KR100739838B1 - 향상된 ｓ-버퍼 반-에일리어싱 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 픽셀들의 어레이상에 다각형들이 디스플레이되는 컴퓨터 이미지 생성 시스템에서의 사용을 위해, 상기 다각형들과 픽셀들의 교차점들을 나타내는 데이터를 엔코딩하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 상기 방법은 디스플레이될 각 다각형의 적어도 3개의 정점 각각의 좌표세트를 특징짓는 입력 데이터 신호들을 수신하는 단계와, 여기서 다각형 각각의 정점들의 각 다른 쌍들은 상기 다각형의 다른 에지를 정의하고; 그리고 상기 수신된 정점 데이터 신호들에 응답하여, 디스플레이될 각 픽셀들과, 만약 있다면, 상기 다각형의 에지들과의 교차점을 나타내는 에지 데이터 신호들을 지오메트리 프로세서를 통하여 생성하는 단계를 포함한다.

Description

향상된 Ｓ-버퍼 반-에일리어싱 방법{IMPROVED S-BUFFER ANTI-ALIASING METHOD}
본 발명은 컴퓨터 이미지 생성(computer image generation: CIG) 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 디스플레이 프로세서에서의 사용을 위한 신규한 컬러 결정 수단, 및 실시간 이미지 시스템에서 물체들의 2차원적인 형상을 디스플레이하기 위해 물체면(object face)을 묘사하는 이미지 데이터의 새로운 처리 방법에 관한 것이다.
실시간 컴퓨터 이미지 시스템은 비디오 게임, 비디오 트레이닝 및 시뮬레이션 디바이스와 같은 다양한 비디오 그래픽 시스템에 사실적인 이미지 재생을 제공하도록 설계되고 있다. 이러한 시스템들에서, 사용자에게 사실적인 비디오 디스플레이를 제공하는 것은 큰 장점을 갖는다.
비디오 게임과 같은 통상의 실시간 컴퓨터 이미지 생성 시스템에서, 이미지 생성은 3개의 연속적인 스테이지, 즉 제어기, 지오메트리(geometry) 프로세서 및 디스플레이 프로세서에서 수행된다. 이들 3개의 처리 스테이지들(또는 섹션들) 각각은 표시될 3개의 연속되는 장면들중 하나를 나타내는 (즉, 이 하나에 대응하는) 데이터에 독립적으로 동작한다. 이들 처리 스테이지들(또는 섹션들) 각각은 고정된 시간의 장면 또는 이미지에 관한 데이터를 처리하며, 상기 고정된 시간은 16.67 밀리세컨드의 필드시간 이거나 혹은 33.3 밀리세컨드의 프레임 시간이며 통상적으로는 필드시간이다. 상기 특정의 필드 및 프레임 시간들은 1초당 30 프레임으로 프레임당 2개의 비월(interlaced) 필드를 갖는 통상의 텔레비젼 포맷 디스플레이와 일치한다.
각각의 시간 간격에 대해, 3개의 모든 프로세서들이 동작을 행하도록 되어 있어, 임의의 주어진 시간에 이들 프로세서들은 3개의 개별 장면에서 동작을 하게된다. 각 섹션은 입력들을 처리하고 상기 간격 동안에 출력들을 생성하여, 데이터가 순차적인 방식으로 3개의 스테이지 즉, 상기 제어기로부터 상기 지오메트리 프로세서로, 이어서 상기 디스플레이 프로세서로 흐른다. 이러한 연산적인 부하(computational load)는 상기 프로세서 섹션들 사이에 분산되어, 그 결과들이 3 필드(또는 프레임) 시간 지연되더라도 새로운 장면들이 각 필드(또는 프레임) 시간에 디스플레이 될 수 있다.
예를 들면, 비행 시스템, 사용자 또는 플레이어를 시뮬레이션하는 비디오 게임에서, 입력들은 제어기에서 수신되어, 제어기, 지오메트리 프로세서 및 디스플레이 프로세서에 의해 순차적으로 처리되며, 이후 그 출력이 컬러 장면으로서 상기 플레이어에 의해 관찰되는 비디오 디스플레이로 보내진다. 플레이어들에 의해 표시된 데이터는 환경 설정에 적용되는 단순한 제어 입력으로서 시작하여 픽셀 비디오 디스플레이 정보로 변환된다. 제어기에서, 플레이어 입력들은 시뮬레이션되는 항공기의 새로운 위치 및 방위를 연산하는데 사용되고, 그럼으로써 물체들을 기준 좌표 계로부터 디스플레이 좌표계로 회전시키는 데 사용되는 수학적 회전 행렬이 연산된다. 상기 항공기와, 타켓들의 위치 및 다른 항공기에 관한 기타 정보도 상기 제어기에서 연산된다. 다른 응용예에서, 상기 제어기는 범용 컴퓨터이다.
상기 지오메트리 프로세서는 상기 장면의 저장된 3-차원의 디지털 표시로 보여질 가능성이 있는 물체들의 상세사항을 데이터베이스로부터 판독하고, 이 판독된 물체들은 제어기에서 연산된 상기 회전 메트릭스를 이용하여 디스플레이 좌표로 회전된다. 상기 지오메트리 프로세서는 3-차원 데이터를 2-차원 디스플레이 윈도우에 수학적으로 투사한다. 또한, 지오메트리 프로세서는 (깊이 버퍼(depth-buffer) 또는 그와 유사한 것을 사용하여) 물체들이 다른 물체들의 앞 혹은 뒤에 있는지를 연산하고 상기 정보를 우선 목록(priority list)에 저장한다.
처리된 각 물체는 개별 면들로 이루어지고, 각 면은 직선 에지로 경계가 형성된 다각형 형태이다. 상기 우선 목록은 장면에서 모든 면들의 순서를 포함하고 있는 바, 제 1 면은 우선도가 최고인 면이고 마지막 면은 우선도가 최하인 면이 된다. 디스플레이 상에서 2개의 면들이 오버랩 될 때마다, 우선도 최고면은 표시되는 데 반해, 우선도 최하면은 보이지 않게 될 것이다. 결과적으로, 지오메트리 프로세서는 2-차원 면들을 경계짓는 에지에 대한 디스플레이 종료점을 연산함과 아울러 이들 경계 에지들을 나타내는 라인 방정식의 계수(coefficient)들을 연산한다.
