TWI401615B - 向量繪圖系統及向量繪圖著色方法 - Google Patents

Description

向量繪圖系統及向量繪圖著色方法

本發明係有關於向量繪圖(vector graphics)，特別是有關於向量繪圖之著色。

矩陣繪圖(raster graphics)紀錄的是圖形的像素顏色，而向量繪圖(Vector graphics)紀錄的是圖形的幾何特徵。依向量繪圖紀錄之圖形的幾何特徵係以路徑(path)資料的方式儲存。因此，當要在螢幕上呈現以向量繪圖紀錄之圖形時，圖形之路徑資料必須經過平坦化(flattening)以及填色(fill)等等的處理，才能轉換為圖形顯示於螢幕上。平坦化係藉取樣幾何路徑資料以得到連續的短線段及構成短線段的頂點資料。填色係依據頂點資料推導出圖形的覆蓋範圍之像素顏色。

目前有兩種填色方法可供向量繪圖之著色，分別為鑲嵌填色法(tessellation fill)及模板填色法(stencil fill)。第1A圖為運用鑲嵌填色法進行著色的示意圖。假設一圖形之路徑資料具有P₁ ~P₇ 等7個頂點，而由頂點構成的L₁ ~L₇ 等7個路徑將圖形區分為外部的A₁ 區域與內部的A₂ 區域。假設A₁ 區域需要填色，而A₂ 區域不需要填色。當進行鑲嵌填色法時，必須先分析頂點資料，將圖形劃分為多個由三個頂點構成的三角形區域，而得到網格(mesh)資料，再依據網格資料填色。例如第1A圖之圖形便被解析為網格資 料A₁₁ 、A₁₂ 、A₁₃ 、A₁₄ 、A₁₅ 、A₁₆ 、A₁₇ 、及A₂ ，再分別著色。網格資料的產生需要大量的CPU運算，但經過解析的網格資料不相重疊，因而GPU不會對圖形重複著色，因而可進行高效率的著色。

第1B圖為運用模板填色法進行著色的示意圖。假設一圖形之路徑資料具有P₁ ~P₄ 等4個頂點。模板填色法不需如鑲嵌填色法般分析圖形之網格資料，僅需依據頂點資料便能直接進行著色。圖中的P₁ 、P₂ 、P₃ 及P₁ 、P₄ 、P₃ 各構成一填色區域，模板填色法會運用模板填色緩存器(stencil buffer)紀錄P₁ 、P₂ 、P₃ 填色區域及P₁ 、P₄ 、P₃ 填色區域的交疊部份(－)，而僅對P₁ 、P₂ 、P₃ 填色區域及P₁ 、P₄ 、P₃ 填色區域的未重疊部份(＋)進行填色。模板填色法雖不需分析圖形之網格資料，但GPU會對圖形的重疊部分重複著色，因而會降低著色的效率。

第2A圖及第2B圖分別顯示鑲嵌填色法及模板填色法所需的中央處理單元(CPU)運算量及圖像處理單元(GPU)運算量。由於鑲嵌填色法需要運用CPU進行頂點資料之分析以得到網格資料，才能依據網格資料進行填色，因此對於靜態的路徑資料或變化率低的路徑資料僅需進行一次或低頻率的頂點資料分析，以產生網格資料，便可以GPU進行高效率的填色。因此，運用鑲嵌填色法對靜態的路徑資料或變化率低的路徑資料進行著色具有較高效率。相反的，由於模板填色法不需CPU產生網格資料，可直接運用GPU依據圖形之頂點資料進行填色，因此可省去對於變化 率高的路徑資料之高頻率網格資料分析所需的大量CPU運算。因此，運用鑲嵌填色法對變化率高的路徑資料進行著色具有較高效率。

習知技術中，並無法依據路徑資料的特性動態地使用不同的填色法進行向量繪圖之填色。這樣會造成對於靜態的路徑資料或變化率低的路徑資料採用鑲嵌填色法之低效率填色，或對於動態的路徑資料或變化率高的路徑資料採用模板填色法之低效率填色。此外，由於採用模板填色法需要GPU之硬體支援，因此採用模板填色法進行填色之系統運作的效率亦與GPU之硬體規格有關，例如GPU之運算能力及模板緩存器之位元深度(stencil buffer bit depth)。由於習知技術並未依據GPU之硬體規格調整填色方法，當GPU之硬體所能提供的運算能力及模板緩存器位元深度不符合某些路徑資料進行模板填色法之要求時，便會造成填色過程的錯誤。因此，需要一種向量繪圖填色方法，能依據路徑變化率與系統資訊動態地選擇填色方法。

