(57)【要約】  ３ＤシーンのＮ個のビューをレンダリングするレンダラを有するコンピュータ・グラフィックス・プロセッサを提供する。Ｎ個のビューのすべてについて前記３Ｄシーンのプリミティブの表面にわたって表面グリッドをトラバースするラスタライザＳＳＲを含む前記レンダラ。さらに、前記レンダラは、ラスタライザＳＳの出力の色を決定し、シェーディングされた色サンプルをそのスクリーン座標と共に転送するシェーダ手段ＰＰＳと、Ｎ個のビューのうちの１つに従って前記シェーダ手段ＰＰＳによって決定されたシェーディングされた色サンプルをそれぞれが再サンプリングするＮ個のスクリーン空間リサンプラＳＳＲとを含む。これは、表面トラバーサル、テクスチャ・フェッチ、およびシェーディング計算が、Ｎ個の異なるビューについて１回だけ実行されるので、はるかに効率的である。結果としてシェーディングされた色が、すべてのビューについて再利用される。さらに、プリミティブの表面にわたってすべてのグリッドをトラバースする能力は、より高いレンダリング自由度をもたらす。
2007514230.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３ＤモデルのＮ個の２Ｄイメージを並列にレンダリングするレンダラを有するコンピュータ・グラフィックス・プロセッサであって、
前記レンダラは、
Ｎ個のすべてのビューの前記３Ｄイメージのプリミティブの表面にわたって表面グリッドをトラバースするラスタライザと、
前記ラスタライザの出力の色を決定し、シェーディングされた色サンプルをそのスクリーン座標と共に転送するシェーダ・ユニットと、
前記Ｎ個のビューのうちの１つに従って前記シェーダ手段によって決定された前記シェーディングされた色サンプルをそれぞれが再サンプリングするＮ個のスクリーン空間リサンプラと
を含む、コンピュータ・グラフィックス・プロセッサ。
【請求項２】
テクスチャ・マップを保管するテクスチャ・メモリ
をさらに含み、前記表面グリッドは、前記プリミティブに関連し前記テクスチャ・メモリに保管されるテクスチャ・マップから導出される
請求項１に記載のコンピュータ・グラフィックス・プロセッサ。
【請求項３】
前記テクスチャ・メモリに保管された前記テクスチャ・マップのうちの１つに関連するグリッドは、
前記テクスチャ・マップが独立にアドレッシングされ、
前記テクスチャ・マップが２Ｄテクスチャに基づき、かつ
頂点でのテクスチャ座標がデジェネレート・プリミティブを構成しない
場合に表面グリッドとして選択される
請求項２に記載のコンピュータ・グラフィックス・プロセッサ。
【請求項４】
前記テクスチャ・メモリに保管された複数のテクスチャ・マップが前記３つの要件ａ）〜ｃ）を満足する場合に、テクスチャ空間内で最大の面積を有するテクスチャ・マップが選択される
請求項３に記載のコンピュータ・グラフィックス・プロセッサ。
【請求項５】
表示画面をアドレッシングする手段
をさらに含み、
前記レンダラは、前記アドレッシング手段に供給されるイメージ情報をレンダリングするための３Ｄモデル用の入力および少なくとも１つの視点用の入力を有し、
前記レンダラは、さらに、色情報およびＺ値を持つスタック層を有する少なくとも１つの主視点Ｚスタックの形の、オブジェクトをレンダリングするための３Ｄモデル用および少なくとも１つの主視点用の入力を有する初期部分を含み、
前記レンダラは、さらに、
初期ステージによって生成された少なくとも１つの主視点Ｚスタックから追加視点のＺスタックがその中で構成されるＺスタック・コンストラクタと、ｚスタックからイメージ情報を生成する後続イメージ情報オクルージョン・セマンティックス・ステージと
を含む、請求項１または２に記載のコンピュータ・グラフィックス・プロセッサ。
【請求項６】
前記レンダラは、さらに、
視点ｚスタックからオブジェクトを抽出するオブジェクト・エクストラクタ
を含む、請求項５に記載のコンピュータ・グラフィックス・プロセッサ。
【請求項７】
前記オブジェクト・エクストラクタは、少なくとも１つの主視点ｚスタックからオブジェクトを抽出するように配置される、請求項６に記載のコンピュータ・グラフィックス・プロセッサ。
【請求項８】
前記レンダラは、ＤＯＦレンダリング・ステージを含み、
前記ＤＯＦレンダリング・ステージは、ＤＯＦブラーリングを含む少なくとも１つの主視点ｚスタックへの前記少なくとも１つの主視点ｚスタックのＤＯＦ処理用に配置される
請求項５に記載のコンピュータ・グラフィックス・プロセッサ。
【請求項９】
３ＤイメージのＮ個のビューをレンダリングする方法であって、
Ｎ個のすべてのビューの前記３Ｄイメージのプリミティブの表面にわたって表面グリッドをトラバースするステップと、
ラスタライザの出力の色を決定し、シェーディングされた色サンプルをそのスクリーン座標と共に転送するステップと、
前記Ｎ個のビューのそれぞれの前記シェーダ手段によって決定された前記シェーディングされた色サンプルを再サンプリングするステップと
を含む方法。
【請求項１０】
テクスチャ・メモリごとにテクスチャ・マップを保管するステップ
をさらに含み、
前記表面グリッドは、前記プリミティブに関連し前記テクスチャ・メモリに保管されるテクスチャ・マップから導出される
請求項９に記載の３ＤイメージのＮ個のビューをレンダリングする方法。
【請求項１１】
前記テクスチャ・メモリに保管された前記テクスチャ・マップのうちの１つに関連するグリッドは、
前記テクスチャ・マップが独立にアドレッシングされ、
前記テクスチャ・マップが２Ｄテクスチャに基づき、かつ
頂点でのテクスチャ座標がデジェネレート・プリミティブを構成しない
場合に表面グリッドとして選択される
請求項１０に記載の３ＤイメージのＮ個のビューをレンダリングする方法。
【請求項１２】
前記テクスチャ・メモリに保管された複数のテクスチャ・マップが前記３つの要件ａ）〜ｃ）を満足する場合に、テクスチャ空間内で最大の面積を有するテクスチャ・マップが選択される
請求項１１に記載の３ＤイメージのＮ個のビューをレンダリングする方法。
【請求項１３】
３ＤイメージのＮ個のビューをレンダリングする方法であって、さらに、
３Ｄ表示装置のデータおよびアドレッシング手段を供給するステップであって、主視点について、スタック層を含む少なくとも１つの主視点Ｚスタックの形のオブジェクトが、ＲＧＢ値およびＺ値を用いてレンダリングされる、ステップと、
前記少なくとも１つの主視点Ｚスタックから追加視点に関するｚスタックを構成するステップと、
前記アドレッシング手段に供給されるデータを追加視点に関する前記ＺスタックからＺトレーシングによって生成するステップと
を含む方法。
【請求項１４】
コンピュータで実行される時に請求項９から１４のいずれか一項に記載の方法を実行するコンピュータ可読媒体に保管されたプログラム・コード手段を含むコンピュータ・プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３ＤシーンのＮ個のビューをレンダリングする、コンピュータ・グラフィックス・プロセッサおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、３Ｄイメージ表示画面で３Ｄイメージおよび３Ｄシーンを提供することに高い関心があった。３Ｄイメージングが、カラー・イメージングの後に、イメージングにおける次の大きい改革になると信じられている。イメージを表示するのに必要な情報（データ）は、３Ｄモデルの入力およびビューポイントの入力を含むレンダラによってレンダリングされる。基本的に、３次元の印象は、ステレオ・ペア（見る人の２つの目に向けられる２つの異なるイメージ）、ホログラフ技法、またはディスプレイ内の複数プレーンを使用することによって作成され得る。
【０００３】
ステレオ・イメージを作成する複数の形がある。イメージは、２Ｄディスプレイ上で時間多重化されてもよいが、これは、見る人が、たとえばＬＣＤシャッタを有する眼鏡をかけることを必要とする。ステレオ・イメージが同時に表示される時に、ヘッド・マウント・ディスプレイを使用することによって、または偏光眼鏡を使用することによって（イメージが、次いで、直交する偏光を用いて作られる）、イメージが、適当な目に向けられ得る。観察者がかける眼鏡は、効果的に、ビューをそれぞれの目に経路指定する。眼鏡内のシャッタまたは偏光子が、フレーム・レートに同期化されて、この経路指定を制御する。フリッカを防ぐために、２次元の同等のイメージに関して、フレーム・レートを２倍にするか、解像度を半分にしなければならない。そのようなシステムの不利益は、２つのイメージが、限られた「周囲を見る」能力だけをもたらすことである。さらに、効果を得るためには眼鏡をかけなければならない。これは、眼鏡をかけることに慣れていない観察者にとって不愉快であり、追加の眼鏡が必ずしもぴたりと合わないので、既に眼鏡をかけている人にとって潜在的に問題である。