상기 디스플레이 프로세서는, 2-차원 면 상세사항을 추가의 면과 관련된 데이터와 함께 수신하고, 이 정보를 이용하여 상기 장면내의 각 픽셀을 컬라 디스플레이에 묘사하는 데이타를 출력한다. 상기 시스템의 각 컬러 디스플레이는 비디오 정보 1024 라인들로 구성되며, 각 라인들은 1024 개별 컬러 도트(혹은 픽셀)을 포함한다. 상기 디스플레이 프로세서는 각 픽셀에 대하여, 많은 면들이 픽셀에 존재하고 그리고 면들의 임의의 부분들이 다른 면들에 의해 덮여질 수 있음을 감안하여, 상기 픽셀의 컬러가 어떤 것인지를 분석해내야만한다. 상기 모든 픽셀들의 값들은 1/60 초 동안에 처리되어야 하기 때문에, 상기 디스플레이 프로세서의 처리 부하가 상당히 커지게된다. 멀티-디스플레이 시스템(단일 시스템은 14개 정도의 디스플레이들을 포함한다)에 대한 비디오를 처리하기 위해, 상기 디스플레이 프로세서는 1초당 100억개가 넘는 연산을 수행하여야 한다.
하나의 해결되지 않는 지속되는 문제는 반-에일리어싱 방식으로 픽셀 컬러 강도 정보를 처리하는 것으로서, 이는 적절한 고해상도 에지 효과가 가시화되게 하여, 바람직하지 않은 비디오 데이터 성분("왜곡")이 바람직한 성분의 인식을 막아 픽셀에서 에러가 있는 컬러(즉, 반투명의 컬러)가 나타나게 한다.
본 발명의 한 목적은 컴퓨터 이미지 생성 시스템들을 위한 개선된 반-에일리어싱 과정을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 컴퓨터 이미지 생성 시스템에서의 반-에일리어싱 과정에서 사용되는 에지 교차점 데이터(edge intersection data)를 엔코딩하는 개선된 프로세스를 제공하는 것이다.
이들 및 기타 목적들은 픽셀들의 어레이(array) 상에 다각형들이 디스플레이되는 컴퓨터 이미지 생성 시스템에서 이용하기 위한, 상기 다각형들과 픽셀들의 교차점을 나타내는 데이터를 엔코딩하는 방법 및 장치에 의해 달성된다. 상기 방법은 디스플레이될 각 다각형의 적어도 3개의 정점 각각의 좌표 세트를 특징짓는 입력 데이터 신호들을 수신하는 단계와, 여기서 상기 각 다각형의 정점들의 각 다른 쌍은 상기 다각형의 다른 에지를 정의하며; 그리고 상기 수신된 정점 데이터 신호들에 응답하여, 만일 있는 경우, 디스플레이될 각 픽셀과 상기 다각형의 에지들의 교차점을 기술하는 에지 데이터 신호들을 생성하는 단계를 포함한다.
상기 생성 단계는: 디스플레이될 각 픽셀에 대하여, i) 상기 픽셀의 각 측면에 대해, 상기 에지 데이터 신호들중 하나의 에지 데이터 신호의 제 1 필드의 각각의 하나의 플래그를 제 1 값 또는 제 2 값으로 설정하여, 상기 다각형들중 선택된 하나의 다각형의 에지들이 상기 픽셀의 상기 측면과 각각 교차하는 지의 여부를 나타내는 단계와; 그리고 ii) 상기 선택된 다각형의 에지들이 상기 픽셀의 임의의 측면과 교차한다면, 상기 에지 데이터 신호들중 상기 하나의 에지 데이터 신호의 소정 크기의 제 2 필드에, 상기 다각형 에지들이 상기 픽셀의 측면 또는 측면들과 교차하는 상기 픽셀의 측면 또는 측면을 따른 위치의 추정치를 나타내는 에지 데이터를 엔코딩하는 단계를 포함하며, 상기 엔코딩된 에지 데이터는 엔코딩되지 않은 에지 데이터 보다 적은 저장 공간을 이용함으로써, 상기 다각형들과 상기 픽셀들의 교차점들을 나타내는 데에 필요한 저장 요건을 감소시킨다.
본 발명의 추가적인 이득과 장점은 본 발명의 바람직한 실시예들을 특정적으로 예시하는 첨부 도면을 참조로한 다음의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 장치 및 방법들이 실행되는 컴퓨터 이미지 생성(CIG) 시스템의 개략 블록도이다.
도 2는 물체 공간 내에서 물체 면 다각형과, 이미지 공간 내에서 대응하는 이미지 면 다각형 및, 상기 이미지 면이 나타날 상기 디스플레이 래스터의 화소(픽셀들) 간의 관계를 도시하는 공간도이다.
도 2a는 디스플레이될 바람직한 다각형 부근의 도 2의 이미지 디스플레이의 확대된 부분을 도시한다.
도 3a는 한 쌍의 면 다각형들이 영사된 디스플레이 픽셀들의 어레이의 모습을 도시한다.
도 3b는 면 다각형이 위치된 디스플레이 픽셀들의 어레이의 모습과, 픽셀 컬러 데이터를 결정하는 데에 사용되는 다양한 픽셀 에지(E) 및 에지 거리(D)를 도시한다.
도 4는 여러 개의 픽셀 경계들과 교차하는 다각형을 도시한다.
도 5는 에지 교차점 신호들의 데이터 비트들을 식별하는 테이블을 도시한다.
도 6은 에지 교차점들을 결정하는 과정을 도시한다.
도 7은 서브픽셀 필터의 개략도이다.
