KR101035103B1 - 3차원 모델을 스케일링하기 위한 방법 및 스케일링 디바이스 - Google Patents
3차원 모델을 스케일링하기 위한 방법 및 스케일링 디바이스Info
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Abstract
본 발명은 3차원 입력 모델(200 내지 208)을 스케일링된 3차원 출력 모델(210 내지 224)로 스케일링하는 방법에 관한 것이다. 본 방법은 상기 스케일링된 3차원 출력 모델의 대응 부분들이 스케일링된 3차원 출력 모델의 2차원 뷰에서 보여질 수 있는 각각의 확률들을 상기 3차원 입력 모델의 부분들에 대하여 결정하는 단계; 및 상기 각각의 확률들에 기초하여 상기 3차원 입력 모델의 부분들을 상기 스케일링된 3차원 출력 모델의 각각의 부분들로 기하학적으로 변환하는 단계를 포함한다. 상기 가시성 확률 결정 단계는 뷰잉 방향에서 상기 3차원 입력 모델의 투영에 기초한다. 임의의 부분들이 보이지 않는 것을 고려함으로써 깊이-범위가 낭비되지 않는다.
입력 모델, 스케일링, 이미지 디스플레이 장치, 와이어프레임, 체적 측정 데이터
Description
본 발명은 3차원 입력 모델을 스케일링된 3차원 출력 모델로 스케일링하는 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 3차원 입력 모델을 스케일링된 3차원 출력 모델로 스케일링하는 스케일링 유닛에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 이미지 디스플레이 장치에 관한 것이며, 상기 이미지 디스플레이 장치는,
- 3차원 입력 모델을 나타내는 신호를 수신하는 수신 수단;
- 3차원 입력 모델을 스케일링된 3차원 출력 모델로 스케일링하는 스케일링 유닛; 및
- 스케일링된 3차원 출력 모델의 뷰(view)를 시각화하는 디스플레이 수단을 포함한다.
3차원 장면의 크기가 이미지 디스플레이 장치의 디스플레이 능력들과 매칭되 지 않을 가능성은 매우 높다. 그러므로, 스케일링 동작이 요구된다. 스케일링이 필요할 수 있는 다른 이유들은 3차원 장면을 나타내는 3차원 모델의 기하학적 형태를 전송 채널에 적응시키거나 또는 3차원 모델을 뷰어(viewer)의 선호도에 적응시키는 것이다.
3차원 장면을 나타내는 3차원 모델에 대한 선형 스케일링 동작들이 공지되어 있다. 앞서 언급된 종류의 이미지 디스플레이 장치의 실시예는 미국특허 제 6,313,866 호에 개시되어 있다. 이러한 이미지 디스플레이 장치는 제 1 이미지 신호로부터 깊이 정보 최대값을 획득하기 위한 회로를 포함한다. 이미지 디스플레이 장치는 제 2 이미지 신호에 대응하는 이미지가 제 1 이미지 신호에 대응하는 이미지 전에 3차원으로 디스플레이될 수 있도록 제 1 및 제 2 이미지 신호들에 포함된 깊이 정보에 기초하여 제 2 이미지 신호의 시차량을 제어하는 시차(parallax) 제어 회로를 더 포함한다. 3차원 이미지 합성기는 이미지들이 3차원 디스플레이 공간의 제 1 및 제 2 이미지 신호들에 대응하도록 각각의 이미지 신호의 시차량에 기초하여 시차 제어 회로에 의하여 제어되는 제 1 및 제 2 이미지 신호들을 합성한다. 깊이 정보의 스케일링은 원리적으로 디스플레이 능력들의 제한치들을 초과하는 깊이 정보를 제외하고 깊이 정보의 선형 적응에 의하여 수행된다. 이들 후자 값들은 클리핑된다.
깊이 적응 또는 스케일링의 단점은 깊이 임프레션(impression)을 감소시킬 수 있다는 점이다. 특히, 선형 깊이 스케일링은 스케일링된 3차원 모델의 깊이 임프레션과 관련하여 단점을 가질 수 있다.
본 발명의 목적은 3차원 입력 모델을 지각적으로 유사하고 쾌적한 3차원 임프레션을 가지는 스케일링된 3차원 출력 모델을 생성할 수 있는 전술한 종류의 방법을 제공하는데 있다.
이러한 본 발명의 목적은,
- 스케일링된 3차원 출력 모델의 대응 부분들이 스케일링된 3차원 출력 모델의 2차원 뷰에서 보일 수 있는 각각의 확률들을 3차원 입력 모델의 부분들과 관련하여 결정하는 단계로서, 상기 결정이 뷰잉 방향으로의 3차원 입력 모델의 투영에 기초하는 결정 단계; 및
- 3차원 입력 모델의 부분들을 각각의 확률들에 기초하여 스케일링된 3차원 출력 모델의 각각의 부분들을 기하학적으로 변환하는 단계를 포함하는 방법에 의하여 달성된다.