有鑑於此，本發明之目的在於提供一種向量繪圖系統(vector graphics system)，以解決習知技術存在之問題。於一實施例中，該向量繪圖系統包括一路徑著色管理模組(path rendering manager)以及一著色器(renderer)。該路徑著色管理模組接收一路徑(path)資料，計算該路徑資料之一路徑變化率，並依據該路徑變化率自一鑲嵌填色法(tessellation fill)及一模板填色法(stencil fill)中選取一填色 法以供著色該路徑資料。該著色器於該路徑著色管理模組選取之該填色法為該鑲嵌填色法時，依據該鑲嵌填色法著色該路徑資料，並於該路徑著色管理模組選取之該填色法為該模板填色法時，依據該模板填色法著色該路徑資料。

本發明提供一種向量繪圖(vector graphics)著色(rendering)方法。首先，接收一路徑(path)資料。接著，計算該路徑資料之一路徑變化率。接著，比較該路徑變化率與一界限值。當該路徑變化率大於該界限值時，選取一模板填色法(stencil fill)為供著色該路徑資料之一填色法。當該路徑變化率小於該界限值時，選取一鑲嵌填色法(tessellation fill)為供著色該路徑資料之該填色法。最後，依據該填色法著色該路徑資料。

為了讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉數較佳實施例，並配合所附圖示，作詳細說明如下：

第3圖顯示依據本發明之一向量繪圖系統(vector graphics system)300的區塊圖。向量繪圖系統300可動態地運用不同的填色方法對路徑資料進行著色。於一實施例中，向量繪圖系統300包括路徑著色管理模組(path rendering manager)304、平坦化模組(flattener)306、鑲嵌器(tesselator)308、以及著色器(renderer)310。首先，向量繪圖系統300接收一路徑資料302之原始資料302a。平坦化模組306接著對路徑資料302之原始資料302a進行平坦 化，以得到一頂點陣列(vertex array)資料302b。此時路徑著色管理模組304必須計算路徑資料302隨時間之變化率。於一實施例中，路徑著色管理模組304係依據著色器310產生之一回饋統計資訊估計該路徑變化率。接著，路徑著色管理模組304依據該路徑變化率自鑲嵌填色法(tessellation fill)及模板填色法(stencil fill)中選取一填色法以供著色該路徑資料。

於一實施例中，路徑著色管理模組304將路徑變化率與一界限值進行比較。當路徑變化率大於界限值時，路徑著色管理模組304選取模板填色法為填色法，並指示著色器310依據模板填色法著色該路徑資料。而當路徑變化率小於該界限值時，路徑著色管理模組304選取鑲嵌填色法為填色法，並指示著色器310依據鑲嵌填色法著色該路徑資料。如此則著色器310使用的填色法可依據路徑變化率而動態地改變，對變化率大的路徑資料採用模板填色法著色，而對變化率小的路徑資料採用鑲嵌填色法著色，以提高著色器310之填色效率，而避免習知技術中誤用低效率填色方法的問題。

著色器310包括鑲嵌填色模組312及模板填色模組314。當路徑著色管理模組304選取模板填色法時，路徑著色管理模組304將路徑資料302之頂點陣列(vertex array)資料302b遞送至模板填色模組314。模板填色模組314隨即採用模板填色法，依據頂點陣列資料302b進行著色。當路徑著色管理模組304選取鑲嵌填色法時，路徑著色管理 模組304必須先指示鑲嵌器308將路徑資料302之頂點陣列資料302b轉換為網格資料(mesh data)302c，再將網格資料302c遞送至鑲嵌填色模組312。鑲嵌填色模組312隨即採用鑲嵌填色法，依據網格資料302c進行著色。

第4圖為依據本發明之路徑著色管理模組400之區塊圖。路徑著色管理模組400包括系統限制分析模組402、變化率估計模組404、以及填色方法決定模組406。於一實施例中，變化率估計模組404依據著色器450產生之一回饋統計資訊紀錄路徑資料每次繪圖時是否有發生改變，以估計路徑隨時間的變化率。而填色方法決定模組406接著依據變化率估計模組404所估計之路徑變化率選取鑲嵌填色法及模板填色法其中之一，作為著色器450著色路徑資料302之填色法。另外，填色方法決定模組406亦可依據外部資訊決定路徑資料302之屬性，以調整所採用之填色法。例如，當路徑資料302為唯讀時，便可判斷路徑資料302為一靜止路徑，並採取鑲嵌填色法以供著色器450進行填色。

