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    • 专利摘要:
    一種用以降低用以顯示一影像之一螢幕空間區域而測試之取樣點的數量的方法，此方法包括建構在所要顯示之一影像中延伸之一基元的一軌道。界限容積係針對影像之一螢幕空間區域而建構，界限容積係特徵化為具有定義為基元之軌道之一函數之在一非螢幕維度中的一界限。界限容積更特徵化為與所要顯示之螢幕空間區域的一部份重疊。位於螢幕空間區域內且不與界限容積重疊的一或多個取樣點係被排除測試。
    公开号:TW201316288A
    申请号:TW101122496
    申请日:2012-06-22
    公开日:2013-04-16
    发明作者:Samuli Laine；Tero Karras；Jaakko Lehtinen；Timo Aila
    申请人:Nvidia Corp；
    IPC主号:G06T15-00
    专利说明:
    影像顯示中增強取樣測試效能的無切割時間以及鏡片界限【相關申請案】
    本申請案目前係與以下共同擁有之專利申請案提出申請，其每一者的整體內容係併入本文作為參考：美國專利申請案13/168,765，申請日為2011年6月24日，專利名稱為「用於影像顯示中改善取樣測試效能的系統及方法(System and Method for Improved Sample Test Efficiency in Image Rendering)」，代理人編號為HE-10-191-US；以及美國專利申請案13/168,771，申請日為2011年6月24日，專利名稱為「用於影像顯示中改善取樣測試效能的基於界限盒之技術(Bounding Box-Based Techniques for Improved Sample Test Efficiency in Image Rendering)」，代理人編號為HE-10-192-US。
    本發明係關於影像顯示，特別是關於在影像顯示應用中改善取樣測試效能。
    高品質影像的顯示依靠對形成影像之每一畫素的正確顏色計算。此顏色計算的正確性係藉由以下而改善：橫越每一畫素分佈取樣點、測試哪些取樣點由要被顯示於影像中的一基元所重疊、以及基於那些重疊及未重疊取樣點而計算畫素的顏色。
    取樣測試演算法(有時稱作「點在多邊形內測試(point in polygon tests)」決定螢幕空間區域(通常為一畫素)的哪些取樣與一基元重疊，且此演算法的品質可基於其「取樣測試效能(STE)」，此名詞係指由一基元所重疊之取樣點的數量對針對一給定螢幕空間區域(如一畫素)所測試之取樣點的數量。高STE係指有效率的取樣測試演算法，因為測試取樣點的高百分比實際上或可能由基元所重疊。
    用以改善STE的技術在運動模糊及景深顯示效果的情況下是有用的，因為兩種效果的類型包括可能橫越大量畫素的一基元，導致需考慮進行測試之可能的大量取樣點。
    當相機及/或幾何在虛擬相機快門開啟時移動，發生運動模糊。雖然理論上運動在框曝光期間可為任意，在電影業已觀察到頂點運動通常可藉由假設快門開啟(t=0)及關閉(t=1)之間為線性運動而滿意地簡化。
    在隨機網格化中，框緩衝器係一般化使得每一取樣在螢幕空間(x,y)位置之外具有額外的特性。除了支援運動模糊，時間值係指派給每一框緩衝取樣。沒有運動下，框緩衝器的行為與其目前完全一樣，提供了空間反圖像失真。當有運動，取樣只有在當三角形在取樣時間與取樣重疊時更新。
    前案描述內插三角形至一特定時間的數種方法。一種方法係描述於P.Haberli及K.Akeley在Proc.SIGGRAPH 1990,pgs.309-318中提出的「累積緩衝器：高品質顯示的硬體支援(The Accumulation Buffer：Hardware Support for High Quality Rendering)」以及K.Fatahalian、E.Luong、S.Boulos、K.Akeley、W.Mark，及P.Hanrahan在Proc.High Performance Graphics 2009中提出的「具有散焦及運動模糊之微多邊形的資料平行網格化(Data-Parallel Rasterization of Micropolygons with Defocus and Motion Blur)」。此方法包含在三角形設置前內插基元的頂點於均質切割空間，因此對每一不同時間需要個別的三角形設置/顯示通道。雖然易於實施，此方法可能無法擴展到每一畫素大量的取樣，且影像品質可能由於一組固定(通常為小)的獨特時間值而受到損害。
    第二種習知的方法為對整體曝光時間針對「時間連續三角形(TCT)」識別螢幕空間界限，且接著藉由內插三角形至目前的取樣時間而測試在所有覆蓋畫素中的所有取樣，其描述於T.Akenine-Möller、J.Munkberg及J.Hasselgren在Proc.Graphics Hardware 2009所發表之「使用時間連續三角形的隨機網格化(Stochastic rasterization using time-continuous triangles)」中所揭露的內容。可能的實施包括至少時間連續邊緣函數(約傳統2D邊緣之成本的3X)及射線三角形交叉。TCT提供高影像品質，因為可對每一取樣設定獨特的時間值，但附隨的缺點為低STE。當三角形快速移動，其可覆蓋螢幕上相對大的區域，同時預期其大約覆蓋固定數量的取樣而不論運動。因此，STE對快速運動係大幅地降級，且在實際情況中可低至1%。
