TW411431B - Anisotropic texture mapping using silhouette/footprint analysis in a computer image generation system - Google Patents

Description

411431 ____— 五、發明說明（1) —本應用被引導至一電腦影像產生（cig _形加速器，用在以二 系統，也參考到 '、象以及’更特定於以創新的方法 表三維（3D)的 性的映射到每個顯示圖+ ^ 、置來將紋理各向異 CIG顯示器上每-個景圖象素之對形成，最好是即時的， 每個顯示空間圖素做輪邱八 固多邊形之每—個所需的 發明背景 ⑸廓刀#，以具有計算效率的方式。 眾所皆知的提供一電腦 理’爽在2 D顯示哭p a L。 王示、''元以及結合的處 產生3 D影像的圖像；每—畢象可 含好幾千個（通常，超過—百M 母不象叮此包 圖I —阅车士 百萬個）的個別圖像元件，稱為 T二二 到代表3D物件空間之2D影像空間中 物：視覺屬性，接著可由位在相對於此 ^件-特疋方向的觀察者所看見。此物件本身係從一已知 的觀察點來觀察，纟因而可由一組平面多邊形來表示，其 可能是紋理，#由投射在紋理空間，來在顯示之前以選定 紋理模式的紋理元件（texel)加以迴旋。不同角度的nG紋 理多邊形處理可藉有參考可用教科書或之前的專利文件 4,727,365( ’包含有美國專利高等視訊物件產生器，1988 年2月2 8日刊出）以及美國專利4，g 7 4，1 7 6 (近距離的微紋 理，1 9 9 0年11月2 7日刊出），這兩者均指定給本發明的委 託人亚在與所有在此引用的參考—起做一併的整體參考。 可察覺到大部分用在即時與互動繪圖系統的紋理映射方 法無法達到在物件的淺薄觀察角度（相對於此物件多邊形 的平面）之優良紋理映射，也就是，要描繪的物件有高觀

第5頁 _UlAU_ 五、發明說明（2) 察比例（也就是有高投射角 ,^ ^ ίίΐ! 例有道路中心的白線"，問題：現 實世界中，斷續的白色路 τ们曰踝 — 约彳η芷ρ e —上々 、濃為-系列的白色線段，母段大 ’門^長，而每—白色線段 =〇央尺的黑色鋪路材料。在以2D的顯示來代表3D的白 3路線將會嘗試達成兩個衝突的目標：第—，防止當觀察 看路時白線不見；以及第二，防止結果之要顯示白 妗j爍"'在此，當在路上不同組（如50英尺長）的幾個白 士 ί又之出現或消失時閃爍情形變得明顯。這些問題的另— 相關，例為建築物的外型改變是明顯的，當其面對觀察者 j或疋閃爍或是具有柔軟外觀在其以高觀察比例時（對觀 祭者的薄淺角度）。大部分的這些問體係肇因於對具有拉 長足跡的顯示圖素（其總是長方形的，並經常是正方形 的’影像空間中的輪廓）認定的失誤，當映射到紋理空間 時。 紋理的映射通常組織成細部層次（L〇D)集合。典型的， 此集合的每一細緻層次成份為在其上的次細緻集合成份之 2 ‘ 1降低的紋理映射；因此】層次])的.纹理映射將有4 (或 2 x2 )個紋理元件（紋理元件），次細緻層次D+1紋理映射中 的每一紋理元件。所以，在最細緻的，第一L〇d.(D = 0)映射 有一陣列的512乘512個紋理元件’次細緻LOD(D=l )為 有最多2 5 6乘2 5 6 (或2 5 6 X 2 5 6 )個紋理元件。在此範例 中 '持續這項處理直到LOD 9產生具單一個1 X 1紋理元件 的映射。

第6頁 "----1 4114S1 五 '發明 發明摘要 §

月丨J 為 I L〇D在浐&的普通紋理到圖素的映射，每一圖素的有效 算，並X且此到紋理空間時同時對該圖素的寬度及長度做計 有效LOD。#二有效的L〇D數字中的較大者被選做該圖素的 理映射並勃，下來，，選擇關連圖素的有效L0D之⑶“的兩纹 方法的其中:兩相鄰LQD紋理映射間的插補，利用3種插補 補方法為：爭皮執行來計算映射圖素值。這三種插 性插補法。 L目⑷插補法’或是雙線性插補法，三線 因為在投射到紋理六 度被利用來决定圖素：i:故m圖素的較大寬度或長 效大小被強迫在豆長产命工間l〇d，投射圖素的有 大小。這些紋理方法的方向上有相同的紋理空間 總是在兩方向上與紋理空$方性的，因為映射圖素的LOD (最好是正方形）影像空間圖】^。然而，當正規的長方形 察軸角度（本身垂直於影俊’、二射到歪斜到某個相對於觀 邊形時’ ®為淺薄的投射二頁示f間平面）的物件空間多 的圖素都變的拉長；如果、又每個技射的或（紋理）映射 對於較小的投射的拉長（較大的投射尺寸相 1 )眾所周知的等方性程序起出某個選定的限制（例如3: 不能適用。這是各向異性的J用長度等於寬度的假設，則 寸1及與之結合的LOD，無'：/兄’其中投射圖素的足跡尺 效果情形下使在兩個方向上ϋ不造成不想要的人工視覺 非常冀望可提供各向異性4纟目同。、 的...文理方法，其考慮到在紋理

