专利名称：图像处理方法
技术领域：
本发明涉及图像处理技术，特别是涉及包括明暗处理在内的描绘所用的图像处理方法。
由于要求减少尺寸和重量，能装入便携式游戏机和类似设备的资源，在硬件和软件两方面都受到限制。因此，要求有能以简单的途径，提供逼真图像的设备和方法。
图像处理过程分为造型，以确定目标形状；描绘，即配置观察方向，表示目标看上去什么样；绘图，以产生输出显示。明暗处理是描绘的一部分，光线跟踪是一种描绘技术。
光线跟踪是在它们从光源到达眼睛之前，通过对光线的经历过程(反射，折射，阴影等)的计算，描绘反射物，透明目标或诸如此类的一种技术。但是，如果从光源跟踪光线，那么到达眼睛的光线是几乎不可能被跟踪的。因此，假想虚拟光线是从眼睛发射的，它们在与实际光线相反的方向上被跟踪。
在这一方法中，在虚拟光线到达目标并经受反射或折射之后，它们被继续跟踪。这就有可能描绘反射或透明的目标。光线从眼睛位置向每一网点发射，光线与它所射中的第一目标之间的交点被确定。这个目标是可见目标。在交点进行明暗处理，反射光线或透射光线依赖于目标的特性，作为二次光线发射，被继续跟踪。
图1是造型示例图，即鱼眼透镜造型方法。通过切去圆的一部分，造出鱼眼透镜的效果模型，圆的中心点表示为O，在屏幕上与点O距离的R1的地方放置(或显示)原始图片。使用这个模型，变换屏幕上每一象素位置的地址。详细地说，经过造型，与有待变换到屏幕上的点A2的象素位置相应的点A1被确定，它的地址被变换到点A2的地址。用这种方法进行图像处理。在下面的描述中，造型之后得到的象素位置(相应于图1中的A2)将称作造型后的象素位置，造型之前的相应象素位置(相应于图1中的A1)将称作造型前的象素位置。
在图1中，由于点O，距离R1和造型后的象素位置点A2是已知参数，所以屏幕与代表模型表面上的模截面的弧之间的距离R2(即弧上的点P与点A2之间的距离)被确定，于是与点A2相应的造型前的象素位置点A1的位置，利用相似三角形(由点A1，点A2和点P确定的三角形，相似于由点A1，点A3和点O确定的三角形)关系，为识别为点P和屏幕之间的交点。距离R2被称为点A2处的距离分量，由点A2和点P之间的线段长度确定，这两点是从造型后的象素位置A2所作垂直于屏幕的直线与屏幕及模型表面的交点。顺带提一下，虽然图1表示的是一个二维造型示例，但同样的方法也能增加一个维度而用于三维造型。
下面将描述圆柱的造型。上面已从一点(点O)开始作了鱼眼透镜模型。如果以一条直线(在图1中，垂直于纸面延伸的直线)代替这个点，就可以表示圆柱。图2是造型过程的流程图。在步骤1101中，指定造型后的象素位置，在步骤1102中，利用步骤1101中指定的造型后的象素位置，计算造型前的象素位置，并且，从造型后的象素位置划一条直线与屏幕和模型表面相交的两个交点之间的线段长度所确定的距离分量(它相应于图1中的R2)，被输出至存储器1104或类似单元。步骤1103中，象素被移动。造型过程中重复步骤1101至1103。
其次，将参考图3描述明暗处理。明暗处理涉及一种现象，即光线的入射角越大，射至目标表面的光线强度比正交入射越小。根据常用的方法，目标表面每单位面积上的光线强度由Xcosθ给出，这里，θ是来自光源S的光线的矢量1202与正交矢量1201之间的夹角，X是每单位面积上来自光源S的光量。
在描绘过程中，用光线跟踪法进行明暗处理，需要利用从光源至目标的入射角来确定目标表面上的光量。这就是说，从光源S来的光量X必须乘以cosθ。明暗处理经常是计算强度大，处理速度慢。
当从光源S来的每单位面积上的光量为X，光从光源S至目标的入射角为“θ”，如图3所示时，目标的光接收面积增大，而光与目标相交处的每单位面积上的光量下降至Xcosθ。
下面将参考图4描述余弦计算。用Av表示从交点至光源的矢量，Bv表示从交点至眼睛位置的矢量，那么，由内积(Av·Bv)和矢量绝对值之间的关系Av·Bv＝|A||B|cosθ，可得下列公式cosθ=Av·Bv|A||B|]]>公式的分母被给为矢量Av和Bv的长度分量的乘积，涉及乘法，要求比加法多的大量计算。
cosθ确定之后，它必须以每单位面积上的光量X相乘，进一步增加了计算量。
