[发明专利]用于处理计算机图形的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及计算机图形的处理，更特别地，涉及当处理计算机图形时用于 执行反锯齿(anti-aliasing)的方法和设备。

背景技术

将特别参照三维图形的处理来描述本发明，不过就如本领域的技术人员将 会理解的，其同样适用于二维图形的处理。

如本领域所公知的，通常通过首先将待显示的场景(scene)分成多个相似 的基本部分(通常所说的“基元(primitive)”)来执行3D图形处理，以允许更 加容易地执行3D图形处理操作。这些“基元”通常是简单多边形的形式，如三 角形，并且通常通过定义它们的顶点来描述它们。

一旦待显示的场景被分成多个图形基元，然后，如本领域所公知的，图形 基元通常被进一步分成离散的图形实体或元素，通常称为“片段(fragment)”， 对其执行实际的图形处理操作(如渲染(rendering)操作)。每个这样的图形片 段将表示并且对应于基元中的一个或多个给定位置，并且实际上包括用于所讨 论的一个或多个位置的数据集(如颜色和浓度(depth)值)。

每个图形片段(数据元素)可以对应于最终显示中的单个像素(像元)(由 于像素是待显示的最终图像中的奇点，所以会在3D图形处理器所操作的“片段” 与显示中的像素之间存在一一映射)。然而，可以是这种情况，在“片段”和“像 素”之间不存在一一对应，例如，在显示最终图像之前，在所渲染的图像上执 行特定形式的后处理，例如缩小比例(down-scaling)。

因此，通常被执行的3D图形处理的两个方面是图形“基元”(或多边形) 位置数据到图形片段位置数据的“光栅化(rasterising)”(即，确定将被用于表 示待显示的场景中的每个基元的图形片段的(x，y)位置)，然后“渲染”“光栅化 的”片段(即，片段的着色、明暗等等)以供在显示屏上显示。

(在3D图形文献中，术语“光栅化(rasterisation)”有时用于意指对片段的 基元转换和渲染这二者。然而，这里“光栅化”将仅用于指代基元数据到片段 地址的转换。)

光栅化过程基本上包括为实际上叠加在待显示的场景上的采样点阵列确定 所讨论的基元覆盖了阵列中的哪些采样点。然后生成具有适当(x，y)位置的片段， 以用于渲染被发现由基元覆盖的采样点。

渲染过程基本上包括得到显示每个片段所需的数据。这样的数据通常包括 每个片段的红、绿和蓝(RGB)颜色值(其将基本上确定显示器上片段的颜色)， 以及每个片段的所谓的“阿尔法”(透明度)值。

正如本领域所公知的，通常通过以线性或流水线方式相继地对每个片段执 行单独的渲染过程(步骤)来得到该数据(即，用于该片段的数据)。因此，例 如根据例如片段的(x，y)位置以及为片段所属的基元的顶点记录的颜色和透明度 数据，为每个片段首先分配初始RGB和阿尔法值。然后接连地对片段数据执行 诸如纹理化(texturing)、雾化以及混合等等之类的操作。这些操作更改了为每 个片段设置的初始RGB和阿尔法值，以使得在最后的处理操作之后，每个片段 具有一组适当的RGB和阿尔法值以允许在显示屏上正确地显示该片段。

当处理供显示的图形时(当显示计算机生成的图像时)遇到的一个问题是， 所显示的图像被量化为正被使用的显示器(例如，监视器或打印机)的离散像 素位置。这限制了所显示图像的分辨率并且会产生不希望的视觉伪像(artifact)， 例如，输出显示设备的分辨率不足以显示平滑线条。这些效应通常被称作“图 形失真(aliasing)”。

图1图示了这样的图形失真效应。图1的左手边示出了待绘制的图像，而 右手边示出了所显示的实际图像。如所能够看到的，白色对象的期望的平滑曲 线实际上在显示器上具有锯齿状外观。这就是图形失真。(图1中，每个方形表 示显示器的像素，而交叉号表示针对每个(x，y)像素位置确定了(采样了)颜色 值的该像素位置处的点。例如，图1中的像素A被绘制成全白，因为该像素位 置的颜色采样点落入白色对象内。应当注意的是，图1中仅示出了所关心的像 素上的采样交叉，虽然实际上会对所有的像素进行采样。)

通过使用足够高分辨率的显示器可以消除所有图形失真伪像(其对于肉眼 是可见的)。然而，电子显示器和打印机的分辨率通常是有限的，而很多图形处 理系统使用其他技术设法消除或减少图形失真的效应。该技术通常被称作反锯 齿技术。