411431 五、發明說明（4) 空間中投射圖素的拉長形狀。幾種方法（通常是非即時系 統）可以這樣的做到，其為兩大類中的一類：1 )以紋理值 來迴旋圖素紋理空間投射，產生非常正確但計算成本非常 高之結果的方法；以及2)利用預先處理及預先篩濾的紋理 映射，其需要較少的計算成本但也具有較少的彈性及準確 性，及更多記憶體要求的方法。 因為曰益增加對可用於即時及互動系統之越來越多不同 紋理映射的需求，越少的記憶體要求越好。在過去，曾建 議過其他提供各向異性紋理的設計（例如，在十年前由我 們的前任模擬小組使用最多的程序，在只有單一較大各向 異性圖素的對角線上取樣紋理）至今已發現所提供的是不 具效率之各向異性紋理問題的解決方案或是太耗費成本 (以或是必要硬體或是計算時間來表示）σ 因此，急切需要提供創新的方法及裝置來將紋理各向異 性的映射到措由以具有計算效率的方式形成，隶好是即時 的，CIG顯示器上每一個景象之複數個多邊形之每一個所 需的每個顯示圖素。 發明簡述 根據本發明，用以將各向異性的映射紋理資訊到以具有 計算效率方式形成C I G顯示器上每一個景象所需要之每個 圖素的方法，利用每個轉換圖素的足跡，於映射到此紋理 陣列時，來決定同時具有相對長度及相對寬度的各向異性 紋理空間區域，其中完整的紋理元件及紋理元件部份為圖 素足跡所涵蓋。利用一組描述特定圖素足跡的非正規化線

五、發明說明（5) ----- 性方程式來決定該圖I q 該投射的圖素足跡所的：個,理元件是否被 外）。藉由利用等方二3或:排斥，就疋在其内或其 於非常高的觀察比例(；2;:二而)㈣其只是用 、艰吊大於7U ))，此方法分却# ”部：理元件或部份紋理元件的計算，從而決定圓素的 顏”。因為所有的值係遞增性的決定， :叶需要^其某些值’接著以簡單的遞增程序來計算那此 。]為2或更户的=人—紋理元件’每個次-紋理元件也可決 出是在此圖素足跡之内或之外，而允許有更正確的紋理映 Ϊ二2被㈣到較其可能表示之有效L〇D為高的解析' 理°、 ' . 此杈射的圖素重疊了所有方向中的幾個紋 面Ϊ :射ί :目的在提供創新的方法及裝置來利用 理/ 輪廓刀析獲得影像空間圖素的各向異性之紋 明及目前較佳的具體實例之結合詳細說 很明顯‘。及其他目的將對熟習此技藝的人而言是 圖示簡述 觀=ai 中觀察者==螢幕平面來平頭式 的背景；$的寻長觀點’龙可用在辨別本發明之方法 圖1 b為部份 故理空間的平面圖，在其上顯 示背投射 之等

411431_ 五、發明說明（6) 長空間圖素的足跡； 圖2為本發明方法的一目前較佳具體實例的流程圖； 圖2a為顯示空間螢幕與之上圖素輪廓及部份的紋理空間 陣列與之上投射圖素足跡的靠在一起之比較； 圖2 b 為紋理空間之一觀點，利用投射圖素及某些空間 延伸，並可用來識別使用本發明之方法所需要的幾個觀 念； 圖2 c 為具有投射圖素的紋理空間及本發明方法所加限 制方塊的另一個觀點； 圖2 d為紋理空間中的圖素足跡之觀點，顯示四條限制 線，由之產生本發明方法所用的非正規化線性方程式； 圖2 e 為一組細分的紋理元件，說明所要處理的每一紋 理元件之4，9及1 6用法，以產生較好的紋理解析度；以及 圖3為實現較佳方法之一可能硬體的設計方塊圖。 目前之較佳具體實例的詳細說明 開始先參考圖1 a，在觀察點I 0上之一觀察者0，檢視顯 示平面1 1 ，其為轴I 及J所描述的影像，或顯示空間；這 個平靣係由一個陣列的顯示圖像元件或圖素1 1 a所組成， 該一般性陣列圖素P i j係由其個別的i及j軸的大小所主 控。一觀察線1 0 a穿過圖素1 1 a輪廓的中心1 1 c並投射為圖 素H a的足跡1 2 a的中心I 2 c，在投射到紋理空間平面1 2 時。一般，平面1 2為投射在紋理空間時的物件空間多邊形 並將有一陣列的紋理元件，或是之上的紋理元件1 2b ;此 紋理多邊形平面1 2有軸S及T，故一般陣列紋理元件Tst係