由于用常用的光线跟踪法进行明暗处理涉及如上所述大量计算，若以高速进行明暗处理，图像处理设备就必定要配备庞大硬件例如乘法器。但对便携式游戏机或类似设备来说，是不希望要乘法器或类似装置的，它们高度期待的小而重要轻。
为达到上述目的，根据本发明的一种图像处理方法包括第一步骤，即，计算距离分量它是屏幕与模型表面之间的距离；和第二步骤，即，将基于距离分量得到的明暗处理值与明暗处理前距离分量中的亮度值相加，以获得明暗处理后距离分量的亮度值。
另外，根据优选实施例，第一步骤可包括造型步骤，即，计算屏幕上的造型前的象素位置与造型后的象素位置之间的相应之处，以及造型后的象素位置上的距离分量；和第二步骤可包括明暗处理值产生步骤，即，基于造型后的象素位置上的距离分量，产生造型后的象素位置上的象素的明暗处理值，和明暗处理数据预备步骤，即，通过将造型后的象素位置上的象素的明暗处理值，加到造型后的象素位置上的象素的明暗处理前颜色数据中的亮度值上，准备好造型后的象素位置上的象素的明暗处理后颜色数据。
本发明的上述和其他有关目的及特点，从下面结合附图所作的描述，以及所附权利要求指出的创新要素中，将变得更加清楚。
图1是造型方法的示意图；图2是造型过程的流程图；图3是明暗处理方法的示意图；图4是如何求得余弦值的示意图；图5是说明根据本发明的第一实施例的图像处理方法的图像处理设备的配置示例图；图6是说明根据本发明的第一实施例的图像处理方法的流程图；图7是说明根据本发明的第二实施例的图像处理方法的图像处理设备的配置示例图；图8是说明根据本发明的第二实施例的图像处理方法的流程图；图9是说明根据本发明的第三实施例的图像处理方法的图像处理设备的配置示例图；
图10是说明根据本发明的第三实施例的图像处理方法的流程图；图11是说明根据本发明的第四实施例的图像处理方法的图像处理设备的配置示例图；图12是说明根据本发明的第四实施例的图像处理方法的流程图；图13是说明根据本发明的第五实施例的图像处理方法的图像处理设备的配置示例图；图14是说明根据本发明的第五实施例的图像处理方法的流程图；图15是根据本发明的明暗处理方法的示意图。
本发明基于距离分量，在造型后的象素位置上产生象素的明暗处理值，每一距离分量，是由两点之间，即从造型后的象素位置划一条与屏幕垂直的直线与屏幕和模型表面的交点之间的线段长度所确定的距离(即屏幕与模型表面之间的距离)；将明暗处理值加在造型后的象素位置上的象素颜色数据(即造型之前的颜色数据)中的亮度值上；并输出结果值作为象素明暗处理后的颜色数据中的亮度值。在下面的描述中，在明暗处理之前的颜色数据将被称为明暗处理前的颜色数据，在明暗处理之后的颜色数据将被称为明暗处理后的颜色数据。根据本发明，明暗处理值根据距离分量(图15中的R4)与用作亮度参考的预定距离分量(图15中的R3)之间的比率来确定。因此，本发明取消了余弦计算的需要，从而简化了图像处理装置的配置。
图5和6是说明本发明图像处理方法第一实施例的示意图。图5表示处理设备的配置，而图6是图像处理的流程图。参考图5，图像处理设备包括造型块101，其接收造型后的象素位置的输入和反向计算造型前的象素位置；距离分量存储器102，其存储距离分量(每个距离分量是由两点之间，即从造型后的象素位置划一条与屏幕垂直的直线与屏幕和模型表面的交点之间的线段长度所确定的距离)和造型前的象素位置；明暗处理值产生电路103，其使用从距离分量存储器102输出的距离分量计算颜色数据的明暗处理值；颜色数据存储器105，其存储与造型前的象素位置对应的一帧图像的颜色数据；和加法器104，其将明暗处理值产生电路103确定的值与颜色数据相加，颜色数据是利用造型前的象素位置的地址从颜色数据存储器105读出的(读出的颜色数据与原始图片的颜色数据相同，它也是与作为地址输入的造型前的象素位置相应的造型后的象素位置上的象素的明暗处理前颜色数据)。在这里，参考图1，首先确定造型后的象素位置(图1的点A2)，然后，反向沿着路径A2、P、A1确定相应的造型前的象素位置(图1的A1)。
输入造型块101的信号S1，指示造型后的象素位置。从造型块101输出并输入距离分量存储器102的信号S2，指示造型前的象素位置。从造型块101输出并输入距离分量存储器102的信号S3，指示距离分量，其是由两点之间，即从造型后的象素位置划一条与屏幕垂直的直线与屏幕和模型表面的交点之间的线段长度所确定的距离。
