KR20020031179A - 굴절이 있는 이미지를 렌더링하는 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

오브젝트의 표면들은 뷰포인트(104)로부터 가장 멀리 떨어진 표면으로부터 순서대로 렌더링된다. 뒷면, 예컨대, 뒷면(A1)이 렌더링될 때, 뷰포인트로부터 배경 이미지(100)쪽으로 향하고, 표면의 버텍스들(a, b, c, d)에서의 굴절을 고려하는 벡터들과 원근 투사를 통해 투사된 범위, 즉, 사용될 텍스처의 범위(120)가 결정되고, 결정된 범위 내에 텍스처가 표면 상에 맵핑된다. 앞면, 예컨대, 앞면(A5)이 렌더링될 때, 뷰포인트로부터 배경 이미지(100)쪽으로 향하고, 표면의 버텍스들(a, b, c, d)에서의 굴절들을 고려하는 벡터들과 원근 투사를 통해 투사된, 사용될 텍스처의 범위(130)가 결정되고, 결정된 범위의 텍스처는 표면 상에 맵핑된다.

Description

굴절이 있는 이미지를 렌더링하는 방법 및 장치{Method and apparatus for rendering images with refractions}
최근에, 숨겨진 선 처리, 숨겨진 표면 제거, 부드러운 쉐이딩(smooth shading), 텍스쳐 맵핑, 등을 포함한 다양한 컴퓨터 그래픽(CG) 처리 기술들은 하드웨어 기술들의 빠른 성장과 함께 급속도로 진보되어 왔다.
통상적인 CG 처리 방법에 따라, 다수의 3차원 형상들(오브젝트들)은 CAD의 3차원 모델링에 의해 생성되고, 렌더링 프로세스는 오브젝트들에 컬러들 및 그림자들을 적용하고, 미러 반사(mirror reflection), 확산 반사, 굴절, 투명 등을 포함한 광학 특성들을 오브젝트들에 부가하고, 오브젝트들에 표면 패턴들을 부가하여 윈도우 및 배경 반사들과 같은 환경들 및 주위 광에 따라 이미지들을 그리는 것에 의해 실행된다.
오브젝트를 통과하여 굴절되는 광선들이, 예컨대, 3차원 이미지로 표현되면,그러한 광학 현상을 재생할 필요가 있다. 광선이 오브젝트에 들어갈 때, 및 광선이 오브젝트를 나올 때, 뷰포인트로부터 방사된 광선 벡터가 굴절된다.
3차원 이미지로 상기 굴절 현상을 표현하기 위해, 통상적으로 폴리곤들보다는 레이 트레이싱(ray tracing)을 이용한다.
레이 트레이싱 기법에 따라, 광선들은 오브젝트가 위치한 공간에 트레이스되고, 오브젝트는 광선들과 오브젝트 간의 교차점들로 렌더링된다. 달리 말하면, 광선들의 실제 동작에 따른 오브젝트의 표면들에서 반사 및 굴절을 재생하는 동안, 뷰포인트에 도달한 광선의 강도는 뷰포인트로부터 다시 따라간다.
특히, 고정된 뷰포인트로부터의 광선과 오브젝트 간의 교차점은 디스플레이된 픽셀들로 탐색되고, 그러한 교차점이 있다면, 오브젝트에 의해 반사되거나 굴절되는 광선이 트레이스된다. 교차점에 대한 정보는 색조, 채도, 및 밝기를 포함하는 고유의 특성, 반사, 굴절, 광택(gloss) 및 광택(luster)을 포함하는 텍스쳐 또는 그림자들 또는 하이라이트들(highlights)을 나타내는 각각의 픽셀에 대해 결정된다.
그러나, 레이 트레이싱 기법은 상기 정보가 각 픽셀에 연관되기 때문에, 필요한 전체 정보 양이 크고, 레이 트레이싱에 대한 계산들을 실행하는데 필요한 시간이 길어진다는 단점이 있다.
본 발명은 3차원 이미지로서 고속으로 오브젝트를 통과하여 굴절되는 광선들(light rays), 즉, 굴절이라 알려진 현상을 표현하기 위해 이미지를 렌더링하는 장치 및 방법, 그러한 이미지 처리를 실행하는 프로그램 및 데이터를 저장한 기록 매체, 및 그러한 이미지 처리를 실행하는 프로그램에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따라 오락 장치의 통상적인 배열을 도시하는 블록도.
도 2는 산 풍경 앞에 놓인 유리와 같은 물질의 입방체(cube) 및 배경 이미지로 렌더링된 산 풍경의 디스플레이된 이미지를 도시하는 도면.
도 3은 뷰포인트로부터 방사된 광선들의 벡터가 입방체에 의해 굴절되는 방법을 도시하는 도면.
도 4의 a는 입방체의 뒷면으로 사용하기 위한 텍스처 이미지의 범위를 도시하는 도면.
도 4의 b는 입방체에 적용되는 도 4a에 도시된 텍스처 이미지 및 입방체의 앞면으로 사용하기 위한 텍스처 이미지의 범위를 도시하는 도면.
도 4의 c는 입방체에 적용되는 도 4의 b에 도시된 텍스처 이미지를 도시하는 도면.
도 5는 원근 투사(perspective projection)에 의해 굴절의 관점으로 배경 이미지 상에 입방체의 앞면의 버텍스들(vertexes)이 투사되는 방법을 도시하는 도면.
도 6는 원근 투사에 의해 굴절의 관점에서 배경 이미지 상에 입방체의 앞면의 버텍스들이 투사되는 방법을 도시하는 도면.
