JP6333405B2 - 曲面ビューポート上に頂点の投影を近似することによる、グラフィックス処理における画面位置に基づく有効解像度の変化 - Google Patents
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Description
本願は、その内容全体が参照により本明細書に組み込まれる、本出願と同日に出願された「METHOD FOR EFFICIENT CONSTRUCTION OF HIGH RESOLUTION DISPLAY BUFFERS」(代理人整理番号SCEA13055US00)と題されたTobias Berghoffへの同一出願人による同時係属中の米国特許出願第14/246,064号に関連する。
本開示の態様は、コンピュータグラフィックスに関する。特に、本開示は、画面位置に基づく解像度の変化に関する。
図1A〜図1Cは、大きなFOVディスプレイに伴う今まで認識されてこなかった問題を図示する。図1Aは、90度のFOVディスプレイを図示し、図1Bは、114度のFOVディスプレイを図示する。従来の大きなFOVディスプレイでは、投影面101に対する平面投影を使用して、三次元ジオメトリをレンダリングする。しかしながら、高FOV投影面へのジオメトリのレンダリングが非常に非効率的であることがわかってきた。図1Cを見てわかるように、投影面101のエッジ領域112及び中央領域114は、同じ範囲であるが、観察者103から見ると、非常に異なる立体角を示す。その結果、画面のエッジ付近の画素は、中央付近の画素よりも保持する有意義な情報が遥かに少ない。従来、シーンをレンダリングするときには、これらの領域は同じ数の画素を有し、画面における等しいサイズの領域をレンダリングするのに費やされる時間は等しい。
H’=θH*2/FOVH
V’=θV*2/FOVV
H=tan(θH)/tan(FOVH/2)
V=tan(θV)/tan(FOVV/2)
H’及びV’を解くと次を生じる、
H’=arctan(H*tan(FOVH/2))*2/FOVH
V’=arctan(V*tan(FOVV/2))*2/FOVV
この解決策が、HMDレンダリング構成において、画素間のほぼ理想的な立体範囲分布は生成するが、物理的な光学が、可視の視野にわたってHMD表示画素を均等には分布できないことに留意すべきである。その結果、この構成における最も効率的な解決策は、画面範囲への表示画素の理想的なマッピングの決定において、光学によって生じる歪みを考慮する。
H[i]=tan(H’[i]*FOVH/2)/tan(FOVH/2)
V[j]=tan(V’[j]*FOVV/2)/tan(FOVV/2)
次に、これらの境界を維持する区分線形変換を構築する。
H’=(H[i]<H<H[i+1])となるようなiにおいて、
H’[i]+(H’[i+1]−H’[i])*(H−H[i])/(H[i+1]−H[i])
V’=(V[j]<V<V[j+1])となるようなjにおいて、
V’[j]+(V’[j+1]−V’[j])*(V−V[j])/(V[j+1]−V[j])
H,VからH’,V’へのマッピングは、(前述のi及びjによってインデックスを付けられた)種々の小区分ごとに若干異なるので、オリジナルの画面空間1における三角形3は、湾曲部を有する変換された三角形3’として変換された画面空間2にマッピングされる。しかしながら、結果生じた画像が線形または曲面ディスプレイに帰着するときに、変換が帰着の一部として逆にされ、三角形3’の湾曲部は、明らかな直線に戻るように復元される。
本開示の態様は、曲面ビューポート上に頂点の投影を近似することによって、画面位置に基づいて有効画素解像度を変化させるグラフィックス処理を実施するように構成されたグラフィックス処理システムを含む。実施例として、制限的なものではなく、図4Aは、本開示の態様に従うグラフィックス処理を実施するのに使用できるコンピュータシステム400のブロック図を図示する。本開示の態様に従い、システム400は、埋め込みシステム、携帯電話、パーソナルコンピュータ、タブレットコンピュータ、携帯ゲーム機、ワークステーション、ゲームコンソールなどであっても良い。
一つ以上のプロセッサコア(例えば、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサまたはデジタルシグナルプロセッサ(DSP)コア。
