專利名稱：用于重構(gòu)三維圖形數(shù)據(jù)的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于渲染(rendering)3D(three-dimensional，三維)圖形數(shù)據(jù)的裝置，特別涉及一種用于重構(gòu)3D圖形數(shù)據(jù)的裝置和方法。
背景技術(shù)：
用于在屏幕上渲染3D圖形數(shù)據(jù)的裝置使用VRML(Virtual RealityModeling Language，虛擬現(xiàn)實(shí)造型語言)和MPEG(Moving Picture ExpertGroup，運(yùn)動(dòng)圖片專家組)標(biāo)準(zhǔn)以及由通用商業(yè)程序(例如，3D Studio Max，Maya，等)定義的文件格式。3D數(shù)據(jù)包括被置于3D空間中的對(duì)象的幾何信息(例如，關(guān)于構(gòu)成對(duì)象的3D點(diǎn)的位置的信息以及其連接信息)；對(duì)象的材料信息(例如，關(guān)于紋理、對(duì)象的透明度、對(duì)象的顏色和對(duì)象表面的光澤的信息)；以及關(guān)于這樣的信息取決于位置、光源特性和時(shí)間而變化的信息。這樣的3D圖形數(shù)據(jù)用直觀上或者邏輯上可理解的結(jié)構(gòu)來表示，從而圖形數(shù)據(jù)的生成和修改可以由用戶很容易地進(jìn)行。其中以這種方式用直觀上可理解的結(jié)構(gòu)來表示3D圖形數(shù)據(jù)的對(duì)象被稱作場景圖(scene graph)。
圖1是示出了場景圖的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的示例的圖。如圖1所示，場景圖將3D圖形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在多個(gè)節(jié)點(diǎn)(組節(jié)點(diǎn)和形狀節(jié)點(diǎn))中。組節(jié)點(diǎn)具有關(guān)于子節(jié)點(diǎn)(sub-node)的信息，形狀節(jié)點(diǎn)是葉子節(jié)點(diǎn)并且存儲(chǔ)對(duì)象的幾何信息或者材料信息。具體地說，場景圖包括包括對(duì)象的幾何信息或者材料信息的節(jié)點(diǎn)以及通過連接節(jié)點(diǎn)形成層次(hierarchy)的連接信息。而且，包括節(jié)點(diǎn)的位置信息和旋轉(zhuǎn)信息的某些信息影響子節(jié)點(diǎn)的位置。這樣的結(jié)構(gòu)的長處在于，根據(jù)節(jié)點(diǎn)的相對(duì)位置，結(jié)構(gòu)的從屬關(guān)系容易為人所直觀理解。
圖2是3D人體結(jié)構(gòu)的場景圖。如圖2所示，假設(shè)在3D空間中表示“人”的身體。對(duì)于作起始節(jié)點(diǎn)(starting node)的抽象節(jié)點(diǎn)“人”來說，將“人”粗略地劃分成“胸”部分和“腹”部分，并且“胸”和“腹”是節(jié)點(diǎn)“人”的子節(jié)點(diǎn)。而且，子節(jié)點(diǎn)“胸”包括子節(jié)點(diǎn)“頭”、“右手”和“左手”，子節(jié)點(diǎn)“腹”包括“左腿”和“右腿”。高等級(jí)(ranking)節(jié)點(diǎn)中的信息對(duì)子節(jié)點(diǎn)具有直接影響。因而，如果節(jié)點(diǎn)“人”的位置信息被改變，則這樣的位置改變信息直接影響子節(jié)點(diǎn)的每個(gè)。從而，要改變在3D空間上生成的“人”的整體信息，僅僅節(jié)點(diǎn)“人”中的相關(guān)信息需要改變。從生成和修改3D數(shù)據(jù)的用戶的觀點(diǎn)看這樣的結(jié)構(gòu)是非常方便和直觀的，因?yàn)槿缟纤?，?dāng)移動(dòng)整個(gè)身體時(shí)，僅有節(jié)點(diǎn)“人”這一最高等級(jí)節(jié)點(diǎn)的信息需要修改，而身體的每個(gè)部分的位置信息不需要改變。而且，當(dāng)改變身體信息的一部分時(shí)，僅相關(guān)節(jié)點(diǎn)的信息需要改變，而不改變子節(jié)點(diǎn)中的信息。
要讀入并且向屏幕輸出這樣的3D圖形數(shù)據(jù)，需要一種用于分析所讀取的3D圖形數(shù)據(jù)的含義以及進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的裝置。通常，這樣的裝置被稱作3D圖形渲染引擎(3D graphics rendering engine)。3D圖形渲染引擎包括解析器(parser)和渲染器(renderer)。
解析器讀入并且解釋3D圖形數(shù)據(jù)。即，解析器識(shí)別所讀取數(shù)據(jù)是否是對(duì)象的幾何信息、對(duì)象的材料信息或者關(guān)于產(chǎn)生自場景圖結(jié)構(gòu)的對(duì)象之間的從屬關(guān)系的信息，并且解釋和判斷信息。
渲染器將由解析器解析的場景圖改變成適于在輸出器件的屏幕上顯示的形式。由于屏幕適于顯示2D(two-dimensional，二維)信息，所以不能直接使用在3D中表示的場景圖。渲染器的首要任務(wù)是通過對(duì)在3D空間中表示的對(duì)象進(jìn)行坐標(biāo)變換而將3D圖形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成2D圖形數(shù)據(jù)。因而，從渲染器輸出的數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)換成2D圖形數(shù)據(jù)。