第10頁 411431 五、發明說明（7) 由其在S及T 軸上的大小所主控。可看到一般的長方形， 通常是正方形，圖素11a的輪廓將會，因為之下多邊形12 不平行於螢幕平面11，被投射到平面12成為四邊形的圖素 Pst ，足跡1 2 a有四個不相等的邊以及不相等的角，通常 不是垂直角度\ 紋理的問題可藉由參考圖lb而獲得了解，其中紋理元 件平面1 2現在垂直於閱讀者的視線，這樣圖素1 2 b的陣 列為正方形的，並最好是正方形，但此投射圖素Pu足跡 1 2a有一四邊形狀。已選擇此紋理細部層次（LOD )，這樣每 一紋理元件的大小通常小於投射圖素Pst ;因此圖素1 2 a部 份的覆蓋至少一紋理元件Tst並可能完整的覆蓋一或多個 其他的紋理元件Τ’ st。在此，S方向上的紋理元件列已從 a標示到b，而在T方向上的紋理元件行則已從1標示到8 : 足跡12a 完整的覆蓋紋理元件3c， 4c， 3d( 4d， 5d，4e, 5e及4f，但只有（可能）部份的紋理元件2b， 3b, 4b， 5b， 2c， 7c， 3e， 6e， 3f， 5f， 6f， 3g， 4g and 5g,該 每一紋理元件可有獨特的一組視覺屬性，例如顏色/透 明度的值。這個問題，如將由熟習本技藝的那些人發覺到 的，被適當的認為是所有的紋理元件造成的，抑或被特定 圖素Pst足跡12a所部份包含或是完全包含，以便決定適當 的顏色，透明度及類似的視覺屬性來在該圖素的顯示空 間點上顯示" 現在參考圖2，在此創新處理的一目前較佳具體實例 中，一 3 D電腦影像產生器（G I G)可以有一圖形處理器（其可

第11頁 411431_ 五、發明說明（8) 以是專屬的硬線邏輯引擎或是軟體程式的一般電腦）其實 現程序在流程圖2 0中顯示的等方性紋理輪廓/足跡分析。 此程序從步驟2 1開始，步驟2 3選擇下一個要描繪的多邊形 1 2 ;在此具體實例中，圖素可以針對圖形引擎提供的每一 個多邊形加以劃分群组，雖然可以同樣的利用圖素運算的 其他方法。在步驟25中，程序20 選擇在目前選定的多邊 形N中，下一個要被描繪的圖素P i j的I及J值對。這項選 擇有效的同時決定角落圖素P 1 j的影像空間座標（I，j)以 及圖素P s t的角座標（s，t)，在映射到紋理空間時。同樣 參考圖2a，一選定的四個角落之四邊形圖素11a有特定的 角p 1到p 4，每個有結合的I，J座標，也就是p 1在 (il,jl)，p2 is at (i2，j2)，p3 在（i3，j3)而p4 在（14, j4)。顯示圖素？^.輪廓1 la轉換到紋理元件空間圖素Pst 足跡1 2a，以及每一個影像空間的角P;j係被分別的轉換到 結合的紋理空間角Pst，也就是p 1在（s 1，t 1 )，p2在 (s2，t2) ，p3 在（s3，t3)而ρ4 在（s4，t4)。 在步驟2 7，決定出圖素到紋理元件空間的斜度而在步 驟2 9中圖素足跡组成紋理元件陣列。如圖2 b中顯示，找 到此映射斜度，從螢幕空間到紋理空間；找到相對於第一 角落（sl，tl)的空間偏導函數5s/ 及5t/ 5i並找到相 對於第二角落（S2，t2)的空間偏導函數5s/5j及 6t/ 5j。特定的這些偏導函數，每一圖素的座標（i,j) 可以被映射（該映射由符號所表示）到紋理空間的 ?(0)，也就是口（{1，」’1)->口（31，士1);口(^2，』’2)->

第12頁 411431_______ 五、發明說明（9) p(s2，t2) ; p(i3，j3) -> P(s3，t3);及p(i4，j4)-> P(s4,t4)。如果第一角落（s丨，tl)係由稍微過長的投射轉 換處理的話，其他三個角落可藉由影像空間之邊長以及映 射斜度的認知而找到；在一般的情形下，其中每個具有單 ， 位長度的圖素做為相關斜度項的乘數，而其他角落的位置 為： (s2,t2) = (sl + <5s/ (5i,tl+ 5t/ δ i)， (s3,t3) = ( s2+ 5s/ dj,t2+ 6t/ δ]) (s4,t4) = ( si + 5 s/ (5 j, 11 + (? t/ ^ J ) 完整的紋理空間圖素投射足跡1 2 a可由這四個角落的順 序互相連接來組成。 現在同樣參考圖2c，進入步驟31來計算限制的BB方塊 1 4 ’其為一剛好接觸到在足跡的最大及最小S值及最大及 最小T值上之一角落點的方形方塊14，並因而包含圖素足 跡1 2 a。接著，在步驟3 3中，已計算限制方塊主對角線 14a，介於與之結合的方塊14對角的角落對（在此，角落 p 1及p 3)間並最接近於最遠的對角（在此’角洛pi及 p3，其比對角p2及p4還遠），其形成原來足跡12a的主對角 線1 2d ;可看見對角線丨4a通常一致於，但不相同於足跡主 對角線1 2d。因為限制方塊1 4係藉由找到每個S及T方向上 足跡的最大及最小範圍來決定，步驟31的處理可特定為· s嶋=HL^(sl，s2, s3，s4)及 smin = nun( s 1, s2, s 3 , s4) 而 Ux = ，t2, 13, 1:4)及 -