於一實施例中，系統限制分析模組402估計於鑲嵌填色法及模板填色法下進行路徑資料302之著色所需之CPU及GPU的運算量，並依據向量繪圖系統300之系統資訊評估向量繪圖系統300之CPU及GPU所能提供之運算能力是否符合鑲嵌填色法及模板填色法所需的運算量，以供填色方法決定模組406選擇填色法之參考。於另一實施例中，系統限制分析模組402估計依據模板填色法著色路徑 資料302所需之模板緩存位元深度(stencil buffer bit depth)，並依據向量繪圖系統之系統資訊評估向量繪圖系統300所能提供之模板緩存位元深度是否與著色所需之模板緩存位元深度符合，以供填色方法決定模組406選擇填色法之參考。

第5圖為依據本發明之向量繪圖著色方法500之流程圖。首先，接收一路徑資料(步驟502)。接著，比較一路徑變動率與一界限值(步驟504)。若該路徑變動率大於該界限值(步驟506)，則將該路徑資料之頂點陣列資料遞送至一著色器(步驟508)，並使該著色器依據一模板填色法著色該路徑資料(步驟510)。若該路徑變動率小於該界限值(步驟506)，則將將該路徑資料之網格資料遞送至一著色器(步驟512)，並使該著色器依據一鑲嵌填色法著色該路徑資料(步驟514)。接著，依據該路徑資料重新計算該路徑變動率(步驟516)。此時，若繼續進行著色(步驟518)，則回到步驟502重新接收路徑資料，並繼續執行步驟504~518。反之，則著色結束。

第6圖為依據本發明計算路徑變化率之一實施例的示意圖。於一實施例中，路徑著色管理模組304包括一計數器(counter)，可依據一時脈信號進行累計，而儲存一累計值。路徑著色管理模組304以計數器之累計值作為路徑變化率之反向估計值，其中路徑變化率與計數器累計值成反向變化。因此計數器累計值愈大表示路徑變化率愈小，而計數器累計值愈小表示路徑變化率愈大。當該路徑資料未 發生改變時，計數器會依據時脈信號不斷累加該累計值。當路徑資料發生改變時，計數器將便重設該累計值為零。

路徑著色管理模組300會將計數器之累計值與一累計界限值相比較。當該累計值小於累計界限值時，累計值會落在第6圖中的區域602內，表示路徑變化率高，因此路徑著色管理模組304選取模板填色法為填色法。當累計值大於累計界限值時，累計值會落在第6圖中的區域602外，表示路徑變化率低，因此路徑著色管理模組304選取鑲嵌填色法為填色法。此外，作為判定累計值大小基準的累計界限值之大小亦可視狀況調整。於一實施例中，當路徑資料發生改變時，累計界限值可依據時脈信號逐步增加，直至累計界限值等於一界限最大值為止。而當計數器之累計值小於累計界限值時，累計界限值可依據時脈信號逐步減少，直至累計界限值等於一界限最小值為止。

第7A圖為向量繪圖系統300為一動畫之路徑資料的選擇填色方法之示意圖。由於該路徑資料為動畫，因此路徑資料不斷變化，因此計數器之累計值在大部分期間保持為零。隨著路徑資料發生改變，累計界限值亦逐步增加，以保持所選擇之填色法之穩定。第7A圖中僅有於4段時期中路徑資料停止變化，而每當路徑資料停止改變時，計數器會隨時間累加該累計值。然而，因路徑資料停止變化的時間太短，計數器累計值僅有在第一次停止變化的時期超過累計界限值，而使著色器310採用鑲嵌填色法，其他時期均使著色器310採用模板填色法以對路徑資料進行填 色。如此則向量繪圖系統300於大部分時間均對於高變化率之動畫路徑資料採取模板填色法進行填色，因而可提升填色之效率。

第7B圖為向量繪圖系統300為一按鈕之路徑資料的選擇填色方法之示意圖。由於該路徑資料為按鈕，因此路徑資料僅有在使用者按下時發生變化，其他時間均保持不變，因此計數器之累計值在大部分期間均不斷累加直到等於累計界限值為止。隨著路徑資料保持不變，累計界限值亦逐步減小，以保持所選擇之填色法之穩定。第7B圖中僅有於2段時期中路徑資料發生變化，而每當路徑資料發生變化時，計數器會重設該累計值為0。然而，因路徑資料發生變化的時間太短，計數器累計值僅有在兩次停止變化的時期低於累計界限值，而使著色器310採用模板填色法，其他時期均使著色器310採用鑲嵌填色法以對路徑資料進行填色。如此則向量繪圖系統300於大部分時間均對於低變化率之按鈕路徑資料採取鑲嵌填色法進行填色，而於按鈕路徑資料發生變化時改採取模板填色法進行填色，因而可提升填色之效率。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此項技術者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