但是，這樣的傳統(tǒng)3D圖形渲染引擎的問題在于，通過在不改變3D圖形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的情況下僅對(duì)3D圖形數(shù)據(jù)進(jìn)行2D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理產(chǎn)生2D輸出圖像。作為用于表示3D圖形數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的方法的場景圖是一種如上所述的容易被用戶直觀上理解和修改的易懂結(jié)構(gòu)，但浪費(fèi)了存儲(chǔ)空間，延遲了輸出圖像的生成，并且惡化了輸出圖像的圖像質(zhì)量。如圖2中所示，存在包括同樣種類的材料信息的節(jié)點(diǎn)，并且以不連續(xù)的和不規(guī)則的順序安排這樣的節(jié)點(diǎn)。渲染器在不改變場景圖的結(jié)構(gòu)的情況下將每個(gè)節(jié)點(diǎn)的3D圖形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成2D數(shù)據(jù)。
圖3是圖示了圖2中所示出的場景圖的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換順序的圖。參考圖3，即使同樣種類的材料信息重復(fù)出現(xiàn)，渲染器在渲染過程期間也不能意識(shí)到這樣的信息。因而，渲染器將根據(jù)預(yù)定的順序出現(xiàn)的所有材料信息重復(fù)存儲(chǔ)在終端上的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間中。因而，當(dāng)使用傳統(tǒng)的3D圖形渲染引擎時(shí)，發(fā)生存儲(chǔ)空間的浪費(fèi)。
而且，在渲染過程期間材料信息在兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)之間改變，渲染器丟掉原始的材料信息，并且將新的材料信息讀入終端的存儲(chǔ)空間中。通常，由于從存儲(chǔ)空間讀數(shù)據(jù)或者向存儲(chǔ)空間寫數(shù)據(jù)的過程與諸如數(shù)學(xué)計(jì)算的其它過程相比需要大量時(shí)間，所以這樣的信息改變導(dǎo)致在將3D信息轉(zhuǎn)換成2D信息的整個(gè)過程中的巨大延遲。由于傳統(tǒng)的3D圖形渲染引擎將由于同樣的材料信息的不連續(xù)安排而始終讀取材料信息，所以延遲了輸出圖像的生成。
而且，代表對(duì)象的透明度的信息可以包括在由3D圖形數(shù)據(jù)保持的信息中。當(dāng)以不連續(xù)和不規(guī)則的順序安排具有該信息的節(jié)點(diǎn)時(shí)，不能保證3D信息到2D信息的確切轉(zhuǎn)換。當(dāng)以交疊方式放置具有透明屬性的3D對(duì)象時(shí)，3D信息到2D信息的轉(zhuǎn)換應(yīng)該通過反映諸如透明度和存在于觀察截錐(viewingfrustum)中的其它3D對(duì)象的距離的特性來進(jìn)行。但是，由于傳統(tǒng)的3D圖形渲染引擎不反映透明度和屬于每個(gè)節(jié)點(diǎn)的3D對(duì)象之間的距離，所以當(dāng)確定渲染順序時(shí)，發(fā)生輸出圖像的圖像質(zhì)量下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能夠根據(jù)諸如透明度信息和紋理信息的材料信息對(duì)場景圖的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分組的用于重構(gòu)3D圖形數(shù)據(jù)的裝置和方法。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于重構(gòu)3D圖形數(shù)據(jù)的裝置，該裝置包括解析單元，用于解析三維圖形數(shù)據(jù)；排列單元，用于使用包含于下述材料信息中的預(yù)定的詳細(xì)信息作為參考，對(duì)具有節(jié)點(diǎn)以及關(guān)于所述節(jié)點(diǎn)的層次信息的場景圖的對(duì)象進(jìn)行排列，其中所述節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)包含于由解析單元解析的三維圖形數(shù)據(jù)中的幾何信息和與幾何信息相對(duì)應(yīng)的材料信息；以及渲染單元，用于解釋由排列單元排列的場景圖的對(duì)象，以將三維圖形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成二維圖形數(shù)據(jù)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于重構(gòu)3D圖形數(shù)據(jù)的方法，該方法包括解析三維圖形數(shù)據(jù)；使用包含于下述材料信息中的預(yù)定的詳細(xì)信息作為參考，對(duì)具有節(jié)點(diǎn)以及關(guān)于所述節(jié)點(diǎn)的層次信息的場景圖的對(duì)象進(jìn)行排列，其中所述節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)包含于三維圖形數(shù)據(jù)中的幾何信息和與幾何信息相對(duì)應(yīng)的材料信息；以及解釋排列后的場景圖的對(duì)象，以將三維圖形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成二維圖形數(shù)據(jù)。


