TWI245232B - A method of rendering a graphics image - Google Patents

Description

1245232 A7 五、發明說明（^ 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 璧A技術領域輿背景 本發明係有關立體（3D)電腦圖形系統的領域。 更確切但並不專斷來說’本發明係有關針對具備有 限填充率效能之圖形系統來g卩時地產生影像技術。 -種立體電腦圖形系統將在_種稱為訊框緩衝 器的裝置上產生3D電腦模型的投射。為了要產生 3 D模型的投射，該系統必須仰賴軟體與硬體以處 理3 D模型並计算出訊框緩衝器中各個像素的顏 色。在互動式即時應用程式中，使用者將操控 模型並期望對他的/她的輸入能有〃立即性〃的回 應，此種完整3D模型的處理方式每秒需要至少進 灯1 0次。如果該模型是顯示於立體視覺顯示器中 的話，便需要二個影像，一眼一個，這將使處理速 度為每秒20次。 在醫學與科學的應用中，本系統需要確保影像 的原始高品質與細節可形成高品質顯示（例如電腦 斷層攝影術ct及/或核磁共振電腦斷層攝影術MR| 掃描）。這需要一種盡可能地具有越多的可解析像 素的訊框緩衝器。今日普遍的訊框緩衝器大小約為 1280 X 1024。驅動訊框緩衝器的硬體需要每秒 次計算出各個1，31 0,720像素的顏色，或每秒 26,214,400個像素操作。此種填充率運作為限制 呈現3D模型速度的重要因素之一，因此便對使用 者能利用3 D模型的互動性設下了一項限制。如果 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ----------· I ! (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) . 1245232 A7 五、發明說明（ 整個3D模型移動的話（旋轉或縮放），那麼便需要 重新計算並更新整個訊框緩衝器。如果3D模型改 ί!!^^·^--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 變的=(其部件也隨時改變），那麼同樣地需要重 新計算與更新訊框緩衝器。 本發明的目的便是要提供-種產生3D影像的 方法，其可以減緩習知技藝的問題。 fcK概要說明 根據本發明，備置了一種呈現圖形影像的方 法，其包含鑑別出欲改變影像的-區域且僅在該區 域中呈現出該影像的步驟。 幸乂佳地，忒影像包括多個物件，且該方法另包 含以下步驟：鑑別出是否各個物件已經改變，以使 該物件必須在後續訊框中不同地顯示； 鑑別出在該後續訊框中各個改變物件的一周界 區域； 氣別出在该後續訊框前面一訊框中各個改變物 件的一周界區域；以及 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 合併該周界區域以形成一聚集區域並僅在該聚 集區域中呈現出該影像。 車父佳地’一旗標將相關聯於各個物件，而當該 物件改變時將設置該旗標，且該物件中的該項改變 係參照於該旗標而決定出來。 較佳地，該周界區域在形狀上呈矩形。 1 x 297公釐） 1245232 A7 五、發明說明（ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 車乂佳地，β亥方法使用一種具有—前緩衝器與一 緩衝器的雙重緩衝技術，且其中改變於該後續訊框 前面-訊框中之該物件的周界區域係由改變該後續 訊框前面二訊框的物件形成。 改變於該後續訊框前面—訊框中之該物件的周 界區域可以替代地為改變該後續訊框前面-訊框的 物件。 ㈣㈣$可為ϋ域’其包含該周界 域或該周界區域的一單純群集。 本發明的說明實施例將根據發明者的實現來只 行’其中有許多3D互動應用，且使用者可調整3d 模型的-小部份而能持續觀看相對於目標區域之該 模型的周邊部分’以提供m給予其他物件之所 在的視覺性參考。實狀—為實際外科手術，在手 術中外科醫生將專心、在-小塊骨頭或組織上動手 術，而整個螢幕將覆蓋著手術發生位置以及實際解 剖的解剖背景，其中細部將被切開作為部分且與手 術正進行之處成比例。另一個實例是科學應用了當 3D結構正從較大部分分割出來時（例如將一腫= 從，中割除）；而專注於該區段的邊緣時，很重要 的是要了解有關周圍組織邊緣的位置。上述的實施 例實質上可鑑別出欲改變景象中的區域，且限制Z 僅在該區域中進行呈現。 區 實 裳--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

