(57)【要約】【課題】  テクスチャ・マッピング・フィルタリング手順の質を高めること。【解決手段】  第1のサンプル信号の入力画像アレイから第2のサンプル信号の出力画像アレイへの空間変換が、第2のサンプル信号に対して、フィルタ変換機能値を実装することによって各々生成されている定型の一組の生成物と、当該各第1のサンプル信号の様々に適用可能なものとの各々とを掛け算したものを、累算することによって実行される。特に、この方法は、テクスチャ・マッピングをもたらす3次元グラフィックス・パイプラインに対して、2つのパスの順方向マッピング手順を用いられている、ステップを発生させずに可変のサンプル・レート・コンバージョンを適用する。
2005516314.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単数または複数の3次元オブジェクトのモデルに関する情報の演算を処理し、当該モデルが、テクスチャ情報を含み、
当該方法が、アフィン2次元座標変換と非アフィン2次元座標変換との両方を許可する変換ステップを備える、レンダリングステップを含み、かつ、当該テクスチャ情報の変換を含む、3次元コンピュータ・グラフィックスの実行方法において、
当該方法は、空間的にステップを発生させずに可変のサンプル・レート・コンバージョンにより、前記テクスチャ情報を変換することを特徴とする、３次元コンピュータ・グラフィックスの実行方法。
【請求項２】
aが任意の大きい値の場合、1／aへの縮小に対する当該サンプル・レート・コンバージョンが、演算される、請求項1に記載の３次元コンピュータ・グラフィックスの実行方法。
【請求項３】
前記アフィン2次元座標変換と前記非アフィン2次元座標変換との両方を許可する変換素子を備える生成モジュールを備えており、当該変換素子は、当該テクスチャ情報の変換を許可とし、
当該システムは、空間的にステップを発生させずに可変のサンプル・レート・コンバーション・モジュールを備える、請求項1に記載の３次元コンピュータ・グラフィックスの実行方法を実施するように構成されているシステム。
【請求項４】
当該変換素子が、多相FIRフィルタ構造を備えることを特徴とする、請求項3に記載のシステム。
【請求項５】
当該フィルタ構造は、転置直接形である、請求項4に記載のシステム。
【請求項６】
プレフィルタ機能が、一度しかテーブルに記憶されない、請求項4に記載のシステム。
【請求項７】
当該変換素子は、すべてのタップが、その独自の分離プレフィルタ・テーブルを有する、直接形FIRフィルタ構造を備える、請求項4に記載のシステム。
【請求項８】
当該フィルタは、出力空間へ変換されるテクスチャ座標上で、その演算を実行する、請求項4に記載のシステム。
【請求項９】
さらに、入力空間への逆方向ピクセル変換を備える、請求項4に記載のシステム。
【請求項１０】
当該フィルタが、入力駆動手法で演算される、請求項4に記載のシステム。
【請求項１１】
当該フィルタが、出力駆動手法で演算される、請求項4に記載のシステム。
【請求項１２】
垂直パスと水平パスとの組合せに基づく、請求項8に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項1のプリアンブルに記述した方法に関する。このような変換の応用例の主要な分野は、例えば、白黒写真、カラー写真、映像画像などのディジタル画像のスケール変更である。スケーリング・ファクタは、画像に亘って同一としなくても良い。本発明の応用例の典型的な例は、3次元グラフィックス・システムにおける、テクスチャ・マッピングを意味する、画像の透視投影変換である。
【背景技術】
【０００２】
両者とも本出願人に譲渡されていて、かつ、参照として本願明細書に取り込まれている、Van Dalfsen等による特許文献1、および、特許文献2では、プロセス中にエイリアシングを導入することなく、映像画像をスケールするためのオブジェクトに対して、転置形構造を用いて、サンプル・レート・コンバージョンを実行する。
【０００３】
テクスチャ・マッピングは、3次元グラフィックス・システムでは、応用例に対する機能性が有用であることが判明している。このようなテクスチャ・マッピングは、逆方向テクスチャ・マッピングによる実行には適しているであろうが、このような逆方向テクスチャ・マッピングを用いて、性能を向上させたフィルタ機能を実装させることにより画像品質を高めることは、非常に高価かつ複雑となるであろう。今や、本発明者等は、後述されるように、ある種の既存FIRフィルタ構造は、新たな技術分野に適用することが出来ると言う認識に到った。
【０００４】
【特許文献１】米国特許5892695号明細書
【特許文献２】2001年5月15日の国際特許出願の国際公開第2002/093478号パンフレット（PHNL010300）
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