通過結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的示例性實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述和其它特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚，附圖中圖1是示出了場景圖的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的示例的圖；圖2是示出3D身體結(jié)構(gòu)的場景圖；圖3是圖示了圖2中所示出的場景圖的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的順序的圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于重構(gòu)3D圖形數(shù)據(jù)的裝置的框圖；圖5是圖4中所示出的排列單元的框圖；圖6是圖5中所示出的第一場景圖解釋單元的框圖；圖7是圖5中所示出的詳細(xì)信息分類單元的框圖；圖8是用于說明存儲(chǔ)于圖7中所示出的透明幾何存儲(chǔ)單元中的透明幾何信息的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖；圖9是用于說明存儲(chǔ)于圖7中所示出的不透明幾何存儲(chǔ)部件中的不透明幾何信息的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖；圖10示出了用于說明本發(fā)明的場景圖的示例；圖11A和圖11B是示出了在排列圖10中所示出的場景圖之后的結(jié)果的圖；圖12是圖4中所示出的渲染單元的框圖；圖13是圖示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的重構(gòu)3D圖形數(shù)據(jù)的方法的流程圖；圖14是圖示了圖13中所示出的操作1002的流程圖；圖15是圖示了圖14中所示出的操作1100的流程圖；圖16是圖示了圖14中所示出的操作1102的流程圖；以及圖17是圖示了圖13中所示出的操作1004的流程圖；具體實(shí)施方式
現(xiàn)將參考其中示出了本發(fā)明的示例性實(shí)施例的附圖更全面地描述本發(fā)明。但是本發(fā)明可以以許多不同的形式實(shí)施，并且不應(yīng)被認(rèn)作限于本文所提出的實(shí)施例；相反，提供這些實(shí)施例，以使本公開將是徹底的和完全的，并且將向本領(lǐng)域技術(shù)人員完全告知本發(fā)明的概念。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于重構(gòu)3D圖形數(shù)據(jù)的裝置的框圖，并且用于重構(gòu)3D圖形數(shù)據(jù)的裝置包括解析單元100、排列單元120和渲染單元140。
解析單元100讀入并且解析諸如VRML(Virtual Reality ModelingLanguage，虛擬現(xiàn)實(shí)造型語言)數(shù)據(jù)或者M(jìn)PEG(Moving Picture Expert Group，運(yùn)動(dòng)圖片專家組)的3D圖形數(shù)據(jù)。解析單元100解析通過輸入端IN1輸入的3D圖形數(shù)據(jù)的場景圖，并且向排列單元120輸出關(guān)于經(jīng)解析的場景圖的信息。場景圖具有包括幾何信息和與該幾何信息相對(duì)應(yīng)的材料信息的節(jié)點(diǎn)，并且還具有節(jié)點(diǎn)的層次信息。假定關(guān)于場景圖的幾何信息和材料信息的詳細(xì)信息是場景圖的對(duì)象。幾何信息被認(rèn)為是代表對(duì)象的外觀的3D信息。材料信息具有每個(gè)詳細(xì)信息。詳細(xì)信息代表紋理、對(duì)象的透明度、對(duì)象的顏色和對(duì)象表面的光澤。由于解析單元100的特定功能和現(xiàn)有技術(shù)中的相同，所以將省略關(guān)于其的描述。
排列單元120使用包含于材料信息中的預(yù)定詳細(xì)信息作為參考對(duì)解析單元100解析的場景圖的對(duì)象進(jìn)行排列，并且向渲染單元140輸出排列后的場景圖的對(duì)象。在本實(shí)施例中，排列是對(duì)于包含于預(yù)定的詳細(xì)信息中的透明度信息和紋理信息來進(jìn)行的。透明度信息取決于透明度被劃分成透明幾何信息和不透明幾何信息。透明幾何信息和不透明幾何信息被分隔開并且個(gè)別地存儲(chǔ)。不透明幾何信息是根據(jù)紋理信息排列的，而透明幾何信息是考慮相機(jī)和透明幾何信息的位置之間的距離而排列的。
圖5是圖4中所示出的排列單元120的框圖。排列單元包括第一場景圖解釋單元200、詳細(xì)信息分類單元220和分類完成確定單元260。
第一場景圖解釋單元200經(jīng)由輸入端IN2接收由解析單元100解析的場景圖的對(duì)象，并且解釋所輸入的場景圖的對(duì)象以及將其輸出到詳細(xì)信息分類單元220。
圖6是圖5中所示出的第一場景圖解釋單元200的框圖。第一場景圖解釋單元200包括形狀節(jié)點(diǎn)確定單元300和子節(jié)點(diǎn)檢測單元320。
當(dāng)經(jīng)由輸入端IN3接收到場景圖時(shí)，形狀節(jié)點(diǎn)確定單元300確定節(jié)點(diǎn)是否是場景圖的形狀節(jié)點(diǎn)，并且向子節(jié)點(diǎn)檢測單元320或者經(jīng)由輸出端OUT3向詳細(xì)信息分類單元220輸出確定結(jié)果。形狀節(jié)點(diǎn)是存儲(chǔ)幾何信息和與該幾何信息相對(duì)應(yīng)的材料信息的節(jié)點(diǎn)。由于形狀節(jié)點(diǎn)是葉子節(jié)點(diǎn)，所以形狀節(jié)點(diǎn)沒有子節(jié)點(diǎn)。如果由形狀節(jié)點(diǎn)確定單元300檢查的節(jié)點(diǎn)不是形狀節(jié)點(diǎn)，則所檢查的節(jié)點(diǎn)是具有子節(jié)點(diǎn)的組節(jié)點(diǎn)。如果所檢查的節(jié)點(diǎn)是形狀節(jié)點(diǎn)，則形狀節(jié)點(diǎn)確定單元300經(jīng)由輸出端OUT 3向詳細(xì)信息分類單元220輸出確定結(jié)果。但是，如果所檢查的節(jié)點(diǎn)不是形狀節(jié)點(diǎn)，則形狀節(jié)點(diǎn)確定單元300向子節(jié)點(diǎn)檢測單元320輸出確定結(jié)果。
