專利名稱：材質(zhì)貼圖方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電腦繪圖軟件，尤其是一種材質(zhì)貼圖(Texture Mapping)方法，該材質(zhì)貼圖方法依據(jù)像素點(diǎn)的材質(zhì)座標(biāo)與/或像素點(diǎn)在材質(zhì)地圖上的形狀而加快材質(zhì)過濾(Texture Filtering)速度與減少存儲器存取次數(shù)。
在電腦生成3D影像的領(lǐng)域中，材質(zhì)貼圖為一種非常重要的關(guān)鍵技術(shù)。典型地，材質(zhì)地圖(Texture Map)為一顏色值的二維陣列，其中，個(gè)別的顏色值稱為材質(zhì)像素(Texel)，且每一材質(zhì)像素在材質(zhì)地圖中具有一唯一地址，其中，此地址可以包括列與行編號，分別稱為u與v。
3D工具可以指定材質(zhì)座標(biāo)給任何原始物(Primitive)的任何頂點(diǎn)(Vertex)。當(dāng)電腦繪圖系統(tǒng)要描繪原始物時(shí)，材質(zhì)座標(biāo)被計(jì)算且相應(yīng)的材質(zhì)像素由存儲器中被存取給原始物的每一像素(Pixel)。舉例來說，3D工具可以將一木質(zhì)材質(zhì)貼到3D物件的表面來建立一具有木頭紋理樣式的物件。
典型地，指定給頂點(diǎn)的u與v材質(zhì)座標(biāo)介于0.0至1.0的范圍之內(nèi)。其中，浮點(diǎn)數(shù)材質(zhì)座標(biāo)表示材質(zhì)像素中心不一定會是完整的材質(zhì)像素地址。對于最近點(diǎn)取樣技術(shù)(Nearest Point Sampling)，像素值被設(shè)定為具有最接近整數(shù)地址的材質(zhì)像素的顏色。此最近點(diǎn)取樣技術(shù)為一種具有少量計(jì)算處理的材質(zhì)過濾方法，然而，在顯示模式時(shí)其所達(dá)到的成效，并不足以達(dá)到使用者所期望的繪圖效果。
對于雙線性材質(zhì)過濾技術(shù)(Bilinear Texture Filtering)，將最近取樣點(diǎn)的上面、下面、左邊與右邊的材質(zhì)像素值進(jìn)行一加權(quán)平均計(jì)算而得到像素值。在雙線性材質(zhì)過濾技術(shù)中，可以改善景象的實(shí)際情況，但生成一像素顏色需要對于存儲器進(jìn)行四次的存取動作。類似地，三線性材質(zhì)過濾技術(shù)(Trilinear Texture Filtering)可以比雙線性材質(zhì)過濾技術(shù)更為精確。然而，三線性材質(zhì)過濾技術(shù)也需要更多數(shù)目的存儲器存取次數(shù)。
圖2A、2B與2C分別顯示最近點(diǎn)取樣技術(shù)、雙線性過濾技術(shù)與三線性過濾技術(shù)的示意圖。圖2A為最近點(diǎn)取樣技術(shù)的一例子，其顯示具有多個(gè)材質(zhì)像素的方塊，其中PC(u，v)表示在材質(zhì)地圖上的像素中心且黑點(diǎn)表示材質(zhì)像素中心。在最近點(diǎn)取樣技術(shù)中，黑色虛線的材質(zhì)像素b被取樣來表示像素顏色。圖2B顯示雙線性過濾技術(shù)，其中，四個(gè)相鄰材質(zhì)像素a，b，c與d被選定來計(jì)算材質(zhì)像素的加權(quán)平均。
圖2C為三線性過濾技術(shù)(也可以稱為Mipmap材質(zhì)過濾技術(shù))的一例子。Mipmap為一序列的材質(zhì)像素，其中每一個(gè)分別表示相同影像的越來越低的解析度。在Mipmap中每一維度的每一影像的尺寸為前一層(Level)的一半，舉例來說，如果Mipmap第0層(Mipmap 0)的維度為256×256，則Mipmap第1層(Mipmap1)的維度為128×128，Mipmap第2層(Mipmap2)的維度為64×64，以此類推至1×1。在Mipmap中的每一材質(zhì)像素為前一層Mipmap的2×2材質(zhì)像素方塊的組合。參考圖2C，在Mipmap第1層的材質(zhì)像素e具有一表示在Mipmap第0層中質(zhì)像素值(a，b，c與d)的平均。