도 1은 항공기 조종실 시뮬레이션 시스템과 같은 컴퓨터 이미지 생성 시스템(10)의 기능 블록도이다. 종래 기술로서, 번커(bunker) 등에게 1988년 2월 23일에 허여된 미국 특허 제 4,727,365호 (발명 명칭 : "향상된 비디오 물체 생성기")와, 디. 메르즈(D. Merz)에게 1989년 4월 25일에 허여된 미국 특허 제 4,825,391호(발명의 명칭: "실시간 컴퓨터 이미지 생성 시스템을 위한 뎁쓰 버퍼 우선 처리 방법")와, 더블유. 스테이너(W. Steiner)와 엠. 모르간(M. Morgan)에게 허여된 미국 특허 제 5,668,940호(발명의 명칭 : "컴퓨터 이미지 시스템에서의 반-에일리어싱 다각형 에지를 위한 방법 및 장치")가 공지되어 있다. 상기 3 개의 미국 특허 제 4,727,365호; 제 4,825,391호; 제 5,668,940호는 그 전체 개시 내용이 본원의 참조로서 인용된다.
상기 시스템(10)은 제어기 유닛(12)과, 지오메트리 프로세서 유닛(14) 및 디스플레이 프로세서 유닛(16)을 포함한다. 상기 디스플레이 프로세서 유닛(16)은 디스플레이 윈도우(18)에 정보를 디스플레이하여, 장면상의 상기 항공기의 움직임을 시뮬레이션한다. 오퍼레이터(20)는 입력 제어 인터페이스(22)를 통하여 상기 컴퓨터 이미지 생성 시스템(10)에 연결된다. 상기 오퍼레이터의 조종 동작은 상기 입력 제어 인터페이스(22)에 제공된다. 상기 입력 제어 인터페이스(22)는 상기 오퍼레이터로부터 상기 제어기(12)로 항공기 위치, 항공기 회전, 피치, 및 좌우 흔들림 자세(yaw)와 같은 적절한 데이터를 변환한다.
상기 제어기(12)에서, 상기 오퍼레이터 입력은 상기 항공기의 새로운 위치와 방위을 연산하여, 수학적 회전 메트릭스가 물체들을 상기 기준 좌표계로부터 종래에 알려진 디스플레이 좌표계로 회전하도록 연산되며, 이는 기존에 공지되어 있다. 상기 장면, 타켓들의 위치 또는 다른 항공기에 관한 정보는 상기 제어기에서 연산된다. 몇몇의 컴퓨터 이미지 생성 시스템들에서, 상기 제어기 유닛(12)은 범용 컴퓨터이다.
상기 제어기 유닛(12)은 최신의 항공기 방위에 의해 주기적으로 갱신된다. 상기 방위은 상기 입력 제어 인터페이스(22)를 통해 오퍼레이터로부터 상기 제어기(12)로 보내지는 상기 항공기의 회전, 피치, 좌우 흔들림 및 위치를 포함한다. 상기 제어기(12)는 필드 또는 프레임 시간 동안에 한 장면에 작용하여 데이터를 상기 지오메트리 프로세서(14)로 전송한다.
상기 지오메트리 프로세서(14)는 장면 데이타베이스 메모리(24)로부터 타워, 도로, 강, 격납고 등의 물체의 설명을 판독하며, 이것들은 저장된 지구의 3차원 디지털 형상에서 잠재적으로 보인다. 상기 물체들은 상기 장면 데이터베이스로부터 판독되고, 상기 제어기(12)에서 연산되는 상기 회전 메트릭스를 사용하여 디스플레이 좌표로 회전된다. 상기 지오메트리 프로세서(14)는 물체 공간 내의 상기 뷰(view), 윈도우 경계들을 넘는 모든 에지들을 제거하고, 상기 프로세서(14)는 상기 3-차원 물체 데이터를 상기 2-차원 디스플레이 윈도우로 수리적으로 영사한다.
2차원 이미지 공간에서 디스플레이 윈도우 경계들을 넘는 물체 면들은 제거된다. 상기 2차원 물체들은 점들, 선들, 닫힌 볼록 다각형, 또는 그들의 조합을 포함한다. 각각의 닫힌 볼록 다각형은 면으로 알려진다. 따라서, 연산된 각 물체는 개별적인 면으로 구성되고, 각 면은 직선 에지에 의해 경계가 형성된다. 일단 상기 면들이 상기 지오메트리 프로세서(14)에서 상기 3-차원 물체들로부터 연산되면, 상기 데이터는 상기 디스플레이 프로세서(16)로 전송된다. 또한, 상기 지오메트리 프로세서(14)는 공지 방법으로 면들이 다른 면의 앞에 또는 뒤에 있는지를 연산하고, 이 정보를 우선 목록내에 저장한다.
상기 우선 목록은 상기 목록 내의 제 1 면이 최고 우선면이고, 상기 목록 내의 최종면이 최하 우선면인 상기 장면 내의 모든 면들의 순서를 포함한다. 디스플레이상에 두 개의 면들이 오버랩되면, 최고 우선면은 보이는데 반해, 최저 우선면의 겹쳐진 부분은 보이지 않는다. 상기 우선 목록을 연산한 후에, 상기 지오메트리 프로세서(14)는 상기 2차원 면들을 경계짓는 라인 세크먼트들의 디스플레이 종점을 연산하고, 경계 에지를 나타내는 상기 라인 방정식의 계수를 연산한다. 상기 지오메트리 프로세서(14)는 경계지어진 면을 기술하는 각 에지의 종점들 및 각 에지의 경사를 연산한다. 상기 데이터는 상기 디스플레이 프로세서(16)로 전송된다.
