專利名稱：基于深度圖像的三維圖形數(shù)據(jù)的高速顯像的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及三維(3D)圖形，特別是涉及用于基于深度圖像的三維圖形數(shù)據(jù)的高速顯像(visualization)的裝置以及方法。
背景技術(shù)：
最初，3D圖形的最終目標(biāo)是以與真實(shí)世界相比接近真實(shí)的方式來合成逼真的圖形圖像。通常，在3D計(jì)算機(jī)圖形中廣泛地使用多邊形網(wǎng)格(polygonalmesh)以表示3D物體，采用所述多邊形網(wǎng)格，任意形狀的物體可以被正確地模型化。由于在圖形算法和圖形處理器(GPU)中的這些優(yōu)點(diǎn)，因而，甚至非常復(fù)雜的物體或場(chǎng)景也可以被實(shí)時(shí)地渲染(render)。
近來，移動(dòng)設(shè)備如蜂窩電話和個(gè)人數(shù)據(jù)助理(PDA)已非常普及。而且，試圖提供一些多媒體業(yè)務(wù)，如圖形動(dòng)畫、移動(dòng)圖片、音樂和游戲等。而且，已嘗試在這樣的應(yīng)用中在移動(dòng)設(shè)備上顯示3D圖形物體。
然而，不象典型的個(gè)人計(jì)算機(jī)，當(dāng)我們?cè)噲D將3D圖形應(yīng)用于移動(dòng)設(shè)備時(shí)，將遇到嚴(yán)重的問題。首先，CPU通常不具有足夠的處理能力。其次，移動(dòng)CPU不支持浮點(diǎn)算數(shù)運(yùn)算。再次，它們也不具有硬件3D圖形加速器。由于這些原因，所以很難在移動(dòng)設(shè)備上以交互的幀速率來渲染3D物體。
另一方面，已提出一種不使用清晰網(wǎng)格表示的3D物體的表示和顯像的有效方法，稱為DIBR(Depth Image-Based Representation，基于深度圖像的表示)，該方法已被采用作為MPEG-4動(dòng)畫擴(kuò)展結(jié)構(gòu)(AFX)[1]中的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。它類似于浮雕紋理[2]。然而，DIBR更直觀并具有用于利用3D變形(3D warping)來快速渲染的更好的結(jié)構(gòu)。
在該方法中，我們提出一種DIBR的簡(jiǎn)單紋理格式的快速渲染算法[3]，該格式是一組覆蓋3D物體的可見表面的參考圖像。每一參考圖像由紋理(色彩)圖像和相應(yīng)的深度圖像組成，其中，每一像素值表示從圖像平面到物體表面的距離?；谏疃葓D像的模型(DIBM)的優(yōu)點(diǎn)在于參考圖像可以為物體提供高質(zhì)量的顯像而不直接使用復(fù)雜的多邊形網(wǎng)格。而且，合成新場(chǎng)景的渲染復(fù)雜度與像素的數(shù)目，而不是場(chǎng)景的復(fù)雜度成正比。該特征在通常具有低顯示分辨率的移動(dòng)設(shè)備上的渲染中很有用。根據(jù)DIBM，由紋理和深度圖像表示3D物體，所述物體由N個(gè)攝像機(jī)觀察，其中N是任意整數(shù)。在圖1中示出了DIBR的一個(gè)例子。
點(diǎn)紋理(point texture)和八立方體圖像(octree image)是DIBR系列的不同格式。在點(diǎn)紋理中，由如圖2所示的在一個(gè)攝像機(jī)位置上所觀測(cè)的像素陣列來表示物體。每一點(diǎn)紋理像素由色彩、對(duì)應(yīng)于從像素到攝像機(jī)的距離的深度和若干屬性表示，這些屬性有助于點(diǎn)紋理顯像。在物體和場(chǎng)景的每一行之間的每一交點(diǎn)中可存在多個(gè)像素。因此，點(diǎn)紋理一般由多層組成。在八立方體圖像中，通過使用圖3中所示的八立方體表示物體，在每一側(cè)上的圖像被用作參考圖像。
McMillan已提出一種能夠從新視點(diǎn)(view point)產(chǎn)生觀測(cè)圖而不需要完成深度測(cè)試的變形算法[4]?，F(xiàn)在。將詳細(xì)描述McMillan的方法。如圖4所示，根據(jù)參考圖像的幾何信息組織世界坐標(biāo)系(world coordinate system)。例如，參考坐標(biāo)系上的點(diǎn)P1被變換成世界坐標(biāo)系上的點(diǎn)P2。從新視點(diǎn)，點(diǎn)P2被看作點(diǎn)P3。通過將變換矩陣T應(yīng)用于點(diǎn)P1來獲得點(diǎn)P3。為了在新視點(diǎn)上對(duì)準(zhǔn)參考圖像的點(diǎn)，搜索投影點(diǎn)(epipolar point)，投影點(diǎn)對(duì)應(yīng)于投射到參考圖像的新視圖的中心(即新攝像機(jī)視野的中心)。而且，識(shí)別投影點(diǎn)投射到圖5中所示的9個(gè)區(qū)域的哪一個(gè)，然后根據(jù)z軸的符號(hào)確定參考圖像上的像素的潑濺順序(splatting order)。如果執(zhí)行順序顯像以便根據(jù)如上所述確定的順序，沿著格子陣列的行和列將像素逐一投射到新視圖上，由于最新映射的像素總是占據(jù)最近的點(diǎn)，所以不需要深度測(cè)試。
同時(shí)，Shade試圖擴(kuò)展深度圖像的概念，并已提出一種分層深度圖像方法，其中多個(gè)像素對(duì)應(yīng)于一個(gè)像素位置。該方法公開在文章[5]中，即J.Shade，S.Gortler，L.He和R.Szeliski，“Layered depth images”，Proc.of SIGGRAPH’98，第231-242頁，1998年7月。在簡(jiǎn)單深度圖像中，當(dāng)視點(diǎn)變化時(shí)，數(shù)據(jù)不存在的物體表面中發(fā)生扭曲。相反，在分層深度圖像中，由于甚至物體的不可見的背部表面也具有3D坐標(biāo)信息并組成分層的深度圖像，所以這樣的扭曲不會(huì)發(fā)生。分層深度圖像的顯像方法幾乎類似于McMillan的算法。特別是，根據(jù)如圖5所示的z軸的符號(hào)和新視圖的參考圖像上的投影點(diǎn)的位置來確定在新圖像中畫像素的順序和方向。根據(jù)該方法，總是可以獲得從后到前的顯像而不需要深度測(cè)試。
另一方面，在便攜式設(shè)備領(lǐng)域中，還沒有對(duì)通過使用基于圖像表示的3D圖形物體的高速顯像的充分研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供用于高速顯示由簡(jiǎn)單紋理、點(diǎn)紋理、和八立方體圖像之一所表示的、基于深度圖像的三維(3D)圖像數(shù)據(jù)以減少存儲(chǔ)器使用以及增加顯像速度的方法及裝置。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種基于深度圖像的三維(3D)圖形數(shù)據(jù)的高速顯像的方法，所述方法包括向由多個(gè)參考圖像組成的簡(jiǎn)單紋理數(shù)據(jù)分配存儲(chǔ)器；通過在預(yù)定視點(diǎn)上執(zhí)行所述簡(jiǎn)單紋理數(shù)據(jù)的每一參考圖像的3D變形來獲得多個(gè)變形圖像；通過執(zhí)行對(duì)組成所述多個(gè)變形圖像的每一像素的深度測(cè)試來獲得深度數(shù)據(jù)和色彩數(shù)據(jù)；和通過使用所述深度數(shù)據(jù)和所述色彩數(shù)據(jù)來顯示物體。
在向簡(jiǎn)單紋理數(shù)據(jù)分配存儲(chǔ)器的操作中，可以刪除參考圖像中的在包含所述物體的最小尺寸的方塊之外的背景數(shù)據(jù)，以及包含所述物體的最小尺寸的方塊可以包括深度和色彩數(shù)據(jù)。
可僅僅為在組成簡(jiǎn)單紋理數(shù)據(jù)的多個(gè)參考圖像當(dāng)中的、法向矢量具有低于相對(duì)于預(yù)定視圖矢量的預(yù)定水平面的角度的參考圖像執(zhí)行3D變形，上述3D變形可以包括通過將在新視點(diǎn)上的眼坐標(biāo)系的中心投射到所述簡(jiǎn)單紋理數(shù)據(jù)的參考圖像來搜索投影點(diǎn)；根據(jù)在所述參考圖像中限定的9個(gè)區(qū)域中的哪一區(qū)域?qū)?yīng)于所述投影點(diǎn)所投射到的區(qū)域來確定所述參考圖像的像素的變形順序；通過根據(jù)所述變形順序?qū)⑵渲幸讯x簡(jiǎn)單紋理的參考坐標(biāo)系的每一坐標(biāo)值變換成眼坐標(biāo)系來獲得變形圖像；和對(duì)于所述簡(jiǎn)單紋理數(shù)據(jù)的參考圖像重復(fù)執(zhí)行從搜索投影點(diǎn)到獲得變形圖像的步驟。
