JPH0927039A - オブジェクトにテクスチャを表示するためにテクセル値を計算する方法及び装置 - Google Patents

オブジェクトにテクスチャを表示するためにテクセル値を計算する方法及び装置

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JPH0927039A
JPH0927039A JP7348221A JP34822195A JPH0927039A JP H0927039 A JPH0927039 A JP H0927039A JP 7348221 A JP7348221 A JP 7348221A JP 34822195 A JP34822195 A JP 34822195A JP H0927039 A JPH0927039 A JP H0927039A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 最少量の計算集約的区分を利用して、テクセ
ル値を発生し、同時に、走査線に沿った選択可能なテク
セル正確度判定基準を維持することが可能なテクセル値
発生器を備えたコンピュータ・グラフィックス・システ
ムを提供する。 【解決手段】 各走査線に沿って走査線セグメントを描
く区分点を最適に選択し、選択されたテクセル正確度判
定基準を越えないで、区分点の間隔ができるだけ広くな
るようにする。テクセル・エラー限界のようなテクセル
正確度判定基準が選択されているので、走査線に沿って
最適な間隔をあけた区分点の位置は、選択された正確度
判定基準の関数として選択される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、1994年4月1日に
提出され、Sun Microsystems In
c.に譲渡された、背景の説明を補足するため、参考ま
でに本書に組み込まれている、Yakov Kamen
及びUma Sabadaによる「Amethod a
nd Apparatus for an Adapt
iveTextural Mapping Contr
oller」と題する米国特許出願第08/041,0
73号に関するものである。
【0002】本発明は、コンピュータ・グラフィックス
の分野に関するものである。とりわけ、本発明は、近似
によるテクスチャ・マッピングの分野に関するものであ
る。
【0003】
【従来の技術】上述の係属中の出願には、コンピュータ
・グラフィックス及びテクスチャ・マッピングに関する
一般的な背景の説明が含まれている。この背景セクショ
ン自体は、遠近関係補正による従来のテクスチャ・マッ
ピング、これを実施するための方法、及び、その欠点に
焦点を合わせたものである。
【0004】大部分の従来式コンピュータ・グラフィッ
クスには、均等に間隔をあけたピクセルのビット・マッ
プ・アレイとして表される2次元イメージを表示するた
めのディスプレイ装置が含まれている。各ピクセルは、
ピクセル値を備えており、X軸及びY軸座標値対によっ
て一意的に識別される。このデカルトX−Y座標表現
は、例えば、陰極線管(CRT)及び能動/受動液晶デ
ィスプレイ(LCD)といった、そのイメージがX軸に
沿った複数の走査線から構成される大部分のグラフィッ
クス・ディスプレイ装置に適合するものである。
【0005】従来、テクスチャは、視点及び遠近関係の
変化に応じて表面にパターンが付与されたように見える
ようにして、グラフィックス・オブジェクトの表面に施
される、カラー、輝度、表面標準透明度、または、他の
表面特性の変形と定義されている。ディスプレイ装置に
3次元オブジェクトを質の高い2次元イメージとしてリ
アルに表示するため、各ピクセル毎に、遠近法によって
テクセル値と呼ばれる適正なテクスチャ・マッピング値
を発生し、イメージのピクセル値に修正が施される。
【0006】優れた画質が得られるようにするため、数
学モデルが用いられたが、計算集約形であり、コンピュ
ータ・グラフィックス・システムのプロセッサに過度の
要求をすることになりがちであった。一般に、テクセル
値の発生には、遠近関係補正を計算するため、イメージ
の各ピクセル毎に、2つの区分計算またはその同等物を
伴うことになる。コンピュータ技術において周知のよう
