專利名稱：分隔多邊形的圖象處理的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種圖象處理裝置和圖象處理方法，更詳細(xì)地說(shuō)，涉及一種可高速地執(zhí)行一圖象處理以真實(shí)地顯示三維目標(biāo)的三維圖象的圖象處理裝置和圖象處理方法。
在常規(guī)三維圖象處理裝置中，當(dāng)在屏幕上顯示一個(gè)三維圖象時(shí)，執(zhí)行以一標(biāo)準(zhǔn)(ASCⅡ.Vol.9)所描述的發(fā)光陰影(glow shading)或電話陰影(phoneshading)。該發(fā)光陰影是一種計(jì)算后面所述的多個(gè)多邊形的每一多邊形的各個(gè)頂點(diǎn)的亮度，和根據(jù)該計(jì)算值線性地在該多邊形平面上插入該亮點(diǎn)并且隨后確定在一三維圖象數(shù)據(jù)(后面稱之為多邊形數(shù)據(jù))中各個(gè)象素的亮度的方法。但是，這種方法不能表示在每一多邊形中該亮度的輕微的變化。在相應(yīng)于具有一大曲率的三維目標(biāo)的三維圖象中相互接觸的多個(gè)多邊形的一點(diǎn)是凸起的。另外，在該多邊形的整個(gè)表面上光的強(qiáng)度被混合。其結(jié)果，強(qiáng)光看起來(lái)似乎不自然。
該電話陰影是一種考慮到一具有一平坦平面的多邊形和具有多平坦平面的多個(gè)外圍多邊形之間的角度，并且隨后導(dǎo)出在一真實(shí)狀態(tài)中的彎曲表面因而計(jì)算出在該多邊形之內(nèi)的各個(gè)象素的所有亮度的方法。雖然這種方法可以表示出在該多邊形之內(nèi)的每一象素亮度的輕微變化，但由于需要對(duì)每一象素進(jìn)行復(fù)雜的亮度計(jì)算因而處理速率低。在這些象素單元中所執(zhí)行的亮度計(jì)算是一具有重負(fù)荷的處理。因此，為了以高速率進(jìn)行多個(gè)亮度的計(jì)算處理它必須要并聯(lián)執(zhí)行。因而，該電話陰影需要的電路尺寸要大于該發(fā)光陰影所需的電路尺寸。為此原因，該電話陰影技術(shù)不能處理需要高速處理的電視節(jié)目。因此，發(fā)光陰影方法通常使用在電視節(jié)目中。
現(xiàn)在來(lái)說(shuō)明該多邊形。

圖1A至1C的示意圖用來(lái)說(shuō)明該多邊形。首先，根據(jù)相應(yīng)于輸入映射圖形的分解密度而分隔一目標(biāo)表面的圖象。這時(shí)，例如，如果在該映射圖形的各個(gè)象素中一相對(duì)不規(guī)則程度的典型的分解值，即Z值為4×4時(shí)，如圖1A所示該目標(biāo)表面圖象被分隔為4×4區(qū)域。由發(fā)隔所得到的每一區(qū)域的中心點(diǎn)被置為一內(nèi)部頂點(diǎn)T，并且每一內(nèi)部頂點(diǎn)T的坐標(biāo)根據(jù)相應(yīng)于該映射圖形的Z值的一值而被位移。此時(shí)，在平面表面圖形的情況下，該內(nèi)部頂點(diǎn)T的坐標(biāo)在垂直于平面表面的方向上朝上和朝下位移。在曲面表面圖形的情況下，該內(nèi)部頂點(diǎn)T的坐標(biāo)在曲面表面的曲面半徑方向上朝上和朝下位移。因此，該曲面表面如圖1B所示那樣構(gòu)成。這種曲面表面被分隔成多個(gè)多邊形，具體地說(shuō)具有三角形形狀。其結(jié)果，在圖1C中所示的每一三角形P的數(shù)據(jù)作為多邊形數(shù)據(jù)而得到。
另外，當(dāng)利用計(jì)算機(jī)制圖來(lái)執(zhí)行設(shè)計(jì)和考慮時(shí)，希望能表現(xiàn)出實(shí)際目標(biāo)的材料感覺(jué)，即，希望能表現(xiàn)出精確的不規(guī)則感覺(jué)和在目標(biāo)表面的色彩。置換映射是已知的表現(xiàn)目標(biāo)表面的不規(guī)則性的方法。但是，在這種方法中難以獲得有關(guān)如何表示該不規(guī)則性的信息。
在待審日本專利申請(qǐng)(JP-A-平3-271877)中披露了一種常規(guī)的圖象處理裝置。該考慮文獻(xiàn)中所披露的圖象處理裝置是一用來(lái)給定和顯示所希望的該目標(biāo)表面的不規(guī)則性、色彩或圖案的一裝置。該常規(guī)圖象處理裝置包括具有Z值的映射圖形數(shù)據(jù)。在該圖象處理裝置中，每一象素根據(jù)該Z值而升或降，從而給出一三維坐標(biāo)圖象的表面。另外，一映射部分涉及在該映射圖形中的每一象素的色彩以向該三維圖象的表面給出色彩和/或圖案。但是，給出該不規(guī)則的處理非常復(fù)雜，使得多邊形的數(shù)量大大增加。結(jié)果是處理速率下降。