在三線性過濾技術(shù)中，雙性過濾技術(shù)在兩最近的Mipmaps上執(zhí)行，然后依照細(xì)部層級(Level of Detail，LOD)在兩值間線性地插入來決定一最終像素值。舉例來說，在圖第2C中的像素值等于0.25×(a×w1+b×w2+c×w3+d×w4)+0.7 5×(e×w5+f×w6+g×w7+h×w8)其中wn(w1，w2，w3，w4，w5，w6，w7與w8)表示每一材質(zhì)像素的權(quán)值。
由上可知，當(dāng)雙線性材質(zhì)過濾技術(shù)或是三線性材質(zhì)過濾技術(shù)執(zhí)行時(shí)分別需要四次或是八次的存儲器存取。另外，材質(zhì)快取存儲器(Texture Cache)系開發(fā)來減少在3D繪圖硬件設(shè)計(jì)中材質(zhì)過濾所需的存儲器頻寬(Bandwidth)。對于雙線性或三線性材質(zhì)過濾技術(shù)，快取存儲器必須具有四個(gè)或是八個(gè)輸出端口(Port)來在一時(shí)鐘周期中提供材質(zhì)給一像素。遺憾地，快取存儲器的面積隨著I/O端口的數(shù)目而增加且變的不可接收。當(dāng)期望的材質(zhì)像素在一個(gè)時(shí)間周期的中無法得到時(shí)，則3D繪圖硬件可以利用多次的材質(zhì)過濾來達(dá)到相同的功效。然而，整體繪圖系統(tǒng)的效能將會被犧牲。
本發(fā)明的上述目的，可藉由本發(fā)明所提供的一種材質(zhì)貼圖方法來達(dá)成。本發(fā)明系用以將復(fù)數(shù)個(gè)像素點(diǎn)進(jìn)行材質(zhì)貼圖。依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，首先，依據(jù)每一像素點(diǎn)的一材質(zhì)座標(biāo)，計(jì)算一唯一材質(zhì)座標(biāo)。接著，依據(jù)唯一材質(zhì)座標(biāo)進(jìn)行一材質(zhì)過濾程序，從而得到一材質(zhì)過濾結(jié)果。最后，將材質(zhì)過濾結(jié)果指定給每一像素點(diǎn)。
此外，依據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例，首先，將像素點(diǎn)進(jìn)行分組，從而得到復(fù)數(shù)個(gè)像素群組。然后，對于每一像素群組，依據(jù)像素群組中每一像素點(diǎn)的材質(zhì)座標(biāo)，計(jì)算一唯一材質(zhì)座標(biāo)。并依據(jù)此唯一材質(zhì)座標(biāo)進(jìn)行一材質(zhì)過濾程序，從而得到一材質(zhì)過濾結(jié)果。最后，將材質(zhì)過濾結(jié)果指定給像素群組中的每一像素點(diǎn)。
依據(jù)本發(fā)明的一型態(tài)，材質(zhì)過濾程序系依據(jù)一雙線性過濾技術(shù)而執(zhí)行。
依據(jù)本發(fā)明的另一型態(tài)，將像素點(diǎn)進(jìn)行分組的方法系依據(jù)像素點(diǎn)在一材質(zhì)地圖上的形狀而決定。
圖4系顯示依據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的材質(zhì)貼圖方法的操作流程圖，同時(shí)參考第3與4圖，當(dāng)材質(zhì)被放大地貼至像素時(shí)，首先，如步驟S30，依據(jù)每一像素點(diǎn)1，2，3，4，5，6，7，8與9的材質(zhì)座標(biāo)，將這些材質(zhì)座標(biāo)平均計(jì)算一唯一材質(zhì)座標(biāo)。接著，如步驟S32，依據(jù)計(jì)算得到的唯一材質(zhì)座標(biāo)進(jìn)行一材質(zhì)過濾程序，從而得到一材質(zhì)過濾結(jié)果。其中此材質(zhì)過濾程序可以是依據(jù)雙線性過濾技術(shù)而進(jìn)行且材質(zhì)過濾結(jié)果為一顏色值。舉例來說，材質(zhì)過濾結(jié)果可以等于a×w1+b×w2+d×w3+e×w4；其中wn(w1，w2，w3與w4)表示不同材質(zhì)像素針對唯一材質(zhì)座標(biāo)的權(quán)值。
最后，如步驟S34，將材質(zhì)過濾程序之后得到的材質(zhì)過濾結(jié)果指定給像素點(diǎn)1，2，3，4，5，6，7，8與9。
