[发明专利]实现运动模糊化的图像处理

说明书

本发明一般涉及计算机绘图领域，并且尤其涉及以有效方式实现运动模糊化(motion blur)和其它与时间相关的效果的技术。

三维(3D)图形系统被用于各种应用软件，包括计算机辅助绘图、建筑设计、飞船和其它交通工具的模拟训练器、分子模型、虚拟现实应用程序和视频游戏。三维系统通常在工作站和个人计算机上实施，其可包括或不包括3D图形硬件。在包括3D图形硬件的系统中，一般图形加速器卡有助于图形图像的生成和显示。

软件应用程序产生3D图形场景，并把场景与照明属性一起提供给应用编程接口(API)。目前的API包括OpenGL，PHIGS和Direct3D。3D图形场景由若干个由顶点组定界的多边形构成。把这些顶点组合起来构成更大的图元(primitive)，如三角形或其它多边形。三角形(或多边形)被组合形成表面，表面被组合形成物体。各个顶点与一组属性相关，一般包括：1)材料色彩，其描述顶点所属的物体的色彩；2)法线矢量，其描述顶点处表面面对的方向；和3)位置，包括三个笛卡尔坐标x，y和z。各个顶点可选择地与结构坐标和／或α((透明性)值相关。另外，场景一般具有一组属性，包括1)周围色彩，其一般描述周围光线量；和2)一个或多个光源。各个光源具有若干与它自身相关的性能，包括方向、周围色彩、散射色彩和镜面(specular)色彩。

在图形系统中使用渲染图(rendering)来生成3D图形场景的二维图像投影，用于在监视器或其它显示装置上显示。一般，渲染图包括通过按需要执行一个或多个下面的操作来处理几何图元(例如点、线和多边形)：变换、剪切、挑选、照明、图像模糊化计算和结构坐标产生。渲染图还包括处理图元来确定用于显示装置的组元像素值，这是一个通常被特定称为光栅化(rasterization)的过程。

在一些3D应用软件中，例如计算机动画制作和模拟程序，3D图形场景内的物体处于运动中。在这些情况中，需要对在运动中的物体模拟运动模糊化。没有运动模糊化，运动中的物体会在屏幕上表现为不平稳地移动。

通常类似的技术也被用来在模拟场深时模糊化物体。在“视野”内的物体不被模糊化，而更近或更远的物体则根据物体与照相机(观察者)的距离而被模糊化。

用于模拟物体模糊化的已有技术的方法包括使用累积缓冲器。累积缓冲器是用来在一系列图像被渲染时把该一系列图像累积起来的不显示的缓冲器。整个场景(即场景中的各个物体或图元)在一系列时间片上被反复地渲染到累积缓冲器。从而整个场景被累积在累积缓冲器中，然后被拷贝到帧缓冲器用于在显示装置上观察。

用于使用累积缓冲器来模拟物体模糊化的已有技术的方法在图1中表示出来。如图1所示，时间周期被分为“n”个时间片(步骤100)。时间周期是表示其中场景在显示装置上是可见的一个时间量，并且类似于视频照相机快门的曝光间隔或快门速度。更长的快门速度相当于更大的模糊化量，而更短的快门速度相当于更小的模糊化。时间片计数值(count)被设置为1(步骤102)。接着，选择物体(即图元)来渲染(步骤104)。对于特定时间片的物体中的每个顶点计算位置、色彩和所有其它对应于每个顶点的值(步骤106)。然后物体被渲染到色彩缓冲器(步骤108)。检查来确定渲染的物体是否是场景中的最后一个物体(步骤110)。如果不是，过程返回步骤104，并且对场景中的每一个物体重复这一过程。

如果场晶中的最后一个物体已经被渲染(即步骤110中的问题的答案是“是”)，场景被累积(步骤112)，意味着它被定标(scaled)过(例如被1／n)并且已经被拷贝到累积缓冲器中。检查时间片计数值看是否它等于n(步骤114)。如果不是，增加时间片计数值(步骤116)。然后过程返回步骤104，并且对各个时间片重复这个过程。如果时间片计数值等于n(即步骤114中的问题的答案是“是”)，那么累积缓冲器被测量并被拷贝到帧缓冲器(步骤120)，并且被显示在显示屏上(步骤122)。

如上面图1所述的累积缓冲器的使用是计算起来代价昂贵的过程，因为整个场景(即场景中的每个物体)在各个时间周期被渲染“n”次。因此，需要有一种更有效地模拟三维图形环境中的物体模糊化的系统和方法。