メモリブロック、例えば、リードオンリーメモリ(ROM)、ランダムアクセスメモリ(RAM)、電気的消去可能プログラマブルリードオンリーメモリ(EEPROM)、及びフラッシュメモリ。
発振器または位相ロックループなどのタイミングソース。
カウンタタイマ、リアルタイムタイマまたはパワーオンリセット発電機などの周辺機器。
外部インターフェース、例えば、ユニバーサル・シリアル・バス(USB)、ファイヤーワイヤー、イーサネット(登録商標)、万能非同期送受信機(USART)、シリアル周辺インターフェース(SPI)バスなどの業界標準。
アナログ・デジタル・コンバータ(ADCs)及びデジタル・アナログ・コンバータ(DACs)を含むアナログインターフェース。
電圧レギュレータ及び電源管理回路。
本開示の態様に従い、システム400は、グラフィックスレンダリングパイプラインの一部を実装するように構成される。図4Bは、本開示の態様に従うグラフィックスレンダリングパイプライン430の実施例を図示する。
H’=(H[i]<H<H[i+1])となるようなiにおいて、
H’[i]+(H’[i+1]−H’[i])*(H−H[i])/(H[i+1]−H[i])
V’=(V[j]<V<V[j+1])となるようなjにおいて、
V’[j]+(V’[j+1]−V’[j])*(V−V[j])/(V[j+1]−V[j])
式中、H[i]及びV[j]は、増大する順序においてセットとして選択された対応する一定の画素領域空間境界H’[i]及びV’[j]から次の通りに導き出された線形画面空間境界である。
H[i]=tan(H’[i]*FOVH/2)/tan(FOVH/2)
V[j]=tan(V’[j]*FOVV/2)/tan(FOVV/2)
特定の実施態様において、物理的な光学を備えたHMD及び類似のディスプレイにおいて、これらの画面境界についての方程式は、各表示画素への等しい立体角の理想的なマッピングからの光学の偏差を考慮して調節できる。
本開示の追加の態様は、
仮想空間におけるシーンに関する一つ以上の頂点を表すデータを受信することと、
複数個の画素を有する表示デバイスの画面空間への頂点の投影であって、頂点の投影を曲面ビューポートにおいて近似する投影を実行することと、
頂点にプリミティブアセンブリを実行して、画面空間における頂点の投影から画面空間内の一つ以上のプリミティブを生成することと、
一つ以上のプリミティブに走査変換を実行して、一つ以上のプリミティブのうちの対応するプリミティブの部分である、複数個の画素のうちの一つ以上の画素を決定することと、
対応するプリミティブの部分である一つ以上の画素に画素値を割り当てる画素処理を実行することによって完成フレームを生成することと、を含むグラフィックス処理方法を含む。
Claims (33)
- 仮想空間におけるシーンに関する一つ以上の頂点を表すデータを受信することと、
複数個の画素を有する表示デバイスの画面空間への前記頂点の投影であって、前記頂点をフラットな画面空間に投影し、それに続いて、略等しい立体角を示すフラットな画面空間の小区分を略等面積の対応する小区分へ変換することによって前記頂点の前記投影を曲面ビューポートにおいて近似する区分線形投影を実行することと、
前記頂点にプリミティブアセンブリを実行して、前記画面空間における前記頂点の前記投影から画面空間内の一つ以上のプリミティブを生成することと、
前記一つ以上のプリミティブに走査変換を実行して、前記複数個の画素のうちのどの一つ以上の画素が前記一つ以上のプリミティブのうちの対応するプリミティブの部分であるかを決定することと、
前記対応するプリミティブの部分である前記一つ以上の画素に画素値を割り当てる画素処理を実行することによって完成フレームを生成することと、及び
前記完成フレームをメモリに保存するまたは前記完成フレームを前記表示デバイスに表示することと、を含む、グラフィックスプロセッシングユニット及び前記メモリを有するグラフィックス処理システムを用いたグラフィックス処理方法。 - 前記頂点の前記投影の実行が、
前記シーンの平面ビューポートであって、複数個の小区分に再分割された前記平面ビューポート上に、仮想空間からの前記頂点の初期の投影を計算することであって、前記複数個のうちの各小区分が前記画面空間の大体等しい立体角に対応する、前記初期の投影を計算することと、
画面空間座標に変換された各プリミティブに粗いラスタライゼーションを実行して、どの一つ以上の小区分が前記プリミティブに重なる決定することと、及び
