JP2006522978A - 動きぼかしの生成 - Google Patents
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Abstract
3Dグラフィックスシステムにおける動きぼかしの生成方法では、図形要素(GP)の形状を規定する幾何学的な情報(GI)が3Dアプリケーションから受け取られる(RSS;RTS)。図形要素(GP)の動きの方向を規定する変位ベクトル(SDV;TDV)も、3Dアプリケーションから受け取られ、又は、幾何学的情報から決定される。入力サンプル(RPi)を得るために、変位ベクトルによって示される方向において図形要素(GP)がサンプリングされ(RSS;RTS)、また、一時的なプレフィルタリングを得るために入力サンプル(RPi)に関して一次元空間フィルタリングが行われる(ODF)。
Description
本発明は、グラフィックスシステムにおいて動きぼかしを生成する方法、及び、変位ベクトルSDVに基づく、本発明の実施の一形態に係る拡張されたテクセルを使用する一時的なプレフィルタリングを示すグラフィックスコンピュータシステムに関する。
通常、画像は、ラインの連続するフレームの状態で、ディスプレイ装置の表示スクリーン上に表示される。速い速度で移動する表示スクリーン上に表示される3Dオブジェクトは、大きなフレーム間変位を有している。これは、特に、3Dゲームの場合である。大きな変位によって、しばしば一時的なエイリアシングと称される目に見えるアーチファクトが生じる場合がある。画像にぼかしを加える一時的なフィルタリングは、これらのアーチファクトを軽減する。
一時的なエイリアシングを軽減する高価な手法は、オブジェクトの動きによって僅かなフレーム間変位が生じるようにフレームレートを増大させることである。しかしながら、高いリフレッシュ速度により、これらの高いリフレッシュ速度で画像を表示できる高価な表示装置が必要になる。
他の手法は、画像がフレーム表示時間内において複数回レンダリングされる一時的なスーパーサンプリングである。レンダリングされた画像は、平均化された後に表示される。この手法は、非常に強力な処理を必要とするフレーム間区間内のいくつかのインスタンスにおける幾何学的形状を送るために3Dアプリケーションを必要とする。
費用効率の高い解決策は、先行するフレームの前回の表示画像を用いて現在のフレーム中に現在の画像を平均化することである。この手法は、動きぼかしの近似を与えるだけであり、十分な画質を与えない。
米国特許公報第6,426,755号(特許文献1)は、ぼかし作用を行うためのグラフィックスシステム及び方法を開示している。一つの実施の形態において、このシステムは、グラフィックスプロセッサと、サンプルバッファと、サンプル−ピクセル計算ユニットとを備えている。グラフィックスプロセッサは、受け取った3次元グラフィックスデータの組に基づいて複数のサンプルをレンダリングするように構成されている。また、プロセッサは、サンプルのためのサンプルタグを生成するように構成されている。この場合、サンプルタグは、サンプルがぼかされているか否かを示している。スーパーサンプリングサンプルバッファは、グラフィックスプロセッサからサンプルを受け取って記憶する。サンプル−ピクセル計算ユニットは、スーパーサンプリングサンプルバッファからサンプルを受け取ってフィルタ処理することにより、ディスプレイ装置上の画像を形成する出力ピクセルを生成する。サンプル−ピクセル計算ユニットは、サンプルタグに基づいてサンプルを出力ピクセルへとフィルタ処理するために使用されるフィルタ属性を選択するように構成されている。
米国特許公報第6,426,755号
本発明の目的は、一次元フィルタを用いてラスタライズ操作中にぼかしを加えることである。
本発明の第1の態様は、請求項1に記載されるように、グラフィックスシステムにおいて動きぼかしを生成する方法を提供する。本発明の第2の態様は、請求項13に記載されるように、コンピュータグラフィックスシステムを提供する。有利な実施の形態が従属請求項に規定されている。
グラフィックスシステムにおいて動きぼかしを生成する本発明の第1の態様に係る方法では、図形要素の形状を規定する幾何学的な情報が受け取られる。この幾何学的な情報は、米国特許第6,426,755号(特許文献1)において言及されている3次元グラフィックスデータであってもよい。また、処理リソースが少ないシステムにおいてアプリケーションによって供給される2次元グラフィックスデータを使用することもできる。方法は、図形要素の動きの方向を規定する変位ベクトルを決定する変位情報を使用して、動きの方向において図形要素をサンプリングし、入力サンプルを得る。入力サンプルの一次元空間フィルタリングは、一時的なフィルタリングを行う。このようにすれば、複雑な処理やフィルタリングを必要とすることなく、質の高いぼかしが得られる。
冗長な計算を要することなく、簡単な一次元フィルタが使用される。一方、米国特許第6,426,755号(特許文献1)の後処理は、フィルタリングのピクセル毎に変化する方向及び大きさをもって2次元フィルタを計算しなければならない。本発明に係る手法は、効果的な方法により十分な動きぼかしがもたらされるという利点を有している。フレームレートを増大させる必要もなく、また、一時的なサンプリングレートを増大させる必要もなく、画質は、従来の技術の加算平均によって得られる場合よりも良好である。
更なる利点は、請求項6に示されるような良く知られた逆テクスチャマッピング方法及び請求項7に示されるようなフォワードテクスチャマッピング方法によりこの方法を実施できるという点である。公知の逆マッピング方法及びフォワードテクスチャマッピング方法自体については、図2及び図4に関して詳細に説明する。
請求項2に記載された本発明に係る実施の一形態において、一次元フィルタのフットプリントは、変位ベクトルの大きさと共に、従って、動きと共に変化する。これは、もたらされるぼかしの量が図形要素の変位量に関連付けられるという利点を有している。少ない大きさの動きが存在する場合、わずかな量のぼかしだけがもたらされ、高い鮮明さが保たれる。大きい動きが存在する場合には、一時的なエイリアシングアーチファクトを抑制するために、大きな量のぼかしがもたらされる。従って、最適な量のぼかしが与えられる。一次元フィルタしか必要としないため、フィルタリングの大きさを変えることは容易である。