도 7은 산 풍경 앞에 놓인 유리와 같은 물질의 2개의 입방체들 및 배경 이미지로 렌더링된 산 풍경의 디스플레이된 이미지를 도시하는 도면.
도 8은 본 발명에 따라 렌더링 수단을 도시하는 기능적인 블록도.
도 9 및 도 10은 도 8에 도시된 렌더링 수단의 프로세싱 시퀀스를 도시하는 흐름도.
그러므로, 본 발명의 목적은 이미지를 렌더링하는 방법 및 장치, 기록 매체 및 오브젝트를 통과하여 3차원 이미지로서 고속으로 굴절되는 광선들을 표현하여이동하는 투명 오브젝트를 단순하고 고속으로 표현하는 프로그램을 제공하는 것이다.
본 발명에 따라, 뷰포인트로부터 가장 멀리 떨어진 표면으로부터 순서대로 굴절을 유발하는 오브젝트의 표면들을 렌더링하고, 표면들이 렌더링될 때 텍스처로 각각의 표면들의 배경 이미지를 이용하는 단계를 포함하는, 이미지를 렌더링하는 방법이 제공된다.
본 발명에 따라, 뷰포인트로부터 가장 멀리 떨어진 표면으로부터 순서대로 굴절을 유발하는 오브젝트의 표면들을 렌더링하는 렌더링 수단을 포함하고, 표면들이 렌더링될 때 텍스처로 각각의 표면들의 배경 이미지를 이용하는 이미지를 렌더링하는 장치가 제공된다.
본 발명에 따라, 프로그램 및 데이터를 저장하는 기록 매체가 더 제공되며, 상기 프로그램은 뷰포인트로부터 가장 멀리 떨어진 표면들로부터 순서대로 굴절을 유발하는 오브젝트의 표면들을 렌더링하고, 표면들이 렌더링될 때 각각의 표면들의 배경 이미지를 텍스처로 이용하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따라, 뷰포인트로부터 가장 멀리 떨어진 표면으로부터 순서대로 굴절을 유발하는 오브젝트의 표면들을 렌더링하고, 표면들이 렌더링될 때 텍스처로 각각의 표면들의 배경 이미지를 이용하는 단계들을 포함하는, 컴퓨터에 의해 판독되어 실행될 수 있는 프로그램이 또한 제공된다.
각각의 표면이 렌더링될 때, 각각의 표면의 배경 이미지만이 텍스처 이미지로 사용되기 때문에, 이미지들은 고속으로 처리될 수 있다. 따라서, 오브젝트를 통과하여 굴절되는 광선들은 3차원 이미지로서 고속으로 표현될 수 있고, 따라서 이동하는 투명 오브젝트를 단순하고 고속으로 표현할 수 있다.
바람직하게, 뷰포인트로부터 배경 이미지쪽으로 향하고 표면의 버텍스들에서의 굴절을 고려하는 벡터들과 원근 투사를 통해 투사된 범위 내의 배경 이미지의 일부는 표면이 렌더링될 때 텍스처로 사용된다.
벡터들은 뷰포인트 좌표 시스템의 표면에 대해 적어도 법선들의 방향들 및 뷰포인트로부터 버텍스들쪽으로 향한 라인 세그먼트들의 방향에 기초하여 결정될 수 있다.
특히, 배경 이미지의 u축 및 뷰포인트 좌표 시스템의 z축으로 이루어진 uz 평면 상에 투사되는 버텍스들의 위치들이 결정되고, 배경 이미지의 u축 상의 버텍스들의 좌표들은 적어도 뷰포인트로부터 투사된 위치들쪽으로 향한 라인 세그먼트들의 방향들 및 uz 평면의 법선들의 방향들에 기초하여 결정된다. 뷰포인트 좌표 시스템의 z축 및 배경 이미지의 v축으로 이루어진 vz평면 상에 투사되는 버텍스들의 위치들이 결정되고, 배경 이미지의 v축 상의 버텍스들의 좌표들은 적어도 뷰포인트로부터 투사된 위치들쪽으로 향한 라인 세그먼트들의 방향들 및 vz 평면의 법선들의 방향들에 기초하여 결정된다.
표면 상에 맵핑될 배경 이미지는 용이하게 결정될 수 있으므로, 굴절 현상은 고속으로 3차원 이미지로서 디스플레이될 수 있다.
본 발명의 상기 및 다른 목적들, 특징들, 및 장점들은 본 발명의 바람직한 실시예가 예를 통해 도시된 첨부한 도면들을 참조할 때 다음 설명으로부터 더욱 명확해 질 것이다.
이미지를 렌더링하는 방법 및 장치가 3차원 CG 처리를 실행하는 오락 장치에 적용되고, 기록 매체 및 프로그램이 오락 장치 및 그러한 프로그램에 의해 실행된 프로그램 및 데이터를 저장하는 기록 매체에 적용되는 실시예는 도 1 내지 도 10을 참조하여 기술될 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 오락 장치(10)는 오락 장치(10)를 제어하는 MPU(12), 실행될 다양한 프로그램들 및 다양한 데이터를 저장하는 주 메모리(14), 기하학 처리에 필요한 부동 소수점 벡터 동작들을 실행하는 벡터 동작 유닛(16), MPU(12)의 제어하에 이미지 데이터를 발생시켜 상기 발생된 이미지 데이터를 디스플레이 모니터(18), 예컨대, CRT에 출력하는 이미지 프로세서(20), MPU(12), 벡터 동작 유닛(16) 및 이미지 프로세서(20) 간의 전송 경로들을 중재하는 그래픽 인터페이스(GIF; 22), 외부 장치들에 데이터를 전송하고 외부 장치들로부터 데이터를 수신하는 입력/출력 포트(24), 커넬(kernel) 등을 제어하는 플래시 메모리 등을 포함할 수 있는 OSD 기능을 갖는 ROM(OSDROM)(26), 및 달력 및 시계 기능을 갖는 실시간 시계(28)를 포함한다.
