生成用于3D显示的CG图像的装置和方法制造方法及图纸

一种装置，通过引入称为“虚拟视点模型”的概念，通过从单个视点的单个渲染操作生成用于３Ｄ显示的ＣＧ图像，而不采用与现有技术情况相同的、执行从多个视点的ＣＧ渲染操作而且当改变视点的同时重复ＣＧ渲染的处理过程。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于生成三维显示使用的CG图像的装置和方法。技术背景目前为止，公知的用于显示裸眼式三维图像的显示方法有双目型 (binocular)和多目型(multi-ocular)。上述任意类型中，在显示器 表面上设置透镜片(lenticular sheet)或者视差阻挡(parallaxbarrier),由此使得左眼和右眼分别观看到具有视差的二维图像，并使得观察者 感知到立体图像，该立体图像是一个仅在一个方向上实现三维显现的 感知的图像，其中，所述透镜片是仅仅在水平方向上具有透镜特性的 半圆形透镜阵列。根据用于显示双目型三维图像的方法，两个二维图 像仅仅使得观察者从一个方向上感知到三维图像。然而，例如，根据 用于显示多目型三维图像的方法，四个二维图像使得观察者从三个方 向上感知到三维图像。具体而言，运动视差(一种使得物体看起来是 在与身体移动方向相反的方向上移动的现象)被施加给观察者，即使 其是不连续的。II (积分成像(Integral Imaging))方案可以用作用于将运动视差 渲染得更完美而且能够显示"三维图像(具有运动视差的立体图像)" 的方案。该方案源自1908年提出的名为积分摄影(Integral Photography, IP)方案的技术，该技术用于摄影并再现立体图像(参 见以下所述的现有技术文献1)。该方案包括准备与立体摄影的多 个像素相对应的透镜矩阵；使用放置在透镜阵列焦距上的胶片进行拍摄；并且将用于摄影的透镜阵列放置在所拍摄的胶片上，从而影响再 现。从通过仅仅反转与经过透镜记录的光束相关的信息中的传送方向 而影响再现的过程看来，很明显的是，该方案如同全息摄影的情况一 样，是一种在实现甚至完美的空间象的再现而无需限制观察者位置的理想方案，只要胶片的分辨率足够高。在n型三维图像显示设备中，典型平板显示器一液晶显示器(LCD)用于代替胶片。像素发出的光经过透镜，从而限制光的传送方向而且将所述光线发射成光束。透镜 后面提供的像素数量越多，也就是说，视差信息(即从不同观察角度 看到的结果不同的图像信息段)的数量越多，三维图像显示设备的向着前方或后方的显示范围越宽。然而，当LCD的分辨率是恒定的时， 透镜间距(pitch)变得更长，这会使三维图像的分辨率恶化(参见， 例如，现有技术文献l)。具体而言，仅提供水平方向上的视差信息的n (iD—n)方案使用与多目型三维图像显示方法情况相同的透镜片，并且II方案的分类可能混淆。然而，II方案的特征在于考虑到视点图像的分辨率的降低，使得视差的数量在可用范围内增加；并且在设计光束时未设想 观察者的位置(即，没有为在观察时刻的每只眼睛提供光采集点)。 上述特征与多目型三维图像显示方法的设计有实质的不同，多目型三 维图像显示方法的特征在于视差数量降低到2—4的低值，以便防 止发生视点图像的分辨率的降低；并且在对应于眼睛的位置上提供光 采集点，从而使眼睛能够感知到立体图像。具体而言，水平透镜间距 或者其整数倍被设计成水平像素间距的整数倍，从而使得从多个透镜 射出的光束以彼此基本上平行的方式出射。因此，防止了再现观察空 间中出现光束集中在其上的特殊点(用于在观察距离的足够远的后面 设置光采集点的方法也是可用的)。对于上述光束而言，虽然其是从 表面离散发光的(当物体真实存在时，需要一个表面)，仍然被提取 且再现。因此，通过将视差数量增加到特定程度，观察者能够在观察 范围之内在视觉上确保从观察者的位置充分观察到双目型视点图像， 而且能够获得连续的视差。通过仔细的检查，确定II型和多目型之 间之间的差异是在配置要限制的光束方面的差异，因为LCD所代表的平板的像素数量是有限的。然而，当与多目型三维图像显示方法对 比时，在多目型三维图像显示方法中，由于重点放在了视点图像的分辨率方面，因此运动视差是不完全的，而不提供特定光采集点的1D 一II方案的光束设计能够实现更自然的三维图像，其减少了疲劳而且 考虑到了双目视差和运动视差之间的平衡(参见，例如，下文将指出 的现有技术文献2)。因此，3D显示包括各种方案。在这些方案中，II方案是能够产 生更自然、更不易导致疲劳的三维图像的优等的三维显示方案。然而，II方案要求利用在从数量极多的视点观看待立体表示的目 标时所捕获的图像来生成立体图像。