請求項3に記載された本発明に係る実施の一形態においては、変位ベクトルが2D(2次元)又は例えば3Dゲームである3D(3次元)アプリケーションによって供給される。これは、2D又は3Dアプリケーションのプログラマが変位ベクトルを完全に管理し、従って、もたらされるぼかしの量を操作できるという利点を有している。
請求項4に記載された本発明に係る実施の一形態において、2D又は3Dアプリケーションは、先のフレーム中に図形要素の位置及び方向を規定する情報を与える。本発明の実施の一形態に係る動きぼかし生成方法は、現在のフレーム内の図形要素の位置及び方向と、前のフレームの図形要素の位置及び方向とを比較することにより、図形要素の変位ベクトルを決定する。これは、ソフトウェアの3Dアプリケーションによって変位ベクトルを計算する必要がないという利点を有している。しかしながら、その代わり、変位ベクトルを決定するために幾何学的な加速ハードウェアを使用することができる。
請求項5に記載された本発明に係る実施の一形態においては、本発明に係る動きぼかし生成方法によって、前のフレーム中に、図形要素の位置及び方向をバッファリングする。これは、標準的な3Dアプリケーションを使用できるという利点を有しており、また、変位ベクトルは、本発明に係る動きぼかし生成方法によって完全に決定される。
請求項6に記載された本発明に係る実施の一形態において、動きぼかし生成方法は、良く知られた逆テクスチャマッピング方法により実施される。
スクリーン空間内に存在するピクセルの強度は、スクリーン上に表示される画像を規定する。通常、ピクセルは、実際に位置決めされ(マトリクスディスプレイにおいて)、又は、直交x−y座標系によって表される直交マトリクス内に位置決めされる(CRTにおいて)と考えられる。請求項6に記載された本発明に係る実施の一形態において、x−y座標系は、スクリーン空間内のスクリーン変位ベクトルがx軸方向において生じるように回転される。従って、サンプリングは、スクリーン空間内において、スクリーン変位ベクトルの方向において行われる。スクリーン空間内の図形要素は、回転されたスクリーン空間に対してマッピングされた(投影されたともいう)実環境図形要素である。通常、図形要素は多角形である。スクリーン変位ベクトルは、スクリーン空間に対してマッピングされる眼空間図形要素の変位ベクトルである。眼空間図形要素は実環境図形要素とも称され、これは、物理的なオブジェクトが意味されることも人工的なオブジェクトが網羅されることも表さない。サンプリングは、回転されていない座標系におけるピクセルの座標ではなく、逆テクスチャマッピングのための入力サンプルとして使用されるリサンプリングされたピクセルの座標を与える。
その後、良く知られた逆テクスチャマッピングが適用される。回転された座標系内に所定のフットプリントを有するブラーリングフィルタがピクセルに対して割り当てられる。フットプリント内のピクセルは、ブラーリングフィルタ振幅特性に従ってフィルタ処理される。スクリーン空間内のフットプリントは、テクスチャ空間に対してマッピングされ、マップフットプリントと呼ばれる。また、スクリーン空間内の多角形は、テクスチャ空間に対してマッピングされ、マップ多角形と呼ばれる。テクスチャ空間は、多角形の表面上に表示されるべきテクスチャを含んでいる。これらのテクスチャは、テクスチャメモリ内に記憶されたテクセル強度によって規定される。従って、テクスチャは、テクスチャ空間内のテクスチャ強度を規定することにより図形要素の外観を規定する外観情報である。
マップフットプリント及びマップ多角形の両方の範囲内に入るテクセルが決定される。マップブラーリングフィルタは、これらのテクセルのテクセル強度を加重して回転座標系内においてピクセルの強度(従って、座標系が回転されない良く知られた逆テクスチャマッピングにおけるピクセルの強度ではなく、リサンプリングされたピクセルの強度)を得るために使用される。
一次元フィルタリングは、平均強度を得るために回転座標系におけるピクセルの強度を平均化する。リサンプラは、リサンプリングされたピクセルの平均化されたピクセル強度をリサンプリングして、平均強度から当初の非回転座標系におけるピクセルの強度を得る。
請求項7に記載された本発明に係る実施の一形態においては、動きぼかし生成方法がフォワードテクスチャマッピング方法により実施される。
テクスチャ空間において、テクスチャ空間内の図形要素のテクセル強度がテクスチャ変位ベクトルの方向においてリサンプリングされ、それにより、リサンプリングテクセル(RTi)が得られる。テクセル変位ベクトルは、テクセル空間に対してマッピングされた実環境変位ベクトルである。リサンプリングテクセルの強度を得るために、テクスチャメモリ内に記憶されるテクセル強度が補間される。一次元空間フィルタリングは、重み関数に従ってリサンプリングテクセルの強度を平均化して、フィルタ補正テクセルを得る。図形要素のフィルタ補正テクセルがスクリーン空間に対してマッピングされることにより、マップテクセルが得られる。前置フィルタのその対応する前置フィルタフットプリントがマップテクセルをカバーする総てのピクセルに対するマップテクセルの強度寄与度が決定される。特定のピクセルに対するマップテクセルの寄与度は、前置フィルタの特性に依存している。各ピクセル毎に、マップテクセルの強度寄与度が合計され、それにより各ピクセルの強度が得られる。
従って、言い換えると、テクスチャ空間内の多角形内にあるテクセルの座標がスクリーン空間に対してマッピングされ、前置フィルタのその対応する前置フィルタフットプリントがこのテクセルをカバーする総てのピクセルに対するマップテクセルからの寄与度が、このテクセルにおけるフィルタ特性に従って決定され、最後に、テクセルの総ての寄与度が各ピクセルにおいて合計されることにより、ピクセル強度が得られる。
請求項8に記載された本発明に係る実施の一形態において、図形要素の変位ベクトルは、図形要素の頂点の変位ベクトルの平均として決定される。これは、各多角形毎に一つの変位ベクトルしか必要とせず、この変位ベクトルを簡単な方法により決定することができるという利点を有している。頂点の変位ベクトルの方向を平均化するだけで十分である。変位ベクトルの大きさが多角形に関して補間されてもよい。