    第三種方法係描述於美國專利4,897,806，藉此將曝光時間分割為數個層(一般來說，層的數量等於每一畫素的取樣數量)，且對每一層呼叫上述第二種方法。這顯著地改善了STE，但解答的效率對一般在快速顯示圖形(4-16取樣/畫素)中所遇到之低取樣密度並非最佳。
    影像顯示中的另一挑戰為如何處理抵達相機平面背後的基元。處理此基元的一可能方法為及時地切割基元，其產生切割邊緣由移動跨越相機平面之切割頂點所取代的一些次跨度。遺憾地，切割頂點的運動並非螢幕空間仿射，因此其運動需要近似，使其(若非不可能之時)難以匹配一參考顯示。
    影像顯示中的另一挑戰為在世界空間中仿射地移動之頂點的顯示。當頂點在世界空間中仿射地移動，其為通常的近似，所產生的螢幕空間運動並非線性，因為透視轉換。因此，若假設線性螢幕空間運動，運動模糊影像將不對應實況顯示，其係藉由將訊框過程中在定期間隔時刻所獲得之大量影像總和在一起而獲得。差異通常是小的，但當有朝向或遠離接近相機之觀看者的一運動，結果將明顯不同。
    有鑑於習知方法的缺點，需要一種用以在影像顯示中提供改善取樣測試效率的新方法。
    本文係提供用以降低用以顯示一影像之一螢幕空間區域而測試之取樣點的數量的系統、方法、及電腦程式產品。方法包括建構在所要顯示之一影像內延伸之一基元的一軌道。界限容積係針對影像之一螢幕空間區域而建構，界限容積係特徵化為具有定義為基元之軌道之一函數之在一非螢幕維度中的一界限。界限容積更特徵化為與所要顯示之螢幕空間區域的一部份重疊。位於螢幕空間區域內且不與界限容積重疊的一或多個取樣點係被排除測試。
    前述方法找出在影像顯示中的特定應用，其中一範例性方法包括前述操作、以及識別所要顯示之螢幕空間區域的額外操作、測試位於螢幕空間區域內且不與基元之界限容積重疊的取樣點、以及基於所測試的取樣點而顯示螢幕空間區域。
    本發明的這些及其他特徵將藉由以下圖式及範例性具體實施例的詳細描述而有較佳的理解。
    本發明描述用以降低用以顯示一影像之一螢幕空間區域而測試之取樣數量的系統及方法。系統及方法係執行一界限容積、範例性軸對齊界限盒，其係使用非螢幕空間界限而建構，例如t維度及透鏡座標u或v。這些非螢幕空間界限t、u或v的計算係相對在世界/相機空間中的頂點仿射運動而描述，此運動係轉化至螢幕空間中的非線性運動。特別地，非螢幕空間界限t、u、v的計算係使得基元與相機之間所有可能的幾何組態都被容納。範例性地，非螢幕空間界限的計算消除了切割(clipping)的需求，即將運動分割至多個時間間隔。
    圖1描述根據本發明一具體實施例之相機空間中三角形110的運動。左及右錐台平面(線)112及114係共同地定義相機空間120，三角形110係顯示為在其內移動。圖式係假設無景深，即透鏡在空間中的一點，且在此情況中，無模糊光圈在頂點的周圍。水平軸為例如相機空間x軸，而垂直軸為相機空間z軸(或者在一範例性具體實施例中，為在已應用投影矩陣後之w軸)。在範例性後透視空間中，每一錐台平面112及114為從相機點113的視軸/零度視向116之45度角的對角線。在x及y維度中的界限係各自地處理，因此計算係於兩個維度的每一個中執行。 <T界限的計算>
    根據本發明，具有多個頂點的基元係定義於相機空間中，且作為頂點線之頂點的軌道係建構於對偶空間中作為基元之視角的一函數。界限線係建構於對偶空間中以形成針對頂點線的一界限，其中頂點線在一預定範圍的視角上係包含於界限線內。T界限(即對應所要測試之螢幕空間區域之取樣的時間[tmin,tmax])係計算作為在對偶空間中之界限線的函數。接著基於t界限決定界限容積(範例性的軸對齊界限盒(AABB))。在所要顯示之螢幕空間區域內但未被AABB所覆蓋的取樣點將被排除測試。
    圖2A至2G描述根據本發明之基元之界限線及界限頂點的形成。圖2A顯示在(w,x)維度中之三角形110的相機空間軌道及其界限頂點210及220，且(w,y)相機空間維度與其類似。界限頂點210及220係定義使得其係保證隨時位於螢幕上基元的左/右側，當其在世界空間中從開始至結束位置仿射地移動。特別地，界限頂點210a及220a形成三角形1100在時間t=0的一界限，而界限頂點210b及220b形成三角形1101在時間t=1的一界限。界限頂點210及220係定義使得其不只在t=0及t=1限制住基元，也在相機空間中沿基元軌道的所有時刻之間。
    每一界限頂點210及220係使用其主空間及其對應對偶空間之間的界限頂點的一映射而定義。如在本文中所使用，「頂點的主空間」係指在相機空間中的位置，例如針對圖1-2C所示之界限頂點之x維度之在(x,w)座標系統中的座標，以及類似地針對界限之y維度之在(y,w)座標空間中的座標。同樣在本文中所使用，「頂點的對偶空間」係指對應在(x,w)或(y,w)座標系統中之影像空間位置的對偶空間中的一線。一般來說，在主空間中的一點係映射至在對偶空間中的一線，且在主空間中的一線係映射至在對偶空間中的一點。
    圖2B及2C描述在頂點之主空間及對偶空間之間的範例性映射。圖2B描述位於主相機空間中的頂點240，頂點240係沿相機113的視線242。特別地，視線242係設置於相對相機視軸方向116之投射方向/角度(γ)244。範例性地，投射方向(γ)244係標準化以在-1(對應相機錐台112的左手範圍)與+1(對應相機錐台114的左手範圍)之間延伸。頂點240係設置於離相機錐台112的左手範圍距離(a)且離相機錐台114的右手範圍距離(b)。特別地，在角度(γ)244的方向中的視線242可相交一三角形，只要沿三角形的方向γ之對應傾斜投射至w=0包括相機點。點(x,w)的投射係由下式給出：δ=x-wγ (方程式1)