주 메모리(14), 벡터 동작 유닛(16), GIF(22), OSDROM(26), 실시간 클럭(28) 및 입력/출력 포트(24)는 버스(30)를 통해 MPU(12)에 접속된다.
입력/출력 포트(24)에 대해, 오락 장치(10)에 데이터(키 엔트리 데이터, 좌표 데이터 등)를 입력하는 입력/출력 데이터(32) 및 다양한 프로그램들 및 데이터(오브젝트 관련 데이터, 텍스처 데이터 등)가 저장된 CD-ROM 등과 같은 광학 디스크(34)를 재생하는 광학 디스크 드라이브(36)가 접속된다.
도 1에 도시되는 바와 같이, 이미지 프로세서(20)는 렌더링 엔진(70), 메모리 인터페이스(72), 이미지 메모리(74), 및 프로그램 가능한 CRT 제어기 등과 같은 디스플레이 제어기(76)를 포함한다.
렌더링 엔진(70)은 MPU(12)로부터 공급된 렌더링 명령에 기초하여, 메모리 인터페이스(72)를 통해 이미지 메모리(74) 내의 이미지 데이터를 렌더링하도록 기능한다.
제 1 버스(78)는 메모리 인터페이스(72)와 렌더링 엔진(70) 사이에 접속되고, 제 2 버스(80)는 메모리 인터페이스(72)와 이미지 메모리(74) 사이에 접속된다. 각각의 제 1 및 제 2 버스들(78, 80)은, 예컨대, 렌더링 엔진(70)이 고속으로 이미지 메모리(74) 내의 이미지 데이터를 렌더링하게 하는 128 비트폭을 가진다.
렌더링 엔진(70)은 실시간 방식, 즉, 1/60 초 내지 1/30초로 십회 내지 수십회 이상 NTSC 또는 PAL 시스템에 따라 640 x 480 픽셀들의 이미지 데이터 또는 320 x 240 픽셀들의 이미지 데이터를 렌더링할 수 있다.
이미지 메모리(74)는 동일한 영역으로 디스플레이 렌더링 영역 및 텍스처 렌더링 영역을 지정할 수 있는 통합 메모리 구조이다.
이미지 제어기(76)는 메모리 인터페이스(72)를 통해 주 메모리(14)에 발생된 텍스처 데이터 또는 광학 디스크 드라이브(36)를 통해 광학 디스크(34)로부터 판독된 텍스처 데이터를 이미지 메모리(74)의 텍스처 렌더링 영역으로 기록하고, 메모리 인터페이스(72)를 통해 이미지 메모리(74)의 디스플레이 렌더링 영역 내에 렌더링된 이미지 데이터를 판독하고, 그 디스플레이 스크린 상에 이미지를 디스플레이하기 위해 디스플레이 모니터(18)에 판독 이미지 데이터를 출력한다.
오락 장치(10)의 특징적인 기능은 도 2 내지 도 10을 참조하여 하기에 기술될 것이다.
특징적인 기능에 따라, 굴절을 유발하는 오브젝트를 렌더링하기 위해, 뷰포인트로부터 가장 멀리 떨어진 오브젝트로부터 오브젝트의 표면들이 연속적으로 렌더링되고, 표면의 배경 이미지는 각 표면이 렌더링될 때 텍스처로 사용된다.
뷰포인트로부터 배경 이미지쪽으로 향하고 표면의 버텍스들에서의 굴절들을 고려한, 벡터들을 갖는 원근 투사에 의해 투사된 범위 내의 배경 이미지의 일부는, 예컨대, 표면이 렌더링될 때 텍스처로 이용된다.
표면의 각각의 버텍스들에서의 굴절을 고려한 벡터는 적어도 뷰포인트 좌표 시스템의 표면에 대한 법선 방향 및 뷰포인트로부터 각각의 버텍스쪽으로 향한 라인 세그먼트의 방향에 기초하여 결정될 수 있다.
상기 특징적인 기능을 실행하는 특정 프로세스는 도 2 내지 도 7을 참조하여 하기에 기술될 것이다. 도 2는 산 풍경 앞에 놓여진 유리와 같은 물질의 입방체 및 배경 이미지(100)로 렌더링된 산 풍경의 디스플레이된 이미지를 도시한다. 디스플레이된 이미지의 입방체(102)를 통과한 광선들은 상기 특징적인 기능에 따라 굴절된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 뷰포인트(104)로부터 방사된 광선(La)의 벡터는 광선(La)이 입방체(102)에 입사될 때, 및 광선(La)이 입방체(102)를 출사될 때 굴절된다. 입방체(102)의 외부 공간이 굴절율(n1)을 갖는다고 가정하면, 입방체(102)는 굴절율(n2)을 가지고, 광선(La)은 뷰포인트(104)에 근접하여 입사각(θ1), 즉, 표면에 대한 법선(106)과 광선(La) 사이의 각으로 입방체(102)의 표면에 적용되고, 광선(La)은 출사각(θ2), 즉, 표면에 대한 법선(106)과 광선(La) 사이의 각으로 입방체(102)의 표면을 출사하여, 표면에서의 광선(La)의 굴절은 스넬의 법칙으로 공지된 다음식에 의해 나타낸다:
n1sinθ1 = n2sinθ2
상기 식에 의해 나타낸 관계는 뷰포인트(104)로부터 더 멀리 떨어진, 입방체(102)의 또다른 표면에서 광선(La)의 굴절에 대해서도 참이다.