第13頁 五、發明4基\各夺丄 ~' tffiin = lin (tl, t2, t3, t4) 其max or min 分別表示接下來括號中的最大或最小的 量。在此’可看見smax =s4及s_ = Si ’而tmax = t3及 = 。從前述的，此圖形處理器可接著計算方塊S範圍

Rs =(Smax-Snin)或（s4-s〖）及方塊T 範圍 Rt =(tmax-tnin)或 (士3-L)。 限制方塊的主方向在步驟3 3中決定，藉由比較S範圍與 T範圍的最大值；範圍Rs與範圍Rt的較大.者設定了主要方 向 DM ;或是，Dmax = max(Rs，Rt)而方向，DM = RS 如果Dnax = Rs (也就是，如果Rs>Rt)，或是DM = Rt如果DEax = Rt (也就是， 如果 Rt>Rs)。 接下來，進入步驟35並決定出適當的L0D " D"。要簡化 此計算，已發現四邊形1 2 a可以適當大小而具有最小視覺 誤差的平行四邊形1 2 A來近似，如果有複數個紋理元件 1 2b 覆蓋每個投射圖素足跡1 2a。因而要圖素足跡限制方 塊1 4 面積來覆蓋至少一方塊方向上的幾個紋理元件（圖 2 d);最好可以同時在兩軸方向上覆蓋複數個，雖然高觀 察比例的投射可以避免這個現象並允許只在一個軸方向上 的複數個紋理元件涵蓋。應注意該面積的各向異性方法 要有至少一個紋理元件，並最好是一較大的數目的紋理元 件’即使是在1次要的方向上，這樣才能有一真正面積的 涵蓋，而不是只在一線上的取樣涵蓋；如果固定的以高觀 察比例對之運作，次紋理元件情形的運用，在之下討論 的，一般是有保證的，這可以允許用具範圍測量做為部份

第14頁 -4H434, 五、發明說明（11) =理的第二個尺寸，並可允許消失較小的次要尺 上，在90。"V，理^牛’可能在—多邊形平面上看見邊緣

Ms/Λ 塊14的消失。計算出被方塊的S-軸邊 二？轉的紋理元件⑵數目TS並與的方塊14的 所旋轉：數目Tt M°L〇D數目D可改變而有 理數目；—旦發現良好值d，該·的適 格切記憶體巾取^在剩下的步驟巾。此紋理格 :的放置取，於此格子L0D為奇數或偶數，其為旋轉圖素 之取大數目’當最細緻的L0D D藉由檢視在紋理 二T :之—方向上涵蓋紋理元件的數目TD來加以設定， d1〆2 )<!\ax的情形成立時。典型的，會嘗試旋轉在其 較長的S及T範圍上圖素的3_5紋理元件。 在？驟37 (再次參考圖2d)中，此方法決定紋理元件 12b疋在足跡内（並因而有其包含在圖素12&中的顏色及透 明度屬性）或是在足跡的外面（並未加到遞增的圖素屬 性），藉由利用一組四個未正規化直線方程式（UNLE)L1_U 來產生粗糙映射來決定包含的紋理元件。Li_L4的每一直 線由本身的UNLE所表示，其用來決定每個紋理元件的包含 或排斥’在方塊1 4中’相對於足跡丨2a ;同時將整個（完全 包含）與部份的紋理元件丨2b相加來形成圖素足跡屬性。 利用非正規的直線方程式來決定任一點的位置，並因此 無論紋理元件是否為圖素足跡的部份，以UNLE的運算來決 定正在研究是線那一邊上的點（如每一紋理元件的中心）； 如果周長點1 2 a總是繞著一致方向（如順時鐘方向）的邊線

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五、發 L上之足跡運行，接著與邊線L有已知方向（如線L的右逢） 上差距的點1 2b’將隱藏性的在圖素-測試此點1 2b’中’相 對於所有四個邊線LI -L4將決定是包含或排斥。

