描繪數據生成裝置以及圖像描繪裝置製造方法
2023-04-29 02:12:26 1
描繪數據生成裝置以及圖像描繪裝置製造方法
【專利摘要】節點收集部(11)將具有用樹構造表示多個詳細度的關係且以多個詳細度表現模型的多邊形群、和對多邊形群分別固有地分配的紋理圖像群作為輸入，決定與要結合的紋理圖像群對應的節點。紋理圖集生成部(12)使用節點收集部(11)生成的節點的信息，將紋理圖像群進行結合而生成紋理圖集群，並且使多邊形群的頂點具有的紋理坐標與描繪位置對應地變換。
【專利說明】描繪數據生成裝置以及圖像描繪裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及使用用樹構造進行管理且以多個詳細度表現模型的多邊形群來表現二維或者三維形狀的描繪數據生成裝置以及圖像描繪裝置。
【背景技術】
[0002]在計算機圖形中，作為表現二維或者三維形狀的方法，廣泛使用了多邊形模型。多邊形模型主要將三角形作為單位形狀，用其組合表現形狀。
[0003]為了提高多邊形模型的表現力，廣泛使用了將二維的紋理圖像對應到多邊形的表面來映射並描繪的紋理映射。通常，在使用紋理映射時的描繪流程中，在對GPU等多邊形描繪裝置發行了選擇所使用的紋理圖像的命令之後，發行多邊形描繪命令。關於上述的選擇命令，處理時間特別長，所以為了縮短描繪時間，一般使用如圖1那樣將多個紋理圖像預先結合而設為I個圖像的紋理圖集(texture atlas)。在圖1中，(a)表示未使用紋理圖集的多邊形群描繪，(b)表示使用了紋理圖集的多邊形群描繪。
[0004]通過使用紋理圖集，如圖2所示，能夠削減描繪處理中的發行命令數。S卩，在圖2中，(a)表示圖1(a)的描繪流程，(b)表示圖1(b)的描繪流程。此處，對於可用作紋理圖像的圖像尺寸，針對每個多邊形描繪裝置有上限，所以在大量存在紋理圖像的情況下，無法將它們全部收集到I個紋理圖集中，會生成多個紋理圖集。
[0005]另一方面，多邊形模型的描繪時間依賴於描繪多邊形數，所以在模型由大量的多邊形構成的情況下描繪時間變長。在這樣的情況下，為了縮短描繪時間，例如如專利文獻1、2所示，一般使用L0D(Level Of Detail,細節級)技術。LOD技術是指,通過根據視點和模型的位置關係等，用少的多邊形數重構模型的一部分、或者分開使用預先準備的詳細度不同的模型，從而削減描繪多邊形數的技術。在使用詳細度不同的模型的LOD中，用樹構造管理模型群的情況較多。例如，在非專利文獻I中，公開了如下技術:使樹構造的節點對應於I個多邊形模型，使將子節點進行結合而簡化的模型對應於父節點來管理。圖3示出樹構造、和與各節點對應的多邊形群以及紋理圖像群的例子。此處，圖3(a)示出表示多邊形群彼此的關係的樹構造，(b)示出與各節點對應的多邊形群，(C)示出與各節點對應的紋理。另外，在LOD技術中，以不同時描繪不同的詳細度的相同的模型的方式，適當地選擇節點並進行描繪。圖4(a)示出從圖3的樹構造選擇了成為描繪對象的節點的結果的例子，圖4(b)示出描繪了與所選擇的節點對應的多邊形群的結果。
[0006]此處，在對在上述LOD中使用的紋理圖像進行結合而生成紋理圖集時，在樹構造的節點數多的情況下，需要生成多個紋理圖集。此時，在樹構造內成為描繪對象的節點僅為全部節點中的一部分，所以為了高速地描繪，需要以減小描繪時的紋理圖像指定命令的發行次數的方式，適當地生成紋理圖集並進行描繪。
[0007]專利文獻1:日本特開平8-293041號公報
[0008]專利文獻2:日本特開平10-172003號公報
[0009]非專利文獻I:Chang, R.，Butkiewicz, T.，Pollard, N.，Ziimkiewicz, C.，Ribarsky, W.and Wartell.，Z.Legible simplificat1n of textured urban models，IEEEComputer Graphics and Applicat1ns，2008.