도 1은 상기 비디오 디스플레이(18)를 구동하는데 사용되는 디스플레이 프로세서(16)를 도시한다. 몇몇 시스템에서, 단일 제어기(12)와 지오메트리 프로세서(14)가 하나 이상의 디스플레이 프로세서를 구동하기 위해 사용된다. 상기 디스플레이 프로세서는 상기 비디오 디스플레이(18) 상에 디스플레이될 정보 처리를 담당한다. 상기 디스플레이 프로세서에 의해 수행된 하나의 특정 임무는 픽셀에 존재할 수 있는 많은 면들이 있고, 면들이 다른 면들에 의해 겹쳐진 부분이 있는 경우에, 비디오 디스플레이(18)의 각 픽셀에서 그 픽셀의 컬러를 결정하는 것이다. 상기 기능을 수행하기 위해, 상기 디스플레이 프로세서(16)는 상기 면 컬러 및 면 우선 목록과 함께 상기 지오메트리 프로세서(14)로부터 2-차원 면 설명들을 수신하고, 상기 정보를 사용하여 상기 장면을 컬러 비디오 디스플레이(18)로 출력한다. 시스템 내의 각 컬러 디스플레이는 1024 개 이상의 비디오 정보 라인들로 이루어질 수 있고, 일반적으로 각 라인에는 1204개의 개별 컬러 도트들 또는 픽셀(화소)들이 존재한다. 각 픽셀에 대해, 상기 디스플레이는 상기 픽셀의 컬러를 나타내는 강도 정보의 역할로서, 12비트 적색 데이터 신호와, 12비트 녹색 데이터 신호 및 12비트 청색 데이터 신호를 수신할 것이다.
도 2에서, 관찰자의 눈(20')은 관찰점(viewpoint)(VP)에서, 물체 공간(30') 내의 뷰 윈도우 내에 있는 샘플 면 다각형(30)을 바라본다. 뷰라인(view line)(32)을 따라, 상기 관찰자(20')에 가장 가까운 면(30)만이 보인다; 종래에 알려진 뎁쓰 버퍼 기술(예를 들면, 상기 미국 특허 제 4,825,391호 및 그중에 인용된 참조문헌들)을 사용하여, 상기 가시적인 면은 관찰점(VP)과 면점(face point: PF)간 거리(R) 범위의 비교에 의해 결정된다. 따라서, 가시적인 다각형(30)(여기서는 정점(Va), (Vb) 및 (Vc)에 의해 정해진 삼각형 면)은 뷰라인(32)을 따라 최소범위(Rmin)를 갖는 다각형이다. 상기 물체 공간(30')은 이미지 공간(34') 내의 디스플레이 윈도우(34)로 영사되고, 면 다각형(30)은 정점(Va,Vb 및 Vc)에 각각 대응하는 각 정점(V1, V2 및 V3)를 갖는 디스플레이 다각형(36)으로 영사된다.
상기 디스플레이 윈도우는 종종 상기 좌측 에지(J=J0)로부터 래스터/윈도우의 우측 에지(J=Jmax)로의 수평선(J 방위으로) 및, 상기 래스터/윈도우 상부 에지(I=I0)로부터 하부 에지(I=Imax)로 거리가 증가하는(I 방향으로) 라인들을 따라, 순차적인 방법으로 주사되는 각 픽셀(38)을 갖는 상기 디스플레이의 래스터이다. 따라서, 상기 경로라인(Lp)은 제 1 (좌측) 픽셀(P1)로부터 마지막(우측) 픽셀(Pr)로 주사된다. 픽셀(Pp)은 상기 윈도우평면(34)을 통과하는 뷰라인(32)에 의해 결정되어, 상기 픽셀 라인(Lp)은 다각형점(Pf)를 영사하여 다각형점(Pf)에 대응하는 이미지 포인트를 포함한다. 라인(Lp)를 따라, 다각형(36)은 상기 좌측라인 위치에서 교차하는 (JL)에 의해 결정되는 최좌측 픽셀(Po)로부터 상기 우측라인 위치에서 교차하는 (JR)에 의해 결정되는 최우측 픽셀(Pq)까지의 픽셀들을 포함한다.
도 2a에 있어서, 상기 주사라인(34")을 따른 상기 픽셀들의 열(38)은 최좌측 픽셀(38h)에서 시작하여 상기 J 방위으로 순차적으로 주사된다. 그 다음 (38i) 픽셀이 작동되고, 픽셀 (38l)이 다각형의 좌측 에지에 도달할 때까지, 즉 라인 전체나 일부가 다각형(36)에 겹치는 때까지 작동된다. 상기 픽셀은 다각형 에지와 상기 J라인(34")의 최좌측 교차점(JL)에 의해 결정된다. 상기 다각형에 의해 완전히 덮혀진 다른 픽셀들(38)을 통하여, 상기 라인을 계속 따라가면, 픽셀(38r)은 상기 다각형의 우측 에지에 도달하고 상기 다각형(36)에 의해 부분적으로 덮여진다. 상기 픽셀은 상기 다각형 에지의 최우측 교차점(JR)에 의해 결정된다. 또한 결과적으로 상기 J라인(34")을 따라가면 상기 주사선의 최우측 픽셀(38v)에 도달한다.
반투명성 및 더 먼 다각형의 채도의 피드스루(feedthrough)를 고려하지 않으면, 다각형(36)에 의해 완전히 덮여져서 전체적으로 포함된 상기 픽셀(38)의 특성들은 정확히 상기 다각형면 특성들(컬러, 강도, 반투명 등)을 갖는다. 반면에, 상기 다각형(36)에 의해 부분적으로 덮혀진 상기 픽셀들(예를 들면, 픽셀들(38l) 및 (38r))은 실제적으로 덮인 픽셀 부분에 대해서만 특정 다각형의 특성들을 가지므로, 상기 픽셀의 잔부에 대한 특성들은 다른 정보로부터 얻어져야 하고, 각 다각형/컬러 정보의 소스에 의해 덮혀진 상기 픽셀의 다양한 비율에 따라 혼합되어야 한다.
상기 내용은 도 3a에 의해 이해될 것이고, 상기 도 3a에는 제 1 다각형(36a)이 이미지 공간에 나타나는 바와 같이, 다른 다각형(36b)의 전방에 (종래 임의의 뎁쓰-버퍼링 프로세스에 의해서) 정렬된다. 상기 다각형(36)은 복수의 정점을(예를들면 도 3b에서 정점 V1,V2,V3 및 V4)을 포함하며, 이들은 교차점들(40)에서 픽셀 경계와 교차하는 똑같은 수의 다각형 에지(39)(도3b에서 에지 39a,39b,39c 및 39d)에 의해 연결되어 있다. 상기 영상 스크린은 수평의 라인들 (예를 들면, 라인들...,(L-2), (L-1), (L), (L+1), (L+2),..)을 따라 순차적으로 수직 배열된 컬럼들 (예를 들면, 컬럼...,(P-2), (P-1), (P), (P+1), (P+2),...)의 직사각 어레이 픽셀들로 구성되는 것으로, 픽셀들의 각 라인(L)과 더 높은 번호(다음으로 주사될)의 픽셀 라인을 경계짓는 하부의 수평 에지(E)를 갖는다. 각 픽셀은 로우라인(L)과 컬럼(P)의 지정에 의해 정렬될 수 있다. 픽셀(L,P)와 같은, 몇몇의 픽셀들은 하나의 다각형(다각형(36a))에 의해서만 완전히 덮여있으므로, 다각형(36a)의 특성들만을 갖고, 다른 픽셀들은 다수의 다각형의 특성들의 분배/혼합된 특성을 갖는다.
