把紋理濾波用於邊緣反混疊的製作方法

2023-10-08 16:22:09

專利名稱：把紋理濾波用於邊緣反混疊的製作方法
背景技術：
本發明涉及用於對與權利要求1的前序部分所述的一個或多個三維對象的模型有關的信息執行處理操作的方法。當今廣泛使用計算機圖形學，仿射與非仿射坐標變換的應用在計算機電子遊戲、空間仿真、工程及其它領域中是有用的。
本發明人現在已經認識到，需要提供一種簡單、便宜的程序來執行用於這類目的、尤其是用於縮小目的的轉換。授予Van Dalfsen等人並轉讓給本受讓人的美國專利5892695中已經單獨公開了「採樣率轉換」，這通過利用轉置結構來實現，目的是獲得反混疊的經變換的視頻圖像。本發明的一個特殊目的是避免變換圖像中的混疊。
廣義來講，混疊是所產生圖像中不應存在的現象。在本發明的上下文中，混疊一般表現為本來應該為平滑線條或曲線的圖元邊緣的鋸齒形或分級特徵，或者由於在這種邊緣上或其附近的像素色彩缺陷，這些缺陷呈現與預期色彩不同的色彩。在技術上，例如通過屏幕上的像素柵格對透視變換紋理映射之類的信號採樣時出現混疊。當信號包含過高而無法以離散信號表示的頻率時，這個問題很明顯。通過採用所謂的前置濾波器在採樣之前濾除這些樣本，可以消除混疊。
在以下論述中，像素是諸如屏幕或印刷品之類的最終表示上的無尺寸單元，而且像素按照陣列配置規定的像素間隔模式彼此分離。樣本具有坐標和值。段包含對最終紋理元素(texel)起作用的信息。紋理元素是來自模型的原始描述的採樣信息。圖元是原始模型中的自相容元素，它被用作一種描述，這種描述以及可能與其它圖元一起作為最終圖像中的一組邊緣的基礎。這類圖元可以是三角形、四邊形和其它多邊形、不需要被限定為平面的具有彎曲邊緣的表面(如貝塞爾面片)以及根據情況而定的其它項目。
本發明人現在已經認識到，來自原始邊緣兩側的紋理元素可通過採樣和濾波對所產生邊緣的任一側的最終像素起作用。因此，按照所用濾波器曲線的控制，應該允許來自模型中邊緣兩側的紋理元素傳送部分色彩，用於組裝最終產生的圖像。
發明概述因此，本發明的其中一個目的是以簡單方式導出這種部分色彩，具體來講，讓來自圖元邊緣兩側的信息對最終像素起作用。
因此，根據本發明的其中一個方面，本發明的特徵如權利要求1的特徵部分所述。
本發明還涉及一種系統，該系統設置成用於實現如權利要求1所述的方法。在從屬權利要求中陳述了本發明的其它有利方面。
附圖簡介下面參照優選實施例的公開並具體參照附圖更詳細地論述本發明的這些及其它方面和優點，圖中

圖1是輸入樣本驅動的處理流水線的後端的示意圖；圖2是組成圖1的像素段操作的組成部分的段緩衝器的更詳細視圖；圖3是一維情況的間隔濾波程序的示意圖；圖4是一維情況的邊緣濾波程序的示意圖；圖5a、5b說明紋理空間中的示例光柵化；圖6a、6b說明要受某個紋理元素影響的像素；圖7說明來自各種紋理元素的作用；圖8a、8b說明多邊形的左面「邊緣像素」的位置；圖9a、9b說明僅對於前置濾波器覆蓋面中以及在應該起作用的多邊形內的紋理元素的相同情況。
優選實施例的詳細說明圖1說明輸入樣本驅動處理流水線的後端的示意圖。這裡，多邊形信息20在左側輸入到紋理空間中的光柵化器24。這種多邊形信息的產生本身是當前技術水平。為了光柵化，紋理存儲器22提供必要的紋理信息。在光柵化之後，信息受到有限脈衝響應FIR濾波器26進行的濾波。在濾波之後，已經在先前階段中單獨產生的各種像素段這時以適當方式組合，用於產生所述屏幕像素的最終信息。這些像素段操作在框28中執行。在組合之後，把屏幕圖像存儲在幀緩衝器30中，以便以後使用，例如可視顯示。