    圖2C描述頂點240的對偶空間。對偶空間的水平軸(γ)對應影像空間位置(即自相機的視線角度(γ))，且包括點244，其為從相機視軸116之視線242的角度(γ)。垂直軸(δ)對應頂點及視線242之間的相機空間水平距離。因此，線245的斜率係由頂點240與相機平面的距離而決定，且線245在頂點位於對應視線242之方向處越過對偶空間的x軸。關於這點，線245代表在對偶空間中之頂點240的軌道。
    可理解的，在對偶空間中之頂點的軌道表示有助於在對偶空間中一界限線的建構，其代表了針對特定視線242的限制。此一界限線可映射至主空間作為一點，該點為一界限頂點，如上述。
    圖2D描述三角形1100，其包括在主相機空間中之頂點110a0、110b0及110c0，如圖1所示。根據本發明，基元1100在t=0的頂點110a0、110b0及110c0係映射至對偶空間，且其對應的頂點線110a'、110b'及110c'將被確定，如圖2E所示。在對偶空間內，界限線210a'及210b'係定義以限制住頂點線110a'、110b'及110c'，如圖2F所示。換言之，界限線210a'及210b'係形成作為頂點線110a'、110b'及110c'在對偶空間之一部份上的限制(分別顯示為上及下限制/界限)。界限線210a'及210b'可從對偶空間映射至主空間，產生在主相機空間中的對應界限頂點210a及210b，如圖2G所示。界限線210a'及210b'表示對所有頂點線110a'、110b'及110c'在所示對偶空間之水平範圍上(對應投射角度δ範圍之水平範圍)的界限，且相應地，在相機空間中的頂點210a及210b將操作為頂點110a0、110b0及110c0在投射角度之特定範圍上的個別界限。界限頂點210a的相機空間仿射運動係對應界限線210a'在t=0到t=1之間的線性內差，且因為內差的界限線210a'及210b'維持在頂點線110a'、110b'及110c'的個別側上(其亦線性地內差)，界限頂點210a及210b維持在其頂點110a0、110b0及110c0之側上。範例性地，若投射角度範圍(即視角範圍)降低，界限線210a'及210b'可具有較小的分隔(即具有較小的Euclidian距離於其間)以提供更小的界限容積/盒，因為在理想視角範圍的外部，界限線210a'及210b'不需維持在其頂點線110a'、110b'及110c'的個別側上。此「剪裁盒」的計算將描述於後。此外，可觀察到，在t=0及t=1界限線位在對偶空間x軸的相同側(即上或下)之螢幕空間位置中，只有其正負號是重要的。這允許了對界限線210a'需要正確地近似頂點線之範圍的進一步窄化。
    圖2H描述根據本發明之T界限的計算作為左及右界限線210a'及210b'的函數。如所述，界限頂點的線性運動係對應至對應界限線之間的線性內插。為計算針對給定一點的T界限，t=0(界限線210a')及t=1(界限線210b'，針對頂點110a1、110b1及110c1類似地計算)的左界限線係於對應所討論之圖磚(tile)/畫素之對偶空間γ軸位置評估，且解出此線性移動點將越過x軸(δ=0)的時間。以下方程式為範例性：t=-δ (t=0)/(δ (t=1)-δ (t=0)) (方程式2)
    這指示界限盒的對應邊緣何時越過所討論的點之時間。針對右界限線及針對其他軸執行類似的計算。熟此技藝者將了解到，接著可基於所產生的t值及其對應界限線的斜率而決定tmin及tmax。
    圖2I描述根據本發明之界限容積的建構，其係利用所計算之[tmin,tmax]的t界限。針對每圖磚230(所要顯示的任何螢幕空間區域，例如一畫素)形成界限容積250，且其係延伸於圖磚的高及低範圍/界限TILEHI及TILELO及t界限tmin及tmax之間。界限容積250係描述為軸對齊界限容積或「界限盒」，其中界限容積的範圍係對齊座標系統的軸，顯示於時間及螢幕空間(x)維度。在另一特定具體實施例中，界限容積為最小界限矩形。雖未顯示，界限容積250在(y,t)座標系統中將具有一對應的表示。
    如所示，界限容積250將覆蓋圖磚/螢幕空間區域230的一部份，其中圖磚230具有複數個取樣點(260a及260b，共同稱作取樣點260)分佈於其上，其可用以測試與三角形110的相交。包括於圖磚230內之取樣點(簡稱為「取樣」)的數量可為任意數量，範圍從2至128或更多，且可與圖磚的尺寸相關或不相關。在一特定具體實施例中，每一區域的取樣密度(即每一畫素的取樣數量)在每一畫素2至32個取樣的範圍中，特別是每一畫素4至16個取樣。
    每一取樣在一螢幕空間維度及至少一非螢幕空間維度兩者中索引，圖2顯示在x維度螢幕空間及時間維度中索引的取樣。取樣260係分佈於空間(x)及時間(t)之上，即不同取樣在圖磚230內具有不同的時間及不同的位置，然而這些取樣可能不會根據界限容積250是否與那些取樣重疊而測試，如下所述。圖2描述取樣在圖磚230中的分佈，但將了解到，水平鄰接的圖磚也將包括取樣點。
    如所述，界限容積250與包括於圖磚230內的某些取樣(塗黑的取樣260a)重疊，而其他取樣則不與界限容積250重疊(未塗黑的取樣260b)。有利地，包括於圖磚230內且未與界限容積250重疊(未包括於其內)的取樣260b係被捨棄或排除測試，藉此改善圖磚230的取樣測試效率。