도 3b에서, 컬러 특성들은 전체 픽셀을 고려함으로써 결정될 것이고, 설령 상기 미국 특허 제 4,825,391호의 (스팬/서브스팬 처리 방법의 사용여부에 관계없는) 깊이-버퍼링 처리 아키텍쳐가 사용된다고 하여도, 각 픽셀(또는 서브픽셀)의 다수의 서브부분(subportion)에 대한 컬러 정보를 처리할 필요가 없다. 처리된 정보의 각 항목은 전자 디지털 데이터의 신호 워드(signal word)인 것이 이해되어야 한다. 속기 표시들(예를 들면, 코너들, 에지들, 다각형들 등)에 의하여 상기 신호들을 논하지만, 그럼에도 불구하고, 상기 워드들은 상기 각각의 지오메트리 개념들 각각에 사용되는 상기 데이터 신호들을 의미하는 것으로 사용된다. 예를 들면, "코너"는 상기 2-차원 픽셀 코너 위치를 나타내는 데이타 워드를 의미하고, "에지"는 관련된 다각형 에지의 라인을 나타내는 데이터 신호 세트이고, "다각형"은 특정 다각형의 등가의 디지털 데이터 구조를 의미한다. 상기 프로세스의 최종 결과는 상기 비디오 디스플레이 수단(18)의 개별 픽셀들의 컬러와 강도가 상기 관찰자(20)에게 비추어져서 가시화 되도록 할 수 있는 비디오 신호들(디지털 비디오, 또는 디지털로부터 도출된 아날로그 비디오)의 최종 시퀀스를 제공하는 것이다.
픽셀을 부분적으로 덮는 다각형이 상기 최종 픽셀 특성들에 영향을 미치는 범위는 상기 다각형의 에지들과 상기 픽셀의 경계들간의 교차점 또는 교차점들을 근거로 하여 결정된다. 상기 방법으로 상기 픽셀 특성들을 결정하는 하나의 절차는 상기 미국 특허 제 5,668,940호에서 상세하게 설명된다.
일반적으로, 상기 과정에 따라, 입력 데이터 신호들은 디스플레이될 면의 다각형 각각의 적어도 3개의 정점들 각각의 디스플레이 공간 좌표들을 특징지어서 제공된다. 그리고, 상기 정점 데이터는 다각형 에지들이, 만약 있다면, 상기 디스플레이 래스터를 형성하는 픽셀들의 시퀀스 중의 하나를 절단하는지를 결정하는데사용되고, 상기 관련 픽셀 에지에 따른 상기 절단의 위치가 결정된다. 각 픽셀에 영향을 미치는 모든 다각형들에 대한 상기 에지 교차점 데이터 신호들은, 픽셀의 임의의 부분을 차지하는 다각형들의 각각에 대한 컬러 데이터와 함께, 프레임 버퍼 내에 픽셀 당(per-pixel) 기준으로 저장된다. 디스플레이될 각 픽셀에 대해, 선택된 인접 픽셀들의 수 개의 에지들이 처리되어 에지 관련성을 결정하고, 다각형 컬러 강도 데이터를 혼합하여 각 디스플레이 픽셀의 최종적이고, 관찰가능한 컬러를 결정한다.
도 4에서, 각 픽셀(50)은 상기 다각형을 샘플링하는 샘플 포인트이다. 상기 다각형 에지가 인접하는 픽셀 샘플 포인트들 사이에 교차하는 위치가 계산된다. 각 픽셀 샘플 포인트에 대해, 상부, 좌측, 우측 및 하부 에지 교차점이 계산된다. 만약 상기 에지 교차점이 다음 픽셀 샘플 포인트를 넘으면, 상기 에지 교차점은 덮인 것으로 플래그(flag)되고, 이는 상기 다각형이 상기 인접한 픽셀 샘플 포인트를 덮거나 픽셀 샘플 포인트 상에 놓이는 것을 의미한다. 예를 들면, 도 4에서, 상기 우측 교차점(52a)는 하부의 좌측 픽셀 샘플 포인트에 대해 덮인것으로 플래그되고, 상기 좌측 교차점(52b)은 하부의 우측 픽셀 샘플 포인트에 대해 덮인 것으로 플래그된다.
각 다각형 에지는 반-에일리어싱된 것 또는 반-에일리어싱 안된 것으로 플래그될 수 있다. 또한, 각 다각형 에지는 매쉬(mesh) 반-어엘리어싱된 것으로 플래그될 수 있다. 상기 모드에서, 만약 픽셀 샘플 포인트의 모든 다각형 에지 교차점에 대해 매쉬 반-에일리어싱이 가능하다면, 상기 다각형 에지는 반-에일리어싱되고, 상기 에지는 다른 다각형과 공유되지 않으며, 상기 에지는 반-에일리어싱된 것으로 플래그된다. 만약 매쉬 반-에일리어싱이 불가능하면, 상기 에지가 반-에일리어싱이 아닌 것으로서 플래그되지 않는 한, 상기 에지는 반-에일리어싱 된다.
만약 상기 픽셀이 다각형이 아닌 이미지의 부분이면, 상기 픽셀은 조건적으로 반-에일리어싱으로 플래그된다. 이 경우에, 만약 다각형 에지가 상기 이미지 상에 놓이면, 상기 다각형 에지는 상기 이미지와 반-에일리어싱 관계에 있고; 그렇지 않으면, 상기 이미지는 반-에일리어싱되지 않는다.