【０００４】
見る人の目の近くではなく、たとえば米国特許第５９６９８５０号に示されているように、２つのステレオ・イメージが、視差バリア（ｐａｒａｌｌａｘ  ｂａｒｒｉｅｒ）等の分割する画面によって表示画面で分割されることも可能である。表示画面のビューは、３Ｄイメージを見るために特殊な眼鏡が不要であるという意味でオートステレオスコピック（ａｕｔｏ−ｓｔｅｒｅｏｓｃｏｐｉｃ）であり、しばしば、空間内の固定された位置の１人の見る人だけについて機能する。しかし、視域（ｖｉｅｗｉｎｇ  ｚｏｎｅ）は非常に狭い。視域の外では、観察者は、複数のイメージまたはステレオ反転を見、非常に不愉快なビューになる。実際には、これは、多くの応用例で、たとえば居間で、視域が小さすぎ、見る人が、３Ｄイメージを見られるようになるために１特定の場所に位置しなければならないことを意味する。
【０００５】
したがって、Ｎ個のビューすなわち表示画面上の多数のビューを提供できる表示装置を有するシステムに向かう傾向がある。そのような装置は、複数の見る人について、比較的大きい視角から可視の表示画面に３Ｄイメージを提供することができる。
【０００６】
イメージ、特に３Ｄゲーミングを表示するために、レンダラが使用される。レンダラは、イメージに関するデータをレンダリングしなければならない。単純なステレオ表示すなわち、視点の個数Ｎ＝２の場合に、レンダラは、２つのイメージに関するデータをレンダリングしなければならないが、より複雑な３Ｄ、たとえばオートステレオスコピック表示の場合に、ビューの個数は、実質的に増え、現在はＮ〜１０になりつつあり、将来の３Ｄ表示について、Ｎ〜１００になることが期待され、これは、レンダラが、ますます多くのビューを、したがってますます多くのデータを供給することを必要とする。レンダラは、表示装置自体の一部としても良く、あるいは、表示装置のまたは表示装置のためのアドレッシング手段用の入力としてイメージ装置に供給されるイメージ情報を供給する独立型の装置としてもよい。これに関して、多数のビュー情報を生成しなければならないだけではなく、好ましくはイメージの品質が各視点について実質的に等しいことが最も重要である。
【０００７】
現在のレンダリング技法は、３Ｄモデルおよび別々のビューの視点に基づいて前記別々のビューごとのイメージ情報すなわちデータをレンダリングするレンダを使用する。そのような方法は、Ｎ＝２の３Ｄイメージングに有用であるが、ますます増加する個数の視点に関するそのような実装は、視野を広げ、多数の異なる視点からのイメージが見られることを可能とするために、高い速度で実質的に等しい画質を有する多数の視点を必要とし、高い度合の詳細をレンダリングしなければならない。
【０００８】
図６に、基本的な立体視装置の問題を示す。正しい視域内に位置しない見る人は、混乱している。視域は、非常に狭い。視域の外では、観察者は、複数のイメージまたはステレオ反転を見、非常に不愉快なビューになる。実際には、これは、多くの応用例で、たとえば居間で、視域が小さすぎ、見る人が、何かを見られるようになるだけのために１特定の場所に位置しなければならないことを意味する。
【０００９】
視差ディスプレイは、複数の同時に見る人を可能とする、異なる見る位置について３Ｄシーンの異なる透視図（イメージ）の固定された組を示すタイプのマルチビュー・ディスプレイである。
【００１０】
視差ディスプレイが表示できるビューの個数（Ｎ）は、表すことのできる３Ｄ画質および全体的な奥行き範囲を決定する。画質は、隣接ビューがより似ている時に高まる。これは、見る人の頭の動きに関する滑らかな（現実的な）遠近法の遷移をもたらす。さらに、２つの隣接するビューは、ほとんどの場合にわずかにオーバーラップしている。これは、ビューの類似性が減る場合に「二重輪郭像発生（ｄｏｕｂｌｅ  ｃｏｎｔｏｕｒｉｎｇ）」または（ゴースト発生（ｇｈｏｓｔｉｎｇ））が増えることを意味する。しかし、より多くの奥行きはビューの間のより大きい不一致（より少ない類似性）を必要とするので、隣接ビューの類似性は、これらのビューが貢献できる奥行きの量を制限する。
【００１１】
したがって、多数の透視図（Ｎ）という要件は、それらを生成するコスト効率の良い手段を要求する。
【００１２】
１つの解決策は、３Ｄ記述からすべてのビューを生成することである。これによって、非常に異なる角度からの視点が可能になる。複数のビューのすべてを生成することの高価な変形が、別々のグラフィックス・パイプライン（多分異なるＰＣまたは他の装置にさえ配置される）を使用することである。これは、グラフィックス・パイプラインの間の同期化と、すべてのモデル・データおよびテクスチャ・データのパイプラインにまたがる複製を必要とする。
【００１３】
しかし、１つの変形は、レンダリング・パイプラインの一部だけを複製することである。伝統的な逆マッピング・レンダリング・パイプライン（ｉｎｖｅｒｓｅ  ｍａｐｐｉｎｇ  ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ  ｐｉｐｅｌｉｎｅ）を図７に示す。図７には、訪問されるピクセルのプログラマブル頂点およびピクセル・シェーディングを特徴とする逆マッピング・レンダリング・パイプラインの最後のステージのアーキテクチャが示されている。プログラマブル・ピクセル・シェーダＰＰＳは、各ピクセル位置で使用可能な属性を使用して、局所的な表面の色を計算することができる。テクスチャ・データが必要な時には、テクスチャ空間リサンプラＴＳＲが、テキスト座標を与えられてテクスチャ・メモリＴＭからテクスチャ・サンプルを入手するのに使用される。これらのテクスチャ座標は、ラスタライザＳＳＲから受け取られた補間された座標および前のテクスチャ・フェッチ（いわゆる依存テクスチャリング（ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  ｔｅｘｔｕｒｉｎｇ））および／または計算からの結果に基づいて、ピクセル・シェーダＰＰＳによって生成される。ピクセルの表面の色がＰＰＳによって決定された後に、結果のピクセル・フラグメントが、エッジ・アンチエイリアシングおよび陰面消去（ＥＡＡ＆ＨＳＲ）ユニットに送られる。通常、このユニットは、陰面消去にＺバッファを使用し、エッジ・アンチエイリアシングにマルチサンプリング（関連するサブサンプル・バッファおよびダウン・サンプル論理を用いる）を使用する。ダウン・サンプリングは、すべてのプリミティブが（通常はボックスの）プレフィルタを使用してレンダリングされた時に、サブサンプルを最終的なピクセル解像度の色に組み合わせるために適用される。
【００１４】
頂点シェーダＰＶＳは、レンダリングされなければならないプリミティブの頂点ごとに、ピクセル・シェーダＰＰＳ用のデータを変更し、セットアップすることができる。頂点シェーダによってラスタライザ・セットアップＲＳに供給されるデータに、通常、拡散色および／またはスペキュラ色などの属性と、テクスチャ座標と、（同次）スクリーン座標と、時々、表面法線またはシェーディング処理に必要な他のデータなどの余分なデータとが含まれる。これらの属性は、スクリーン空間ラスタライザＳＳに提供され、スクリーン空間ラスタライザＳＳは、ラスタ化処理用の駆動変数として頂点属性からのスクリーン座標を選択することによって、スクリーンごとのプリミティブの射影内にあるピクセルを、スキャン・ライン・アルゴリズムを使用してトラバースする。
【００１５】
そのようなパイプラインで、ラスタライザは、画面上のシーン内のプリミティブ（三角形など）の射影をトラバースする。この射影は、すべてのビューについて異なる。したがって、ラスタライザＳＳ（セットアップＲＳを含む）およびパイプライン内でその後にあるすべてのものが、ビューごとに複製される必要がある。したがって、ラスタライザ・セットアップＲＳ、スクリーン空間ラスタライザＳＳＲ、テクスチャ空間リサンプラＴＳＲ、ＰＰＳおよびＴＳＲ？、エッジ・アンチエイリアシングおよび陰面消去ＥＡＡ＆ＨＳＲユニット、ならびにフレーム・バッファＦＢが、ビューごとに複製される。これは、ハードウェア（多数の複製）、メモリ帯域幅（テクスチャ・データがすべてのパイプライン複製について独立にフェッチされる）、および処理要件（ピクセル・シェーディング計算が、ビューごとに複製され、実行される）に関して高価である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