在本發(fā)明第一實(shí)施例中，可以看出材質(zhì)過濾程序后所得到的唯一的材質(zhì)過濾結(jié)果被指派給多個(gè)像素點(diǎn)。在一些特殊的景象中，在最終影像中有可能會引起缺陷或是鋸齒狀的邊緣，因此，減少一起進(jìn)行處理的像素點(diǎn)，即對于像素點(diǎn)進(jìn)行分組便可以消除此類缺陷或是鋸齒狀邊緣的發(fā)生。
接下來，圖5系顯示依據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的材質(zhì)貼圖方法的操作流程圖，圖6為依據(jù)本發(fā)明第二實(shí)方包例的材質(zhì)貼圖方法的一分組例子，其中，熒幕區(qū)域上的像素點(diǎn)0，1，2與3分別對映至材質(zhì)區(qū)域上的一點(diǎn)。同時(shí)參考第5與6圖，本發(fā)明第二實(shí)施例將進(jìn)行說明。
首先，如步驟S50，將像素點(diǎn)0，1，2與3進(jìn)行分組，從而得到多個(gè)像素群組。注意的是，當(dāng)由一原始物的像素點(diǎn)被對映至材質(zhì)像素中時(shí)，它的形狀(Shape)可能會被歪曲。如果材質(zhì)地圖上像素點(diǎn)的形狀的寬大于高時(shí)，最接近的垂直像素點(diǎn)對(Pair)被分成一組，相反地，最接近的水平像素點(diǎn)對被分成一組。換言之，將像素點(diǎn)進(jìn)行分組的方法依據(jù)像素點(diǎn)在材質(zhì)地圖上的形狀而決定。
在圖6的例子中，在材質(zhì)地圖上像素點(diǎn)的形狀系藉由計(jì)算dux，dvx，dux與dvy來決定。如果u座標(biāo)差大于V座標(biāo)差時(shí)，垂直像素點(diǎn)對被分成一組，相反地，最接近的水平像素點(diǎn)對被分成一組。在此例子中，像素點(diǎn)對(0，2)為一組且像素點(diǎn)對(1，3)為一組。
接著，對于每一像素群組，如步驟S52，依據(jù)像素群組中像素點(diǎn)的材質(zhì)座標(biāo)，計(jì)算一唯一材質(zhì)座標(biāo)。以像素點(diǎn)對(0，2)為例，即依據(jù)像素點(diǎn)0與2的材質(zhì)座標(biāo)，將這些材質(zhì)座標(biāo)平均計(jì)算而得到此唯一材質(zhì)座標(biāo)。
此后，如步驟S54，依據(jù)計(jì)算得到的唯一材質(zhì)座標(biāo)進(jìn)行一材質(zhì)過濾程序，從而得到一材質(zhì)過濾結(jié)果。其中，此材質(zhì)過濾程序可以依據(jù)雙線性過濾技術(shù)而進(jìn)行且材質(zhì)過濾結(jié)果為一顏色值。
最后，如步驟S56，將材質(zhì)過濾程序之后得到的材質(zhì)過濾結(jié)果指定給像素群組中的像素點(diǎn)。以像素點(diǎn)對(0，2)為例，即指定給像素點(diǎn)0與2。而當(dāng)每一像素群組處理完成時(shí)，便可完成整個(gè)程序。
圖7為依據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的材質(zhì)貼圖方法的另一分組例子，在圖7的例子中，四個(gè)4象素點(diǎn)(2×2)被分為一個(gè)群組，且依據(jù)唯一材質(zhì)座標(biāo)(unew，vnew)來進(jìn)行材質(zhì)過濾程序。其中，此唯一材質(zhì)座標(biāo)(unew，vnew)系利用平均計(jì)算四個(gè)像素點(diǎn)的材質(zhì)座標(biāo)對((uo，vo)，(u1，v1)，(u2，v2)與(u3，v3))而生成。
此外，注意的是，本發(fā)明亦可應(yīng)用于三線性材質(zhì)過濾技術(shù)。在應(yīng)用至三線性過濾技術(shù)的情況中，本發(fā)明的材質(zhì)貼圖方法在兩最近的Mipmaps上執(zhí)行，然后依照細(xì)部層級(LOD)值在兩值間線性地插入來決定一最終像素值。