結論的には、とりわけ、本発明の目的は、テクスチャ・マッピング・フィルタリング手順の質を高めることである。このフィルタリングは、メモリ・アクセスの高スループット率、および、低プライス／パフォーマンス比をもたらすはずである。透視投影画像フィルタリングの追加は、従来技術の映像スケーリングおよびフィルタリングシステムでは、既に存在しているハードウェアを、かなりの頻度で再利用することが、好ましいはずである。さらに、よく似たアプローチは、静止画像のテクスチャ・フィルタリング、および、さらには透視投影のテクスチャ・フィルタリング、そうでなければ、一様でない歪んだ映像画像のテクスチャ・フィルタリングに対処できるようにすることが必要である。さらに、3次元グラフィックス・システムは、アフィン変換と非アフィン変換との両方を実行可能とすることが必要である。
【０００６】
よって、本発明の態様の1つによれば、本発明は、請求項1の特徴部分によって特徴づけられている。
【０００７】
さらに、本発明は、請求項1に記載の方法を実装するために構成されている装置に関する。本発明の更なる好都合な態様は、従属請求項に記述されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の、これらのおよび更なる態様および利点は、好ましい実施例の開示を参照し、かつ、特に添付の図面を参照して、以下に更に詳細に検討される。
【０００９】
以下、画像の入力サンプルは、入力空間またはテクスチャ（空間）またはテクスチャを全体として形成するテクセルと呼ばれる。逆に言えば、出力サンプルは、出力空間、画像空間、または（スクリーン）ピクセル空間を全体として形成するピクセルと呼ばれる。最も単純なフィルタリング方法の1つは、テクスチャの逆方向マップされたピクセルの座標が計算される、バイリニア・フィルタリングである。その後、色が、マップされたピクセルから4つの最も近いテクセルへの様々な距離に基づく補間により、計算される。しかしながら、概略説明された従来技術の実行においても、また、様々な増幅およびそれらの拡張においても、フィルタリングを行った最終的な結果においては、多数のエイリアシング・アーチファクトが、生じてしまうということが判明した。
【００１０】
したがって、本発明は、様々な異なるフィルタ機能を用いることができ、かつ、さらにプレ画像領域によって覆われている全てのテクセルを用いることができる、ハードウェアの実行方法を提案する。原理的には、プレ画像領域の外側に位置する、テクセルを使用することも、可能であろう。本発明は、その最も好ましい実施例において、2つのパスの順方向テクスチャ・マッピング方法と、テクスチャ・フィルタリングのためのいわゆる多相FIR（有限インパルス応答）フィルタ構造とを組み合わせる方法を、効果的に示す。好ましい程度がわずか低い実施例は、1つのパスの順方向テクスチャ・マッピングと、さらには逆方向テクスチャ・マッピングも、含む。
【００１１】
一般に、多相FIRフィルタ構造を用いるサンプル・レート・コンバージョンは、アフィン映像スケーリングを実行する際の映像処理に適用されてきた。本発明によると、以下に開示されるように、関連するハードウェアを僅かに拡張させるのみで、または、全く拡張させずに、これらの機能を同じ種類のフィルタ機能に実行させるように、同じ種類のフィルタ機能を再使用することが可能となる。このようにハードウェアを二重に使用することが、費用効率の点から好ましいことは明らかであろう。
【００１２】
様々な演算は、次のように実行される。順方向テクスチャ・マッピングは、テクスチャ空間でポリゴンをラスタライズする。ポリゴンのすべてのテクセルに対して、どのピクセルが、問題のテクセルに寄与するかが、決定される。テクセル−ピクセルのマッピングは、1つのパスまたは2つのパスの編成で、行なうことが出来る。2つのパスの順方向マッピングは、単一の2次元透視投影変換または他の変換を、2つの別々の1次元透視投影変換または他の変換に分離することに基づく。これ自体は、1980年に出版のCatmll-Smithに、開示されている。例えば、標準の直交座標系を用いる場合には、まず、水平変換およびフィルタリング・パスが適用され、入力空間の全ての行が、中間空間の各行にマップされる。続いて、中間空間の列が、垂直に変換され、かつ、出力空間にマップされる。垂直のフィルタリング・パスと水平のフィルタリング・パスとの間の逆方向のシーケンスも、同様に実行可能である。
【００１３】
図1は、3次元パイプライン構造の基本的なブロック図を示す。本願明細書において、3次元アプリケーション20は、3次元モデルデータ、およびテクスチャ・データを生成する。後者の情報は、ライン32に分けられ、テクスチャ・マップ記憶装置22に一時的に記憶される。さらに、3次元モデルデータは、ライン34に分けられる。ジオミトリの情報は、サブシステム24において、最終的に表示されるべき画像のジオミトリを生成するために、ジオミトリ変換および照明変換が施される。つづいて、ラスタライザ・サブシステム26において、テクスチャ・マップ記憶装置22からのテクスチャ・マップが、画像のジオミトリに適用されるはずである。つぎに、好ましい実施例では、その結果が、再サンプルおよびフィルタユニット27において、フィルタリングされる。フィルタリングがうまく完了した後には、サブシステム30での最終的な表示および関連するリフレッシュのために、画像が、フレーム・バッファ機能28に記憶される。順方向テクスチャ・マッピングが適用され、かつ、転置形構造のような入力駆動フィルタを有する、この好ましい実施例の場合、フィルタユニット27は、ラスタライザの後に来る。