본 발명에 따른 이미지를 렌더링하는 방법은 상기 관계에 기초하여 배경 이미지의 입방체(102)의 표면들의 위치들을 결정한다.
특히, 도 4의 a 및 b에 도시된 바와 같이, 입방체(102)의 6개의 표면들 중 뷰포인트로부터 가장 멀리 떨어진 표면(A1)이 선택되고, 표면(A1)의 버텍스들(a, b, c, d)의 배경 이미지(100)의 위치들, 더 정확하게는 배경 이미지(100)의 표면(A1)의 위치가 적어도 뷰포인트 좌표 시스템의 표면(A1)에 대한 법선 방향 및 뷰포인트로부터 버텍스들(a, b, c, d)쪽으로 향한 라인 세그먼트들의 방향들에 기초하여 결정된다.
배경 이미지(100)의 표면(A1)의 위치는 이미지 메모리(74) 내에 렌더링된 배경 이미지(100)의 위치이다. 배경 이미지(100)의 표면(A1)의 위치를 결정하는 것은 배경 이미지(100)의 수평축으로 u축 및 배경 이미지(100)의 수직축으로 v축을 갖는 uv 좌표 시스템 내의 표면(A1)의 위치를 결정하는 것과 동일하다.
배경 이미지(100)의 u축 및 뷰포인트 좌표 시스템의 z축으로 이루어진 uz 평면상에 투사되는 버텍스들(a, b, c, d)의 위치들이 결정되고, 배경 이미지(100)의 u축 상의 버텍스들(a, b, c, d)의 좌표들은 적어도 뷰포인트(104)로부터 투사된 위치들쪽으로 향한 라인 세그먼트들의 방향들 및 uz 평면 상의 표면(A1)에 대한 법선 방향에 기초하여 결정된다.
예컨대, 도 5에 도시된 바와 같이, 뷰포인트(104)로부터 앞면(A1)의 버텍스쪽으로의 라인 세그먼트(110)가 분석된다. 방향, 즉, 버텍스로부터 배경 이미지(100)쪽으로의 라인 세그먼트(110)의 출사각(θ2)은 라인 세그먼트(110)와 법선(112) 사이의 각도(입사각)(θ1), 입방체(102)의 굴절율(n2), 및 공간의 굴절율(n1)에 기초하여 결정된다. 배경 이미지(100)의 버텍스(a)의 u 좌표의 위치는 출사각(θ2)에 의해 결정된 라인 세그먼트(114)의 벡터에 따라 원근 투사에 의해 배경(100) 상에 버텍스를 투사함으로써 결정된다. 배경 이미지(100) 내의 표면(A1)의 다른 버텍스들(b, c, d)의 u 좌표들의 위치들은 유사하게 결정된다.
그 후에, 배경 이미지(100)의 v축 및 뷰포인트 좌표 시스템의 z축으로 이루어진 vz 평면 상에 투사되는 버텍스들(a, b, c, d)의 위치들이 결정되고, 배경 이미지(100)의 v축 상의 버텍스들(a, b, c, d)의 좌표들은, 적어도 뷰포인트(104)로부터 투사된 위치들쪽으로 향한 라인 세그먼트들의 방향들 및 vz 평면의 표면(A1)에 대한 법선의 방향에 기초하여 결정된다.
예컨대, 도시되지 않았지만, 뷰포인트(104)로부터 버텍스(a)쪽으로의 라인 세그먼트가 분석된다. 버텍스로부터 배경 이미지(100)쪽으로의 라인 세그먼트의 방향, 즉, 출사각(θ2)은 라인 세그먼트와 법선 간의 각도(입사각)(θ1), 입방체(102)의 굴절율(n2), 및 공간의 굴절율(n1)에 기초하여 결정된다. 배경 이미지(100) 내의 버텍스(a)의 v 좌료의 위치는 출사각(θ2)에 의해 결정되는 라인 세그먼트의 벡터에 따라 원근 투사에 의해 배경(100) 상에 버텍스를 투사함으로써 결정된다. 배경 이미지(100)의 다른 버텍스들(b, c, d)의 v 좌표들의 위치들은 유사하게 결정된다.
이러한 방법으로, 배경 이미지(100)의 앞면(A1)의 버텍스(a)의 u, v 좌표들(u, v)이 결정된다. 유사하게, 배경 이미지(100)의 다른 버텍스들의 좌표들이 결정된다. 지금, 도 4의 a 및 b에 도시된 바와 같이, 표면(A1)을 통해 뷰포인트로부터 배경 이미지(100)쪽으로 향하고, 표면(A1)의 버텍스들(a, b, c, d)에서의 굴절을 고려하는 벡터들에 의해 투사된 범위, 즉, 사용될 텍스처의 범위(120)가 결정된다. 범위(120)의 텍스처는 이미지 메모리(74)에 렌더링된 표면(A1) 상에 매핑된다.
표면(A1)이 이미지 메모리(74)에 렌더링되고 난 후에, 다른 앞면(A2)이 선택되어, 표면(A1)에 대한 상술한 바와 동일한 방법으로 처리된다. 입방체(102)로 이루어진 표면들(A1 내지 A6)은 A1 → A2 → A3 → A4 → A5 → A6의 순서대로 연속적으로 선택되어 처리된다.