五、發明說明（f 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1245232 本發明的實施例將藉著對照附錄圖式的實例來 進行說明，其中： 第1圖展示本發明之上述實施例的方法，其可 應用到圖形應用架構中；以及 第2a圖至第2f圖展示呈現簡單景象的操作方 法。 例的詳Ip規明 以下將說明的實施例可應用於3D電腦圖形廉 用私式中，該應用程式將運作於以下所展示之第1 圖的運作中： 1.起始 2·更新（輸入並進行景象處理） 3·呈現 4·緩衝器調換 5.返回迴路（至步驟2) 上述的實施例使用二種已知圖形處理技術，即 雙重緩衝與剪取技術。雙重緩衝為一種用以顯示電 腦動畫電腦圖形的技術，且不需要人力加工，例如 撕裂或雪花效應。它將應用二個緩衝器，一個用以 對螢幕進行顯示（稱為前緩衝器），而另一個則用 以進行描繪（稱為後緩衝器）。當完成插繪之後， (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁)

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經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

五、發明說明（？ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 緩衝器可以進行交換，以使後緩衝器扮演對螢幕進 行顯示的角色（成為前緩衝器），且前緩衝器將成 為描繪板以進行任何後續呈現。此種技術稱為頁面 轉換（page f丨ipping)。或者，可以進行高速地傳送 後緩衝器内容至前緩衝器。這稱為位元塊傳送（bit block transfer、bitblt)。該前緩衝器將界定為顯示 緩衝器，其目前正顯示在螢幕上。後緩衝器則界定 為目前正進行呈現（或正被改變）的顯示緩衝器。 緩衝器調換為一種過程，藉著該過程將可使内容後 緩衝器顯示出來，不論是藉由頁面轉換或位元塊傳 达方式。贺取技術為在螢幕上一矩形區域的界定， 在該螢幕中可以進行呈現。該區域之外的描繪將被 裁割掉。當進行螢幕清除動作時，只有被裁割的區 域才會被清除。 步驟1起始 此步驟起始應用程式的變數與狀態。在3D應 用程式中，這將包含設定圖形螢幕（取得正確解析 度與色彩深度）以及背景（起始圖形軟體）。 步輝2_輸入並進行景象虛g 針對互動式應用程式來說，外部輸入通常將使 景象改變。該景象係由多個已顯示物件組成，在本 文中，物件此用語係指抽出本應用程式必須處理與 297公釐） 1245232 A7 五、發明說明（ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 、員不的項物件。這將可包封資料、函數與階級體 系。例如，資料可能由界定物件之形狀' 3D位置、 方位與大小的頂點所組成。函數的實例為 SetP〇siti〇n()。這可改變物件的3d位置。 厅、象處理通常是輸入處理的結果。例如。如果 ❹、將移動螢幕上的-方袼，處理該滑鼠信號將使 該景象被處理（該方格將被移動）。輸入處理可以 為訊息管理或輪詢的形式。 旦此步驟包含景象後處王里（例如多邊形排序）以及 $象體現（利用圖形軟體以在後緩衝器上呈現景 象）。 ^ 免垦土JliLU周換 將使緩衝器調換以使新處理景象可顯示出來。 路（到步驟u 此架構係於無限迴路中進行（步驟2至4)， 各個迴路將組成-訊框。為了標準檢查程式緣故 單位為每秒數個訊框，這表示在—秒鐘中此應用供 式經過的迴路數量。因此，絲钱高，該程式便 越具互動性或回應性。 本方法將界定圖形軟體需要呈現的最小區域， 而 程 裝--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) · ^張尺度翻中關爾（CNS)A4規格（2Κ) X 297公爱了 A7 B7