に、プロセッサに区分計算を実施する専用のハードウェ
アが装備されていたとしても、区分計算には、一般に、
かなり多くのクロック・サイクルを要することになる。
SPARCベースのプロセッサのような強力なプロセッ
サを利用すれば、ピクセル当たり2区分の計算をリアル
・タイムで実施することが可能であるが、結果として生
じるテクスチャ計算のために、他のプロセスを同時に支
援するプロセッサの能力が制限を受けることになる。I
ntel 80486 SXマイクロプロセッサのよう
な能力的に劣るプロセッサの場合、ピクセル毎に2区分
を必要とするリアル・タイムのテクスチャ値計算は、プ
ロセッサの手に負えない可能性がある。従って、遠近法
で補正された質の高いテクスチャ・マップを生成するた
めの計算要件を軽減することが極めて望ましい。典型的
な従来のアプローチでは、正確に計算された区分点間に
おいて所定の間隔で位置するピクセルの代わりに線形補
間を利用することによって、区分計算の総数を減少させ
る。
【0007】図1A及びBに示すように、第1の事前決
定的補間方法の場合、親多角形100が、漸次、幾何学
的方法で所定の数のより小さい子多角形110、12
0、130、140、...190に細分される。結果
として生じる子多角形の1つ110を詳細に示す図1C
を参照すると、例えば、走査線111が子多角形110
の境界線と交差する端点111a及び111zのような
端点対に関して、正確なテクセル値が計算される。次
に、走査線111に沿って線形補間することによって、
端点111a、111z間に位置するピクセル111
b、111c、...111yに関して近似テクセル値
が計算される。このプロセスは、子多角形110の残り
の走査線112、113、...119に関して繰り返
され、また、親多角形100内にある全てのピクセルに
関するテクセル値の計算が済むまで、残りの子多角形1
20、130、...190の全ての走査線についても
同様のやり方で繰り返されることになる。
【0008】次に図2Aを参照すると、第2の事前決定
的補間方法は、例えば、多角形200の走査線210の
ような各走査線を、所定の数の区分点212、21
3、...218と端点211、219によって描写さ
れる走査線セグメントに細分する方法が示されている。
例えば、走査線210のような各走査線毎に、端点21
1、219及び区分点212、213、...218に
関して正確なテクセル値が計算される。次に、図2Bに
示すように、走査線210に沿った残りのピクセル21
1a、211b、...211z、212a、212
b、...212z、218a、218b、...21
8zに関するテクセル値が、線形補間によって計算され
る。このプロセスは、多角形200の全てのピクセルに
ついてテクセル値の計算が済むまで、残りの走査線22
0、230、...290に関して繰り返される。
【0009】上述の従来の方法の場合、中間テクセル値
の線形補間は、図2Cの多角形2000に適用されてい
るように、下記の典型的な方程式によって実施すること
ができる。多角形2000は、トリプル(xi,yi,z
i,wi,ui,vi)によって指定される三角形であり、
i=1,2,3であり、ここで、(xi,yi)は三角形
の頂点の装置座標であり、ziは、頂点におけるZ深さ
であり、wiは、同次クリップ座標系における頂点のw
成分の逆数の絶対値であり、(ui,vi)は、頂点の2
次元テクスチャ座標である。U、V及びWは、(x1
1,z1,w1,u1,v1)と(x3,y3,z3,w3
3,v3)の間において、三角形2000の左辺に沿っ
て、それぞれ、線形補間されたu、v、wの値である。
【数2】
【0010】上述の従来の方法によれば、幾分計算集約
的な区分計算の代わりにより単純な線形補間を用いるこ
とによって、プロセッサに対する計算負荷が軽減される
が、あいにく、従来の方法は、両方とも、融通性がな
く、非効率的で、かつ、満足のゆくテクセル値が得られ
ないか、あるいは、そのいずれかである。これは、区分
量をあらかじめ決定するので、イメージ全体にわたっ
て、オブジェクト間のテクスチャ変動とオブジェクト内
におけるテクスチャ勾配が、両方とも、かなりの程度に
