利用用户定义的场所和窗口进行有效再现制造技术

提供一种允许用户定义一个或多个场所的机制。场所是空间中的一个区域，例如立体单元，当摄像机位于该场所内和潜在可见的（或者潜在不可见的）某些物体相关。场所不同于表示景象的物体。一个预处理步骤检查摄像机是否在一个场所内，若在时则确定从该场所内潜在可见（或潜在不可见）的那些景象的物体。只有那些确定成从场所潜在可见的物体接着才被再现以供显示。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般地涉及计算机图形系统，并且更具体地涉及可提供复杂几何模型的实时交互显象的计算机图形系统。传统的计算机图形系统用于对三维物体的景象(scene)建模并在例如阴极射线管或液晶显示器的二维显示设备上重现景象进行显示。典型地，每个三维景象物体各用近似于物体形状的多个多边形(或基元)表示。定义物体的基元典型地是由局部坐标系统中的坐标定义的。例如，一种可用于定义物体的基元是三角形，它可由三个顶点在局部坐标系统中的坐标定义。景象的再现常规地分为二个阶段，几何处理和光栅化。几何处理通常包括模型建立变换、照明计算、视见变换、剪取操作及视点映象。模型建立变换把基元从局部坐标系统变换到全局坐标系统。照明计算计算不同位置的照明度模型一度对每个基元取等明暗、一度对每个顶点取Gouraud明暗，或者对每个象素取Phong明暗。视见变换把基元从全局坐标系变换到三维屏幕坐标系统(有时称为规格化投影坐标系统)。剪取操作决定取景截头体中的各基元(或者基元的一部分)。而视点映象把剪取后的基元的坐标系变换到规格化设备坐标系统(有时称为二维设备坐标系统)。光栅化是一种把几何处理期间生成的剪取后的基元的说明变换成用于显示的象素的处理。如附图说明图1A中所示，一种典型的基元是三角形T1。别的表面基元惯例地在光栅化前变换为一个或多个三角形。从而，常规光栅化处理只需要对待三角形。三角形T1是用它的每个顶点的(x，y，z)坐标表示的。顶点的(x，y)坐标说明其在显示平面中的位置。z坐标说明顶点离三维景象中选定的视点多远。光栅化典型成分解为三项任务扫描变换、明暗和可见性判定。扫描变换利用每个三角形的顶点的(x，y)坐标计算该三角形所覆盖的象素集S。明暗处理计算各个三角形覆盖的象素集S的彩色。存在许多计算彩色的方法，其中有些方法涉及到密集性计算技术例如纹理变换。明暗处理典型地采用上面对几何处理说明时提到的照明计算。可见性判定利用每个三角形的z坐标计算该三角形可见的象素集Sv(S的一个子集)。如果集S中的任何象素被前面已光栅化的它们的z值更接近选定视点的三角形所遮盖，集Sv将不同于集S。从而，对于位于由所有前面已处理过的三角形所描述的景象中的每个三角形，如果一个象素位于集Sv中它是“可见的”，但如果它位于集S中但不位于Sv中则是“隐蔽的”。另外，如果集Sv和集S相同，则三角形是“全部可见的”；如果集Sv不和集S相等并且集Sv不是空的，则是“部分隐蔽的”；或者如果集Sv是空的，则三角形是“全部隐蔽的”。例如，图1B示出二个三角形T1和T2，其中三角形T1被三角形T2部分地隐蔽。可见性判定传统地利用Z缓冲器技术实现。Z缓冲器为每个象素存储一个项目，该项目表示该给定象素处可见基元的z值。被一给定三角形遮盖的一组象素的z值(Znew)是通过插值法确定的。对于该组中的每个象素，给定象素处的Znew和存储在Z缓冲区中作为对应该给定象素的一个项目的z值(Zold)进入比较，并且根据比较操作的结果用Znew更新项目Zold。通过把可见象素集Sv的彩色写入到供显示的图象缓冲器完成光栅化。随着景象变得越来越复杂，传统的再现技术对于许多图形系统是计算过于密集的并且造成性能的下降。已经提出了适用于复杂景象的替代再现技术。例如，授于Mulmuley标题为“三维显示器中隐线及表面消除的方法”的美国5,086,496号专利利用视见窗口(viewing window)的条状分区(它们由和至少一个图象顶点相交的边界定义)及利用指向给定部分中可见表面的可见性指针进行表面的可见性判定。在另一个例子里，Green等的“分层Z缓冲器可见性”文章(Proc.ACM SIGGRAPH93，PP.231-238，1993)中说明用二种分层数据结构的组合，即物体空间的八叉树和图象空间的Z锥，加速扫描变换。另外，Teller等在“交互式图形的可见性处理”(Proc.ACM SIG-GRAPH 91，PP.61-69，1991)中说明一种可见性预处理阶段采用的算法，该算法把一个模型划分成为多个单元(cell)并且生成单元到单元的可见性信息(对于给定单元其表示从该给定单元中的至少一个点上部分可见或全部可见的单元集)。