[发明专利]在3D视频图形系统中提供深度模糊效果的方法和设备

说明书

1999年3月15日提交的第.60/124，362号美国临时专利申请在这里被引用作为参考。

本发明涉及3D计算机图形，尤其涉及有意引入有效的深度模糊来实现三维物体自动显示的方法和设备。

计算机图形图像趋向于要有与众不同的透明的质量。有时，并不要求3D图像特别清楚，只要求能取代不真实和虚假的现象。例如，在现实世界中，可察觉的物体颜色的变化取决于观察者离开物体的距离。当光通过空中传播时，会随着传播而失去部分颜色。光线传播的距离越远，失去的颜色越多。如果大气中有雾或烟的话，这种效应就显得更加明显。

部分计算机图形系统提供了Z深度“雾”的效应，它使得物体能以逼真的方式消失于远方。这种“雾”效应是典型地利用雾的颜色来模糊物体表面的颜色－－模糊的量取决表面离开观察点的距离。当Z深度雾激活时，由于“大气”的影响，位于100米Z深度的物体要比位于50米的物体暗得多。一般说来，有可能确定雾的颜色和雾使物体完全暗了的距离。具体例子可见O’Rourke编写由Norton＆Co 1998年出版的《三维计算机动画的原理》一书134页至139页(“大气”效应)中的例子。

部分计算机图形系统也提供了一些通过基于距离的预滤波内插法(也称为”小中见大映射”)来控制映像纹理结构图像细节的技术。详见Williams，Lance发表于《计算机图形》第17卷第3期(1983年7月)第1至11页，“锥形参量”一文。

如上所述的这类成熟技术一般已众所周知了，也有可能进一步改进。

例如，为了有选择地降低基于深度产生图像的部分细节的等级，希望能有效地提供复杂性较小的技术。在低成本3D图形系统中，例如，交互式3D家用视频游戏系统中，效率特别重要。在珍贵的系统资源中，用于产生视觉效果的更为有效的技术大多不困难，即使用来增加整体的视觉效果也不会牺牲速度和其它性能。

本发明解决了在3D计算机图形系统中提供基于深度模糊图像的有效技术的问题。根据一个实施例，艺术家或程序员都能确定一个或多个定义不同细节等级的深度阈值。深度离深度阈值越远的像素则模糊越深。而深度离深度阈值越近的像素则模糊越浅或根本没有模糊。有效的累加/平均技术能用来混合像素的颜色以提供以深度为基础的模糊。使用这种技术，远离观察点的显示表面呈现模糊，而且不如靠近观察点的表面清楚。对一些应用而言，所产生的可视效果是十分有效的，例如，驾驶游戏，字符沿着路径向前传播的游戏，等等。

以下结合附图参照较佳实施例的详细描述将有利于更好、更全面地理解本发明提供的上述和其它的种种特性和优点。

图1表示根据本发明的基于深度的模糊；

图2举例表示根据像素深度在X方向提供X-模糊的像素颜色的均值；

图3-3E举例表示家用视频游戏系统能结合在一起实现本发明；

图4举例表示数据结构；

图5举例表示提供基于深度的模糊的执行步骤的流程；

图6举例表示提供基于深度的模糊的执行步骤的详细流程；

图7表示在增强模式中均值所包含的比目标像素更远的像素；

图8举例表示实现图6增强模式的执行步骤的流程。

图1显示了本发明的基于深度的模糊技术。在典型的3D图形系统中，Z(深度)轴被定义在三维空间中的观察点10和最大距离之间。一般来说，显示表面可以定义在沿这Z轴的任意位置。Z缓冲存储器保存了在像素与像素(子像素与子像素)基础上的像素和/或子像素的深度轨迹。

根据本发明，沿着Z轴至少可定义一个深度阈值。测试每个要显示的像素来确定它相对深度阈值的深度(Z值)的幅值。相对深度阈值，表示更接近观察点10的表面的像素模糊越少(或根本不模糊)。反之，相对深度阈值，表示更远离观察点10的表面的像素模糊越深。

例如，定义在表面11a上的像素或子像素12具有一个Z(深度)值并且该值小于(接近)深度“阈值1”，这些像素或子像素映射到没有任何有意模糊的显示像素14。而定义在表面11b上的像素或子像素16在Z向上具有大于(远离)“阈值1”的Z(深度)数值并且可与一个或多个其它像素或子像素(18，20)相混合(即平均)以产生一个模糊的显示像素22。

在图1所示的特例中定义了三个不同的深度阈值(阈值1，阈值2，阈值3)；

●定义在表面11a上的像素或子像素12具有一个在Z=0和Z=阈值1之间的深度并没有交融(即，它没有被有意模糊)；