可以由浮點(diǎn)算數(shù)運(yùn)算的定點(diǎn)算數(shù)運(yùn)算來完成坐標(biāo)變換。所述定點(diǎn)算數(shù)運(yùn)算可以包括將浮點(diǎn)數(shù)變換成相應(yīng)的定點(diǎn)數(shù)；通過使用所變換的定點(diǎn)數(shù)執(zhí)行坐標(biāo)變換；和將坐標(biāo)變換的結(jié)果變換成浮點(diǎn)表示。執(zhí)行深度測(cè)試可以包括分別在前深度緩沖器和前色彩緩沖器中存儲(chǔ)由所述第一參考圖像的變形步驟所獲得的深度值和色彩值；分別在后深度緩沖器和后色彩緩沖器中存儲(chǔ)由所述第二參考圖像的變形步驟所獲得的深度值和色彩值；比較存儲(chǔ)在所述前深度緩沖器中的深度值和存儲(chǔ)在后深度緩沖器中的深度值；如果比較結(jié)果是存儲(chǔ)在所述前深度緩沖器中的深度值大于存儲(chǔ)在所述后深度緩沖器中的深度值，則分別使用存儲(chǔ)在所述后深度緩沖器中的深度值和存儲(chǔ)在所述后色彩緩沖器中的色彩值替換存儲(chǔ)在所述前深度緩沖器中的深度值和存儲(chǔ)在所述前色彩緩沖器中的色彩值；和對(duì)所有變形圖像重復(fù)執(zhí)行從存儲(chǔ)深度值和色彩值的步驟到替換深度值和色彩值的步驟。執(zhí)行深度測(cè)試的步驟還可以包括根據(jù)從預(yù)定視點(diǎn)到3D物體的距離來自適應(yīng)地控制條尺寸，和其中通過使用深度數(shù)據(jù)、色彩數(shù)據(jù)和適當(dāng)尺寸的條來完成顯示物體的步驟。自適應(yīng)地控制條尺寸的步驟包括通過比較參考圖像的分辨率和目標(biāo)圖像的分辨率來確定初始條尺寸；和根據(jù)放大/縮小操作的放大/縮小比率來調(diào)整初始條尺寸以產(chǎn)生目標(biāo)圖像。在確定初始條尺寸的步驟中，如果目標(biāo)圖像的分辨率小于或等于參考圖像的分辨率，則條尺寸被設(shè)置成1，以及如果目標(biāo)圖像的分辨率大于參考圖像的分辨率，則所述條尺寸被設(shè)置成平均放大高寬比。在調(diào)整初始條尺寸的步驟中，以縮放比率增加條尺寸以便防止在放大期間的“空洞”現(xiàn)象，以及以縮放比率縮小條尺寸以便保證在縮小期間的預(yù)定級(jí)別的顯像質(zhì)量。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種基于深度圖像的三維(3D)圖形數(shù)據(jù)的高速顯像的方法，所述方法包括讀取3D物體的點(diǎn)紋理數(shù)據(jù)；根據(jù)投影點(diǎn)的位置和深度坐標(biāo)值的符號(hào)來確定預(yù)定視點(diǎn)上的點(diǎn)紋理的參考圖像的變形順序；和通過使用變形順序來顯示3D物體。
讀取3D物體的步驟可被應(yīng)用到通過將由八立方體結(jié)構(gòu)所表示的3D物體數(shù)據(jù)變換成點(diǎn)紋理數(shù)據(jù)以及讀取所變換的3D物體數(shù)據(jù)來高速顯示點(diǎn)紋理的方法。讀取3D物體的步驟可以包括對(duì)由八立方體結(jié)構(gòu)表示的3D物體數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼；在相對(duì)于所述參考表面的法向方向上將所述八立方體的體素投射到參考表面的預(yù)定像素位置上，所述參考表面對(duì)應(yīng)于包括所解碼八立方體的六面體的預(yù)定表面；將從所述體素到對(duì)應(yīng)于投射到所述參考圖像上的體素的像素的距離定義為深度值；和將所述體素的色彩定義為色彩值。當(dāng)視點(diǎn)被改變時(shí)，在已定義點(diǎn)紋理的參考坐標(biāo)系的每一坐標(biāo)值被變換成眼坐標(biāo)系之后，可以執(zhí)行為點(diǎn)紋理的參考圖像確定變形順序的步驟。可以由浮點(diǎn)算數(shù)運(yùn)算的定點(diǎn)算數(shù)運(yùn)算來完成坐標(biāo)系變換?？梢酝ㄟ^使用所述變形順序和自適應(yīng)控制的條尺寸來顯示3D物體。
自適應(yīng)控制條尺寸的步驟可以包括通過比較參考圖像的分辨率和目標(biāo)圖像的分辨率來確定初始條尺寸；和根據(jù)放大/縮小操作的放大/縮小比率來修改初始條尺寸以產(chǎn)生目標(biāo)圖像。
仍根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種基于深度圖像的三維(3D)圖形數(shù)據(jù)的高速顯像的裝置，所述裝置包括簡(jiǎn)單紋理數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分配單元，用于向由多個(gè)參考圖像組成的簡(jiǎn)單紋理數(shù)據(jù)分配存儲(chǔ)器；變形單元，用于在預(yù)定視點(diǎn)上執(zhí)行簡(jiǎn)單紋理數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分配單元的簡(jiǎn)單紋理的每一參考圖像的3D變形；深度測(cè)試單元，用于對(duì)多個(gè)變形圖像的每一像素執(zhí)行深度測(cè)試以獲得深度數(shù)據(jù)和色彩數(shù)據(jù)；和顯像單元，用于通過使用所述深度數(shù)據(jù)和所述色彩數(shù)據(jù)來顯示3D物體。所述變形單元可以包括極向變換單元，用于通過將在預(yù)定視點(diǎn)上的眼坐標(biāo)系的中心投射到所述簡(jiǎn)單紋理數(shù)據(jù)的參考圖像來搜索投影點(diǎn)；變形順序確定單元，用于根據(jù)在所述參考圖像中限定的9個(gè)區(qū)域中的哪一區(qū)域?qū)?yīng)于所述投影點(diǎn)所投射到的區(qū)域來確定所述參考圖像的像素的變形順序；和像素變形單元，用于通過根據(jù)所述變形順序?qū)⑵渲幸讯x簡(jiǎn)單紋理的參考坐標(biāo)系的每一坐標(biāo)值變換成眼坐標(biāo)系來獲得變形圖像。所述深度測(cè)試單元可以包括前深度緩沖器，用于存儲(chǔ)由所述第一參考圖像的變形所產(chǎn)生的深度值；前色彩緩沖器，用于存儲(chǔ)由所述第一參考圖像的變形所產(chǎn)生的色彩值；后深度緩沖器，用于存儲(chǔ)由所述第二參考圖像的變形所產(chǎn)生的深度值；后色彩緩沖器，用于存儲(chǔ)由所述第二參考圖像的變形所產(chǎn)生的色彩值；深度比較單元，用于比較存儲(chǔ)在所述前深度緩沖器中的深度值和存儲(chǔ)在后深度緩沖器中的深度值；和更新單元，如果比較結(jié)果是存儲(chǔ)在所述前深度緩沖器中的深度值大于存儲(chǔ)在所述后深度緩沖器中的深度值，則分別使用存儲(chǔ)在所述后深度緩沖器中的深度值和存儲(chǔ)在所述后色彩緩沖器中的色彩值替換存儲(chǔ)在所述前深度緩沖器中的深度值和存儲(chǔ)在所述前色彩緩沖器中的色彩值，以及對(duì)所有的參考圖像重復(fù)執(zhí)行從存儲(chǔ)深度值和色彩值的步驟到替換深度值和色彩值的步驟。所述深度測(cè)試單元還可以包括條單元，用于根據(jù)從預(yù)定視點(diǎn)到3D物體的距離來自適應(yīng)地控制條尺寸，和所述顯像單元可以通過使用深度數(shù)據(jù)、色彩數(shù)據(jù)和適當(dāng)尺寸的條來顯示所述3D物體。所述條單元包括條尺寸確定單元，用于通過比較參考圖像的分辨率和目標(biāo)圖像的分辨率來確定初始條尺寸；和自適應(yīng)條單元，用于根據(jù)放大/縮小操作的放大/縮小比率來調(diào)整初始條尺寸以產(chǎn)生目標(biāo)圖像。
仍根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種基于深度圖像的三維(3D)圖形數(shù)據(jù)的高速顯像的裝置，其中所述裝置包括點(diǎn)紋理初始化單元，用于讀取3D物體的點(diǎn)紋理數(shù)據(jù)；變形順序確定單元，用于根據(jù)投影點(diǎn)的位置和深度坐標(biāo)值的符號(hào)來確定預(yù)定視點(diǎn)上的點(diǎn)紋理的參考圖像的畫像素的變形順序；點(diǎn)紋理?xiàng)l單元，用于根據(jù)從預(yù)定視點(diǎn)到3D物體的距離來自適應(yīng)地控制條尺寸；和顯像單元，用于通過使用所述變形順序和適當(dāng)尺寸的條來顯示3D物體。