【發明內容】
[0010]但是，以往未提出以使在描繪時使用的紋理圖像選擇命令變少的方式從與樹構造的節點對應起來的紋理圖像群選擇紋理圖像的組合來生成紋理圖集並進行描繪的手法，期望實現這樣的手法。
[0011]本發明是為了解決上述那樣的課題而進行的，其目的在於得到一種能夠以使在描繪時使用的紋理圖像選擇命令變少的方式生成紋理圖集的描繪數據生成裝置以及圖像描繪裝置。
[0012]本發明的描繪數據生成裝置具備:節點收集部，將具有用樹構造表示多個詳細度的關係且以多個詳細度表現模型的多邊形群、和對多邊形群分別固有地分配的紋理圖像群作為輸入，決定與要結合的紋理圖像群對應的節點；以及紋理圖集生成部，使用節點收集部所生成的節點的信息，將紋理圖像群進行結合而生成紋理圖集群，並且使多邊形群的頂點具有的紋理坐標與描繪位置對應地變換。
[0013]本發明的描繪數據生成裝置決定與要結合的紋理圖像群對應的節點，使用該節點的信息將紋理圖像群進行結合而生成紋理圖集群，所以能夠以使在描繪時使用的紋理圖像選擇命令變少的方式生成紋理圖集。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1是示出未使用紋理圖集的情況和使用了紋理圖集的情況的多邊形群描繪的說明圖。
[0015]圖2是示出圖1的描繪流程的說明圖。
[0016]圖3是示出樹構造和與各節點對應的多邊形群以及紋理圖像群的例子的說明圖。
[0017]圖4是示出成為描繪對象的節點和描繪結果的說明圖。
[0018]圖5是示出本發明的實施方式I的圖像描繪裝置的結構圖。
[0019]圖6是示出本發明的實施方式I的圖像描繪裝置中的節點收集部的動作的流程圖。
[0020]圖7是示出本發明的實施方式I的圖像描繪裝置中的節點的集合(其I)的說明圖。
[0021]圖8是示出本發明的實施方式I的圖像描繪裝置中的節點的集合(其2)的說明圖。
[0022]圖9是示出本發明的實施方式I的圖像描繪裝置中的節點的集合(其3)的說明圖。
[0023]圖10是示出本發明的實施方式I的圖像描繪裝置中的節點的集合(其4)的說明圖。
[0024]圖11是示出本發明的實施方式I的圖像描繪裝置中的節點的集合(其5)的說明圖。
[0025]圖12是示出本發明的實施方式I的圖像描繪裝置中的節點的集合(其6)的說明圖。
[0026]圖13是示出本發明的實施方式I的圖像描繪裝置中的節點的集合(其7)的說明圖。
[0027]圖14是示出本發明的實施方式I的圖像描繪裝置中的節點的集合(其8)的說明圖。
[0028]圖15是示出對本發明的實施方式I的圖像描繪裝置中的全部深度的節點應用了節點收集部的處理的結果的例子的說明圖。
[0029]圖16是示出本發明的實施方式I的圖像描繪裝置中的紋理圖集生成部的動作的說明圖。
[0030]圖17是示出本發明的實施方式I的圖像描繪裝置中的紋理圖集生成前和生成後的紋理坐標的範圍的說明圖。
[0031]圖18是示出本發明的實施方式I的圖像描繪裝置中的決定了描繪對象節點的時間點的狀態的說明圖。
[0032]圖19是示出本發明的實施方式I的圖像描繪裝置中的每個集合的描繪對象的列表的說明圖。
[0033]圖20是示出本發明的實施方式I的圖像描繪裝置中的描繪部的動作的流程圖。
[0034]符號說明
[0035]1:預處理部；2:執行時處理部；3 =HDD ；4:多邊形描繪裝置；11:節點收集部；12:紋理圖集生成部；21:描繪節點決定部；22:描繪列表生成部；23:描繪部。
【具體實施方式】
[0036]在本發明中，在用樹構造對具有固有的紋理圖像的多個詳細度的多邊形群進行管理，並且，將樹構造內的子節點合併而簡化的節點對應於父節點時，以能夠用少的紋理圖像指定命令進行描繪的方式，根據紋理圖像群生成了紋理圖集之後，適當地選擇成為描繪對象的多邊形群，將所述紋理圖集進行映射而描繪。
[0037]以下，為了更詳細地說明本發明，依照附圖，說明實施本發明的方式。
[0038]實施方式1.