앞서 기술된 바와 같이, 스케일링은 3차원 입력 모델과 디스플레이 디바이스의 디스플레이 능력들을 매칭시키는데 필요하다. 3차원 입력 모델을 스케일링된 3차원 출력 모델로 스케일링한 후에, 다중 뷰들은 스케일링된 3차원 출력 모델에 기초하여 생성될 것이다. 아이디어는 예컨대 디스플레이 디바이스의 깊이-범위(depth-range)는 아무것도 스케일링된 3차원 출력 모델의 결과적으로 보이지 않는 부분들에 대한 스케일링시에 소모되지 말아야 한다는 것이다. 이는 뷰들 중 하나에서 보이지 않는 스케일링된 3차원 출력 모델의 부분들에 대응하는 3차원 입력 모델의 부분들이 스케일링을 위하여 무시되어야 한다는 것을 의미한다. 3차원 입력 모델의 특정 뷰가 뷰잉 방향으로의 3차원 입력 모델의 투영에 의하여 디스플레이 디바이스를 통해 디스플레이되도록 함으로써, 특정 뷰에서 3차원 입력 모델의 부분들에 대한 가시성을 결정하는 것이 가능하다. 이에 기초하여, 스케일링된 3차원 출력 모델의 부분들의 가시성 확률을 결정하는 것이 가능하다. 특정 뷰에서 보일 수 있는 3차원 입력 모델의 부분들에 대응하는 스케일링된 3차원 출력 모델의 부분들은 일반적으로 스케일링된 3차원 출력 모델에 기초하여 뷰에서 보여질 것이다. 특정 뷰에서 보여지지 않는 3차원 입력 모델의 다른 부분들에 대응하는 스케일링된 3차원 출력 모델의 다른 부분들은 스케일링된 3차원 출력 모델에 기초하여 뷰에서 보여질 수 있는 확률이 비교적 낮을 것이다. 3차원 입력 모델의 다중 투영들을 수행함으로써, 뷰잉 방향과 일치하는 각각의 방향에서 보여질 수 있는 확률들이 적응될 수 있다. 그러나, 이들 투영들을 용이하게 수행할 수 없을때조차, 가시성의 확률들은 다른 파라미터들, 예컨대 디스플레이의 공지된 능력들에 관한 파라미터들에 기초하여 결정될 수 있다. 선택적으로, 확률들은 전송 채널의 파라미터들에 기초하여 결정될 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 실시예에서, 부분들 중 제 1 부분이 보여질 수 있는 확률을 결정하는 단계는 부분들 중 제 1 부분의 제 1 좌표에 대한 제 1 값과 부분들 중 제 2 부분의 제 1 좌표에 대한 제 2 값을 비교하는 단계에 기초한다. 3차원 입력 모델의 부분들이 서로 교합하는지의 여부를 결정하는 단계는 3차원 입력의 부분들에 대한 좌표들의 값들일 비교하는 단계에 의하여 용이하게 수행될 수 있다. 바람직하게, 제 1 좌표는 뷰잉 방향에 대응한다.
본 발명에 따른 방법의 실시예에서, 부분들 중 제 1 부분이 보여질 수 있는 확률을 결정하는 단계는 스케일링된 3차원 출력 모델이 디스플레이될 디스플레이 디바이스의 능력들에 기초한다. 디스플레이 디바이스의 능력들은 최대 뷰잉 각도 및 디스플레이 디바이스의 깊이-범위에 대응할 수 있다. 디스플레이 디바이스의 이들 특성들은 어느 뷰들이 생성될 수 있는지, 즉 다른 뷰들 간의 최대 차이들을 결정한다. 3차원 입력의 적정 뷰, 즉 투영과 관련한 디스플레이 디바이스의 상기 특성들에 기초하여, 가능한 뷰들 중 일부에서 부분들의 가시성 확률이 용이하게 결정될 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 실시예에서, 3차원 입력 모델의 부분들을 스케일링된 3차원 출력 모델의 각각의 부분들로 기하학적으로 변환하는 단계는 이동, 회전 또는 변형 중 하나를 포함한다. 부분들의 토폴로지는 이들 기하학적 변환 때문에 변화되지 않는다.
본 발명의 다른 목적은 3차원 출력 모델과 지각적으로 유사하고 즐거운 3차원 임프레션을 가지는 스케일링된 3차원 출력 모델을 제공하는 전술한 종류의 스케일링 유닛을 제공하는데 있다.
이러한 본 발명의 목적은,
- 스케일링된 3차원 출력 모델의 대응 부분들이 스케일링된 3차원 출력 모델의 2차원 뷰에서 보일 수 있는 각각의 확률들을 3차원 입력 모델의 부분들과 관련하여 결정하는 확률 결정 수단으로서, 상기 결정이 뷰잉 방향으로의 3차원 입력 모델의 투영에 기초하는 확률 결정 수단; 및
- 3차원 입력 모델의 부분들을 각각의 확률들에 기초하여 스케일링된 3차원 출력 모델의 각각의 부분들을 기하학적으로 변환하는 변환 수단을 포함하는 스케일링 유닛에 의하여 달성된다.
본 발명의 다른 목적은 3차원 출력 모델과 지각적으로 유사하고 즐거운 3차원 임프레션을 가지는 스케일링된 3차원 출력 모델을 제공하는 전술한 종류의 이미지 디스플레이 장치를 제공하는데 있다.
이러한 본 발명의 목적은,
- 스케일링된 3차원 출력 모델의 대응 부분들이 스케일링된 3차원 출력 모델의 2차원 뷰에서 보일 수 있는 각각의 확률들을 3차원 입력 모델의 부분들과 관련하여 결정하는 확률 결정 수단으로서, 상기 결정이 뷰잉 방향으로의 3차원 입력 모델의 투영에 기초하는 확률 결정 수단; 및
- 3차원 입력 모델의 부분들을 각각의 확률들에 기초하여 스케일링된 3차원 출력 모델의 각각의 부분들을 기하학적으로 변환하는 변환 수단을 포함하는 스케일링 유닛에 의하여 달성된다.