子節(jié)點(diǎn)檢測單元320檢測連接到所檢查的節(jié)點(diǎn)的子層次(sub-hierarchy)的子節(jié)點(diǎn)。如果確定結(jié)果指示所檢查的節(jié)點(diǎn)具有子節(jié)點(diǎn)，則子節(jié)點(diǎn)檢測單元320檢測所檢查的節(jié)點(diǎn)的子層次中的子節(jié)點(diǎn)，并且向形狀節(jié)點(diǎn)確定單元300輸出所檢測的結(jié)果。
當(dāng)從子節(jié)點(diǎn)檢測單元320接收檢測結(jié)果時(shí)，形狀節(jié)點(diǎn)確定單元300確定所檢測的子節(jié)點(diǎn)是否是形狀節(jié)點(diǎn)。
當(dāng)從第一場景圖解釋單元200接收經(jīng)解釋的場景圖的對(duì)象時(shí)，詳細(xì)信息分類單元220使用預(yù)定的詳細(xì)信息作為參考對(duì)經(jīng)解釋的對(duì)象進(jìn)行分類并存儲(chǔ)，并且向分類完成確定單元260輸出所存儲(chǔ)的結(jié)果。
圖7是用于說明圖5中所示出的詳細(xì)信息分類單元220的實(shí)施例的框圖。詳細(xì)信息分類單元220包括矩陣存儲(chǔ)單元400、詳細(xì)信息訪問單元420、透明幾何存儲(chǔ)單元440和不透明幾何存儲(chǔ)單元460。
矩陣存儲(chǔ)單元400確定所讀取的形狀節(jié)點(diǎn)屬于場景圖的哪一層次、計(jì)算能夠進(jìn)行從相關(guān)層次的局部坐標(biāo)到全局坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換的GTM(GlobalTransformation Matrix，全局變換矩陣)、將結(jié)果存儲(chǔ)在所讀取的形狀節(jié)點(diǎn)中、并且向詳細(xì)信息訪問單元420輸出所讀取的形狀節(jié)點(diǎn)。
詳細(xì)信息訪問單元420讀取形狀節(jié)點(diǎn)的材料信息的預(yù)定的詳細(xì)信息。詳細(xì)信息訪問單元420讀取經(jīng)解釋的形狀節(jié)點(diǎn)的材料信息的預(yù)定的詳細(xì)信息，并且根據(jù)該預(yù)定的詳細(xì)信息向透明幾何存儲(chǔ)單元440或者不透明幾何存儲(chǔ)單元460輸出該預(yù)定的詳細(xì)信息。
具體地說，詳細(xì)信息訪問單元420讀取形狀節(jié)點(diǎn)的材料信息的預(yù)定的詳細(xì)信息的紋理信息或者透明度信息。如果透明度信息是代表有些透明的透明幾何信息，則詳細(xì)信息訪問單元420向透明幾何存儲(chǔ)單元440輸出所讀取的形狀節(jié)點(diǎn)；并且如果透明度信息是代表有些不透明的不透明幾何信息，則詳細(xì)信息訪問單元420向不透明幾何存儲(chǔ)單元460輸出所讀取的形狀節(jié)點(diǎn)。
透明幾何存儲(chǔ)單元440使用一維數(shù)組存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)來存儲(chǔ)所讀取的形狀節(jié)點(diǎn)。當(dāng)計(jì)算了所讀取的形狀節(jié)點(diǎn)和觀察透明幾何信息的相機(jī)之間的距離之后，形狀節(jié)點(diǎn)被存儲(chǔ)在數(shù)組中，其中首先存儲(chǔ)離相機(jī)遠(yuǎn)的形狀節(jié)點(diǎn)，稍后存儲(chǔ)離相機(jī)近的形狀節(jié)點(diǎn)。這樣的存儲(chǔ)順序是用來防止由于透明幾何信息毀壞所致的圖像質(zhì)量下降。
圖8是用于說明圖7中所示出的透明幾何存儲(chǔ)單元中所存儲(chǔ)的透明幾何信息的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。如圖8所示，在透明對(duì)象1中存儲(chǔ)離相機(jī)更遠(yuǎn)的形狀節(jié)點(diǎn)的透明幾何信息。而且，在透明對(duì)象2中存儲(chǔ)比存儲(chǔ)在透明對(duì)象1中的形狀距離相機(jī)更近的形狀節(jié)點(diǎn)的透明幾何信息。將逐次距離相機(jī)更近的形狀節(jié)點(diǎn)分別存儲(chǔ)在透明對(duì)象3和透明對(duì)象4中。
不透明幾何存儲(chǔ)單元460具有用于存儲(chǔ)包含于詳細(xì)信息中的紋理信息的環(huán)結(jié)構(gòu)。其中將第一數(shù)據(jù)和最后數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在鄰接存儲(chǔ)單元中的環(huán)結(jié)構(gòu)表示鏈接表的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。
不透明幾何存儲(chǔ)單元460確定包含于所讀取的形狀節(jié)點(diǎn)的詳細(xì)信息中的紋理信息是否已經(jīng)包含于環(huán)中。如果紋理信息沒有包含于環(huán)中，則向環(huán)中加入紋理信息，并且將形狀節(jié)點(diǎn)的不透明幾何信息存儲(chǔ)在紋理信息的子環(huán)(sub-ring)中。如果紋理信息已經(jīng)包含于環(huán)中，則不向環(huán)中加入紋理信息，并且將形狀節(jié)點(diǎn)的不透明幾何信息存儲(chǔ)在已經(jīng)被存儲(chǔ)在環(huán)中的紋理信息的子環(huán)中。
圖9是用于說明存儲(chǔ)于圖7中所示出的不透明幾何存儲(chǔ)單元中的不透明幾何信息的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。圖9示例性地示出了包含于詳細(xì)信息中的紋理信息。如圖9所示，不透明幾何存儲(chǔ)單元460使用紋理環(huán)來存儲(chǔ)紋理信息(紋理1、2、3、4和5)。在紋理環(huán)中，存儲(chǔ)了代表不同紋理的五條紋理信息(紋理1、2、3、4和5)。紋理環(huán)具有子環(huán)。在子環(huán)中，存儲(chǔ)了包括紋理信息(1、2、3、4和5)的紋理的不透明幾何信息(不透明幾何1、2、3、4、5和6)。