    圖3A至3C描述根據本發明之用以計算T界限的第二具體實施例。圖3A描述在(x,w)主(相機)空間及(γ,δ)對偶空間之間的關係。在t=0(1100)及t=1(1101)的三角形每一係沿方向γ’而投射至w=0線。投射點的位置係標示為δ’。顯示了對t=0及t=1之每一者的範圍[δt,min,δt,max]。圖3B描述三角形1100及1001在(γ,δ)對偶空間中的投射。如所示，每一頂點的δ係追蹤γ的線性函數。投射角度γ'及對應的δ範圍[δt,min,δt,max]係標示在t=0及t=1。分別由在t=0及t=1之三角形所覆蓋的區域310及320係以陰影顯示，且虛線312、314、322及324係界定這些區域。
    以下為用以計算在圖3所示之情況中之一給定點的T界限的範例性方程式：tmin=-δ 0,max/(δ 1,max-δ 0,max) (方程式3)
    tmax=-δ 0,min/(δ 1,min-δ 0,min) (方程式4)
    根據圖2I的描述，所計算的T界限係應用以建構一界限容積(範例性地，一軸對齊界限盒)。
    圖3B描述延伸[+1,-1]整體範圍的一投射方向。圖3C描述藉由限定投射方向γ至一限制範圍330，可經由界限線322'及324'獲得更緊密的配合。為清楚起見，僅顯示t=1。 <非移動三角形之UV界限的計算>
    所描述的方法可應用至景深，藉此每一頂點係由其計算中的模糊光圈擴張，朝向負或正方向，其取決於哪一界限線正被建構。如已知，透鏡位置的改變對應平行相機平面之相機空間中的運動。在線性改變的U產生在X的仿射螢幕空間運動之意義下，此運動為仿射，V及Y也是類似的。
    圖4A及4B根據本發明描述一三角形在螢幕空間展現視運動為水平透鏡維度(u)的一函數。圖4A及4B兩者描述相同的三角形，然而為更清楚起見而在每一者中描述不同的特徵。三角形110係相對於兩個不同的水平透鏡位置u=-1及u=+1而顯示於兩個x位置(x0)及(x1)之每一者，三角形110係以參考符號1100及1101標示以指示其個別的透鏡位置。三角形的運動在此情況中為「表觀的(apparent)」，因為三角形在時間上實際並無移動，而是其位置被轉換，取決於其被觀看的透鏡位置(u)。特別地，三角形110顯示軌道420，其在所要解決之水平透鏡維度(u)的某些範圍上與螢幕空間區域/圖磚230相交。
    界限結構(以界限矩形的形式描述)RECT0及RECT1 412及414係用以近似個別三角形1100及1101。界限矩形RECT0 412及RECT1 414之每一者包括針對x平面的低(LO)及高(HI)範圍(點)，這些範圍對應前述最小及最大頂點，低及高範圍用於形成基元的軌道420，如本文中所述。針對x平面，RECT0具有對應(即近似)最小x平面頂點110a0的低範圍412a以及對應最大x平面頂點110b0的高範圍412b。類似地，RECT1具有對應最小x平面頂點110a1的低範圍414a以及對應最大x平面頂點110b1的高範圍414b。雖然三角形110的相同頂點作為在透鏡位置u=-1及u=+1之每一者之低範圍412a、414a的基礎(即頂點110a針對低側且頂點110b針對高側)，但不必然為此情況，例如假設當從相機觀看時，頂點位於不同深度。類似地，針對在螢幕空間展現視運動為垂直透鏡維度(v)之一函數的基元，RECT0及RECT1將具有在y方向中的低及高範圍。近似三角形的界限結構可具有任何幾何，例如三角形，包括在前述申請人所同時申請之美國專利申請案13/168,771中所描述的三角形，其於2011年6月24日申請，標題為「影像顯示中改善取樣測試效率的界限盒基礎技術(Bounding Box-Based Techniques for Improved Sample Test Efficiency in Image Rendering)」，代理人編號為HE-10-192-US。一般來說，根據本發明，近似界限結構可為任何多邊形。
    圖5A及5B根據本發明描述界限容積550分別作為水平及垂直透鏡維度(u)及(v)的函數。螢幕空間區域或「圖磚」430包括可能要測試的取樣560(共同地為560a及560b)。取樣560係對應不同透鏡位置(u)或(v)而安排，即當針對不同透鏡位置(u)或(v)觀看及在圖磚430內的不同位置時，可得到不同取樣供測試。取樣係描述為「可得供測試」，因為一或多個取樣可能不被測試，取決於界限容積550是否與那些取樣重疊，如下文所述。水平及垂直透鏡維度(u)及(v)在最小及最大值+1至-1之間沿其個別軸延伸，如業界的習知。
    在圖5A中，界限容積係針對每一圖磚430形成，且包括螢幕空間界限TILELO及TILEHI以及對應水平透鏡維度座標之umin及umax的非螢幕空間界限。類似地，圖5B的界限容積係針對每一圖磚430形成，該界限容積包括針對圖磚430的螢幕空間界限TILELO及TILEHI以及對應垂直透鏡維度座標之vmin及vmax的非螢幕空間界限，其產生三角形的視運動。umin/umax及vmin/vmax的計算可根據以下方程式：umin/vmin=(TILELO-RECT0,HI)/(RECT1,HI-RECT0,HI)(方程式5)
    umax/vmax=(TILEHI-RECT0,LO)/(RECT1,LO-RECT0,LO)(方程式6)
    如所述，界限容積550與包括於圖磚430內的某些取樣(塗黑的取樣560a)重疊，而其他取樣則無與界限容積550重疊(未塗黑的取樣560b)。在此具體實施例中，基元重疊或延伸來自基元之視運動的區域之上。有利地，包括於圖磚430內且未與界限容積550重疊的取樣560b係被捨棄或排除測試，藉此改善圖磚430的取樣測試效率。 <移動三角形之UV界限的計算>