스케일링 유닛 및 이미지 디스플레이 장치의 수정들 및 변형들은 기술된 방법의 수정들 및 변형들에 대응할 수 있다.
본 발명에 따른 방법, 스케일링 유닛 및 이미지 디스플레이 장치의 이들 및 다른 특징들은 이후에 기술된 구현들 및 실시예들과 첨부 도면들을 참조하여 구체적으로 설명될 것이다.
도 1은 종래기술에 따른 오토스테레오 디스플레이 디바이스에 대한 개략도.
도 2a는 3차원 입력 모델의 개략적 평면도.
도 2b는 도 2a의 3차원 입력 모델의 개략적 정면도.
도 2c는 도 2a의 3차원 입력 모델에 기초하는 스케일링된 3차원 출력 모델의 개략적 평면도.
도 3a는 3차원 입력 모델에 기초하여 뷰를 계산한후 z-버퍼 스택의 콘텐츠들을 개략적으로 도시한 개략도.
도 3b는 분할후 도 3a의 z-버퍼 스택의 콘텐츠들을 도시한 개략도.
도 3c는 가시성 확률들을 업데이트한후 도 3b의 z-버퍼 스택의 콘텐츠들을 개략적으로 도시한 개략도.
도 4는 본 발명에 따른 스케일링 유닛을 도시한 개략도.
도 5는 본 발명에 따른 스케일링 유닛의 기하학적 변환 유닛을 개략적으로 도시한 개략도.
도 6은 스케일링된 3차원 출력 모델로의 3차원 입력 모델의 스케일링을 개략적으로 도시한 개략도.
도 7은 본 발명에 따른 이미지 디스플레이 장치를 개략적으로 도시한 개략도.
도면들 전반에 걸쳐 동일한 도면 부호들은 유사한 부분들을 나타낸다.
3차원 정보를 저장하기 위한 여러 유형들의 모델들이 다음과 같이 존재한다:
- 예컨대 VRML에 대하여 지정된 와이어프레임들. 이들 모델들은 라인들 및 면(face)들의 구조를 포함한다.
- 체적측정 데이터 구조들 또는 복셀 맵들(voxel maps)(복셀은 체적 엘리먼트를 의미한다). 이들 체적측정 데이터 구조들은 엘리먼트들의 3차원 어레이를 포함한다. 각각의 엘리먼트는 3차원을 갖고 특성값을 나타낸다. 예컨대, CT(컴퓨터 단층 촬영법) 데이터는 각각의 엘리먼트가 각각의 하운스필드 값에 대응하는 체적 측정 데이터 구조로서 저장된다.
- 깊이 맵을 가진 2차원 이미지, 예컨대 RGBZ 값들을 가진 2차원 이미지. 이는 각각의 화소가 3색 성분값들 및 깊이 값을 포함한다는 것을 의미한다. 3색 성분값들은 또한 휘도값을 나타낸다.
- 이미지 기반 모델들, 예컨대 스테레오 이미지 쌍들 또는 멀티뷰 이미지들. 이들 유형들의 이미지들은 소위 광 필드들이다.
한 유형의 3차원 모델에 의하여 표현된 데이터를 다른 3차원 모델로 변환하는 것이 가능하다. 예컨대, 와이퍼프레임 또는 깊이 맵을 가진 2차원 이미지로 표현된 데이터는 체적 측정 데이터-구조 또는 이미지 기반 모델로 표현된 데이터로 렌더링하는 수단에 의하여 변환될 수 있다.
3차원 이미지 디스플레이 디바이스로 실현될 수 있는 깊이량은 그것의 유형에 따른다. 깊이량은 체적 측정 디스플레이 디바이스를 사용하여 디스플레이 디바이스의 크기에 의하여 완전하게 결정된다. 예컨대 글라스를 사용하는 스테레오 디스플레이들은 관찰자에 따르는 깊이량에 대한 소프트 제한치를 가진다. 관찰자들은 깊이량이 렌즈 거리 적응 및 상호 눈 수렴 간의 "상충(conflict)"에 의하여 크게 영향을 받는 경우에 피로하게 된다. 다중 뷰들에 대한 렌즈모양 스크린을 가진 LCD에 기초한 오토스테레오 디스플레이 디바이스들은 뷰들의 양에 의하여 결정되는 이론적 최대 깊이-범위(depth-range) d를 가진다. 도 1은 오토스테레오 디스플레이 디바이스(100)를 개략적으로 도시한다. 물리적 디스플레이 디바이스(100) 외부 그러나 가상 박스(102)내에서, 그것은 임의의 깊이-범위 내에 오브젝트들을 임의의 뷰잉 각도 α내에서 뷰어들에게 보여줄 수 있다. 이들 두 개는 N개의 화소들의 비율인 화소들의 상수 k를 디스플레이 디바이스(100) 상에 한정한다. 이러한 k는 디스플레이 디바이스가 보여줄 수 있는 최대 불균형과 동일하다. 최대 깊이-범위는 초과될 수 있으며 이에 따라 선명도가 손실된다.