[0039]圖5是示出實施方式I的圖像描繪裝置的結構圖。
[0040]如圖5所示，圖像描繪裝置具備預處理部1、執行時處理部2、HDD (硬碟裝置)3、多邊形描繪裝置4。預處理部I構成描繪數據生成裝置，根據樹構造和多邊形群、紋理圖像群，生成樹構造、多邊形群、紋理圖集群，具備節點收集部11和紋理圖集生成部12。執行時處理部2根據預處理部I生成的樹構造、多邊形群、紋理圖集群，向多邊形描繪裝置4發行描繪命令，具備描繪節點決定部21、描繪列表生成部22、以及描繪部23。HDD3是保存預處理部I的生成結果的存儲裝置。多邊形描繪裝置4由GPU等構成，是依照來自執行時處理部2的描繪命令進行描繪的裝置。
[0041] 預處理部I的節點收集部11是將具有用樹構造表示多個詳細度的關係且以多個詳細度表現模型的多邊形群、和對這些多邊形群分別固有地分配的紋理圖像群作為輸入，決定與要結合的紋理圖像群對應的節點的處理部。紋理圖集生成部12是使用節點收集部11生成的節點的信息將紋理圖像群進行結合而生成紋理圖集群，並且使多邊形群的頂點具有的紋理坐標與描繪位置對應地變換的處理部。
[0042]執行時處理部2中的描繪節點決定部21是使用紋理圖集生成部12輸出的樹構造、多邊形群、紋理圖集群，至少使用視點位置的信息來決定作為描繪對象的多邊形群的處理部。描繪列表生成部22是針對描繪節點決定部21所決定的描繪對象的多邊形群，生成表示描繪順序的列表的處理部。描繪部23是使用描繪列表生成部22所生成的列表，將對描繪對象的多邊形群進行描繪的命令發行到多邊形描繪裝置4的處理部。
[0043]接下來，說明實施方式I的圖像描繪裝置的動作。
[0044]在圖5中，預處理部I將多個多邊形群和與多個多邊形群分別對應的紋理圖像群、表示多邊形群彼此的關係的樹構造作為輸入，根據紋理圖像群生成少數的紋理圖集，並且適當地變換多邊形群的頂點具有的紋理坐標，將樹構造和多邊形群、紋理圖集輸出到HDD3。執行時處理部2從HDD3讀入預處理部I所輸出的樹構造、紋理圖集群、多邊形群，根據視點位置等輸入信息，決定成為描繪對象的多邊形群，將對它們進行描繪的命令發行到多邊形描繪裝置4。
[0045]接下來，說明節點收集部11的動作。
[0046]圖6是示出節點收集部11的動作的流程圖。在節點收集部11中，參照所輸入的樹構造和紋理圖像群，針對在樹構造中處於相同的深度的每個節點群，分別應用接下來的處理。
[0047]首先，作為初始化處理，將處於相同的深度的各節點分別作為I個集合。另外，將處於比設為處理對象的深度向根接近I個階段的深度的全部節點作為祖先節點。然後，在設為處理對象的深度的節點中，將具有相同的祖先節點的節點進行匯集而分別設為能夠合併的範圍(步驟ST111)。圖7示出被輸入圖3所示的樹構造和紋理圖像群，將葉的深度的節點群作為處理對象而應用了步驟STlll的結果。另外，在圖7?圖15中，點線框表示集合，虛線框表示能夠合併的範圍，實線框表示不能合併的範圍。
[0048]接下來，選擇I個能夠合併的範圍(步驟ST112)。然後，在所選擇的範圍內的集合中，選擇與集合內的節點對應的紋理圖像的總面積最小的2個(步驟STl 13)，判定能否合併(步驟ST114)。此處，能夠合併意味著，在將所選擇的2個集合內的紋理圖像群全部結合而設為I個圖像時，結合結果收斂於在硬體上可使用的紋理尺寸。另外，關於結合結果是否收斂於所述紋理尺寸，能夠通過求解針對紋理尺寸的矩形填裝(packing)各紋理圖像的二維裝箱(bin packing)問題等來判定。在不能合併的情況下，將該範圍作為不能合併的範圍，進入到步驟ST117。在能夠合併的情況下，合併所選擇的2個集合(步驟ST115)，判定在範圍內是否剩下2個以上的集合(步驟ST116)。圖8是從圖7的狀態選擇左端的範圍、並合併了 2個集合的結果。