1245232 1〜Μ的新位置將被呈現在後緩衝器上。然而 於目W位於後緩衝器t的資料將包含先前訊框白 物件貧料，此項資料便是需要被移動的資料。因对 必須要計算出所有該等物件的另—區域，而其位置 已在先前訊框中改變且增加至此聚集區域。

上述貫施例使用三個區域緩衝器（在螢幕座標 中健存矩形區域），其稱為arb、〇rb與PRB。ARB 將儲存聚集區域，即圖形軟體將裁鄕像的最後周 界方格。ORB將儲存目前物件區域。而pRB將儲 存先前物件區域。 本方法的步驟為： 1·使prb = arb =全螢幕區域。 2·複製PRB至ARB，以使ARB包含來自最後 訊框的物件區域。 3·接下來，複製orb至PRB。PRB現在將保 留來自目前訊框的物件區域。 4 · ό又疋〇R B為不界定任何區域。再次地檢查 所有物件，如果該物件的一moveFlag已經被 設置的話，其周界方格將被計算且增加至 〇R B。最後’〇R B將包含下一個訊框的物件 區域。 5·加入〇RB到ARB中，以使ARB現在將包含 所有物件的周界方格，其已在變更前與變更 11 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

(¾先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1245232 A7 "------- B7 五、發明説明（9 ) 一一" " 後改變。 6. 利用圖形軟體來裁割由ARB所界定的區域， 以使呈現動作將被限制於該螢幕的-對應比 例中。 7. 調換緩衝器以顯示下一個訊框。 8·到步驟2。. 參照第2圖，將展示出本方法的一簡單實例。 在此實例中’一黑色求體（物件八，其位於由ai_a4 代表的不同位置）將出現在螢幕上，且在消失之前 移_四個不同位置。各個第23圖至第2^圖展示 在第1圖之步驟3呈現影像的過程中的後緩衝器 ，前緩衝器的狀態。在圖式中，—黑色實心物件將 指示出在目前訊框中呈現的物件。—灰色實心物件 將指示出先前呈現二個訊框的一物件，其因為先前 緩衝器調換的關係而出現在後緩衝器上，且一方格 將展示-個或多個物件之周界方格的位置。該等物 件/方格將一起顯示在後緩衝器上以方便顯示，雖 對熟知技藝者來s兒，物件的影像將不會實際地同 時出現在後緩衝器上，但在不同時間在呈現影像步 驟中，該方格將僅展示由相關緩衝器保留的周界方 袼位置。 現在請參照第1圖，一開始時，在區塊100中， 區域、k衝器PRB與ORB將設定為全螢幕區域（内 本紙張尺度適用中 12 1245232 A7 _________B7 五、發明説明（10 ) ——一一 定）。此程式隨後進入主要迴路5。區域緩衝器ARB 將设定為PRB (這將及時地於稱為ARB，的中間點上 進行）’且區域緩衝器pRB將隨後設定為〇叩，因 此在此時，所有三個緩衝器將為全螢幕。隨後在步 驟110中，將重新設定緩衝器〇RB為不界定任何 區域。該影像將隨後被更新，且如果物件旗標已經 為各個物件設置的話，將在步驟120中被測定出 來，且若是，將使該物件的周界方格計算出來且加 入至ORB。在步驟130中，將使〇RB隨後加入到 ARB，且在步驟130中，將使剪取函數設定區域 (ARB)隨後喚起以使後續呈現限制於由區域緩衝器 ARB所界定的區域中。 5亥項呈現隨後將在該剪取區域中針對所有物件 進行。 此時，緩衝器將顯示在第2a圖中。前緩衝器 將為空白的（起始内定值）。緩衝器pRB與ARB為 全螢幕大小。由於物件V的物件旗標已被設定， 物件A1將具有加入至〇RB的一周界方格。由於 〇RB疋完全地包含在ARB中，該螢幕將在此第_ 步驟中呈現出來。 隨後，在步驟4中，將調換緩衝器，以使物件 A1將出現在前緩衝器上。此程式將隨後遵從主迴 路，且再度地，在步驟110中，ARB，將被設定為 仍為全螢幕區域的PRB。緩衝器pRB將設定為 13 1245232 A7 --——_ B7 五、發明説明（11 ) — ~~~ 〇RB，以使它現在可包含已經在先前訊框中進行處 理且現在出現在前緩衝器上的物件A1區域緩衝 器。隨後將重新設定ORB，且將隨後更新影像。 