[发明专利]图像处理方法和图像处理装置

说明书

技术领域

本发明涉及图像处理方法和图像处理装置，尤其涉及一种判断三维虚拟对象之间的冲突的技术。

背景技术

计算机硬件、显示技术和图形处理器的发展使得高级CG(计算机图形)表达成为可能。伴随于此，CG也被用于诸如CAD(计算机辅助设计)等工业应用，并且CG图像正变得更加复杂。在CG技术中，随着CG渲染性能的改进，计算三维对象之间的现实行为和冲突状态的冲突判断功能被认为是非常重要的，该功能不仅确保图像的真实性，而且表达更真实的行为。

冲突判断功能计算近似三维对象的三维多边形是否相互冲突，从而可以避免不可能的行为，以防止多边形例如相互陷入。

冲突判断功能在设计领域被用于例如使用CAD数据制作产品原型、在实际机器诞生前的虚拟训练、以及虚拟运行检验测试以检验在运行设计数据时组件是否相互冲突。在娱乐领域，冲突判断功能被用于提供在电影和游戏中的CG对象的真实行为。在机器人领域，冲突判断功能被用于对障碍躲避或者运行轨迹生成过程进行模拟。也就是说，在很多领域中都有着应用。

特别是在呈现实时体验的系统中，与CG渲染同步地对用户的动作作出交互式反应，并且实时地反映使现实世界与CG渲染一致的操作，这对于改进用户的参与感都起着重要作用。因此，冲突判断功能是非常重要的。这样的系统特别包括VR(虚拟现实)和MR(混合现实)。

传统的冲突判断技术从基本原理上是将三维对象近似为三维多面体，并且将表面分割成多个含在多面体中的三维多边形。对于分割出的多边形的所有组合，判断多边形之间的冲突。在该方法中，当包括在三维多面体中的多边形的数量为n时，冲突判断的计算成本按n2升高。由于这个原因，在诸如MR或VR的交互系统中，在执行冲突判断的同时实时地CG渲染通过CAD创建的有很多细节的三维对象是非常困难的。

为了解决这个问题，一种方法对三维多边形进行预处理，以例如去除对冲突判断没有影响的元素，从而加快处理过程(ChristerEricson，“Real-Time Collision Detection”，Morgan KaufmannPublishing)。该方法消除了对所有多边形进行冲突判断操作的必要性。只使用最少的必要多边形执行冲突判断操作，从而加快处理过程。然而，在判断例如长对象或者从孔径穿过的对象的冲突时，很多面可能同时相互接触。因此不可能通过预处理消除很多多边形，导致速度下降。

为了防止计算速度的下降，经常采用一种预先利用少量多边形创建三维多面体数据的技术。该方法的例子如下所述。

●多边形缩减：在三维多面体的顶点信息被优化后，重建三维多面体，从而减少多边形的数量。

●细节水平改变：给定一个条件，例如用于消除尺寸等于或小于某一阈值的螺钉等的三维多面体或者消除直径等于或小于某一阈值的孔径，从而减少每个三维对象的细节水平。低细节水平的三维多面体被单独地创建，以减少多边形的数量。

传统的冲突判断对于具有高细节水平和大量多边形的三维对象而言不能实时地执行。目前，对于实时操作，通过降低细节水平来减少多边形的数量。

在这样的冲突判断功能中，CG渲染优选地以30到60Hz进行，特别是在诸如VR或MR等高度交互的领域中。还需要一种没有因冲突判断引起的CG渲染的延迟的操作，同时需要对应于用户的交互操作的实时冲突判断。实现这一目的的重要挑战特别在于加快冲突判断操作的速度。

使用现有技术的冲突判断操作有两个问题。

●形状在多边形缩减或细节水平改变的情况下发生改变。更具体地说，如果形状发生改变，那么在经CG渲染的三维多面体的冲突判断结果中将出现差错，因而无法实现准确的冲突判断。

●必须与用于CG渲染的数据相互独立地创建用于冲突判断的数据。更具体地说，多边形缩减或细节水平改变需要单独地创建不同于CG渲染的数据。数据需要被单独地加载到存储器。

发明内容

本发明就是考虑到上述问题而提出的，其目的是提供一种在不降低存储器效率的情况下，以较高的速度判断虚拟对象之间的冲突的技术。

为了实现以上目的，根据本发明的一个方面，提供了在三维虚拟对象之间执行冲突判断处理的图像处理方法，包括：

选择步骤，根据给定的条件，从包括在三维虚拟对象内的基本单元中选择将被用于冲突判断处理的基本单元；和

冲突判断步骤，利用在选择步骤中对于每个虚拟对象选择出的基本单元，在三维虚拟对象之间执行冲突判断处理。