상기 프레임 버퍼(출처측)에 첨가되는 컬러와 상기 프레임 버퍼(목적지측)내의 컬러를 혼합하는 알파 버퍼 동작들(출처와 목적지 혼합 모드)을 사용할 때, 상기 에지 교차점은 하기와 같이 결합된다:
상기 알파 버퍼 혼합 방정식은: 혼합 인자s * 출처 픽셀 + 혼합 인자d * 목적지 픽셀. 만약 상기 혼합 인자s가 0이면, 상기 출처 픽셀은 에지 교차점을 가지지 않는다. 만약 상기 혼합 인자d가 0이면, 상기 목적지 픽셀이 에지 교차점을 가지지 않는다. 만약 상기 출처 픽셀과 목적지 픽셀이 에지 교차점을 가지지 않으면, 아무 동작도 이루어지지 않는다. 만약 상기 출처 픽셀이 에지 교차점을 가지고, 목적지 픽셀은 교차점이 없으면, 상기 출처 픽셀 에지 교차점이 사용된다. 만약 상기 출처 픽셀이 에지 교차점을 가지지 않고, 상기 목적지 픽셀이 에지 교차점을 가지면, 상기 목적지 픽셀 에지 교차점들이 사용된다. 만약 상기 출처 픽셀이 에지 교차점들을 가지고, 상기 목적지 픽셀도 가지면, 상기 출처 및 목적지 픽셀 에지 교차점들의 평균치가 구해진다.
상기 에지 교차점은 도 5의 표에 나타낸 바와 같이, 상기 프레임 버퍼에 적합하게 8 내지 9 비트로 압축될 수 있다.
상기 교차 플래그들이, 만약 설정되었다면, 에지 교차점이 있는 것을 나타내고, 만약 설정되지 않았다면, 상기 다각형이 인접한 픽셀들 상에 놓여있음을 나타낸다.
만약 매쉬 반-에일리어싱이 필요하면, 9 비트가 요구되고, 그렇지 않으면, 8비트가 요구된다. 상기 매쉬 플래그는 상기 프레임 버퍼내의 청색 컬러의 LSB를 대체할 수 있다. 이것은 상기 이미지에 최소의 영향을 줄 것이다. 3등분하여 근사화할 수 있다. 상기 에지 교차점들은 상기 프레임 버퍼에 상기 알파 성분으로 저장될 것이다. 그럼으로써 목적지 알파를 사용하는 모든 혼합 모드를 제한한다.
상기 에지 교차점 데이터는 출력 시간동안에 상기 프레임 버퍼로부터 판독된다. 상기 엔코드된 에지 교차점 데이터는 본래의 에지 교차점 데이터로 다시 디코드된다.
도 6에서, 4개의 인접 픽셀 샘플 포인트들(50a), (50b), (50c) 및 (50d)는 상기 프레임 버퍼로부터 인출된다. 상기 픽셀 샘플 포인트들은 픽셀의 4개의 코너들이 된다. 각 샘플 포인트는 4개의 에지 교차점과 수개의 플래그를 갖는다. 상기 픽셀 샘플 포인트들 각각의 에지 교차점이 결정되어 상기 픽셀의 각 측면에 대해 단일 에지 교차점을 형성한다. 예를 들면, 상부 좌측 픽셀 샘플 포인트(50a)는 우측 교차점을 갖고, 상기 상부 우측 픽셀 샘플 포인트(50b)는 좌측 교차점을 갖는다. 상기 2개의 교차점들이 결정되어 상기 픽셀의 상부측면에 대한 하나의 에지 교차점을 형성한다.
에지 결정 규칙은 하기와 같다:
만약 어느 픽셀 샘플 포인트에 대하여, 상기 매쉬 플래그가 세팅되지 않았다면 매쉬 반-에일리어싱 없음(no mesh anti-aliasing)을 선택한다.
상기 픽셀의 각 측면에 대해, 2개의 샘플 포인트를 선택한다.
i)만약 하나의 에지 교차점이 있다면, 유효 에지 교차점 플래그를 0으로 설정하고, 상기 에지 교차점 플래그를 디폴트값(.5)으로 설정한다.
ii)만약 샘플 포인트(A)에서 하나의 에지 교차점이 있고 다른 샘플 포인트에서는 에지 교차점이 없으면, 상기 유효 에지 교차점 플래그를 1로 설정하고, 에지 교차점을 상기 샘플 포인트(A)의 에지 교차점과 동일하게 설정한다.
iii)만약 2개의 에지 교차점이 있고 매쉬 반-에일리어싱이 없으면, 상기 유효 교차점 플래그를 1로 설정하고, 상기 에지 교차점은 상기 2개의 에지 교차점의 평균이된다.
iv)만약 2개의 에지 교차점과 매쉬 반-에일리어싱이 있으면, 상기 유효 에지 교차점 플래그를 0으로 설정하고 상기 에지 교차점 플래그를 디폴트값(.5)으로 설정한다.
만약 상기 픽셀을 반-에일리어싱해야 한다면, 상기 픽셀 코너 컬러들은 하기와 같이 함께 혼합되어야 한다:
에지 교차점은 0과 1.0 사이의 눈금으로 측정되고, 좌측에서 우측으로 상부에서 하부로 숫자가 증가한다.
i)만약 상기 상부의 좌측 픽셀 샘플 포인트가 반-에일리어싱 없음으로 플래그되거나, 만약 상기 픽셀 샘플 포인트들의 모두가 조건적으로 반-에일리어싱으로 플래그되면, 혹은 만약 유효 에지 교차점들이 없고 상기 매쉬 반-에일리어싱이 플래그가 세팅되면, 상기 픽셀 컬러는 상기 상부의 좌측 픽셀 샘플 포인트의 컬러이다.