도 2a는 3차원 입력 모델의 평면도를 개략적으로 도시한다. 3차원 입력 모델은 크기 및 형상이 다른 다수의 오브젝트들(200 내지 208)을 포함한다. 도 2b는 도 2a의 3차원 입력 모델의 정면도를 개략적으로 도시한다. 오브젝트들의 일부가 다른 오브젝트들을 완전하게 또는 부분적으로 교합하는 것을 명확하게 알 수 있다. 이는 3차원 입력 모델의 임의의 부분들이 정면도로 보여질 수 없다. 예컨대, 오브젝트들 중 하나, 즉 오브젝트(200)는 정면도에서 완전하게 보어지지 않는다.
도 2c는 도 2a의 3차원 입력 모델에 기초하는 스케일링된 3차원 출력 모델의 평면도를 개략적으로 도시한다. 3차원 입력 모델의 오브젝트들 중 제 1 오브젝트(200)에 대응하는 스케일링된 3차원 입력 모델의 오브젝트들 중 제 1 오브젝트는 깊이-범위의 가장자리에서 클리핑된다. 3차원 입력모델의 오브젝트들 중 제 2 오브젝트(208)에 대응하는 스케일링된 3차원 입력 모델의 오브젝트들 중 제 2 오브젝트(224)는 깊이-범위의 다른 가장자리 근처에 배치된다. 3차원 입력모델의 오브젝트들 중 제 3 오브젝트(202)에 대응하는 스케일링된 3차원 입력 모델의 오브젝트들 중 제 3 오브젝트는 3개의 부분들(210 내지 214)을 포함하며, 이 3개의 부분들(210 내지 214) 중 두개는 보여질 수 있으며 제 3 부분(212)은 가능한 뷰들 중 일부에서 보여질 수 없다. 3차원 입력 모델의 오브젝트들 중 제 4 오브젝트(204)에 대응하는 스케일링된 3차원 입력 모델의 오브젝트들 중 제 4 오브젝트는 두개의 부분(216, 218)을 포함하며, 여기서 제 1 부분(216)은 보여질 수 있으며 제 2 부분(218)은 가능한 뷰들 중 일부에서 보여질 수 없다. 3차원 입력 모델의 오브젝트들 중 제 5 오브젝트(206)에 대응하는 스케일링된 3차원 입력 모델의 개체들의 제 5 오브젝트는 두개의 부분(220, 222)을 포함하며, 여기서 제 1 부분(210)은 보여질 수 있으며 제 2 부분(222)은 가능한 뷰들의 일부에서 보여질 수 없다.
도 3a 내지 도 3c를 참조로 하여 다수의 오브젝트들(1 내지 8)을 포함하는 3차원 입력 모델의 부분들에 대하여 가시성 확률이 결정되는 방법이 기술될 것이다. 이는 다음과 같은 단계들, 즉
- z-버퍼 스택에 의하여 3차원 입력 모델을 투영을 계산하는 단계;
- 상호 동일한 x-값들 및 상호 동일한 y-값들을 가진 z-버퍼 스택 엘리먼트들의 쌍들에 대한 z-값들을 비교함으로써 투영시 어느 z-버퍼 스택 엘리먼트들이 보여질 수 있는지를 표시하는 단계;
- z-버퍼 스택 엘리먼트들을 분할함으로써 어느 z-버퍼 스택 엘리먼트들의 그룹들이 3차원 입력 모델의 각각의 부분들을 형성하는지를 결정하는 단계; 및
- 디스플레이 디바이스의 능력에 기초하여 보여질 수 있는 추가 z-버퍼 스택 엘리먼트를 포함하는 z-버퍼 스택 엘리먼트들의 그룹의 부분인 각각의 z-버퍼 스택 엘리먼트에 대한 가시성 확률을 표시하는 단계를 포함하는 본 발명의 방법에 기초한다.
이 경우에 z-버퍼 스택 요소는 상기 3차원 입력 모델의 일부와 대응한다.
도 3a는 3차원 입력 모델에 기초하여 뷰(302)를 계산한 후에 z-버퍼 스택(300)의 콘텐츠를 개략적으로 도시한다. z-버퍼 스택(200)은 3차원 입력 모델의 부분들을 나타내는 데이터를 저장하기 위하여 다수의 데이터-셀들(304 내지 322)을 포함한다. 이 z-버퍼 스택(300)은 3개의 레벨들, i=1, i=2 및 i=3을 포함한다. z-버퍼 스택(300)의 데이터-셀들(304 내지 322)에서 표시된 부호들 1 내지 8은 3차원 입력 모델의 다른 오브젝트들(1 내지 8)에 대응한다. 예컨대, 제 1 데이터-셀(312)에는 제 2 오브젝트(2)의 부분에 관련된 데이터가 저장된다. z-버퍼 스택(300)에는 3차원 입력 모델의 z-값들, 즉 깊이 값들이 저장되다. 이외에, 대응 색 및 휘도값들이 저장된다. 도 3a 내지 도 3c에는 y-축의 단일 값과 관련하여 다수의 데이터-셀들(304 내지 322)이 도시되어 있다.
z-버퍼 스택(300)을 기초하여 투영을 생성하는 것은 공지되어 있다. z-버퍼 스택의 특성 때문에, 뷰(302)에서 어느 z-버퍼 스택 엘리먼트가 보여질 수 있는지를 결정하는 것이 매우 용이하며, 이 경우에 가장 높은 레벨, 즉 i=3을 가진 z-버퍼 스택 엘리먼트들이 예시된다. 따라서, 뷰(302)에서는 가장 높은 레벨 i=3의 데이터-셀들(예컨대, 304 내지 310)에 데이터가 저장되는 부분들만이 제시된다. 도 3a에서, 이러한 특정 뷰에서 보여질 수 있는 부분들에 대응하는 데이터-셀들은 음영으로 표시된다. 이 경우에 제 2 오브젝트(2)의 일부분만이 보여질 수 있으며 제 8 오브젝트(8)의 일부분만이 보여질 수 있다. 대부분의 제 4 오브젝트(4)는 제 5 오브젝트(5)에 의하여 교합되는 부분을 제외하고 보여질 수 있다.