圖10圖示了如何根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例重構(gòu)場景圖，并且圖11A和圖11B是圖示了在將圖10中所示出的場景圖的對(duì)象排列之后的結(jié)果的圖。
利用排列單元120重構(gòu)圖10中所示出的場景圖。下面的描述使用圖8中示例性地示出的透明幾何存儲(chǔ)單元440的數(shù)組結(jié)構(gòu)，以及圖9中所示出不透明幾何存儲(chǔ)單元460的環(huán)結(jié)構(gòu)。首先根據(jù)透明度信息對(duì)場景圖的形狀節(jié)點(diǎn)分類。如果形狀節(jié)點(diǎn)包括作為透明信息的透明幾何信息，則如圖11A所示，將形狀節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)在透明幾何存儲(chǔ)單元440中。這時(shí)，其中對(duì)象在透明幾何存儲(chǔ)單元440中存儲(chǔ)的順序是根據(jù)相機(jī)和對(duì)象之間的距離來確定的。即，將距離相機(jī)最遠(yuǎn)的對(duì)象排在第一。因而，參考圖11A，以考慮距離相機(jī)的距離的給定順序存儲(chǔ)第二、第四和第三幾何信息。
如果形狀節(jié)點(diǎn)包括不透明幾何信息，則如圖11B所示，使用包含于形狀節(jié)點(diǎn)中的紋理信息構(gòu)造紋理環(huán)，并且將包含紋理信息的幾何信息存儲(chǔ)在紋理信息的子環(huán)中。因而，第一和第五紋理信息構(gòu)成紋理環(huán)，并且第一和第五幾何信息構(gòu)成子環(huán)。當(dāng)不透明幾何信息重復(fù)包括同樣的紋理信息時(shí)，每條幾何信息將被排列到紋理的子環(huán)中，這提供了其中可以以有效的方式處理大量紋理信息的結(jié)構(gòu)。
分類完成確定單元260確定是否對(duì)經(jīng)解釋的場景圖的所有對(duì)象進(jìn)行了分類，并且經(jīng)由輸出端OUT 2輸出確定結(jié)果。這時(shí)，如果沒有利用預(yù)定的詳細(xì)信息作為參考，對(duì)經(jīng)解釋的場景圖的所有節(jié)點(diǎn)進(jìn)行完全分類，則分類完成確定單元260向第一場景圖解釋單元200輸出確定結(jié)果。第一場景圖解釋單元200響應(yīng)于分類完成確定單元260的確定結(jié)果重新解釋場景圖。
如上所述，由排列單元基于每條紋理信息排列場景圖，從而同樣的紋理信息不必重復(fù)存儲(chǔ)。
渲染單元140解釋由排列單元120排列的場景圖的對(duì)象以將3D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成2D圖形數(shù)據(jù)，并且經(jīng)由輸出端OUT 1輸出轉(zhuǎn)換后的2D圖形數(shù)據(jù)。
圖12是用于說明圖4中所示出的渲染單元140的實(shí)施例的框圖。渲染單元140包括經(jīng)排列的場景圖解釋單元500和轉(zhuǎn)換單元520。
經(jīng)排列的場景圖解釋單元500對(duì)經(jīng)由輸入端IN 5接收的預(yù)定的詳細(xì)信息以及與該預(yù)定的詳細(xì)信息相對(duì)應(yīng)的透明和不透明幾何信息進(jìn)行解釋，并且向轉(zhuǎn)換單元520輸出解釋后的結(jié)果。
經(jīng)排列的場景圖解釋單元500從排列單元120接收紋理信息和存儲(chǔ)在所接收的紋理信息的子環(huán)中的不透明幾何信息，并且解釋所接收的紋理信息和不透明幾何信息。而且，經(jīng)排列的場景圖解釋單元500從排列單元120接收透明幾何信息并且解釋所接收的透明幾何信息。
轉(zhuǎn)換單元520將預(yù)定的詳細(xì)信息、透明幾何信息和不透明幾何信息轉(zhuǎn)換成2D圖形數(shù)據(jù)，并且經(jīng)由輸出端OUT 5輸出轉(zhuǎn)換后的結(jié)果。具體地說，就所解釋的透明幾何信息而言，轉(zhuǎn)換單元520以距離相機(jī)最遠(yuǎn)的透明幾何信息作為開始并且以距離相機(jī)最近的透明幾何信息作為結(jié)束將3D圖形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成2D圖形數(shù)據(jù)。
渲染單元140首先解釋并轉(zhuǎn)換不透明幾何信息，然后解釋并轉(zhuǎn)換透明幾何信息。如果在對(duì)經(jīng)排列的不透明對(duì)象進(jìn)行渲染之后對(duì)經(jīng)排列的透明對(duì)象進(jìn)行渲染，則可以防止由于透明對(duì)象所產(chǎn)生的圖像質(zhì)量下降。
現(xiàn)將參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于重構(gòu)3D圖形數(shù)據(jù)的方法。
圖13是圖示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的重構(gòu)3D圖形數(shù)據(jù)的方法的流程圖。該方法包括使用預(yù)定的詳細(xì)信息作為參考對(duì)3D圖形數(shù)據(jù)的場景圖的對(duì)象進(jìn)行排列，并且使用經(jīng)排列的場景圖將3D圖形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成2D圖形數(shù)據(jù)。
首先，解析3D圖形數(shù)據(jù)(操作1000)。也解析3D圖形數(shù)據(jù)之中的場景圖。場景圖包括節(jié)點(diǎn)，所述節(jié)點(diǎn)包括幾何信息和與每條幾何信息相對(duì)應(yīng)的材料信息。場景圖還包括用于節(jié)點(diǎn)的層次信息。
接著，使用材料信息的預(yù)定的詳細(xì)信息作為參考對(duì)3D圖形數(shù)據(jù)的場景圖的對(duì)象進(jìn)行排列(操作1002)。這時(shí)，經(jīng)排列的預(yù)定的詳細(xì)信息是透明度信息和紋理信息。
