3D绘图的边界盒
专利汇可以提供3D绘图的边界盒专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一用以处理一作图基元以便显示于一显示区域中的系统与方法，其中此显示区域的大小范围由一剪窗口所定义。此作图基元是一位于观看空间中的对象的构件，其中此观看空间包含一近平面、一远平面以及一或多个由使用者所定义的 修剪 平面。这些平面是用以决定此作图基元中将被描绘以显示于上述显示区域中的部分。作图基元被圈封于一边界盒内，此边界盒首先根据一与作图基元相交的Znear修剪平面而作调整以缩小边界盒的大小范围，随后此经调整的边界盒更进一步与上述的剪窗口做重叠比较，若边界盒部分落出剪窗口以外，则修正边界盒以使边界盒完全落入剪窗口内；最终得到的边界盒是用以决定此作图基元中将被描绘以显示于显示区域中的部分。，下面是3D绘图的边界盒专利的具体信息内容。
1、一种处理一作图基元以显示于一显示空间中的方法，其中该 显示空间是由一剪窗口所定义，且该作图基元是一位于一观看空间中 的对象的构件，该观看空间包含一具有一涵盖侧与一排除侧的修剪平 面，该方法至少包含：
根据该作图基元形成一初始边界盒于该显示空间内，其中，该显 示空间包含一藉由位于该观看空间内的该修剪平面所造成的边界，且 该初始边界盒仅包含位于该修剪平面的涵盖侧中的顶点；
当该修剪平面与该作图基元相交时，则调整该初始边界盒以使得 所有的相交点落入该经调整的边界盒内；
当该经调整的边界盒部分落出该剪窗口以外时，则根据该剪窗口 的边界进一步修正该经调整的边界盒；以及
描绘落入该经修正的边界盒内的部分该作图基元。
2、根据权利要求1所述的处理作图基元的方法，其中上述的初始 边界盒具有一左端x坐标与一右端x坐标，且一具有x坐标与y坐标的顶 点是位于该作图基元与该修剪平面的一边界的相交处；以及
其中上述的调整该初始边界盒的方法包含：
比较该初始边界盒的左端x坐标与该相交处顶点的x坐标以判定 何者较小；
比较该初始边界盒的右端x坐标与该相交处顶点的x坐标以判定 何者较大；以及
调整该初始边界盒的左端x坐标至该较小的x坐标值，或是调整该 边界盒的右端x坐标至该较大的x坐标值。
3、根据权利要求1所述的处理作图基元的方法，其中上述的初始 边界盒具有一上端y坐标与一下端y坐标，且一具有x坐标以及y坐标的 顶点是位于该作图基元与该修剪平面的一边界的相交处；以及
其中上述的调整该初始边界盒的方法包含：
比较该初始边界盒的上端y坐标与该相交处顶点的y坐标以判定 何者较小；
比较该初始边界盒的下端y坐标与该相交处顶点的y坐标以判定 何者较大；以及
调整该初始边界盒的上端y坐标至该较小的y坐标值，或是调整该 初始边界盒的下端y坐标至该较大的y坐标值。
4、根据权利要求1所述的处理作图基元的方法，其中上述的经调 整边界盒具有一左端x坐标与一右端x坐标；
其中上述的剪窗口具有一最大的x坐标与一最小的x坐标；以及
其中上述的修正该经调整边界盒的方法包含：
比较该经调整边界盒的左端x坐标与该剪窗口的最小x坐标以判 定何者较大；以及
修正该经调整边界盒的左端x坐标至该较大的x坐标值。
5、根据权利要求1所述的处理作图基元的方法，其中上述的经调 整边界盒具有一左端x坐标与一右端x坐标；
其中上述的剪窗口具有一最大的x坐标与一最小的x坐标；以及
其中上述的修正该经调整边界盒的方法包含：
比较该经调整边界盒的右端x坐标与该剪窗口的最大x坐标以判 定何者较小；以及
修正该经调整边界盒的右端x坐标至该较小的x坐标值。
6.一种处理一作图基元以显示于一显示空间中的装置，其中该显 示空间是由一剪窗口所定义，且该作图基元是一位于一观看空间中的 对象的构件，该观看空间包含至少一修剪平面，以及一初始边界盒于 该显示空间内，该装置至少包含：