    圖6A根據本發明描述針對在x影像空間座標及其對應的u透鏡空間座標中之透鏡上的末端位置而計算的界限。在圖式中，在t=0及t=1之三角形的每一頂點係伴隨一模糊光圈(CoC)。每一頂點可具有相同或不同的CoCs，且每一CoC係假設針對相同頂點而在時間上線性地內插。CoC通常定義於螢幕空間，但其可容易地藉由乘以與相機平面的距離而帶到相機空間。目標為產生兩個界限盒，一個針對U=-1且一個針對U=+1，其包含在整體框時間過程中的所有頂點。針對在相機平面之前的頂點，CoCs係投射至螢幕空間且計算對應的界限容積/盒，如所示。
    在相機平面之後的頂點可能造成某些或全部的界限延伸至無限大。為了偵測這何時應完成，測試頂點的凸包(convex hull)是否越過左或右錐台平面112及114。
    圖6B描述根據本發明之越過右錐台平面114之凸包的範例性具體實施例。在此範例中，U=-1及U=+1界限盒兩者在右側應延伸至無限大，因為兩者的凸包在相機113的右手側與右錐台平面114相交。當U=-1或U=+1界限在例如右側延伸至無限大時，在決定一給定點的U界限時將忽略界限盒的該邊緣。
    此操作不需要頂點之凸包的建構，只需要交集對非交集的二元結果。因此，對頂點執行線性掃描以及維持頂點及錐台平面(半線)之間的候選分隔線為足夠的。範例性地，藉由找出一致分隔線的不可能性而偵測出交集。 <時間及螢幕空間剪裁的計算>
    為決定針對一給定點的U界限，執行本文中所描述的方法，採取U=-1及U=+1的界限盒並解出U跨度，其中線性轉移的盒係覆蓋該點。為提高效率，可預先計算所涉及的區分，使得計算僅包括乘法及加法。V的界限係類似地計算。
    為了網格化基元，需要螢幕空間界限矩形，其限制了需列舉之畫素或圖磚的數量。在範例性具體實施例中，此螢幕空間剪裁矩形係藉由採取U/V=-1及U/V=+1界限盒的結合而建構。剪裁矩形接著在擬合界限線時係使用作為初始間隔，如圖3至5C所描述之應用於u及v界限的計算。
    除了螢幕空間剪裁，針對基元計算時間剪裁是有用的。這致能了基元完全在錐台外部之時刻的淘汰。由於所描述的無投射界限建構，在相機之後的基元可表現為在螢幕上具有非空界限。藉由限定可能的T界限至時間剪裁，可有效率地移除這些錯誤的界限。
    在一具體實施例中，時間剪裁係藉由計算相對錐台的四側平面及相機平面之基元在t=0及t=1的範圍而計算。從這些範圍，計算基元可能在錐台內側之過程中的T跨度。
    應注意，螢幕空間及時間剪裁的計算可用以說明圖磚範圍。針對T界限，圖磚範圍可藉由適當地放大模糊光圈而處理。針對UV界限，界限盒可藉由圖磚範圍而放大。
    圖7描述根據本發明之一範例性方法700，其用以降低用以顯示一影像之區域而測試之取樣數量。在702中，針對一基元建構一軌道，其係於所要顯示之一影像中延伸。在704中，建構界限容積，其重疊所要顯示之螢幕空間區域的一部分。界限容積係特徵化為具有非螢幕空間界限(例如tmin、tmax、umin、umax、vmin、vmax)，其係計算作為基元之軌道的函數。在706中，位於螢幕空間區域內且不與界限容積重疊的一或多個取樣點係被排除測試。
    以時間為基礎的效應之顯示(例如運動模糊)係尋求較少需要測試的取樣點之範例方法700，操作702係藉由如圖2A至2I所示在相機空間中建構複數個基元之頂點的軌道而例示。在此具體實施例中之範例操作704，複數個基元頂點之每一個係從相機空間映射至對偶空間，其中每一頂點係表示為頂點線，藉此產生複數個頂點線。複數個頂點線係以第一及第二界限線而界定於對偶空間中，且由此而計算t界限[tmin,tmax]。t界限係用以產生一界限容積，其一範例係顯示於圖2I中。在此具體實施例中的範例操作706，包括於所要顯示之螢幕空間區域內且不與界限容積重疊的取樣點係被排除在螢幕空間影像之顯示的測試。
    以空間為基礎的效應之顯示(例如散焦/景深)係尋求較少需要測試的取樣點之範例方法700，操作702係藉由如圖4A及4B所示在螢幕空間中建構複數個基元之頂點的軌道而例示。特別地，決定分別在第一及第二透鏡位置(u,v)之基元的第一及第二螢幕空間位置，且建構在第一及第二螢幕空間位置之間延伸的螢幕空間軌道。在此具體實施例中之範例操作704，界限容積係藉由以下而建構：決定在u/v透鏡維度中之最小及最大界限作為軌道之螢幕空間點的函數、以及形成在非螢幕空間維度中之那些最小及最大界限之間以及螢幕空間維度之預定界限之間延伸的一界限容積。在一特定具體實施例中，界限容積的非螢幕空間界限係根據上述方程式5及6而計算。u/v界限係用以產生一界限容積，其範例係顯示於圖5A及5B中。在此具體實施例中的範例操作706，包括於所要顯示之螢幕空間區域內且不與界限容積重疊的取樣點係被排除在螢幕空間影像之顯示的測試。
    如在圖2I及5B之描述中所例示，界限容積包括一非螢幕空間維度(t)、(u)或(v)及一螢幕空間維度(x)或(y)，後者具有預定界限(顯示為圖2的TILELO及TILEHI)。操作704的例示，界限容積係藉由以下而建構：決定在非螢幕空間中之最小及最大界限作為軌道之函數、以及形成在非螢幕空間維度中之那些最小及最大界限之間以及在螢幕空間維度之預定界限之間延伸的一界限容積。在一特定具體實施例中，界限容積的非螢幕空間界限係根據用以計算t界限[tmin,tmax]的方程式2至4以及用以計算u界限[umin,umax]及v界限[vmin,vmax]的方程式5及6而計算。
    進一步704的例示，視角係從預定義相機點定義。此外，最小相機平面維度(△最小)及最大相機平面維度(△最大)係於該視角識別。軸對齊界限盒係決定為最小及最大相機平面維度之函數，如圖3A及3B的描述所述。