例如，在上述參考文獻(xiàn)中所披露的圖象處理裝置是利用發(fā)光陰影來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在這種情況中，由于上述處理必須增加執(zhí)行給出目標(biāo)表面的不規(guī)則性的置換映射處理和計(jì)算多邊形的亮度的處理，從而使得負(fù)荷變重。為了獲得高速操作，如上所述，它必須執(zhí)行多次置換映射處理和多次亮度計(jì)算處理。其結(jié)果，與發(fā)光陰影相比較該電路尺寸大為增加。
例如，在電視節(jié)目中使用的三維圖象處理，響應(yīng)于由操作員鍵盤(pán)操作輸入的信息，它必須保證目標(biāo)穩(wěn)定地實(shí)時(shí)逼真地被操作或被移動(dòng)。但是，類似于發(fā)光陰影方法和電話陰影方法，該常規(guī)圖象處理裝置僅用在其處理速度并不重要的靜止圖象的范圍。
本發(fā)明是考慮到上述問(wèn)題來(lái)實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種可以高速真實(shí)地處理一圖象并且電路結(jié)構(gòu)盡可能地簡(jiǎn)單的圖象處理裝置。
本發(fā)明的另一目的是提供一種可高速真實(shí)地處理一圖象的圖象處理方法。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的一個(gè)方面，一圖象處理裝置包括一顯示單元，一多邊形分隔部分，用來(lái)根據(jù)該多邊形的幾何數(shù)據(jù)和參考數(shù)據(jù)來(lái)有選擇地分隔近似表示一三維目標(biāo)的一組多邊形中的每一個(gè)以將該多邊形變換為新的多邊形組。一亮度計(jì)算部分，當(dāng)一光束照射到該三維物體時(shí)，計(jì)算表示該三維物體的該新的多邊形組的每一頂點(diǎn)的每一亮度。一顯示控制部分，顯示相應(yīng)于從該顯示單元的視點(diǎn)看去的具有所計(jì)算亮度的該三維物體的三維圖象。
該圖象處理裝置可進(jìn)一步包括一坐標(biāo)轉(zhuǎn)換部分，用來(lái)根據(jù)旋轉(zhuǎn)指令、擴(kuò)展指令和位移指令中的至少一個(gè)指令坐標(biāo)轉(zhuǎn)換表示近似表示該三維目標(biāo)的多個(gè)多邊形中的每一個(gè)的多邊形組數(shù)據(jù)以產(chǎn)生該多邊形組。
該顯示控制部分可包括一隱藏表面刪除部分，用來(lái)除去從該視點(diǎn)未看到的新多邊形組中的每一多邊形的整個(gè)部分或一部分。
另外，該顯示控制部分可包括一結(jié)構(gòu)映射部分，用來(lái)將一結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)映射到與從該視點(diǎn)可看到的新多邊形組中的每一多邊形相關(guān)的一象素。
另外，該顯示控制部分可包括一凸起部分映射部分，用來(lái)計(jì)算一凸起部分的突起或收縮以產(chǎn)生一凸起數(shù)據(jù)，和用來(lái)將該凸起數(shù)據(jù)映射到一與從視點(diǎn)看到的新的多邊形組的每一多邊形相關(guān)的一象素。
該多邊形分隔部分將該多邊形組的每一多邊形根據(jù)多邊形組的每一多邊形的各邊的長(zhǎng)度和參考數(shù)據(jù)分隔成新的多邊形。當(dāng)該多邊形組的每一多邊形具有一三角形形狀時(shí)，該多邊形分隔部分將多邊形邊組的每一多邊形的每一邊的長(zhǎng)度與該參考數(shù)據(jù)相比較，當(dāng)這些邊的至少一邊的長(zhǎng)度大于該參考數(shù)據(jù)時(shí)將該多邊形組的每一多邊形分隔成新的多邊形。在這種情況下，當(dāng)三邊的長(zhǎng)度均大于該參考數(shù)據(jù)時(shí)該多邊形分隔部分將每一多邊形組的每一多邊形分隔為四個(gè)新的多邊形，當(dāng)三個(gè)邊中的二個(gè)邊的長(zhǎng)度均大于該參考數(shù)據(jù)時(shí)將該多邊形組的每一多邊形分隔成三個(gè)新的多邊形，和當(dāng)三個(gè)邊中的一個(gè)邊大于該參考數(shù)據(jù)時(shí)將多邊形組中的每一多邊形分隔成二個(gè)新的多邊形。
另外，該多邊形分隔部分可根據(jù)該參考數(shù)據(jù)和由對(duì)接觸該多邊形組的每一多邊形的每一頂點(diǎn)的平面的的具有單位量正常矢量進(jìn)行平均所得到的平均單位正常矢量而將多邊形組的每一多邊形分隔成新的多邊形。在這種情況中，該多邊形分隔部分最好是計(jì)算每二個(gè)平均單位正常矢量之間的角度，當(dāng)該角度中的至少一個(gè)角度大于該參考值時(shí)將多邊形組中的每一多邊形分隔成新的多邊形。此外，該多邊形分隔部分可以計(jì)算在多個(gè)分量單元中的每二個(gè)平均單元正常矢量之間的分量角度，當(dāng)該分量角度中的至少一個(gè)大于該參考數(shù)據(jù)時(shí)將多邊形組中的每一多邊形分隔成新的多邊形。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的另一方面，一種顯示相應(yīng)于三維目標(biāo)的一三維圖象的方法包括有步驟根據(jù)該多邊形的幾何數(shù)據(jù)和參考數(shù)據(jù)分隔近似表示一三維目標(biāo)的一組多邊形中的每一多邊形以將該多邊形組轉(zhuǎn)換為一新的多邊形組；當(dāng)一光束幅射到該三維目標(biāo)時(shí)計(jì)算該新多邊形組的每一多邊形的每一頂點(diǎn)的亮度；和顯示相應(yīng)于從一顯示單元的視點(diǎn)看到的具有所計(jì)算亮度的該三維目標(biāo)的三維圖象。