(第3圖)

300‧‧‧向量繪圖系統

302‧‧‧路徑資料

304‧‧‧路徑著色管理模組

306‧‧‧平坦化模組

308‧‧‧鑲嵌器

310‧‧‧著色器

312‧‧‧鑲嵌填色模組

314‧‧‧模板填色模組

(第4圖)

400‧‧‧路徑著色管理模組

402‧‧‧系統限制分析模組

404‧‧‧變化率估計模組

406‧‧‧填色方法決定模組

450‧‧‧著色器

452‧‧‧鑲嵌填色模組

454‧‧‧模板填色模組

第1A圖為運用鑲嵌填色法進行著色的示意圖； 第1B圖為運用模板填色法進行著色的示意圖；第2A圖及第2B圖分別顯示鑲嵌填色法及模板填色法所需的中央處理單元(CPU)運算量及圖像處理單元(GPU)運算量；第3圖顯示依據本發明之向量繪圖系統的區塊圖；第4圖為依據本發明之路徑著色管理模組之區塊圖；第5圖為依據本發明之向量繪圖著色方法之流程圖；第6圖為依據本發明計算路徑變化率之一實施例的示意圖；第7A圖為向量繪圖系統為一動畫之路徑資料的選擇填色方法之示意圖；以及第7B圖為向量繪圖系統為一按鈕之路徑資料的選擇填色方法之示意圖。

300‧‧‧向量繪圖系統

302‧‧‧路徑資料

304‧‧‧路徑著色管理模組

306‧‧‧平坦化模組

308‧‧‧鑲嵌器

310‧‧‧著色器

312‧‧‧鑲嵌填色模組 以及

314‧‧‧模板填色模組

Claims (20)