    操作706的例示，做出在圖磚內的哪些取樣與界限容積重疊的決定，並將未被重疊的那些取樣排除測試。在此操作的一特定具體實施例中，取樣係隨增加的時間、或透鏡維度(u,v)而分佈於圖磚內，因此定義具有增加的螢幕及非螢幕空間維度的一區域。界限容積亦描述針對基元之軌道之具有增加螢幕及非螢幕空間維度的一區域。這兩區域的重疊表示可能被三角形橫越的取樣。此重疊區域外部的取樣係被排除測試。
    範例性地，方法700係針對複數個基元之每一者而實現，以改善取樣測試效率，用以決定與複數個基元重疊之圖磚(例如畫素)的顏色/穿透率/反射率。進一步範例性地，重疊一特定圖磚/畫素之多個基元可並行地處理，藉此同時地實現操作702及704的多個實例(每一基元有一實例)。
    在範例性應用中，圖7的方法係實現作為圖形管線程序的部分，例如執行以計算螢幕空間區域之顏色/穿透率/反射率之畫素著色器程式的部分，例如一片段或一畫素。著色器程式的執行時間係由於所測試取樣的較小數量而縮短，如此著色器能夠較快地計算畫素的顏色而不損失正確度。進一步範例性地，圖7所描述的操作可以硬體實施，其使用例如特殊應用積體電路(ASIC)或能夠組態以實現所述操作的其他電路。
    圖8描述併入方法700之用以顯示一影像之區域的方法。在812，識別所要顯示的螢幕空間區域。方法800繼續所述之操作702、704、及706的執行，且根據本文所述之一或多個範例性具體實施例而執行。在814，位於螢幕空間區域內且與基元的界限容積重疊之取樣係被測試。在816，影像的螢幕空間區域係基於所測試的取樣而顯示。操作816的範例性具體實施例包括執行一著色器程式，其可操作以基於在該區域內且由界限容積所重疊之測試取樣而計算螢幕空間區域的顏色/穿透率/反射率。進一步例示地，方法800係重複一或多次以顯示影像的多個區域或整體影像。如本文中所使用，「顯示」一詞係指螢幕空間區域/影像在視覺可理解格式(例如顯示於監視器上、印刷於媒體上等)中的輸出，以及以電子形式儲存對應此一區域/影像之資料的程序，例如在一顯示目標中，像是框緩衝器。
    圖9描述根據本發明之實用圖1A至8所描述方法的一範例性系統900。系統900(範例性為一電腦系統)包括圖形處理次系統920及輸出裝置940，例如監視器或印表機。圖形處理次系統920包括處理器922、記憶體介面924、框緩衝器925、及掃描輸出處理器926。處理器922可操作以執行本文圖1A至8所述之任何或所有操作，且在一範例性具體實施例中為一平行處理架構。框緩衝器926可操作以經由記憶體介面924及鏈接930(例如DVI鏈接)而耦合至處理器922以接收針對每一框之網格化及/或光線追蹤片段數值、以及用以讀出每一框的合成影像至輸出裝置940。在一特定具體實施例中，處理器922可操作以實現圖1A至8之其中一者、數者或更多所描述之操作的其中一者、數者或全部。此外，處理器922可包括局部記憶體，其可操作以儲存用以執行圖1A至8所述之方法的指令程式碼。在另一具體實施例中，系統900可採取不同形式(例如個人數位助理、網際網路裝置、行動電話、或其他行動裝置)，且處理器920可嵌入於此類不同的系統中。此外，處理器922可採取特殊應用積體電路或可操作以實現圖1A至8之任一者、數者、或全部所描述之操作的其他硬體/韌體電路的形式。
    在一具體實施例中，根據本發明，系統900可操作以降低用以顯示一影像之區域而測試之取樣的數量。在此具體實施例中，系統900包括處理器922，其可操作以執行圖7所描述的一或多個操作以及圖8所描述的一或多個操作。
    熟此技藝者可輕易地了解到，所描述的程序及操作可以硬體、軟體、韌體或這些實施適當的組合而實施。此外，所描述程序及操作的某些或全部可實現為電腦執行方法、或長駐於電腦可讀媒體上的電腦可讀指令程式碼，指令程式碼可操作以控制其他此類可程式化裝置之電腦以實現預設的功能。指令程式碼所在的電腦可讀媒體可採取各種形式，舉例來說，可移除式磁碟、揮發或非揮發記憶體等。
    在本發明一特定具體實施例中，記憶體(其可局部地包括於處理器922內或全域地包括於系統900內)可操作以儲存用以執行圖1A至8所描述之任何操作的指令。記憶體可在揮發或非揮發形式中採取各種形式，例如可移除式磁碟、嵌入式記憶體等，且可包括於各種不同系統內，例如電腦系統、嵌入式處理器、圖形處理器、或圖形處理次系統，像是圖形卡。
    圖10描述根據本發明之圖9的範例性圖形處理次系統920。圖形處理次系統920包括平行處理元件及其關聯的局部L1快取，以及操作以儲存用以實現圖1A至8所描述之方法的通用記憶體塊。次系統920更可包括一或多驅動器1010，用以根據本文中所描述的方法而控制次系統920的操作。在一具體實施例中，次系統920係包括於一圖形卡中。在另一具體實施例中，次系統920係包括於電腦或工作站的主機板內或在一遊戲機上。在另一具體實施例中，次系統920係實現於嵌入式系統中，例如行動電話。
    所使用之「一(a或an)」一詞係指一個或多於一個所描述的特徵。此外，「耦合」或「連接」一詞係指直接地或透過一或多個中介結構或物質而彼此溝通的特徵。方法流程中所提到之操作及動作的序列為範例性的，且操作及動作可以不同的序列進行，也可同時進行兩個或更多操作及動作。申請專利範圍中所包括的元件符號(若有的話)係指所主張特徵的一範例性具體實施例，且所主張特徵不限於元件符號所指之特定具體實施例。所主張特徵的範疇應由申請專利範圍的用語所定義，如同元件符號不存在那裡。本文中所提及之所有出版物、專利及其他文件的整體內容係併入本文中作為參考。針對任何此類併入文件及本文件之間的任何不一致使用，本文件應主控。