圖1A示出了被分隔的一目標(biāo)表面圖象的狀況；圖1B示出了一內(nèi)部頂點(diǎn)的坐標(biāo)被移位并隨后形成一曲面表面的狀況；圖1C示出了該曲面表面被分割成三角形并隨后形成若干多邊形的狀況；圖2是一系統(tǒng)框圖，示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的一圖象處理裝置的構(gòu)成；圖3示出了一多邊形各邊的長(zhǎng)度；圖4的流程圖示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的該圖象處理裝置的整個(gè)操作；圖5的流程圖示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的該圖象處理裝置中的多邊形分割過(guò)程；圖6A和6B示出了該多邊形的三個(gè)邊均超過(guò)一參考值的情況；圖6C和6D示出了該多邊形的二個(gè)邊超過(guò)該參考值的情況；圖6E和6F示出了該多邊形的二個(gè)邊超過(guò)該參考值的情況；圖7的流程圖示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的圖象處理裝置中的凸起部分映射處理；圖8示出了在根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例中的該圖象處理裝置中一多邊形各個(gè)頂點(diǎn)之間的角度；和圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的一圖象處理裝置的構(gòu)成。
本發(fā)明的該圖象處理裝置將在下面結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的該圖象處理裝置的系統(tǒng)框圖。該圖象處理裝置包括有主要用來(lái)執(zhí)行分隔一多邊形的處理的幾何形狀部分11，和主要用來(lái)執(zhí)行一凸起部分映射處理的提供(rendering)部分12。該凸起部分映射處理是一種給予相應(yīng)于三維目標(biāo)的一三維圖象一不規(guī)則性(凸起)的方法。根據(jù)表明該不規(guī)則性的信息，即凸起數(shù)據(jù)，不具有不規(guī)則表面和正常矢量所構(gòu)成的三維圖象被起伏。因此，一簡(jiǎn)單的目標(biāo)表面似乎是不規(guī)則的。
下面將說(shuō)明在幾何形狀部分11中的各項(xiàng)處理。該幾何形狀部分11包括一坐標(biāo)轉(zhuǎn)換部分14，一多邊形分隔部分16，一亮度計(jì)算部分18和一屏幕放映部分19。
該坐標(biāo)轉(zhuǎn)換部分14具有轉(zhuǎn)換近似地表示三維目標(biāo)的三維圖象的一多邊形組中每一多邊形的坐標(biāo)的功能。坐標(biāo)轉(zhuǎn)換部分14從多邊形數(shù)據(jù)存貯單元13接收一多邊形數(shù)據(jù)，該多邊形數(shù)據(jù)由該多邊形組的每一多邊形的每一頂點(diǎn)的三維坐標(biāo)、平均單位正常矢量和結(jié)構(gòu)映射地址所構(gòu)成，以執(zhí)行諸如旋轉(zhuǎn)、擴(kuò)展、收縮、移位之類的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換處理。
多邊形分割部分16將從坐標(biāo)轉(zhuǎn)換部分14所傳送的該多邊形組的每一多邊形的各個(gè)邊的長(zhǎng)度與由分割值指定部分15所規(guī)定的一參考值相比較。該多邊形分割部分16重復(fù)該多邊形的分割直到各個(gè)邊的長(zhǎng)度等于或小于該參考值為止。
現(xiàn)在將說(shuō)明當(dāng)該多邊形被分割時(shí)所必須的計(jì)算公式。圖3示出了該多邊形的各邊的長(zhǎng)度。假定該三維空間坐標(biāo)分別是X、Y和Z，并且該多邊形的各個(gè)頂點(diǎn)的坐標(biāo)是P0(X0,Y0,Z0)、P1(X1,Y1,Z1)和P2(X2,Y2,Z2)。在這種情況中，該多邊形的各個(gè)邊的長(zhǎng)度Lnm(在這種情況中nm=01,12,20)由下面等式1來(lái)確定。