因此，UNLE處理中的第一步驟為產生此四個非正規化直 線方程式；目前最好是的UNLE形式為L = LQ+(Lsx Ash (Ltx Δ t)。例如第一個UNLE，假設端點（sl，tl )及 (s2，t2)，之係數為 L〇 = (s2xtl)-(slxt2)，Ls = (t2-tl)， &Lt = (sl-s2)。這四個UNLEs的每一個因此說明圖素足跡 1 2a的一邊。每個紋理元件1 2b可加以測試來決定是在之 内或之外；如果紋理元件空間中圖素的足跡由一平行四邊 形1 2 A來近似的話’這項測試是容易的，其中平行四邊形 的4邊的每一邊為由UNLE所說明的直線；最符合的平行四 邊形1 2 A通常是在一限制方塊1 4中，有接近於較大的對角 線之主對角線1 4 a ，介於足跡1 2 a最遠對角之間。接著， 如果所有的UNLEs均產生正值的該點1 2b’的話，某一點 (如一特定的紋理元件中心1 2b’）是在足跡平行四邊形 1 2A之中。四個位元的指示字與每個要測試的點結合；每 個位元由結合順序的UNLE (例如此自有位元丨νχγζ，其中说為 弟一或L1 ’ U N L E測試的正負號’ X為同一點之L 2 /第二U N L E 測試，Y為L3 UNLE測試的正負號，而z為L4的第四UNLE測 試結果）的測試結果設定。如果四個UNLE測試的特定—個 為正值’與此點結合的4個位元中的—個設成1，反之，負 值結果產生0位元；在4個直線方程式的每一個執行這項處 理而那些值為（二進制mo或（十進制的15)的那些點被稱

第16頁 411431 五、發明說明（13) 為在此圖素足跡之内。例如，第一紋理元件中心點1 2 b ’ - 1 的UNLE結果（-- + + )或是二進制〇〇丨1 = 3的十進制並且是在 足跡12a之外，而另一中心點12b’ - 2的UNLE為（ + + + + )或二 進制1 111，則是在此修改過的足跡1 2 A之内。 如果圖素足跡12a強迫是有兩組空間分開的平行邊之平 行四邊形丨2 A，有兩組具相同係數之平行直線方程式，四 個UNLE的用法可加以簡化為兩個UNLE方程式。如前面提到 的， L-LO +(Lsx Δ s)+ (Ltx Δ t) 其中，在（sa，ta)上的第一點及在（sb，tb)的另一點， △ s = sb-sa 及 Δ t = tb-ta :對於（sl，tl)及（s2, t2)這變成 L 1 二（s 2 x ) - ( s 1 x t 2 ) + (( s 1 - s 2 ) x △ s ) + ( ( ΐ 2 -11 ) χ Δ t)。一 平行於上面的直線LI的直線L3有（sl+a，tl+b)及 (s2 + a,t2 + b)，其§與&為位移常數。因此，平行直線有第 一項1/〇 = (52 + 3)乂（1：1+5)-(31+8)乂（12 + 13);其相同於 L0’=L〇-(Lsxa)-(Ltxb);或L〇’=L〇 + k ;其中 k = ( Ls X a) -（ Lt X b )。然而，L ’ s = Ls 而 L ’ t = Lt，所以 L ’ = L + △ 1 其中△為（a, b)位移。 在步驟3 9中，同時在s"及t 方向上類似光柵一致遞增 下，包含在足跡1 2A中的紋理元件1 2b可利用UNLEs來找到 以決定出由投射圖素足跡所包含的紋理元件中心點的數 目。如果為特定紋理元件計算出的二進制字包含全部為 1 (也就是1 1 112 )，則該紋理元件中心是被包含的並且目標

第17頁 —私4431——__ 五、發明說明（14) ' -一~~ ----— _ 紋理7L件造成傾向圖素 跡外面，而此紋理—ω λ l汉之、.文理兀件中心是在疋 左向右工作’在^ 70件"成計算。CIG的圖形處理器町由 通過整個需要的文理凡件列上（也就是改變的互值傳遞 改變），為每個^圍列數目之前（也就是，ί值的 空間中限制方塊14 : U….文埋

一個的完整方的左上方角洛開始，計算4個UNLE的每 個的兀主方裎式來決定相對於此 心點位置；右邊卞加〜 Λ <母個紋理兀仵T 存每個方程式的：元件中心點值的計算係藉由儲 …值並將儲存值遞增其結合的… 、個遮a處理跨過列地繼續；並且 後繼的列執行，遞掸旦a觉&人从的-人處理針對母個 中所有的紋理元件都已考^ Π发=t ,直到限制方塊1 4 跡中的紋理元件二其中心點m，被包含在足 ί如士 # η Γ 屬性（例如，數字）被加以處理 (例如’相加）來擭得紋理的圖素值。 力：驟紋理元件心之中心被含的紋理元件貢獻 =/Λ 式達成1111字結果，也就是為 顏色/冗度貝獻為，’反之紋理元件為，,〇ff",〇(盈 ^亮度屬性貢獻給圖素的加總。可看見的所有中心在圖 t投射足跡的加面積内的紋理元件的紋理效應，貢獻到此 圖素紋理，無論此投射圖素是高觀察比例（也就是，—* 度.或長度足跡尺寸一遠小於另一個尺寸）或是低觀察比例(見也 就是’足跡1 2a有實質上相等的寬度及長度）；這項處理將 區分在大約tan1 (2T)角度的多邊形，其辛丁為選定足跡的 最大化轴（在次要袖方向上最小的關鍵尺寸是從邊緣到中