    上述本發明範例性具體實施例已足夠詳細地描述以致能熟此技藝者實施本發明，且應了解到，可組合具體實施例。所描述的具體實施例係選擇以最佳闡述本發明原理及其實際應用，藉此使其他熟此技藝者最佳地利用本發明於各種具體實施例且具有適合所思及之特定使用之各種修改。本發明範疇係意欲僅由後附申請專利範圍所界定。
    1100‧‧‧三角形
    1101‧‧‧三角形
    110a0‧‧‧頂點
    110b0‧‧‧頂點
    110c0‧‧‧頂點
    110a1‧‧‧頂點
    110b1‧‧‧頂點
    110c1‧‧‧頂點
    110a'‧‧‧頂點線
    110b'‧‧‧頂點線
    110c'‧‧‧頂點線
    112‧‧‧錐台平面
    113‧‧‧相機點
    114‧‧‧錐台平面
    116‧‧‧相機視軸
    120‧‧‧相機空間
    210a‧‧‧界限頂點
    210b‧‧‧界限頂點
    210a'‧‧‧界限線
    210b'‧‧‧界限線
    220a‧‧‧界限頂點
    220b‧‧‧界限頂點
    230‧‧‧圖磚
    240‧‧‧頂點
    242‧‧‧視線
    244‧‧‧角度
    245‧‧‧線
    250‧‧‧界限容積
    260a‧‧‧取樣點
    260b‧‧‧取樣點
    310‧‧‧區域
    312‧‧‧虛線
    314‧‧‧虛線
    320‧‧‧區域
    322‧‧‧虛線
    322'‧‧‧界限線
    324‧‧‧虛線
    324'‧‧‧界限線
    330‧‧‧限制範圍
    412‧‧‧界限結構
    412a‧‧‧低範圍
    412b‧‧‧高範圍
    414‧‧‧界限結構
    414a‧‧‧低範圍
    414b‧‧‧高範圍
    420‧‧‧軌道
    430‧‧‧圖磚
    550‧‧‧界限容積
    560a‧‧‧取樣
    560b‧‧‧取樣
    700‧‧‧方法
    800‧‧‧方法
    900‧‧‧系統
    920‧‧‧圖形處理次系統
    922‧‧‧處理器
    924‧‧‧記憶體介面
    925‧‧‧框緩衝器
    926‧‧‧掃描輸出處理器
    930‧‧‧鏈接
    940‧‧‧輸出裝置
    1010‧‧‧驅動器
    圖1描述根據本發明一具體實施例之相機空間中三角形的動作；圖2A至2G描述根據本發明之基元之界限線及界限頂點的形成；圖2H描述針對圖2A至2G所示之基元之T界限的計算作為在對偶空間中之左及右界限線的函數；圖2I描述根據本發明之界限容積的建構，其係利用所計算之T界限；圖3A至3C描述根據本發明之用以計算T界限的第二具體實施例；圖4A及4B根據本發明描述一三角形在螢幕空間展現視運動為水平透鏡維度(u)的一函數；圖5A及5B根據本發明描述界限容積分別作為水平及垂直透鏡維度(u)及(v)的函數；圖6A根據本發明描述針對在x影像空間座標及其對應的u透鏡空間座標中之透鏡上的末端位置而計算的範例性界限；圖6B描述根據本發明之越過右錐台平面之凸包的範例性具體實施例；圖7描述根據本發明之一範例性方法，其用以降低用以顯示一影像之區域而測試之取樣的數量；圖8描述根據本發明之一範例性方法，其用以顯示一影像之區域；圖9描述根據本發明之實用圖1A至8所描述方法的一範例性系統；以及圖10描述根據本發明之圖9所示之範例性圖形處理次系統。
    為清楚起見，先前所描述的特徵在後續的圖式中保持其元件符號。
    700‧‧‧方法
    权利要求:
    Claims (20)
    [1] 一種用以降低用以顯示一影像之一螢幕空間區域而測試之取樣點的數量的方法，該方法包含：針對在所要顯示之一影像內延伸的一基元建構一軌道；針對所要顯示之該影像之一螢幕空間區域建構一界限容積，其中該界限容積包含定義為該基元之該軌道之一函數之在一非螢幕維度中的一界限，且其中該界限容積係與該螢幕空間區域的一部份重疊；以及排除測試位於該螢幕空間區域內且不與該界限容積重疊的一或多個取樣點。
    [2] 如請求項1所述之方法，其中建構一軌道之該步驟包含建構該基元之該軌道於所要顯示之該影像的相機空間中；以及其中建構一界限容積之該步驟包含針對該螢幕空間區域建構一軸對齊界限盒，該軸對齊界限盒在時間維度中具有一最小界限及一最大界限，其係定義為該基元之該相機空間軌道之一函數。
    [3] 如請求項2所述之方法，其中建構一界限容積之該步驟更包含：將該基元之複數個頂點之每一者從相機空間映射至對偶空間，其中每一頂點係表示為一頂點線，藉此產生複數個頂點線；形成複數個界限線，其限制該頂點線於該對偶空間之一部份之上；以及計算在該時間維度中之該最小及最大界限為該界限線的一函數。
    [4] 如請求項1所述之方法，其中建構一軌道之該步驟包含建構該基元之該軌道於所要顯示之該影像的螢幕空間中；以及其中建構一界限容積之該步驟包含針對該螢幕空間區域建構一軸對齊界限盒，該軸對齊界限盒在一透鏡維度(u,v)中具有一最小界限及一最大界限，其係定義為該基元之該螢幕空間軌道之一函數。
    [5] 如請求項4所述之方法，其中建構一軌道之該步驟包含：決定分別在第一及第二透鏡位置(u,v)之該基元的第一及第二螢幕空間位置；以及建構在該基元之該第一及第二螢幕空間位置之間延伸的一螢幕空間軌道。