【００１４】
図2（a）、図2（b）は、×印によって示されるテクスチャ空間（図2（a））のテクセルのマッピングから、相対的に大きいドットによって示されているスクリーン空間（図2（b））の様々なピクセルへの寄与を示す。相対的に小さいドットは、明らかに、この特定のテクセルからの寄与を受けないであろう。様々な寄与の値は、もちろん、フィルタの形態によって支配される。さらに、テクスチャ空間の正方形を、スクリーン空間の透視投影を含む四辺形にマッピングすることが、太線で示されている。スクリーン空間における明らかな立方体を表すものの様々な他の側面は、本願明細書では、更に考慮されていない。
【００１５】
図3は、図1の再サンプルおよびフィルタユニット27のより詳細なブロック図を示す。図1のサブシステム24からの出力は、更に、図1のサブシステム22からのテクスチャ情報と、ライン38によってラスタライザからの適切な制御信号とを受ける、水平FIRフィルタ42へ送られる。フィルタされた情報は、一時的に、中間バッファ機能44に記憶され、次いで、続いて垂直FIRフィルタ46へ送られる。中間バッファ機能44は、中間ピクセルごとに基づいて、水平再サンプルパスと垂直再サンプルパスをインターリーブすることによって、省略することができる。さらに、垂直FIRフィルタ46は、ライン40によってラスタライザからの適切な制御信号を受ける。結局、フレーム・バッファ機能28は、図1のものと同一である。この構成は、2つの連続的な1次元パスにおける、2次元のフィルタリングを、効果的に実行する。異なる応用例としては、2つのパス技術が、前述のCatmull-Smithに記載されている。セットアップは、3次元グラフィックス・システムのテクスチャ・マップ機能に用いることができる。ポリゴン（例えば、三角形）は、テクスチャ空間でラスタライズされる。
【００１６】
順方向テクスチャ・マッピングが、特定のピクセルに寄与する、（プレ画像によって覆われている）それらのテクセルを（多分部分的に）選択するので、このマッピングは、従来用いられている逆方向テクスチャ・マッピングの場合にあったであろう、不必要なぼけまたはエイリアシングを、導入しない。事実、さらに、逆方向テクスチャ・マッピングは、ピクセルの四辺形のプレ画像内にあるテクセルを、正確に選択してしまうという課題を有している。明らかに、第1のパス（上記の場合、水平パス）では、情報のある部分が、消失する結果になる場合がある。その理由は、入力空間が、出力空間と関連する、中間空間の相対的に小さい領域にマップされるためである。この情報の消失課題に対する解決策自体は、従来技術において容易に見出されるものである。
【００１７】
ところで、本発明についての主要なアイディアは、3次元グラフィックス・システムに、テクスチャ・マップ機能を実装するためのステップを発生させずに可変のサンプル・レート・コンバージョンに対して、既知のFIRフィルタ構造を用いることである。このような応用例は、FIRフィルタの応用例を、このような応用例に対しては新規かつ非自明な応用例の分野に、移行させる。
【００１８】
この点に関し、図4は、このようなフィルタとして多相転置形構造を示す。図5は、このようなフィルタとして用いられる、代替の多相直接形構造を示す。本発明の好ましい実施例は、水平および垂直のスケーリングの両方に対し、FIRフィルタ構造を用いることによって、2つのパス手順を実現することができる。多相直接形構造は、アンペックス（AMPEX）社に譲渡された米国特許4472732号明細書に開示されている。しかしながら、この多層直接形構造は、個別素子にしかセットすることができず、その結果、スケール・ファクタの数が制限される。すべてのスケール・ファクタに対して、他のフィルタ機能テーブルが必要とされるのに対し、本発明の方法では、ステップを発生させずに可変のスケール・ファクタが、単一のフィルタ機能テーブルのみで達成される。図4および図5は、画像を縮小するために有用である、ステップを発生させずに可変のスケーリングを可能にする1次元構造を示す。図4は、4つタップについての反復的な構造を示す。各々のタップは、他のタップと平行して入力値Iと、さらに単一のフィルタ機能h（x）テーブル52からの係数とを受ける。さらに、タップ手順は、全体にわたって、入力値Iと係数テーブル52からの値との乗算54と、加算（56）と、合計のラッチされた記憶（58）と、加算器56から出力されたレトロ結合値の加算（56）とを有する。同期は、ライン50の信号によってもたらされるので、データのクリアランスは、スイッチ60を介して入力62からゼロを連続的にロードすることによって実行される。残りの様々なタップに対しても、同一のタップ手順が実行される。