도 3b는 분할 후에 도 3a의 z-버퍼 스택의 콘텐츠들을 개략적으로 도시한다. 분할은 어느 z-버퍼 스택 엘리먼트들의 그룹들이 3차원 입력 모델의 각각의 오브젝트들(1 내지 8)을 형성하는지를 결정하기 위하여 적용된다. 이를 위하여, z-버퍼 스택(300)의 데이터-셀들(304-322)의 콘텐츠들은 어느 데이터-셀들의 그룹들이 3차원 입력 모델의 다른 목적들에 속하는 데이터를 저장하는지를 결정하기 위하여 분석된다. 이러한 분할 또는 오브젝트 추출은 z-버퍼 스택(300)의 다른 데이터-스택들(304 내지 322) 간의 거리와 관련하여 저장된 값들, 예컨대 색, 휘도 및 깊이에 기초한다. 도 3b에서, 데이터-셀의 다른 그룹들은 단부들에서 점들을 가진 곡선들에 의하여 표시된다.
휘도, 색 및 깊이 외에, 가시성 확률이 메모리에 저장된다. 데이터-셀당, 그 양의 값이 저장된다. 전형적으로, 다음과 같은 유형들이 구별될 수 있다:
- I: 투영들 중 하나에서 명확하게 보여질 것이며;
- II: 투영들 중 하나에서 대부분이 보여질 것이며;
- III: 투영들 중 하나에서 대부분이 보여지지 않을 것이며;
- IV: 투영들 중 하나에서 명확하게 보여지지 않을 것이다.
제 1 투영 후에, 유형 I는 다수의 z-버퍼 스택 엘리먼트들(예컨대, 304, 306)에 할당된다. 다른 z-버퍼 스택 엘리먼트들은 유형 IV 또는 III로 초기화될 수 있다.
분할 후에, 다수의 z-버퍼 스택 엘리먼트들의 가시성 확률은 디스플레이 디바이스의 능력에 기초하여 업데이트된다. 전형적으로, 보여질 수 있는(유형 I) 추가 z-버퍼 스택 엘리먼트를 포함하는 z-버퍼 스택 엘리먼트들의 그룹의 부분인 각각의 z-버퍼 스택 엘리먼트의 가시성 확률이 적응된다. 예컨대, 제 1 데이터-셀(312)에는 제 2 오브젝트(2)의 일부분에 관한 데이터가 저장된다. 분할후에, 제 2 데이터-셀(312)은 보여질 수 있는 오브젝트(2)의 부분에 속하는 데이터를 저장하는 제 2 데이터-셀(302)이 속하는 데이터-셀들의 그룹에 속하는 것이 명확하게 된다. 알려진 뷰잉 각도 및 깊이-범위에 기초하여, 유형 II로 제 2 데이터-셀(312)의 가시성 확률을 업데이트하는 것이 결정된다. 도 3c에서, z-버퍼 스택 엘리먼트가 다른 뷰에서 보여질 수 있다는 것이 화살표(324)로 표시된다. 또한, 다른 데이터-셀(314-322)의 가시성 확률은 유사한 방식으로 업데이트된다. 도 3c는 가시성 확률들을 업데이트한 후에 도 3b의 z-버퍼 스택의 콘텐츠들을 개략적으로 도시한다. 유형 I 또는 II의 확률에 할당된 z-버퍼 스택 엘리먼트들은 음영으로 표시된다.
도 3a 내지 도 3c와 관련하여 기술된 예에서, 모든 오브젝트들은 불투명하며, 즉 투명하지 않다. 본 발명에 따른 방법이 투명 오브젝트들에 대하여 적용될 수 있다는 것을 유의해야 한다. 이 경우에, z-버퍼 스택 엘리먼트들의 각각에 대한 투명성을 나타내는 값, 즉 3차원 입력 모델들의 부분들을 나타내는 값은 각각의 데이터-셀들(304 내지 322)에 저장되어야 한다.
도 4는 3차원 입력 모델을 스케일링된 3차원 출력 모델로 스케일링하는 본 발명의 스케일링 유닛(400)을 개략적으로 도시한다. 스케일링 유닛(400)은,
- 스케일링된 3차원 출력 모델의 대응 부분들이 스케일링된 3차원 출력 모델의 2차원 뷰에서 보여질 수 있는 각각의 확률들을 3차원 입력 모델의 부분들과 관련하여 결정하는 확률 결정 유닛(402); 및
- 각각의 확률들에 기초하여 3차원 입력 모델의 부분들을 스케일링된 3차원 출력 모델의 각각의 부분들로 기하학적으로 변환하는 기하학적 변환 유닛(408)을 포함한다.
