[发明专利]计算机绘图元素描绘方法及装置

说明书

技术领域

本发明是有关于一种计算机绘图技术，特别是关于一种附有使用者指定裁切平面(clipping planes)的计算机绘图元素(primitive)描绘方法及装置。

背景技术

计算机绘图技术的基本动作在于描绘(rendering)三维物体的二维影像以将其显示或呈现于诸如阴极射线管(CathodRay Tube；CRT)或液晶显示器(Liquid Crystal Display；LCD)等显示装置或监视器上。被描绘的物体可能是诸如点、线段、三角形或多边形等简单几何元素(geometry primitive)。较为复杂的物体可通过将其表示为一连串彼此相连的平面多边形，例如，通过将其表示为一连串彼此相连的平面三角形而被描绘于显示装置上。所有几何元素最终皆可以表示成单一顶点(vertex)或一群顶点的集合，例如，定义一个点的坐标(X，Y，Z)，又例如一线段的端点，或是一三角形的顶点。

为了产生用于将三维元素的二维投影显示于计算机监视器或其他显示装置的数据组，该元素的顶点须经由图形描绘管线(graphics-rendering pipeline)的一系列运算或处理级(processing stages)处理。一般的管线不过是一系列串联的处理单元，或称为级(stages)，其前一级的输出作为后一级的输入。在绘图处理器的领域中，此等所谓的“级”包括诸如顶点相关运算、元素组合运算、像素(pixel)运算、纹路(texture)组合运算、阵列(rasterization)运算以及碎片(fragment)运算。

典型的绘图显示系统，较为复杂的物体通常被描述成包括许多称为绘图元素(primitives)的小多边形，其覆盖于该物体的表面就如同许多小磁砖覆盖于墙面或其他表面之上。每一多边形被表示为一组顶点坐标(模型坐标系中的X，Y，Z)并指明某些材料表面性质(意即，颜色、纹路、光泽等等)。对于具有复杂曲面的三维物体，前述多边形一般而言必须是三角形或四边形，其中后者永远可以分解为一对三角形。

一转换引擎(transformation engine)参照使用者输入所选定的视角转换物体的坐标。此外，使用者亦可以指定视场(fieldof view)、产生影像的大小和影像所在区域后方的细节以依需要呈现或移除背景。

一旦此可见区域(viewing area)被选定，诸如裁剪窗界(scissor window)的裁切逻辑(clipping logic)即移除位于可见区域外的绘图元素并处理部分位于可见区域内而部分位于可见区域外的绘图元素。绘图元素的顶点随之被传送至下一级，传送的内容为每一顶点对应于屏幕(viewing screen)的坐标(以X，Y坐标的形式)和其相关的深度(Z坐标)。典型的系统中，尚须引进考虑到光源的照明模型(lighting model)，而后绘图元素和其颜色值传送至诸如阵列器(rasterizer)的像素内插模块或称属性内插模块(Attribute Interpolation Module)。

对于每一绘图元素，阵列器决定哪些像素位于此绘图元素之上并尝试将其颜色值和深度(Z值)写入帧缓冲器(framebuffer)之内。阵列器将正被处理的绘图元素中的深度(Z值)和像素的深度值做比较，该值可能已经写入帧缓冲器。假如新绘图元素像素的深度值较小，表示其位于已写入帧缓冲器的绘图元素前方，则其值将取代帧缓冲器内已有的数值，因为此新绘图元素将会遮蔽先前处理而已写入帧缓冲器的绘图元素。此程序一直重复直到所有绘图元素均被描画完成为止。此时，一视频控制器将帧缓冲器的内容依描画的顺序逐条扫描线显示于一显示器上。

介绍一般技术背景之后，以下参见图1，其显示一传统的管线式计算机绘图元素描绘装置100的方块图。包括绘图元素PR和裁切逻辑CLogic的输入数据沿绘图管线传送。绘图元素PR可以包括其所在位置的数据(例如，表示为X，Y，Z空间坐标的顶点)，而裁切逻辑CLogic则可以包括预设的裁剪窗界和使用者指定的一或多个裁切平面(clipping planes)UDCP。裁剪窗界通常表示为上下左右四个边界值。裁切平面UDCP则可以表示成诸如f(x，y，x)＝ax+by+cz+d的空间坐标函数，通常其将裁切或移除绘图元素PR中所有使得此空间坐标函数为负值的像素或点，而仅允许显示使得此空间坐标函数为正值的像素或点。