x方向修剪逻辑，该x方向修剪逻辑具有一组输入端以接收该初始 边界盒的一左端x坐标与一右端x坐标，且该x方向修剪逻辑是根据该 作图基元调整该初始边界盒的该x坐标；
y方向修剪逻辑，该y方向修剪逻辑具有一组输入端以接收该初始 边界盒的一上端y坐标与一下端y坐标，且该y方向修剪逻辑是根据该 作图基元调整该初始边界盒的该y坐标；
x方向窗口剪逻辑，该x方向窗口剪逻辑与该x方向修剪逻辑耦合 以接收该经调整初始边界盒的该x坐标，且该x方向窗口剪逻辑是用以 修正该经调整初始边界盒的该x坐标；以及
y方向窗口剪逻辑，该y方向窗口剪逻辑与该y方向修剪逻辑耦合 以接收该经调整初始边界盒的该y坐标，且该y方向窗口剪逻辑是用以 修正该经调整初始边界盒的该y坐标。
7、根据权利要求6所述的处理作图基元的装置，其中处理该初始 边界盒左端坐标的x方向修剪逻辑与处理该初始边界盒上端坐标的y 方向修剪逻辑包含：
一多任务器，该多任务器对一第一状态机器信号产生反应以选择 一初始边界盒坐标或是一相交顶点坐标；
一缓存器，当一致能讯号作动时，该缓存器配合时脉以储存该多 任务器所选择的坐标；以及
一比较器，该比较器对一第二状态机器信号产生反应以比较一第 一坐标与一第二坐标，且在该第一坐标小于该第二坐标时提供该致能 信号，其中，该第一坐标是一相交顶点坐标且该第二坐标是该缓存器 的输出。
8.根据权利要求6所述的处理作图基元的装置，其中处理该初始 边界盒右端坐标的x方向修剪逻辑与处理该初始边界盒下端坐标的y 方向修剪逻辑包含：
一多任务器，该多任务器对一第一状态机器信号产生反应以选择 一初始边界盒坐标或是一相交顶点坐标；
一缓存器，当一致能讯号作动时，该缓存器配合时脉以储存该多 任务器所选择的坐标；以及
一比较器，该比较器对一第二状态机器信号产生反应以比较一第 一坐标与一第二坐标，并在该第一坐标大于该第二坐标时提供该致能 信号，其中，该第一坐标是一相交顶点坐标且该第二坐标是该缓存器 的输出。
9、根据权利要求6所述的处理作图基元的装置，其中处理该初始 边界盒左端坐标的x方向窗口剪逻辑与处理该初始边界盒上端坐标的 y方向窗口剪逻辑包含：
一多任务器，该多任务器对一选择输入产生反应以选择一已储存 的经调整坐标或是一剪窗口坐标；
一用以储存该剪窗口坐标的缓存器；以及
一比较器，该比较器对一状态机器信号产生反应以比较该已储存 的经调整坐标与该剪窗口坐标，并提供一与该选择输入相连结的输 出，其中，该输出是用以指出该已储存的经调整坐标与该剪窗口坐标 何者的坐标值较小。
10、根据权利要求6所述的处理作图基元的装置，其中处理该初 始边界盒右端坐标的x方向窗口剪逻辑与处理该初始边界盒下端坐标 的y方向窗口剪逻辑包含：
一多任务器，该多任务器对一选择输入产生反应以选择一已储存 的经调整坐标或是一剪窗口坐标；
一用以储存该剪窗口坐标的缓存器；以及
一比较器，该比较器对一状态机器信号产生反应以比较该已储存 的经调整坐标与该剪窗口坐标，并提供一与该选择输入相连结的输 出，其中，该输出是用以指出该已储存的经调整坐标与该剪窗口坐标 何者的坐标值较大。
技术领域
本发明是有关于一种具有改良效率的方法以决定是否描绘某一 作图基元，特别是有关于一种使用一边界盒以决定是否描绘某一作图 基元的方法，其中此作图基元是被圈封于该边界盒内。
背景技术
在观看空间中，常见的方法是考虑一观看体积(view volume)，此 观看体积包含一近平面、一远平面以及连结此两平面的四个侧面(side surface)。此外，在上述的近平面与远平面中常会置入一显示平面 (display plane)，以及任意个数的由使用者所定义的修剪平面 (user-defined clip plane)。此具有六个面的观看柱状体(view frustum)以 及由使用者所定义的修剪平面是用以决定一对象(object)在最后呈现 的影像(rendered image)中是否为可视见的(visible)。若对象是由如线 条或是三角形的像素(primitive)所构成，则必须预先决定这些像素是 否会出现在最后呈现的影像中。一般来说，要精确地知道各像素中哪 些应该被描绘并出现在最后呈现的影像中是很困难的，特别是在有上 述的使用者所定义的修剪平面存在的状况。故此，一简单快速的决定 方法是当前所急需努力的目标。