圖14是圖示了圖13中所示出的操作1002的流程圖。操作1002包括使用預(yù)定的詳細(xì)信息作為參考對(duì)場景圖的對(duì)象進(jìn)行分類，并且確定是否對(duì)這樣的對(duì)象都進(jìn)行了分類。
首先，解釋場景圖的對(duì)象(操作1100)。
圖15是圖示了圖13中所示出的操作1100的流程圖。操作1100包括操作1200和1202，操作1202取決于所檢查的節(jié)點(diǎn)是否為形狀節(jié)點(diǎn)來檢測每個(gè)節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)。
首先，確定節(jié)點(diǎn)之一是否為具有幾何信息和材料信息的形狀節(jié)點(diǎn)(操作1200)。
如果所檢查的節(jié)點(diǎn)不是形狀節(jié)點(diǎn)，則檢測連接到所檢查的節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)，并且進(jìn)行操作1200(操作1202)。
但是，如果所檢查的節(jié)點(diǎn)是形狀節(jié)點(diǎn)，則進(jìn)行操作1102。
在操作1100之后，使用預(yù)定的詳細(xì)信息作為參考對(duì)經(jīng)解釋的場景圖的對(duì)象進(jìn)行分類和存儲(chǔ)(操作1102)。
圖16是圖示了圖14中所示出的操作1102的流程圖。操作1102包括讀取材料信息的預(yù)定的詳細(xì)信息，并且存儲(chǔ)透明和不透明幾何信息。
首先，確定形狀節(jié)點(diǎn)的層次位置并且計(jì)算GTM(操作1300)。
然后，讀取存儲(chǔ)在形狀節(jié)點(diǎn)中的材料信息的預(yù)定的詳細(xì)信息(操作1302)。
隨后，存儲(chǔ)包含于形狀節(jié)點(diǎn)的材料信息中的透明和不透明幾何信息(操作1304)。這時(shí)，如果材料信息是不透明幾何信息，則將不透明幾何信息存儲(chǔ)在紋理信息的子環(huán)結(jié)構(gòu)中；如果材料信息是透明幾何信息，則將透明幾何信息存儲(chǔ)在數(shù)組結(jié)構(gòu)中。即，取決于包含于存儲(chǔ)在形狀節(jié)點(diǎn)中的材料信息中的不透明幾何信息，將材料信息劃分成透明對(duì)象列表和不透明對(duì)象列表，并且根據(jù)透明對(duì)象和觀察該透明對(duì)象的相機(jī)之間的距離排列透明對(duì)象列表。由用于不透明對(duì)象列表的紋理構(gòu)造一個(gè)環(huán)，并且為包括同樣紋理信息的每個(gè)對(duì)象構(gòu)造并存儲(chǔ)子環(huán)。
然后，確定是否對(duì)場景圖的對(duì)象都進(jìn)行了分類(操作1104)。
如果對(duì)場景圖的對(duì)象都進(jìn)行了分類，則進(jìn)行操作1004。但是，如果沒有對(duì)場景圖的對(duì)象都進(jìn)行分類，則進(jìn)行操作1100到1104。
接著，解釋經(jīng)排列的場景圖，并且將3D圖形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成2D圖形數(shù)據(jù)(操作1004)。這時(shí)，在解釋并轉(zhuǎn)換包含于材料信息中的不透明幾何信息之后，解釋并轉(zhuǎn)換透明幾何信息。
圖17是圖示了圖13中所示出的操作1004的流程圖。
首先，解釋預(yù)定的詳細(xì)信息以及與該預(yù)定的詳細(xì)信息相對(duì)應(yīng)的透明和不透明幾何信息(操作1400)。
然后，將預(yù)定的詳細(xì)信息以及透明幾何信息和不透明幾何信息轉(zhuǎn)換成2D圖形數(shù)據(jù)(操作1402)。這時(shí)，基于在操作1304中排列透明幾何信息的順序?qū)?D圖形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成2D圖形數(shù)據(jù)。
與傳統(tǒng)方法不同，在本發(fā)明中，根據(jù)其特性對(duì)3D圖形數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，并且根據(jù)該特性重構(gòu)3D圖形數(shù)據(jù)，由此保證了3D圖形數(shù)據(jù)到2D圖形數(shù)據(jù)的快速和更精確的轉(zhuǎn)換，并且增強(qiáng)了3D圖形數(shù)據(jù)的有效管理。本發(fā)明的這些特性可以被施加到在固定地點(diǎn)使用的PC(Personal Computer，個(gè)人計(jì)算機(jī))和諸如PDA(Personal Digital Assistant，個(gè)人數(shù)字助理)或者蜂窩電話的移動(dòng)設(shè)備上。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的用于重構(gòu)3D圖形數(shù)據(jù)的裝置和方法可以通過使用排列單元來根據(jù)紋理信息將場景圖的每個(gè)節(jié)點(diǎn)分類成組而省略重復(fù)存儲(chǔ)同樣的紋理信息的操作。
而且，本據(jù)本發(fā)明，由于可以為紋理信息的每組進(jìn)行將3D圖形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成2D數(shù)據(jù)的操作，所以可以使得在轉(zhuǎn)換過程期間由于紋理信息改變而導(dǎo)致的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換中的時(shí)間損失最小化。
而且，本發(fā)明通過使用透明信息對(duì)幾何信息進(jìn)行分類來根據(jù)距離觀察點(diǎn)的距離順序進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，從而以更精確的方式將3D圖形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成2D數(shù)據(jù)。