Lnm(｜Xn-Xm｜2+｜Yn-Ym｜2+｜Zn-Zm｜2)1/2(nm=01,12,20)(1)在該公式(1)中，｜Xn-Xm｜,｜Yn-Ym｜和｜Zn-Zn｜分別表示各個(gè)邊的長(zhǎng)度的X、Y和Z分量。但是，因?yàn)樵撚?jì)算復(fù)雜，所以公式(1)可被簡(jiǎn)化。例如，該X、Y和Z分量的最長(zhǎng)分量被選擇為該多邊形的各個(gè)邊的長(zhǎng)度，則如下面公式(2)所示。
Lnm≈｜Xn-Xm｜或｜Yn-Ym｜或｜Zn-Zm｜(nm=01,12,20)(2)假定該空間坐標(biāo)為X,Y和Z，結(jié)構(gòu)映射地址的垂直分量和水平分量分別為U和V，平均單位正常矢量的X、Y和Z分量分別為Nx、Ny和Nz，和該多邊形的各個(gè)頂點(diǎn)是Pn(Xn,Yn,Zn,Un,Vn,Nxn,Nyn,Nzn(n=0,1,2))。在這種情況下，在該多邊形的各個(gè)邊的中心點(diǎn)Pnm(Xnm’,Ynm’,Znm,Unm,Vnm,Nxnm,Nynm,Nznm(nm=01,12,20))處的各個(gè)分量由下式(3)確定。
Anm=(An-Am)/2
(A=X,Y,Z,U,V,Nx,Ny,Nz；nm=01,12,20)(3)該亮度計(jì)算部分18具有計(jì)算多邊形組的每一多邊形的每一頂點(diǎn)的亮度的功能，從而當(dāng)一光束幅射到該三維目標(biāo)時(shí)可以顯示從一視點(diǎn)看見(jiàn)的三維圖象。該亮度計(jì)算部分18根據(jù)由多邊形分隔部分16所傳送的多邊形和由光源指定部分17所規(guī)定的點(diǎn)光源(或一并行光源)之間的距離，以及由光源指定部分17所規(guī)定的一正常矢量的角度來(lái)計(jì)算每一多邊形的每一頂點(diǎn)的亮度。該屏幕放映部分19具有在一屏幕上放映由亮度計(jì)算部分所得到的從該視點(diǎn)所看見(jiàn)的三維圖象的多邊形的功能。
下面將說(shuō)明在該提供部分12中的各個(gè)處理。該提供部分12由隱藏平面刪除部分21，結(jié)構(gòu)映射部分23和凸起映射部分25所構(gòu)成。
該隱藏平面刪除部分21具有給出一限制去除從該視點(diǎn)不能看見(jiàn)的一圖象部分的顯示的功能。該隱藏部分21接收來(lái)自屏幕放映部分的具有作為每一頂點(diǎn)數(shù)據(jù)的屏幕坐標(biāo)、亮度和結(jié)構(gòu)映射地址的多邊形。然后，該隱藏平面刪除部分21內(nèi)插每一頂點(diǎn)數(shù)據(jù)和確定表明在該多邊形中的每一象素的象素?cái)?shù)據(jù)。該隱藏平面刪除部分21進(jìn)一步將該所確定的象素?cái)?shù)據(jù)的Z值與在Z緩沖器20中所存貯的以前的Z值相比較并確定該象素的Z值是否是一涉及視界的值，其結(jié)果，如果該象素的Z值是一涉及視界的值，則隱藏平面刪除部分21更新在Z緩沖器中的Z值使得該象素?cái)?shù)據(jù)有效。如果該象素的Z值不是涉及視界的值，則該象素?cái)?shù)據(jù)被拋棄。
結(jié)構(gòu)映射部分23具有根據(jù)該結(jié)構(gòu)映射地址通過(guò)在穿過(guò)該隱藏平面刪除部分21的象素?cái)?shù)據(jù)中的相應(yīng)的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)22的功能。
該凸起映射部分25從一隱藏?cái)?shù)據(jù)存貯單元24讀取在該凸起的擴(kuò)展/收縮計(jì)算處理之后的相應(yīng)于凸起映射地址的一凸起數(shù)據(jù)，并隨后計(jì)算該起伏亮度的強(qiáng)度。
現(xiàn)在說(shuō)明用于該凸起映射處理所必須的公式。確定該凸起映射地址的垂直分量和水平分量分別為Ub和Vb，對(duì)該凸起的擴(kuò)展/收縮比率的Ub分量和Vb分量分別是UbScale和VbScale，和該輸出凸起映射地址分別是Ub’和Vb’。在這種情況下，由下式(4)來(lái)計(jì)算該凸起擴(kuò)展/收縮。
Ub’=Ub×UbScalVb’=Vb×VbScale(4)假定相應(yīng)于該凸起映射地址Ub’和Vb’的凸起數(shù)據(jù)是Bump，該凸起的強(qiáng)度比為Bp，在該強(qiáng)度計(jì)算之后的凸起數(shù)據(jù)是Bump’。則這個(gè)凸起數(shù)據(jù)由下式(5)來(lái)計(jì)算。
Bump’=Bump×Bp(5)
通過(guò)凸起映射部分25的象素?cái)?shù)據(jù)一旦被存貯在幀緩沖器26中。則與一幀相關(guān)的三維圖象被輸出并在CRT27中被顯示。
下面將說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的圖象處理裝置的操作。圖4是整個(gè)圖象處理裝置的操作的流程圖。
首先，在步驟S18，輸入一組多邊形的多邊形數(shù)據(jù)，該多邊形組的每一多邊形具有三維坐標(biāo)、平均單位正常矢量和結(jié)構(gòu)映射地址。然后，由該坐標(biāo)轉(zhuǎn)換部分14轉(zhuǎn)換該多邊形組的每一多邊形的坐標(biāo)。如果存在在該多邊形中的亮度大部分可變化的可能性則該多邊形被進(jìn)一步分隔(步驟S19和S20)。