发明内容
一根据本发明所建构的装置包含一用以处理一作图基元以便显 示在一由一剪窗口所定义的显示空间内的装置，其中该作图基元是一 存在于观看空间中的对象的构件，并此观看空间包含一具有一涵盖侧 与一排除侧的修剪平面；上述的作图基元于显示空间内具有一初始边 界盒。此装置包含x方向修剪逻辑(x-clipping logic)、y方向修剪逻辑 (y-clipping logic)、x方向剪窗口逻辑(x-scissors window logic)以及y方 向剪窗口逻辑(y-scissors window logic)。x方向修剪逻辑具有输入端以 接收初始边界盒左右两端的x坐标，并根据作图基元调整此初始边界 盒左右两端的x坐标。y方向修剪逻辑具有输入端以接收初始边界盒上 下两端的y坐标，并根据作图基元调整此初始边界盒上下两端的y坐 标。x方向剪窗口逻辑是与x方向修剪逻辑耦合(coupled with)以接收上 述的经调整边界盒的x坐标，并且x方向剪窗口逻辑可进一步修正此经 调整边界盒的x坐标。y方向剪窗口逻辑是与y方向修剪逻辑耦合以接 收上述的经调整边界盒的y坐标，并且y方向剪窗口逻辑可进一步修正 此经调整边界盒的y坐标。
本发明的一优点为：边界盒的使用可缩小作图基元所需的绘图面 积(draw area)。
本发明的另一优点为：边界盒的使用有助于在绘图工作的初期即 舍弃不必要的像素。
本发明的更另一优点为：边界盒的使用可降低因缺乏计算精确性 而造成影像品质低劣的风险。
附图说明
上述本发明的发明特征、优点与实施方式将藉由详细叙述、专利 申请范围与所附图标加以说明，其中：
图1所示为一圈封一三角形于其内的标准边界盒；
图2所示为一初始边界盒，其中一顶点V1是位于Znear修剪平面之 外(outside the Znear clipping plane)；
图3所示为有一第一新修剪顶点(x1，y1)的边界盒；
图4所示为有一第二新修剪顶点(x2，y2)的边界盒；
图5所示为一经调整的边界盒，其中此边界盒是与一剪窗口部分 重叠；
图6所示为多种硬件状态的状态示意说明图；
图7所示为x方向坐标处理电路的示意方块图；
图8所示为y方向坐标处理电路的示意方块图；以及
图9A至图9E所示为根据本发明所建构的方法的步骤流程图。
【主要代表符号】
V0顶点 V1顶点
V2顶点 10标准边界盒 12三角形 14初始边界盒
16边界盒 18第一新修剪顶点
20Znear修剪平面之一边界 22第二新修剪顶点
24边界盒 26剪窗口
28边界盒
50x方向坐标处理电路
52MINX缓存器 54MAXX缓存器
56MINX比较器 58MAXX比较器
60多任务器 62多任务器
64MIN比较器 66MAX比较器
68MIN多任务器 70MAX多任务器
72剪窗口MINX缓存器
74剪窗口MAXX缓存器
76X先进-先出串行
78MINX_INI缓存器
80MAXX_INI缓存器
90y方向坐标处理电路
92MINY缓存器 94MAXY缓存器
96MINY比较器 98MAXY比较器
100多任务器 102多任务器
104MIN比较器 106MAX比较器
108MIN多任务器 110MAX多任务器
112剪窗口MINX缓存器
114剪窗口MAXX缓存器
116Y先进-先出串行
118MINY_INI缓存器
120MAXY_INI缓存器