1. 一種向量繪圖系統(vector graphics system)，包括：一路徑著色管理模組(path rendering manager)，接收一路徑(path)資料，計算該路徑資料之一路徑變化率，依據該路徑變化率自一鑲嵌填色法(tessellation fill)及一模板填色法(stencil fill)中選取一填色法以供著色該路徑資料，其中該路徑變化率為該路徑資料沒有改變的一時間周期的倒數；以及一著色器(renderer)，當該路徑著色管理模組選取之該填色法為該鑲嵌填色法時，依據該鑲嵌填色法著色該路徑資料；以及當該路徑著色管理模組選取之該填色法為該模板填色法時，依據該模板填色法著色該路徑資料。
2. 如申請專利範圍第1項所述之向量繪圖系統，其中該路徑著色管理模組比較該路徑變化率與一界限值，當該路徑變化率大於該界限值時該路徑著色管理模組選取該模板填色法為該填色法，而當該路徑變化率小於該界限值時該路徑著色管理模組選取該鑲嵌填色法為該填色法。
3. 如申請專利範圍第1項所述之向量繪圖系統，其中該路徑著色管理模組包括：一變化率估計模組，依據該著色器產生之一回饋統計資訊估計該路徑變化率；以及一填色方法決定模組，依據該路徑變化率選取該鑲嵌填色法及該模板填色法其中之一作為該填色法，以供著色該路徑資料。
4. 如申請專利範圍第3項所述之向量繪圖系統，其中該路徑著色管理模組更包括一系統限制分析模組，依據該向量繪圖系統之一系統資訊，分析於該鑲嵌填色法及該模板填色法下該路徑資料之著色所需之運算需求是否符合該向量繪圖系統所能提供之運算能力，以供該填色方法決定模組選擇該填色法之參考。
5. 如申請專利範圍第3項所述之向量繪圖系統，其中該路徑著色管理模組更包括一系統限制分析模組，依據該向量繪圖系統之一系統資訊，分析於該模板填色法下該路徑資料之著色所需之模板緩存位元深度(stencil buffer bit depth)是否符合該向量繪圖系統所能提供之模板緩存位元深度，以供該填色方法決定模組選擇該填色法之參考。
6. 如申請專利範圍第1項所述之向量繪圖系統，其中該著色器包括：一鑲嵌填色模組，當該路徑著色管理模組選取之該填色法為該鑲嵌填色法時，依據該鑲嵌填色法著色該路徑資料；以及一模板填色模組，當該路徑著色管理模組選取之該填色法為該模板填色法時，依據該模板填色法著色該路徑資料。
7. 如申請專利範圍第6項所述之向量繪圖系統，其中該向量繪圖系統更包括一鑲嵌器(tenssallator)，而當該路徑著色管理模組選取之該填色法為該鑲嵌填色法時，該鑲嵌器將該路徑資料之頂點陣列(vertex array)資料轉換為該路 徑資料之網格資料(mesh data)，以供該鑲嵌填色模組作為著色該路徑資料之依據。
8. 如申請專利範圍第1項所述之向量繪圖系統，其中該路徑著色管理模組包括一計數器(counter)，該路徑變化率與該計數器之一累計值成反向變化，當該路徑資料發生改變時該計數器將該累計值重設為零，而當該路徑資料未發生改變時該計數器依據一時脈信號累加該累計值。
9. 如申請專利範圍第8項所述之向量繪圖系統，其中該路徑著色管理模組比較該計數器儲存之該累計值與一累計界限值，當該累計值大於該累計界限值時該路徑著色管理模組選取該鑲嵌填色法為該填色法，而當該累計值小於該累計界限值時該路徑著色管理模組選取該模板填色法為該填色法。
10. 如申請專利範圍第9項所述之向量繪圖系統，其中當該路徑資料發生改變時該路徑著色管理模組依據該時脈信號逐步增加該累計界限值，而當該累計值大於或等於該累計界限值時該路徑著色管理模組依據該時脈信號逐步減少該累計界限值。
11. 如申請專利範圍第10項所述之向量繪圖系統，其中當該累計界限值等於一界限最大值時，該累計界限值停止增加；且當該累計界限值等於一界限最小值時，該累計界限值停止減少。
12. 一種向量繪圖(vector graphics)著色(rendering)方法，包括： 接收一路徑(path)資料；計算該路徑資料之一路徑變化率，其中該路徑變化率為該路徑資料沒有改變的一時間周期的倒數；比較該路徑變化率與一界限值；當該路徑變化率大於該界限值時，選取一模板填色法(stencil fill)為供著色該路徑資料之一填色法；當該路徑變化率小於該界限值時，選取一鑲嵌填色法(tessellation fill)為供著色該路徑資料之該填色法；以及依據該填色法著色該路徑資料。
13. 如申請專利範圍第12項所述之向量繪圖著色方法，其中該路徑變化率係依據該路徑資料之著色後產生之一回饋統計資訊所估計。
14. 如申請專利範圍第12項所述之向量繪圖著色方法，其中該方法更包括依據一系統資訊分析於該鑲嵌填色法及該模板填色法下該路徑資料之著色所需之運算需求是否符合該向量繪圖系統所能提供之運算能力，以供選擇該填色法之參考。
15. 如申請專利範圍第12項所述之向量繪圖著色方法，其中該方法更包括依據一系統資訊分析於該模板填色法下該路徑資料之著色所需之模板緩存位元深度(stencil buffer bit depth)是否符合一系統硬體所能提供之模板緩存位元深度，以供選擇該填色法之參考。
16. 如申請專利範圍第12項所述之向量繪圖著色方法，其中該方法更包括： 當該填色法為該鑲嵌填色法時，以一鑲嵌器(tessellator)將該路徑資料之頂點陣列(vertex array)資料轉換為該路徑資料之網格資料(mesh data)，以作為著色該路徑資料之依據。
17. 如申請專利範圍第12項所述之向量繪圖著色方法，其中該路徑變化率之計算包括：以一計數器(counter)之累計值作為該路徑變化率之反向估計值，其中該路徑變化率與該累計值成反向變化；當該路徑資料未發生改變時，使該計數器依據一時脈信號累加該累計值；以及當該路徑資料發生改變時，重設該計數器之該累計值為零。
18. 如申請專利範圍第17項所述之向量繪圖著色方法，其中該方法更包括：比較該累計值與一累計界限值；當該累計值大於該累計界限值時，選取該鑲嵌填色法為該填色法；以及當該累計值小於該累計界限值時，選取該模板填色法為該填色法。
19. 如申請專利範圍第18項所述之向量繪圖著色方法，其中該方法更包括：當該路徑資料發生改變時，依據該時脈信號逐步增加該累計界限值；以及當該累計值大於或等於該累計界限值時，依據該時脈 信號逐步減少該累計界限值。
20. 如申請專利範圍第19項所述之向量繪圖著色方法，其中當該累計界限值等於一界限最大值時，該累計界限值停止增加；且當該累計界限值等於一界限最小值時，該累計界限值停止減少。