从距离分量存储器102读出并输入明暗处理值产生电路103的信号S7，指示距离分量，其是由两点之间，即从造型后的象素位置划一条与屏幕垂直的直线与屏幕和模型表面的交点之间的线段长度所确定的距离。从距离分量存储器102读出并输入颜色数据存储器105的信号S8，指示造型前的象素位置。
从明暗处理值产生电路103输出并输入加法器104的信号S4，指示将要加到象素颜色数据上的明暗处理值。从颜色数据存储器105读出并输入加法器104的信号S5，指示造型后的象素位置上的象素颜色数据(此后称作造型后象素颜色数据)，信号S5也指示造型前象素颜色数据。从加法器104输出的信号S6，指示明暗处理后象素颜色数据。信号S8用作颜色数据存储器105的地址信号。以颜色数据存储器105的地址读出颜色数据的信号S5，用作造型后的象素位置上的象素的明暗处理前颜色数据(此后称作造型后象素颜色数据)。
下面，将参考图5，概述图像处理设备的操作。造型块101使用预定的造型方法(例如，用鱼眼，环形圆柱体等)，基于造型后的象素位置S1，计算并输出造型前的象素位置S2和距离分量S3。
距离分量存储器102存储一帧的造型前的象素位置S2和距离分量S3。同样，距离分量存储器102依照请求也输出距离分量S7和造型前的象素位置S8。
明暗处理值产生电路103利用从距离分量存储器102输出的距离分量S7，输出造型后的象素位置上的象素颜色数据的明暗处理值S4。
颜色数据存储器105接收造型前的象素位置S8的输入，作为地址，并输出这些地址上的颜色数据，作为相应造型后的象素位置上的象素明暗处理前的颜色数据S5(即作为造型后的象素颜色数据)。
加法器104把从明暗处理值产生电路103输出的明暗处理值S4，加到造型后的象素颜色数据的亮度值上，并将结果值输出作为明暗处理后的象素颜色数据S6。明暗处理后的象素颜色数据S6输入至绘图块110，并在显示器上显示绘图(未示)。
下面，将就图5所示图像处理设备的操作，描述根据本发明第一实施例图6中的图像处理方法。
首先，图像处理设备通过使用造型块101在步骤201和202中造型。一种例如参考图1所述的已知方法用来造型。例如，造型块101在步骤201中判断，每一象素是否落在目标区内，如果是，则造型块101在步骤202中，通过从造型后的象素位置S1反向跟踪，计算造型前的象素位置S2，并计算距离分量S3。如果在步骤201中判断象素是在目标区之外，则距离分量S3的假定初始值为0。
在步骤203中，图像处理设备将造型期间所计算的造型前的象素位置S2和距离分量S3存储到距离分量存储器102中。
在步骤204中，使用距离分量存储器102中造型前的象素位置S8的地址，图像处理设备读取颜色数据存储器105中相应地址的颜色数据，并将它输出作为与造型前的象素位置S8相应的造型后的象素颜色数据S5(即作为造型后的象素位置上的象素的颜色数据)。
在步骤205中，图像处理设备从距离分量存储器读出距离分量S7，并计算明暗处理值S4。基于距离分量S7的明暗处理值S4的计算，是由明暗处理值产生电路103来完成的。
在步骤206中，图像处理设备使用加法器104，将在步骤205中确定的明暗处理值S4与在步骤204中确定的造型后的象素颜色数据S5相加，相加的结果用作明暗处理中的亮度值，并在明暗处理之后输出象素颜色数据。
下面将参考图15，描述本实施例步骤205中明暗处理值的计算。图15是说明用鱼眼透镜的明暗处理示例图。造型的鱼眼透镜以这样的方式进行明暗处理，即它的亮度在中心最高，随着离中心的距离增加，其亮度下降。如果R3是从透镜造型表面弧形上的中心点P3至屏幕A3的距离分量，R4是从弧形P4至A4的距离分量，则透镜中心点上距离分量R3对应于最高亮度部分。在明暗处理过程中，最高亮度的距离分量被用作要加到屏幕亮度中去的最大值。如果把它取作100，则在屏幕上A4点的明暗处理值给定为100×(R4/R3)，即距离分量R4与距离分量R3之比率乘以100。