200形成一初始边界盒以圈封作图基元位于修剪平面涵盖 侧中之顶点
202判断修剪平面是否与作图基元相交
204调整边界盒以使得修剪平面与作图基元之相交点落入边界 盒内
206判断边界盒是否部分落出剪窗口之外
208修正边界盒之边界以令边界盒完全落入剪窗口内
210描绘落入边界盒内之部分作图基元
220决定修剪平面之涵盖侧以及排除侧
222产生一边界盒以使得位于修剪平面涵盖侧之顶点落入此边 界盒内
224比较边界盒左端x坐标以及修剪窗口与作图基元相交点的x 坐标以决定何者之值较小
226比较边界盒右端x坐标以及修剪平面与作图基元相交点的x 坐标以决定何者之值较大
228将边界盒左端x坐标调整至上述之较小x坐标
230将边界盒右端x坐标调整至上述之较大x坐标
240比较边界盒上端y坐标以及修剪平面与作图基元相交点的y 坐标以决定何者之值较小
242比较边界盒下端y坐标以及修剪平面与作图基元相交点的y 坐标以决定何者之值较大
244将边界盒上端y坐标调整至上述之较小y坐标
246将边界盒下端y坐标调整至上述之较大y坐标
248比较边界盒左端x坐标与剪窗口之最小x坐标以决定何者之 值较大
250将边界盒左端x坐标调整至上述之较大x坐标
252比较边界盒右端x坐标与剪窗口之最大x坐标以决定何者之 值较小
254将边界盒右端x坐标调整至上述之较小x坐标
256比较边界盒上端y坐标与剪窗口之最小y坐标以决定何者之 值较大
258将边界盒上端y坐标调整至上述之较大y坐标
260比较边界盒下端y坐标与剪窗口之最大y坐标以决定何者较 小
262将边界盒下端y坐标调整至上述之较小y坐标
具体实施方式
图2所示为一初始边界盒14，其中顶点V2是位于Znear修剪平面之 外。边界盒14是由非位于Znear修剪平面以外的顶点V0与顶点V1所形 成。
图3所示为一边界盒16，图中有一第一新修剪顶点(first new clipping vertex)18，其坐标为(x1，y1)，此顶点18是位于Znear修剪平面 的其中一边界20与作图基元12的相交处；边界盒16扩张至此相交点并 将此相交点包含于其内。
图4所示为一边界盒16，图中有一第二新修剪顶点(second new clipping vertex)22，其坐标为(x2，y2)。图4说明了即使Znear修剪平面 与作图基元有两个相交点18与22，边界盒16仍是扩张至距离位于 Znear修剪平面排除侧的顶点V2最近的相交点18。
图5A所示为经调整的边界盒24形成之后与剪窗口26重叠相交的 情况。当边界盒依据修剪平面而调整之后，将此经调整的边界盒24 与剪窗口重叠并比较两者的边界，若此经调整的边界盒24部分落出剪 窗口26之外，则缩小边界盒24至如图5B中所示的边界盒28；此缩减 过程的目的是为尽可能将边界盒缩到最小。本方法可防止像素中不会 出现在2D显示空间中的部分被描绘出，进而避免绘图引擎工作资源 的浪费并提升整体绘图运算效能。
图6所示是为多种硬件状态(various hardware states)的状态示意说 明图。图6中的状态0是产生特征卷标(flag)以标明哪些顶点是位于 Znear修剪平面的排除侧，例如，在图2中，顶点V2是位于Znear修剪 平面的排除侧。图6中的状态1是根据非位于Znear修剪平面排除侧的 顶点形成一初始边界盒，例如图2中所示的初始边界盒14。若仅有一 个顶点是非位于Znear修剪平面的排除侧，则此时初始边界盒是为一 点；此种边界盒无法被使用，因为此种边界盒内无任何像素可供描绘。 初始边界盒形成后将于状态1中被加载至MINX、MAXX、MINY与 MAXY缓存器(register)中，随后，于状态2中，Znear修剪平面与绘图 基元的相交点被辨识成应落入边界盒中的新顶点，根据这些新顶点， 边界盒的边界范围将被调整至距离排除点(excluded vertex)(也即位于 Znear修剪平面排除侧中的顶点)最近的新顶点处。状态3是重叠并比 较经调整的边界盒与剪平面以形成一最终边界盒，此最终边界盒随后 被加载一先进-先出串行(FIFO)中。