盡管參照本發(fā)明的示例性實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了具體圖示和描述，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離由所附權(quán)利要求書所定義的本發(fā)明的精神和范圍的條件下，可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)上的各種修改。
權(quán)利要求
1.一種用于重構(gòu)三維圖形數(shù)據(jù)的裝置，包括解析單元，用于解析三維圖形數(shù)據(jù)；排列單元，用于使用包含于下述材料信息中的預(yù)定的詳細(xì)信息作為參考，對(duì)具有節(jié)點(diǎn)以及關(guān)于所述節(jié)點(diǎn)的層次信息的場景圖的對(duì)象進(jìn)行排列，所述節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)包含于由所述解析單元解析的所述三維圖形數(shù)據(jù)中的幾何信息和與所述幾何信息相對(duì)應(yīng)的材料信息；以及渲染單元，用于對(duì)由所述排列單元排列的所述場景圖的對(duì)象進(jìn)行解釋，以將所述三維圖形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成二維圖像。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述預(yù)定的詳細(xì)信息包含透明度信息和紋理信息的至少一種。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述排列單元包括第一場景圖解釋單元，用于對(duì)從所述解析單元輸入的所述場景圖的對(duì)象進(jìn)行解釋；詳細(xì)信息分類單元，用于使用所述預(yù)定的詳細(xì)信息作為參考對(duì)所述經(jīng)解釋的對(duì)象進(jìn)行分類和存儲(chǔ)；以及分類完成確定單元，用于確定是否對(duì)所有對(duì)象都進(jìn)行了分類。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其中所述第一場景圖解釋單元包括形狀節(jié)點(diǎn)確定單元，用于確定所述節(jié)點(diǎn)的每個(gè)是否為存儲(chǔ)關(guān)于所述節(jié)點(diǎn)的任一個(gè)的幾何信息和材料信息的形狀節(jié)點(diǎn)；以及子節(jié)點(diǎn)檢測單元，用于檢測連接到所檢查的節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其中所述詳細(xì)信息分類單元包括矩陣存儲(chǔ)單元，用于如果作為所述形狀節(jié)點(diǎn)確定單元確定的結(jié)果所述節(jié)點(diǎn)被確定為形狀節(jié)點(diǎn)，則確定所述形狀節(jié)點(diǎn)的每個(gè)的層次位置以計(jì)算全局變換矩陣，并且存儲(chǔ)所述計(jì)算后的結(jié)果；詳細(xì)信息訪問單元，用于讀取包含于存儲(chǔ)在所述形狀節(jié)點(diǎn)中的材料信息中的預(yù)定的詳細(xì)信息；透明幾何存儲(chǔ)單元，用于存儲(chǔ)包含于與由所述詳細(xì)信息訪問單元讀取的預(yù)定的詳細(xì)信息相對(duì)應(yīng)的透明度信息中的透明幾何信息；以及不透明幾何存儲(chǔ)單元，用于存儲(chǔ)包含于與由所述詳細(xì)信息訪問單元讀取的預(yù)定的詳細(xì)信息相對(duì)應(yīng)的透明度信息中的不透明幾何信息。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其中所述透明幾何存儲(chǔ)單元根據(jù)觀察所述透明幾何信息的相機(jī)和所述透明幾何信息之間的遞減距離將所述透明幾何信息存儲(chǔ)在一維數(shù)組中。
7.如權(quán)利要求5所述的裝置，其中所述不透明幾何存儲(chǔ)單元將包含于所述不透明幾何信息中的紋理信息存儲(chǔ)在紋理環(huán)中，并且將所述不透明幾何信息存儲(chǔ)在子幾何環(huán)中。
8.如權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述渲染單元包括經(jīng)排列的場景圖解釋單元，用于對(duì)所述預(yù)定的詳細(xì)信息和與所述預(yù)定的詳細(xì)信息相對(duì)應(yīng)的透明和不透明幾何信息進(jìn)行解釋；以及轉(zhuǎn)換單元，用于將所述預(yù)定的詳細(xì)信息以及透明幾何信息和不透明幾何信息轉(zhuǎn)換成二維圖形數(shù)據(jù)。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其中所述渲染單元首先對(duì)不透明幾何信息進(jìn)行解釋并且將不透明幾何信息轉(zhuǎn)換成二維圖形數(shù)據(jù)，然后對(duì)透明幾何信息進(jìn)行解釋并且將透明幾何信息轉(zhuǎn)換成二維圖形數(shù)據(jù)。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其中所述轉(zhuǎn)換單元根據(jù)觀察透明幾何信息的相機(jī)和所述透明幾何信息之間的遞減距離將三維圖形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成二維圖形數(shù)據(jù)。