3개의 앞면들(A1, A2, A3)이 이미지 메모리(74)에서 렌더링된 후에, 3개의 앞면들(A4, A5, A6)이 선택되고, 그 후에 상술한 것과 동일한 방법으로 처리된다.
예컨대, 도 6에 도시된 바와 같이, 뷰포인트(104)로부터 앞면(A5)의 버텍스쪽으로의 라인 세그먼트(122)가 분석된다. 버텍스로부터 배경이미지(100)로의 라인 세그먼트(122)의 방향, 즉, 출사각(θ2)이 라인 세그먼트(122)와 표면(A5)에 대한 법선(124) 사이의 각도(입사각)(θ1), 입방체(102)의 굴절율(n2), 및 공간의 굴절율(n1)에 기초하여 결정된다. 배경 이미지(100)의 버텍스(a)의 u 좌표의 위치는 출사각(θ2)에 의해 결정된 라인 세그먼트(126)의 벡터에 따라 원근 투사를 통해 배경(100)상에 버텍스를 투사함으로써 결정된다. 배경 이미지(100) 내의 표면(A5)의 다른 버텍스들(b, g, h)의 u 좌표들의 위치들은 유사하게 결정된다.
그 후에, 배경 이미지(100)의 버텍스(a)의 v 좌표의 위치는 상술한 바와 동일한 방법으로 결정된다.
이러한 방법으로, 배경 이미지(100)의 앞면(A5)의 버텍스(a)의 u, v 좌표들(u, v)이 결정된다. 유사하게, 배경 이미지(100)의 다른 버텍스들(b, g, h)의 u, v 좌표들이 결정된다. 유사하게, 배경 이미지(100) 내의 다른 버텍스들(b, g, h)의 u, v 좌표들이 결정된다. 지금, 도 4의 b 및 도 4의 c에 도시된 바와 같이, 표면(A5)을 통해 뷰포인트(104)로부터 배경 이미지(100)쪽으로 향하고, 표면(A5)의 버텍스들(a, b, g, h)에서의 굴절율들을 고려하는, 벡터들에 의해 투사된 범위, 즉, 사용될 텍스처의 범위(130)가 결정된다. 그 후에, 범위(130)의 텍스처는 이미지 메모리(74)에서 렌더링되는, 표면(A5) 상에 맵핑된다. 이 때, 3개의뒷면들(A1, A2, A3)의 이미지들은 앞면(A5)의 배경 이미지(100)에 렌더링되고, 앞면(A5)의 텍스처는 3개의 뒷면들(A1, A2, A3)의 이미지들을 포함한다.
표면(A5)이 이미지 메모리(74)에서 렌더링된 후에, 또다른 앞면(A6)이 선택되고, 표면(A5)에 대해 상술한 바와 같은 동일한 방법으로 처리된다.
상기 예에서, 하나의 입방체(102)는 산 풍경 내에 놓인다. 그러나, 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 방법은 산 풍경 내에 놓인 다수의(도 7의 2개) 입방체들(102A)에 또한 적용할 수 있다. 입방체들(102a, 102b)은 뷰포인트(104)로부터 더 멀리 떨어진 입방체(102a)로부터 순서대로 연속하여 처리된다.
예컨대, 소프트웨어, 즉, 상기 기능을 실행하기 위한 렌더링 수단(200)(도 8 참조)은 도 8 내지 도 10을 참조하여 하기에 기술될 것이다.
렌더링 수단(200)은 CD-ROM 또는 메모리 카드와 같은 렌덤으로 액세스가능한 기록 매체로부터 또는 네트워크를 통해 오락 장치(10)에 공급된다. 여기에서, CD-ROM과 같은 광학 디스크(34)로부터 렌더링 수단(200)이 오락 장치(10)로 판독되는 것으로 가정한다.
렌더링 수단(200)은 소정의 프로세스에 따라 오락 장치(10)의 주메모리(14)로 오락 장치(10)에 의해 재생된 광학 디스크(34)로부터 미리 다운로드되고 MPU(12)에 의해 실행된다.
도 8에 도시되는 바와 같이, 렌더링 수단(200)은 오브젝트 데이터 파일(202) 내에 등록된 다수의 오브젝트들 중 뷰포인트로부터 가장 멀리 떨어진 것으로부터 순서대로 오브젝트의 오브젝트 데이터(204)를 선택하는 오브젝트 선택 수단(206),선택된 오브젝트 데이터(204)에 의해 지시된 오브젝트들의 다수의 표면들 중 뷰포인트로부터 가장 멀리 떨어진 것으로부터 순서대로 한 표면을 선택하는 표면 선택 수단(208), 선택된 표면 내의 uz 및 vz 좌표 시스템들의 법선들의 방향들을 결정하는 법선 방향 결정 수단(210), uz 평면 상에 투사되는 선택된 표면의 버텍스 위치를 결정하는 제 1 투사 위치 계산 수단(212), 입사각(θ1) 및 출사각(θ2)을 결정하는 각도 계산 수단(214), 및 uz 평면 상에 버텍스의 투사 위치 및 버텍스에서의 출사각 각도들(θ2)에 기초하여 배경 이미지(100) 내의 u 좌표들을 결정하는 제 1 좌표 계산 수단(216)을 포함한다.
렌더링 수단(200)은 또한 vz 평면 상에 투사되는 선택된 표면의 버텍스의 위치를 결정하는 제 2 투사 위치 계산 수단(218), vz 평면 상의 버텍스의 투사 위치 및 버텍스에서의 출사각들(θ2)에 기초하여 배경 이미지(100) 내의 V 좌료들을 결정하는 제 2 좌표 계산 수단(220), 버텍스들의 UV 좌표들에 기초하여 배경 이미지(100)로부터 사용될 텍스처 이미지를 결정하는 텍스처 이미지 결정 수단(222), 선택된 표면 상에 결정된 텍스처 이미지를 맵핑하는 텍스처 맵핑 수단(224), 및 렌더링 수단(200)의 처리 시퀀스가 완료되었는지의 여부를 결정하는 종료 결정 수단(226)을 가진다.