此時，物件A2的位置已經移動至右邊且其物件旗 標將因此設定，且在步驟Ί 20中，該物件的周界 方格將被建立且增加至ORB。在步驟13〇中，〇rb 將加入至ARB，以形成ARB，但再度地，由於arb 仍然為全螢幕區域，這尚不會縮小ARB的大小。 在步驟3中，將針對引導至第2b圖中顯示位 置之全螢幕區域隨後再次進行呈現，其中該前緩衝 器包含目前影像A1且後緩衝器包含下一個影像 A2。 … 現在將調換緩衝器以使物件A3出現在前緩衝零 上，且先前位於前緩衝器上的物件…現在將位於 後緩衝器上。在步驟中，ARB，現在將設定為 P R B ’其對照於弟2 b圖將位於從前緩衝器調換之 物件A1的位置。prB將設定為〇RB，即物件A2 的位置，且〇RB將被重新設定。物件A隨後移動 到由A3所表示的位置，且由於物件旗標已經設置， 周界方格將被計算且增加至〇R β。在步驟〗3 〇中， ORB將被加入至ARB，以形成最終的ARB，如以虛 線顯示之包括ARB，與ORB的放大周界方格。呈現 動作現在將僅在區域A R B中進行，以將影像a 1從 後緩衝器移除並加入影像A3，如第2c圖所示。 14 1245232 A7 B7 m"'丨1111’竹—丨"1 J」11.—ιι· I I ......................... 五、發明説明（12 ) 緩衝器將隨後被調換，以使影像A3出現在前緩 衝器上。緩衝器ARB，將隨後被設定，最初將設定 為PRB (如第2c圖中顯示）。PRB將隨後設定為〇RB 且〇RB將被重新設定。物件A現在將移動到在螢 幕的右下角以A4表示的位置。其旗標將被設置， 且因此周界方格將被計算而成為〇RBq〇rb將隨 後增加至ARB以形成最終arb，如虛線所顯示。 呈現動作將隨後針對區域ARB中的所有物件進 行，以移除先前影像A2且增加新影像a4，如第2d 圖所示。 緩衝器將隨後被調換。ARB，將設定為PRB。PRB 將設定為ORB，且ORB將在步驟n〇中重新被設 定。此時，物件將消失。雖然其物件旗標已經設置， 由於物件已經消失，將沒有周界方格，且因此將不 會增加任何東西到QRB。ARB將因此等於ARB,， 且此區域將在步驟130中被設定。呈現動作隨後 將僅在較小區域ARB中進行以將影像a3移除，如 第2e圖所示。 緩衝器將隨後在後緩衝器上被調換，ARB，最初 將設定為PRB。將沒有新物件會被增加或移除，因 此在步驟120中，將不會設定任何物件旗標。在 步驟130中，由於ORB為〇,將不會增加任何東 西到ARB'以形成ARB，且呈現動作將隨後進行以 移除影像A4而使後緩衝器為空白的，如第2f圖所 15 1245232 五、發明説明（Ί3 ) 示。 簡單實例將僅顯示單一物件的移動，但大致來 上來說，此項技術可以應用至多項物件，且對物件 旗“已!工,又置的所有物件來說，緩衝器將在 所有改變物件周圍保留最終周界方格。 對螢幕上現存物件已經移除或改變的狀況中， 為了要開始進行-項移動或改變，將選出該項物件 (例如藉著使游標按下該物件，且隨後以滑鼠按鍵 或3D控制桿進行點選）。這種第一次"點選〃並不會 移動物件，但會記錄並呈現最初位置，而該物件隨 後將後續地移動。這將使移動Μ地延遲，但並不 明顯。在當中物件為自行移動的〃電腦動晝"實例 :，物件過去的最初位置將實f上重複，類似於先 前提到的”特殊效果”點選，以呈現該物件的最初位 置。 、上述的實施例並不意圖具有限制性。例如，雖 然本方法已經參照使用一種雙重緩衝技術的圖形呈 現架構來進行說明，本發明可以同樣地應用以使用 利用單一緩衝器來顯示圖形影像的圖形軟體。在此 實例中，先前區域緩衝器PRB將儲存在目前訊框 中改變的影像細目，而不是先前訊框。 雖然在此方法中所計算出的周界區域為周界方 格，這並不表示將限制於矩形組態，且可以使用任 何組4的周界區域，例如，可以更緊密地遵循包含 1245232 A7 B7 五、發明説明（14 ) 物件的界線。再者，在變化之前與之後，個別物件 的周界區域並不需要合併為單一聚集周界區域，但 可為分離區域的一群集，而呈現動作可進行在該群 集上，因此可進一步縮小呈現區域。 在雙重緩衝架構中，進行上述方法之適當虛擬 程式碼的實例將如以下實現：