請求項9に記載された本発明に係る実施の一形態では、スクリーン空間内において、変位ベクトルの大きさによって決定される距離にわたってスクリーン空間内における変位ベクトルの方向においてリサンプリングピクセルの強度が分配され、それにより、分配された分配強度が得られる。異なるピクセルの重なり合う分配強度を平均化することにより、スクリーン空間内の平均強度である区分的に一定の信号が得られる。これは、カメラのシャッタ動作に似ており、従って、非常に許容できる動きぼかしを与えることができるという利点を有している。
請求項10に記載された本発明に係る実施の一形態では、テクスチャ空間内において、変位ベクトルの大きさによって決定される距離にわたってテクスチャ空間内における変位ベクトルの方向においてリサンプリングテクセルの強度が分配され、それにより、分配された分配強度が得られる。異なるリサンプリングテクセルの重なり合う分配強度を平均化することにより、テクスチャ空間内の平均強度(フィルタ補正テクセルとも称される)である区分的に一定の信号が得られる。これは、カメラのシャッタ動作に似ており、従って、非常に許容できる動きぼかしを与えることができるという利点を有している。
請求項11に記載された本発明に係る実施の一形態において、一次元空間フィルタリングは、一つ又は複数のフレーム間区間中に様々な重み平均関数を適用する。これは、各フレームにおいて効果的な一次元フィルタが行われるが、高次の一時的なフィルタリングが得られるという利点を有している。フレームのレンダリングにおいては、記憶されるべきピクセルの部分的強度だけが計算される。正しいピクセル強度を得るためには、n個の連続するフレームのピクセル強度を累積しなければならない。この場合、nは、一時的なフィルタの幅である。高次フィルタリングは、少ないエイリアシングに同量のぼかしを与え、又は、同等に、少ないぼかしに同量の一時的エイリアシングを与える。
請求項12に記載された本発明に係る実施の一形態において、リサンプリングピクセル又はリサンプリングテクセルが分配される距離は、リサンプリングテクセル間の距離の倍数へと概算される。これは、テクセルの分配強度の累積中におけるリサンプリングテクセルの数の倍増を回避する。
本発明のこれらの態様及び他の態様は、以下に説明する実施の形態から明らかであり、当該実施の形態を参照しながら上記態様について説明する。
図1は、ディスプレイスクリーン上の実環境3Dオブジェクトの表示を示している。実環境オブジェクトWOは、図示のような立方体等の3次元オブジェクトであってもよく、2次元ディスプレイスクリーンDS上に投影される。3次元オブジェクトWOは、3次元オブジェクトWOの外観を規定する表面構造即ちテクスチャを有している。図1において、多角形AはテクスチャTAを有しており、また、多角形BはテクスチャTBを有している。
実環境オブジェクトWOの投影は、眼の位置又はカメラ位置ECPをスクリーンDSに対して規定することにより得られる。図1には、多角形Aに対応する多角形SGPがスクリーンDS上にどのようにして投影されるかが示されている。座標X,Yによって規定されるスクリーン空間SSP内の多角形SGPは、スクリーン空間内の図形要素の代わりに、図形要素とも称される。従って、図形要素をもって眼空間内の多角形A又はスクリーン空間内の多角形SGP又はテクスチャ空間内の多角形TGPが表されると、これは、図形要素が意味するコンテキストから明らかである。それは、多角形SGPの幾何学的形状を決定するために使用される多角形Aの唯一の幾何学的形状である。通常、多角形SGPの頂点を決定するためには、多角形Aの頂点を知れば十分である。
多角形AのテクスチャTAは、実環境からスクリーン空間SSPへと直接には投影されない。実環境オブジェクトWOの様々なテクスチャがテクスチャマップ即ち座標U,Vによって規定されるテクスチャ空間TSPに記憶される。例えば、図1は、多角形AがTAにより示される領域内にテクスチャ空間TSPにおいて利用できるテクスチャTAを有し、一方、多角形BがTBにより示される領域内にテクスチャ空間TSPにおいて利用できる他のテクスチャTBを有していることを示している。多角形Aがテクスチャ空間TA上に投影され、それにより、多角形TGP内に存在するテクスチャが多角形A上に投影されるときに実環境オブジェクトWOのテクスチャが得られ又は少なくともできる限り類似するように多角形TGPが生じる。テクスチャ空間TSPとスクリーン空間SSPとの間の透視変換PPTは、多角形TGPのテクスチャを対応する多角形SGP上に投影する。このプロセスは、テクスチャマッピングとも称される。通常、テクスチャは、総てが全体のテクスチャ空間内に存在するとは限らないが、総てのテクスチャはそれ自体のテクスチャ空間を規定する。
図2は、公知の逆テクスチャマッピングを示している。図2は、スクリーン空間SSP内の多角形SGP及びテクスチャ空間TSP内の多角形TGPを示している。説明を容易にするために、両方の多角形SGP,TGPが図1の実環境オブジェクトWOの多角形Aに一致しているとする。
スクリーン空間SSP内に存在するピクセルPiの強度PIiは、表示される画像を規定する。通常、ピクセルPiは、実際に位置決めされ(マトリクスディスプレイにおいて)、又は、位置の直交マトリクス内に位置決めされる(CRTにおいて)と考えられる。図2においては、限られた数のピクセルPiだけが点により示されている。多角形SGPは、どのピクセルPiが多角形SGP内に位置決めされるのかを示すためにスクリーン空間SSP内に示されている。
テクスチャ空間TSP内のテクセル又はテクセル強度Tiは、水平線と垂直線との交点によって表される。一般にテクスチャマップと呼ばれるメモリ内に記憶されるこれらのテクセルTiは、テクスチャを規定する。テクセルマップ即ち図示のテクスチャ空間TSPの一部は、図1に示されるテクスチャTAに対応している。多角形TGPは、どのテクセルTiが多角形TGP内に位置決めされるのかを示すためにテクスチャ空間TSP内に示されており、これらのテクセルTiは小さな×印により示されている。
