[發明專利]計算機繪圖元素描繪方法及裝置

有效

• 申請號: 200710136314.4
• 申請日: 2007-07-13
• 公開（公告）號: CN101071509A
• 公開（公告）日: 2007-11-14
• 發明（設計）人: 王財升
• 申請（專利權）人: 威盛電子股份有限公司
• 主分類號: G06T15/00
• 分類號: G06T15/00
• 代理公司: 北京林達劉知識產權代理事務所
• 代理人: 劉新宇

技術領域

本發明是有關于一種計算機繪圖技術，特別是關于一種附有使用者指定裁切平面(clipping?planes)的計算機繪圖元素(primitive)描繪方法及裝置。

背景技術

計算機繪圖技術的基本動作在于描繪(rendering)三維物體的二維影像以將其顯示或呈現于諸如陰極射線管(CathodRay?Tube；CRT)或液晶顯示器(Liquid?Crystal?Display；LCD)等顯示裝置或監視器上。被描繪的物體可能是諸如點、線段、三角形或多邊形等簡單幾何元素(geometry?primitive)。較為復雜的物體可通過將其表示為一連串彼此相連的平面多邊形，例如，通過將其表示為一連串彼此相連的平面三角形而被描繪于顯示裝置上。所有幾何元素最終皆可以表示成單一頂點(vertex)或一群頂點的集合，例如，定義一個點的坐標(X，Y，Z)，又例如一線段的端點，或是一三角形的頂點。

為了產生用于將三維元素的二維投影顯示于計算機監視器或其他顯示裝置的數據組，該元素的頂點須經由圖形描繪管線(graphics-rendering?pipeline)的一系列運算或處理級(processing?stages)處理。一般的管線不過是一系列串聯的處理單元，或稱為級(stages)，其前一級的輸出作為后一級的輸入。在繪圖處理器的領域中，此等所謂的“級”包括諸如頂點相關運算、元素組合運算、像素(pixel)運算、紋路(texture)組合運算、陣列(rasterization)運算以及碎片(fragment)運算。

典型的繪圖顯示系統，較為復雜的物體通常被描述成包括許多稱為繪圖元素(primitives)的小多邊形，其覆蓋于該物體的表面就如同許多小磁磚覆蓋于墻面或其他表面之上。每一多邊形被表示為一組頂點坐標(模型坐標系中的X，Y，Z)并指明某些材料表面性質(意即，顏色、紋路、光澤等等)。對于具有復雜曲面的三維物體，前述多邊形一般而言必須是三角形或四邊形，其中后者永遠可以分解為一對三角形。

一轉換引擎(transformation?engine)參照使用者輸入所選定的視角轉換物體的坐標。此外，使用者亦可以指定視場(fieldof?view)、產生影像的大小和影像所在區域后方的細節以依需要呈現或移除背景。

一旦此可見區域(viewing?area)被選定，諸如裁剪窗界(scissor?window)的裁切邏輯(clipping?logic)即移除位于可見區域外的繪圖元素并處理部分位于可見區域內而部分位于可見區域外的繪圖元素。繪圖元素的頂點隨之被傳送至下一級，傳送的內容為每一頂點對應于屏幕(viewing?screen)的坐標(以X，Y坐標的形式)和其相關的深度(Z坐標)。典型的系統中，尚須引進考慮到光源的照明模型(lighting?model)，而后繪圖元素和其顏色值傳送至諸如陣列器(rasterizer)的像素內插模塊或稱屬性內插模塊(Attribute?Interpolation?Module)。

對于每一繪圖元素，陣列器決定哪些像素位于此繪圖元素之上并嘗試將其顏色值和深度(Z值)寫入幀緩沖器(framebuffer)之內。陣列器將正被處理的繪圖元素中的深度(Z值)和像素的深度值做比較，該值可能已經寫入幀緩沖器。假如新繪圖元素像素的深度值較小，表示其位于已寫入幀緩沖器的繪圖元素前方，則其值將取代幀緩沖器內已有的數值，因為此新繪圖元素將會遮蔽先前處理而已寫入幀緩沖器的繪圖元素。此程序一直重復直到所有繪圖元素均被描畫完成為止。此時，一視頻控制器將幀緩沖器的內容依描畫的順序逐條掃描線顯示于一顯示器上。

介紹一般技術背景之后，以下參見圖1，其顯示一傳統的管線式計算機繪圖元素描繪裝置100的方塊圖。包括繪圖元素PR和裁切邏輯CLogic的輸入數據沿繪圖管線傳送。繪圖元素PR可以包括其所在位置的數據(例如，表示為X，Y，Z空間坐標的頂點)，而裁切邏輯CLogic則可以包括預設的裁剪窗界和使用者指定的一或多個裁切平面(clipping?planes)UDCP。裁剪窗界通常表示為上下左右四個邊界值。裁切平面UDCP則可以表示成諸如f(x，y，x)＝ax+by+cz+d的空間坐標函數，通常其將裁切或移除繪圖元素PR中所有使得此空間坐標函數為負值的像素或點，而僅允許顯示使得此空間坐標函數為正值的像素或點。