具有深度缓冲显示器的光线跟踪系统和方法技术方案

一种产生包括光线跟踪像素数据和光栅化像素数据的图像的系统和方法。协同处理单元（ＳＰＵ）采用绘制算法为需要高质量图像绘制的对象产生光线跟踪数据。光线跟踪数据被分割，从而每个片段包括光线跟踪像素深度值和光线跟踪像素颜色值。光栅器比较光线跟踪像素深度值和相应的光栅化像素深度值，并且当相应的光栅化片段“更接近”观察点时以光栅化像素数据盖写光线跟踪像素数据，这样产生复合数据。显示器子系统采用获得的复合数据在用户的显示器上产生图像。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体涉及一种具有深度緩冲显示器的光线跟踪系统和方法。更 特别是，本专利技术涉及一种采用共享深度緩冲器合成具有光栅化图像的光线 跟踪图像的系统和方法。
技术介绍
今天的计算机图像生成技术产生应用于例如计算机游戏和飞行模拟的 实际图像。计算机系统处理速度的提高是允许形成逼真计算机图像的主要 因素之一。计算机图像特别是在游戏应用中通常包括许多被绘制以产生图 像的对象。例如，游戏应用可包括例如风景、山脉、天空、云、车辆和人 的对象。可利用许多方法产生计算机图像。光线跟踪是一种常用的绘制对 象的方法。可优化光线跟踪以基于特定类型的元素，例如高度字段，来绘制图像，从而产生从任何观察点都是2维图像形式的虚拟3维场景。本领 域技术人员可理解，这里所讨论的光线跟踪包括其它相似的绘制技术，例 如光线投射。光线跟踪产生高质量图像绘制方案，但是发现了下面的挑战， 由于其高浮点计算要求以及其不规则和高带宽存储器访问模式，光线跟踪 可能不能满足用户的性能需求。另一种产生计算机图^象的常用方法为多边形绘制。采用该方法，光栅 器采用深度緩冲器将多边形分解为片段并且确定哪些片段对观察者可见， 该深度緩冲器存储对应于从观察者到屏幕空间上的"片段"的距离的深度 值。例如， 一些光栅化片段可对应车辆，其它光栅化片段可对应站在车辆 前的步行者。在该实例中，光栅器基于深度緩沖器的值确定在示出站在车 辆前面的步行者的特定屏幕位置上采用哪些光栅化片段。多边形绘制提供了高性能图^象绘制解决方案，但是也有如下的困难，多边形绘制产生了可 能不能满足用户图像质量要求的图像。因此，所需要的是一种組合光线跟踪绘制的高质量优势和多边形绘制 的高性能优势，以有效产生逼真计算机生成图像的系统和方法。
技术实现思路
提供了 一种采用共享深度緩冲器合成光线跟踪图像和光栅化图像的方法、计算机程序产品和系统。协同处理单元(SPU)采用绘制算法生成包括光线跟踪颜色数据和光线跟踪深度数据的光线跟踪数据。光栅器对其它 对象产生包括光栅化颜色数据和光栅化深度数据的光栅化数据。在每个分 割位置，例如每个〗象素，光栅器比较光线跟踪深度数据和光栅化深度数据， 并且在特定位置基于该比较以光栅化数据替代光线跟踪数据。从而获得包 括光线跟踪数据和光栅化数据的复合数据。反过来，显示子系统采用复合 数据产生供用户观测的图像。SPU从系统存储器检索对应于需要高质量图像绘制的特定对象的3维 模型数据。绘制算法例如光线投影或者光线跟踪采用该模型数据产生光线 跟踪数据，该光线跟踪数据被存储在光线跟踪像素数据"片段"中。本领 域技术人员可理解，这些像素片段可对应屏幕像素位置或者基于其它图像 分割技术的位置。每个光线跟踪像素数据分割包括光线跟踪像素深度值和光线跟踪像素 颜色值。该光线跟踪像素深度值被存储在深度緩冲器中并对应于从观察者到屏幕空间中的片段的距离。例如，光线跟踪像素深度值可以是"so"，其对应于相对于所显示的总体图像在离开用户80个单位的地方出现的片 段。该光线跟踪像素颜色值被存储在颜色緩冲器中并包括对应该片段的颜 色信息。光栅器绘制特定对象的多边形，并且将其中一个多边形分解为存储为 "光栅化像素数据，，的屏幕空间片段。每个光栅化像素数据片段包括光栅 化像素深度值和光栅化像素颜色值。光栅化像素深度值是从观察者到屏幕空间上片段的距离。例如，光栅化像素深度值可以为"20"，该值对应相 对于所显示的总体图像在离开用户20个单位的地方出现的光栅化片段。光 栅化像素颜色值包括对应片段的颜色信息。光栅器指向系统存储器并从深度緩冲器检索其中 一个光线跟踪像素深 度值。光栅器比较光线跟踪像素深度值与对应相同屏幕空间的光栅化像素 深度值，以确定是否应当显示光栅化像素数据代替相应的光线跟踪像素数 据。