在3维视频图像系统中提供卡通轮廓的方法和装置制造方法及图纸

在诸如３维家庭视频游戏操作台等的３维计算机图像系统中，产生如卡通轮廓那样非图像真实感效果的有效技术涉及根据一个象素存储器的内容在物体的边缘产生和显示边界线。某些技术使用深度（Ｚ）值确定哪些象素位于物体的边缘，然后可选择地把边界颜色混合到要显示的那些象素中。借助于将象素深度值与邻近象素的深度值进行比较定位物体的边缘。根据计算的距离值将希望的边界线颜色混合到象素的颜色值。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及3维计算机图像，尤其涉及非图像真实感的(non-photorealistic)3维图像。具体而言，本专利技术涉及计算机产生和显示3维物体的如轮廓线或其他边缘的边界的方法和装置。大多数计算机图像研究倾向于针对产生逼真的图像。此类研究已经非常成功。计算机现在能产生如此逼真的图像，以致于不能将它们与照片区分开来。例如，我们中间大多数人已经在电影和电视中看到令人信服的恐龙、外星人和其他图像逼真的计算机产生的特殊效果。新的飞行员在计算机飞行模拟器上的训练是如此逼真，以致几乎可复现真实的飞行。廉价的家庭视频游戏系统现在能提供相当高程度的真实感，给游戏者真实的感觉，如沿一条道路驾一辆赛车，从冰雪覆盖的滑雪斜坡滑雪，步行穿过中世纪的城堡等，对大多数的游戏，这种真实感大大地提高了游戏的体验。但是，有时候宁可需要非真实感的图像。例如，有些类型的交互式视频和计算机游戏提供娱乐的价值不在于真实的模拟现实(或想象)的世界，而在于创造和显示充满故意非真实的漫画式卡通角色的卡通世界。例如，那样的游戏可以试图复现手画式的喜剧书的翻阅，同时提供动作、语言和交互作用。在这样的3维计算机图像系统中，一个希望得到的视觉效果是提供清晰的实线边界，如所显示物体的轮廓或其他边缘线。那样的边界线能对某些图像增加清晰度，如能帮助用户更清楚地区分不同的表面，例如卡通角色的轮廓，风景的山峰，墙的边缘等，并且这些边界线能协助建立由卡通艺术家手画所希望的印象。在角色或其他物体边缘周围提供如边界线那样的非图像真实感的一种方法是定义邻接于多面体造型物体的分隔线物体。但定义分隔边界物体要大大地增加图像处理复杂性。在一个资源有限的系统中，此方法会减慢图像产生时间或者损失性能。在例如交互式3维视频游戏系统的廉价3维图像系统中，效率是特别重要的。更有效的产生视觉效果的技术将使系统资源负担较轻，从而在不显著损失速度和其他性能的前提下提高整体视觉感受。借助于在如家庭视频游戏操作台那样的3维视频图像系统中提供在轮廓或其他边缘处显示边界线的有效技术，本专利技术解决了上述问题。按照本专利技术的一个方面，在一个图像被提供给帧缓冲器以后产生边界线。本专利技术使用储存在帧缓冲器的值确定哪些象素位于物体的轮廓或其他边缘上，并有选择地将边界着色混合到那些象素，然后加以显示。按照一个示例性实施例，借助于将象素的深度值和相邻物体的象素深度值比较来定位轮廓边缘。在一个特定例子中，根据象素的深度与相邻物体的深度之间的距离的绝对值计算一个“距离”。根据所计算的距离值将所希望的边界线颜色混合到象素颜色值。在一个特定例子中，该距离值被用于计算一个象素Alpha值，而该Alpha值用于控制要混合到该象素颜色的边界颜色的量。另外一个例子加入了深度调制。在此例中，根据距离值和作为象素深度的函数的另一个值来计算象素Alpha值，以提供由象素深度值调制的Alpha值。然后根据由深度调制的Alpha值将边界颜色混合到象素颜色中。一个另外的实施例中，一个物体的某些内部边缘不在该物体的轮廓上画边界线，一个卡通艺术家可以将边界线加在那里。例如，考虑卡通人物手臂举在他身体前面的情况。即使该人物将手臂举在他躯干的前面，使其手臂的边缘实际上在人物整个轮廓的内部，卡通艺术家应围绕该人物的手臂画出边界线。按照本专利技术的进一步特征，图像的象素被指定不同的识别值—该ID值例如可存入通常为Alpha值保留的帧缓冲存储器位置。这些象素识别值被用于区分边界线边缘和没有边界线的边缘。本专利技术的文件至少包含一张着色的图。本专利技术带有彩色图的拷贝将根据请求并支付必要的费用由专利和商标局提供。本专利技术的这些和其他的特征和优点，通过参照下列附图对较佳实施例所作的详细说明可被更好地和更完全地理解。