[0049]在範圍內剩下2個以上的集合的情況下，返回到步驟ST113，反覆進行同樣的處理。圖9是左端的範圍內的集合全部被合併而成為I個集合的狀態。在範圍內剩下的集合是I個的情況下，判定是否在步驟ST112中選擇了全部能夠合併的範圍(步驟ST117)，在有未被選擇的範圍的情況下，返回到步驟ST112，選擇未被選擇的範圍來反覆進行同樣的處理。圖10示出在步驟ST112中選擇並處理全部能夠合併的範圍、且全部範圍內的節點被合併為I個時的狀態。在步驟ST117中，在已經在步驟ST112中選擇了全部範圍、且應用了集合的合併處理的情況下，判定能夠合併的範圍是否剩下2個以上，在I個以下的情況下，結束處理(步驟STl 18)。否則，使祖先節點的深度向根接近I個階段，合併具有相同的祖先節點的能夠合併的範圍彼此(步驟ST118)，返回到步驟STl 12。
[0050]圖11示出從圖10的狀態使祖先節點向根接近I個階段，合併了具有相同的祖先節點的能夠結合的範圍彼此的結果的狀態，圖12以及圖13示出處理進一步發展的過程中的狀態轉變。另外，圖14示出節點收集部11的處理結束了時的節點的狀態。另外，該圖是在包括節點5?12的集合和包括節點13?20的集合彼此在步驟STl 14中被判斷為不能結合之後，處理結束了的結果。最後，節點收集部11與所輸入的樹構造、紋理群、紋理圖像群一起，輸出所生成的集合。圖15示出對全部深度的節點應用了節點收集部11的處理的結果的例子。在該圖中，為了以後的說明，對各集合分配了唯一的IDO?3。
[0051]S卩，節點收集部11從親戚關係近的節點依次匯集在樹構造內處於相同的深度的節點，生成表示能夠生成與多邊形描繪裝置能使用的最大尺寸最接近的尺寸的紋理圖集的紋理圖像群的集合的節點的集合。
[0052]接下來，使用圖16，說明紋理圖集生成部12的動作。
[0053]紋理圖集生成部12將與節點收集部11所生成的集合內的節點對應的紋理圖像進行結合，分別作為I個紋理圖集。另外，生成紋理圖集的方法是任意的，例如，能夠通過與節點收集部11中的步驟ST114的處理同樣地求解二維裝箱問題等來實現。圖16示出生成了與圖15的各集合對應的紋理圖集的結果。另外，紋理圖集生成部12適當地更新各多邊形的頂點具有的紋理坐標。
[0054]例如，圖17 (a)示出紋理圖集生成前的紋理坐標的範圍，圖17 (b)示出紋理圖集生成後的紋理坐標的範圍。即，圖17(a)示出映射到圖3的多邊形群2的紋理圖像，對於對應的多邊形的頂點分配了(0.0，0.0)至(1.0，1.0)的範圍的紋理坐標。另一方面，在紋理圖集生成之後，如圖17(b)所示，該紋理圖像佔據(0.5，0.5)至(1.0，1.0)的範圍，所以針對各頂點的紋理坐標，應用
[0055]U』 =0.5+0.5XU (I)
[0056]Yf = 0.5+0.5XV (2)
[0057]的變換。在(I)式以及⑵式中，(U，V)表示變換前的頂點具有的紋理坐標、(U』，V』 )表示變換後的紋理坐標。最後，紋理圖集生成部12將所輸入的樹構造、更新了頂點的紋理坐標的多邊形群、所生成的紋理圖集記錄到HDD3。
[0058]接下來，說明執行時處理部2中的描繪節點決定部21的動作。