ii)만약 상기 픽셀 내에 2개의 유효 에지 교차점이 있으면, 하기의 규칙에 따라 영역을 처리한다:
만약 상부 교차점이 유효하고 하부 교차점이 유효하면,
Area_tl+=Area_bl=(상부 교차점 + 하부 교차점)/4
Area_tr=Area_br=1/2 - Area_tl
만약 우측 교차점이 유효하고 좌측 교차점이 유효하면,
Area_tl=Area_tr=(우측 교차점 + 좌측 교차점)/4
Area_bl=Area_br=1/2 - Area_tl
만약 상부 교차점이 유효하고 좌측 교차점이 유효하면,
Area_tl=(상부 교차점 * 좌측 교차점)/2
Area_bl=Area_tr=Area_br=(1-Area_tl)/3
만약 상부 교차점이 유효하고 우측 교차점이 유효하면,
Area_tr=((1-상부 교차점)*우측 교차점)/2
Area_bl=Area_tl=Area_br=(1-Area_tr)/3
만약 하부 교차점이 유효하고 좌측 교차점이 유효하면,
Area_bl=(하부 교차점 * (1-좌측 교차점))/2
Area_br=Area_tr=Area_tl=(1-Area_bl)/3
만약 하부 교차점이 유효하고 우측 교차점이 유효하면,
Area_br=(하부 교차점 * (1-우측 교차점))/2
Area_bl=Area_tr=Area_tl=(1-Area_br)/3
그밖에
Area_tl=(상부 교차점 + 좌측 교차점)/4
Area_tr=(1-상부 교차점 + 우측 교차점)/4
Area_bl=(1-하부 교차점 + 좌측 교차점)/4
Area_br=(2-하부 교차점 -우측 교차점)/4
상기 최종 혼합된 픽셀 컬러는 하기 방정식으로 결정된다:
컬러= 상부 좌측 픽셀 코너 컬러 * Area_tl + 상부 우측 픽셀 코너 컬러*Area_tr + 하부 좌측 픽셀 코너 컬러*Area_bl+ 하부 우측 픽셀 코너 컬러 * Area_br
도 7에서, 만약 보다 나은 샘플링을 위해 픽셀당 2×2 S 버퍼된 서브픽셀들이 요구되면, 상기 픽셀 해상도는 4의 인자만큼 증가할 것이고 포스트 필터(62)를 이용해 디스플레이 해상도로 떨어지도록 픽셀들을 필터링할 수 있다.
서브픽셀(11, 12, 21 및 22)은 디스플레이될 상기 픽셀 상에 놓여지는 서브 픽셀들이다. 주변 12개의 서브픽셀들이 인출되고, 컨벌루션 필터가 하기 방정식에 따라 상기 픽셀을 처리하는데 사용된다:
Figure 112001005603032-pct00001
만약 가중치(W)가 1.0이면, 주변 서브픽셀들은 전혀 사용되지 않는다. 만약 W가 .75이면, 피라미드 형태의 필터가 생성된다. 만약 W가 .5이면, 균일(uniform) 필터가 생성된다.
여기서 개시된 본 발명은 먼저 언급한 목적들을 달성하기에 적합한 것이 명백하지만, 수많은 변형과 실시형태들이 당업자에 의해 창안될 수 있으므로, 첨부된 청구범위는 본 발명의 진정한 의도와 목적 내에서의 모든 변형과 실시형태들을 포괄하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (12)

  1. 픽셀들의 어레이 상에 다각형들이 디스플레이되는 컴퓨터 이미지 생성 시스템에서 이용하기 위한, 상기 다각형들과 픽셀들의 교차점을 나타내는 데이터를 엔코딩하는 방법에 있어서,
    디스플레이될 각 다각형의 적어도 3개의 정점 각각의 좌표 세트를 특징짓는 입력 데이터 신호들을 수신하는 단계와, 여기서 상기 각 다각형의 정점들의 각 다른 쌍은 상기 다각형의 다른 에지를 정의하며; 그리고
    상기 수신된 정점 데이터 신호들에 응답하여, 만일 있는 경우, 디스플레이될 각 픽셀과 상기 다각형의 에지들의 교차점을 기술하는 에지 데이터 신호들을 생성하는 단계를 포함하며,
    여기서, 상기 생성 단계는: 디스플레이될 각 픽셀에 대하여,
    i) 상기 픽셀의 각 측면에 대해, 상기 에지 데이터 신호들중 하나의 에지 데이터 신호의 제 1 필드의 각각의 하나의 플래그를 제 1 값 또는 제 2 값으로 설정하여, 상기 다각형들중 선택된 하나의 다각형의 에지들이 상기 픽셀의 상기 측면과 각각 교차하는 지의 여부를 나타내는 단계와; 그리고
    ii) 상기 선택된 다각형의 에지들이 상기 픽셀의 임의의 측면과 교차한다면, 상기 에지 데이터 신호들중 상기 하나의 에지 데이터 신호의 소정 크기의 제 2 필드에, 상기 다각형 에지들이 상기 픽셀의 측면 또는 측면들과 교차하는 상기 픽셀의 측면 또는 측면을 따른 위치의 추정치를 나타내는 에지 데이터를 엔코딩하는 단계를 포함하며, 상기 엔코딩된 에지 데이터는 엔코딩되지 않은 에지 데이터 보다 적은 저장 공간을 이용함으로써, 상기 다각형들과 상기 픽셀들의 교차점들을 나타내는 데에 필요한 저장 요건을 감소시키는 것을 특징으로 하는 다각형들과 픽셀들의 교차점을 나타내는 데이터를 엔코딩하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 엔코딩 단계는:
    만일 상기 선택된 다각형의 에지들이 상기 픽셀의 2개의 측면과 교차하면,
    i) 상기 다각형 에지들과 상기 픽셀의 상기 2개의 측면중 제 1 측면과 교차하는 상기 제 1 측면을 따른 거리의 추정치를 상기 제 2 필드의 제 1 서브필드에 엔코딩하는 단계와; 그리고
    ii) 상기 다각형 에지들이 상기 픽셀의 2개의 측면중 제 2 측면과 교차하는 상기 제 2 측면을 따른 거리의 추정치를 상기 제 2 필드의 제 2 서브필드에 엔코딩하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다각형들과 픽셀들의 교차점을 나타내는 데이터를 엔코딩하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 필드는 소정수의 비트 위치들로 이루어지고;
    상기 제 1 서브필드는 상기 소정수의 비트 위치들의 1/2로 이루어지고; 그리고
    상기 제 2 서브필드 역시 상기 소정수의 비트 위치들의 1/2로 이루어지는 것을 특징으로 하는 다각형들과 픽셀들의 교차점을 나타내는 데이터를 엔코딩하는 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 필드는 4개의 비트 위치들로 이루어지고;
    상기 제 1 서브필드는 상기 4개의 비트 위치들의 제 1, 2 비트 위치들로 이루어지고; 그리고
    상기 제 2 서브필드는 상기 4개의 비트 위치들의 제 3, 4 비트 위치들로 이루어지는 것을 특징으로 하는 다각형들과 픽셀들의 교차점을 나타내는 데이터를 엔코딩하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 엔코딩 단계는:
    만일 상기 선택된 다각형의 에지들이 상기 픽셀의 3개의 측면과 교차하면, 상기 다각형 에지들이 상기 3개의 측면과 교차하는 상기 픽셀의 상기 3개의 측면을 따른 거리의 평균치를 상기 제 2 필드에 엔코딩하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다각형들과 픽셀들의 교차점을 나타내는 데이터를 엔코딩하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 엔코딩 단계는:
    만일 상기 선택된 다각형의 에지들이 상기 픽셀의 4개의 측면과 교차하면, 상기 다각형 에지들이 상기 4개의 측면과 교차하는 상기 픽셀의 상기 4개의 측면을 따른 거리의 평균치를 상기 제 2 필드에 엔코딩하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다각형들과 픽셀들의 교차점을 나타내는 데이터를 엔코딩하는 방법.