したがって、本発明の目的は、過度の計算能力の必要なしに実質的に等しい画質のＮ個のイメージをレンダリングすることを可能にするシステムおよび方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
この目的は、請求項１によるコンピュータ・グラフィックス・プロセッサ、請求項９による３ＤイメージのＮ個のビューをレンダリングする方法、および請求項１４によるコンピュータ・プログラムによって解決される。
【００１８】
したがって、３ＤイメージのＮ個のビューをレンダリングするレンダラを有するコンピュータ・グラフィックス・プロセッサが提供される。Ｎ個のビューのすべてについて前記３Ｄイメージのプリミティブの表面にわたって表面グリッドをトラバースするラスタライザＳＳを含む前記レンダラ。さらに、前記レンダラは、ラスタライザＳＳの出力から色を決定し、Ｎ個のビューのうちの１つに従ってシェーダ手段ＰＰＳによって決定されたシェーディングされた色サンプルをそれぞれが再サンプリングするＮ個のスクリーン空間リサンプラＳＳＲに、シェーディングされた色サンプルをそのスクリーン座標と共に転送する前記シェーダ手段ＰＰＳを含む。
【００１９】
表面トラバーサル、テクスチャ・フェッチ、およびシェーディング計算が、Ｎ個の異なるビューについて１回だけ実行されるので、この実装ははるかに効率的である。結果のシェーディングされた色が、すべてのビューについて再利用される。さらに、プリミティブの表面にわたってすべてのグリッドをトラバースする能力は、より高いレンダリング自由度をもたらす。
【００２０】
本発明の一態様によれば、前記コンピュータ・グラフィックス・プロセッサは、さらに、テクスチャ・マップを保管するテクスチャ・メモリＴＭを含む。前記表面グリッドは、前記プリミティブに関連付けられ前記テクスチャ・メモリＴＭに保管されたテクスチャ・マップから導出される。表面グリッドとしてテクスチャ・マップに関連付けられたグリッドの使用は、テクスチャ・グリッド上のテクスチャ・サンプルの入手が再サンプリングを必要としないので、有利である。
【００２１】
本発明のもう１つの態様によれば、テクスチャ・メモリＴＭに保管されたテクスチャ・マップのうちの１つに関連するグリッドが、ａ）前記テクスチャ・マップが独立にアドレッシングされ、ｂ）前記テクスチャ・マップが２Ｄテクスチャに基づき、かつｃ）頂点のテクスチャ座標がデジェネレート・プリミティブ（ｄｅｇｅｎｅｒａｔｅ  ｐｒｉｍｉｔｉｖｅ）を構成しない場合に、表面グリッドとして選択される。
【００２２】
本発明のもう１つの態様によれば、前記テクスチャ・メモリＴＭに保管された複数のテクスチャ・マップが前記３つの要件ａ）〜ｃ）を満足する場合に、テクスチャ空間内で最大の面積を有するテクスチャ・マップが、選択される。このテクスチャは、潜在的に最も多い詳細および最も高い周波数を有するテクスチャであり、テクスチャ空間再サンプリング処理が不必要なブラーおよびエイリアシングを生じさせ得るので、このテクスチャに関するテクスチャ空間再サンプリング処理で回避されることが最善のテクスチャである。
【００２３】
本発明のもう１つの態様によれば、前記コンピュータ・グラフィックス・プロセッサは、さらに、表示画面をアドレッシングする手段を含む。前記レンダラは、アドレッシング手段に供給されるイメージ情報をレンダリングするための、３Ｄモデルの入力および少なくとも１つの視点の入力を有する。レンダラは、色情報およびＺ値を有するスタック層Ｓ１、Ｓ２、およびＳ３を有する主視点Ｚスタック９１および９４の形の、オブジェクトをレンダリングするための３Ｄモデル用および主視点用の入力を有する初期部分７０を含む。さらに、レンダラは、初期ステージによって生成された主視点Ｚスタック（９１、９４）から追加視点用のＺスタック９７がその中で構成されるＺスタック・コンストラクタと、ｚスタック９７からイメージ情報７９を生成する後続イメージ情報オクルージョン・セマンティックス・ステージ（ｆｕｒｔｈｅｒ  ｉｍａｇｅ  ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ｏｃｃｌｕｓｉｏｎ  ｓｅｍａｎｔｉｃｓ  ｓｔａｇｅ）とを含む。
【００２４】
したがって、少数の比較的離れたビューだけが、Ｎ個のスクリーン空間リサンプラによって生成され得ると同時に、少数のｚスタックが、中間の近いビューを生成するのに使用される。したがって、複数の主視点が存在しても良く、これらの主視点のそれぞれは、それ自体のＳＳＲによって生成され得る。
【００２５】
本発明は、３ＤイメージのＮ個のビューをレンダリングする方法にも関する。前記３Ｄイメージのプリミティブの表面の表面グリッドが、Ｎ個のすべてのビューについてトラバースされる。ラスタライザＳＳの出力の色が生成され、シェーディングされた色サンプルが、そのスクリーン座標と一緒に転送される。前記シェーダ手段ＰＰＳによって決定されるシェーディングされた色サンプルが、Ｎ個のビューごとに再サンプリングされる。
【００２６】
本発明は、表面トラバーサル、テクスチャ・フェッチ、およびシェーディング計算を１回だけ実行するという発送に基づく。結果のシェーディングされた色が、次いで、Ｎ個のビューのすべてについて再利用される。
【００２７】
本発明の上記および他の態様は、下で説明する実施形態から明白であり、この実施形態を参照して説明される。
【００２８】
図面は、原寸通りに描かれてはいない。一般に、同一の構成要素は、複数の図面で同一の符号によって示される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
図１に、好ましい実施形態である、本発明の第１の実施形態によるマルチビュー・レンダリングの順方向マッピング・パイプライン（ｆｏｒｗａｒｄ  ｍａｐｐｉｎｇ  ｐｉｐｅｌｉｎｅ）の図を示す。このレンダリング・パイプライン、特にそのバックエンドに、プログラマブル頂点シェーダＰＶＳ、ラスタライザ・セットアップ・ユニットＲＳ、表面空間ラスタライザＳＳ、テクスチャ・メモリＴＭ、テクスチャ空間リサンプラＴＳＲ、プログラマブル・ピクセル・シェーダＰＰＳ、スクリーン空間リサンプラＳＳＲ、エッジ・アンチエイリアシング・ユニットＥＡＡ、陰面消去ユニットＨＳＲ、およびフレーム・バッファＦＢが含まれる。
【００３０】
まず、レンダリング・パイプラインの動作を、単一ビューに関して説明する。本発明によるハイブリッド・レンダリング・パイプライン・アーキテクチャは、逆マッピング・ピクセル・シェーディング・アーキテクチャおよび順方向マッピング・パイプラインの組合せに基づく。
【００３１】
プログラマブル頂点シェーダＰＶＳ（たとえば、Ｅｒｉｃｋ  Ｌｉｎｄｈｏｌｍ，Ｍａｒｋ  Ｊ．Ｋｉｌｇａｒｄ，ａｎｄ  Ｈｅｎｒｙ  Ｍｏｒｅｔｏｎ、「Ａ  ｕｓｅｒ−ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ｖｅｒｔｅｘ  ｅｎｇｉｎｅ」、ｉｎ  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  Ｓｉｇｇｒａｐｈ  ２００１、１４９〜１５８頁、２００１年８月に記載の）は、レンダリングされるプリミティブの頂点ごとにプログラマブル・ピクセル・シェーダＰＰＳ用のデータを変更し、セットアップするように適応される。プログラマブル頂点シェーダＰＶＳによってラスタライザＳＳに供給される（補間のために）データに、通常、拡散色および／またはスペキュラ色などの属性と、テクスチャ座標と、（同次）スクリーン座標と、時々、表面法線またはシェーディング処理に必要な他のデータなどの余分なデータとが含まれる。
【００３２】
アンチエイリアシング・ユニットＥＡＡおよび陰面消去ユニットＨＳＲは、陰面消去にＺバッファを使用し、エッジ・アンチエイリアシングにマルチサンプリング（関連するサブサンプル・バッファおよびダウン・サンプル論理を用いる）を使用する。
【００３３】