    [6] 一種用以顯示一影像之一螢幕空間區域的方法，該方法包含：識別所要顯示之一螢幕空間區域；針對在該螢幕空間區域之一基元建構一軌道；針對該螢幕空間區域建構一界限容積，其中該界限容積包含定義為該基元之該軌道之一函數之在一非螢幕維度中的一界限，且其中該界限容積係與該螢幕空間區域的一部份重疊；排除測試位於該螢幕空間區域內且不與該界限容積重疊的一或多個取樣點；測試位於該螢幕空間區域內且與該基元之該界限容積重疊的取樣點；以及基於該測試的取樣點顯示該影像的該螢幕空間區域。
    [7] 如請求項6所述之方法，其中建構一軌道之該步驟包含建構該基元之該軌道於所要顯示之該影像的相機空間中；以及其中建構一界限容積之該步驟包含針對該螢幕空間區域建構一軸對齊界限盒，該軸對齊界限盒在時間維度中具有一最小界限及一最大界限，其係定義為該基元之該相機空間軌道之一函數。
    [8] 如請求項7所述之方法，其中建構一界限容積之該步驟更包含：將該基元之複數個頂點之每一者從相機空間映射至對偶空間，其中每一頂點係表示為一頂點線，藉此產生複數個頂點線；形成複數個界限線，其限制該頂點線於該對偶空間之一部份之上；以及計算在該時間維度中之該最小及最大界限為該界限線的一函數。
    [9] 如請求項6所述之方法，其中建構一軌道之該步驟包含建構該基元之該軌道於所要顯示之該影像的螢幕空間中；以及其中建構一界限容積之該步驟包含針對該螢幕空間區域建構一軸對齊界限盒，該軸對齊界限盒在一透鏡維度(u,v)中具有一最小界限及一最大界限，其係定義為該基元之該螢幕空間軌道之一函數。
    [10] 如請求項9所述之方法，其中建構一軌道之該步驟包含：決定分別在第一及第二透鏡位置(u,v)之該基元的第一及第二螢幕空間位置；以及建構在該基元之該第一及第二螢幕空間位置之間延伸的一螢幕空間軌道。
    [11] 一種可操作以降低用以顯示一影像之一螢幕空間區域而測試之取樣點的數量的系統，該系統包含一處理器可操作以：針對在所要顯示之一影像內延伸的一基元建構一軌道；針對所要顯示之該影像之一螢幕空間區域建構一界限容積，其中該界限容積包含定義為該基元之該軌道之一函數之在一非螢幕維度中的一界限，且其中該界限容積係與該螢幕空間區域的一部份重疊；以及排除測試位於該螢幕空間區域內且不與該界限容積重疊的一或多個取樣點。
    [12] 如請求項11所述之系統，其中用以建構一軌道之處理器操作更包含建構該基元之該軌道於所要顯示之該影像的相機空間中；以及其中用以建構一界限容積之處理器操作更包含針對該螢幕空間區域建構一軸對齊界限盒，該軸對齊界限盒在時間維度中具有一最小界限及一最大界限，其係定義為該基元之該相機空間軌道之一函數。
    [13] 如請求項12所述之系統，其中用以建構一界限容積之處理器操作更包含：將該基元之複數個頂點之每一者從相機空間映射至對偶空間，其中每一頂點係表示為一頂點線，藉此產生複數個頂點線；形成複數個界限線，其限制該頂點線於該對偶空間之一部份之上；以及計算在該時間維度中之該最小及最大界限為該界限線的一函數。
    [14] 如請求項11所述之系統，其中用以建構一軌道之處理器操作更包含建構該基元之該軌道於所要顯示之該影像的螢幕空間中；以及其中用以建構一界限容積之處理器操作更包含針對該螢幕空間區域建構一軸對齊界限盒，該軸對齊界限盒在一透鏡維度(u,v)中具有一最小界限及一最大界限，其係定義為該基元之該螢幕空間軌道之一函數。
    [15] 如請求項14所述之系統，其中用以建構一軌道之處理器操作更包含：決定分別在第一及第二透鏡位置(u,v)之該基元的第一及第二螢幕空間位置；以及建構在該基元之該第一及第二螢幕空間位置之間延伸的一螢幕空間軌道。
    [16] 一種可操作以顯示一影像之一螢幕空間區域的系統，該系統包含一處理器可操作以：識別所要顯示之一螢幕空間區域；針對在該螢幕空間區域之一基元建構一軌道；針對該螢幕空間區域建構一界限容積，其中該界限容積包含定義為該基元之該軌道之一函數之在一非螢幕維度中的一界限，且其中該界限容積係與該螢幕空間區域的一部份重疊；排除測試位於該螢幕空間區域內且不與該界限容積重疊的一或多個取樣點；測試位於該螢幕空間區域內且與該基元之該界限容積重疊的取樣點；以及基於該測試的取樣點顯示該影像的該螢幕空間區域。
    [17] 如請求項16所述之系統，其中用以建構一軌道之處理器操作更包含建構該基元之該軌道於所要顯示之該影像的相機空間中；以及其中用以建構一界限容積之處理器操作更包含針對該螢幕空間區域建構一軸對齊界限盒，該軸對齊界限盒在時間維度中具有一最小界限及一最大界限，其係定義為該基元之該相機空間軌道之一函數。
    [18] 如請求項17所述之系統，其中用以建構一界限容積之處理器操作更包含：將該基元之複數個頂點之每一者從相機空間映射至對偶空間，其中每一頂點係表示為一頂點線，藉此產生複數個頂點線；形成複數個界限線，其限制該頂點線於該對偶空間之一部份之上；以及計算在該時間維度中之該最小及最大界限為該界限線的一函數。
    [19] 如請求項16所述之系統，其中用以建構一軌道之處理器操作包含建構該基元之該軌道於所要顯示之該影像的螢幕空間中；以及其中用以建構一界限容積之處理器操作包含針對該螢幕空間區域建構一軸對齊界限盒，該軸對齊界限盒在一透鏡維度(u,v)中具有一最小界限及一最大界限，其係定義為該基元之該螢幕空間軌道之一函數。
    [20] 如請求項19所述之系統，其中用以建構一軌道之處理器操作更包含：決定分別在第一及第二透鏡位置(u,v)之該基元的第一及第二螢幕空間位置；以及建構在該基元之該第一及第二螢幕空間位置之間延伸的一螢幕空間軌道。
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