图7所示是为一x方向坐标处理电路(x-coordinate processing circuitry)50的示意方块图。此x方向坐标处理电路50包含一MINX缓存 器52与一MAXX缓存器54；一MINX_INI缓存器78与一MAXX_INI缓 存器80；一MINX比较器56与一MAXX比较器58；一用以提供输入资 料至MINX缓存器52中的多任务器60以及一用以提供输入资料至 MAXX缓存器54中的多任务器62。此外，此电路系统的另一部份为剪 逻辑(scissoring logic)，其中包含一MIN比较器64与一MAX比较器66； 一MIN多任务器68与一MAX多任务器70；一剪窗口MINX缓存器72 与一剪窗口MAXX缓存器74。经修剪(scissoring)处理后的结果将被输 入至一X先进-先出串行76中。
图7所示的x方向坐标处理电路50其工作流程如下：在状态1中， 多任务器60与多任务器62传递一MINX_INI信息与一MAXX_INI信息 至相对应的MINX缓存器52与MAXX缓存器54，接着在状态2中，使 用比较器56与比较器58将加载比较器56与比较器58的信息与自Znear 修剪平面得到的一NEWX信息(得自算术逻辑单元；ALU)作比较：若 NEWX的值小于MINX的值，则令NEWX配合时脉而进入MINX缓存 器52中，反之则MINX缓存器52不进行更新(update)。同样地，若NEWX 的值大于MAXX的值，则令NEWX进入MAXX缓存器54中，反之则 MAXX缓存器54不进行更新。上述图2与图3所示的状况中，NEWX 的值是大于MAXX_INI的值，因此NEWX值(也即图中的坐标X1)被更 新至MAXX缓存器54中。图4说明当Znear修剪平面与像素有两相交点 时，上述的过程是为两步骤程序：MAXX缓存器54先以X2进行更新 动作，继之再以X1进行更新动作。状态3是将比较MINX缓存器52以 及MAXX缓存器54中最后得到的值与剪窗口MINX缓存器72以及剪 窗口MAXX缓存器74中暂存的值：若MINX缓存器52之值小于剪窗口 MINX缓存器72之值，则一多路转接系统(MUX)可经由MIN多任务器 68将剪窗口MINX缓存器72之值传递至X边界盒先进-先出串行(x bounding box FIFO)76中，反之则MINX缓存器52之值将被传递至X边 界盒先进-先出串行76中；同样地，若MAXX缓存器54之值大于剪窗 口MAXX缓存器74之值，则剪窗口MAXX缓存器74之值将经由MAX 多任务器70被传递至X边界盒先进-先出串行76中(图5A与图5B中所 述即为此种情况的实例)；反之，则MAXX缓存器54之值将被传递至 一X边界盒先进-先出串行76中。
图8所示是为一y方向坐标处理电路(y-coordinate processing circuitry)90的示意方块图。此y方向坐标处理电路90包含一MINY缓存 器92与一MAXY缓存器94；一MINY_INI缓存器118与一MAXY_INI 缓存器120；一MINY比较器96与一MAXY比较器98；一用以提供输 入资料至MINY缓存器92中的多任务器100以及一用以提供输入资料 至MAXY缓存器94中的多任务器102。此外，此电路系统的另一部份 为剪逻辑(scissoring logic)，其包含一MIN比较器104与一MAX比较器 106；一MIN多任务器108与一MAX多任务器110；一剪窗口MINX缓 存器112与一剪窗口MAXX缓存器114。修剪后的结果将输入至一Y先 进-先出串行116。此系统的工作方式与图7中所述的相似，所不同的 为其是针对边界盒的上下两端的y坐标进行取舍。经比较后最后得到 的结果是输入至一Y边界盒先进-先出串行116中。