前述の順方向テクスチャ・マッピング・アーキテクチャでは、テクスチャ・サンプルが、スクリーン空間リサンプラ・ステージＳＳＲの後の共通のスクリーン・ピクセル・グリッド上でのみ入手可能である。また、ラスタライザは、１時に１つのグリッドだけをトラバースすることができ、したがって、ラスタ化が、順方向マッピング・アーキテクチャのようにテクスチャ・グリッド上で行われ、マルチテクスチャリングがイネーブルされている時には、ラスタライザは、多数のテクスチャのうちの１つのテクスチャを選択しなければならず、関連するグリッドごとにプリミティブをトラバースする。複数のテクスチャは、マルチパスの形で処理され得、その結果、これらの複数のテクスチャが、スクリーン・ピクセル・グリッドに再サンプリングされた後に組み合わされ得るようになる。しかし、この動作は、ＥＡＡ＆ＨＳＲユニット内のフラグメント・バッファを混雑させる。また、この動作は、依存テクスチャリングなどの高度な特徴を除外するか、または環境マッピングされたバンプ・マッピング（各グリッド位置でのバンプ・マップ情報が、環境マップがインデクシングされる場所を決定し、おそらくは環境マップからプリミティブ表面およびスクリーンへの１対多順方向マッピングをもたらす）などの逆方向の性質のテクスチャ・モードを除外する。本発明によれば、スクリーン予備リサンプラＳＳＲが、これらの問題を回避するために、プリミティブに関連する１つのテクスチャ・マップだけがあるかのようにテクスチャ・サンプルをマッピングできることが確実になる。このために、表面色のシェーディングは、スクリーン空間再サンプリング処理の前に実行されなければならない。
【００３４】
表面空間ラスタライザＳＳは、「表面グリッド」上すなわち、プリミティブの表面の２Ｄパラメータ化を提供する座標系内のグリッド上でプリミティブをトラバースする。テクスチャ・マップに関連するグリッドは、そのような表面グリッドを提供し、好ましくは表面グリッドとして使用される（テクスチャ・グリッドごとにテクスチャ・サンプルを入手することが再サンプリングを必要としないので）。しかし、テクスチャ・マップが存在しない場合に、またはたとえばテクスチャが１Ｄもしくは３Ｄである時に、別のグリッドが選択されてもよい。属性は、各グリッド位置に関連する遠近法的にマッピングされたスクリーン座標（順方向テクスチャ・マッピングの場合のように）を除いて、このグリッド上で線形に補間され得る。表面空間ラスタライザＳＳは、属性（副テクスチャ座標を含む）をこのグリッド上の位置に対して補間する。次いで、ピクセル・シェーダＰＰＳが、この表面グリッド内のグリッド位置で属性を操作し、プリミティブに関連する副テクスチャがある場合に、ピクセル・シェーダＰＰＳは、標準テクスチャ空間リサンプラＴＳＲを用いる逆マッピングを使用して、これらのテクスチャから色を入手する。表面グリッドが、テクスチャ・マップから選択された場合に、この「主」テクスチャ・ステージに関するテクセルのフェッチは、順方向マッピング・パイプラインからの４Ｄミップマップ再構成処理によって実行され得る。この処理は、軸合わせされた異方性フィルタリングの形であり、異方性フィルタリングは、しばしば、標準テクスチャ空間リサンプラ内で使用可能である。フェッチされたテクスチャ・サンプルおよび他の属性は、ピクセル・シェーダ・プログラムによって、現在のグリッド位置の表面色を計算するのに使用され得る。表面グリッド上のサンプルがシェーディングされたならば、スクリーン空間リサンプラＳＳＲが、その色をスクリーン・ピクセルにスプラッティング（ｓｐｌａｔ）するのに使用され、ここで、ＥＡＡ＆ＨＳＲユニットが、異なるプリミティブからの寄与を組み合わせることができる。
【００３５】
表面空間ラスタライザＳＳに、余分な第１パイプライン・ステージ（通常のセットアップ・ステージおよびトラバーサル・ステージの次）が含まれ、この余分な第１パイプライン・ステージで、表面グリッドが決定される。これは、通常のラスタライザ・セットアップの前に行われる。
【００３６】
表面グリッドは、テクスチャ・マップのうちの１つから導出され得、その結果、このテクスチャ・マップは、テクスチャ空間リサンプラＴＳＲによって再サンプリングされる必要がなくなる（４Ｄミップマッピングからの場合を除く）。したがって、グリッド・セットアップ・ステージは、プリミティブに関連するテクスチャ・メモリＴＭに保管されたテクスチャ・マップを検査することができる。テクスチャ・マップが表面グリッドを供給するのに適格であるためには、そのテクスチャ・マップが、３つの要件を満足しなければならない。第１に、そのテクスチャ・マップは、依存してアドレッシングされてはならない。第２に、そのテクスチャ・マップは、２Ｄテクスチャでなければならない（１Ｄテクスチャおよび３Ｄテクスチャは、２Ｄサーフェスのトラバースに適していない）。第３に、頂点でのテクスチャ座標が、デジェネレート・プリミティブ（たとえば、すべてのテクスチャ座標が１直線に並び、効果的に１Ｄテクスチャが生じる）を構成してはならない。
【００３７】
複数のテクスチャが適格である場合に、グリッド・セットアップ・ステージは、テクスチャ空間内で最大の面積を有するテクスチャを選択する。このテクスチャは、潜在的に最も多い詳細および最も高い周波数を有するテクスチャである（このテクスチャは、テクスチャ空間再サンプリング処理が不必要なブラーおよびエイリアシングを生じさせ得るので、このテクスチャに関するテクスチャ空間再サンプリング処理で回避されることが最善のテクスチャである）。
【００３８】
適格なテクスチャが使用可能でない場合（たとえば、単純なグーロー・シェーディングされるプリミティブの場合）に、プリミティブの表面のダミー・グリッドが、各頂点にダミー「テクスチャ座標」を割り当てることによって、ラスタライザがトラバースするために選択され得る。次いで、このダミー・グリッドが、テクスチャ座標であるかのように（これらの座標のテクスチャ・フェッチがディスエーブルされることを除いて）ラスタライザによってトラバースされる。利益は、この表面での結果の線形補間が、遠近法的に正しいグーロー・シェーディングを提供することである。さらなる情報については、Ｂａｏｑｕａｎ  Ｃｈｅｎ，Ｆｒａｎｋ  Ｄａｃｈｉｌｌｅ，ａｎｄ  Ａｒｉｅ  Ｋａｕｆｍａｎ、「Ｆｏｒｗａｒｄ  ｉｍａｇｅ  ｍａｐｐｉｎｇ」、ｉｎ  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ＩＥＥＥ  Ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ’９９、８９〜９６頁、１９９９年１０月を参照されたい。ダミー・テクスチャ座標として各頂点にｘおよびｙのスクリーン座標を割り当てることが、代替選択肢である。「テクセル」をスクリーンにマッピングする時に、まだ各頂点の同次ｗが考慮に入れられるので、この選択が、ラスタライザがスクリーン・ピクセルをトラバースすることを意味しないことに留意されたい。もう１つの選択肢（三角形などの平面の表面に関する）は、回転される表面の法線が視点空間（ｅｙｅ  ｓｐａｃｅ）ｚ軸に位置合せされるように、視点空間で３Ｄ頂点座標を回転し、次いで、各頂点のダミー・グリッド座標として、回転された視点空間のｘｙ座標を選択することである。
【００３９】
プリミティブの表面でグリッドをトラバースする能力は、大きい自由を与える。この自由は、たとえば、スクリーンへの特定のテクスチャ・グリッドのマッピングに関連する場合があるすべてのボトルネック問題およびせん断問題を回避するのに使用され得る。この自由は、非平面プリミティブをトラバースするのに使用され得る（表面パラメータ化によって決定される２Ｄグリッドを介するベジエ・パッチのトラバースおよびスクリーンに表面色を直接にスプラッティングするための順方向マッピングの使用など）。この自由は、モーション・ブラーを効率的に実装するために１Ｄフィルタがラスタ化方向に沿って適用され得るようにするために、プリミティブの動きの方向のラスタライザにも使用され得る。
【００４０】