3차원 입력 모델을 나타내는 데이터는 스케일링 유닛(400)의 입력 커넥터(410)에서 제공되며, 스케일링 유닛(400)은 출력 커넥터(412)에서 스케일링 3차원 출력 모델을 나타내는 데이터를 제공한다. 제어 인터페이스(414)를 통해, 디스플레이 디바이스, 예컨대 깊이-범위 및 최대 뷰잉 각도에 관한 제어 데이터가 제공된다.
확률 결정 유닛(402)의 동작이 도 3a 내지 도 3c와 관련하여 기술된다. 기하학적 변환 유닛(408)은 최소 및 최대 검출 유닛(404) 및 이득 제어 유닛(406)을 포함한다. 최소 및 최대 검출 유닛(404)은 상호 동일한 x-값들 및 상호 동일한 y-값들을 가진 z-버퍼 스택 엘리먼트들의 각각의 어레이에 대하여 대응 최소 z-값 및 최대 z-값을 결정하도록 구성된다. 이득 제어 유닛(406)은 디스플레이 디바이스의 각각의 최소 z-값들 및 최대 z-값들 및 깊이-범위에 기초하여 z-버퍼 스택 엘리먼트들에 대한 스케일링된 z-값들을 계산하도록 구성된다. 본 발명에 따른 기하학적 변환 유닛(408)의 동작이 도 4와 관련하여 더 상세히 기술될 것이다.
확률 결정 유닛(402), 최소 및 최대 검출 유닛(404) 및 이득 제어 유닛(406)은 하나의 프로세서를 사용하여 구현될 수 있다. 보통, 이들 기능들은 소프트웨어 프로그램 제품의 제어하에서 수행된다. 실행동안, 보통 소프트웨어 프로그램 제품은 RAM과 같은 메모리에 로드되며 이로부터 실행된다. 프로그램은 ROM, 하드디스크, 또는 자기 및/또는 광 스토리지와 같은 배경 메모리로부터 로드될 수 있거나, 또는 인터넷과 같은 네트워크를 통해 로드될 수 있다. 선택적으로, 주문형 집적회로는 기술된 기능을 제공한다.
도 5는 본 발명에 따른 스케일링 유닛(400)의 기하학적 변환 유닛(408)을 개략적으로 도시한다. 이러한 기하학적 변환 유닛(408)은 도 3c와 관련하여 기술된 z-버퍼 스택(300)에서 데이터를 처리하도록 설계된다.
z-버퍼 스택(300)에 저장된 데이터는 각각의 x,y 쌍에 대하여 제공된다. 도 3c와 관련하여 기술된 예에서, 어레이당 3개의 레벨들, i=1, i=2 또는 i=3가 존재한다. 각각의 레벨들에 대하여, z-값 및 가시성 확률이 제공된다. 만일 특정 z-버퍼 엘리먼트가 유형 IV, 즉 투영들 중 하나에서 명확하게 보여지지 않으면, 대응 데이터는 클리핑 유닛(518)에 제공된다. 그렇지 않으면, 데이터는 최대 검출기(502) 및 최소 검출기(504)에 제공된다. 최대 검출기(502)는 x,y 좌표마다 최대 z-값을 추출하도록 구성되며, 최소 검출기(504)는 x,y 좌표마다 최소 z-값을 추출하도록 구성된다. 각각의 x,y 좌표에 대한 최대 z-값들은 제 2 필터 유닛(506)에 제공된다. 각각의 x,y 좌표에 대한 최소 z-값들은 제 2 필터 유닛(508)에 제공된다. 바람직하게, 제 1 필터 유닛(506) 및 제 2 필터 유닛(508)은 형태 필터들이다. 형태 필터들은 공통 비선형 이미지 처리 유닛들이다. 이에 대해서는 "Low-level image processing by max-min filters" by P.W.Verbeek, H.A. Vrooman and L.J. van Vliet, in "Signal Processing", vol.15,no.3, pp.249-258, 1998을 참조하라. 다른 유형들의 필터들, 예컨대 저역통과 필터들이 제 1 필터 유닛(506) 및 제 2 필터 유닛(508)을 위하여 적용될 수 있다. 제 1 필터 유닛(506)의 출력은 최대 z-값들이 제거되며, 제 2 필터 유닛(508)의 출력은 최소 z-값들이 제거된다.
제 1 필터 유닛(506) 및 제 2 필터 유닛(508)의 출력은 두개의 신호들을 가산하고 이 합을 인자 2로 분할하는 제 1 결합 수단(510)에 의하여 결합된다. 제 1 결합 수단(510)의 출력은 평균값의 종류, 즉 평균 제거이다. 이러한 출력은 감산 유닛(514)에 의하여 입력 데이터로부터 감산된다. 이러한 감산은 오프셋 보정 종류로서 해석된다.
제 1 필터 유닛(506) 및 제 2 필터 유닛(508)의 출력은 두개의 신호들을 감산하고 인자 2에 의하여 분할하는 제 2 결합 수단(512)에 의하여 결합된다. 감산 유닛(514)의 출력 데이터를 정규화하기 위하여 사용되는 거리 값의 종류이다. 이러한 정규화는 정규화 유닛(516)에 의하여 수행된다. 정규화 유닛(516)의 출력은 이용가능한 깊이-범위 또는 선택적으로 바람직한 깊이-범위에 데이터를 매핑하는 승산기 유닛(520)에 제공된다. 이러한 경우에, k는 이용가능한 디스플레이 깊이 범위 및 뷰잉 각도(viewing angle)의 함수이다.