在步驟S21，根據(jù)在該多邊形和由光源指定部分17所規(guī)定的點(diǎn)光源(或平行光源)之間的距離以及該正常矢量的角度，由亮度計(jì)算部分18計(jì)算該多邊形的每一頂點(diǎn)的亮度。在步驟S22，該多邊形被放映到從一視點(diǎn)看去的該屏幕中。在步驟S23，通過(guò)將在該多邊形中的每一象素的Z值與在Z緩沖器20中預(yù)先存貯的Z值相比較而由該隱藏平面刪除部分21確定該多邊形是否是可見(jiàn)的。這時(shí)，如果該多邊形是可見(jiàn)的，則由該象素的Z值更新在Z緩沖器20中的Z值，并且該象素?cái)?shù)據(jù)被做為是有效的。如果該多邊形不可見(jiàn)，則該象素?cái)?shù)據(jù)被拋棄。
在步驟S24，根據(jù)由該結(jié)構(gòu)映射部分23的該結(jié)構(gòu)映射數(shù)據(jù)在該象素?cái)?shù)據(jù)中通過(guò)相應(yīng)的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。在步驟S25，從凸起數(shù)據(jù)存貯單元24讀取該凸起數(shù)據(jù)，并且對(duì)該象素執(zhí)行凸起映射處理。然后，該象素的亮度被起伏并輸出到幀緩沖器26(步驟S26)。
在步驟S27，確定對(duì)在該多邊形中的所有象素的處理是否均已進(jìn)行。如果未對(duì)所有象素進(jìn)行處理，則操作流程返回到步驟S23，并重復(fù)該處理。如果已對(duì)所有象素進(jìn)行了處理，則該操作流程進(jìn)行到步驟S28。在步驟S28，確定是否結(jié)束了對(duì)所有多邊形的處理。其結(jié)果，如果未對(duì)所有多邊形進(jìn)行處理，則該操作流程返回到步驟S21，并且重復(fù)該過(guò)程。如果所有的多邊形均已被處理，則該過(guò)程結(jié)束。對(duì)于上述各項(xiàng)處理，步驟S18至S22中的處理是在各多邊形單元中執(zhí)行，而步驟S23至S25中的處理是在各象素單元中執(zhí)行。
現(xiàn)在參照?qǐng)D5和圖6A至6F來(lái)說(shuō)明多邊形分隔處理。圖5的流程示出了當(dāng)在圖4中的步驟S20中該多邊形被分隔時(shí)的一子程序。在圖6A至6F中，示出了分隔該多邊形的實(shí)際例子。圖6A所示的是該多邊形的三條邊(L01,L12和L20)均大于參考值L的情況。圖6C所示的是該多邊形的邊L01、L12和L20中的二條邊大于參考值L，即L20,L01＞L的情況。圖6E示出了該多邊形的邊L01、L12和L20中的一條邊大于參考值L，即L12＞L的情況。
首先，在步驟S29，輸入具有三維坐標(biāo)，平均單位正常矢量和結(jié)構(gòu)映射地址的一多邊形的多邊形數(shù)據(jù)。然后在步驟S30中計(jì)算該多邊形各邊的長(zhǎng)度。在步驟S31中，將該多邊形中的各邊的長(zhǎng)度與參考值L比較。如果所有三條邊的長(zhǎng)度均大于參考值L，則在步驟S32中該多邊形的三條邊分別被等分，如圖6B所示該多邊形被分隔成四個(gè)新的多邊形。如果僅僅二條邊大于參考值L，則在步驟S33中該多邊形的這二條邊被等分，因此如圖6D所示該多邊形被分隔成三個(gè)新的多邊形。另外，如果僅僅一條邊大于參考值L，則在步驟S34中該多邊形的一條邊被等分，因此如圖6F所示該多邊形被分隔成二個(gè)新的多邊形。
在步驟S32至S34中的處理分別結(jié)束之后，該操作流程返回到步驟S30。該處理被重復(fù)直至該多邊形的所有三條邊變?yōu)榈扔诨蛐∮趨⒖贾礚為止。
下面將說(shuō)明凸起映射處理。圖7的流程圖是圖4的步驟S25中有關(guān)該凸起映射的子程序。
首先，在步驟S35中將結(jié)構(gòu)映射地址和亮度從隱藏平面刪除部分21輸入到結(jié)構(gòu)映射部分23。在步驟S36中，從該結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)存貯單元22中讀取相應(yīng)于該結(jié)構(gòu)映射地址的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。在步驟S37中該結(jié)構(gòu)映射地址被轉(zhuǎn)換為凸起映射地址。然后，在步驟S38中執(zhí)行該凸起的擴(kuò)展/收縮計(jì)算。在步驟S39中從該凸起數(shù)據(jù)存貯單元24中讀出相應(yīng)于該凸起映射地址的凸起數(shù)據(jù)。在步驟S40中計(jì)算該凸起的明暗強(qiáng)度。另外，在步驟S41中根據(jù)所計(jì)算的凸起數(shù)據(jù)該亮度被起伏。在步驟S42中該亮度信息乘以結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，即R、G和B的色彩數(shù)據(jù)。