在交互式预排(walk through)阶段，具有已知位置及视见截头体的观察器通过该模型。在各个帧中，辨别含有该观察器的单元，并从存储器检索潜在的可见单元的内容(这是从预处理阶段中生成的单元到单元的可见性信息中导出的)。通过从观察器的视见截头体中进行挑选以产生眼睛到单元的信息(其表示在规定的视见截头体中观察器部分或全部可见的单元集)进一步减小潜在的可见单元集。由眼睛到单元的信息辨别出的剩下的可见单元的内容接着送到图形流水线，以供隐蔽表面消除及再现。Teller等的“用于照明计算的全局可见性算法”(Proc.ACMSIGGRAPH93，PP.239-246，1993)中把这些可见性预处理算法应用到辐射通量密度计算上。尽管这些替代的技术是用来加快光栅化阶段中的可见性判定的，但这些技术是不可改变的并且在大多数情况下对再现处理增添密集的计算任务从而压到了它们的好处。从而，在现有技术中需要提供灵活的再现技术，其能适应由当今的三维模型及景象中的各种复杂性及特征规定的要求。现有技术中的上述问题以及相关问题是通过本专利技术的原理解决的，该原理利用用户定义的场所(room)有效地再现并且提供一种允许用户定义一个或多个场所的机制。场所是空间中的一个区域，例如立体单元。存储和带有某些物体的场所相关的数据，当摄象机位于该场所内时这些物体是潜在可见的(或者潜在不可见的)。物体表示景象，从而场所不同于物体。一个预处理步骤检查摄象机是否在一个场所内，若在时则利用存储的数据判定从该场所内该景象的这些物体是潜在可见的(或者潜在不可见的)。只有那些确定成从该场所内潜在可见的物体接着才被再现以供显示。另外，可以存储和场所内一个或多个窗口相关的数据。窗口是一个几何图形，其根据摄象机相对于该窗口的位置、方位和视场定义可见/不可见区域。最好把那些不在与该场所有关的物体集之内的但位于由该窗口定义的可见区域内的物体增添到供显示的再现物体组中。图1A图示三角形T1的光栅化；图1B图示三角形TI和T2的光栅化，其中三角形T1部分地由三角形T2隐蔽；图2是图形工作站的功能方块图；图3是图2的图形工作站的图形子系统的功能方块图；图4(A)表示根据本专利技术的一个场所；图4(B)表示将一场所和一组物体关联起来的数据结构；图5是一个流程图，表示按照本专利技术对场所的预处理；图6(A)表示根据本专利技术一个带有一个窗口的场所；图6(B)在二维空间中表示视见截头体和图6(A)的窗口的相交；图7是一个流程图，表示按照本专利技术对带有相关窗口的场所的预处理；图8(A)和8(B)是一个流程图表示根据本专利技术图形系统利用一个或多个场所及相关的预处理和可见性集的操作图9(A)是非凹场所R及相关窗口A、B、C、D的剖视图；以及图9(B)示意表示代表窗口A、B、C、D和场所R的关系的分层树形结构，其用于指导和场所R的各窗口相关的挑选操作从而计算对应的窗口的作用。如图2中所示，常规图形系统100包括一个经系统总线106和系统存储器104连接的主处理机102。系统存储器本文档来自技高网...

【技术保护点】
在用多个位于第一坐标系统中的三维物体表示景象的并且其中每个物体是由代表一个或多个基元的图形数据表示的计算机图形系统中，一种根据一个在该第一坐标系统中具有特征位置、取向及视场的摄象机再现该景象的方法，该方法包括步骤：响应用户输入，定义代表第一坐标系统中的第一区域的场所，其中所述场所不同于所述多个表示所述景象的物体，把表示所述景象的所述多个物体划分为第一物体集和第二物体集，第一物体集是从所述场所内潜在可见的而第二物体集是从所述场所内遮蔽的，以及把和所述第一物体集及所述第二物体集中的一个集与所述场所相关联的数据存储起来；判定所述摄象机是否位于所述场所之内，一旦确定所述摄象机位于所述场所之内，根据将所述第一物体集及所述第二物体集中的一个集与所述场所相关起来的数据辨别所述第一物体集，并且生成表示所述第一物体集部分的第一图形数据，其中所述第一物体集的所述部分是从所述场所内潜在可见的；以及再现所述第一图形数据，从而在不再现所述第二物体集部分下再现所述第一物体集部分。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：贾P梅诺，加里克罗曼罗西那克，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：US[]