Class definitions: class RegionBuffer { public: integer _left; integer _right; integer ^bottom; integer_top; //··· constructors, destructors etc void Reset。； void operator = (const Region_Buffer& b); void operator— =(const Region_Buffer& b); }；

There are three operations used on Region 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、T. -線_ 1245232 A7 __ B7___ 五、發明説明（15 )

void ResetO { //resets the region to be minimum. _left = _MAXIMUM_VALUE_; _right = _MINIMUM_VALUE」 _top = _MINIMUM_VALUE_; ^bottom = _MAXIMUM VALUE ; } void operator = (const Region_Buffer& b) { //sets the region to that of Region Buffer b. _left = b._left; _right = b._right; —top = b.—top; _bottom = b._bottom; } void operator+ =(const Region Buffer& b) { // merges the region of Region Buffer b. 18 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） ---------r豐-----------……：tr--------------•绛 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1245232 A7 B7 五、發明説明（16 ) — left = MINIMUM(_left, b._left); _right = MAXIMUM(_right, b._right); _top = MAXIMUM(一top, b·—top); _bottom = MINIMUM(_bottom/ b. _bottom); } class Object { public:

Boolean _moveFlag;

RegionBuffer _boundingBox2D; } II Global variables RegionBuffer ARB, PRB, ORB;

Program entry point main() { //set up variables and states, create objects initialisationO; //initialise to cover whole screen ARB PRB = ORB = fullscreen; //the forever loop 19 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) .、?T— 1245232 A7 B7 五、發明説明（17 )

While (TRUE) { ARB = PRB; PRB = ORB; ORB.ResetO; //ORB covers no area for (all objects) object._moveFlag = FALSE; // Objects will change state // e.g·, pressing an arrow key will directly // move an object

ProcessObjectsO; //in the Object processing stage //if an object is state is changed, its_moveFlag is set for (all objects) { if (object. _moveFlag = TRUE) ORB + = object._boundingBox2D; } ARB + = ORB; 20 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、订| 1245232 A7 B7 五、發明説明（18 ) //Configure the graphics software to render only within ARB SetRegion(ARB); //objects are displayed using the graphics software

RenderObjectsO;

SwapBuffersO; 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

1245232 A7 B7 五、發明説明（19 元件標號對照表 步驟1 起始 步驟2 更新影像 針對所有物件 處理物件 步驟3 呈現影像 針對所有物件 呈現物件 步驟4 調換緩衝器 步驟5 主要迴路 步驟100 PRB =全螢幕 〇RB =全螢幕 步驟 1 10 ARB = PRB PRB = ORB ORB.ResetO 步驟1 20 測定是否物件旗標已經設定 算出周圍方格並加入到ORB 步驟130 加入〇RB到ARB SetRegion(ARB) ARB 區域緩衝器 ARBr 區域緩衝器 PRB 區域緩衝器 ORB 區域緩衝器 若是，計 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