良く知られた逆テクスチャマッピングは、以下に説明するステップを含んでいる。スクリーン空間SSP内には所定のフットプリントFPを有するブラーリングフィルタ(bluring−filter)が示されており、このブラーリングフィルタは、ブラーリング(ぼかし)を得るために必要な加重平均演算を行うためにピクセルPiに作用しなければならない。スクリーン空間SSP内のこのフットプリントFPは、テクスチャ空間TSPへマッピングされ、マップフットプリントMFPと呼ばれる。スクリーン空間SSPからテクスチャ空間TSPへと多角形SGPをマッピングすることによって得ることができる多角形TGPは、マップ多角形とも呼ばれる。テクスチャ空間TSPは、多角形SGPの表面上に表示されるべきテクスチャTA,TB(図1参照)を含んでいる。前述したように、これらのテクスチャTA,TBは、テクセルメモリに記憶されたテクセル強度Tiによって規定される。従って、テクスチャTA,TBは、テクスチャ空間TSP内のテクセル強度Tiを規定することによって図形要素SGPの外観を規定する外観情報である。
マップフットプリントMFT及びマップ多角形TGPの両方の範囲内に入るテクセルTiが決定される。これらのテクセルTiは×印によって示されている。マップブラーリングフィルタMFPは、これらのテクセルTiのテクセル強度Tiを加重してピクセルPiの強度を得るために使用される。
図3は、公知の逆テクスチャマッピングを行うための回路のブロック図を示している。回路は、スクリーン空間SSP内において動作するラスタライザRSSと、テクスチャ空間TSP内におけるリサンプラRTSと、テクスチャメモリTMと、ピクセルフラグメント処理回路PFOとを備えている。Ut,Vtは添字tを伴うテクセルTiのテクスチャ座標であり、Xp,Ypは添字pを伴うピクセルのスクリーン座標であり、Itは添字tを伴うテクセルTiの色であり、Ipは添字pを伴うピクセルPiのフィルタ処理された色である。
ラスタライザRSSは、スクリーン空間SSP内の多角形SGPをラスタライズする。横切る総てのピクセルPi毎に、そのブラーリングフィルタフットプリントFPがテクスチャ空間TSPにマッピングされる。ブラーリングフィルタのマッピングされたプロファイルに従ってマップフットプリントMFP内及びマップ多角形TGP内のテクセルTiが決定されて加重される。ピクセルPiの色は、テクスチャ空間TSP内のマップブラーリングフィルタを使用して計算される。
従って、ラスタライザRSSは、スクリーン空間SSP内の多角形SGPを受け取って、マップブラーリングフィルタフットプリントMFP及びピクセルPiの座標を供給する。テクスチャ空間RTS内におけるリサンプラは、マップブラーリングフィルタフットプリントMFP及び多角形TGPの位置に関する情報を受け取って、どのテクセルTiがマップフットプリントMFP内及びマップ多角形TGP内にあるのかを決定する。このようにして決定されたテクセルTiの強度は、テクスチャメモリTMから検索される。ブラーリングフィルタは、このようにして決定されたテクセルTiの関連する強度をフィルタ処理して、ピクセルPiのフィルタ処理された色Ipを供給する。
ピクセルフラグメント処理回路PFOは、多角形SGPの境界に近いピクセルの改良された処理を行うとともに、スクリーンDS上に表示されるピクセルPiのピクセル強度PIiを供給する。ピクセルフラグメント処理回路PFOは、いくつかの多角形が移動している場合には、ぼかしを混合する。
図4は、フォワードテクスチャマッピングを示している。図4は、スクリーン空間SSP内の多角形SGP及びテクスチャ空間TSP内の多角形TGPを示している。説明を容易にするために、両方の多角形SGP,TGPが図1の実環境オブジェクトWOの多角形Aに一致しているものとする。
スクリーン空間SSP内に存在するピクセルPiの強度PIiは、表示される画像を規定する。ピクセルPiは点により示されている。多角形SGPは、どのピクセルPiが多角形SGP内に位置決めされるのかを示すためにスクリーン空間SSP内に示されている。Piによって実際に示されるピクセルは、多角形SGPの外側に位置させられている。ブラーリングフィルタ(ぼかしフィルタ)のフットプリントFPは、各ピクセルPiに関連付けられる。
テクスチャ空間TSP内のテクセル又はテクセル強度Tiは、水平線と垂直線との交点によって表される。この場合も同様に、テクスチャマップと呼ばれるメモリ内に記憶されるこれらのテクセルTiは、テクスチャを規定する。テクセルマップ即ち図示のテクスチャ空間TSPの一部は、図1に示されるテクスチャTAに対応しているものとする。多角形TGPは、どのテクセルTiが多角形TGP内に位置決めされるのかを示すためにテクスチャ空間TSP内に示されている。
多角形TGP内のテクセルTiの座標は、スクリーン空間SSPに対してマッピング(リサンプリング)される。図4において、スクリーン空間SSPに対するテクセルTi(テクスチャ空間内に×印により示されている)のこのマッピング(テクスチャ空間TSPからスクリーン空間SSPへと向かう矢印ARにより示されている)は、スクリーン空間SSP内にマップテクセルMTi(スクリーン空間SSP内に×印により示されている。この×印は、点によって示されるピクセル位置間に位置させられていてもよい)を与える。マップテクセルMTiを包含するブラーリングフィルタのフットプリントFPを有する総てのピクセルPiに対するマップテクセルMTiの寄与度は、ブラーリングフィルタのフィルタ特性に従って決定される。ピクセルPiの強度PIiを得るために、ピクセルPiに対するマップテクセルMTiの総ての寄与度が合計される。
フォワードテクスチャマッピングにおいて、テクセルTiの色からピクセルPiの色へのリサンプリングは、スクリーン空間SSP内において生じ、従って、入力サンプル駆動される。逆テクスチャマッピングと比較して、どのテクセルTiが特定のピクセルPiに寄与するのかを決定することは容易である。特定のピクセルPiのためのブラーリングフィルタのフットプリントFP内にあるマップテクセルMTiだけがこの特定のピクセルPiの強度又は色に寄与する。また、ブラーリングフィルタをスクリーン空間SSPからテクセル空間TSPへと変換する必要がない。