所述點(diǎn)紋理初始化單元將由八立方體結(jié)構(gòu)所表示的3D物體數(shù)據(jù)變換成點(diǎn)紋理數(shù)據(jù)。所述點(diǎn)紋理初始化單元包括八立方體解碼單元，用于對(duì)由八立方體結(jié)構(gòu)所表示的3D物體數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼；深度值計(jì)算單元，用于在相對(duì)于所述參考表面的法向方向上將所述八立方體的體素投射到參考表面的預(yù)定像素位置上，所述參考表面對(duì)應(yīng)于包括所解碼八立方體的六面體的預(yù)定表面，并且將從所述體素到對(duì)應(yīng)于投射到所述參考表面上的體素的像素的距離定義為深度值；和色彩值產(chǎn)生單元，用于將所述體素的色彩定義為色彩值。所述變形順序確定單元的參考圖像可以具有除了在包括物體的預(yù)定尺寸的方塊周圍的背景數(shù)據(jù)之外的深度和色彩數(shù)據(jù)。所述變形順序確定單元還可以包括坐標(biāo)變換單元，用于將已定義點(diǎn)紋理的參考坐標(biāo)系的每一坐標(biāo)值變換成眼坐標(biāo)系。所述變形順序可以包括朝向所投射的投影點(diǎn)的參考圖像的像素的水平和垂直變形順序；和如果投影點(diǎn)的深度軸坐標(biāo)值為正，則參考圖像的像素的深度軸(z軸)變形順序?yàn)橛珊笙蚯胺较颍蛘呷绻队包c(diǎn)的深度軸坐標(biāo)值為負(fù)，則參考圖像的像素的深度軸(z軸)變形順序?yàn)橛汕跋蚝蠓较颉?br> 仍根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種存儲(chǔ)用于在計(jì)算機(jī)中執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1到18所述的方法之一的程序的計(jì)算機(jī)可讀記錄介質(zhì)。


通過參照附圖，對(duì)本發(fā)明的示例性實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)地描述，本發(fā)明的上述和其他特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚。其中圖1示出基于簡(jiǎn)單紋理的模型的顯像結(jié)果；圖2示出在一維中所描述的點(diǎn)紋理的例子；圖3示出在四分樹(quatree)結(jié)構(gòu)中所描述的八立方體(octree)圖像的例子；圖4示出搜索投影點(diǎn)的例子；圖5示出當(dāng)投影點(diǎn)可能存在于其中的9個(gè)區(qū)域，以及示出當(dāng)投影點(diǎn)存在于區(qū)域5中時(shí)參考像素的像素訪問順序根據(jù)z軸的符號(hào)變化。
圖6示出用于根據(jù)本發(fā)明的基于深度圖像的3D圖形數(shù)據(jù)的高速顯像的裝置的方框圖；圖7示出變形單元的方框圖；圖8示出坐標(biāo)變換單元的方框圖；圖9示出深度測(cè)試單元的方框圖；圖10示出條單元的方框圖；圖11示出在用于基于深度圖像的3D圖形數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)單紋理數(shù)據(jù)的高速顯像的裝置中的操作的流程圖；圖12示出用于根據(jù)本發(fā)明的、基于深度圖像的3D圖形數(shù)據(jù)的點(diǎn)紋理數(shù)據(jù)的高速顯像的裝置的方框圖；圖13示出在用于將由八立方體結(jié)構(gòu)表示的3D物體數(shù)據(jù)變換成點(diǎn)紋理數(shù)據(jù)的點(diǎn)紋理初始化單元中的八立方體數(shù)據(jù)的方框圖；圖14示出用于點(diǎn)紋理數(shù)據(jù)的高速顯像的裝置的坐標(biāo)變換單元的方框圖；圖15示出用于根據(jù)本發(fā)明的、基于深度圖像的3D圖形數(shù)據(jù)的點(diǎn)紋理數(shù)據(jù)的高速顯像的裝置中的操作的流程圖；圖16示出當(dāng)簡(jiǎn)單紋理的目標(biāo)分辨率是常數(shù)時(shí)比較傳統(tǒng)方法和新方法的圖；圖17示出消除背景數(shù)據(jù)的方法；圖18示出八立方體圖像的高速顯像方法的流程圖；圖19A-19C示出個(gè)人信息終端中的、由簡(jiǎn)單紋理表示的BOO模型的顯像的例子；圖20A-20C示出個(gè)人信息終端中的、由點(diǎn)紋理表示的花模型的顯像例子；圖21A-21B示出個(gè)人信息終端中的、由八立方體圖像表示的天使模型的顯像的例子；圖22示出個(gè)人信息終端中的、由簡(jiǎn)單紋理表示的各種模型的顯像的例子；和圖23示出分別在圖20和21中所示的點(diǎn)紋理和八立方體圖像的渲染速度。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將參照附圖充分地說明本發(fā)明，在所述附圖中示出本發(fā)明的示例性實(shí)施例。然而，本發(fā)明可以以許多不同的方式體現(xiàn)，并且不應(yīng)當(dāng)被曲解為限制于在此提出的實(shí)施例；而是，提供這些實(shí)施例以便該公開透徹和完整，并且充分地將本發(fā)明的原理傳達(dá)給本技術(shù)領(lǐng)域人員。在附圖中的相同附圖標(biāo)記表示相同的元件，并因而將不重復(fù)對(duì)它們的描述。
現(xiàn)在，將參照

根據(jù)本發(fā)明的、基于深度圖像的3D圖形數(shù)據(jù)的高速顯像的裝置和方法。本發(fā)明的主題可被分成簡(jiǎn)單紋理顯像、點(diǎn)紋理顯像和八立方體圖像顯像。簡(jiǎn)單紋理顯像、點(diǎn)紋理顯像和八立方體圖像顯像通常是利用定點(diǎn)算數(shù)運(yùn)算、自適應(yīng)潑濺(adaptive splatting)、和消除參考圖像中的背景數(shù)據(jù)的技術(shù)的高速顯像。
首先，將說明簡(jiǎn)單紋理顯像。圖6示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的、基于深度圖像的3D圖形數(shù)據(jù)的高速顯像的裝置的方框圖。該裝置的方框圖包括簡(jiǎn)單紋理存儲(chǔ)分配單元600、變形單元610、深度測(cè)試單元620、條單元630、和顯像單元640。
簡(jiǎn)單紋理數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分配單元600向包含多個(gè)參考圖像的簡(jiǎn)單紋理數(shù)據(jù)分配存儲(chǔ)器。
變形單元610對(duì)于簡(jiǎn)單紋理數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分配單元600的簡(jiǎn)單紋理參考圖像執(zhí)行3D變形以產(chǎn)生多個(gè)變形圖像。如圖7所示，變形單元610包括極向變換單元(epipolar transformation unit)700、變形順序確定單元720和像素變形單元740。
極向變換單元700通過將在預(yù)定視點(diǎn)上的眼坐標(biāo)系(eye coordinate system)的中心投射到參考圖像上來搜索投影點(diǎn)。變形順序確定單元720根據(jù)投影點(diǎn)被投射到在參考圖像中限定的9個(gè)區(qū)域的哪一個(gè)區(qū)域來確定參考圖像的像素的變形順序。像素變形單元740變換參考坐標(biāo)系的每一坐標(biāo)值并產(chǎn)生變形圖像，其中在該參考坐標(biāo)系中，簡(jiǎn)單紋理已根據(jù)變形順序而被定義成所述眼坐標(biāo)系的合適的值。
由如圖8所示的包括定點(diǎn)變換單元800、坐標(biāo)變換單元810和浮點(diǎn)變換單元820的操作單元完成在變形單元610中的操作。定點(diǎn)變換單元800將浮點(diǎn)表示變換成相應(yīng)的定點(diǎn)表示。坐標(biāo)變換單元810通過使用從定點(diǎn)變換單元800獲得的定點(diǎn)數(shù)執(zhí)行坐標(biāo)變換。浮點(diǎn)變換單元820將坐標(biāo)變換單元810中的算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果變換成浮點(diǎn)表示。
深度測(cè)試單元620執(zhí)行對(duì)由變形單元610所產(chǎn)生的多個(gè)變形圖像的每一像素的深度測(cè)試以獲得最終的色彩數(shù)據(jù)。圖9示出了深度測(cè)試單元620的方框圖。深度測(cè)試單元620包括前深度緩沖器900、后深度緩沖器910、深度比較單元920、更新單元930、前色彩緩沖器940和后色彩緩沖器950。
前深度緩沖器900存儲(chǔ)由第一參考圖像的變形所形成的深度值。前色彩緩沖器940存儲(chǔ)通過執(zhí)行對(duì)第一參考圖像的變形所形成的色彩值。后深度緩沖器910存儲(chǔ)由第二參考圖像的變形所形成的深度值。后色彩緩沖器950存儲(chǔ)由第二參考圖像的變形所形成的色彩值。深度比較單元920比較在前深度緩沖器900中所存儲(chǔ)的深度值和在后深度緩沖器910中所存儲(chǔ)的深度值。如果比較結(jié)果是存儲(chǔ)在前深度緩沖器900中的值小于或等于存儲(chǔ)在后深度緩沖器910中的值，則更新單元930按原樣保持該值。然而，如果在前深度緩沖器900中存儲(chǔ)的值大于在后深度緩沖器910中存儲(chǔ)的值，則更新單元930分別使用在后深度緩沖器910和后色彩緩沖器950中存儲(chǔ)的值替代在前深度緩沖器900和前色彩緩沖器940中存儲(chǔ)的值。對(duì)于所有參考圖像，重復(fù)執(zhí)行該過程。