プログラマブル「ピクセル」シェーダＰＰＳおよびテクスチャ空間リサンプラＴＳＲ（これらは、複数のテクスチャが存在する場合にテクスチャ・サンプルの直列または並列のフェッチのために、１つまたは複数があってもよい）は、伝統的なパイプライン内のプログラマブル・ピクセル・シェーダＰＰＳおよびテクスチャ空間リサンプラＴＳＲに対応する。ピクセル・シェーダＰＰＳは、１つの位置の、テクスチャ座標およびスクリーン座標を含む（補間された）属性の組を受け取る。テクスチャ座標は、シェーディング・プログラムと共に、テクスチャ空間リサンプラＴＳＲを介してテクスチャ・マップのどこをインデクシングするかを決定する。シェーダは、テクスチャ空間リサンプラＴＳＲに送る前にテクスチャ座標を変更して、伝統的なパイプラインの場合と正確に同一の形で依存テクスチャリングを実装することもできる。
【００４１】
プログラマブル・シェーダＰＰＳは、シェーディングされた色を、それに関連するスクリーン座標と一緒にスクリーン空間リサンプラＳＳＲに渡す。これらの色および座標は、一般に整数ではなく、伝統的なピクセル・シェーダ・パイプライン内のピクセル・シェーダが、スーパーサンプリングを実行する時にサブピクセル・スクリーン位置を受け取ることができる形に似ている。
【００４２】
したがって、シェーディングされた色は、１つの位置に関する計算の結果であり、ラスタライザＳＳによってトラバースされるグリッドに依存しない。これは、既存シェーダ・プログラムが、本発明によるアーキテクチャ上で走行するために変更される必要がないことを意味する。表面空間でプログラマブル・シェーディングを実行することには、利益と不利益がある。順方向マッピングによって可能にされる高品質アンチエイリアシングの次の主要な利益は、透視マッピングに関する関心事項の分離である。テクスチャ空間リサンプラＴＳＲは、現在、スクリーンへの透視マッピングを扱う必要がない。ほとんどの場合に、テクスチャ空間リサンプラＴＳＲは、テクスチャ・グリッドの間のアフィン変換を実行するのに使用される。標準的なバイリニア／トライリニア・プローブ・ベース・テクスチャ空間リサンプラは、透視マッピングに必要なより一般的な形状のフットプリントより、そのようなアフィン・マッピングに必要なフィルタ・フットプリントをより良く近似することができ、したがって、この再サンプリング処理からの品質は、より高くなる。
【００４３】
スクリーン空間リサンプラＳＳＲだけが、透視再サンプリングを扱う必要があり、透視再サンプリングは、表面グリッド上のシェーディングされるサンプルに１回だけ適用される。不利益は、我々が最終的なピクセルの約２倍の表面サンプルを有するので、伝統的なピクセル・シェーディング・パイプラインの場合より多数のサンプルがシェーディングされることである。これは、各方向で１と２の間の縮小（ｍｉｎｉｆｉｃａｔｉｏｎ）係数を維持する（したがって、我々は、１ピクセルあたり約１．５×１．５倍の表面サンプルを有する）ミップマッピングに起因する。しかし、高品質アンチエイリアシングは、サブピクセル詳細がまだ最終的なイメージに寄与し、これによって画質がさらに改善されることを確実にする。
【００４４】
もう１つの不利益は、副テクスチャが、現在、２回再サンプリングされ（テクスチャ空間リサンプラＴＳＲによって１回、スクリーン空間リサンプラＳＳＲによってもう１回）、これが余分なぼけを導入する場合があることとすることができる。これは、最終的な詳細が１回だけ再サンプリングされることを保証するために、好ましくは最高の詳細を有するテクスチャ・マップが主テクスチャとして選択される理由である。副テクスチャは、一部の余分なブラーがそれに関して非常に顕著ではないより小さい縮小（または、たとえばライト・マップの場合に通常そうであるように、拡大）を有する。スクリーン空間リサンプラＳＳＲは、高品質な鮮明度拡張フィルタ（ｓｈａｒｐｎｅｓｓ  ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ  ｆｉｌｔｅｒ）に関する使用も可能にし、これも、鮮明なイメージを維持するのを助けることができる。
【００４５】
ピクセル・シェーディング処理から生じるシェーディングされた色サンプルは、そのスクリーン座標と一緒にスクリーン空間リサンプラＳＳＲに転送される。スクリーン空間リサンプラＳＳＲは、これらの色サンプルを（一般に非整数ピクセル位置に置かれている）を、表示に必要な整数ピクセル位置に再サンプリングする。より大きいプリミティブをレンダリングするかより幅広いプレフィルタを使用する時に、１Ｄフィルタを使用する２パス手法が、２Ｄフィルタ・カーネルを直接使用することより効率的である。また、１Ｄリサンプラは、ＤＣリップルを避けるのに再正規化が必要でなくなるように、構成され得る。２パス・フィルタは、たとえばボトルネック問題およびせん断問題を軽減するために余分のセットアップを必要とする。代替案は、スプラッティングを実行するのに２Ｄ再サンプル・カーネルを使用することである。
【００４６】
複数ビュー・レンダリングを可能にするために、レンダリング・パイプラインの一部だけが、Ｎ個の異なるビューをレンダリングするために複製される。複製されなければならない部分の選択を、これから詳細に説明する。
【００４７】
上で述べたように、表面空間ラスタライザＳＳは、プリミティブの表面でグリッドをトラバースし、このプリミティブは、その表面のビューおよびラスタライザＳＳによってトラバースされる表面のピクセル・シェーダＰＰＳによって決定される色と（主として）独立である。したがって、プリミティブの表面の表面グリッドは、その表面のビューと独立なので、表面トラバーサルおよびシェーディング計算は、複製される必要がない。単に、計算された表面色を特定のビューにマッピングするスクリーン空間リサンプラＳＳＲと、それに続くエッジ・アンチエイリアシングおよび陰面消去（ＥＡＡ＆ＨＳＲ）ユニットおよびフレーム・バッファＦＢとが、ビューを正しくレンダリングするために、ビューごとに複製される必要がある。
【００４８】
ラスタライザ・セットアップは、スクリーン空間リサンプラのためのセットアップ計算（透視マッピングおよび裏面カリング（ｂａｃｋｆａｃｅ  ｃｕｌｌｉｎｇ）用）も実行するので、ラスタライザ・セットアップの諸部分も、複製される必要がある。特に、ラスタライザ・セットアップのうちで、スクリーン空間へのマッピングを実行するのに使用される変数を初期化する部分が、ビューごとにマッピングをセットアップするために複製され、すべての裏面カリング・アルゴリズムが、どのビューでも可視でない時に限って（多分２つの極値に基づいて）プリミティブをカリングするように変更される必要がある。
【００４９】
そのような複製は、表面トラバーサル、テクスチャ・フェッチ、およびシェーディング計算が１回だけ実行されるのではるかに効率的なので、特に有利である。結果のシェーディングされた色が、すべてのビューについて再利用される。
【００５０】
しかし、この複製は、視点に独立なシェーディング計算（多数のシェーディング計算についてそうである）についてのみ働く。視点に独立でない場合には、中央ビューの視点が、近似として使用され得る。シェーディングは、中央ビューについて実行され得、その結果、中心から外れたビューが、近似を構成するようになる。
【００５１】
複数ビューのレンダリングのもう１つの結果は、ラスタライザが、すべてのビューに十分に高い解像度でプリミティブの表面をトラバースする必要があることである。言い換えると、ビューのいずれかが必要とする最高の解像度が、ラスタライザの解像度を決定する。したがって、ラスタ化コストおよびシェーディング・コストは、１つのビューだけをレンダリングする場合よりわずかに高いが、ビューごとの別々のラスタ化およびシェーディングよりはるかに低い。
【００５２】
この解決策は、既知のワープ解決策と組み合わされ得る。１つのビューおよびそのビューの深さマップを与えられれば、隣接ビューは、ワープ技法を介して生成され得る。これは、シーンが１回だけレンダリングされるので非常に効率的であるが、最初のビューと生成されるビューの間の角度が大きくなる時により顕著になるアーチファクトを導入する。言い換えると、本パイプラインが、必要な視角のすべてを含む限られた個数のビューを生成するのに使用され得る。次いで、ワープが、これらのレンダリングされたビューのうちの最も近いビュー（１つまたは２つ）から中間ビューを生成するのに使用される。
【００５３】