加法器104把由此得到明暗处理值加到重新定位到点A4即造型前的象素位置的象素的亮度值(用B4表示)上。因此，在明暗处理之后的亮度值由下式给出(100×(R4/R3))+B4顺便说，造型之后的点A4的亮度值是使用造型前的象素位置S8的地址，从颜色数据存储器105读取的造型后的颜色数据S5的亮度分量。
因此，本发明能够产生类似于光线跟踪法中的那些明暗处理的效果，而不用余弦计算。取消余弦计算的需要，相比于常规技术来说，能够简化电路的配置，减少处理时间。
下面，将描述本发明的第二实施例。图7和8是说明根据本发明图像处理方法的第二实施例示意图。图7是表示处理设备的配置图，而图8是图像处理的流程图。第二实施例使得它容易产生复杂的图形表示。除图5所示的图像处理设备配置外，图7所示图像处理设备还包括第二颜色数据存储器307，选择器308和距离分量加法器306。
参考图7，图像处理设备包括造型块301，距离分量加法器306，距离分量存储器302，明暗处理值产生电路303，加法器304，第一颜色数据存储器305，第二颜色数据存储器307，和选择器308。
造型块301，距离分量存储器302，明暗处理值产生电路303，和加法器304的操作方式，分别类似于图5所示的造型块101，距离分量存储器102，明暗处理值产生电路103，加法器104。
距离分量加法器306是用于计算距离分量的电路。它将造型块301输出的距离分量S3与距离分量存储器302输出的距离分量S7相加，并将结果输出，作为距离分量信号S9。
输入造型块301的输入信号S1，指示造型后的象素位置。从造型块301输出并输入距离分量存储器302的信号S2，指示造型前的象素位置。从造型块301输出并输入距离分量加法器306的信号S3，指示距离分量。
从距离分量加法器306输出并输入距离分量存储器302的信号S9，指示距离分量(距离分量是从造型块301输出的信号S3与从距离分量存储器302输出的信号S7相加而得到的)。
从距离分量存储器302输出并输入明暗处理值产生电路303和距离分量加法器306的信号S7，指示距离分量。从距离分量存储器302输出并输入第一颜色数据存储器305和第二颜色数据存储器307的信号S8，指示造型前的象素位置。
从明暗处理值产生电路303输出并输入加法器304的信号S4，指示将要加至象素颜色数据上的明暗处理值。
从第一颜色数据存储器305读出并输入第二颜色数据存储器307和选择器308的信号S11，指示已基于存储在第一颜色数据存储器中的颜色数据造型的象素颜色数据。输入选择器308的信号S12。是为选择器提供的选择控制信号。它控制选择器308的输入信号S11和信号S10中哪一个信号应被选择为选择器308的输出。
从选择器308输出并输入加法器304的信号S5，指示由选择器308选择的造型后的象素颜色数据。从加法器304输出的信号S6，指示明暗处理后的颜色数据。
在第一造型迭代时，距离分量存储器中的所有距离分量初始化为0。
第一颜色数据存储器305和第二颜色数据存储器307，具有与象素位置对应的地址，并存储每个象素的颜色数据。
颜色数据的读和写操作，在第一颜色数据存储器305和第二颜色数据存储器307中交替地进行，当第一颜色数据存储器305经历读操作时，第二颜色数据存储器307经历写操作。当第二颜色数据存储器307经历读操作时，第一颜色数据存储器305经历写操作。
在读操作期间，第一颜色数据存储器305和第二颜色数据存储器307，各自输出从距离分量存储器302输出的造型前的象素位置S8所对应的地址中存储的颜色数据。
在写操作期间，第一颜色数据存储器305和第二颜色数据存储器307，各自将其他存储器输出的颜色数据写入与造型后的象素位置S1对应的地址。
选择器308的输出信号S5是颜色数据，是实际输出作为造型后的象素位置上的象素颜色数据(造型后的象素颜色数据)，是通过控制信号S12从象素颜色数据S10和S11中选择出来的。
下面，将就图7所示图像处理设备操作，描述根据本发明第二实施例的图8所示的图像处理方法。
根据本实施例，图6流程图中的步骤204用步骤404代替，其中造型后的象素颜色数据被读出，并重写颜色数据。另外，本实施例还增加距离分量相加的步骤407。
首先，图像处理设备通过使用造型块301在步骤401和402中造型。一种例如参考图1描述的已知方法用来造型。在步骤402中，通过从造型前的象素位置S1反向跟踪，计算造型前的象素位置S2。另外也计算距离分量S3。