前記一つ以上のプリミティブの各プリミティブにおいて、前記プリミティブが重なる各小区分に画面空間補正を実行して、前記プリミティブの各頂点の前記座標を、前記小区分に関連する対応する補正された頂点座標にマッピングすることとを含み、前記画面空間補正が、前記プリミティブが重なる各小区分の、前記曲面ビューポートの複数個の平面の補正された小区分のうちの対応する平面の補正された小区分へのマッピングに相当し、前記曲面ビューポートの前記補正された小区分が等しい面積を有する、請求項1に記載の方法。 - 前記画面空間補正の実行が、逆正接公式の区分線形近似を前記プリミティブの一つ以上の頂点の画面空間座標に適用して対応する補正された頂点を生成することを伴う計算の実行を含む、請求項2に記載の方法。
- 前記画面空間補正の実行が、表示デバイスにおける物理的な光学によって生成された画像歪みの区分線形近似を前記プリミティブの一つ以上の頂点の画面空間座標に適用して対応する補正された頂点を生成することを伴う計算の実行を含む、請求項2に記載の方法。
- 前記走査変換が補正された小区分ごとに実行され、前記複数個の小区分のうちの所与の小区分における前記一つ以上のプリミティブのうちの所与のプリミティブに関して、前記補正された頂点座標を使用して、前記所与の小区分に関連する前記所与のプリミティブについての、前記所与の小区分に位置する前記所与のプリミティブのその部分に走査変換を実行する、請求項2に記載の方法。
- 前記平面ビューポートの前記複数個の小区分のうちの前記小区分が矩形である、請求項2に記載の方法。
- 前記頂点の前記投影、プリミティブアセンブリ及び走査変換が、計算シェーダを用いてソフトウェアに実装される、請求項1に記載の方法。
- 前記頂点の前記投影、プリミティブアセンブリ及び走査変換が、ハードウェアに実装される、請求項1に記載の方法。
- ユーザが見ている前記表示デバイスの画面の一部を決定することをさらに含み、前記投影が、前記ユーザが見ている前記部分を含む前記画面の一つ以上の小区分における有効画素解像度が最も高くなるように前記有効画素解像度を変化させるように設定された、請求項1に記載の方法。
- 前記投影が、所与の光学及び前記表示デバイスの視野に対して静的である、請求項1に記載の方法。
- 前記投影が、所与の光学及び前記表示デバイスの視野に対して静的であり、前記投影が、前記画面の一つ以上の中央小区分が完全な有効画素解像度を有し、中央から遠い小区分が、次第に低減された有効画素解像度を有するように設定された、請求項1に記載の方法。
- 前記表示デバイスが90度以上の視野によって特徴づけられた、請求項1に記載の方法。
- 前記表示デバイスが頭部装着型ディスプレイデバイスである、請求項1に記載の方法。
- グラフィックスプロセッシングユニット(GPU)、及び
メモリを備えており、
前記グラフィックスプロセッシングユニットが、仮想空間におけるシーンに関する一つ以上の頂点を表すデータを受信するように構成されており、
前記GPUが、複数個の画素を有する表示デバイスの画面空間への前記頂点の投影であって、前記頂点をフラットな画面空間に投影し、それに続いて、略等しい立体角を示すフラットな画面空間の小区分を略等面積の対応する小区分へ変換することによって前記頂点の投影を曲面ビューポートにおいて近似する前記投影を実行するように構成されており、
前記GPUが、前記頂点にプリミティブアセンブリを実行して、前記画面空間における前記頂点の前記投影から画面空間内の一つ以上のプリミティブを生成するように構成されており、
前記GPUが、前記一つ以上のプリミティブに走査変換を実行して、前記複数個の画素のうちのどの一つ以上の画素が前記一つ以上のプリミティブのうちの対応するプリミティブの部分であるかを決定する様に、構成されており、
前記GPUが、前記対応するプリミティブの部分である前記一つ以上の画素に画素値を割り当てる画素処理を実行することによって完成フレームを生成するように構成されており、かつ
前記GPUが、前記完成フレームを前記メモリに保存するまたは前記完成フレームを前記表示デバイスに表示するように構成された、グラフィックス処理のためのシステム。 - 前記シーンの平面ビューポートであって、複数個の小区分に再分割された前記平面ビューポート上に、仮想空間からの前記頂点の初期の投影を計算することであって、前記複数個のうちの各小区分が前記画面空間の大体等しい立体角に対応する、前記初期の投影を計算することと、
画面空間座標に変換された各プリミティブに粗いラスタライゼーションを実行して、どの一つ以上の小区分が前記プリミティブに重なるかを決定することと、及び