図5は、フォワードテクスチャマッピングを行うための回路のブロック図を示している。回路は、テクスチャ空間TSP内において動作するラスタライザRTSと、スクリーン空間SSP内におけるリサンプラRSSと、テクスチャメモリTMと、ピクセルフラグメント処理回路PFOとを備えている。Ut,Vtは添字tを伴うテクセルTiのテクスチャ座標であり、Xp,Ypは添字pを伴うピクセルのスクリーン座標であり、Itは添字tを伴うテクセルTiの色であり、Ipは添字pを伴うピクセルPiのフィルタ処理された色である。
ラスタライザRTSは、テクスチャ空間TSP内の多角形TGPをラスタライズする。多角形TGP内にある総てのテクセルTi毎に、スクリーン空間内におけるリサンプラRSSは、テクセルTiをスクリーン空間SSP内のマップテクセルMTiにマッピング(変換)する。また、リサンプラRSSは、ブラーリングフィルタのその対応するフットプリントFPがマップテクセルMTiを包含する総てのピクセルPiに対するマップテクセルMTiの寄与度を決定する。最後に、リサンプラRSSは、ピクセルPiの強度PIiを得るために、ピクセルPiに対する総てのマップテクセルMTiの強度寄与度を合計する。
ピクセルフラグメント処理回路PFOは、多角形SGPの境界に近いピクセルの改良された処理を行うとともに、スクリーンDS上に表示されるピクセルPiのピクセル強度PIiを供給する。
図6は、本発明の実施の一形態に係る回路のブロック図を示している。この動きぼかし(motion blur)生成回路は、ラスタライザRAと、変位供給回路DIGと、一次元フィルタODFとを備えている。
ラスタライザRAは、図形要素SGP又はTGPの形状を規定する幾何学的情報GI及び図形要素SGP又はTGPの動作方向を規定する変位ベクトルを決定する変位情報DIの両方を受ける。ラスタライザRAは、変位ベクトルの方向において図形要素SGP又はTGPをサンプリングして、サンプルRPiを得る。一次元フィルタODFは、平均強度ARPiを得るためにサンプルRPiをフィルタ処理することにより、一時的なプレフィルタリングを行う。
ラスタライザRAは、スクリーン空間SSP内において動作してもよく、又は、テクスチャ空間TSP内において動作してもよい。ラスタライザRAがスクリーン空間SSP内において動作する場合には、図形要素SGP又はTGPが多角形SGPであってもよく、サンプルRPiはテクセルTiに基づいている。
スクリーン空間SSP内におけるラスタライザRAの使用は、図7を参照しながら、逆テクスチャマッピング(図8参照)との組み合わせに関して説明する。
テクスチャ空間TSP内におけるラスタライザRAの使用は、図9を参照しながら、フォワードテクスチャマッピング(図10参照)との組み合わせに関して説明する。
図7は、スクリーン空間内における変位ベクトルの方向でのサンプリングを示している。実環境オブジェクトWOは、特定の方向に移動する。オブジェクトWO全体のこの動作により、図形要素(多角形A,B)も移動する。多角形Aの動作は、多角形SGPの変位ベクトルSDVによりスクリーン空間SSP内において表すことができる。実環境オブジェクトWOの他の多角形は、他の変位ベクトルを有していてもよい。ピクセルPiの強度PIiは、その一方向が変位ベクトルSDCの方向と一致する矩形グリッド内に位置させられるリサンプリングされたピクセルRPiが決定されるようにリサンプリングされる。ピクセルPiが点によって表され、また、リサンプリングされたピクセルRPiが×印によって表されている。いくつかのピクセルPi及びリサンプリングされたピクセルRPiのみが示されている。
その強度PIiが表示される画像を決定するピクセルPiは、直交軸x,yによって規定される直交座標空間内に位置させられる。リサンプリングされたピクセルRPiは、直交軸x’,y’によって規定される直交座標空間内に位置させられる。
図8は、逆テクスチャマッピングを含む本発明の実施の一形態に係る回路のブロック図を示している。
スクリーン空間SSP内においてサンプリングする図6に示されるサンプラRAであるサンプラRSSは、多角形SGP内において、この多角形SGPの変位ベクトルSDVの方向においてサンプリングを行い、リサンプリングされたピクセルRPiを得る。従って、サンプラRSSは、多角形SGPの幾何学的形状及び変位供給回路DIGからの変位情報DIを受け取る。変位情報DIは、変位が生じる方向及び変位量を含んでいてもよく、従って、変位ベクトルSDVであってもよい。変位ベクトルSDVは、3Dアプリケーションによって供給されてもよく、又は、多角形Aの位置から連続するフレームの状態で変位供給回路DIGにより決定されてもよい。リサンプリングされたピクセルRPiは、変位ベクトルSDVと位置合わせされた位置の等距離直交座標空間内において生じる。又は、これとは異なり、スクリーン空間内の座標系x,yが回転されることにより、そのx’軸が変位ベクトルと位置合わせされる回転座標系x’,y’が得られる。
逆テクスチャマッパITMは、リサンプリングされたピクセルRPiを受け取って、強度RIpを供給する。逆テクスチャマッパITMは、図2及び図3に関して説明した良く知られた逆テクスチャマッピングと同じ方法により動作する。しかし、ピクセルPiの座標の代わりに、リサンプリングされたピクセルRPiの座標が使用される。従って、ここで、スクリーン空間内のフィルタのフットプリントFPが、スクリーン変位ベクトルと位置合わせされる座標系により規定される。このフットプリントは、テクスチャ空間に対してマッピングされる。この場合、このマップフットプリント内及び多角形内にあるテクセルは、マッピングされたフィルタ特性に従って加重され、これにより、フットプリントが属するリサンプリングされたピクセルRIpの強度が得られる。
一次元フィルタODFは、アバレイジャ(平均化器)AV及びリサンプラRSAを備えている。アバレイジャAVは、強度RIpを平均化して、平均強度ARIpを得る。平均化は、重み関数に従って行われる。リサンプラRSAは、平均強度ARIpをリサンプリングして、ピクセルPiの強度PIiを得る。