條單元630根據(jù)從預(yù)定視點(diǎn)到3D物體的距離自適應(yīng)地控制條尺寸(splatsize)。條單元630包括如圖10所示的條尺寸設(shè)定單元1000和自適應(yīng)條單元1050。條尺寸設(shè)定單元1000通過比較參考圖像的分辨率和目標(biāo)圖像的分辨率來確定初始條尺寸。自適應(yīng)條單元1050根據(jù)放大/縮小操作的放大/縮小比率來調(diào)整初始條尺寸以產(chǎn)生目標(biāo)圖像。
顯像單元640通過使用深度數(shù)據(jù)、色彩數(shù)據(jù)和有合適尺寸的條來可視化3D物體。
圖11示出在基于深度圖像的3D圖形數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)單紋理數(shù)據(jù)的高速顯像的裝置中的操作的流程圖?，F(xiàn)在，將參照?qǐng)D11說明在用于簡(jiǎn)單紋理數(shù)據(jù)的高速顯像的裝置中的操作。
變形(warping)是用于將通過使用參考視點(diǎn)表示的參考圖像變換成通過使用其它的不同視點(diǎn)表示的參考圖像的圖像處理技術(shù)。
傳統(tǒng)的McMillan的3D變形算法是從僅僅一個(gè)參考圖像產(chǎn)生在新視圖中可視的3D物體數(shù)據(jù)的方法。本發(fā)明的簡(jiǎn)單紋理使用N個(gè)參考圖像以便表示3D物體數(shù)據(jù)。因此，不能直接采用McMillan的3D變形算法。本發(fā)明提出通過根據(jù)N個(gè)參考圖像來執(zhí)行變形以產(chǎn)生3D物體數(shù)據(jù)和產(chǎn)生目標(biāo)圖像的方法。由色彩圖像/深度圖像對(duì)來表示參考圖像。因此，簡(jiǎn)單紋理數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分配單元600向簡(jiǎn)單紋理數(shù)據(jù)分配存儲(chǔ)器(操作1100)。
接著，變形單元610執(zhí)行變形以產(chǎn)生變形的圖像(操作1110)。特別是，如果執(zhí)行對(duì)一個(gè)參考圖像的變形，則產(chǎn)生具有相應(yīng)深度信息和相應(yīng)色彩信息的圖像。不必說，在這種情況下，不執(zhí)行根據(jù)McMillan的算法的深度測(cè)試。替換地，信息總是被記錄在深度緩沖器和色彩緩沖器中。
通過使用McMillan的算法對(duì)N個(gè)圖像重復(fù)進(jìn)行變形。在這種情況下，通過使用變形確定N個(gè)圖像的每一個(gè)的深度值。然而，不能識(shí)別在N個(gè)參考圖像中的變形導(dǎo)致的深度關(guān)系。因此，深度測(cè)試單元620執(zhí)行深度測(cè)試以便確定參考圖像之間的深度關(guān)系(操作1120)。因而，最終顯示的3D物體數(shù)據(jù)的像素具有與在由變形的N個(gè)參考圖像所形成的深度數(shù)據(jù)當(dāng)中到視點(diǎn)的最接近深度數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)的色彩值。
現(xiàn)在，將說明如何確定N個(gè)深度值中的哪一個(gè)深度值最接近視點(diǎn)。首先，通過執(zhí)行第一參考圖像的變形所形成的深度和色彩值被分別存儲(chǔ)在前深度緩沖器900和前色彩緩沖器940中。類似地，第二參考圖像的變形結(jié)果被分別存儲(chǔ)在后深度緩沖器910和后色彩緩沖器中。接著，深度比較單元920比較在后深度緩沖器910和前深度緩沖器900中存儲(chǔ)的深度值。如果存儲(chǔ)在后深度緩沖器910中的深度值小于存儲(chǔ)在前深度緩沖器900中的深度值，則更新單元930將對(duì)應(yīng)于前色彩緩沖器940的像素位置的色彩值替換成對(duì)應(yīng)于后色彩緩沖器950的像素位置的色彩值。如果后深度緩沖器的深度值大于或等于前深度緩沖器的深度值，則不改變色彩緩沖器的色彩值。當(dāng)從第二參考圖像到第N參考圖像重復(fù)執(zhí)行該過程時(shí)，總是可以顯示從該視點(diǎn)所觀看到的表面。
同時(shí)，為了減少上述過程的計(jì)算量，采用下列過程。在上述過程中，已對(duì)所有的N個(gè)參考圖像采用了變形。然而，在該過程中，如果在由用戶的交互作用所產(chǎn)生的預(yù)定視圖矢量和參考圖像的法向矢量之間的角度大于預(yù)定角度，則不對(duì)相應(yīng)的參考圖像進(jìn)行變形。例如，如果預(yù)定的視圖矢量和參考圖像的法向矢量正好彼此相對(duì)，即預(yù)定角度是180度，則對(duì)正好相對(duì)的參考圖像不執(zhí)行變形。通過執(zhí)行這樣的方法，可以減少計(jì)算量和提高顯像速度。
現(xiàn)在，讓我們來看看與使用深度緩沖器的傳統(tǒng)方法相比，上述變形方法可以減少多少深度測(cè)試的數(shù)量。假定參考圖像的分辨率是IR*JR，新視圖的分辨率是IN*JN，且在一半?yún)⒖紙D像區(qū)域中填充的不是背景，而是物體。
根據(jù)使用深度緩沖器的傳統(tǒng)方法，像素的數(shù)量變成1/2*IR*JR，并為上述數(shù)量的像素的每一個(gè)執(zhí)行深度測(cè)試。而且，已將深度測(cè)試應(yīng)用于N個(gè)參考圖像。最終，完成N*1/2*IR*JR個(gè)深度測(cè)試。然而，如果采用根據(jù)本發(fā)明的變形方法，則構(gòu)成一個(gè)視圖的像素的數(shù)量變成IN*JN，從而對(duì)N個(gè)參考圖像完成(N-1)*1/2*(IN*JN)個(gè)深度測(cè)試。
一般，由于圖像的分辨率比N大很多，所以深度測(cè)試的數(shù)量可以近似于(IR*JR)和(IN*JN)。因此，根據(jù)本發(fā)明的變形方法的深度測(cè)試的數(shù)量是常數(shù)。因此，當(dāng)參考圖像的分辨率變得大于新視圖的分辨率時(shí)，深度測(cè)試的數(shù)量相應(yīng)地變小。
圖16示出了說明假定N＝6，IR＝JR和IN＝JN時(shí)的深度測(cè)試的數(shù)量的圖。如圖16的圖所示，根據(jù)本發(fā)明的方法依賴于目標(biāo)圖像的分辨率，而與輸入(參考)圖像的分辨率無關(guān)。然而，由于當(dāng)在大多數(shù)3D應(yīng)用中顯示3D物體時(shí)經(jīng)常發(fā)生視點(diǎn)變化，如放大/縮小，所以3D物體或場(chǎng)景應(yīng)當(dāng)被顯示得盡可能精確，以致于需要高分辨率的輸入圖像。因此，根據(jù)本發(fā)明的方法可以提供具有比傳統(tǒng)方法更小的計(jì)算量的高質(zhì)量渲染，其中所述傳統(tǒng)方法使高分辨率輸入圖像經(jīng)歷深度測(cè)試。
一般，浮點(diǎn)算數(shù)運(yùn)算產(chǎn)生比定點(diǎn)算數(shù)運(yùn)算更精確的結(jié)果，但是要求幾十倍于定點(diǎn)算數(shù)運(yùn)算的中央處理器(CPU)時(shí)鐘頻率。特別是，在移動(dòng)終端(如個(gè)人數(shù)據(jù)助理(PDA)或移動(dòng)電話中)所采用的CPU不支持浮點(diǎn)算數(shù)運(yùn)算。然而，由于3D圖形顯像所需的大多數(shù)運(yùn)算要求浮點(diǎn)算數(shù)運(yùn)算，所以在這樣的環(huán)境中難于實(shí)現(xiàn)高速顯像。因此，為了在包括移動(dòng)終端的各種環(huán)境中通過使用基于圖像的模型來實(shí)現(xiàn)高速顯像，在顯像算法的主要部分中的浮點(diǎn)算數(shù)運(yùn)算被轉(zhuǎn)換成定點(diǎn)算數(shù)運(yùn)算以執(zhí)行整數(shù)算數(shù)運(yùn)算，以便可以提高顯像速度。
在由定點(diǎn)加法和乘法構(gòu)成的定點(diǎn)算數(shù)運(yùn)算期間，需要避免溢出。因此，考慮到同時(shí)相加和乘法的數(shù)量以及所要求的精度，應(yīng)當(dāng)認(rèn)真設(shè)計(jì)定點(diǎn)數(shù)據(jù)格式?，F(xiàn)在，將描述為此目的的位分配方法的最壞情況的分析。
在3D幾何流水線(geometry pipeline)中的典型仿射變換(affinetransformation)具有下列格式。
Y1Y2Y3=r1,1r1,2r1,3r2,1r2,2r2,3r3,1r3,2r3,3X1X2X3+t1t2t3]]>