도 6은 3차원 입력 모델을 스케일링된 3차원 출력 모델로 스케일링하는 것을 개략적으로 도시한다. 스케일링은 도 5와 관련하여 기술된 스트레칭 방법에 의하여 수행된다. 3차원 입력 모델은 디스플레이 디바이스에 대하여 응용 가능한 투영에 대응하는 뷰에서 부여질 수 있는 3개의 오브젝트들(602 내지 606)을 포함한다. 디스플레이 디바이스는 깊이-범위 d를 가진다. 스트레칭은 이용가능한 깊이-범위가 최적으로 사용되도록 한다. 이는 임의의 x,y 쌍에 대하여 단지 두개의 오브젝트들이 존재하는 경우에 오브젝트들 중 하나 또는 오브젝트의 부분이 깊이-범위의 정면 가장자리로 이동되거나 또는 다른 오브젝트 또는 이의 부분이 깊이-범위 d의 후방 가장자리로 이동된다. 예컨대, 제 1 입력 오브젝트(602)는 제 2 입력 오브젝트(604)와 부분적으로 중첩되며, 즉 제 1 입력 오브젝트(602)는 제 2 입력 오브젝트(604)에 의하여 부분적으로 교합된다. 이 결과는 제 1 입력 오브젝트(602)에 대응하는 제 1 부분(612)이 깊이-범위 d의 후방 가장자리에 매핑되고 제 2 입력 오브젝트(604)에 대응하는 제 1 부분(614)이 깊이-범위 d의 정면 가장자리에 매핑된다는 것이다.
만일 임의의 x,y 쌍에 대한 하나의 오브젝트만이 존재하면, 이러한 오브젝트 또는 이 오브젝트의 부분은 깊이-범위 d의 중심으로 이동된다. 예컨대, 제 3 입력 오브젝트(606)에 대응하는 제 1 부분(620)은 깊이-범위 d의 중심에 매핑된다. 또 한, 제 2 입력 오브젝트(604)에 대응하는 제 2 부분(618)은 깊이-범위 d의 정면 가장자리에 매핑되며, 제 1 입력 오브젝트(602)에 대응하는 제 2 부분(608)은 깊이-범위 d의 중심에 매핑된다.
하나 및 동일한 입력 오브젝트의 부분들로부터의 매핑들을 스무스하게 수행하기 위하여 전이 부분들이 존재한다. 이러한 스무딩(smoothing)은 제 1필터 유닛(506) 및 제 2 필터 유닛(508)에 의하여 이루어진다. 예컨대, 제 1 입력 오브젝트(602)에 대응하는 제 3 부분(610)은 제 1 부분(612) 및 제 1 입력 오브젝트(602)에 대응하는 제 2 부분을 연결하기 위하여 중심으로부터 깊이-범위 d의 후방 가장자리로의 전이를 형성한다. 또한, 제 2 입력 오브젝트(604)에 대응하는 제 3 부분(616)은 제 1 부분(614) 및 제 1 오브젝트(604)에 대응하는 제 2 부분(618)을 연결하기 위하여 중심으로부터 깊이-범위 d의 정면 가장자리로의 전이를 형성한다.
도 7은 본 발명에 따른 이미지 디스플레이 장치(700)를 개략적으로 도시하며, 이 이미지 디스플레이 장치는:
- 3차원 입력 모델을 나타내는 신호를 수신하는 수신기(702);
- 도 4에 관련하여 기술된 바와 같이 3차원 입력 모델을 스케일링된 3차원 출력 모델을 스케일링하는 스케일링 유닛(400); 및
- 스케일링된 3차원 출력 모델의 뷰를 시각화하는 디스플레이 디바이스(100)를 포함한다.
신호는 안테나 또는 케이블을 통해 수신된 방송 신호일 수 있으나 VCR(비디오 카세트 레코더) 또는 디지털 호환가능 디스크(DVD)와 같은 저장 디바이스로부터 의 신호일 수 있다. 신호는 입력 커넥터(710)에 제공된다. 이미지 디스플레이 장치(700)는 예컨대 TV일 수 있다. 선택적으로, 이미지 디스플레이 장치(700)는 하드 디스크와 같은 저장수단, 또는 제거가능 매체, 예컨대 광 디스크들에 저장하는 수단을 포함한다. 이미지 디스플레이 장치(700)는 영화 촬영소 또는 방송국에 의하여 적용되는 시스템일 수 있다.
앞서 언급된 실시예들이 본 발명을 제한하는 것이 아니라 예시적인 것이며 당업자는 첨부된 청구항들의 범위로부터 벗어나지 않고 대안 실시예들을 설계할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 청구항들에서, 괄호내에 삽입된 도면부호들은 청구항을 제한하는 것으로 구성되지 않을 것이다. 용어 "포함한다"는 청구항에 리스트되지 않은 엘리먼트들 또는 단계들의 존재를 배제하지 않는다. 단수 엘리먼트들은 복수의 엘리먼트들의 존재를 배제하지 않는다. 본 발명은 여러 개별 엘리먼트들을 포함하는 하드웨어 및 적절하게 프로그래밍된 컴퓨터에 의하여 구현될 수 있다. 여러 수단을 포함하는 단일 청구항들에서, 이들 수단들 중 여러 수단은 하나의 하드웨어 또는 하드웨어의 동일한 항목에 의하여 구현될 수 있다.