図２に、本発明の第２の実施形態による表示装置のレンダラ（レンダリング・パイプ）６２を示す。レンダラ６２に、主視点のＺスタックを生成する第１部分７０が含まれる。この部分に、この例では、主視点の入力６３および３Ｄモデルの入力６１が含まれる。すべてのジオメトリ（オブジェクトの形状および形態）が、主視点に従ってジオメトリ・トランスフォーマ７１内で変換され、そのデータがピクセライザ７２内でピクセル化される、すなわち、すべてのオブジェクトが、Ｘ、Ｙ、Ｚ、色（ＲＧＢ）、およびおそらくはα（透明または不透明）値を有するピクセルに変換され、テクスチャが、テクスチャライザ７３で追加される。主視点ＤＯＦ（被写界深度）が、ＤＯＦレンダラ７４で追加される。これは、主視点に関連するデータについて行われる。したがって、これは、追加の視点の個数Ｎ−１とかかわりなく、主視点について１回だけ行われる。
【００５４】
その後、主視点のデータ（下で説明するようにＺスタックの形の）が、３Ｄレンダリング・ステージ７５で基礎として使用され、３Ｄレンダリング・ステージ７５は、残りのＮ−１個の追加視点に関連するデータの入力を有し、Ｎ−１個の追加視点に関するＮ−１個のＺスタックを出力としてレンダリングする。オクルージョン・セマンティクス・ステージ７６で、Ｎ−１個の追加視点ｚスタック内のデータ（主視点のＺスタック内のデータと一緒に）が、Ｚトレーシングによって、Ｎ個の異なる視点からのＮ個のイメージのためのＮ個のフレーム・バッファに変換される。通常は最大の量の計算能力を必要とするこの処理の第１部分（ステップ７４を含んでステップ７４まで）が、主視点だけについて行われるので、計算要件は、比較的少ない。結果の主視点Ｚスタック（この例ではＤＯＦを伴う）が、他のすべての視点の基礎である。
【００５５】
本発明の第２の実施形態による方法およびシステムは、Ｎ個の高品質ビューの効率的な計算を可能にするが、フレーム／Ｚバッファに基づく既存の方法は、低品質のビューだけを提供し、完全に独立なＮ個のビューを生成することに基づく既存の方法は、効率的でない。
【００５６】
図３に、さらに、異なる視点に関するＺスタックおよびフレーム・バッファの構成を示す。３Ｄモデル８０に、すべての情報すなわち、すべてのオブジェクトおよびその相互方位が含まれる。フル３Ｄモデルから、主視点の３層Ｚスタック８１が作られる。これは、図３に概略的に示されているｚスタック・コンストラクタによって行われ、このｚスタック・コンストラクタは、要素を含む（この例では）３つのシーケンシャル・バッファの階層構造を構成し、この階層構造では、要素ごとに（この例では）、Ｚ値、Ｉ値（色を表す）、アルファ値（不透明係数αを表す）が保管される。基本的に、ｚスタックの第１スタックに、視点から最初に見えるすべての要素のＲＧＢ（色情報）およびｚ座標（およびおそらくはアルファ情報も、およびおそらくさらなる情報も）が含まれる。したがって、ｚスタックの第１層に、最初に見られるオブジェクトおよびこれらのオブジェクトの諸部分すなわち、視点に最も近い要素が含まれる。したがって、この例では、ｚスタックの第１層Ｓ１に、中央線Ｉ−Ｉに沿って、オブジェクトＤの諸部分、オブジェクトＡの諸部分、およびオブジェクトＦの外縁が含まれ、第２層Ｓ２に、同一の線に沿って、オブジェクトＢおよびＣの諸部分、オブジェクトＦの諸部分、およびオブジェクトＡの諸部分（オブジェクトＤの後ろの部分）が含まれ、第３層に、オブジェクトＦの諸部分（オブジェクトＢおよびＣの後ろの部分）およびオブジェクトＥが含まれる。主視点から見られた時に最初に、２番目に、または３番目に見られるオブジェクトであるという事実に起因して、１つの同一のオブジェクトが、ｚスタック内の複数の層の一部を形成してもよいことに留意されたい。Ｚスタックを構成した後に、フレーム・バッファが構成されても良く、このフレーム・バッファに、基本的に、第１スタック内で表示されるすべてのオブジェクトが不透明の場合に、ｚスタックの第１スタックＳ１のデータが含まれる。オブジェクトが透明性を有する（すなわち、αの値が０（不透明）から１（完全に透明）までの範囲である場合にアルファ数が１未満である）場合に、次いで、イメージ・バッファに、めいめいの層Ｓ１からＳ３までからのデータの組合せが含まれる。イメージ・バッファ８２からのデータが、直接にまたはさらなる処理の後にのいずれかで、３Ｄディスプレイに送られる。この図の部分Ｂに、元の３Ｄモデルを構成する異なるオブジェクトＡからＥのすべてに関するデータをまだ少なくとも含むフレーム・バッファ８２に最終的になる３Ｄモデル８０が示されている。フレーム・バッファ８２から始めて、オブジェクトＡの後ろのＢ、Ｃ、およびＥオブジェクトの形が、オブジェクトＢ、Ｃ、およびＥのうちでフレーム・バッファ内で可視の部分を基礎として推測されなければならない場合に、ある範囲まで、異なるビューのイメージを生成することが可能である。しかし、これは必ず可能なわけではない。
【００５７】
これを例示するために、図３の部分Ｃは、オブジェクトＤが現在はオブジェクトＡの後ろに置かれている点だけが、図３の部分Ｂに示された状況と異なる。ｚスタック８１’は、オブジェクトＤを示す要素がもはや第１層Ｓ１の一部ではなく層Ｓ２の一部を形成するという点で、この変更を反映する。イメージ・バッファ８２’には、もはやオブジェクトＤの痕跡が含まれず、オブジェクトＤは、単に、もはやフレーム・バッファ８２’内に存在しない。主視点のイメージ・バッファ（またはフレーム・バッファ）８２’に基づいて、異なる視点のイメージを生成することができるが、これらのイメージには、イメージ・バッファ８２’にオブジェクトＤに関する情報（要素）が存在しないという単純な理由から、オブジェクトＤを含めることができない。前のイメージを基礎として、そのようなオブジェクトが存在しなければならない、または、最もありそうなことに存在すると推論できる場合であって、そのオブジェクトの実際の位置および／または形を推測しなければならない。しかし、異なる視点から、オブジェクトＤが可視であってもよい。この問題に関する解決策は、追加の視点ごとにｚスタックを計算すること（ステップ６１〜７３（７４））すなわち、視点ごとに完全に別々のレンダリング・パイプを使用することであろう。しかし、これは、非常に多くの計算能力を必要とする。しかし、本発明の基礎は、この例のオブジェクトＤなどの「隠れ」オブジェクトに関する情報が、主視点に関する３層またはそれ以上の一般的にｎ層のｚスタック８１’に存在することである。主視点のｚスタック８１’を使用することによって、フォアグラウンド・オブジェクトの後ろにある複数のオブジェクトを記憶することが可能になる。これによって、ディスプレイに送られる最終的なイメージが同一ピクセルに位置する複数のオブジェクトを示す場合であっても、半透明オブジェクトの正しいレンダリングも可能になる。この手法では、まず、フル３Ｄモデル内のすべてのシーン・オブジェクトが、ｚスタックにレンダリングされる。次いで、ここでＺトレース法として採用された単一の良く知られた処理が、ディスプレイに送られるフレーム・バッファまたはイメージ・バッファをｚスタックから抽出する。出力イメージ情報は、単純なプロトコルに従ってｚスタックからピクセルごとに構成される。すべてのオブジェクトが不透明オブジェクトである場合に、ｚスタックの第１層だけがコピーされる。透明オブジェクトについて、複数の層がマージされてもよい。
【００５８】
図４に、ＤＯＦレンダリング・ブロックおよび３Ｄレンダリング・ブロックの内部構造の例を示す。これらのブロックのそれぞれが、追加バッファ・スタックを有し、この追加バッファ・スタックに、前のステージからの結果が保管される。さらに、これらのブロックの両方が、オブジェクト抽出ユニットして採用された新しいユニットを有する。
【００５９】
テクスチャ・ステージの出力（基本的に３Ｄモデル）は、ｚスタック９１でレンダリングされる第１ｚスタック・コンストラクタにある。このｚスタック９１は、主ビューポート用に作られる。主ビューｚスタック９１は、オブジェクト抽出９２の出発点として使用される。オブジェクト抽出とは、同一オブジェクトに属する要素がｚスタック９１から抽出される手順である。図３からわかるように、オブジェクトは、複数の層Ｓ１からＳ３にわたって分布してもよい。オブジェクト抽出ユニットは、スタックを検索し、オブジェクトを再アセンブルする。オブジェクトの再アセンブルは、同一オブジェクトの要素が、ＲＧＢ値、Ｚ値、および／または不透明さなど、共通の特性を有するという事実を利用することによって行われ得る。
【００６０】