Y=RX+T在根據(jù)本發(fā)明的方法中，R矩陣表示僅僅旋轉(zhuǎn)(沒有比例計(jì)算)，以及T矢量表示轉(zhuǎn)換。由于R表示旋轉(zhuǎn)，且我們歸一化在單位立方視體(unit cubicview volume)中的物體，所以R和T的每一元素的值都在-1和1之間。
假定M.N格式用于定點(diǎn)數(shù)。由于操作數(shù)的絕對(duì)值小于1，所以分配給堅(jiān)數(shù)部分0位，即，使用1.N格式?，F(xiàn)在，讓我們來找出N的最大值，如果具有這樣的格式的兩個(gè)值相乘并被存儲(chǔ)，則需要2N位(除了符號(hào)位)以避免溢出。類似地，如果兩個(gè)值相加并被存儲(chǔ)，則需要N+1位。
在(1)中表示的3D仿射變換中，在操作數(shù)之間的乘法的數(shù)量大多被限制在兩次。另一方面，同時(shí)的加法的數(shù)量變成3。在這種情況下，用于存儲(chǔ)結(jié)果的存儲(chǔ)空間是2N+3位。如果我們考慮附加符號(hào)位，則我們需要2(N+2)位。
由于整個(gè)結(jié)果應(yīng)當(dāng)由整數(shù)格式表示，所以該2(N+2)應(yīng)當(dāng)小于整數(shù)格式中的位數(shù)。在根據(jù)本發(fā)明的方法中，使用32位整數(shù)。因此，N的最大值，即NMax是14。在這種情況下，精度是2-14( 6*10-5)，該精度足夠準(zhǔn)確。
在仿射變換前，在定點(diǎn)變換單元800中，每一坐標(biāo)值乘以2NMax以被變換成定點(diǎn)數(shù)。接著，在坐標(biāo)變換單元810中，利用定點(diǎn)算數(shù)運(yùn)算執(zhí)行坐標(biāo)變換以實(shí)現(xiàn)3D變形。如上所述，在這種情況下不會(huì)發(fā)生溢出。在3D變形之后，在浮點(diǎn)變換單元820中，通過除以2NMax而將整數(shù)結(jié)果變換回浮點(diǎn)數(shù)以獲得最終坐標(biāo)值。
應(yīng)用定點(diǎn)算數(shù)運(yùn)算的部分是變形單元610，在該變形單元中，在顯像期間，其中已限定簡(jiǎn)單紋理的參考坐標(biāo)系中的參考坐標(biāo)被變換成眼坐標(biāo)系。
同時(shí)，根據(jù)本發(fā)明，自適應(yīng)地確定條尺寸，并且我們將討論所述確定。執(zhí)行深度測(cè)試(操作1120)，接著檢查是否完成對(duì)所有參考圖像的變形和深度測(cè)試(操作1130)。如果已完成對(duì)所有參考圖像的變形和深度測(cè)試，則根據(jù)本發(fā)明調(diào)整該條尺寸(操作1140)。并可以直接執(zhí)行顯像(操作1150)。傳統(tǒng)方法使用三角形作為用于顯像的圖元(primitive)，而基于圖像的顯像方法使用在圖像上的3D空間中潑濺(splatting)點(diǎn)以用于顯像。作為條的3D點(diǎn)具有某種形狀和某一尺寸。當(dāng)用戶經(jīng)常改變視點(diǎn)時(shí)，如果使用相同尺寸的條，則在放大期間，產(chǎn)生“空洞”現(xiàn)象，而在縮小期間執(zhí)行粗糙的低質(zhì)量的顯像。為了對(duì)此進(jìn)行補(bǔ)償，可能通過使用在初始3D圖像模型中的點(diǎn)的密度、從視點(diǎn)到模型的距離和在視線(viewline)之間的角度來計(jì)算最佳條尺寸。不幸的是，這要求非常復(fù)雜的計(jì)算，從而不適合于高速顯像。
因此，本發(fā)明提出一種通過使用正交投射的屬性來執(zhí)行具有少量計(jì)算量的、用于放大/縮小的自適應(yīng)條尺寸的方法。根據(jù)本發(fā)明的方法可被分成兩個(gè)過程。作為第一過程，條尺寸設(shè)定單元1000比較參考圖像的分辨率和目標(biāo)圖像的分辨率以確定初始條尺寸。作為第二過程，自適應(yīng)條單元1050根據(jù)在放大/縮小期間的放大/縮小比率來調(diào)整初始條尺寸以產(chǎn)生目標(biāo)圖像。
特別是，第一過程用于產(chǎn)生無“空洞”現(xiàn)象的初始視圖。如果目標(biāo)圖像的分辨率小于或等于參考圖像的分辨率，初始條尺寸被設(shè)置成1。如果目標(biāo)圖像的分辨率大于參考圖像的分辨率，則在產(chǎn)生初始視圖的同時(shí)，條尺寸被設(shè)置成平均放大高寬比(average enlargement aspect ratio)。因而，所產(chǎn)生的初始視圖不具有任何“空洞”現(xiàn)象。
接下來，在第二過程中，使用正交投射的屬性。即，在透視投影中，依照視點(diǎn)接近或遠(yuǎn)離物體的比率不同于投射到目標(biāo)圖像的物體的放大/縮小比率。然而，在正交圖像中，兩個(gè)比率是相等的。因此，可以通過根據(jù)放大/縮小比率來放大/縮小在所投射的圖像中的坐標(biāo)而執(zhí)行放大/縮小。而且，可以通過根據(jù)該比率，在僅僅一次中放大/縮小物體的3D坐標(biāo)來實(shí)現(xiàn)這些過程。根據(jù)本發(fā)明，通過使用該比率來放大/縮小條尺寸。因此，可以以自適應(yīng)的方式防止在放大期間的“空洞”現(xiàn)象和防止在縮小期間的粗糙的低質(zhì)量顯像。
同時(shí)，根據(jù)本發(fā)明，為了增加顯像速度，使用從參考圖像中消除背景數(shù)據(jù)的技術(shù)。一般，僅僅參考圖像的一部分被用做物體數(shù)據(jù)，而剩余部分被用做背景，無價(jià)值部分。這在圖17中被詳細(xì)描述。根據(jù)本發(fā)明，在用于3D變形的存儲(chǔ)器分配和被認(rèn)為保持原樣的變形期間消除背景數(shù)據(jù)。因此，可以減少存儲(chǔ)器使用和提高顯像速度。
在存儲(chǔ)參考圖像之前，消除在包含該物體的最小尺寸的方塊周圍的背景數(shù)據(jù)，以便減少存儲(chǔ)器使用和提高顯像速度。而且，在存儲(chǔ)參考圖像期間，消除除了物體之外的在最小尺寸的方塊內(nèi)的背景數(shù)據(jù)，以便進(jìn)一步減少存儲(chǔ)器使用和提高顯像速度。
現(xiàn)在，將描述點(diǎn)紋理顯像。圖12示出了用于根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的、基于深度圖像的3D圖形數(shù)據(jù)的點(diǎn)紋理數(shù)據(jù)的高速顯像的裝置的方框圖。用于點(diǎn)紋理數(shù)據(jù)的高速顯像的裝置包括點(diǎn)紋理初始化單元1200、變形順序確定單元1210、點(diǎn)紋理?xiàng)l單元1220和點(diǎn)紋理顯像單元1230。
點(diǎn)紋理初始化單元1200將3D物體生成點(diǎn)紋理數(shù)據(jù)格式。
變形順序確定單元1210在相對(duì)于點(diǎn)紋理的參考圖像的預(yù)定視點(diǎn)上、根據(jù)投影點(diǎn)的位置和深度坐標(biāo)值的符號(hào)來確定畫像素的變形順序。然而，由于正交投射的屬性應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為與McMillan的變形方法不同，所以變形順序不根據(jù)投影點(diǎn)的深度坐標(biāo)值的符號(hào)變化。參考圖像不包括在包含物體的最小尺寸的方塊之外的背景數(shù)據(jù)。最好是，變形順序確定單元1210還包括坐標(biāo)變換單元12。坐標(biāo)變換單元1 2在視點(diǎn)改變時(shí)，將其中已限定點(diǎn)紋理的參考坐標(biāo)系變換成眼坐標(biāo)系。如圖14所示，坐標(biāo)變換單元12包括定點(diǎn)變換單元1400，用于將浮點(diǎn)數(shù)變換成定點(diǎn)數(shù)；坐標(biāo)變換單元1410，用于通過使用所變換的定點(diǎn)數(shù)來執(zhí)行坐標(biāo)變換；和浮點(diǎn)變換單元1420，用于將坐標(biāo)變換的結(jié)果變換成浮點(diǎn)表示。
點(diǎn)紋理?xiàng)l單元1220根據(jù)從預(yù)定視點(diǎn)到3D物體的距離來自適應(yīng)地控制條尺寸。點(diǎn)紋理?xiàng)l單元1220具有與上述相關(guān)于簡(jiǎn)單紋理的條單元630類似的功能和結(jié)構(gòu)。
點(diǎn)紋理顯像單元1230通過利用變形順序和適當(dāng)尺寸的條來執(zhí)行3D物體的顯像。
同時(shí)，點(diǎn)紋理初始化單元1200可以具有兩個(gè)可選程序，一個(gè)將具有八立方體結(jié)構(gòu)的3D物體數(shù)據(jù)變換成點(diǎn)紋理數(shù)據(jù)，而另一個(gè)確認(rèn)點(diǎn)紋理數(shù)據(jù)本身，其中不變換點(diǎn)紋理。圖13示出了在用于將3D物體數(shù)據(jù)變換成點(diǎn)紋理數(shù)據(jù)的點(diǎn)紋理初始化單元1200中的用于八立方體數(shù)據(jù)的方框圖，其被重組以用于八立方體結(jié)構(gòu)。在點(diǎn)紋理初始化單元1200中用于八立方體數(shù)據(jù)的變換部分包括八立方體解碼單元1300、深度值計(jì)算單元1310、和色彩值產(chǎn)生單元1320。