、可I 22 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐）

Claims (1)

1. I嫩32 :.4 A8 BS C8 D8 六、申請專利範圍 ， 第90129314號申請案申請專利範圍修正本94.03.25 1 一種可最佳化圖形影像之呈現功能的方法，其包 含下列步驟： 識別歸屬於一區域之該影像之每一像素的 步驟； 鑑別出具有欲改變像素之影像的區域的步 驟；以及 僅在該影像之該區域中呈現出該影像的步 5 驟 10 15 經濟部智慧財產局員工消费合作社印別π 20 2.如申請專利範圍第i項之方法，其中該影像包括 多個物件且該方法另包含以下步驟： 鑑別A是否各個物件已經改變，以使該物件 必須在後續訊框中不同地顯示； 鑑別出在該後續訊框中各個改變物件的一 周界區域； 鑑別出在該後續訊框前面一訊框中各個改 變物件的一周界區域；以及 、· ^合併該周界區域以形成一聚集區域並僅在 該聚集區域中呈現出該影像。 3·如申請專利範圍第2項之方法，其中—旗標將相 關聯於各個物件，而當該物件改變時將設置該旗 ，’且該物件中的該項改變係參照於該旗 疋出來。 4·如申請專利範圍第2項或第3項之方法 其中該 -丨：---1-------··-裝--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) tp: 23 本纸張尺目格(210 ^ 公涅） 1245232：

   A8 BS C8 D8 申請專利範圍 5 ο 1- 5 1 經濟部智慧財產局員工消費合作社印$ ο 2 周界區域在形狀上呈矩形。 5.如申請專利範圍第2或3項之方法，其中該方法 使用一種具有一前緩衝器與一後緩衝器的雙重 緩衝技術，且其中改變於該後續訊框前面一訊框 中之該物件的周界區域係由改變該後續訊框前 面二訊框的物件形成。 6·如申請專利範圍第2或3項之方法，其中改變於 该後續訊框前面—訊框中之該物件的周界區域 為改變該後續訊框前面一訊框的物件。 t申明專利：範圍第2或3項之方法，其中該聚集 區域包含含有該周界區域的一單一區域。 8·如申請專利範圍第2或3項之方法，其中該聚集 區域包含該周界區域的一群集。 9·如申請專利範圍第4項之方法，其中該方法使用 一種具有一前緩衝器與一後緩衝器的雙重緩衝 技術，且其中改變於該後續訊框前面—訊框中之 該物件的周界區域係由改變該後續，訊框前面二 訊框的物件形成。 1〇·如申請專利範圍第4項之方法，其中改變於該後 續訊框前面-訊框#之_件的料區域為改 變該後續訊框前面一訊框的物件。 11. 如申請專利範圍第4項之方法，其中該聚集區域 包含含有該周界區域的一單一區域。 12. 如申請專利範圍第4項之方法，其中該聚集區域

   本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)W规格（2I0 297公涅）

   τ、申請專利範圍 包含該周界區域的一群集。 1 3.如申請專利範圍第5項之方法，其中該聚集區域 包含含有該周界區域的一單一區域。 14.如申請專利範圍第5項之方法，其中該聚集區域 5 包含該周界區域的一群集。 1 5_如申請專利範圍第6項之方法，其中該聚集區域 包含含有該周界區域的一單一區域。 16.如申請專利範圍第6項之方法，其中該聚集區域 包含該周界區域的一群集。 • I ^ 裝·— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) #. 經濟部智慧財產局員Η消f合作社印製 25 本紙張尺度適用中E3國家標準（CNS)A4规格（210 X 297公釐）