圖2說明作為圖1的像素段操作模塊的組成部分的段緩衝器的情況的更詳細視圖。在左側，輸入端38接收來自圖1中FIR濾波器26的輸出。在框32，執行深度分類段插入。這將確定特定段在本地是在另一圖元「前面」還是在其「後面」。在前兩種情況下，該程序還將考慮特定圖元是透明的還是不透明的。其它某些標準也可起作用，但為簡潔起見而被省略。在插入之後，各種像素段的信息、像素段被轉發到像素段緩衝器中。在已經處理了所有圖元以及其段插入段緩衝器之後，已分類像素段在輸出端44輸出，用於在模塊36中合成為最終像素信息。在合成之後，所產生的像素信息在互連線路40上被輸出到圖1的幀緩衝器30。
圖3說明一維情況的濾波程序的曲線圖。該圖有效地表示對單個輸出樣本或像素的重採樣過程。重採樣是本領域的一種標準術語，如Heckbert P.S.的「紋理映射和圖像扭曲的基礎」(Master’s Thesis，Dept.of EECS，University of California at Berkeley，1989)中所述。具體來講，開圓表示輸入樣本或紋理元素t4的加權因子。如圖所示，該程序允許負的輸入樣本權值。在濾波器特性的兩端，響應變成零。
此同樣的方法可用於各個圖像，又稱作紋理「膠合」到三維畫面中的多邊形或其它圖元上。另一方面，此方法通常會在圖元邊緣附近變得無效，因為應該作用於特定最終像素的所有紋理元素應該可獲得。在符合諸如OpenGL或Direct 3D的標準直接模式API的系統的三維圖形流水線中一般不是這樣。這些系統一般逐個圖元地進行處理，即，在任何給定時刻，只有特定單個圖元的紋理元素可獲得。
為了說明這種情況，圖4表示一維情況的濾波程序的示意圖。這裡，特定像素無疑將需要來自曲線中兩個多邊形的已濾波色彩。通過正確的理論程序，可以構造連續信號並用作排除無法由輸出顯示柵格顯示的高頻分量的前置濾波器的輸入信號。通過這種方法，以同樣方式處理來自紋理圖像以及來自多邊形邊緣的高頻分量。超級採樣可被視為這種方法的粗略近似實際上，超級採樣在縮小到預期解析度期間對可能從不同圖元、如多邊形得到的子樣本應用濾波器輪廓。
現在根據本發明，在預期輸出解析度上計算像素色彩。與有關特定像素的前置濾波器覆蓋面有重疊的所有多邊形原則上的確對該像素起作用。對於有效地重疊哪個像素的前置濾波器覆蓋面的確定在傳統逆映射程序的應用下是複雜的，該程序可被視為輸出驅動的濾波程序。它在前向映射的應用下更為容易，該程序是輸入驅動的濾波器程序。因此，本實施例把上述程序與輸入驅動的濾波器程序相結合，它通過「splatting」或轉置直接形式濾波累積紋理元素對一組像素的作用。這將簡單地產生對特定像素的所有作用。對於哪些紋理元素將處於與多邊形重疊的有效前置濾波器覆蓋面之內的確定隱含地進行，不同於如此明確地進行的逆映射的程序。在輸入驅動的計算中，紋理元素可對若干輸出像素起作用。如果已經處理了前置濾波器覆蓋面中的全部紋理元素，則最終確定了某個像素。圖4表示對單個輸出像素起作用的兩個多邊形的一個實例。
注意，在操作直接模式API的三維圖形系統中，各種多邊形之間的相鄰關係一般不是已知的，使得將對特定單個像素起作用的這些若干多邊形的組合對於計算並非沒有價值。
邊緣反混疊技術可與單遍或兩遍前向紋理映射技術相結合。在更複雜一些的方法中，與傳統逆紋理映射技術的結合也是可行的。作為第一實例，這裡針對與輸入樣本驅動的前置濾波相結合的單遍前向紋理映射方法來論述縮小。在這方面，圖5a、5b說明紋理空間中的光柵化的實例。
