置により生成する方法であって,
前記立体ディスプレイは,2Dディスプレイ面と開口面とを含むものとしてモデル化されたものであり,
前記方法は,前記グラフィックス処理装置により,前記立体ディスプレイをモデル化する前記2Dディスプレイ面と前記開口面を用いて,3Dシーンの複数のサンプルを取得するステップを含み,
各サンプルは,前記モデル化された立体ディスプレイの2Dディスプレイ上のピクセルと,前記モデル化された立体ディスプレイの前記切替可能な開口アレイの開口部との組み合わせのために取得されたものであり,
一つのピクセルと一つの開口部の組み合わせのために前記サンプルを取得するときの線は,特定の開口部に対する全てのサンプルについて,前記開口部の同じ点を通過するものであり,且つ,
一つのピクセルと一つの開口部の組み合わせのために前記サンプルを取得するときの線は,特定のピクセルに対する全てのサンプルについて,前記ピクセルの同じ点を通過する
方法。 - 前記画像データは,一次元だけで視差を表示する立体ディスプレイで用いられるものであり,
前記立体ディスプレイの開口部は,スリットであり,
前記開口部の中心は,前記開口部の長軸に整列されており,
一つのピクセルと一つの開口部の組み合わせのために前記サンプルを取得するときの線は,特定の開口部に対する全てのサンプルについて,前記開口部の中心を通過する
請求項1に記載の方法。 - 一つのピクセルと一つの開口部の組み合わせのために前記サンプルを取得するときの線,特定の開口部に対する全てのサンプルについて,視野線を通過する
請求項2に記載の方法。 - 前記複数のサンプルは,均等に分配される
請求項1から請求項3のいずれかに記載の方法。 - 前記特定の開口部に対する複数のサンプルは,2Dディスプレイ面又は視野面のうち,少なくとも一つに均等に分配される
請求項1から請求項3のいずれかに記載の方法。 - 前記特定のピクセルに対する複数のサンプルは,シャッター面又は視野面のうち,少なくとも一つに均等に分配される
請求項1から請求項3のいずれかに記載の方法。 - 複数のサンプルは,前記モデル化された立体ディスプレイにおける前記切替可能な開口アレイの開口部の幅が実際の開口部の幅より狭いと仮定することにより得られる
請求項1から請求項6のいずれかに記載の方法。 - 各サンプルは,中心サンプルを含み,
前記各中心サンプルは,前記ピクセルの中心と前記開口部の中心を通過する線に沿って取得される
請求項1から請求項7のいずれかに記載の方法。 - 一つのピクセルと一つの開口部の組み合わせのために取得された各サンプルは,複数の非中心サンプルの平均値を含み,
前記非中心サンプルは,前記ピクセルの中心と前記開口部の中心を通過する線の周囲に分配される
請求項1から請求項7のいずれかに記載の方法。 - 一つのピクセルと一つの開口部の組み合わせのために取得された各サンプルは,中心サンプルと複数の非中心サンプルの平均値を含み,
前記各中心サンプルは,前記ピクセルの中心と前記開口部の中心を通過する線に沿って取得され,
前記非中心サンプルは,前記ピクセルの中心と前記開口部の中心を通過する線の周囲に分配される
請求項1から請求項8のいずれかに記載の方法。 - 前記各非中心サンプルは,垂直方向又は水平方向のうち,少なくともいずれか一つの前記ピクセルの中心と前記開口部の中心を通過する線からオフセットされる
請求項9又は請求項10に記載の方法。 - 前記非中心サンプルは,前記ピクセルの中心と前記開口部の中心を通過する線の周囲に均等に分配される,
請求項9,請求項10又は請求項11に記載の方法。 - 前記非中心サンプルは,確率的ジッタリングによって分配される
請求項9,請求項10又は請求項11に記載の方法。 - 前記平均値は,加重平均値である
請求項9から請求項13のいずれかに記載の方法。 - 一つのピクセルと一つの開口部の組み合わせのために前記サンプルを取得するときの線が前記開口部の中心点又は線及び2Dディスプレイのピクセルの中心の両方を通過するように,一のサンプルが取得される
請求項1から請求項14のいずれかに記載の方法。 - 一つのピクセルと一つの開口部の組み合わせのために前記サンプルを取得するときの線が前記開口部の中心点又は線及び2Dディスプレイのピクセルのいずれかの点の両方を通過するように,一のサンプル又は非中心サンプルが取得される
請求項1から請求項15のいずれかに記載の方法。 - 一つのピクセルと一つの開口部の組み合わせのために前記サンプルを取得するときの線が前記開口部の中心を通過するように,各サンプルが取得される
請求項1から請求項16のいずれかに記載の方法。 - 一つのピクセルと一つの開口部の組み合わせのために前記サンプルを取得するときの線が前記開口部の中心からオフセットされた開口部の点又は線を通過するように,各サンプルが取得される
請求項1から請求項17のいずれかに記載の方法。 - 前記開口部の中心からオフセットされる開口部の点又は線は,少なくとも仮想開口部の縁又は隣接する仮想開口部の中間点のうちの一つである
請求項18に記載の方法。 - 請求項1から請求項19のいずれかに記載の方法を実行可能な立体ディスプレイ装置。
- 請求項1から請求項19いずれかに記載の方法を実行可能な立体ディスプレイを有するコンピュータシステムで用いられるグラフィックス処理装置。
- 請求項1から請求項19のいずれかに記載の方法を実行可能な立体ディスプレイで用いられるグラフィックス処理装置。
- 請求項1から請求項19のいずれかに記載の方法を実行するための,コンピュータで読み取り可能な媒体に格納されたコードを含むコンピュータプログラム。
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