因此，上述的x方向与y方向坐标处理电路是以Znear修剪平面为 根据尽可能提供一具有最小范围的边界盒，并进一步利用剪窗口以调 整此边界盒的x坐标与y坐标。此工作使得显示时可描绘出最少部分的 作图基元(也即只描绘在显示器上为可视见者的部分)，故可减少绘图 工作进行时绘图系统硬件资源的浪费并提升整体绘图运算效率。
图9A至图9E所示为根据本发明所建构的方法的步骤流程图。首 先进行步骤200以形成一初始边界盒以圈封作图基元位于修剪平面涵 盖侧中的顶点。接着进行步骤202以判断修剪平面是否与作图基元相 交：若为是，则进行步骤204以调整边界盒，使得全部修剪平面与作 图基元的相交点落入边界盒内；若为否，则直接进行步骤206。步骤 206是为判断此经调整的边界盒是否部分落出剪窗口外，若为是，则 进行步骤208以修正边界盒以令边界盒完全落入剪窗口内；若为否， 则直接进行步骤210。步骤210是为描绘落入最终得到的边界盒内的部 分作图基元以显示于显示器上。
图9B所示是步骤200的施行步骤流程。首先进行步骤220以决定 修剪平面的涵盖侧以及排除侧，接着进行步骤222以产生一包含所有 作图基元位于修剪平面涵盖侧的顶点的边界盒。
另外图9B也显示步骤204中有关于x坐标者的施行步骤流程。首 先进行步骤224以比较边界盒左端x坐标以及修剪平面与作图基元相 交点的x坐标并决定何者的值较小。接着，进行步骤226以比较边界盒 右端x坐标以及修剪平面与作图基元相交点的x坐标并决定何者的值 较大。之后，进行步骤228以将边界盒左端x坐标调整至上述的于步骤 224中所决定的较小x坐标。随后进行步骤230以将边界盒右端x坐标调 整至上述的于步骤226中所决定的较大x坐标。
图9C所示是步骤204中有关于y坐标者的施行步骤流程。首先进 行步骤240以比较边界盒上端y坐标以及修剪平面与作图基元相交点 的y坐标并决定何者的值较小。接着，进行步骤242以比较边界盒下端 y坐标以及修剪平面与作图基元相交点的y坐标并决定何者的值较大。 之后，进行244，步骤244是为将边界盒上端y坐标调整至上述的于步 骤240中所决定的较小y坐标。随后进行步骤246，步骤246是为将边界 盒下端y坐标调整至上述的于步骤242中所决定的较大y坐标。
图9D所示是步骤208中有关于x坐标者的施行步骤流程。首先进 行步骤248以比较上述的经调整的边界盒左端x坐标与剪窗口的最小x 坐标以决定何者的值较大。接着，进行步骤250以将此经调整的边界 盒左端x坐标调整至上述的于步骤248中所决定的较大x坐标。之后， 进行步骤252以比较上述的经调整的边界盒右端x坐标与剪窗口的最 大x坐标以决定何者的值较小。随后进行步骤254以将此经调整的边界 盒右端x坐标调整至上述的于步骤252中所决定的较小x坐标。
图9E所示是步骤208中有关于y坐标者的施行步骤流程。首先进行 步骤256以比较上述的经调整的边界盒上端y坐标与剪窗口的最小y坐 标值以决定何者的值较大。接着，进行步骤258以将此经调整的边界 盒上端y坐标调整至上述的于步骤256中所决定的较大y坐标。之后， 进行步骤260以比较上述的经调整的边界盒下端y坐标与剪窗口的最 大y坐标值以决定何者较小。随后进行步骤262以将此经调整的边界盒 下端边界的y坐标调整至上述的于步骤260中所决定的较小y坐标。
上述的详细叙述仅为本发明的较佳实施例，本发明仍可能有其它 形式的实施方式，因此，本发明的精神与范围不应限制于上述的实施 例中。
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