[0059]描繪節點決定部21從HDD3讀入預處理部I所記錄的樹構造、紋理圖集、多邊形群，根據視點位置等輸入信息，決定作為描繪對象的多邊形群。此時，以詳細度不同的相同的模型不會同時成為描繪對象的方式進行決定。決定描繪對象的方法是任意的，例如，能夠對樹構造的各節點設定閾值，根據與視點的距離和閾值的關係來決定。首先，將根節點作為臨時的描繪對象節點，如果視點與對應於根節點的多邊形群的距離是閾值以上，則將與根節點對應的多邊形群作為描繪對象。相反，如果小於閾值，則將根節點從描繪對象排除，將根節點的子節點作為臨時的描繪對象節點。以下，通過針對臨時的描繪對象節點反覆進行同樣的判定，能夠決定描繪對象。圖18示出針對圖3的樹構造決定了描繪對象節點的例子。在圖中，帶陰影的編號表示描繪對象節點。
[0060]接下來，說明描繪列表生成部22的動作。
[0061]描繪列表生成部22針對每個集合，生成匯集了描繪對象節點的ID的列表。圖19示出根據圖18所示的樹構造的狀態生成的列表的例子。即，在集合I中，作為描繪對象節點，3和4被舉出為描繪對象的列表，在集合2中，作為描繪對象節點，5、6、7、8、9、10、11、12被舉出為描繪對象的列表。
[0062]接下來，使用圖20的流程圖，說明描繪部23的動作。
[0063]描繪部23在由描繪列表生成部22所生成的列表中，選擇非空的列表(步驟ST231)，將選擇與所選擇的列表對應的紋理圖集的命令發送到多邊形描繪裝置4(步驟ST232)。接下來，選擇與所選擇的列表中包含的節點的ID對應的I個多邊形群(步驟ST233)，將描繪所選擇的多邊形群的命令發送到多邊形描繪裝置4 (步驟ST234)。然後，判定是否針對列表內的全部節點ID應用了步驟ST233、步驟ST234 (步驟ST235)，在未應用的情況下，返回到步驟ST233。在已應用的情況下，判定是否針對全部列表應用了步驟ST231?步驟ST235(步驟ST236)，在未應用的情況下，返回到步驟ST231。另外，多邊形描繪裝置4中的多邊形的描繪處理與一般的多邊形描繪方法相同，所以省略。
[0064]如以上說明，根據實施方式I的描繪數據生成裝置，具備:節點收集部，將具有用樹構造表示多個詳細度的關係且以多個詳細度表現模型的多邊形群、和對多邊形群分別固有地分配的紋理圖像群作為輸入，決定與要結合的紋理圖像群對應的節點；以及紋理圖集生成部，使用節點收集部所生成的節點的信息，將紋理圖像群進行結合而生成紋理圖集群，並且使多邊形群的頂點具有的紋理坐標與描繪位置對應地變換，所以能夠以使在描繪時使用的紋理圖像選擇命令變少的方式生成紋理圖集。
[0065]另外，根據實施方式I的描繪數據生成裝置，節點收集部從親戚關係近的節點依次匯集在樹構造內處於相同的深度的節點，生成節點的集合，該節點的集合表示能夠生成與進行多邊形描繪的多邊形描繪裝置能夠使用的最大尺寸最接近的尺寸的紋理圖集的紋理圖像群的集合，所以能夠使在描繪時使用的紋理圖像選擇命令成為最小限度，能夠進行高速的描繪。
[0066]另外，根據實施方式I的圖像描繪裝置，具備:節點收集部，將具有用樹構造表示多個詳細度的關係且以多個詳細度表現模型的多邊形群、和對多邊形群分別固有地分配的紋理圖像群作為輸入，決定與要結合的紋理圖像群對應的節點；紋理圖集生成部，使用節點收集部所生成的節點的信息將紋理圖像群進行結合而生成紋理圖集群，並且使多邊形群的頂點具有的紋理坐標與描繪位置對應地變換；描繪節點決定部，使用紋理圖集生成部所輸出的樹構造、多邊形群、紋理圖集群，至少使用視點位置的信息來決定作為描繪對象的多邊形群；描繪列表生成部，針對描繪節點決定部所決定的描繪對象的多邊形群，生成表示描繪順序的列表；以及描繪部，使用描繪列表生成部所生成的列表，將對描繪對象的多邊形群進行描繪的命令發行到多邊形描繪裝置，所以能夠以使在描繪時使用的紋理圖像選擇命令變少的方式選擇紋理圖像的組合來生成紋理圖集，能夠進行高速的描繪。