一定している場合にしか、うまく働かないためである。
実際、異なるイメージの異なるオブジェクトは、異なる
テクスチャ特性を備えている可能性があり、従って、走
査線区分の所定のレベルが1つでは、全てのオブジェク
トに最適というわけにはゆかない。例えば、所定の走査
線セグメントが短すぎる場合、すなわち、区分点の間隔
があまりに近すぎる場合、プロセッサに過剰な量の区分
計算が要求されることになる。逆に、所定の走査線セグ
メントが長すぎる場合、区分点に対して遠いピクセル位
置において、著しく不正確な近似によるテクセル値が得
られることになり、イメージ全体としてのテクスチャの
質が劣化する。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、最少
量の計算集約的区分、すなわち、最少数の区分点を利用
して、テクセル値を発生し、同時に、走査線に沿った選
択可能なテクセル正確度判定基準を維持することが可能
なテクセル値発生器を備えたコンピュータ・グラフィッ
クス・システムを提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】これは、各走査線に沿っ
て走査線セグメントを描く区分点を適応するように選択
し、選択されたテクセル正確度判定基準を越えないで、
区分点の間隔ができるだけ広くなるようにすることによ
って実現される。
【0013】テクセル・エラー限界のようなテクセル正
確度判定基準が選択されているので、走査線に沿った区
分点の位置は、選択された正確度判定基準の関数として
計算される。一般に、テクスチャ勾配は、所定のオブジ
ェクトの表面に均等に分布しておらず、イメージの異な
るオブジェクト間には、テクスチャ変動が存在するの
で、1度に1つずつ、適応するように区分点を選択し、
区分点間における局所テクスチャ勾配が許容するだけの
数のピクセルをスキップするのが有利である。すなわ
ち、任意の隣接する2つの区分点間における任意選択に
よるピクセル数は、局所テクスチャ勾配に応じて変動す
る。
【0014】走査線の端点間における区分点の選択が済
むと、正確なテクセル値が、これらの区分点と、走査線
の端点においても計算される。一般に、2つの区分計
算、または、逆数及び乗算の計算といった同等の数学演
算を利用して、各テクセル値の正確な計算が行われる。
次に、走査線に沿った隣接対をなす区分点間に位置する
ピクセルに関して近似テクセル値が計算される。適合す
る近似案には、線形補間のような補間法が含まれる。
【0015】区分点を選択し、これらの区分点及び端点
における正確なテクセル値を計算し、さらに、隣接区分
点及び/または端点間に位置するピクセルに対するテク
セル値を近似計算する上述のプロセスは、所定のオブジ
ェクトを表示するための全てのピクセル・テクセル値の
計算が済むまで、オブジェクトにオーバラップする各走
査線毎に繰り返される。
【0016】定義 ピクセル:例えば、表示すべき所定のオブジェクトのイ
メージに関連したピクセル値を有するX−Y座標のよう
な、あらかじめ定義された座標系に位置する整数点。 MIP(小さいが内容豊富な)マップ:例えば、[u,
v,d]座標系におけるレベル内及びレベル間の両方の
三線座標補間案を可能にするピラミッド形パラメータ・
データ構造。ここで、u、vは、ピラミッド・レベル内
のポイントにアクセスするために用いられる空間座標で
あり、d座標は、ピラミッドの異なるレベルに対する指
標付け及びそのレベル間の補間に用いられる。 テクセル値:所定の遠近関係に基づいて所定のオブジェ
クトのテクスチャが表示されるように、対応するピクセ
ル値のマッピングを行うためのテクスチャ値。 グラフィックス・イメージ:グラフィックス・ディスプ
レイ装置に表示される所定のオブジェクトの表現。 多角形:所定のオブジェクトにおいて問題となる数学的
に都合のよい形状の領域。
【0017】
【発明の実施の形態】下記の説明における多くの細目に
よって、本発明の完全な理解が可能になる。これらの細
目には、ソフトウェア、ハードウェア、または、その組
み合わせによって、効率のよい適応型テクセル値発生器
を実現する上で開発者の助けとなる機能ブロック及び典
型的なテクセル正確度判定基準が含まれる。さらに、本