下面，將說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的圖象處理裝置。圖8示出了一多邊形各條邊的狀況。除了多邊形分隔部分16之外，本實(shí)施例的圖象處理裝置的結(jié)構(gòu)和操作與第一實(shí)施例是相同的。因此，僅說(shuō)明具有不同功能的該多邊形分隔部分16。
與第一實(shí)施例的情況相似，本實(shí)施例中的多邊形分隔部分16(參見(jiàn)圖2)執(zhí)行多邊形分隔計(jì)算。本實(shí)施例中的操作等效于由在平均單位正常矢量之間的角度來(lái)替換在第一實(shí)施例中的該多邊形的各邊長(zhǎng)情況中的操作。
也就是說(shuō)，該多邊形分隔部分16接收平均單位正常矢量，其中在與該多邊形的各個(gè)角相接觸的平面上的正常矢量被平均并且具有1的量值。然后，多邊形分隔部分16計(jì)算計(jì)算每二個(gè)平均單位正常矢量之間的角度并與一參考值相比較。如果該角度大于參考值，則該多邊形被進(jìn)一步分隔。該分隔被重復(fù)直至該角度等于或小于參考值為止。由坐標(biāo)轉(zhuǎn)換部分14(參見(jiàn)圖2)來(lái)計(jì)算平均單位正常矢量。
現(xiàn)在將說(shuō)明確定該多邊形的各個(gè)頂點(diǎn)的平均單位正常矢量中的每二個(gè)矢量之間的角度的公式。假定該多邊形的各個(gè)頂點(diǎn)的平均單位正常矢量分別為Nxn、Nyn和Nzn。在這種情況中，在圖8中的該多邊形的各個(gè)頂點(diǎn)的平均單位正常矢量中的二個(gè)矢量之間的角度αnm(nm=01,12,20)由下式(6)來(lái)確定。
Sin(αnm)=(Nxn×Nxm+Nyn×Nym+Nzn×Nzm)(nm=01,12,20)(6)這里在式(6)中的Nxn×Nxm,Nyn×Nym和Nzn×Nzm分別表示X分量、Y分量和Z分量之間的角度。
另一方面，基于式(6)，可用式(7)計(jì)算該平均單元正常矢量的各個(gè)X、Y和Z分量之間的角度。在這種情況中，最大角度作為在該頂點(diǎn)之間的一角度而被選擇和規(guī)定，雖然這并不是確定該角度的方法。
Sin(αnm)=｜Nxn×Nxm｜或｜Nyn×Nym｜或｜Hzn×Nzm｜(nm=01,12,20)(7)下面說(shuō)明根據(jù)第三實(shí)施例的圖象處理裝置。圖9的框圖示出了這種圖象處理裝置。
這種圖象處理裝置包括一操作處理部分43。與圖2的圖象處理裝置相似的多邊形數(shù)據(jù)存貯單元13、分隔值指定部分15、光源指定部分17、凸數(shù)據(jù)存貯單元24、Z緩沖器20、幀緩沖器26、結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)存貯單元22和CRT27被連接到該操作處理部分43。另外，與該操作處理部分43相連的還有在其中作為處理程序記錄有包含一多邊形分隔的幾何形狀處理過(guò)程的記錄介質(zhì)44。該記錄介質(zhì)44由一磁盤(pán)、半導(dǎo)體存貯器等構(gòu)成。
該圖象處理裝置從記錄介質(zhì)44中讀取該處理程序并傳送到操作處理部分43。該操作處理部分執(zhí)行類似于在第一實(shí)施例中的幾何形狀部分11中的各個(gè)處理部分(14,16,18和19)的處理并以及在提供部分12中的各處理部分(21,23和25)的處理。
如上所述，根據(jù)在第一到第三實(shí)施例中的圖象處理裝置，當(dāng)光束從光源幅射到稍大多邊形的中心從而僅該多邊形的中心較亮而該多邊形由于到該光源的距離變得較長(zhǎng)而變得較暗時(shí)，它能夠分隔該多邊形并計(jì)算多邊形每一頂角的亮度。與常規(guī)發(fā)光陰影相比較這就改善了圖象質(zhì)量。
另外，如果在該多邊形中的亮度有可能大部分變化時(shí)，即，如果存在圖象質(zhì)量下降的可能性時(shí)，它能夠分隔該多邊形以計(jì)算該多邊形的每一頂點(diǎn)的亮度。因此，與常規(guī)的電話陰影相比較可在不降低圖象質(zhì)量的情況下進(jìn)行圖象處理。
另外，它不必計(jì)算每一象素的亮度，并且僅對(duì)被分隔的多邊形的各個(gè)頂點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算就足夠了。因此，處理速率大大改善。
還有，在第一到第三實(shí)施例中的該圖象處理裝置僅僅執(zhí)行多邊形表面的亮度乘以該凸起數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)單計(jì)算就可以表示該凸起，不同于常規(guī)的置換映射。因此，這使得該計(jì)算過(guò)程的負(fù)荷變輕，從而極大地改善了處理速率。