八立方體解碼單元1300對(duì)由八立方體結(jié)構(gòu)表示的3D物體數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼。在深度值計(jì)算單元1310中，包括所解碼的八立方體的六面體的預(yù)定表面被定義為參考表面，且然后八立方體的體素(voxel)被投射到法向方向上的參考表面的特定像素位置上，以便從體素到與投射到參考表面上的體素相關(guān)的像素的距離被定義為深度值。色彩值產(chǎn)生單元1320產(chǎn)生體素的色彩值。
圖15是說明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的、用于基于深度圖像的3D圖形數(shù)據(jù)的點(diǎn)紋理數(shù)據(jù)的高速顯像的裝置的操作的流程圖?，F(xiàn)在，將描述根據(jù)本發(fā)明的操作。
為了以高速顯示3D圖形物體，需要能夠以少量存儲(chǔ)器使用和計(jì)算量來實(shí)現(xiàn)該高速顯示的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。由多邊形表示的傳統(tǒng)模型具有低顯像速度并需要大量存儲(chǔ)器使用，以致于它不適合于在移動(dòng)終端中顯示高清晰圖像(如真實(shí)圖片)的方法。相反，由于點(diǎn)紋理具有格子式圖像結(jié)構(gòu)以及與3D坐標(biāo)和物體的表面兩者相關(guān)的信息，所以可以以少量計(jì)算量在新視點(diǎn)上識(shí)別圖像。換句話說，由于不需要象多邊形模型的復(fù)雜計(jì)算，所以本發(fā)明可以被有效地應(yīng)用于具有有限性能和容量的移動(dòng)終端。
首先，點(diǎn)紋理初始化單元1200產(chǎn)生3D物體的點(diǎn)紋理數(shù)據(jù)(操作1500)。點(diǎn)紋理的參考圖像具有除在包含物體的最小尺寸的方塊區(qū)域外部的背景數(shù)據(jù)之外的深度和色彩數(shù)據(jù)。
變形順序確定單元1210根據(jù)相對(duì)于點(diǎn)紋理的參考圖像的投影點(diǎn)的位置來確定在預(yù)定視點(diǎn)上畫像素的變形順序(操作1510)。
接著，點(diǎn)紋理?xiàng)l單元1220根據(jù)從預(yù)定視點(diǎn)到3D物體的距離來自適應(yīng)地控制條尺寸(操作1520)。通過根據(jù)參考圖像的分辨率和目標(biāo)圖像的分辨率之間的比較來確定初始條尺寸以及根據(jù)放大/縮小的放大/縮小比率來修改條尺寸而完成條尺寸的自適應(yīng)控制以產(chǎn)生目標(biāo)圖像。
如果目標(biāo)圖像的分辨率小于或等于參考圖像的分辨率，則根據(jù)放大/縮小比率來減少目標(biāo)圖像的尺寸，以及條尺寸被設(shè)置成1。在放大期間通過使用放大比率來增加條尺寸以防止“空洞”現(xiàn)象。在縮小期間減小條尺寸以保持預(yù)定級(jí)別的顯像質(zhì)量。
通過由點(diǎn)紋理顯像單元1230所確定的變形順序和適當(dāng)尺寸的條來完成3D物體顯像(操作1530)。然而，由于點(diǎn)紋理顯像使用Shade的算法，所以變形方向沿著朝向投影點(diǎn)的方向而與深度坐標(biāo)值的符號(hào)無關(guān)，這是因?yàn)檎煌渡涞膶傩圆幌笥蒘hade所采用的McMillian的變形算法。
同時(shí)，點(diǎn)紋理初始化單元1200可以產(chǎn)生八立方體結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)作為點(diǎn)紋理數(shù)據(jù)。圖13示出了產(chǎn)生八立方體結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)的過程。
更具體地，由于3D體素結(jié)構(gòu)甚至允許不包含物體的空閑空間具有色彩值，從而不是有效的。一般，為了實(shí)現(xiàn)分層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和減少存儲(chǔ)器使用，采用3D八立方體體素結(jié)構(gòu)以根據(jù)八立方體結(jié)構(gòu)來連接體素。然而，這樣的3D八立方體體素結(jié)構(gòu)仍然具有大量數(shù)據(jù)。因此，為了以高速顯示它們，需要優(yōu)化存儲(chǔ)器使用和計(jì)算量。因此，如果八立方體體素結(jié)構(gòu)被變換成點(diǎn)紋理，則存儲(chǔ)僅僅與具有數(shù)據(jù)的區(qū)域相關(guān)的信息，以便可以減少數(shù)據(jù)量，以及數(shù)據(jù)管理也可以變得便利。
圖18是說明八立方體結(jié)構(gòu)的顯像順序的流程圖。首先，接收八立方體結(jié)構(gòu)(操作1800)。接著，解碼八立方體數(shù)據(jù)以得到色彩值和位置值(操作1810)。結(jié)果，如果八立方體的特定參考表面被認(rèn)定為圖像，則可以識(shí)別出特定點(diǎn)所需的深度數(shù)據(jù)的數(shù)量。所需深度數(shù)據(jù)的數(shù)量最終對(duì)應(yīng)于所產(chǎn)生的點(diǎn)紋理的特定點(diǎn)的層數(shù)。因此，為僅僅相同數(shù)量的層完成存儲(chǔ)器分配，并且為所產(chǎn)生的點(diǎn)紋理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)深度和色彩值(操作1820)。
由于根據(jù)八立方體圖像顯像，通過在變換成點(diǎn)紋理結(jié)構(gòu)之后利用原來的點(diǎn)紋理顯像方法來完成變形(操作1830)和潑濺(操作1840)，可以減少存儲(chǔ)器使用和提高顯像速度。
現(xiàn)在，將說明通過實(shí)際執(zhí)行本發(fā)明所獲得的數(shù)據(jù)。圖19示出了由簡(jiǎn)單紋理所表示的BOO圖像數(shù)據(jù)的顯像結(jié)果。如圖19(a)、(b)和(c)所示，可看出，當(dāng)在放大期間增加條尺寸時(shí)，防止了“空洞”現(xiàn)象。然而，也可識(shí)別出，由于參考圖像的一個(gè)像素不得不對(duì)應(yīng)于目標(biāo)屏幕的多個(gè)像素，所以減小了平均顯像速度。這在圖22中得到很好的說明，圖22示出了基于簡(jiǎn)單紋理的模型的量化顯像結(jié)果。
圖20(a)、(b)和(c)示出了由點(diǎn)紋理數(shù)據(jù)所表示的花圖像的顯像結(jié)果。而且，圖21(a)和(b)示出由八立方體數(shù)據(jù)表示的天使圖像的顯像結(jié)果。
圖22和23示出了某些基于圖像的模型的顯像的量化結(jié)果。然而，顯像速度有時(shí)根據(jù)模型類型和條尺寸變化，并且對(duì)于點(diǎn)紋理和八立方體圖像，每秒可以處理500,000個(gè)點(diǎn)。這對(duì)應(yīng)于傳統(tǒng)基于多邊形的顯像的每秒1,000,000個(gè)三角形。到目前為止，通過使用基于多邊形的顯像在移動(dòng)終端不能獲得該性能。
本發(fā)明也可以被體現(xiàn)為在計(jì)算機(jī)可讀記錄介質(zhì)上的計(jì)算機(jī)可讀代碼。計(jì)算機(jī)可讀記錄介質(zhì)是任何可以存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置，所述數(shù)據(jù)在以后可以由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)讀取。計(jì)算機(jī)可讀記錄介質(zhì)的例子包括只讀存儲(chǔ)器(ROM)、隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器(RAM)、CD-ROM、磁帶、軟盤、光數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置和載波(諸如通過互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸)。
根據(jù)本發(fā)明，由于以基于圖像的方式表示的3D圖形物體被方便地顯像，所以可以減少存儲(chǔ)器使用和增加每秒顯示的圖像的數(shù)量。特別是，當(dāng)本發(fā)明應(yīng)用于移動(dòng)終端時(shí)，可以有效地完成3D圖形物體的顯像。