411431_ 五、發明說明（15) 心的距離，或是大於紋理元件尺寸的一半，這樣例如在原 本方形圖素的特定足跡的主要轴上產生大約5 個紋理元件 的LOD，觀察比例大約是tan KlO)或大約84° )的LOD中紋 理元件的最小數目= 步驟43適當的處理步驟41的加總，藉由平均以及類似的 選擇方法，來設定圖素紋理屬性。此屬性的設定可以在步 驟4 5中修改，取決於任何其他出現的因素，例如不同的圖 素光線效果以及類似的。該圖素之此各向異性的紋理圖素 值被儲存在C I G框換充氣中或是分開的記憶體中》在步驟 4 7中。進入步驟4 9並決定出多邊形N中剰下要描繪的圖素 數目；如果有額外的圖素，離開4 9 a並重新進入步驟2 5， 在其上圖素數目被遞增；如果目前多邊形沒有額外的圖 素，離開49b行進到步驟51。在步驟51中，為目前景象的 額外多邊形做出同類的決定；如果做完額外的多邊形工 作，離開5 1 a回到步驟2 3的處理；如果還沒有j離開5 1 b行 進到步驟5 3，其終結此紋理處理並將此處理傳遞給下一個 動作。 現在參考圖2 e，為改善紋理處理的品質，每一紋理元件 1 2b 可分割為複數個次-紋理元件1 6 ;最好的，在每個圖 素丨2 b的S及T方向上分割成相等數目互的分割，來產生s2個 次紋理元件1 6，其t在目前考慮的紋理元件1 2 b中 s = 2 , 3，4…。就像每個紋理元件1 2 b有自己的中心點 1 2 b ’，每個次纹理元件1 6有自己的中心點1 6 在此用來 決定此次紋理元件是在足跡1 2 a之内還是之外。因此，較

第19頁 -41U31_ 一 五、發明說明（if " " --------- 偏?向2將每個紋理元件分割為S2個次紋理元件，其中最好 ^ ^ ，如果s = 2，此紋理元件被分割為4個次紋理元件 a ，而如果5 = 3，則有g個次紋理元件16a_16i，而 〇 θ S~ 則有1 6個次紋理元件1 6 a- 1 6p。可理解的，爸可 分割紋理元件的每一邊的任意整數，雖然在範圍2 $ s =中的平方此陣列通常最大化細節效果而不會過度的降 低處理=輸出（因為非常大數目的次紋理^件會有過度長 的處理k間）°同樣可看見對4x4的次紋理元件陣列，利用 在主要，理平面方向上產生5個紋理元件的LOD，之下多 邊形的最大觀察角度最多可以89。； 一稍微大的觀察比 =，提供來觀察實質在其平面中的多邊形12(角度實質上 等於9 0相對於多邊形平面的垂直線，將使多邊形產生對 顯不景象影像的實質上零貢獻’這是希望的，因為9(Γ的 觀察比例使得多邊形可看見的是，，邊在最前並基本上是消 失的-不應該有任何貢獻發生）。 每個紋理元件的權重為次紋理元件被打開的數目，回應 於對四個UNLE正負號為相同形態之比較。現在每個圖素將 會有sM固比較及y組的四位元比較字（WXYZ)要考慮；如果 任一個次紋理元件的比較不是（111 1 )，則該次紋理元件不 包含在此圖素足跡丨2 a中，並不加以考慮。只有次紋理元 件的比較字為（Π Π )的此紋理元件值是被包含的並在圖素 計异中做計數。因此，例如在2 X 2分割的紋理元件中，如 果1個次紋理元件為"on"(也就是，被包含並且要計數 的）’紋理元件值為1 / 4 ;如果2個次紋理元件為ο η，紋理

第20頁 411431 五、發明說明（17) 元件值為1 / 2 ;如果3個次紋理元件為〇η，紋理元件值為 3/4 ;而如果全部4個次紋理元件為"οη”此值，當然是，1 完整的紋理元件值。這個比較在修正過的步驟3 9中做^根 據包含在足跡中的次紋理元件數目，此紋理元件被指定一 推重’其供獻給要被紋理的圖素尤紋理顏色a 如前面提到的，此LOD最好加以調整來提供；1 2a的主 轴上預定數目的連續紋理元件。有時，此限制方塊的主對 么角線1 4a大小遞減至小於一個紋理元件的長度，即使在最 ^緻的LOD中，並使用選項的箝剪。這箝剪將維持此圖素 跡的外型及矩心。此圖素足跡接著被調整大小（也就是 火大如此足跡12a可填滿這箝剪過的限制方塊H。通 : 這會發生在點1 0移動到非常接近紋理多邊形1 2 a並維 夫=紋理不致變得非常色澤不均。因此如果限制方塊的最 範圍小於最細緻LOD中的紋理元件邊長，同時放大足跡 I制方塊直到最大範圍是紋理元件的大小為止，這樣將 :足跡箝撿到-紋理元件的最小大小並以近距離觀察來 久化名此紋理元件。 現f參考圖3，而此方法可以在程式—般目的點腦上實 ^其作用如同圖形處理器，專屬的計算機器6q或是ask 提供來實現此處理及計算。從2個點計算每 =LE的係數需要使用2個數位乘法器幻個數位加法器。 準確性為方格大小的函數；τ以用整數的算術。 =空間圖素位置pi」在輸入裝置6〇a上提供，來通過 H-紋理映射裝置62的輸入62a以及到圖素斜度