発明のテクセル値発生器は、特定の実施形態に関連して
解説されるが、本発明は、多種多様なコンピュータ・グ
ラフィックス・システム及び環境に適用可能である。本
発明を不必要に曖昧にしないように、他の例において周
知の回路、構造、及び、プログラム・コードに関する詳
細な説明は行わない。
【0018】図3は、本発明のテクセル値発生器310
を含むテクスチャ・マッピング・システム300の実施
形態の1つを示すブロック図である。テクスチャ・マッ
ピング・システム300には、MIPマップ・セレクタ
320、テクスチャ・ルックアップ・テーブル330、
照度値発生器340、コンバイナ350、ビット・マッ
プされたピクセル値バッファ360、3つのデジタル・
アナログ変換器(DAC)370a、370b、370
c、及び、ディスプレイ装置380も含まれている。
【0019】テクセル値発生器310は、直接、及び、
MIPマップ・セレクタを介してテクスチャ・ルックア
ップ・テーブル330に結合される。テクスチャ・ルッ
クアップ・テーブル330及び照度値発生器340のそ
れぞれの出力ノードは、コンバイナ350に結合され
る。コンバイナ350の出力ノードは、ビット・マップ
されたピクセル値バッファ360に結合される。さら
に、ピクセル値バッファ360は、DAC370a、3
70b、370cのデジタル入力ノードに結合される。
DAC370a、370b、370cのアナログ出力ノ
ードは、ディスプレイ装置380に結合される。
【0020】テクセル値発生器310は、テクスチャ・
ルックアップ・テーブル330及びMIPセレクタ32
0に、それぞれ、u、v信号及び微分u、v信号を加え
る。さらに、MIPセレクタ320は、テクスチャ・ル
ックアップ・テーブル330にMIPマップ選択信号を
加える。テクスチャ・ルックアップ・テーブル330及
び照度値発生器340は、それぞれ、コンバイナ350
のためにテクスチャ及び照度値を発生する。次に、コン
バイナ350は、これらのテクスチャ及び照度値と、ピ
クセル値バッファからのフィードバック・ピクセル値を
組み合わせて、バッファ360への組み合わされてビッ
トマップされたピクセル値を発生する。最後に、ピクセ
ル値バッファ360によって、それぞれのデジタルRG
B信号が送り出され、DAC370a、370b、37
0cによって、ディスプレイ装置380への対応するア
ナログRGB信号に変換される。
【0021】図4A及び4Bは、走査線を適切に細分す
るための最適の方法を示すフローチャートであり、この
方法はテクセル値発生器310に有効である。実施形態
の1つでは、最も一般的なグラフィックス・ディスプレ
イ装置に適合させるため、テクセル値は、それぞれ、所
定のオブジェクトにおける問題となる領域を形成する多
角形と境を接した走査線に沿って発生する。各走査線
は、走査線が多角形の境界と交差する端点対を備えてい
る。これらの走査線は、X−Y座標系における整数位置
においてピクセル列に分解可能である。
【0022】図4Aのフローチャートを参照すると、ま
ず、走査線の端点は、打ち切りまたは切り上げ/切り捨
てといった、適合する方法によって整数ピクセル座標位
置に調整される(ステップ410)。走査線が極めて短
い場合、すなわち、2つの整数端点が併合されたため
に、走査線のスパンが空の場合、細分は不要である(ス
テップ420)。同様に、走査線のスパンが短すぎて、
細分による恩恵があまりない場合には、細分は実施され
ない(ステップ430)。
【0023】逆に、スパンが十分に長く、細分による恩
恵を大いに受けることになる場合、テクセル値発生器3
10は、最適になるように走査線のスパンを最少数の最
適な間隔の細区分に細分する(ステップ440)。
【0024】次に、図4Bのフローチャートを参照する
と、ステップ440がさらに詳細に示されている。ま
ず、適合するテクセル正確度判定基準が選択される(ス
テップ442)。この実施形態の場合、テクセル正確度
判定基準は、テクセル・エラー限界である。テクセル値
発生器310は、走査線の一方の端から開始して、選択
された正確度判定基準を満たす最大の細区分スペースに
対応する、走査線に沿った次の整数区分点の位置を計算