図9は、テクスチャ空間内における変位ベクトルの方向でのサンプリングを示している。実環境オブジェクトWOは、特定の方向に移動する。オブジェクトWO全体のこの動作により、図形要素(多角形A,B)も移動する。多角形Aの動作は、多角形TGPの変位ベクトルSDVによりテクスチャ空間TSP内において表すことができる。実環境オブジェクトWOの他の多角形は、他の変位ベクトルを有していてもよい。テクセルTiの強度は、その一方向が変位ベクトルTDVの方向と一致するマトリクス内に位置させられるリサンプリングされたテクセルRTiが得られるようにリサンプリングされる。テクセルTiが点によって表され、また、リサンプリングされたテクセルRTiが×印によって表されている。いくつかのテクセルTi及びリサンプリングされたテクセルRTiのみが示されている。
その強度PIiが表示されるテクスチャを決定するテクセルTiは、直交軸U,Vによって規定される直交座標空間内に位置させられる。リサンプリングされたテクセルRTiは、直交軸U’,V’によって規定される直交座標空間内に位置させられる。テクスチャ空間内の二つのサンプル(テクセルTi)間の距離DISがDISによって表される。
図10は、フォワードテクスチャマッピングを含む本発明の実施の一形態に係る回路のブロック図を示している。
テクスチャ空間TSP内においてサンプリングする図6に示されるサンプラRAであるサンプラRTSは、多角形TGP内において、この多角形TGPの変位ベクトルSDVの方向においてサンプリングを行い、リサンプリングされたテクセルRTiを得る。従って、サンプラRTSは、多角形TGPの幾何学的形状及び変位供給回路DIGからの変位情報DIを受け取る。変位情報DIは、変位が生じる方向及び変位量を含んでいてもよく、従って、変位ベクトルTDVであってもよい。変位ベクトルTDVは、3Dアプリケーションによって供給されてもよく、又は、多角形Aの位置から連続するフレームの状態で変位供給回路DIGにより決定されてもよい。
補間器(interpolator)IPは、テクセルTiの強度を補間し、リサンプリングされたテクセルRTiの強度RIiを得る。
一次元フィルタODFはアバレイジャ(平均化器)AVを備えており、このアバレイジャAVは、重み関数WFに従って強度RIiを平均化し、フィルタ補正テクセルFTiとも称されるフィルタ処理されてリサンプリングされたテクセルFTiを得る。
マッパMSPは、多角形SGP(より一般的には、図形要素とも称される)内のフィルタ補正テクセルFTiをスクリーン空間SSPに対してマッピングして、マップテクセルMTiを得る(図4参照)。
計算器CALは、前置フィルタPRF(図11参照)のその対応する前置フィルタフットプリントFPがマップテクセルMTiのうちの一つを網羅する各ピクセルPiに対する各マップテクセルMTiの強度寄与度を決定する。強度寄与度は、前置フィルタPRFの特性に依存している。例えば、前置フィルタが立法振幅(cubic amplitude)特性を有し且つマップテクセルMTiがピクセルPiに非常に近い場合には、このマップテクセルMTiのピクセルPiの強度に対する寄与度は比較的大きい。マップテクセルがピクセルPiにおいて中心付けられた前置フィルタのフットプリントFPの境界にある場合には、マップテクセルMTiの寄与度は比較的小さい。マップテクセルMTiが特定のピクセルPiの前置フィルタのフットプリントFP内にない場合には、このマップテクセルMTiは特定のピクセルPiの強度に寄与しない。
計算器CALは、ピクセルPiに対する様々なマップテクセルMTiの総ての寄与度を合計して、ピクセルPiの強度PIiを得る。特定のピクセルPiの強度PIiだけが、この特定のピクセルPiに属するフットプリントFP内のマップテクセルMTiの強度及び前置フィルタの振幅特性に依存する。従って、特定のピクセルPiにおいては、この特定のピクセルPiに属するフットプリントFP内のマップテクセルの寄与度だけを合計すれば済む。
図11は、所定のフットプリントを有するブラーリングフィルタの実施の一形態を示している。図11では、スクリーン空間SSP内においてフィルタ処理するブラーリングフィルタ(前置フィルタとも称する)PRFは、所定のフットプリントFPを有している。フットプリントFPは、マップテクセルMTiがピクセルPiに寄与するx及び/又はy方向におけるフィルタPRFの面積である。フィルタPRFは、スクリーン空間SSP内での位置XpにおけるピクセルPiに関して示されている。図示のフィルタPRFの例において、フットプリントFPは、4ピクセル距離の幅であり、x方向において位置Xp−2,Xp−1,Xp,Xp+1,Xp+2を網羅している。位置XmにおいてマッピングされるマップテクセルMTiは、フィルタ値CO1と乗じられるマップテクセルMTiの強度を有する位置XpにおけるピクセルPiに寄与する。
図12は、多角形の頂点の変位ベクトルに基づく多角形の変位ベクトルの決定を示している。スクリーン空間SSP内の多角形SGPは、変位ベクトルTDV1,TDV2,TDV3,TDV4がそれぞれ関連付けられた頂点V1,V2,V3,V4を有している。多角形SGP内の総てのピクセルPiにおける変位ベクトルTDVは、変位ベクトルTDV1,TDV2,TDV3,TDV4の平均であることが好ましい。従って、変位ベクトルTDVの方向及び大きさ(頂点の数によって割った後)の両方を得るために、変位ベクトルTDV1,TDV2,TDV3,TDV4がベクトル的に加えられる。
さらに複雑な手法も考えられ、例えば、変位ベクトルTDV1,TDV2,TDV3,TDV4が大きく異なっている場合には、多角形がさらに小さな多角形に分割されてもよい。
図13は、本発明の実施の一形態に係る拡張されたピクセルを使用する一時的なプレフィルタリングを示している。一次元フィルタODFは、変位ベクトルSDVの方向においてリサンプリングされたピクセルRPiの強度RIpを最初に分配することにより行われる。強度RIpの分配は、関連するリサンプリングされたピクセルRPiの周囲の領域において行われ、それにより、この領域にわたって局所的な強度RIpが拡張される。領域の寸法は、変位ベクトルSDVの大きさによって決定される。強度RIpのこの広がりは、ピクセルPiのストレッチングとも称される。単なる一例として、図13は、二つの隣り合うリサンプリングされたピクセルRPi間の距離の3.25倍である動き変位を示している。x’方向におけるピクセルストレッチング(図7参照)が示されている。