這時，前向映射使紋理空間中的多邊形光柵化。雖然大部分光柵化器基於三角形進行工作，但該圖假定基於四邊形的光柵化器。從矩形到三角形的轉變的實現是簡單的。在圖5a中，正方形表示要與圖5b中面向左的側面相關的紋理區域。在圖5a中，在紋理柵格線的交叉點上定義紋理元素坐標。像素坐標由圖5b的屏幕空間中的柵格圖案上的小點表示。在紋理的正方形剪切塊內，前向紋理映射光柵化器遍歷全部紋理元素。每個紋理元素的坐標被映射到(x，y)-定義的屏幕坐標。在圖5b中，虛線箭頭表示這樣遍歷的映射紋理元素跨距。在圖6a、6b中，交叉線表示特定紋理元素從紋理空間到屏幕空間的映射。
圖6b說明具有來自圖6a所示的特定紋理元素的作用的像素。它們是根據映射的紋理元素坐標來確定的。其前置濾波器覆蓋面與映射的紋理元素坐標有重疊的像素將根據前置濾波器覆蓋面內的位置受影響、被加權。具體來講，具有來自交叉紋理元素的作用的像素採用較大的點來標記。通過利用濾波器輪廓把來自輸入紋理元素的作用分布到輸出像素上的輸入驅動的程序可通過一維實例來更好地說明。
例如，圖7舉例說明一維情況下來自各種紋理元素的作用。可以看到，這種情況下的紋理元素將對最靠近所映射的紋理元素坐標的四個像素起作用。要對其起作用的像素的數量等於濾波器覆蓋面的單位寬度(或2D中的面積)(當應用縮小時)。濾波的這種方法在1D中可極有效地進行。在這種情況下，可採用稱作「轉置直接形式多相FIR濾波器結構」的視頻濾波器技術。二維紋理映射和濾波可通過兩遍連續的1D濾波有效地進行，但是，在本節不作進一步考慮。
輸入驅動的程序的優點在於，當前多邊形的「邊緣區域」內的像素(其中像素的前置濾波器覆蓋面部分與此多邊形重疊)將獲得「部分」像素色彩。這個部分像素色彩則被補充從一個或多個其它相鄰多邊形、或者在輪廓邊的情況下從背景多邊形得到的部分色彩。在這方面，圖8a、8b說明多邊形的左面「邊緣像素」的位置。例如，前置濾波器的正方形覆蓋面的面積為3×3。在圖8b中，對於一個在多邊形邊界內部、一個在多邊形邊界外部的兩個像素，前置濾波器覆蓋面表示為具有內部大交叉線的正方形。只有處於前置濾波器覆蓋面之內的當前多邊形的紋理元素、而不是處於紋理空間中的多邊形邊界之外的紋理元素應該對所述像素起作用。
為了更為精確和明顯，應該僅使用多邊形邊界之內的紋理信號。但是，當採用高階重構濾波器時，多邊形邊界之外的紋理元素也可對多邊形邊界之內的信號起作用，從而進一步對所述像素起作用。
這更具體地表示在圖9a、9b中，它們說明僅對於前置濾波器覆蓋面中以及在應該起作用的多邊形內的紋理元素的相同情況。原始紋理元素位置及其在像素空間中的對應部分每次通過小交叉線來表示。
對一個像素的多邊形作用是紋理元素坐標在像素的前置濾波器覆蓋面內被映射的紋理元素作用的總和。紋理元素色彩作用在所述多邊形的光柵化過程中累積為單值。我們建議把這些多邊形對像素的作用值存儲在圖2所示的段緩衝器中，以便能夠在已經呈現所有多邊形之後的後處理步驟中正確地組合最終像素色彩。多邊形對像素的作用值包括(部分)色彩、作用因子(所有起作用的紋理元素的總的權值)、深度值以及甚至可能是這裡未考慮的其它數據。我們把這稱作像素段。
另外，把上述邊緣反混疊方法應用於傳統逆紋理映射也是可行的。為此，如果前置濾波器覆蓋面僅部分覆蓋所述多邊形，則傳統濾波器可擴展為還輸出部分色彩。