렌더링 수단(200)의 처리 시퀀스는 도 9 및 도 10을 참조하여 하기에 기술될 것이다.
도 9에 도시된 단계 S1에서, 렌더링 수단(200)은 오브젝트들을 검색하도록 사용된 인덱스 레지스터(m)로 초기값"1"을 저장하여, 인덱스 레지스터(m)를 초기화한다.
단계 S2에서, 오브젝트 선택 수단(206)은 오브젝트 데이터 파일(202) 내에 등록된 다수의 오브젝트들 중 뷰포인트로부터 가장 멀리 떨어진 오브젝트로부터 순서대로 한 오브젝트(m번째 오브젝트)의 오브젝트 데이터(204)를 선택한다.
단계 S3에서, 렌더링 수단(200)은 오브젝트들의 표면들을 검색하는데 사용된 인덱스 레지스터(i)로 초기값"1"을 저장하여 인덱스 레지스터(i)를 초기화한다.
단계 S4에서, 표면 선택 수단(208)은 선택된 오브젝트 데이터(204)에 의해 지시된 오브젝트들의 다수의 표면들 중 뷰포인트로부터 가장 멀리 떨어진 표면으로부터 순서대로 한 표면(i번째 표면)을 선택한다.
단계 S5에서, 렌더링 수단(200)은 i번째 표면의 버텍스들의 수(N)를 결정한다. 그 후에, 단계 S6에서, 법선 방향 결정 수단(210)은 uz 및 vz 좌표 시스템들의 i번째 표면에 대한 법선들의 방향들을 결정한다.
단계 S7에서, 렌더링 수단(200)은 버텍스들을 검색하도록 사용된 인덱스 레지스터(j)로 초기값"1"을 저장하여, 인덱스 레지스터(j)를 초기화한다. 단계 S8에서, 제 1 투사 위치 계산 수단(212)은 uz 평면상에 투사되는 j번째 버텍스의 위치(좌표)를 결정한다.
단계 S9에서, 각도 계산 수단(214)은 uz 평면의 법선 및 j번째 버텍스와 뷰포인트가 상호접속한 라인 세그먼트 간의 각도(입사각)(θ1)를 결정한다. 단계 S10에서, 각도 계산 수단(214)은 입사 매체의 굴절율, 출사 매체의 굴절율, 및 입사각(θ1)에 기초하여 각도(출사각)(θ2)를 결정한다.
단계 S11에서, 제 1 좌표 계산 수단(216)은 출사각(θ2)과 uz 평면 상에 투사되는 j번째 버텍스의 위치(좌표들)에 의해 결정된 방향으로 원근 투사를 통해 j번째 버텍스를 투사하고, 배경 이미지(100)의 j번째 버텍스의 위치(u 좌표들)를 결정한다.
도 10에 도시된 단계 S12에서, 제 2 투사 위치 계산 수단(218)은 vz 평면 상에 투사되는 j번째 버텍스의 위치(좌표들)를 결정한다.
단계 S13에서, 각도 계산 수단(214)은 vz 평면의 법선 및 j 번째 버텍스와 뷰포인트가 상호접속한 라인 세그먼트 간의 각도(입사각)(θ1)를 결정한다. 단계 S14에서, 각도 계산 수단(214)은 입사 매체의 굴절율, 출사 매체의 굴절율, 및 입사각(θ1)에 기초하여 각도(출사각)(θ2)를 결정한다.
단계 S14에서, 제 2 좌표 계산 수단(220)은 vz 평면상에 투사되는 j 번째 버텍스의 위치(좌표들) 및 출사각(θ2)에 의해 결정된 방향으로 원근 투사를 통해 j번째 버텍스를 투사하고, 배경 이미지(100)의 j번째 버텍스의 위치(v 좌표들)를 결정한다.
단계 S16에서, 렌더링 수단(200)은 "1"에 의해 인덱스 레지스터(j)의 값을 증가시킨다. 단계 S17에서, 렌더링 수단(200)은 인덱스 레지스터(j)의 값이 버텍스들의 수(N)보다 더 큰지의 여부에 기초하여, i번째 표면의 모든 버텍스의 uv 좌표들이 결정되었는지의 여부가 결정된다.
모든 i번째 표면의 버텍스들의 uv 좌표들이 결정되지 않으면, 제어는 다음 버텍스의 uv 좌표들을 결정하는 단계 S8로 되돌아간다. 모든 i번째 표면의 버텍스들의 uv 좌표들이 결정되면, 제어는 단계 S18로 진행한다. 단계 S18에서, 텍스처 이미지 결정 수단(222)은 텍스처 이미지로서, i번째 표면의 버텍스들의 uv 좌표들에 의해 둘러싼 범위 내의 배경 이미지(100)의 일부를 결정한다.
단계 19에서, 텍스처 맵핑 수단(224)은 i번째 표면 상에 결정된 텍스처 이미지를 맵핑하고, 이미지 메모리(74) 내의 맵핑된 텍스처 이미지로 i번째 표면을 렌더링한다.