図13Aにおいて、リサンプリングされたピクセルRPiの強度RIpは、DIiで示される水平線により示されるように、分配され又は拡張される。x’軸上の各点は、リサンプリングされたピクセルRPiの位置を示している。水平線DIiは、リサンプリングされた各ピクセルRPiの左側及び右側の両方にあるリサンプリングされたピクセルRPiのうちの他方をカバーするようにリサンプリングされたピクセルRPiのそれぞれの強度RIpが分配されることを示している。
図13Bは、重なり合う分配された強度DIiの平均を示している。
図14は、本発明の実施の一形態に係る拡張されたテクセルを使用する一時的なプレフィルタリングを示している。一次元フィルタODFは、変位ベクトルTDVの方向においてリサンプリングされたテクセルRTiの強度RIpを最初に分配することにより行われる。強度RIpの分配は、関連するリサンプリングされたテクセルRTiの周囲の領域において行われ、それにより、この領域にわたって局所的な強度RIpが拡張される。領域の寸法は、変位ベクトルTDVの大きさによって決定される。強度RIpのこの拡張は、リサンプリングされたテクセルRTiのストレッチングとも称される。単なる一例として、図14は、隣り合うリサンプリングされたテクセルRTi間の距離の3.25倍である動き変位を示している。U’方向におけるテクセルストレッチング(図9参照)が示されている。
図14Aにおいて、リサンプリングされたテクセルRTiの強度RIpは、TDIiで示される水平線により示されるように、分配され又は拡張される。U’軸上の各点は、リサンプリングされたテクセルRTiの位置を示している。水平線TDIiは、リサンプリングされた各テクセルRTiの左側及び右側の両方にあるリサンプリングされたテクセルRTiのうちの他方をカバーするようにリサンプリングされたテクセルRTiのそれぞれの強度RIpが分配されることを示している。
図14Bは、重なり合う分配された強度TDIiの平均FTiを示している。
フレームサンプル間隔中の動き変位が二つの隣り合うリサンプリングされたテクセルRTi間の距離よりも大きい場合には、拡張されたテクセルが重なり合う。分配された強度TDIiの重なり合う部分を平均することによって得られる区分的に一定の信号FTiは、図15に関して説明するようにカメラの時継続積分の良好な近似値である。従って、テクセルストレッチングの結果は、従来のカメラのぼかしと似たぼかしである。動きが無い又は動きが少ないことに起因して、拡張されたテクセルが重なり合わない場合には、動きぼかしが発生せず、空間的なボックス復元が得られる。
図14は、マップテクセル距離の3.25倍の動き変位における分配された強度DIiの重なり部分の平均を示している。得られた区分的に一定の信号FTiは、積分された信号の近似値である。区分的に一定の信号FTiを、平均化された重なり部分を表す人工的なサンプルのボックス復元として見なすことができる。人工的なサンプルは、重なり合う拡張されたテクセルの変化する数に依存している。図14においては、三つ又は四つの拡張されたテクセルが重なり合っている。これは、広げられたテクセルのエッジをリサンプリングされた又はマッピングされたテクセル位置RTiに制限することにより回避することができる。従って、リサンプリングされたテクセルRTi間の距離の整数の倍数である動きぼかし係数が使用される。
図15は、本発明の実施の一形態に係る、拡張されたテクセルを使用したカメラの動きぼかしの近似を示している。図15Aは、8個のマップテクセル距離のテクセルストレッチングを示している。tbにより示される線は、特定のフレームにおけるU’方向のリサンプリングされたテクセルRTiの位置を示している。teにより示される線は、特定のフレームに続くフレームにおけるU’方向のリサンプリングされたテクセルRTiの位置を示している。分配強度RIiは、線TDIiによって示される。結果として得られる区分的に一定の強度FTiが図15Bに示されている。CAにより示される実線は、カメラによってもたらされる動きぼかしを示している。
結論として、好ましい実施の形態において、本発明は、3Dグラフィックス系における動きぼかしの生成方法に関する。図形要素SGP又はTGPの形状を規定する幾何学的情報GIは3Dアプリケーションから受け取られたRSS;RTSである。図形要素SGP又はTGPの動きの方向を規定する変位ベクトルSDV;TDVも、3Dアプリケーションから受け取られ又は幾何学的な情報から決定される。図形要素SGP又はTGPは、入力サンプルRPiを得るために変位ベクトルSDV;TDVによって示される方向においてサンプリングされたRSS;RTSであり、また、一次元空間フィルタリングODFは、一時的なプレフィルタリングを得るために入力サンプルRPiに関して行われる。
尚、前述した実施の形態は、本発明を限定するものではなく、また、当業者であれば、添付の請求項の範囲から逸脱することなく、多くの他の実施の形態を設計することができる。例えば、前述した多くの実施の形態においては、一つの多角形だけの処理が示されている。実際の用途においては、一つの全体の画像のために莫大な数の多角形(更に一般的には、図形要素)を処理しなければならない場合がある。
請求項において、括弧内の任意の参照符号は、請求項を限定するものと解釈すべきではない。用語「備える(含む)」は、請求項に記載された要素又はステップ以外の要素又はステップの存在を排除しない。本発明は、いくつかの別個の要素を備えるハードウェアによって、また、適切にプログラムされたコンピュータによって実施することができる。いくつかの手段を列挙する装置の請求項において、これらの手段のいくつかは、ハードウェアの一つの同じアイテムによって具現化することができる。
Claims (13)
- 図形要素の形状を規定する幾何学的な情報を受け取るステップと、
前記図形要素の動きの方向を規定する変位ベクトルを決定する変位情報を供給するステップと、
入力サンプルを得るために、前記変位ベクトルによって示される方向において前記図形要素をサンプリングするステップと、