如上所述，根據(jù)最佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作了說(shuō)明。但是，該圖象處理裝置和圖象處理方法并不限于上述實(shí)施例。根據(jù)上述實(shí)施例而對(duì)其作了各種改進(jìn)和變化的圖象處理裝置和圖象處理方法均包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，它能夠逼真地高速處理圖象。另外，它可以利用簡(jiǎn)單的電路結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)該圖象處理裝置并且還可以實(shí)施在實(shí)時(shí)狀態(tài)下以高速處理圖象的圖象處理方法。
權(quán)利要求
1．一種圖象處理裝置包括一顯示單元；多邊形分隔裝置，用來(lái)根據(jù)所述多邊形的幾何數(shù)據(jù)和一參考數(shù)據(jù)有選擇地分隔近似表示一三維目標(biāo)的多邊形組的每一多邊形以將所述多邊形組轉(zhuǎn)換成一新的多邊形組；亮度計(jì)算裝置，用來(lái)當(dāng)一光速幅射到所述三維目標(biāo)時(shí)計(jì)算表示所述三維目標(biāo)的所述新的多邊形組的每一多邊形的每一頂點(diǎn)的亮度；和顯示控制裝置，用來(lái)顯示從在所述顯示單元的一視點(diǎn)看去的具有所計(jì)算的亮度的相應(yīng)于所述三維目標(biāo)的三維圖象。
2．如權(quán)利要求1的圖象處理裝置，進(jìn)一步包括有坐標(biāo)轉(zhuǎn)換裝置，用來(lái)根據(jù)旋轉(zhuǎn)指令、擴(kuò)展指令、收縮指令和位移指令中的至少一種指令坐標(biāo)轉(zhuǎn)換近似表示所述三維目標(biāo)的表示多個(gè)多邊形中的一個(gè)多邊形的多邊形數(shù)據(jù)，以產(chǎn)生所述多邊形組。
3．如權(quán)利要求1的圖象處理裝置，其中所述顯示控制裝置包括隱蔽表面刪除裝置，用來(lái)除去從該視點(diǎn)未看見(jiàn)的所述新的多邊形組的每一多邊形的整個(gè)部分或一部分。
4．如權(quán)利要求1的圖象處理裝置，其中所述顯示控制裝置包括結(jié)構(gòu)映射裝置，將一結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)映射到相應(yīng)于從該視點(diǎn)看見(jiàn)的所述新的多邊形組的每一多邊形的一象素。
5．如權(quán)利要求1的圖象處理裝置，其中所述顯示控制裝置包括凸起映射部分，用來(lái)計(jì)算一凸起的擴(kuò)展或收縮以產(chǎn)生一凸起數(shù)據(jù)，并且用來(lái)將該凸起數(shù)據(jù)映射到相應(yīng)于從該視點(diǎn)看見(jiàn)的所述新的多邊形組的每一多邊形的一象素。
6．如權(quán)利要求1-5的任何一個(gè)權(quán)利要求的圖象處理裝置，其中所述多邊形分隔裝置根據(jù)所述多邊形組的每一多邊形的邊長(zhǎng)和參考數(shù)據(jù)將所述多邊形組的每一多邊形分隔成新的多邊形。
7．如權(quán)利要求6的圖象處理裝置，其中所述多邊形組的每一多邊形具有三角形形狀，和其中所述多邊形分隔裝置將所述多邊形組的每一多邊形的所述邊的每一長(zhǎng)度與所述參考數(shù)據(jù)相比較并且當(dāng)所述邊的至少一邊的長(zhǎng)度大于所述參考值時(shí)將所述多邊形組的每一多邊形分隔成所述新的多邊形。
8．如權(quán)利要求7的圖象處理裝置，其中所述多邊形分隔裝置當(dāng)所述三條邊的長(zhǎng)度均大于參考數(shù)據(jù)時(shí)將所述多邊形組的每一多邊形分隔成四個(gè)新的多邊形，當(dāng)所述三條邊中的二條邊的長(zhǎng)度大于參考數(shù)據(jù)時(shí)將所述多邊形組的每一多邊形分隔成三個(gè)新的多邊形，和當(dāng)所述三條邊中的一條邊大于參考數(shù)據(jù)時(shí)將所述多邊形組的每一多邊形分隔成二個(gè)新的多邊形。
9．如權(quán)利要求1-5的任何一個(gè)權(quán)利要求的圖象處理裝置，其中所述多邊形分隔裝置根據(jù)所述參考數(shù)據(jù)和由將接觸所述多邊形組的每一多邊形的每一頂點(diǎn)的平面的正常矢量平均所得到的具有一單位量的平均單位正常矢量而將所述多邊形組的每一多邊形分隔成新的多邊形。
10．如權(quán)利要求9的圖象處理裝置，其中所述多邊形分隔裝置計(jì)算每二個(gè)所述平均單位正常矢量之間的角度，并且當(dāng)所述角度中的至少一個(gè)角度大于所述參考數(shù)據(jù)時(shí)將所述多邊形組中的每一多邊形分隔成新的多邊形。
11．如權(quán)利要求9的圖象處理裝置，其中所述多邊形分隔裝置計(jì)算在分量單位中每二個(gè)所述平均單位正常矢量之間的分量角度，并且當(dāng)所述分量角度中的至少一個(gè)大于參考數(shù)據(jù)時(shí)將所述多邊形組的每一多邊形分隔成新的多邊形。