11.一種重構(gòu)三維圖形數(shù)據(jù)的方法，包括解析三維圖形數(shù)據(jù)；使用包含于下述材料信息中的預(yù)定的詳細(xì)信息作為參考，對(duì)具有節(jié)點(diǎn)以及關(guān)于所述節(jié)點(diǎn)的層次信息的場景圖的對(duì)象進(jìn)行排列，所述節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)包含于所述三維圖形數(shù)據(jù)中的幾何信息和與所述幾何信息相對(duì)應(yīng)的材料信息；以及對(duì)所述場景圖的對(duì)象進(jìn)行解釋，以將所述三維圖形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成二維圖形數(shù)據(jù)。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述預(yù)定的詳細(xì)信息包含透明度信息和紋理信息的至少一種。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述排列節(jié)點(diǎn)包括對(duì)所述場景圖的對(duì)象進(jìn)行解釋；使用所述預(yù)定的詳細(xì)信息作為參考對(duì)所述經(jīng)解釋的對(duì)象進(jìn)行分類和存儲(chǔ)；以及確定是否對(duì)所有對(duì)象都進(jìn)行了分類。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述對(duì)所述場景圖的對(duì)象進(jìn)行解釋包括確定節(jié)點(diǎn)的每個(gè)是否為存儲(chǔ)關(guān)于所述節(jié)點(diǎn)的任一個(gè)的幾何信息和材料信息的形狀節(jié)點(diǎn)；以及如果所檢查的節(jié)點(diǎn)不是形狀節(jié)點(diǎn)，則檢測連接到所檢查的節(jié)點(diǎn)的子層次的子節(jié)點(diǎn)，并且確定所述子節(jié)點(diǎn)是否為形狀節(jié)點(diǎn)。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述對(duì)所述對(duì)象進(jìn)行分類和解釋包括確定所述形狀節(jié)點(diǎn)的層次位置以計(jì)算全局變換矩陣；讀取包含于存儲(chǔ)在所述形狀節(jié)點(diǎn)中的材料信息中的預(yù)定的詳細(xì)信息；以及存儲(chǔ)包含于與所讀取的預(yù)定的詳細(xì)信息相對(duì)應(yīng)的透明度信息中的透明和不透明幾何信息。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述存儲(chǔ)透明和不透明幾何信息包括根據(jù)觀察透明幾何信息的相機(jī)和所述透明幾何信息之間的遞減距離將所述透明幾何信息存儲(chǔ)在一維數(shù)組中。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述存儲(chǔ)透明和不透明幾何信息包括將包含于所述不透明幾何信息中的紋理信息存儲(chǔ)在紋理環(huán)中，并且將所述不透明幾何信息存儲(chǔ)在子幾何環(huán)中。
18.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述對(duì)所述場景圖的對(duì)象進(jìn)行解釋以將所述三維圖形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成二維圖形數(shù)據(jù)包括對(duì)所述預(yù)定的詳細(xì)信息和與所述預(yù)定的詳細(xì)信息相對(duì)應(yīng)的透明和不透明幾何信息進(jìn)行解釋；以及將所述預(yù)定的詳細(xì)信息以及透明和不透明幾何信息轉(zhuǎn)換成所述二維圖形數(shù)據(jù)。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述對(duì)所述場景圖的對(duì)象進(jìn)行解釋以將所述三維圖形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成二維圖形數(shù)據(jù)包括首先對(duì)不透明幾何信息進(jìn)行解釋并且將不透明幾何信息轉(zhuǎn)換成二維圖形數(shù)據(jù)；其次對(duì)透明幾何信息進(jìn)行解釋并且將透明幾何信息轉(zhuǎn)換成二維圖形數(shù)據(jù)。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中所述將所述預(yù)定的詳細(xì)信息以及透明和不透明幾何信息轉(zhuǎn)換成二維圖形數(shù)據(jù)包括根據(jù)觀察透明幾何信息的相機(jī)和所述透明幾何信息之間的遞減距離將所述三維圖形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成所述二維圖形數(shù)據(jù)。
全文摘要
提供了一種用于重構(gòu)3D圖形數(shù)據(jù)的裝置和方法。所述裝置包含用于解析3D圖形數(shù)據(jù)的解析單元；用于使用材料信息的預(yù)定的詳細(xì)信息作為參考，對(duì)具有節(jié)點(diǎn)以及關(guān)于所述節(jié)點(diǎn)的層次信息的場景圖的對(duì)象進(jìn)行排列的排列單元，其中所述節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)包含于由解析單元解析的3D圖形數(shù)據(jù)中的幾何信息和與幾何信息相對(duì)應(yīng)的材料信息；以及渲染單元，用于對(duì)由排列單元排列的場景圖的對(duì)象進(jìn)行解釋，以將三維圖形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成二維圖像。從而，本發(fā)明可以通過根據(jù)材料信息對(duì)場景圖的每個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分類而省略重復(fù)存儲(chǔ)同樣的材料信息的操作。
文檔編號(hào)G06T15/00GK1691068SQ20051005512
公開日2005年11月2日 申請(qǐng)日期2005年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月20日
發(fā)明者禹相玉, 金道均, 安庭桓, 維拉迪默·S·貝爾耶夫, 維拉迪斯拉夫·G·舒布尼科夫 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社