一時的なプレフィルタリングを得るために前記入力サンプルの一次元空間フィルタリングを行うステップと、
を含むことを特徴とする、グラフィックスシステムにおける動きぼかしの生成方法。 - 変位情報を供給する前記ステップは、前記図形要素の動きの大きさをさらに規定し、一次元空間フィルタリングを行う前記ステップは、前記変位ベクトルの大きさに依存するフィルタフットプリントのサイズを用いて一時的なプレフィルタリングを得るようになっていることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記変位ベクトルは、2D又は3Dアプリケーションによって供給されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 変位情報を供給する前記ステップは、2D又は3Dアプリケーションからモデルビュー変換マトリクスを受け取り、前記マトリクスは、先行するフレームの図形要素の位置及び方向を規定することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 変位情報を供給する前記ステップは、前記変位ベクトルを計算するために、先行するフレームの図形要素の位置及び方向をバッファリングすることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記グラフィックスシステムは、所定のピクセル強度を有するピクセルをディスプレイスクリーン上に表示するようになっており、前記ピクセルがスクリーン空間内のピクセル位置上に位置させられ、
サンプリングする前記ステップは、リサンプリングされたリサンプリングピクセルを得るために前記スクリーン空間に対してマッピングされる変位ベクトルであるスクリーン変位ベクトルの方向において前記スクリーン空間内においてサンプリングするようになっており、
前記方法は、前記リサンプリングピクセルの強度を供給するために前記リサンプリングピクセルの座標を受け取る逆テクスチャマッピングをさらに含み、
一次元空間フィルタリングを行う前記ステップは、重み関数に従って平均強度を得るために前記リサンプリングピクセルの強度を平均化することを含み、
前記方法は、ピクセル強度を得るために前記リサンプリングピクセルの平均強度をリサンプリングすることをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記グラフィックスシステムは、所定のピクセル強度を有するピクセルをディスプレイスクリーン上に表示するようになっており、前記ピクセルがスクリーン空間内のピクセル位置上に位置させられ、
前記方法は、テクスチャ空間内のテクセル強度を規定することによって前記スクリーン空間内の図形要素の外観を規定する外観情報を供給することをさらに含み、
サンプリングする前記ステップは、リサンプリングされたリサンプリングテクセルを得るために前記テクセル空間に対してマッピングされる変位ベクトルであるテクセル変位ベクトルの方向において前記テクセル空間内においてサンプリングするようになっており、
前記方法は、前記リサンプリングテクセルの強度を得るために前記テクセル強度を補間することをさらに含み、
一次元空間フィルタリングを行う前記ステップは、フィルタ補正テクセルを得るために重み関数に従って前記リサンプリングテクセルの強度を平均化することを含み、
前記方法は、
マップテクセルを得るために前記テクスチャ空間内の図形要素の前記フィルタ補正テクセルを前記スクリーン空間に対してマッピングするステップと、
前置フィルタのその対応する前置フィルタフットプリントが前記マップテクセルをカバーする総てのピクセルに対する前記マップテクセルからの強度寄与度を決定するステップであって、前記寄与度が前記前置フィルタの振幅特性によって決定されるステップと、
各ピクセルにおいて前記マップテクセルの強度寄与度を合計するステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記図形要素の前記変位ベクトルの少なくとも一つの方向は、前記図形要素の頂点の変位ベクトルの方向の平均であることを特徴とする請求項6又は7に記載の方法。
- 一次元空間フィルタリングを行う前記ステップは、
前記スクリーン空間内において、前記変位ベクトルの大きさによって決定される距離にわたって前記変位ベクトルの方向において前記リサンプリングピクセルの強度を分配して、分配された分配強度を得るステップと、
異なるピクセルの重なり合う前記分配強度を平均化することにより、前記平均強度である区分的に一定の信号を得るステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項6に記載の方法。 - 一次元空間フィルタリングを行う前記ステップは、
前記テクスチャ空間内において、前記変位ベクトルの大きさによって決定される距離にわたって前記変位ベクトルの方向において前記リサンプリングテクセルの強度を分配して、分配された分配強度を得るステップと、
異なるリサンプリングテクセルの重なり合う前記分配強度を平均化することにより、前記フィルタ補正テクセルである区分的に一定の信号を得るステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項7に記載の方法。 - 一次元空間フィルタリングを行う前記ステップは、少なくとも一つのフレーム間区間中に重み平均関数を適用するようになっていることを特徴とする請求項7に記載の方法。
- 前記距離は、前記リサンプリングテクセル間の距離の倍数へと概算されることを特徴とする請求項9又は10に記載の方法。
- 図形要素の形状を規定する幾何学的な情報を受け取るための手段と、
前記図形要素の動きの方向を規定する変位ベクトルを決定する変位情報を供給するための手段と、
入力サンプルを得るために、前記変位ベクトルによって示される方向において前記図形要素をサンプリングするための手段と、
一時的なプレフィルタリングを得るために前記入力サンプルの一次元空間フィルタリングを行うための手段と、
を備えていることを特徴とするグラフィックスコンピュータシステム。
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