另一種常見的按段操作是所謂的α測試，其中α通道中的信息被用來確定特定色彩是否應該起作用。按照傳統方式，此α測試作為按段操作執行。按照每個紋理元素、即在濾波之前執行α測試可能是有利的。在這種情況下，如果特定紋理元素沒有通過α測試，則它對該像素的作用被設置為零，即使該紋理元素處於所述像素的前置濾波器覆蓋面之內。這樣，前置濾波器還用來對α測試指定的邊緣進行反混疊。像素段操作模塊中的α測試操作最好是正好位於濾波器單元之前。
權利要求
1.一種對於與一個或多個三維對象的模型有關的信息執行計算機圖形處理操作的方法，其中所述模型包括紋理信息，所述方法包括呈現步驟，所述呈現步驟包括允許仿射和非仿射二維圖像變換的變換步驟，其中包括變換所述紋理信息，通過利用濾波步驟來抑制所呈現圖像中的一個或多個帶紋理圖元的內部的混疊人為現象，所述方法的特徵在於，所述濾波還被用於傳遞這種圖元的邊緣的兩側的部分色彩，以及其中這些部分色彩的集合被用於抑制所述圖元的邊緣混疊引起的人為現象。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述圖元包括以下集合中的一項或多項三角形、四邊形、其它多邊形以及具有彎曲邊緣的表面、如貝塞爾面片。
3.一種為實現如權利要求1所述的方法而設置的系統，所述系統包括呈現模塊，所述呈現模塊包括允許仿射和非仿射二維圖像變換的變換單元，用於變換所述紋理信息，所述系統還包括用於執行濾波步驟、以便抑制所呈現圖像中的一個或多個帶紋理圖元的內部的混疊人為現象的濾波裝置，所述方法的特徵在於，所述濾波裝置還設置成傳遞圖元的邊緣兩側的部分色彩，用來抑制所述圖元的邊緣混疊所引起的人為現象。
4.如權利要求3所述的系統，其特徵在於，所述變換單元包括多相FIR濾波器。
5.如權利要求3所述的系統，其特徵在於，所述濾波裝置中的計算在已經被變換到輸出空間的紋理坐標上執行。
6.如權利要求3所述的系統，其特徵在於，所述濾波裝置中的計算在已經被變換到輸入空間的輸出樣本坐標上執行。
7.如權利要求3所述的系統，其特徵在於，所述濾波裝置中的計算在變換之前由輸入樣本驅動時執行。
8.如權利要求3所述的系統，其特徵在於，所述濾波裝置中的計算在由輸出樣本驅動時執行。
9.如權利要求3所述的系統，其特徵在於還包括到遠程呈現裝置的接口，用於從其中接收所述模型信息。
10.如權利要求3所述的系統，其特徵在於，所述α測試操作正好在所述濾波之前執行。
11.如權利要求3所述的系統，其特徵在於，所述邊緣反混疊技術與單遍或兩遍前向紋理映射技術相結合。
12.如權利要求3所述的系統，其特徵在於，所述邊緣反混疊技術與傳統逆紋理映射技術相結合。
全文摘要
對於與一個或多個三維對象的模型有關的信息執行計算機圖形處理操作，所述模型包括紋理信息。該方法包括呈現步驟，其中包括允許仿射和非仿射二維圖像變換的變換步驟，以及包括變換紋理信息。它採用濾波步驟來抑制所呈現圖像中一個或多個帶紋理圖元的內部的混疊人為現象。具體來講，該方法採用濾波來傳遞這種圖元的邊緣兩側的部分色彩。最後，部分色彩的集合抑制所述圖元的邊緣混疊引起的人為現象。
文檔編號G06T15/00GK1625758SQ03802890
公開日2005年6月8日 申請日期2003年1月30日 優先權日2002年2月1日
發明者K·邁恩德斯, B·G·B·巴倫布魯格 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司