第21頁 411431 五 '發明說明（18) 計算裝置64的輸入64a °裝置62有另一组的輸入6 2b來接收 摇述觀察線1 〇 a (也就是相對於觀察空間框的角度）的輸入 6〇b資料，這樣一組輸出62c可以提供資料建立紋理空間足 跡點Pst。在輸出62c上的資料連結到第一家法器裝置66的 第一组66a的輸入上，其有第二組66b的四個輸入來接收裝 置64的輸出64b之四個紋理元件空間斜度；如杲需要的 話’裝置64也可在輸入64c上接收輸入6 Ob資料。這四個加 法器裝置輸出66c分別的有四個圖素足跡點？1_?4的〔3,1:) 座標。從這些足跡點，在，入68a上有效的，最大範圍副 處理器裝置68計算&l；ax以及類似的’來決定限制方塊 14，其主方向上的尺寸14a ’其資料係經輸出68乜傳遞給除 法„。裝置7〇的第—輸入7〇a。在輸入7〇b上提供的此⑶卩方 格大小資訊被用做在輸入7〇a上主尺寸值的除數，這樣在 投：：素f跡的主方向上涵蓋的紋理元件數目在輸出7〇。 ’、這個數于被當做在輸入72a上的l〇g2查表裝置72 Si」其Ϊ擇要使用的L〇D ’在輸出…上，為圖形加速 ^口纹理5己憶""裝置73的位址輸入73a。裝置73再會73b上輸 出紋，兀件/次紋理元件的内容/屬性資料。 供=:’在輸出66c上的限制方塊角落點資訊提 項。其衿屮0 4及乘法器76，組態來提供⑽LE的偏函數 這些被^也^另—個加法器裝置78來計算四個UNLEs。 心現Ϊ 比較器裝置8°的第-組輸入80a並與’另- 的輸出73b的紋理-: 之來自紋理記憶體襄置73 几半/次紋理元件資料做比較；如果紋理

第22頁 411431 五'發明說明（19) 疋件1 2b被分割成Q個次紋理元件u，Q個不 件的每—個（在此，2x2陣列的Q=4個次紋理元-人紋理元 由不同組的比裝置與UNjLE比較，在此有四個—έ句個別耜 80-1到80-4。如果次紋理元件16χ，其中分=的裝置 或d ’ UNLE字為15„ ’則該次紋理元件的顏色屬=a’ b，c 到次紋理元件累加農置82 ;在所有Q個次紋 男：進入

過後，累加器裝置輸出82a有該一紋理元件接著要:U 資料。=資料被傳遞到，加總所有紋理元件’累加器裝置 I。其九供目刖投射圖素的加總紋理元件貢獻資料到輸出 $入铋出6〇b上的圖素資料可以近—部的處理或是直接 ΪΪγ r:框緩衝器令，或是類似的，做光柵(或其他)掃 描到u G 不裝置並被觀察者10所觀察。 =t已在此詳細說明以輪廓分析的各項益形紋理映射的 1 = 及裝置之一目前較佳的具體實例，，多的變化 y二所丢沾習本技藝的人而言現在已經變得很明顯。因而 望的是只以後附的申請專利範圍來限制，而不是 以β即的方式或前述以說明方法的手段。

Claims (1)

1. ,411i31_ 六、申請專利範圍 1. 一種各向異性的映射方法，用來決定用電腦映像產生 器顯示的景象中複數個圖素的每一個的紋理屬性，包含步 驟： (a) 對每一圖素，投射該圖素之一顯示空間輪廓做為 足跡到紋理空間中的至少一結合物件多邊形； (b) 調整描繪至少一多邊形的紋理元件的細部層次 (LOD)來使得投射的圖素足跡覆蓋紋理空間之選定方向上 至少一預定數目的紋理元件； (c )決定覆蓋該足跡的加總各向異性面積的累加數目 之完全及部份紋理元件； (d)從此因而累加的加總紋理元件決定該圖素的視覺 屬性；以及 (e )儲存該圖素的決定視覺屬性資訊，以便於圖素在 其結合的景象中顯示。 2. 如申請專利範圍第1項的方法，其中步驟（a)包含次步 驟：（a 1)架構此圖素足跡為覆蓋至少一多邊形的紋理元件 陣列上的四邊形；（a2)架構一紋理空間中的方塊限制此足 跡；以及（a 3 )決定限制方塊的主要方向。 3 .如申請專利範圍第2項的方法，其中次步驟（a 3 )包含 步騍為將方塊主要方向對齊於此足跡較遠的對面角對。 4. 如申請專利範圍第3項的方法，其中次步驟（a2)包含 以平行四邊形來近似此足跡的步驟。 5. 如申請專利範圍第4項的方法，其中最接近於較遠的 足跡對角線之此平行四邊形對角線被選為此塊的主要方