具体而言，在CG图像的情况下， 必须利用从数量极多的视点渲染的多个图像来生成立体图像(参见， 例如，现有技术文献2)。为了利用常规CG渲染操作实现上述处理操作，必须重复执行从 每个视点的渲染操作，重复次数与视点数量相等。已经想到将一种称为瓷砖(tile)图像格式的图像格式作为用于 有效地存储从多个视点生成的CG渲染图像的格式。为了将从多个视 点捕获的一组CG渲染图像转换成瓷砖图像格式，必须频繁地使用常 规CG处理中没有较为深入考虑的处理。现有技术文献1: M.G Lippmann， Comptes Rendusde 1 " Academie des Sciences, Vol. 146， pp.446-451"现有技术文献2: T. Saishu等人，"Distortion Control in a One-Dimensional Integral Imaging Autostereoscopic Display System with Parallel Optical Beam Groups" SID 04, pp.1438-1441， 2004如上所述，为了生成用于3D显示的CG图像，尤其是用于II方 案的CG图像，要求(1)从多个视点进行CG渲染操作，以及(2) 形成规定格式的渲染图像(例如，用于II方案情况的瓷砖图像格式)。对于(1)而言，在例如II方案的情况中，通常需要从很多视点 进行渲染(通常20个视点或者更多)。重复的渲染操作耗费相应的时 间，从而引起了生成CG图像的时间变得非常长的问题。对于(2)而言，必须形成规定格式的一组渲染图像(例如瓷砖图像)。然而，为了有效地执行该形成处理，必须采用一种在常规CG 中没有深入考虑的使用方式来执行渲染操作。通用图形处理硬件(GPU:图形处理单元)被设计为在预先假定范围内展示极高的性能。因此，当使用超过预先假定的使用方法时，GPU不能展示足够的性 能，这反过来引起渲染速度变慢的问题。为了解决上述问题，必须开发用户定制设计图形处理硬件一其专 用于生成用于3D显示的CG图像，而且以这种方式使用时，能够展 示最佳性能。然而，用户定制硬件的使用会引起用于3D显示的CG 图像的生成代价昂贵的问题。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种装置和方法，其能够同时解决现有 技术在渲染速度降低上的问题和现有技术在低成本地生成用于3D显 示的CG图像上的困难；并且其实现了用于3D显示的CG图像高速、 低成本的生成。根据本专利技术的一个方面，提供了一种用于生成3D计算机图形图 像的装置，所述装置包括数量计算单元，根据三维显示信息，计算 要生成的虚拟视点模型的数量；生成单元，根据计算机图形模型数据， 生成所述虚拟视点模型数量计算单元所计算数量的虚拟视点模型；配 置信息计算单元，其根据所述三维显示信息中包含的生成图像信息， 计算用于在计算机图形空间中配置本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于生成３Ｄ计算机图形图像的装置，所述装置包括：数量计算单元，根据三维显示信息，计算要生成的虚拟视点模型的数量；生成单元，根据计算机图形模型数据，生成所述虚拟视点模型数量计算单元所计算数量的虚拟视点模型；配置信息计算单元，其根据所述三维显示信息中包含的生成图像信息，计算用于在计算机图形空间中配置一组所述虚拟视点模型的配置信息；配置单元，根据所述配置信息计算单元所计算的配置信息，在所述计算机图形空间中配置属于由所述虚拟视点模型生成单元所生成的该组虚拟视点模型的数据；信息计算单元，根据与要被生成为计算机图形图像的光源和视点相关的信息和所述三维显示信息，计算关于每个所述虚拟视点模型的虚拟视点信息；信息应用单元，将所述虚拟视点信息计算单元计算的虚拟视点信息应用于所述虚拟视点模型计算单元所计算的该组虚拟视点模型中包含的每个相应虚拟视点模型；区域信息计算单元，根据所述三维显示信息，为每个所述虚拟视点模型计算渲染区域；以及渲染单元，根据计算机图形空间信息和虚拟视点模型组信息，渲染所述计算机图形图像，其中，所述计算机图形空间信息包含关于每个所述虚拟视点模型的虚拟视点信息，所述虚拟视点模型组信息包含从所述虚拟视点信息应用单元获得的、在所述虚拟视点模型区域信息计算单元所计算的渲染区域中的、与要被生成为计算机图形图像的光源和视点相关的信息。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：三原功雄，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：JP[日本]