단계 S20에서, 렌더링 수단(200)은 "1"만큼 인덱스 레지스터 값을 증가시킨다. 단계 S21에서, 종료 결정 수단(226)은 오브젝트의 표면들의 수(M)보다 인덱스 레지스터(i)의 값이 더 큰지의 여부에 기초하여, 오브젝트의 모든 표면들에 대한 처리들이 완료되었는지를 결정한다.
텍스처 맵핑이 모든 표면들에 대해 완료되지 않으면, 다음 표면을 처리하는 단계 S4로 제어가 되돌아간다. 텍스처 맵핑이 모든 표면들에 대해 완료되면, 제어는 렌더링 수단(200)이 "1" 만큼 인덱스 레지스터(m)의 값을 증가시키는 단계 S22로 되돌아간다. 단계 S23에서, 종료 결정 수단(226)은 인덱스 레지스터(m)의 값이 오브젝트들의 수(P)보다 더 큰지의 여부에 기초하여, 모든 오브젝트들에 대한 처리들이 완료되었는지의 여부를 결정한다.
모든 오브젝트들에 대한 처리가 완료되지 않으면, 제어는 다음 오브젝트를 처리하기 위해 단계 S4로 되돌아간다. 모든 오브젝트들에 대한 처리가 완료되면, 렌더링 수단(200)의 처리 시퀀스는 종료하게 된다. 모든 오브젝트들에 대한 처리가 완료되면, 렌더링 수단(200)의 처리 시퀀스는 종료하게 된다.
상술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 렌더링 수단(200)이 광선이 굴절되는 오브젝트 표면 각각을 렌더링할 때, 렌더링 수단(200)은 각 표면의 배경 이미지(100)만을 텍스처 이미지로 사용하므로, 고속으로 이미지들을 처리할 수 있다. 따라서, 오브젝트를 통과하여 굴절된 광선들은 3차원 이미지로서 고속으로 표현될 수 있으므로, 이동 투명 오브젝트를 간단하고 고속으로 표현할 수 있다.
본 발명의 특정한 바람직한 실시예가 도시되고 상세히 기술되었지만, 다양한 변화들 및 수정들이 추가된 청구항들의 범위로부터 벗어나지 않고 이루어질 수 있다는 것을 이해해야 한다.

Claims (13)

  1. 이미지를 렌더링하는 방법에 있어서,
    뷰포인트(104)로부터 가장 멀리 떨어진 표면(A1)으로부터 순서대로 굴절을 유발하는 오브젝트(102)의 표면들(A1 내지 A6)을 렌더링하는 단계, 및
    표면들(A1 내지 A6)이 렌더링될 때, 각각의 표면들(A1 내지 A6)의 배경 이미지(100)를 텍스처로 이용하는 단계를 포함하는, 이미지 렌더링 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    배경 이미지(100)를 이용하는 상기 단계는;
    상기 뷰포인트(104)로부터 상기 배경 이미지(100)쪽으로 향하고, 표면(A1)이 렌더링될 때 상기 표면(A1)의 버텍스들(a, b, c, d)에서 굴절들을 고려하는, 벡터들로 원근 투사를 통해 투사된 범위 내에 상기 배경 이미지(100)의 일부를 텍스처로 이용하는 단계를 포함하는, 이미지 렌더링 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 배경 이미지(100)의 일부를 이용하는 상기 단계는;
    적어도 상기 뷰포인트(104)로부터 버텍스(a, b, c, d)쪽으로 향한 라인 세그먼트들의 방향들 및 뷰포인트 좌표 시스템 내의 상기 표면(A1)에 법선들의 방향들에 기초하여 상기 벡터들을 결정하는 단계를 포함하는, 이미지 렌더링 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 벡터들을 결정하는 상기 단계는:
    상기 뷰포인트 좌표 시스템의 z축 및 상기 배경 이미지(100)의 u축으로 이루어진 uz 평면 상에 투사되는 상기 버텍스들(a, b, c, d)의 위치들을 결정하는 단계;
    적어도 상기 뷰포인트(104)로부터 투사된 위치들쪽으로 향한 라인 세그먼트들의 방향들 및 상기 uz 평면 내의 상기 법선들의 방향들에 기초하여 상기 배경 이미지(100)의 상기 u축 상에 상기 버텍스들(a, b, c, d)의 좌표들을 결정하는 단계;
    상기 배경 이미지(100)의 v축 및 상기 뷰포인트 좌표 시스템의 z축으로 이루어진 vz 평면 상에 투사되는 상기 버텍스들(a, c, c, d)의 위치들을 결정하는 단계; 및
    적어도 상기 뷰포인트(104)로부터 상기 투사된 위치들쪽으로 향한 라인 세그먼트들의 방향들 및 상기 vz 평면 내의 상기 법선들의 방향들에 기초하여 상기 배경 이미지(100)의 상기 v축 상의 상기 버텍스들(a, b, c, d)의 좌표들을 결정하여, 상기 배경 이미지의 표면 위치를 결정하고, 배경 이미지(100)의 상기 표면(A1)의 위치를 결정하는 단계를 포함하는, 이미지 렌더링 방법.