附图说明图1-1F表示能用于实施本专利技术的3维视频图像系统的例子；图2是一个流程图，示例性地表示提供边界线显示的最佳实施例象素过滤器的步骤；图2A是相邻象素的图示；图3A示例性地图示透视变换；图3B是图2流程图的示例性修改，以提供考虑透视变换的范围转换；图4是另一个提供深度调制的示例性象素过滤器步骤的流程图；图5A-5F示例性地示出按照本专利技术提供的屏幕效果；图6和7示出一个带有卡通轮廓的卡通角色；图8A-8C示出本专利技术的另一个实施例，它使用物体部分识别值来规定卡通轮廓边界线应加在何处。图9是用于处理图8A中的识别值的示例性程序的流程图；图9A概略地示出另外的编码变化；和图10和11示例性地示出用于编码达到卡通轮廓效果的物体部分识别值。图1表示用于按本专利技术显示边界线的3维视频图像系统的一个例子。系统1005响应从例如游戏控制器1007和/或其他手动输入设备的交互式实时输入，在一个显示设备1009(如家用彩电、视频监视器或其他显示器)上产生一个视觉显示。系统1005可以在如存储在外部储存媒体1011(如可更换的视频游戏卡，CD-ROM或其他光盘等)中的视频游戏程序等的计算机程序控制下运行。在本例中，系统1005包括一个处理器1010，一个3维图像协处理器1020和一个存储器1030。处理器1010向图像协处理器1020提供3维图像命令。图像协处理器1020根据这些3维图像命令工作，交互地产生3维领域的2维视图。例如，图像协处理器1020可以包括一个基于硬件的3维图像流水线，它处理图像原语，如在3维空间定义的多面体，并根据任选的观察点产生表示3维空间投影到视图平面的可视2维图像的象素。在本例中，用户可以在实时交互的基础上借助于操作游戏控制器1007改变观察点。图像协处理器1020将其产生的显示象素存储在储存设备1030的一个帧缓冲器1040中。帧缓冲器1040包括一个彩色帧缓冲器1042和深度(Z)缓冲器1044。在本例中，彩色帧缓冲器1042储存红、绿、蓝(RGB)颜色值的2维阵列和相应的Alpha(A)值。可以在储存的RGB值和将在显示器1009上显示的象素之间有一一对应关系，或者帧缓冲器1042可以存储子样(Sub-samples)。Z缓冲器1044对每一个象素或储存在彩色帧缓冲器的子象素(sub-pixel)储存深度值(如Z方向相对于观察点的距离)。众所周知，当图像流水线“建立”图像时，Z缓冲器1044被用于多种目的(如移去隐藏面)。在本最佳实施例中，彩色缓冲器1042和/或Z缓冲器1044在可选择地将边界颜色混合到储存在彩色帧缓冲器1042的象素颜色值以确定在物体边缘的边界线方面也起了作用。更详细地，系统1005还包括一个象素过滤器50。象素过滤器50可以处理由3维图像协处理器1020提供的图像象素值，以便可选择地将边界线颜色加到被显示物体的轮廓和/或其他边缘的特定象素上。本最佳实施例的象素过滤器50，在图像数据已被提交到帧缓冲器1040或其他象素存储器以后的象素后处理阶段工作。作为一个例子，象素过滤器50在将图像协处理器输出的图像数据与在存储器1030内的图像数据结合起来过程中，可将边界线非图像真实感的图像单元施加到在3维图像协处理器1020缓存和提交的图像数据中。图1A是实现本专利技术的整个示例性交互式3维计算机图像系统1005的更详细的示意图。系统1005可用于播放交互式3维视频游戏并伴随有兴趣的立体声声音。将适当的存储媒体(如光盘1011)插入本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种交互式３维家庭视频游戏系统，其特征在于，它包括：至少一个手动操作的控制设备，提供用户操纵的实时输入；一个存储媒体，存储表示至少一个卡通角色的３维数据；一个存储图像数据的缓冲存储器；一个与所述缓冲存储器相耦连的３维图像流水 线，所述３维图像流水线至少根据所述用户操纵的实时输入和所述的表示所述卡通角色的３维数据将对应于所述卡通角色的图像数据提供给所述缓冲存储器；和一个与所述缓冲存储器相耦连的过滤器，所述过滤器将一个卡通轮廓功能应用到所述图像数据，以便在所述卡 通角色周围自动画出明显的边界线。

【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：安本吉孝，
申请(专利权)人：任天堂株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]