する(ステップ444)。付加区分点の計算は、走査線
のもう一方の端に達するまで、走査線に沿って繰り返さ
れる(ステップ446)。付録A及びBには、それぞ
れ、望ましい実施形態における区分点の位置を計算する
ための方程式及び計算プログラムが示されている。
【0025】図5には、走査線510が区分点x2
3、x4、及び、端点x1、x5によって細分された多角
形500が示されている。望ましい実施形態によれば、
近似されたテクセル値のエラーが増し、エラー限界値e
またはほぼエラー限界値eで最大に達し、次に、隣接区
分点/端点間において減少する。エラー限界値eに対し
て最適化すると、端点/区分点対x1とx2、x2とx3
3とx4、及び、x4とx5によって示すように、不均一
なスペースが生じる可能性がある。
【0026】望ましい実施形態の場合、隣接区分点間の
スペースtは、下記の方程式を利用して計算される:
【数3】
【0027】ここで、e=エラー限界 w=w成分の逆数の絶対値 及びdw=(wr−wl)/(xr−sl) ここで、wl=左の区分点におけるw値 wr=隣接する右の区分点におけるw値
【0028】走査線のスパンに沿って、所定のステップ
tにおいて、dw及びeは定数であり、wlは変化す
る。eの適合する値の1つは、0.5、すなわち、ピク
セルの半分である。e=0.5を選択することによっ
て、各ピクセルは、それが納まるべきピクセルの半分内
にマップする。拡大されたテクセルのエッジは、非単調
性の偶然のグリッチを示すが、これは、選択されたe値
を減少させることによって簡単に補正することが可能で
ある。逆に、選択されたe値を増すと、エラー限界が増
大するので、不調の確率が高くなる。
【0029】代替案として方程式が次の形をとるものと
することが可能である。
【数4】 多角形に対するwの正規化によって、「wl」は「0,
1」の範囲に保つことが可能である。平方根計算の代わ
りに、平方根関数に関するルックアップ・テーブルを利
用することが可能である。
【数5】 は、各多角形に対して一定であるため、さらに効率が向
上する可能性もある。
【0030】図6は、区分点を選択した後、走査線のス
パンに沿ってテクセル値を近似計算するための方法を示
すフローチャートである。まず、テクセル値発生器31
0が、2つの整数端点における正確なテクセル値を計算
する(ステップ610)。もしあれば、ステップ444
において選択される整数区分点に関する正確なテクセル
値も計算される(ステップ620)。最後に、近似計算
器310aを含むテクセル値発生器310が、各走査線
の隣接している端点と区分点の間に位置する中間ピクセ
ルの近似テクセル値を発生する(ステップ630)。適
切な近似法には、上述の式EQ(i)〜(ix)を利用
した線形補間のような補間技法が含まれる。
【0031】実施形態によっては、MIPマップ・レベ
ルも近似計算されるものもある。隣接する区分点によっ
て形成される細分された線セグメントのそれぞれが、ア
フィン変換に関するものであるため、MIPマップ・レ
ベルは各線セグメント全体にわたって一定である。一般
に、MIPマップはu及びvが1/2に分割される。従
って、MIPマップ・レベルは、下記の式を用いて近似
計算することが可能である。
【数6】
【0032】望ましい実施形態に関連して本発明の説明
を行ってきたが、本発明の精神を逸脱することなく、多
くの追加及び修正が可能である。従って、本発明の範囲
は、付属の請求項によって判断するのが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 親多角形を所定の数の複数の子多角形に分割
する従来の方法を示し(A,B)、子多角形の1つを詳
細に示す図(C)である。
【図2】 多角形の走査線を、所定の数の区分点によっ
て分離される隣接したピクセル・グループに分割する従
来の方法を示す図(A,B)と中間テクセル値の線形補
間を明らかにするための典型的な三角形を示す図(C)
である。
【図3】 本発明のテクセル値発生器を含むテクスチャ
・マッピング・システムを示すブロック図である。
【図4】 本発明に基づいて走査線を適応するように細
分するための方法を示すフローチャートである。
【図5】 走査線が最適に細分された多角形を示す図で