12．一種顯示相應(yīng)于一三維目標(biāo)的三維圖象的方法，包括有步驟根據(jù)一幾何形狀數(shù)據(jù)和參考數(shù)據(jù)有選擇地分隔近似表示一三維目標(biāo)的一多邊形組的每一多邊形以將所述多邊形組轉(zhuǎn)換成一新的多邊形組；當(dāng)一光束輻射到所述三維目標(biāo)時(shí)計(jì)算表示所述三維目標(biāo)的所述新的多邊形組的每一多邊形的每一頂點(diǎn)的亮度；和顯示從在一顯示單元的一視點(diǎn)所看見(jiàn)的相應(yīng)于所述三維圖象的具有所計(jì)算亮度的一三維圖象。
13．如權(quán)利要求12的方法，進(jìn)一步包括有根據(jù)旋轉(zhuǎn)指令、擴(kuò)展指令、收縮指令和位移指令中的至少一種指令坐標(biāo)轉(zhuǎn)換近似表示所述三維目標(biāo)的多個(gè)多邊形的每一多邊形的多邊形數(shù)據(jù)以產(chǎn)生所述多邊形組的步驟。
14．如權(quán)利要求12的方法，其中所述顯示步驟包括刪除從該視點(diǎn)未看見(jiàn)的所述新的多邊形組的每一多邊形的全部或部分。
15．如權(quán)利要求12的方法，其中所述顯示步驟包括將一結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)映射給一相應(yīng)于從該視點(diǎn)所看見(jiàn)的所述新的多邊形邊組的每一多邊形的一象素。
16．如權(quán)利要求12的方法，其中所述顯示步驟包括計(jì)算一凸起的擴(kuò)展或收縮以產(chǎn)生一凸起數(shù)據(jù)，和將該凸起數(shù)據(jù)映射到相應(yīng)于從該視點(diǎn)所看見(jiàn)的所述新的多邊形組的每一多邊形的一象素。
17．如權(quán)利要求12-16的任一權(quán)利要求的方法，其中所述分隔步驟包括根據(jù)所述多邊形組的每一多邊形的邊長(zhǎng)和所述參考數(shù)據(jù)將所述多邊形組的每一多邊形分隔成新的多邊形。
18．如權(quán)利要求17的方法，其中所述多邊形組的每一多邊形具有一三角形形狀，和其中所述分隔步驟包括將所述多邊形組的每一多邊形的每一邊的長(zhǎng)度與參考數(shù)據(jù)相比較；和當(dāng)所述邊的至少一條邊的長(zhǎng)度大于所述參考數(shù)據(jù)時(shí)將所述多邊形組的每一多邊形分隔成新的多邊形。
19．如權(quán)利要求18的方法，其中所述分隔步驟包括當(dāng)所述三條邊的長(zhǎng)度均大于參考數(shù)據(jù)時(shí)將所述多邊形組的每一多邊形分隔成四個(gè)新的多邊形；當(dāng)所述三條邊中的二條邊的長(zhǎng)度大于參考數(shù)據(jù)時(shí)將所述多邊形組的每一多邊形分隔成三個(gè)新的多邊形；和當(dāng)所述三條邊中的一條邊的長(zhǎng)度大于參考數(shù)據(jù)時(shí)將所述多邊形組的每一多邊形分隔成二個(gè)新的多邊形。
20．如權(quán)利要求12-16中的任一權(quán)利要求的方法，其中所述分隔步驟包括根據(jù)所述參考數(shù)據(jù)和由對(duì)接觸所述多邊形組的每一多邊形的每一項(xiàng)的平面的正常矢量平均所得到的具有一單位量的平均單位正常矢量而將所述多邊形組的每一多邊形分隔成新的多邊形。
21．如權(quán)利要求20的方法，其中所述分隔步驟包括計(jì)算每二個(gè)所述平均單位正常矢量之間的角度；和當(dāng)所述角度中的至少一個(gè)角度大于參考數(shù)據(jù)時(shí)將所述多邊形組中的每一多邊形分隔成新的多邊形。
22．如權(quán)利要求20的方法，其中所述分隔步驟包括計(jì)算在分量單位中的每二個(gè)所述平均單位正常矢量之間的分量角度；和當(dāng)所述分量角度中的至少一個(gè)角度大于參考數(shù)據(jù)時(shí)將所述多邊形組的每一多邊形分隔成新的多邊形。
全文摘要
在一圖象處理裝置中,一多邊形分隔部分根據(jù)一多邊形的幾何數(shù)據(jù)和參考數(shù)據(jù)有選擇地分隔近似表示一三維目標(biāo)的一多邊形組的每一多邊形以將該多邊形組轉(zhuǎn)換為新的多邊形組。當(dāng)一光束輻射到該三維目標(biāo)時(shí),亮度計(jì)算部分計(jì)算表示該三維目標(biāo)的新的多邊形組的每一多邊形的每一頂點(diǎn)的亮度。顯示控制部分顯示從在一顯示單元中一視點(diǎn)看見(jiàn)的具有所計(jì)算的亮度的表示該三維目標(biāo)的三維圖象。
文檔編號(hào)G06T15/04GK1218940SQ9812581
公開(kāi)日1999年6月9日 申請(qǐng)日期1998年11月17日 優(yōu)先權(quán)日1997年11月17日
發(fā)明者川崎智之 申請(qǐng)人:日本電氣株式會(huì)社