因此，藉由本發(fā)明所提供的材質(zhì)貼圖方法可以依據(jù)像素點(diǎn)的材質(zhì)座標(biāo)與/或像素點(diǎn)在材質(zhì)地圖上的形狀，使得在進(jìn)行材質(zhì)貼圖時(shí)，加快材質(zhì)過濾(Texture Filtering)速度與減少存儲器存取次數(shù)，進(jìn)而使得電腦繪圖系統(tǒng)的效能大幅度地改善且減少硬件上的花費(fèi)。
雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉此項(xiàng)技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可做些許更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視后附的申請專利范圍所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種材質(zhì)貼圖方法，用以將復(fù)數(shù)像素點(diǎn)進(jìn)行材質(zhì)貼圖，其特征是該方法包括下列步驟依據(jù)每一該等像素點(diǎn)的一材質(zhì)座標(biāo)，計(jì)算一唯一材質(zhì)座標(biāo)；依據(jù)該唯一材質(zhì)座標(biāo)進(jìn)行一材質(zhì)過濾程序，從而得到一材質(zhì)過濾結(jié)果；以及將該材質(zhì)過濾結(jié)果指定給該等像素點(diǎn)。
2.如權(quán)利要求1所述的材質(zhì)貼圖方法，其特征是該唯一材質(zhì)座標(biāo)系將每一該等像素點(diǎn)的該材質(zhì)座標(biāo)進(jìn)行平均而得到。
3.如權(quán)利要求1所述的材質(zhì)貼圖方法，其特征是該材質(zhì)過濾程序系依據(jù)一雙線性過濾技術(shù)而進(jìn)行。
4.如權(quán)利要求1所述的材質(zhì)貼圖方法，其特征是核材質(zhì)過濾結(jié)果為一顏色值。
5.一種材質(zhì)貼圖方法，用以將復(fù)數(shù)像素點(diǎn)進(jìn)行材質(zhì)貼圖，其特征是該方法包括下列步驟將該等像素點(diǎn)進(jìn)行分組，從而得到復(fù)數(shù)像素群組；以及對于每一該等像素群組，依據(jù)該像素群組中每一該等像素點(diǎn)的一材質(zhì)座標(biāo)，計(jì)算一唯一材質(zhì)座標(biāo)；依據(jù)該唯一材質(zhì)座標(biāo)進(jìn)行一材質(zhì)過濾程序，從而得到一材質(zhì)過濾結(jié)果；以及將該材質(zhì)過濾結(jié)果指定給該像素群組中的該等像素點(diǎn)。
6.如權(quán)利要求5所述的材質(zhì)貼圖方法，其特征是該唯一材質(zhì)座標(biāo)系將該像素群組中每一該等像素點(diǎn)的該材質(zhì)座標(biāo)進(jìn)行平均而得到。
7.如權(quán)利要求5所述的材質(zhì)貼圖方法，其特征是該材質(zhì)過濾程序系依據(jù)一雙線性過濾技術(shù)而進(jìn)行。
8.如權(quán)利要求5所述的材質(zhì)貼圖方法，其特征是該材質(zhì)過濾結(jié)果為一顏色值。
9.如權(quán)利要求5所述的材質(zhì)貼圖方法，其特征是將該等像素點(diǎn)進(jìn)行分組的方法系依據(jù)該等像素點(diǎn)在一材質(zhì)地圖上的形狀而決定。
全文摘要
一種材質(zhì)貼圖方法，用以將復(fù)數(shù)像素點(diǎn)進(jìn)行材質(zhì)貼圖；首先，將像素點(diǎn)進(jìn)行分組，從而得到復(fù)數(shù)個(gè)像素群組；然后，對于每一像素群組，依據(jù)像素群組中每一像素點(diǎn)的材質(zhì)坐標(biāo)，計(jì)算一唯一材質(zhì)坐標(biāo)；并依據(jù)此唯一材質(zhì)坐標(biāo)進(jìn)行一材質(zhì)過濾程序，從而得到一材質(zhì)過濾結(jié)果；最后，將材質(zhì)過濾結(jié)果指定給像素群組中的每一像素點(diǎn)。
文檔編號G06T11/40GK1427374SQ0114461
公開日2003年7月2日 申請日期2001年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月19日
發(fā)明者張振強(qiáng), 葉國煒 申請人:矽統(tǒng)科技股份有限公司