  5. 이미지를 렌더링하는 장치에 있어서,
    뷰포인트(104)로부터 가장 멀리 떨어진 표면(A1)으로부터 순서대로 굴절을유발하는 오브젝트(102)의 표면들(A1 내지 A6)을 렌더링하고, 표면들(A1 내지 A6)이 렌더링될 때, 표면들(A1 내지 A6)의 각각의 배경 이미지(100)를 텍스처로 이용하는 단계를 포함하는, 이미지 렌더링 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 렌더링 수단(200)은:
    상기 뷰포인트(104)로부터 상기 배경 이미지(100)쪽으로 향하고, 표면(A1)이 렌더링될 때, 상기 표면(A1)의 버텍스들(a, b, c, d)에서의 굴절들을 고려하는, 벡터들을 갖는 원근 투사에 의해 투사된 범위 내에 상기 배경 이미지(100)의 일부를 텍스처로 이용하는 수단을 포함하는, 이미지 렌더링 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 렌더링 수단(200)은:
    적어도 뷰포인트 좌표 시스템 내의 상기 표면(A1)에 대한 법선들의 방향들 및 상기 뷰포인트(104)로부터 버텍스들(a, b, c, d)쪽으로 향한 라인 세그먼트들의 방향들에 기초하여 상기 벡터들을 결정하는 텍스처 좌표 계산 수단(212, 216, 218, 220)을 포함하는, 이미지 렌더링 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 텍스처 좌표 계산 수단(212, 216, 218, 220)은:
    상기 배경 이미지(100)의 u축 및 상기 뷰포인트 좌표 시스템의 z축으로 이루어진 uz 평면 상에 투사되는 상기 버텍스들(a, b, c, d)의 위치들을 결정하는 제 1 투사 위치 계산 수단(212);
    적어도 상기 뷰포인트(104)로부터 상기 투사된 위치들쪽으로 향한 라인 세그먼트들의 방향들 및 상기 uz 평면 내의 상기 법선들의 방향들에 기초하여 상기 배경 이미지(100)의 상기 u축 상의 상기 버텍스들(a, b, c, d)의 좌표들을 결정하는 제 1 좌표 계산 단계(216);
    상기 배경 이미지(100)의 v축 및 상기 뷰포인트 좌표 시스템의 z축으로 이루어진 vz 평면 상에 투사되는 상기 버텍스들(a, b, c, d)의 위치들을 결정하는 제 2 투사 위치 계산 수단(218); 및
    적어도 상기 뷰포인트(104)로부터 상기 투사된 위치들쪽으로 향한 라인 세그먼트들의 방향들 및 상기 vz 평면 내의 상기 법선들의 방향들에 기초하여 상기 배경 이미지(100)의 상기 v축 상의 상기 버텍스들(a, b, c, d)의 좌표들을 결정하는 제 2 좌표 계산 수단(220)을 포함하는, 이미지 렌더링 장치.
  9. 프로그램 및 데이터를 저장하는 기록 매체에 있어서,
    상기 프로그램은:
    뷰포인트(104)로부터 가장 멀리 떨어진 표면(A1)으로부터 순서대로 굴절을 유발하는 오브젝트(102)의 표면들(A1 내지 A6)을 렌더링하는 단계; 및
    상기 표면들(A1 내지 A6)이 렌더링될 때, 텍스처로 각각의 표면들(A1 내지A6)의 배경 이미지(100)를 이용하는 단계를 포함하는, 프로그램 및 데이터 기록 매체.
  10. 제 9항에 있어서,
    배경 이미지(100)를 이용하는 상기 단계는:
    상기 뷰포인트(104)로부터 상기 배경 이미지(100)쪽으로 향하고, 상기 표면(A1)이 렌더링될 때 상기 표면(A1)의 버텍스들(a, b, c, d)에서의 굴절들을 고려하는 벡터들을 갖는 원근 투사에 의해 투사된 범위 내에 상기 배경 이미지(100)의 일부를 텍스처로 이용하는 단계를 포함하는, 프로그램 및 데이터 기록 매체.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 배경 이미지(100)의 일부를 이용하는 상기 단계는:
    적어도 뷰포인트 좌표 시스템 내의 상기 표면(A1)에 대한 법선들의 방향들 및 상기 뷰포인트(104)로부터 상기 버텍스들(a, b, c, d)쪽으로 향한 라인 세그먼트들의 방향들에 기초하여 상기 벡터들을 결정하는 단계를 포함하는, 프로그램 및 데이터 기록 매체.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 벡터들을 결정하는 상기 단계는:
    상기 배경 이미지(100)의 u축 및 상기 뷰포인트 좌표 시스템의 z축으로 이루어진 uz 평면 상에 투사되는 상기 버텍스들(a, b, c, d)의 위치들을 결정하는 단계;
    적어도 상기 뷰포인트(104)로부터 상기 투사된 위치들쪽으로 향한 라인 세그먼트들의 방향들 및 상기 uz 평면 내의 상기 법선들의 방향들에 기초하여 상기 배경 이미지(100)의 상기 u축 상의 상기 버텍스들(a, b, c, d)의 좌표들을 결정하는 단계;
    상기 배경이미지(100)의 v축 및 상기 뷰포인트 좌표 시스템의 z축으로 이루어진 vz 평면 상에 투사되는 상기 버텍스들(a, b, c, d)의 위치들을 결정하는 단계; 및
    적어도 상기 뷰포인트(104)로부터 상기 투사된 위치들쪽으로 향한 라인 세그먼트들의 방향들 및 상기 vz 평면 내의 상기 법선들의 방향들에 기초하여 상기 배경 이미지(100)의 상기 v축 상의 상기 버텍스들(a, b, c, d)의 좌표들을 결정하는 단계를 포함하는, 프로그램 및 데이터 기록 매체.
  13. 컴퓨터에 의해 판독되어 실행될 수 있는 프로그램에 있어서,
    뷰포인트로부터 가장 멀리 떨어진 표면으로부터 순서대로 굴절을 유발하는 오브젝트의 표면들을 렌더링하는 단계; 및
    상기 표면들이 렌더링될 때, 각각의 상기 표면들의 배경 이미지를 텍스처로 이용하는 단계를 포함하는, 프로그램.
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