この例では、オブジェクト抽出の後に、主視点のデータが、ＤＯＦレンダリングされる（９３）。ＤＯＦ（被写界深度）レンダリングがなければ、すべてのオブジェクトが、同一の鮮明さでイメージングされるはずである。しかし、これは不自然なイメージになる。自然なイメージでは、イメージが鮮明である焦点の場（ｆｉｅｌｄ  ｏｆ  ｆｏｃｕｓ）があり、したがって、見る人から、それより近いか遠いオブジェクトは、ぼける。ぼけは、たとえば、オブジェクト抽出とそれに続くテクスチャおよびオブジェクトのエッジのデフォーカスによってすなわち、オブジェクト内で空間的にテクスチャを再分配し、強度の一部をオブジェクト境界の外に転送し、かつ／またはオブジェクトの最外周部分を半透明にすることによって行われ得る。ＤＯＦレンダリング・ステージは、その目的のためにブラー・ユニットを有する。ＤＯＦユニットの結果は、やはり、主視点に関する、多少ぼけたピントはずれオブジェクトおよび焦点面内の鮮明なオブジェクトを含むｚスタック９４である。ＤＯＦブラーリングは、この好ましい実施形態では、主視点のｚスタック９１内のデータに対して実行される。これは、ＤＯＦブラーリングに必要な計算能力が、この場合に、主視点イメージだけについて必要になるので好ましい。厳密に言って、ＤＯＦのブラーリング効果に関するより良い性能は、ＤＯＦブラーリングが各すべての視点について行われる時に得られ得る。しかし、追加の視点に関するＤＯＦは、主視点のＤＯＦから全くまたはほとんど変化せず、したがって、好ましい実施形態では、ＤＯＦが、主視点のｚスタック９１に対して実行される。ＤＯＦブラーリングされたオブジェクトは、主視点の新しいｚスタック９４に再アセンブルされる。このｚスタック９４が、オブジェクト・エクストラクタ９５の入力であり、このオブジェクト・エクストラクタ９５が、オブジェクトを抽出する。抽出されたオブジェクトは、Ｎ個の残りの視点ごとに、主視点とめいめいの視点の間の差に従ってシフタ９６内でシフトされる。次いで、シフトされたオブジェクトが、新しいｚスタックに再アセンブルされ（ｚスタック・コンストラクタ９７内で）、Ｎ−１個のｚスタックがもたらされる。最後に、３Ｄレンダリング・ステージが、ｚトレース・ユニット（９８）を有する。本発明の枠組みの中で、主要な点は、追加の視点ごとに、主視点のｚスタック９１を基礎として、追加視点用のｚスタック９７が構成されることである。オブジェクト・エクストラクタ９５は、任意選択である。しかし、オブジェクト抽出は、非常に有用な概念である。主視点の最初のｚスタック９１のデータが、追加視点のｚスタックを構成するために変換される時に、相対的に小さいオブジェクト（たとえば、小さい角度で見られるオブジェクト）は、実質的にサイズを増やされてもよい。変換が、ピクセルごとに行われる時に、サイズを増やされたオブジェクト（たとえば、３ピクセルから１０ピクセルに）は、必ず、欠けているピクセルを有する。この欠けているピクセルは、たとえば、オブジェクト抽出および再構成すなわち、どのピクセルがグループを形成するかを見つけ、ピクセルのそのグループ内の穴（１つまたは複数）の存在を検出し、その穴の中��要素にあてはまる値（ＲＧＢ、Ｚ）をできる限り良く決定し、その穴を埋め、これによってそのグループの中間の欠けている要素を再構成し、これによってオブジェクトを「修理」することによって再構成されてもよい。これは、シフト動作（ステージ９６）の後に行われ得る。しかし、次いで、再構成処理ステップが、Ｎ−１回すなわち、シフト・ステップ９６から生じるｚスタックごとにすなわち、追加視点のｚスタック９６ごとに（説明を単純にするために、さまざまな方法ステップの結果は、本明細書で、時々、特定のステップに属する符号を与えられる）繰り返されなければならない。オブジェクトをシフトする９６前にオブジェクト抽出９５を実行することによって、オブジェクト抽出を１回だけすなわち主視点ｚスタック９４に対して行う必要があり、これによって、この手順の複雑さが減り、速度が高まる。
【００６１】
計算される視点の個数および主視点に関するその位置／方位は、固定されても良く、あるいは、好ましくは、ディスプレイから受け取るデータに依存してもよい。システムに、追加視点に関するデータの入力（図２を参照されたい）が含まれることが好ましい。ｚスタック・コンストラクタ７５が、追加視点のデータを構成する。ｚスタック・コンストラクタ７５は、それを自動的に行っても良く、その場合に、ｚスタック・コンストラクタ７５は、たとえば、オートステレオスコピック装置内にあり得るビューと同数すなわちすべての可能な表示装置をカバーする大きい個数のｚスタック９５を構成することができる。これは、多数の追加視点ｚスタックを構成することを必要とする。しかし、システムに、追加視点ｚスタック・コンストラクタに追加視点に関するデータを供給する入力が含まれることが好ましい。表示装置のタイプに応じて、追加視点の個数が変化してもよい。追加視点に関する特定のデータ（個数および／または主視点に関する位置／方位）を供給する入力を設けることによって、ｚスタック・コンストラクタは、要件に従って追加視点ｚスタックを提供することができ、効率が高まる。単純な実施形態で、追加視点に関するデータは、生成されるべきビューの個数および最大視角範囲とすることができる。
【００６２】
第２の実施形態で、システムに、ユーザに対応する視点を確立する手段、またはユーザの視点に対応するデータを供給される手段を含めてもよい。たとえば、複数のプレイヤが３Ｄゲームに参加する時に、ゴーグル、ヘッド・ホン、光線銃、バッジなどの使用は、そのような属性が、たとえば赤外線センサまたは超音波センサによって表示装置に関するそのような属性の位置を確立する手段を用いて提供される場合に、システムが、表示装置の表示画面に関するプレイヤの正確な位置または近似位置を確立することを可能にすることができる。そのような情報を追加ｚスタック・コンストラクタに供給することが、他の視点のデータが処理されないか、より低い精度または更新レートで処理されている間に、高い精度または更新レートでプレイヤに対応する視点を処理することを可能にする。これは、実際に関係する視点すなわち、プレイヤに関連する視点に関する、コストの増加を必要としない、速度および画質のかなりの向上を可能とする。
【００６３】
図５に、第２の実施形態による方法を示す。主視点のＤＯＦブラーリングされたｚスタック９４が、オブジェクト・エクストラクタに供給される。この例では、オブジェクトが、家Ｈ、２つの小屋Ｓ１およびＳ２、穴（たとえば、開かれている扉ｄ）がある塀Ｆｅ、大きい木Ｔ、ならびに森Ｆである。主視点（ＶＰ１すなわち視点１）のｚスタック９４から、オブジェクトが、オブジェクト抽出９５で抽出される。オブジェクトが、シフトされる（基本的に、ｘ、ｙ、ｚ値が変更されるが、これらの値は、主視点および関連する追加視点を基礎として簡単に計算され得る）。新しいｚスタック９７が、新しいシフトされたオブジェクト・データを基礎として計算される。ｚスタック９７は、追加ビュー（ＶＰ２すなわち視点２）に関するイメージ・バッファの基礎である。最初の視点（ＶＰ１）では、森の一部が、開口ｄを介して可視であったが、シフトされた視点（ＶＰ２）では、木（Ｔ）の一部が、塀の開口を介して可視である。したがって、この例では、木Ｔの一部が、追加ビューに関して塀の開口を介して可視であることが概略的に示されている。ＶＰ２のｚスタックは、主視点（ＶＰ１）のｚスタックおよび単純なシフト演算を基礎として計算され、したがって、高速に、多数のビューについて行われ得る。
【００６４】
本発明の第２の実施形態は、新しいイメージをＮ回レンダリングすることと比較して大きく減らされた、追加ビューのイメージを生成するための計算能力要件で追加ビューのイメージを生成することを可能とするが、速度の増加が、代償と引き換えであることに留意されたい。ｚスタック層に、複数の層、この例では３つの層が含まれる。３つを超えるオブジェクトが、互いの後ろに位置決めされる場合に、オブジェクトのうちのいくつかが、主視点から４番目、５番目などに見られるオブジェクトなので、ｚスタック層に存在しなくなる。したがって、データの消失が発生する場合がある。好ましくは、ｚスタックに２層から５層、最も好ましくは３層から４層が含まれる。ｚスタックの層が多ければ、データの消失の可能性が減るが、必要な計算能力が高くなる。本発明人は、最良の妥協が、示された範囲の層数すなわち、２〜５、好ましくは３〜４、最も好ましくは３でもよいことを認めた。
【００６５】
オブジェクト（たとえば、家の側壁）が、主視点から見られた時に１つだけまたは少数のピクセルだけを占める方位である時に、データのさらなる消失が発生する場合がある。その場合に、ビューの他の点からビューに分け与えることができる詳細の量は、存在するとしても非常に限られている。
