Brevet FR2791792A1 — publié le 20001006

L'invention concerne un procédé pour la représentation bidimensionnelle de points d'image d'objets dans un dispositif d'affichage. Ce qui est important pour la représentation bidimensionnelle de points d'image d'objets, notamment pour la représentation d'objets mobiles et/ou pour la représentation sous différents angles d'observation et/ou avec des échelles différentes, ce sont principalement des dispositifs comportant une installation de traitement des données et un dispositif d'affichage commandé par cette installation. Le dispositif d'affichage est de façon typique un moniteur de télévision en couleurs comportant une trame fixée de points d'image. Pour la commande point d'image par point d'image du moniteur, il est en général prévu dans l'installation de traitement de données (DVA), en dehors d'un calculateur principal qui est désigné fréquemment sous l'expression unité centrale de traitement CPU ou est désigné simplement sous le terme processeur de l'installation de traitement de données, il est en outre prévu un dispositif de production d'images qui est conçu pour la production de valeurs de points d'image et pour la commande du moniteur et est relié à l'unité centrale CPU par l'intermédiaire d'une ligne interne de transmission de données de l'installation de traitement de données, notamment d'un système de bus BUS interne. Un tel dispositif de production d'images est de façon typique agencé sous la forme de ce qu'on appelle une carte graphique, qui est enfichée en un emplacement d'enfichage du système de bus BUS. De telles cartes graphiques contiennent en soi à nouveau une mémoire et des dispositifs de calcul, par exemple à nouveau un processeur comportant plusieurs unités de calcul, qui cependant peuvent être agencées et optimisées pour les tâches spéciales de la production d'images, autrement que le processeur central CPU pouvant fonctionner d'une manière universelle. Par exemple on utilise habituellement des cartes graphiques qui, pour un objet tridimensionnel pouvant être prédéterminé sous la forme d'un polyèdre avec une orientation déterminée dans l'espace et des informations de couleurs pour les différents éléments de surface, produisent, selon un modèle d'éclairement, qui peut être éventuellement choisi parmi plusieurs modèles d'éclairement et peut être modifié à un degré limité par des paramètres et est disponible dans la carte graphique en tant que programme de traitement, produisent automatiquement une représentation bidimension- nelle de l'objet avec un ombrage des différentes surfaces ou des différents éléments de surface, qui correspond à l'orientation relative de l'éclairement du modèle et des éléments de surface de l'objet. Sous l'effet du transfert d'étapes de traitement de l'unité centrale CPU à des composants matériels spécialisés, on s'efforce d'obtenir en général une réduction des charges imposées à l'unité centrale CPU. Notamment dans le cas de variations de la représentation de l'objet, il s'avère que d'une part les opérations de traitement, qui requièrent beaucoup de calculs, sur la carte graphique et d'autre part la quantité des données devant être transmises par l'unité centrale CPU à la carte graphique par l'intermédiaire du système de bus BUS limitent la durée d'établissement d'une nouvelle image vers des valeurs plus petites même dans le cas de la limitation aux données d'objets décrivant la structure en forme de polyèdre, et par conséquent des variations rapides ne peuvent pas être représentées ou apparaissent sous la forme de suites de déplacements par à-coups. La présente invention a pour but d'indiquer un procédé pour la représentation bidimensionnelle de points d'image d'objets sur un dispositif d'affichage, qui requiert un temps d'établissement d'images qui est plus bref et par conséquent une durée de séquence plus courte de représentation d'images modifiées. Le problème est résolu conformément à l'invention à l'aide d'un procédé pour la représentation bidimensionnelle d'objets sur un dispositif d'affichage avec commande du dispositif d'affichage au moyen d'un dispositif de production d'images, qui pour sa part reçoit des données d'image de la part d'un dispositif de calcul principal par l'intermédiaire d'une ligne de transmission de données, selon lequel des valeurs de points d'image pour la commande du dispositif d'affichage sont produites à partir d'objets pouvant être prédéterminés, dans les surfaces respectives sont divisées en une multiplicité d'éléments de surface polygonaux, et à partir d'un modèle d'éclairement pouvant être prédéterminé, des valeurs de points d'image sont produites au moyen de processus de calcul dans le dispositif de calcul principal d'une part et dans le dispositif de production d'images