而且，由于可以減少存儲(chǔ)器使用和用于存儲(chǔ)訪問的能量消耗，所以如果本發(fā)明應(yīng)用于便攜式裝置，則可以增加使用時(shí)限。而且，甚至在具有有限的中央處理器(CPU)性能和存儲(chǔ)容量的便攜式裝置，如個(gè)人數(shù)據(jù)助理(PDA)或移動(dòng)電話以及個(gè)人計(jì)算機(jī)中，可以以高速完成顯像。
雖然已參照本發(fā)明的示例性實(shí)施例詳細(xì)展示和描述了本發(fā)明，但是本技術(shù)領(lǐng)域人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離如所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以在其中進(jìn)行形式上和細(xì)節(jié)上的各種變化。示例性實(shí)施例應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是描述性的，而不是用于限制目的。因此，本發(fā)明的范圍不是由本發(fā)明的詳細(xì)描述，而是由所附權(quán)利要求限定，并且，在該范圍中的所有區(qū)別將被認(rèn)為包含在本發(fā)明中。
[1]ISO/IEC JTC1/SC29/WG11 14496-16，Coding of Audio-Visual ObjectsAnimation Framework eXtension(AFX)。
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權(quán)利要求
1.一種基于深度圖像的三維(3D)圖形數(shù)據(jù)的高速顯像的方法，所述方法包括向由多個(gè)參考圖像組成的簡(jiǎn)單紋理數(shù)據(jù)分配存儲(chǔ)器；通過在預(yù)定視點(diǎn)上執(zhí)行所述簡(jiǎn)單紋理數(shù)據(jù)的每一參考圖像的3D變形來獲得多個(gè)變形圖像；通過執(zhí)行組成所述多個(gè)變形圖像的每一像素的深度測(cè)試來獲得深度數(shù)據(jù)和色彩數(shù)據(jù)；和通過使用所述深度數(shù)據(jù)和所述色彩數(shù)據(jù)來顯示物體。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述向簡(jiǎn)單紋理數(shù)據(jù)分配存儲(chǔ)器的特征在于刪除在包含所述物體的最小尺寸的方塊之外的背景數(shù)據(jù)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中獲得多個(gè)變形圖像包括通過將在新視點(diǎn)上的眼坐標(biāo)系的中心投射到所述簡(jiǎn)單紋理數(shù)據(jù)的參考圖像來搜索投影點(diǎn)；根據(jù)在所述參考圖像中限定的9個(gè)區(qū)域中的哪一區(qū)域?qū)?yīng)于所述投影點(diǎn)所投射到的區(qū)域來確定所述參考圖像的像素的變形順序；通過根據(jù)所述變形順序?qū)⑵渲幸讯x簡(jiǎn)單紋理的參考坐標(biāo)系的每一坐標(biāo)值變換成眼坐標(biāo)系來獲得變形的圖像；和對(duì)于所述簡(jiǎn)單紋理數(shù)據(jù)的參考圖像重復(fù)進(jìn)行從搜索投影點(diǎn)到獲得變形圖像的操作。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中由浮點(diǎn)算數(shù)運(yùn)算的定點(diǎn)算數(shù)運(yùn)算來完成執(zhí)行3D變形，以及其中，所述定點(diǎn)算數(shù)運(yùn)算包括將浮點(diǎn)數(shù)變換成相應(yīng)的定點(diǎn)數(shù)；通過使用所變換的定點(diǎn)數(shù)來執(zhí)行坐標(biāo)變換；和將坐標(biāo)變換的結(jié)果變換成浮點(diǎn)表示。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中執(zhí)行深度測(cè)試包括分別在前深度緩沖器和前色彩緩沖器中存儲(chǔ)由所述第一參考圖像的變形步驟所獲得的深度值和色彩值；分別在后深度緩沖器和后色彩緩沖器中存儲(chǔ)由所述第二參考圖像的變形步驟所獲得的深度值和色彩值；比較存儲(chǔ)在所述前深度緩沖器中的深度值和存儲(chǔ)在后深度緩沖器中的深度值；如果比較結(jié)果是存儲(chǔ)在所述前深度緩沖器中的深度值大于存儲(chǔ)在所述后深度緩沖器中的深度值，則分別使用存儲(chǔ)在所述后深度緩沖器中的深度值和存儲(chǔ)在所述后色彩緩沖器中的色彩值替換存儲(chǔ)在所述前深度緩沖器中的深度值和存儲(chǔ)在所述前色彩緩沖器中的色彩值；和對(duì)所有變形圖像重復(fù)執(zhí)行從存儲(chǔ)深度值和色彩值的步驟到替換深度值和色彩值的步驟。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中執(zhí)行深度測(cè)試的步驟還包括根據(jù)從預(yù)定視點(diǎn)到3D物體的距離來自適應(yīng)地控制條尺寸，和其中通過使用深度數(shù)據(jù)、色彩數(shù)據(jù)和適當(dāng)調(diào)整尺寸的條來完成顯示物體的步驟。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中自適應(yīng)地控制條尺寸的步驟包括通過比較參考圖像的分辨率和目標(biāo)圖像的分辨率來確定初始條尺寸；和根據(jù)放大/縮小操作的放大/縮小比率來調(diào)整初始條尺寸以產(chǎn)生目標(biāo)圖像。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中確定初始條尺寸的步驟的特征在于如果目標(biāo)圖像的分辨率小于或等于參考圖像的分辨率，則條尺寸被設(shè)置成1，以及如果目標(biāo)圖像的分辨率大于參考圖像的分辨率，則所述條尺寸被設(shè)置成平均放大高寬比。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其中調(diào)整初始條尺寸的步驟的特征在于以縮放比率增加條尺寸以便防止在放大期間的“空洞”現(xiàn)象，以及以縮放比率縮小條尺寸以便保證在縮小期間的預(yù)定級(jí)別的顯像質(zhì)量。
10.一種基于深度圖像的三維(3D)圖形數(shù)據(jù)的高速顯像的方法，所述方法包括讀取3D物體的點(diǎn)紋理數(shù)據(jù)；根據(jù)投影點(diǎn)的位置和深度坐標(biāo)值的符號(hào)，來確定在預(yù)定視點(diǎn)上的點(diǎn)紋理的參考圖像的變形順序；和通過使用所述變形順序來顯示3D物體。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中讀取3D物體的步驟包括將由八立方體結(jié)構(gòu)所表示的3D物體數(shù)據(jù)變換成點(diǎn)紋理數(shù)據(jù)，并讀取所變換的3D物體數(shù)據(jù)。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中讀取3D物體的步驟包括對(duì)由八立方體結(jié)構(gòu)表示的3D物體數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼；在相對(duì)于參考表面的法向方向上將所述八立方體的體素投射到參考表面的預(yù)定像素位置上，所述參考表面對(duì)應(yīng)于包括所解碼的八立方體的六面體的預(yù)定表面；將從所述體素到對(duì)應(yīng)于投射到所述參考表面上的體素的像素的距離定義為深度值；和將所述體素的色彩定義為色彩值。
13.如權(quán)利要求10所述的方法，其中確定變形順序的步驟包括確定朝向所投射投影點(diǎn)的參考圖像的像素的水平和垂直變形順序；和如果投影點(diǎn)的深度軸坐標(biāo)值為正，則確定參考圖像的像素的深度軸(z軸)變形順序?yàn)橛珊笙蚯胺较?，或者如果投影點(diǎn)的深度軸坐標(biāo)值為負(fù)，則確定參考圖像的像素的深度軸(z軸)變形順序?yàn)橛汕跋蚝蠓较颉?br> 14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中通過執(zhí)行浮點(diǎn)運(yùn)算的定點(diǎn)算數(shù)運(yùn)算來完成通過使用所述變形順序而顯示3D物體的步驟，和其中所述定點(diǎn)算數(shù)運(yùn)算包括運(yùn)算將浮點(diǎn)數(shù)變換成相應(yīng)的定點(diǎn)數(shù)；通過使用所變換的定點(diǎn)數(shù)來執(zhí)行坐標(biāo)變換；和將坐標(biāo)變換結(jié)果變換成浮點(diǎn)表示。