例如，对于特定屏幕位置，光栅化像素深度值可以为20，而相应的光 线跟踪像素深度值可以为40，例如山脉前面的车辆。在该实例中，光栅化 片段距离观察者比光线跟踪片段"更近，，，在特定屏幕位置上应当显示光 栅化像素数据而非光线跟踪像素数据。当光栅器确定应当在其相应的光线跟踪像素数据之前显示光栅化像素 数据时，光栅器以光栅化像素深度值盖写深度緩冲器中的光线跟踪像素深 度值，并以光栅化像素颜色值盖写颜色存储器中的光线跟踪像素颜色值。 对每个光栅化片段，光栅器比较其光栅化像素深度值与相应的光线跟踪像 素深度值，并因此以光栅化数据盖写系统存储器中的现有数据。光栅器继续将其它多边形分解为屏幕空间片段并将其光栅化像素深度 值和存在于深度緩冲器中的深度值比较。在特定屏幕位置上，该光栅器可 多次盖写现有的数据。例如，对于特定屏幕位置，光栅器可以以对应于车 辆的光栅化4象素数据盖写光线跟踪像素数据，然后以对应于站在车辆前面 的人的其它光栅化像素数据盖写所述光栅化像素数据。一旦光栅器完成每个多边形每个片段的片段比较，则深度緩沖器和颜 色緩冲器包括表示在屏幕上显示的图像的"复合"数据，该数据包括光线 跟踪像素数据和光栅化像素数据。显示器子系统扫描输出复合数据并在用 户显示器上产生图像。上述内容为概述，因此必要地包括简化、概括、和细节省略；因此， 本领域技术人员将理解，该概述仅仅是示例性的并且不用于任何意义上的 限制。由权利要求书唯一限定的本专利技术的其它方面、专利技术特征、优势将在 下面列举的非限制性的描述中清楚。附图说明现在将仅仅通过实例并参考在下面附图中所示出的其优选实施例描述本专利技术图1为示出基于相应的深度值以光栅化像素数据盖写光线跟踪像素数 据的光栅器的示图；图2为示出在从模型数据产生光线跟踪数据和基于特定深度值以光栅 化数据盖写部分光线跟踪数据中所采用步骤的高级流程图；图3为示出在比较光线跟踪像素深度值与相应的光栅化像素深度值并 且基于该比较以光栅化像素数据盖写光线跟踪像素数据中所采用步骤的流 程图；以及图4为示出宽带处理器结构(BPA)的示图，其是能够执行这里所描 述的计算操作的计算机系统的简化实例。具体实施方式下面的内容旨在提供对本专利技术实例的详细描述，并且不应认为是限制 本专利技术本身。而是，任何数量的变化都可落入由在说明书后面的权利要求 书所限定的本专利技术范围中。图1为示出基于相应的深度值以光栅化像素数据盖写光线跟踪像素数 据的光栅器的示图。宽带处理器结构100包括协同处理单元(SPU) 110 和系统存储器130。 SPU110为处理芯，例如数字信号处理器、微控制器、 微处理器、或者这些芯的组合。在优选实施例中，SPU IIO包括本地存储 器、寄存器、四个浮点单元、和四个整数单元。本领域技术人员可理解， 根据所需要的处理能力，SPU IIO可包括更多或者更少的浮点单元和整数 单元。SPU 110包括例如以光线投射或者光线跟踪绘制特定对象的颜色值和 深度值的绘制算法120。例如，绘制算法120能够1)通过屏幕像素^y^见察 点产生光线，2)跟踪通过场景的光线和递送三角命中点，和3)基于所述 命中点遮挡光线。本领域技术人员可理解，SPU 110还可以是能够支持绘制算法120的现有设备。SPU 110从系统存储器130检索模型数据140。模型数据140为对应 高质量图《象绘制对象的3-维数据。例如，用户可希望将建筑物绘制为高 质量图像以产生本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过计算机实施的方法，包括：　　　　选择对应于屏幕位置的光栅化像素数据；　　　　检索对应于所述屏幕位置的第一光线跟踪像素数据，所述第一光线跟踪像素数据被包括在多个光线跟踪像素数据中；　　　　比较所述第一光线跟踪像素数据和所述光栅化像素数据；　　　　基于所述比较，以所述光栅化像素数据代替所述第一光线跟踪像素数据；以及　　　　采用剩余的多个光线跟踪像素数据和光栅化像素数据产生图像。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：B米诺尔，GC福萨姆，VD托，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]