d'autre part, caractérisé en ce que dans le dispositif de calcul principal, des sommets des éléments de surface sont déterminés à partir des éléments de surface de l'objet respectif et du modèle d'éclairement associé, et des valeurs de points d'image sont déterminées pour les sommets, que des coordonnées des valeurs de points d'image des sommets sont transmises au dispositif de production d'images par l'intermédiaire de la ligne de transmission de données et que dans le dispositif de production d'images, les valeurs des points d'image de l'objet, qui sont affichés, sont produites par interpolation entre les valeurs de points d'image des sommets. Selon une autre caractéristique de l'invention, une fonction, qui est facultative dans le dispositif de production d'images, est débranchée pour le calcul de valeurs de points d'image sur la base du modèle d'éclairement disponible dans le dispositif de production d'images et que les ressources de calcul mises à disposition dans le dispositif de production d'images sont utilisées conjointement en parallèle pour la détermination de valeurs de points d'image par interpolation. Selon une autre caractéristique de l'invention, les éléments de surface sont représentés avec une couleur uniforme et seules des valeurs d'énergie sont déterminées lors de l'interpolation. Selon une autre caractéristique de l'invention, des valeurs d'énergie pour des couleurs de base prédéterminées sont déterminées en tant que valeurs de points d'image dans le calculateur principal et sont transmises au dispositif de production d'images. Selon une autre caractéristique de l'invention, les coordonnées des sommets sont transmises en tant que valeurs de coordonnées d'un système de coordonnées cartésien tridimensionnel par le calculateur principal au dispositif de production d'images. L'invention sélectionne d'une manière ciblée une certaine répartition des étapes de traitement dans le calculateur principal (désigné ci- après de façon abrégée par unité centrale CPU) d'une part et dans le dispositif de production d'images (désigné ci-après de façon abrégée sous l'expression carte graphique) d'autre part et à partir de là, certaines données d'image pour la transmission depuis unité centrale CPU à la carte graphique. L'invention permet une accélération de l'établissement de l'image et par conséquent de plus courtes durées de suites d'images d'une part grâce à une réduction de volume de données lors de la transmission par l'intermédiaire du système de bus interne BUS et d'autre part grâce à une réduction importante de la dépense de calcul dans la carte graphique. Cette réduction indiquée en dernier est obtenue notamment au moyen du transfert de la détermination de l'intensité d'éclairement de rétrodif- fusion des différents éléments de surface pour un modèle d'éclairement prédéterminé, dans l'unité centrale CPU (y compris sa périphérie directe sans l'utilisation du système de bus BUS). Sur la carte graphique, il se produit alors essentiellement encore seulement une transformation des coordonnées tridimensionnelles des sommets et des éléments de surface en des coordonnées bidimensionnelles du dispo- sitif d'affichage de points d'image, et une interpolation des valeurs des points d'image à l'intérieur des différents éléments de surface. Cette opération requiert seulement une faible dépense de calcul, de sorte que dans ces étapes de traitement, on peut traiter une grande quantité de données pendant chaque unité de temps. Dans la mesure o on dispose de différents procédés d'interpolation sur la carte graphique, éventuellement également une indication pour la sélection du procédé d'interpolation est en outre nécessaire. On peut en outre obtenir un accroissement de la vitesse de traitement par le fait que dans la carte graphique l'étape de traitement, qui est prévue pour le calcul des valeurs d'énergie sur la base d'un modèle d'éclairement, est supprimée, ce qui peut être réalisé de préférence au moyen d'une instruction de commande, par exemple "glDisable (GLLIGHTNING)" dans le langage de programmation usuel désigné par "OpenGL" pour des fonctionnements avec pipelines matériels. Une forme de réalisation particulièrement avantageuse de l'invention est celle dans laquelle des dispositifs de traitement (mémoires, unités de calcul), qui sont prévus dans la carte graphique pour le calcul de valeurs d'énergie et sont branchés en outre en parallèle avec les dispositifs prévus habituellement pour l'interpolation à l'intérieur d'un élément de surface, sont utilisés également pour l'interpolation entre les points d'image des sommets. Sous l'expression "valeur d'énergie", on désigne une valeur quantitative de l'intensité ou de l'intensité d'éclairement d'un point d'image. De préférence les valeurs