[0067]另外，根據實施方式I的圖像描繪裝置，描繪節點決定部根據對樹構造的各節點設定的閾值和與視點的位置關係，以用不同的詳細度表示的相同的多邊形群不被選擇的方式，決定成為描繪對象的節點，所以能夠縮短描繪時間。
[0068]另外，根據實施方式I的圖像描繪裝置，描繪列表生成部針對由節點收集部所生成的每個集合，生成表示成為描繪對象的多邊形群的列表，所以能夠進行高速的描繪。
[0069]另外，根據實施方式I的圖像描繪裝置，描繪部參照描繪列表生成部所生成的各列表，針對非空的列表分別發行I次紋理圖像指定命令，發行分別描繪列表內的各多邊形群的命令，所以能夠進行高速的描繪。
[0070]另外，本申請發明能夠在該發明的範圍內，實現實施方式的任意的構成要素的變形、或者實施方式的任意的構成要素的省略。
[0071]產業上的可利用性
[0072]如以上那樣，本發明的描繪數據生成裝置以及圖像描繪裝置通過將同時描繪的可能性高的紋理圖像進行結合而進行紋理圖集化，從而減少在描繪時使用的紋理圖像數，將與每個紋理圖集對應的多邊形模型集中而進行描繪，適用於計算機圖形等。
【權利要求】
1.一種描繪數據生成裝置，具備: 節點收集部，將具有用樹構造表示多個詳細度的關係且以所述多個詳細度表現模型的多邊形群、和對該多邊形群分別固有地分配的紋理圖像群作為輸入，決定與要結合的所述紋理圖像群對應的節點；以及 紋理圖集生成部，使用所述節點收集部所生成的節點的信息，將所述紋理圖像群進行結合而生成紋理圖集群，並且使所述多邊形群的頂點具有的紋理坐標與描繪位置對應地變換。
2.根據權利要求1所述的描繪數據生成裝置，其特徵在於， 節點收集部從親戚關係近的節點依次匯集在樹構造內處於相同的深度的節點，生成節點的集合，該節點的集合表示能夠生成與進行多邊形描繪的多邊形描繪裝置能夠使用的最大尺寸最接近的尺寸的紋理圖集的紋理圖像群的集合。
3.一種圖像描繪裝置，具備: 節點收集部，將具有用樹構造表示多個詳細度的關係且以所述多個詳細度表現模型的多邊形群、和對該多邊形群分別固有地分配的紋理圖像群作為輸入，決定與要結合的所述紋理圖像群對應的節點； 紋理圖集生成部，使用所述節點收集部所生成的節點的信息，將所述紋理圖像群進行結合而生成紋理圖集群，並且使所述多邊形群的頂點具有的紋理坐標與描繪位置對應地變換； 描繪節點決定部，使用所述紋理圖集生成部所輸出的樹構造、多邊形群、紋理圖集群，至少使用視點位置的信息來決定作為描繪對象的多邊形群； 描繪列表生成部，針對所述描繪節點決定部所決定的描繪對象的多邊形群，生成表示描繪順序的列表；以及 描繪部，使用所述描繪列表生成部所生成的列表，將描繪所述描繪對象的多邊形群的命令發行到多邊形描繪裝置。
4.根據權利要求3所述的圖像描繪裝置，其特徵在於， 描繪節點決定部根據對樹構造的各節點設定的閾值和與視點的位置關係，以用不同的詳細度表示的相同的多邊形群不被選擇的方式，決定成為描繪對象的節點。
5.根據權利要求3所述的圖像描繪裝置，其特徵在於， 描繪列表生成部針對由節點收集部所生成的每個集合，生成表示成為描繪對象的多邊形群的列表。
6.根據權利要求3所述的圖像描繪裝置，其特徵在於， 描繪部參照描繪列表生成部所生成的各列表，針對非空的列表分別發行I次紋理圖像指定命令，發行分別描繪列表內的各多邊形群的命令。
【文檔編號】G06T15/04GK104054112SQ201280066320
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2012年1月27日 優先權日:2012年1月27日
【發明者】櫻井智史, 窪山正一朗 申請人:三菱電機株式會社