ある。
【図6】 テクセル値の近似計算を行い、同時に、選択
可能なテクセル正確度判定基準も満たすための方法を示
すフローチャートである。
【符号の説明】
300 テクスチャ・マッピング・システム 310 テクセル値発生器 320 MIPマップ・セレクタ 330 テクスチャ・ルックアップ・テーブル 340 照度値発生器 350 コンバイナ 360 ビット・マップ・ピクセル値バッファ 370a デジタル・アナログ変換器 370b デジタル・アナログ変換器 370c デジタル・アナログ変換器 380 ディスプレイ装置

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ピクセル値を備えたピクセルを有するオ
    ブジェクトのイメージをディスプレイ装置に発生し、表
    示するようにしたコンピュータ・グラフィックス・シス
    テムで、所定の遠近関係に基づいて所定のオブジェクト
    にテクスチャを表示するためにテクセル値を能率よく計
    算する方法いおいて走査線に沿った1対の端点間におけ
    る複数の区分点を適切に選択するステップと、 前記走査線の隣接した区分点間に位置する複数のピクセ
    ルに対応する複数の中間テクセル値を近似計算するステ
    ップとを有することを特徴とするオブジェクトにテクス
    チャを表示するためにテクセル値を計算する方法。
  2. 【請求項2】 さらに、前記走査線の前記端点の1つと
    隣接区分点との間に位置する第2の複数のピクセルに対
    応する第2の複数の中間テクセル値を近似計算するステ
    ップを有する請求項1に記載の方法。
  3. 【請求項3】 さらに、前記走査線の前記区分点と前記
    端点に対応する複数のテクセル値を正確に計算するステ
    ップから構成されることを特徴とする請求項1に記載の
    方法。
  4. 【請求項4】 さらに、前記中間テクセル値を利用し
    て、前記ピクセルの前記ピクセル値を修正するステップ
    を有する請求項1に記載の方法。
  5. 【請求項5】 ピクセル値を備えたピクセルから成るオ
    ブジェクトのイメージをディスプレイ装置に発生し、修
    正し、表示するコンピュータ・グラフィックス・システ
    ムに用いられるテクセル値発生器において、 選択されたテクセル正確度判定基準の関数として走査線
    に沿った複数の区分点の位置を計算する計算器と、 前記計算器に結合されて、前記走査線の隣接区分点間に
    位置する複数のピクセルに対応する複数の中間テクセル
    値を計算する近似計算器とを有するテクセル値発生器。
  6. 【請求項6】 さらに、前記計算器に結合されて、前記
    選択されたテクセル正確度判定基準を記憶するための記
    憶素子を有する請求項5に記載のテクセル値発生器。
  7. 【請求項7】 ピクセル値を備えたピクセルから成るオ
    ブジェクトのイメージをディスプレイ装置に発生し、修
    正し、表示するコンピュータ・グラフィックス・システ
    ムに用いられるテクスチャ・マッピング・システムにお
    いて、 選択されたテクセル正確度判定基準の関数として走査線
    に沿った複数の区分点の位置を計算する計算器と、 前記計算器に結合されて、前記走査線の隣接区分点間に
    位置する複数のピクセルに対応する複数の中間テクセル
    値を計算する近似計算器と、 前記近似計算器に結合され、前記中間テクセル値によっ
    て前記ピクセル値に修正を加えるコンバイナとを有する
    マッピング・システム。
  8. 【請求項8】 さらに、前記計算器に結合されて、前記
    選択されたテクセル正確度判定基準を記憶するための記
    憶素子を有する請求項7に記載のマッピング・システ
    ム。
  9. 【請求項9】 前記ピクセル値が、下記の式を利用して
    前記中間テクセル値のMIPマップ・レベルを計算する
    ことによって修正されることを特徴とする請求項7に記
    載のマッピング・システム。 【数1】
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