  7. 픽셀들의 어레이 상에 다각형들이 디스플레이되는 컴퓨터 이미지 생성 시스템에서 이용하기 위한, 상기 다각형들과 픽셀들의 교차점을 나타내는 데이터를 엔코딩하는 장치에 있어서,
    디스플레이될 각 다각형의 적어도 3개의 정점 각각의 좌표 세트를 특징짓는 입력 데이터 신호들을 수신하는 수단과, 여기서 상기 각 다각형의 정점들의 각 다른 쌍은 상기 다각형의 다른 에지를 정의하며; 그리고
    상기 수신된 정점 데이터 신호들에 응답하여, 만일 있는 경우, 디스플레이될 각 픽셀과 상기 다각형의 에지들의 교차점을 기술하는 에지 데이터 신호들을 생성하는 수단을 포함하며,
    여기서, 상기 생성 수단은: 디스플레이될 각 픽셀에 대하여,
    i) 상기 픽셀의 각 측면에 대해, 상기 에지 데이터 신호들중 하나의 에지 데이터 신호의 제 1 필드의 각각의 하나의 플래그를 제 1 값 또는 제 2 값으로 설정하여, 상기 다각형들중 선택된 하나의 다각형의 에지들이 상기 픽셀의 상기 측면과 각각 교차하는 지의 여부를 나타내는 수단과; 그리고
    ii) 상기 선택된 다각형의 에지들이 상기 픽셀의 임의의 측면과 교차한다면, 상기 에지 데이터 신호들중 상기 하나의 에지 데이터 신호의 소정 크기의 제 2 필드에, 상기 다각형 에지들이 상기 픽셀의 측면 또는 측면들과 교차하는 상기 픽셀의 측면 또는 측면을 따른 위치의 추정치를 나타내는 에지 데이터를 엔코딩하는 수단을 포함하며, 상기 엔코딩된 에지 데이터는 엔코딩되지 않은 에지 데이터 보다 적은 저장 공간을 이용함으로써, 상기 다각형들과 상기 픽셀들의 교차점들을 나타내는 데에 필요한 저장 요건을 감소시키는 것을 특징으로 하는 다각형들과 픽셀들의 교차점을 나타내는 데이터를 엔코딩하는 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 엔코딩 수단은, 만일 상기 선택된 다각형의 에지들이 상기 픽셀의 2개의 측면과 교차하면, 상기 다각형 에지들이 상기 픽셀의 상기 2개의 측면들의 제 1, 2 측면과 교차하는 상기 제 1, 2 측면 각각에 따른 거리의 추정치를 상기 제 2 필드의 제 1, 2 서브필드에 엔코딩하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 다각형들과 픽셀들의 교차점을 나타내는 데이터를 엔코딩하는 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 필드는 소정수의 비트 위치들로 이루어지고;
    상기 제 1 서브필드는 상기 소정수의 비트 위치들의 1/2로 이루어지고; 그리고
    상기 제 2 서브필드 역시 상기 소정수의 비트 위치들의 1/2로 이루어지는 것을 특징으로 하는 다각형들과 픽셀들의 교차점을 나타내는 데이터를 엔코딩하는 장치.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 2 필드는 4개의 비트 위치들로 이루어지고;
    상기 제 1 서브필드는 상기 4개의 비트 위치들의 제 1, 2 비트 위치로 이루어지고; 그리고
    상기 제 2 서브필드는 상기 4개의 비트 위치들의 제 3, 4 비트 위치로 이루어지는 것을 특징으로 하는 다각형들과 픽셀들의 교차점을 나타내는 데이터를 엔코딩하는 장치.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 엔코딩 수단은, 만일 상기 선택된 다각형의 에지들이 상기 픽셀의 3개의 측면과 교차하면, 상기 다각형 에지들이 상기 픽셀의 상기 3개의 측면과 교차하는 상기 픽셀의 상기 3개의 측면을 따른 거리의 평균치를 상기 제 2 필드에 엔코딩하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 다각형들과 픽셀들의 교차점을 나타내는 데이터를 엔코딩하는 장치.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 엔코딩 수단은, 만일 상기 선택된 다각형의 에지들이 상기 픽셀의 4개의 측면과 교차하면, 상기 다각형 에지들이 상기 픽셀의 상기 4개의 측면과 교차하는 상기 픽셀의 상기 4개의 측면을 따른 거리의 평균치를 상기 제 2 필드에 엔코딩하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 다각형들과 픽셀들의 교차점을 나타내는 데이터를 엔코딩하는 장치.
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