Claims (10)
- 3차원 입력 모델(200 내지 208)을 스케일링된 3차원 출력 모델(210 내지 224)로 스케일링하는 방법에 있어서:- 상기 3차원 입력 모델(200 내지 208)의 부분들에 대하여, 상기 스케일링된 3차원 출력 모델(210 내지 224)의 대응 부분들이 상기 스케일링된 3차원 출력 모델의 2차원 뷰(view)에서 보여질 수 있는 각각의 확률들을 결정하는 단계로서, 상기 결정은 뷰잉 방향(viewing direction)에서 상기 3차원 입력 모델(200 내지 208)의 투영에 기초하는, 상기 각각의 확률들을 결정하는 단계; 및- 상기 각각의 확률들에 기초하여 상기 3차원 입력 모델의 부분들을 상기 스케일링된 3차원 출력 모델의 각각의 부분들로 기하학적으로 변환하는 단계를 포함하는, 3차원 입력 모델 스케일링 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 부분들 중 제 1 부분이 보여질 수 있는 상기 확률을 결정하는 단계는, 상기 부분들 중 상기 제 1 부분의 제 1 좌표의 제 1 값과 상기 부분들 중 제 2 부분의 상기 제 1 좌표의 제 2 값의 비교에 기초하는, 3차원 입력 모델 스케일링 방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 부분들 중 제 1 부분이 보여질 수 있는 상기 확률을 결정하는 단계는, 상기 3차원 스케일링된 출력 모델(210 내지 224)이 디스플레이될 디스플레이 디바이스(100)의 최대 뷰잉 각도 및 깊이-범위(depth-range)에 기초하는, 3차원 입력 모델 스케일링 방법.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,상기 각각의 확률들에 기초하여 상기 3차원 입력 모델의 부분들을 상기 스케일링된 3차원 출력 모델의 각각의 부분들로 기하학적으로 변환하는 단계는, 평행 이동(translation), 회전 또는 변형 중 하나를 포함하는, 3차원 입력 모델 스케일링 방법.
- 제 1 항에 있어서,- z-버퍼 스택(300)에 의하여 상기 3차원 입력 모델(1 내지 8)의 투영(302)을 계산하는 단계;- 상호 동일한 x-값들 및 상호 동일한 y-값들을 가진 z-버퍼 스택 엘리먼트들의 쌍들에 대한 z-값들의 비교에 의하여 상기 z-버퍼 스택 엘리먼트들 중 어느 것이 상기 투영에서 보여질 수 있는지를 표시하는 단계;- z-버퍼 스택 엘리먼트들 중 어느 그룹들이 상기 z-버퍼 스택 엘리먼트들의 분할에 의하여 상기 3차원 입력 모델(1 내지 8)의 각각의 부분들을 형성하는지를 결정하는 단계; 및- 보여질 수 있는 추가 z-버퍼 스택 엘리먼트를 포함하는 z-버퍼 스택 엘리먼트들의 그룹의 부분인 각각의 z-버퍼 스택 엘리먼트의 가시성 확률을 표시하는 단계를 포함하는, 3차원 입력 모델 스케일링 방법.
- 제 6 항에 있어서,- 상호 동일한 x-값들 및 상호 동일한 y-값들을 가진 z-버퍼 스택 엘리먼트들의 각각의 어레이에 대하여 대응 최소 z-값 및 최대 z-값을 결정하는 단계; 및- 상기 3차원 스케일링된 출력 모델(210 내지 224)이 디스플레이될 디스플레이 디바이스(100)의 깊이-범위 및 각각의 최소 z-값들 및 최대 z-값들에 기초하여 상기 z-버퍼 스택 엘리먼트들에 대한 스케일링된 z-값들을 계산하는 단계를 더 포함하는, 3차원 입력 모델 스케일링 방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 최소 z-값들을 결정하는 단계는 형태학적 동작(morphologic operation)에 기초하는, 3차원 입력 모델 스케일링 방법.
- 3차원 입력 모델(200 내지 208)을 3차원 스케일링된 출력 모델(210 내지 224)로 스케일링하는 스케일링 디바이스(400)에 있어서:- 상기 3차원 입력 모델(200 내지 208)의 부분들에 대하여, 상기 스케일링된 3차원 출력 모델(210 내지 224)의 대응 부분들이 상기 스케일링된 3차원 출력 모델의 2차원 뷰에서 보여질 수 있는 각각의 확률들을 결정하는 확률 결정 수단(402)으로서, 상기 결정은 뷰잉 방향에서 상기 3차원 입력 모델(200 내지 208)의 투영에 기초하는, 상기 확률 결정 수단(402); 및- 상기 각각의 확률들에 기초하여 상기 3차원 입력 모델의 부분들을 상기 스케일링된 3차원 출력 모델의 각각의 부분들로 기하학적으로 변환하는 변환 수단(408)을 포함하는, 스케일링 디바이스(400).
- 이미지 디스플레이 장치(700)에 있어서:- 3차원 입력 모델(200 내지 208)을 나타내는 신호를 수신하는 수신 수단(702);- 제 9 항에 따른, 상기 3차원 입력 모델(200 내지 208)을 스케일링된 3차원 출력 모델(210 내지 224)로 스케일링하는 스케일링 디바이스(400); 및- 상기 스케일링된 3차원 출력 모델(210 내지 224)의 뷰를 시각화하는 디스플레이 수단(100)을 포함하는, 이미지 디스플레이 장치(700).
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