前記一つ以上のプリミティブの各プリミティブにおいて、前記プリミティブが重なる各小区分に画面空間補正を実行して、前記プリミティブの各頂点の前記座標を、前記小区分に関連する対応する補正された頂点座標にマッピングすることであって、前記画面空間補正が、前記プリミティブが重なる各小区分の、前記曲面ビューポートの複数個の平面の補正された小区分のうちの対応する平面の補正された小区分へのマッピングに相当する、前記マッピングすることと、によって、前記GPUが前記頂点の前記投影を実行するように構成された、請求項14に記載のシステム。 - 前記GPUが、逆正接公式の区分線形近似を前記プリミティブの一つ以上の頂点の画面空間座標に適用して対応する補正された頂点を生成することを伴う計算を実行することによって、前記画面空間補正を実行するように構成された、請求項15に記載のシステム。
- 前記GPUが、表示デバイスにおける物理的な光学によって生成された画像歪みの区分線形近似を前記プリミティブの一つ以上の頂点の画面空間座標に適用して対応する補正された頂点を生成することを伴う計算を実行することによって、前記画面空間補正を実行するように構成された、請求項15に記載のシステム。
- 前記GPUが、補正された小区分ごとに前記走査変換を実行するように構成されており、前記複数個の小区分のうちの所与の小区分における前記一つ以上のプリミティブのうちの所与のプリミティブに関して、前記GPUが、前記所与の小区分に関連する前記所与のプリミティブについての、前記補正された頂点座標を使用して、前記所与の小区分に位置する前記所与のプリミティブのその部分に前記走査変換を実行する、請求項15に記載のシステム。
- 前記平面ビューポートの前記複数個の小区分のうちの前記小区分が矩形である、請求項15に記載のシステム。
- 前記曲面ビューポートの前記補正された小区分が等しい面積を有する、請求項15に記載のシステム。
- 前記平面ビューポートの前記複数個の小区分のうちの前記小区分が矩形である、請求項20に記載のシステム。
- 前記GPUが、前記頂点の投影、プリミティブアセンブリ及び走査変換を、計算シェーダを用いてソフトウェアに実装するように構成された、請求項14に記載のシステム。
- 前記GPUが、前記頂点の前記投影、プリミティブアセンブリ及び走査変換をハードウェアに実装するように構成された、請求項14に記載のシステム。
- 前記GPUが、ソフトウェアにおける小区分と、ハードウェアにおける前記頂点の前記投影、プリミティブアセンブリ及び走査変換との間の、プリミティブの粗野な分割を実施するように構成された、請求項14に記載のシステム。
- 前記GPUが、ハードウェアに実装されるパレットから画面空間投影及びビューポートをその各々が選択する小区分インデックスを、ソフトウェアにおけるプリミティブ頂点に関連付けるように構成された、請求項24に記載のシステム。
- 前記GPUが、ハードウェアに実装されるパレットから画面空間投影及びビューポートをその各々が選択する小区分インデックスを、ソフトウェアにおけるプリミティブ頂点インデックスに関連付けるように構成された、請求項24に記載のシステム。
- 前記表示デバイスをさらに備えた、請求項14に記載のシステム。
- 前記表示デバイスが90度以上の視野によって特徴づけられた、請求項14に記載のシステム。
- 前記表示デバイスが頭部装着型ディスプレイデバイスである、請求項14に記載のシステム。
- 当該システムが、ユーザが見ている前記表示デバイスの画面の一部を決定するように構成されており、前記投影が、前記ユーザが見ている前記部分を含む前記画面の一つ以上の小区分における有効画素解像度が最も高くなるように前記有効画素解像度を変化させるように設定された、請求項14に記載のシステム。
- 前記投影が、所与の光学及び前記表示デバイスの視野に対して静的である、請求項14に記載のシステム。
- 前記投影が、所与の光学及び前記表示デバイスの視野に対して静的であり、前記投影が、前記画面の一つ以上の中央小区分が完全な有効画素解像度を有し、前記中央から遠い小区分が、次第に低減された有効画素解像度を有するように設定された、請求項14に記載のシステム。
- 実行されたときに、請求項1に記載の前記方法を実施する、内部に具現化されるコンピュータ実行可能命令を有する非一時的コンピュータ可読媒体。
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