   第24頁 411431 六、申請專利範圍 向。 6. 如申請專利範圍第1項的方法，其中步驟（c)包含的次 步驟：（c 1 )架構一組非正規化直線方程式（UNLE s )來描述 紋理空間中的足跡；（c2)決定，藉由此組的UNLEs，限制 方塊中每一紋理元件的中心方向；以及（c 3 )包含在此足跡 加總的只有那些中心與此組所有UNLEs有預定關係的紋理 元件。 7. 如申請專利範圍第6項的方法，其中一組影像空間到 紋理空間的二維轉換之斜度，係用來架構此UNLEs。 8. 如申請專利範圍第7項的方法，其巾步驟（a)包含次步 驟：（al)架構此圖素足跡為覆蓋至少一多邊形的紋理元 件陣列上的四邊形；（a2)架構一紋理空間中的方塊限制此 足跡；以及（a 3 )決定限制方塊的主要方向。 9. 如申請專利範圍第8項的方法，其中次步驟（a3)包含 步驟為將方塊主要方向對齊於此足跡較遠的對面角對。 1 〇 .如申請專利範圍第9項的方法，其中次步驟（a2 )包 含以平行四邊形來近似此足跡的步驟。 1 1.如申請專利範圍第1 0項的方法，其中最接近於較遠 的足跡對角線之此平行四邊形對角線被選為此塊的主要方 向。 1 2.如申請專利範圍第6項的方法，還包含步驟：在足跡 周邊附近的預選方向上運行UNLEs ;並包含加總面積中之 一紋理元件，只有該紋理元件的UNLE結果全部是類似的選 定結果。

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   六、申請專利範圍 ’其中每一紋理元件被 的步驟（b)-(d)為此每 1 3.如申請專利範圍第1項的方决 分割為複數個次紋理元件，而所有 一次紋理元件執行。 14. 步驟 足跡 如申請專利範圍第1 3項的方、、表 來選擇LOD使至少5個紋理元侏脅’其中步驟（b)還包含 。 吁覆蓋選定方向上的圖素 $觸圖形加速方法，組織 ‘_'胃$影像空間圖素，包含 1 5. —種選定紋理元件資料的 成複數個細部層次（L 〇 D)，用來 步驟： 藉物件視覺定義對顴窣者的寻& ^ ^ a 了恍斤、在幻京象’每個物件由出現在紋 理空間中的至少一個多邊形來定墓 . ^ 夕逭办木疋義，並由一個集合的紋理 工件來覆蓋； 定義投射到此紋理物件的顯示圖素輪廓； 定義一限制方塊來覆蓋投射圖素足跡的整個面積； 選擇此紋理元件的L〇D，來使所要數目的紋理元件位於 限制方塊的主對角線上；以及 决疋在具有選定為在此足跡内並貢獻此圖素的可顯示屬 十生之幾何位置的限制方塊中所有紋理元件的加總》 16.如申請專利範圍第丨5項的方法，其中每一紋理元件 被分割為複數個次紋理元件，並包含步驟來決定次圖素對 ®素的視覺屬性的貢獻，如果次紋理元件的選定幾何位置 在此足跡内的話。 17 ‘如申請專利範圍第丨6項的方法，其中此選定的幾何 &置為要測試是否包含在貢獻集合中的次紋理元件中心。

   第26頁 -414434- 六、申請專"ϊΓ範圍 1 8.如申請專利範圍第1 5項的方法，其中此選定的幾何 位置為要測試是否包含在貢獻集合中的紋理元件申心。 1 9.如申請專利範圍第1 5項的方法，其中複數個非正規 化直線方程式與選定位置比較來決定此結合紋理元件是否 在貢獻集合中、 20.各向異性映射的裝置，用來決定要由電腦影像產生 器所顯示的景象中複數個圖素的每個紋理屬性，包含： 裝置，接收接著要處理之影像空間圖素（Pi i)的指定，周 來映射結合的圖素足跡到紋理空間中至少一結合物件的多 邊形； 調整裝置，用來調整紋理元件的細部層次（LOD)，描繪 紋理空間中的選定方向上被至少一預定數目的紋理元件覆 蓋之該至少一多邊形； 決定裝置，用來決定覆蓋該足跡之加總各向異性面積的 全部或部份累加數目； 從累加的該加總紋理元件決定該圖素的視覺屬性之裝 置；以及 儲存裝置，用來儲存該圖素的決定出視覺屬性資訊，以 便興圖素在其結合的景象中顯示。

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