d'énergie sont déterminées sous la forme d'un triplet de valeurs pour les couleurs de base rouge, vert et bleu, et sont délivrées au dispositif d'affichage pour la commande au niveau de chaque point d'image. De même les valeurs de points d'image pour les sommets lors de la transmission depuis l'unité centrale CPU à la carte graphique sont transmises avantageusement en tant que valeurs d'énergie pour les trois couleurs de base. Conformément à l'invention, une dépense de traitement des données est transférée de la carte graphique à l'unité centrale CPU, ce qui en général, dans le cas du problème de la représentation d'un objet constitué par une multiplicité d'éléments de surface, n'entraîne en cet endroit aucune surcharge notable de l'unité centrale CPU. Ceci est basé notamment sur le fait que de façon typique, pour la représentation d'un objet, un modèle d'éclairement est choisi initialement, que les valeurs des points d'image au niveau des sommets sont déterminées et que des modifications de la représentation consistent ensuite uniquement en une variation de la direction d'observation de l'objet dans le cas d'un modèle d'éclairement statique rapporté à l'objet et/ou en une modification de l'échelle lors de la représentation. Dans ces opérations, qui apparaissent lors de la représentation sur l'écran sous la forme d'une rotation ou bien d'un écartement ou d'un rapprochement de l'objet et qui apparemment peuvent être détectées également en tant que variation de la position d'un appareil de prise de vues alors que l'objet est fixe, les valeurs d'énergie au niveau des sommets restent avantageusement inchangées et seules les coordonnées des sommets varient. Pour de telles transformations de coordonnées, on dispose d'algorithmes rapides par exemple moyennant l'introduction d'une multiplication matricielle, de sorte qu'une conversion rapide est garantie sans qu'une charge supplémentaire notable soit appliquée à l'unité centrale de traitement. Globalement la dépense de traitement peut même être fortement réduite étant donné que dans la périphérie de la mémoire de l'unité centrale CPU un emplacement de mémoire suffisant pour l'ensemble des points d'image de tous les éléments de surface et des valeurs d'énergie déterminées à cet effet peut être préparé et, dans le cas de l'une des modifications indiquées précédemment de la représentation de l'objet, seule la transformation de coordonnées des sommets peut être exécutée tout en conservant les valeurs d'énergie également mémorisées. Au contraire, dans le cas de la détermination usuelle des valeurs d'énergie également des sommets sur la base d'un modèle d'éclairement dans la carte graphique, une mémorisation de tous les sommets avec des valeurs d'énergie associées sur la carte graphique n'est plus possible déjà dans le cas d'objets ayant une complexité moyenne, de sorte que pour chacune des modifications indiquées, l'ensemble des coordonnées des points des sommets sont transmises avec une information de couleur et une orientation, par l'unité centrale CPU à la carte graphique et, dans cette dernière, les valeurs d'énergie sont déterminées sur la base d'un modèle d'éclairement disponible. C'est seulement dans le cas d'une modification de la situation d'éclairement que, dans le cadre du procédé selon l'invention, la dépense de traitement, qui sinon est transférée à la carte graphique, doit s'effectuer dans l'unité centrale CPU. Etant donné que de tels changements d'éclairement ne constituent conformément à l'expérience qu'un très faible pourcentage des modifications de la représentation d'un objet, on peut, dans le cadre de l'invention, partir d'une dépense de traitement qui globalement est fortement réduite. Les éléments de surface choisis pour se rap- procher de surfaces également cintrées d'un objet devant être représenté, sont de préférence des triangles plats. Il s'avère que dans le cas d'une telle représentation, l'interpolation produit également sur la ligne de pliage entre des surfaces de deux triangles adjacents par un côté, une jonction qui apparaît uniforme, sans accentuation de la ligne de pliage, lorsque des sommets des deux triangles, qui sont situés sur la ligne de pliage, sont occupés par les mêmes valeurs d'énergie. D'autre part une jonction brusque désirée d'ombrages au niveau d'un bord de l'objet peut être représentée lorsque les valeurs d'énergie de deux surfaces différentes sont différentes latéralement par rapport au bord des éléments de surface devant être associés, également au niveau des sommets situés sur le bord. Les surfaces des éléments de surface sont de pré- férence supposées de manière à réaliser une rétrodiffusion parfaite. Cependant on peut également tenir compte simultanément de caractéristiques de miroir partiel. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après, prise en référence au dessin annexé, dont la figure unique illustre l'objet de l'invention. Sur la figure, on a représenté une partie d'un objet comportant par exemple trois surfaces planes 01, 02 et 03 qui sont perpendiculaires entre elles, la surface 03 comportant un renfoncement au niveau du bord avec une surface courbe cintrée B. Les surfaces planes 01, 02 et 03 doivent comporter en soi, au niveau de leurs points d'image, des valeurs d'énergie uniformes, qui diffèrent les unes des autres en raison du modèle d'éclairement supposé. Les valeurs d'énergie de la surface arquée cintrée doivent varier continûment le long de la courbure. La référence F1 désigne un premier élément de surface de forme triangulaire possédant des sommets Ell, E12, E13 à l'intérieur de la première surface 01 de l'objet, dont un côté situé entre les sommets E12 et El3 coïncide avec le bord de liaison K de surfaces 01 et 02. Les sommets Ell, E12, E13 possèdent tous le même triplet de valeurs d'énergie (Rll,Gll,Bll) = (R12,G12,B12) = (R13,G13, B13). La référence F2 désigne un second élément de surface de forme triangulaire comportant des sommets E21, E22 et E23 à l'intérieur de la seconde surface 02 de l'objet, dont un côté situé entre les sommets E13 et E23 coïncide avec le bord de liaison K des surfaces 01 et 02. Les sommets E21, E22 et E23 possèdent tous les mêmes valeurs d'énergie (R21,G21,B21) = (R22,G22,B22) = (R23,G23, B23), qui sont différentes des triplets de valeurs d'énergie des sommets de l'élément de surface Fl. Les sommets E12 et E13 du premier élément de surface F1 sont choisis pour illustrer le principe, conjointement avec les sommets E22 et E23 du second élément de surface F2. Au sommet E12 du premier élément de surface E12, pour lequel on a (R12,B12,G12), est associé un triplet de valeurs d'énergie autre que celui du sommet E23 possédant les mêmes coordonnées et auquel est associé le triplet de valeurs d'énergie (R23, G23,B23). Il en va de même pour les sommets E13 et E22. Etant donné que les valeurs d'énergie de tous les sommets de F1 sont identiques, l'interpolation pour tous les points d'image à l'intérieur de F1 fournit le même triplet de valeurs d'énergie. Il en va de même pour F2. Pour des valeurs d'énergie de F1 et F2, qui peuvent être différenciées optiquement d'une manière suffisante, on obtient alors dans la représentation sur le moniteur un bord clair K, qui sépare les surfaces 01 et 02 avec un ombrage des couleurs en soi uniforme. La surface arquée B cintrée continûment est censée être approximée par des éléments de surface de forme triangulaire F3, F4, etc. Dans l'exemple représenté, on part du fait que les sommets E31 et E32 du troisième élément de surface, qui sont situés dans la surface 03 de l'objet, possèdent les mêmes directions de normales à la surface et les mêmes valeurs d'énergie (R31,G31,B31) = (R32,G32,B32), qui diffèrent cependant des valeurs d'éner- gie des points d'image à l'intérieur de la surface 03, en raison de l'orientation des normales à la surface au niveau des sommets E31 et E32, qui diffère de la normale à la surface de 03. Le triplet de valeurs d'énergie (R33,G33,B33) du sommet E33 du troisième élément de surface diffère des triplets de valeurs d'énergie des sommets E31 et E32. Seules les coordonnées des sommets E31, E32 et E33 et les triplets de valeurs d'énergie, qui leur sont associés, sont transmis par l'unité centrale CPU à la carte graphique. En raison de l'interpolation exécutée dans la carte graphique, on obtient à l'intérieur de l'élément de surface une condition progressive d'ombrage le long de la courbure de la surface arquée B. L'élément de surface de forme triangulaire F4, qui poursuit l'approximation de la surface arquée B cintrée continûment en direction de F3, contient les sommets E41, E42 et E43, les sommets E41 et E43 de l'élément de surface F4 coïncidant avec les sommets E32 et E33 de l'élément de surface F3 et avec les côtés des éléments de surface reliant les sommets respectifs. Etant donné que pour la surface arquée B, il est souhaitable d'avoir une transition continue de l'ombrage des couleurs, les triplets de valeurs d'énergie de E33 et E34 sont choisis identiques. A cet effet, on peut fixer une orientation moyenne commune de la normale à la surface par exemple pour les sommets E33 et E43 ou bien une direction de normale à la surface, qui s'établit automatiquement à partir de la courbure de l'arc de B. De même les triplets de valeurs d'énergie pour les sommets E32 et E41 sont identiques, tandis que le triplet de valeurs d'énergie (R42,G42,B42) du sommet E42 de l'élément de surface diffère au moins du triplet de valeurs d'énergie pour le sommet E41, et de façon typique, dans l'exemple