【００６６】
第２の実施形態では、レンダラに、色情報（ＲＧＢ）およびＺ値を含むスタック層を含むｎ個の主視点Ｚスタックの形の、オブジェクトをレンダリングするための３Ｄモデル用および複数のｎ個の主視点用の入力を有する初期部分が含まれ、レンダラに、さらに、初期ステージによって生成されたｎ個の主視点Ｚスタックから、Ｎ−ｎ個の追加視点のＺスタックがその中で構成される、Ｚスタック・コンストラクタ（ただし、Ｎ≫ｎ）と、Ｚスタックからイメージ情報を生成する後続イメージ情報オクルージョン・セマンティックス・ステージとが含まれる。
【００６７】
ｎ個の主視点を有することの利益は、これが、追加視点内のオブジェクトを構成するための最良の主視点の選択が可能とすることである。この選択は、どの主視点に、最高の詳細を有するオブジェクトすなわち、最も多くの要素によって表されるオブジェクトが含まれるかに基づく。また、たとえばｎ個の主視点でのオブジェクトの表現の補間によって、組合せが作られ得る。ほとんどの現在の３Ｄディスプレイでは、水平に周囲を見る機能性を可能とするために、水平線上に配置された視点位置を有するＮ個のビューが必要である。次いで、好ましくはｎ＝２である。
【００６８】
第１ステージに必要な計算能力は、２倍になるが、続くステージに関して、必要な計算能力は、事実上同一になる。ｎ＝２主視点は、左右の端の視点として選択され得る。このように、各追加視点に必要なものより多くの詳細を有する各オブジェクトが、２つの主ビューのうちの１つで表されることが保証される。
【００６９】
同様に、将来の３Ｄディスプレイが、垂直に周囲を見る機能性を提供するために、水平位置および垂直位置のグリッドに配置されたＮ＝ＮｘＮｙ個のビューを提供してもよい。次いで、好ましくは、ｎ＝４であり、主視点は、グリッドの４つの角すなわち、左上、右上、左下、および右下に対応する。
【００７０】
Ｚスタックの有限の水平次元および垂直次元に起因して、データのさらなる消失が発生する場合がある。オブジェクトは、各Ｚスタック内で異なる位置を有するので、いくつかの視点について、オブジェクトがもはやＺスタックに存在せず、視野から消えることが発生する場合がある。オブジェクトが、ちょうど主視点の境界上にあり、追加視点での構成がディスエーブルされることが発生する場合がある。これは、上で説明した、ｎ個の主視点を有する方法によって解決され得る。オブジェクトが、主視点のうちの１つで可視でない場合に、次いで、そのオブジェクトが他の主視点のうちの１つで可視である可能性が非常に高い。ｎ＝１が使用される時に、好ましい他の解決策は、すべての追加Ｚスタックがその最初の次元を維持しながら、Ｑ個の余分の要素だけ主Ｚスタックの水平（およびまたは垂直）次元を増やすことである。これは、主Ｚスタックに、追加視点についてのみビュー内にシフトされるオブジェクトが含まれることを保証する。この場合に、主視点フレーム・バッファは、最初の増やされないサイズも有する。おそらく、増やされた次元の解決策とｎ個の主視点の解決策との間での組合せが使用される。
【００７１】
データのさらなる消失が、主視点から追加視点へのオブジェクトの再サンプリングに起因して発生する場合がある。これは、たとえば、水平方向および／または垂直方向で２つ多い要素だけ増やされた解像度を有する主視点を有することによって解決されてもよい。このようにして、データ消失が無視できるものになる。ｎ個の主視点を用いる解決策の中で、良く知られたスーパーレゾリューション（ｓｕｐｅｒ−ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）技法によってｎ個の通常解像度Ｚスタックからより高い解像度でオブジェクトを抽出することが可能である場合がある。しかし、これのための現在の技法は、すべての状況、たとえばｎ個の主視点に、あるオブジェクトの正確に同一の情報が含まれるデジェネレートの場合の性能を保証しない。解像度増加方法は、すべての状況での性能を保証する。
【００７２】
第３の実施形態によれば、第２の実施形態によるレンダラは、第１の実施形態のレンダリング・パイプラインと組み合わされ得る。この両方の実施形態が、１シーン上の複数のビューを効率的に生成するために関係する。第２の実施形態によるレンダラは、第１の実施形態によるレンダリング・パイプラインより多少少ない、グラフィックス・パイプライン内の構成要素の複製を必要とするが、後者は、視点の間の角度が大きくなった時により良く働く。
【００７３】
基本的に、第１の実施形態によるパイプラインでは、ＳＳＲから後のすべてのものが複製されるが、第２の実施形態によるパイプラインでは、ｚスタックから後のすべてのものが複製される。
【００７４】
第３の実施形態によれば、第１および第２の実施形態の好ましい組合せは、第１の実施形態による方法を使用して、少数の適度に離れたビューだけを生成し、第２の実施形態の方法に従って少数のｚスタックを生成することであり、これらのｚスタックは、中間の近くのビューを生成するのに使用され得る。
【００７５】
第２の実施形態によるパイプラインでの限られた個数のｚスタック層に起因するデータの消失は、第１の実施形態によるパイプラインを使用する時に、基本的にすべてのビューがそれ自体のバッファを有するので、回避され得る。このバッファは、フルｚスタックである必要はなく、エッジ・アンチエイリアシングが不要な場合には単純なｚバッファとすることができる。
【００７６】
データのさらなる消失が、第２の実施形態による主視点から追加視点へのオブジェクトの再サンプリングに起因して発生する場合があるが、これは、第１の実施形態に従って実行される、表面から各ビューへの直接の再サンプリングによって解決され得る。
【００７７】
第１および第２の実施形態を組み合わせるもう１つの可能性は、第１の実施形態で説明したワープ技法の代わりに第２の実施形態によるレンダラを使用することである。
【００７８】
第１および第２の実施形態の組合せに基づくもう１つの実施形態によれば、第２の実施形態のｚスタックが、第１の実施形態のＥＡＡ＆ＨＳＲユニット内に置かれる。そのようなシステムでは、図１のＳＳＲとＥＡＡ＆ＨＳＲの諸部分とが、複製されない。これは、より少ないハードウェアの費用がかかるが、図１のパイプラインと比較してｚスタックから各ビューへの余分な再サンプリング・ステップが導入されるので、Ｚスタックを有しない、より低い画質をもたらす場合があるＥＡＡ＆ＨＳＲに関連する。
【００７９】
上で述べた実施形態が、本発明を制限するのではなく例示することと、当業者が添付請求項の範囲から外れずに多数の代替実施形態を設計できることに留意されたい。請求項では、括弧の間に置かれたすべての符号が、その請求項を制限するものと解釈されてはならない。単語「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」は、請求項に列挙されたもの以外の要素またはステップの存在を排除しない。要素の前の単語「ａ」または「ａｎ」は、複数のそのような要素の存在を排除しない。複数の手段を列挙した装置請求項において、複数のこれらの手段が、ハードウェアの１つの同一の品目によって実施され得る。ある手段が相互に異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これらの手段の組合せが有利に使用され得ないことを示さない。
【００８０】
さらに、請求項のすべての符号は、その請求項の範囲を制限するものと解釈されてはならない。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】第１の実施形態によるマルチビュー・レンダリングの順方向マッピング・パイプラインを示す図である。
【図２】第２の実施形態による表示装置および方法のレンダ・パイプを概略的に示す図である。
【図３】図２の表示装置および方法のレンダ・パイプの詳細を示す図である。
【図４】図２によるレンダ・パイプおよび方法の詳細を示す図である。
【図５】図２による方法のさらなる詳細を示す図である。
【図６】基本的な視差バリア・ディスプレイで出会う問題を示す図である。
【図７】マルチビュー・レンダリングの逆マッピング・パイプラインを示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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