【００１９】
構造がわずかに異なるフィルタの説明が、前述のvan Dalfsenの特許に開示されている。ハードウェア構造は、以下の式によって記載することができる、ステップを発生させずに可変のサンプル・レート・コンバージョンを実現する。
Cp＝Σ∀tf（Xt−Xp）＊St＊Ct  （1）
【００２０】
方程式（1）は、単一パスの2次元の、ステップを発生させずに可変のサンプル・レート・コンバージョンを、直接、導出することができる。導出結果は、同程度の質を有するが、メモリ・アクセスは、一定ではない。これは、利用可能なメモリのバンド幅の適切な使用を制限することになる。
【００２１】
一方、方程式（2）にも、ステップを発生させずに可変のサンプル・レート・コンバージョンが記載されている。この特定の手順の追加的な利点は、直流リップル・アーチファクトが生成されないということである。
Cp＝Σ∀t（（F（XMt+1−Xp）−F（XMt−Xp））＊Ct）  （2）
【００２２】
異なる環境における、この式の様々な実施は、前述の特許文献2に記載されている。
【００２３】
なお更なる実施は、縮小のための、ステップを発生させずに可変のサンプル・レート・コンバージョンに対して、直接形構造に適用される。ただし、これは、それぞれのタップの各々に対して、別々のテーブルを必要とする。この目的のために、図5は、上記先出願の特許文献2において、先に公開された直接形構造を示す。図示されるように、この構造は、1次元の場合に対して動作可能であるが、2次元に対する一般化は自明である。図5の構成では、ライン70のXSの量が、逐次ステージ74、76、78、80にラッチされ、かつ、次のタップに各々入力する前に遅延される、図4に記載の四つタップが、ここでも存在する。つぎに、Xp（72）の値が、減算される。減算結果は、乗算器102に適切な係数を生成するために、それぞれのテーブル82、84、86、88をアドレス指定する結果をもたらすであろう。セットアップの下左端の構造は、Ctをラッチし、減算器92においてCtの2つの逐次値の差分を計算し、かつ、適切な乗算のために逐次素子94、96、98、100に差分結果をラッチするであろう。次いで、4つの結果が、部材104において合計され、かつ、もう一度加算器106において入力値Ctに加算される。最終的な出力は、Cpとなる。
【００２４】
このフィルタの多相構造自体は、いくつかの可能な実装のうちの1つであり、かつ、それ自体、制限を表すものではない。このような多相フィルタにより、各々のタップの重みは、位相および更にフィルタ機能の両方に依存する。位相は、その色が決定されるべき特定のピクセルの座標から、マップされたテクセルの座標を減算することによって得られる。説明を簡単にするため、固定されたフィルタ機能が、仮定された。
【００２５】
次いで、テーブルが、一定の位相で活性化されている全てのタップに対して、量子化された重みまたは係数を含むテーブルの各行により構成される。したがって、各々のテーブル項目は、該当するタップの数と同数の、記憶されている係数値を有する。多相FIRフィルタリングを実行するときには、そのピクセルの位相に応じて、テーブル指標が、一定のテクセルに対して選択され、かつ、全ての係数が、相対的に関連するタップに供給される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】3次元のパイプライン構造の基本的なブロック図である。
【図２】マップされたテクセルからスクリーン空間の様々なピクセルへの寄与を示す図である。
【図３】図1の再サンプルおよびフィルタユニットのより詳細なブロック図である。
【図４】本発明で用いることができる多相転置形単一テーブルFIRフィルタ構造を示す図である。
【図５】本発明で用いることができる多相直接形FIRフィルタ構造を示す図である。
【符号の説明】
【００２７】
20  3次元アプリケーション
22  テクスチャ・マップ記憶装置
24  サブシステム
26  ラスタライザ・サブシステム
27  フィルタユニット
28  フレーム・バッファ機能
30  サブシステム
32、34、36、38、40、70、72  ライン
42  水平FIRフィルタ
44  中間バッファ機能
46  垂直FIRフィルタ
52  フィルタ機能h（x）テーブル
54  乗算器
56  加算器
58  ラッチ
60  スイッチ
62  入力
74、76、78、80  逐次ステージ
82、84、86、88  テーブル
92  減算器
94、96、98、100  逐次素子
102  乗算器
104  部材
106  加算器
【図１】
2005516314.tif 000003
【図２】
2005516314.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005516314.tif 000006
【図５】
2005516314.tif 000007
【国際調査報告】
2005516314.tif 000008
2005516314.tif 000009