15.如權(quán)利要求10所述的方法，其中確定變形順序的步驟還包括根據(jù)從預(yù)定視點(diǎn)到3D物體的距離來自適應(yīng)地控制條尺寸，和其中通過使用所述變形順序和合適尺寸的條來顯示3D物體。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中自適應(yīng)控制條尺寸的步驟包括通過比較參考圖像的分辨率和目標(biāo)圖像的分辨率來確定初始條尺寸；和根據(jù)放大/縮小操作的放大/縮小比率來調(diào)整初始條尺寸以產(chǎn)生目標(biāo)圖像。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中確定初始條尺寸的步驟的特征在于如果目標(biāo)圖像的分辨率小于或等于參考圖像的分辨率，則條尺寸被設(shè)置成1，或者如果目標(biāo)圖像的分辨率大于參考圖像的分辨率，則所述條尺寸被設(shè)置成平均放大高寬比。
18.如權(quán)利要求16所述的方法，其中調(diào)整初始條尺寸的步驟的特征在于以縮放比率放大條尺寸以便防止在放大期間的“空洞”現(xiàn)象，以及以縮放比率縮小條尺寸以便保持在縮小期間的預(yù)定級(jí)別的顯像質(zhì)量。
19.一種基于深度圖像的三維(3D)圖形數(shù)據(jù)的高速顯像的裝置，所述裝置包括簡(jiǎn)單紋理數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分配單元，用于向由多個(gè)參考圖像組成的簡(jiǎn)單紋理數(shù)據(jù)分配存儲(chǔ)器；變形單元，用于在預(yù)定視點(diǎn)上執(zhí)行對(duì)簡(jiǎn)單紋理數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分配單元的簡(jiǎn)單紋理的每一參考圖像的3D變形；深度測(cè)試單元，用于對(duì)多個(gè)變形圖像的每一像素執(zhí)行深度測(cè)試以獲得深度數(shù)據(jù)和色彩數(shù)據(jù)；和顯像單元，用于通過使用所述深度數(shù)據(jù)和所述色彩數(shù)據(jù)來顯示3D物體。
20.如權(quán)利要求19所述的裝置，其中所述簡(jiǎn)單紋理數(shù)據(jù)的每一參考圖像的特征在于刪除在包含所述物體的最小尺寸的方塊周圍的背景數(shù)據(jù)。
21.如權(quán)利要求19所述的裝置，其中所述變形單元包括極向變換單元，用于通過將在預(yù)定視點(diǎn)上的眼坐標(biāo)系的中心投射到所述簡(jiǎn)單紋理數(shù)據(jù)的參考圖像來搜索投影點(diǎn)；變形順序確定單元，用于根據(jù)在所述參考圖像中限定的9個(gè)區(qū)域中的哪一區(qū)域?qū)?yīng)于所述投影點(diǎn)所投射到的區(qū)域來確定所述參考圖像的像素的變形順序；和像素變形單元，用于將根據(jù)所述變形順序已定義的簡(jiǎn)單紋理的參考坐標(biāo)系的每一坐標(biāo)值變換成眼坐標(biāo)系來獲得變形圖像。
22.如權(quán)利要求19所述的裝置，其中所述變形單元中的操作的特征在于將浮點(diǎn)表示變換成定點(diǎn)表示；通過使用定點(diǎn)表示來執(zhí)行坐標(biāo)變換；以及然后將定點(diǎn)表示變換成浮點(diǎn)表示。
23.如權(quán)利要求19所述的裝置，其中所述深度測(cè)試單元包括前深度緩沖器，用于存儲(chǔ)由所述第一參考圖像的變形所產(chǎn)生的深度值；前色彩緩沖器，用于存儲(chǔ)由所述第一參考圖像的變形所產(chǎn)生的色彩值；后深度緩沖器，用于存儲(chǔ)由所述第二參考圖像的變形所產(chǎn)生的深度值；后色彩緩沖器，用于存儲(chǔ)由所述第二參考圖像的變形所產(chǎn)生的色彩值；深度比較單元，用于比較存儲(chǔ)在所述前深度緩沖器中的深度值和存儲(chǔ)在后深度緩沖器中的深度值；和更新單元，如果比較結(jié)果是存儲(chǔ)在所述前深度緩沖器中的深度值大于存儲(chǔ)在所述后深度緩沖器中的深度值，則分別使用存儲(chǔ)在所述后深度緩沖器中的深度值和存儲(chǔ)在所述后色彩緩沖器中的色彩值替換存儲(chǔ)在所述前深度緩沖器中的深度值和存儲(chǔ)在所述前色彩緩沖器中的色彩值，以及對(duì)所有的參考圖像重復(fù)執(zhí)行從存儲(chǔ)深度值和色彩值到替換深度值和色彩值的步驟。
24.如權(quán)利要求19所述的裝置，其中所述深度測(cè)試單元還包括條單元，用于根據(jù)從預(yù)定視點(diǎn)到3D物體的距離來自適應(yīng)地控制條尺寸，和其中通過使用所述深度數(shù)據(jù)、色彩數(shù)據(jù)和適當(dāng)尺寸的條來顯示所述3D物體。
25.如權(quán)利要求24所述的裝置，其中所述條單元包括條尺寸確定單元，用于通過比較參考圖像的分辨率和目標(biāo)圖像的分辨率來確定初始條尺寸；和自適應(yīng)條單元，用于根據(jù)放大/縮小操作的放大/縮小比率來調(diào)整初始條尺寸以產(chǎn)生目標(biāo)圖像。
26.一種基于深度圖像的三維(3D)圖形數(shù)據(jù)的高速顯像的裝置，其中所述裝置包括點(diǎn)紋理初始化單元，用于讀取3D物體的點(diǎn)紋理數(shù)據(jù)；變形順序確定單元，用于根據(jù)投影點(diǎn)的位置和深度坐標(biāo)值的符號(hào)，來確定預(yù)定視點(diǎn)上的點(diǎn)紋理的參考圖像的畫像素的變形順序；點(diǎn)紋理?xiàng)l單元，用于根據(jù)從預(yù)定視點(diǎn)到3D物體的距離來自適應(yīng)地控制條尺寸；和顯像單元，用于通過使用所述變形順序和適當(dāng)尺寸的條來顯示3D物體。
27.如權(quán)利要求26所述的裝置，其中所述點(diǎn)紋理初始化單元將由八立方體結(jié)構(gòu)所表示的3D物體數(shù)據(jù)變換成點(diǎn)紋理數(shù)據(jù)。
28.如權(quán)利要求27所述的裝置，其中所述點(diǎn)紋理初始化單元包括八立方體解碼單元，用于對(duì)由八立方體結(jié)構(gòu)所表示的3D物體數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼；深度值計(jì)算單元，用于在相對(duì)于所述參考表面的法向方向上將所述八立方體的體素投射到參考表面的預(yù)定像素位置上，所述參考表面對(duì)應(yīng)于包括所解碼的八立方體的六面體的預(yù)定表面，并且將從所述體素到對(duì)應(yīng)于投射到所述參考表面上的體素的像素的距離定義為深度值；和色彩值產(chǎn)生單元，用于將所述體素的色彩定義為色彩值。
29.如權(quán)利要求26所述的裝置，其中由所述變形順序確定單元所確定的變形順序包括朝向所投射的投影點(diǎn)的參考圖像的像素的水平和垂直變形順序；和如果投影點(diǎn)的深度軸坐標(biāo)值為正，則參考圖像的像素的深度軸(z軸)變形順序?yàn)橛珊笙蚯胺较?，或者如果投影點(diǎn)的深度軸坐標(biāo)值為負(fù)，則參考圖像的像素的深度軸(z軸)變形順序?yàn)橛汕跋蚝蠓较颉?br> 30.如權(quán)利要求26所述的裝置，其中所述變形順序確定單元中的變形操作的特征在于將浮點(diǎn)表示變換成相應(yīng)的定點(diǎn)表示；通過使用定點(diǎn)表示來執(zhí)行坐標(biāo)變換；以及然后將定點(diǎn)表示變換成浮點(diǎn)表示。
31.一種存儲(chǔ)用于在計(jì)算機(jī)中執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1到18所述的方法之一的程序的計(jì)算機(jī)可讀記錄介質(zhì)。
全文摘要
提供基于深度圖像的3D圖形數(shù)據(jù)的高速顯像的方法及裝置。所述方法包括讀取3D物體的點(diǎn)紋理數(shù)據(jù)；在預(yù)定視點(diǎn)對(duì)所述簡(jiǎn)單紋理數(shù)據(jù)的每一參考圖像執(zhí)行3D變形以獲得變形圖像；對(duì)所述多個(gè)變形圖像的每一像素執(zhí)行深度測(cè)試和潑濺以獲得最終色彩數(shù)據(jù)；和通過使用最終色彩數(shù)據(jù)顯示物體。因此，可以減少存儲(chǔ)器使用和增加每一秒的顯像數(shù)量，以及有效地執(zhí)行特別是移動(dòng)終端中的3D圖形物體的顯像。
文檔編號(hào)G06T17/00GK1655192SQ20051000611
公開日2005年8月17日 申請(qǐng)日期2005年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月10日
發(fā)明者樸仁圭, 張敬子, 韓周延, 鄭錫潤(rùn), 金根豪 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社