représenté, diffère également du triplet de valeurs d'énergie du sommet E43. Sous l'effet de la concordance du triplet de valeurs d'énergie au niveau des sommets coincidents d'éléments de surface contigus, on obtient une transition continue de l'ombrage de couleurs, qui fournit une impression visuelle sans variation brusque même dans le cas d'une approximation grossière de la courbure continue. Seules les coordonnées des sommets et les valeurs d'énergie associées sont transmises par l'unité centrale CPU à la carte graphique, les valeurs d'énergie de tous les points d'image de la représentation bidimensionnelle de l'objet étant calculées par interpolation, de préférence par interpolation linéaire, à partir des valeurs d'énergie transmises des sommets. Il en résulte également une réduction de la quantité de données devant être transmises par rapport à des procédés usuels, dans lesquels également les coordonnées des sommets, les normales à la surface au niveau de l'ensemble des sommets ainsi que des valeurs de couleurs relatives et des paramètres relatifs à des carac- téristiques de surfaces physiques (diffusion parfaite, composante de miroir, etc.) doivent être transmises. La conversion entre les coordonnées tridimensionnelles et les coordonnées bidimensionnelles est connue d'une manière suffisante. Enfin la représentation bidimensionnelle est prédéterminée par la division, selon des points d'image, de la surface de représentation du moniteur. Les caractéristiques indiquées peuvent être avantageusement mises en oeuvre aussi bien individuellement que selon différentes combinaisons. L'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites et au contraire peut être modifiée de nombreuses manières dans le cadre des connaissances du spécialiste de cette technique. En particulier l'interpolation est possible aussi bien dans le modèle d'objet tridimensionnel qu'après la formation de son image dans un plan bidimensionnel de représentation. REVENDICATIONS 1. Procédé pour la représentation bidimen- sionnelle d'objets sur un dispositif d'affichage avec commande du dispositif d'affichage au moyen d'un dispositif de production d'images, qui pour sa part reçoit des données d'image de la part d'un dispositif de calcul principal par l'intermédiaire d'une ligne de transmission de données, selon lequel des valeurs de points d'image pour la commande du dispositif d'affichage sont produites à partir d'objets pouvant être prédéterminés, dans les surfaces respectives sont divisées en une multiplicité d'éléments de surface polygonaux (F1 à F4), et à partir d'un modèle d'éclairement pouvant être prédéterminé, des valeurs de points d'image sont produites au moyen de processus de calcul dans le dispositif de calcul principal d'une part et dans le dispositif de production d'images d'autre part, caractérisé en ce que dans le dispositif de calcul principal, des sommets (Ell à E43) des éléments de surface sont déterminés à partir des éléments de surface (F1 à F4) de l'objet respectif et du modèle d'éclairement associé, et des valeurs de points d'image sont déterminées pour les sommets (Ell à E43), que des coordonnées des valeurs de points d'image des sommets (Ell à E43) sont transmises au dispositif de production d'images par l'intermédiaire de la ligne de transmission de données et que dans le dispositif de production d'images, les valeurs des points d'image de l'objet, qui sont affichés, sont produites par interpolation entre les valeurs de points d'image des sommets (Ell à E43). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une fonction, qui est facultative dans le dispositif de production d'images, est débranchée pour le calcul de valeurs de points d'image sur la base du modèle d'éclairement disponible dans le dispositif de production d'images et que les ressources de calcul mises à disposition dans le dispositif de production d'images sont utilisées conjointement en parallèle pour la détermination de valeurs de points d'image par interpolation. 3. Procédé selon l'une ou l'autre des reven- dications 1 et 2, caractérisé en ce que les éléments de surface (F1 à F4) sont représentés avec une couleur uniforme et seules des valeurs d'énergie sont déterminées lors de l'interpolation. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que des valeurs d'énergie pour des couleurs de base prédéterminées sont déterminées en tant que valeurs de points d'image dans le calculateur principal et sont transmises au dispositif de production d'images. 5. Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 4, caractérisé en ce que les coordonnées des sommets (Ell à E43) sont transmises en tant que valeurs de coordonnées d'un système de coordonnées cartésien tridimensionnel par le calculateur principal au dispositif de production d'images.