往下，在步骤407中距离分量加法器306通过将从造型块301读出的距离分量S3与从距离分量存储器302读出的距离分量S7相加，计算距离分量S9。
然后，在步骤403中，图像处理设备将造型期间计算的造型前的象素位置S2和距离分量S9，存储到距离分量存储器302中。
接着，在步骤404中，图像处理设备使用两个图象颜色数据存储器305和306，读取和重写颜色数据。当第一颜色数据存储器305被选择为读存储器时，第一颜色数据存储器305通过选择器308输出与造型后的象素位置S8对应地址中的颜色数据，作为相应造型后的象素位置上的颜色数据。期间，第二颜色数据存储器307将从第一颜色数据存储器305读出的颜色数据，存储到与造型后的象素位置S1对应的地址中。通过选择第二颜色数据存储器307作为读存储器，在下一次读出颜色数据时，图像颜色数据存储器中的颜色数据有效地被重写。
类似地，在步骤204中，当第二颜色数据存储器307被选择为读存储器时，第二颜色数据存储器307通过选择器308输出与造型前的象素位置S8对应地址中的颜色数据，作为相应造型后的象素位置上的颜色数据。第一颜色数据存储器305使用与造型后的象素位置S1对应的地址，存储从第二颜色数据存储器307读出的颜色数据。然后，图像处理设备进至步骤404，并返回至步骤401，在那里通过使用造型块301运行下一次造型迭代。
在步骤405中，图像处理设备读取距离分量存储器的距离分量S7，并计算明暗处理值S4。基于距离分量S7的明暗处理值S4的计算由明暗处理值产生电路303进行。
往下，在步骤406中，图像处理设备使加法器304将步骤405中确定的明暗处理值S4与步骤406中确定的造型后象素颜色数据S5相加，并输出相加结果。由此，在步骤406中输出明暗处理的象素颜色数据S6。
下面将列举鱼眼透镜造型，描述本实施例的效果。在距离分量存储器302中的距离分量初始化为0之后，当选择第一颜色数据存储器305作为读存储器进行步骤401至406时，对组成原始图形的象素，以这样的方法进行明暗处理，即随着它们逼近周边而离开中心的距离增加，象素变得较暗，如第一实施例的情况，结果看起来好像附着到球的表面。然后，从步骤404返回到步骤401，选择第二颜色数据存储器307作为读存储器，并且用第一图像作原始(明暗处理前)图形，再次进行步骤401至406。结果，组成原始图像的象素，以这样的方法进行明暗处理，即随着它们逼近周边而离开中心的距离增加，象素变得较暗。此外，(由于在第一造型迭代中所得的距离分量与在第二造型迭代中所得的距离分量被相加)用这种方法绘制出来的结果图像，中心与周边之间的对比度加强。换句话说，结果图像实际上是对原始图形两次重复进行造型的明暗处理两者。
因此，通过选择图像颜色数据存储器305和307交替地作为读存储器，和多次重复步骤401至406，能够容易得到图形显示，其中，例如，球面上的图形从中心移到周边，随时间增加中心的亮度。
下面，将描述本发明的第三实施例。图9和10是根据本发明的图像处理方法第三实施例的示意图。图9是处理设备的配置图，而图10是图像处理的流程图。参考图9，除图7所示图像处理设备的配置外，根据本实施例的图像处理设备还包括另外的造型块，用于在屏幕上重复不同类型的造型和显示结果；以及用于选择造型块的选择器。
参考图9，图像处理设备包括第一造型块501；第二造型块510；选择器509，其接收从第一造型块501和第二造型块510来的输出，并有选择地输出它们中的一个；距离分量存储器502；距离分量加法器506；明暗处理值产生电路503；加法器504；第一颜色数据存储器505；第二颜色数据存储器507；以及选择器508，其接收从第一颜色数据存储器505和第二颜色数据存储器507来的输出，并有选择地输出它们中的一个。在这些当中，第一造型块501，距离分量存储器502，明暗处理值产生电路503，加法器504，第一颜色数据存储器505，距离分量加法器506，第二颜色数据存储器507和选择器508的配置分别类似于造型块301，距离分量存储器302，明暗处理值产生电路303，加法器304，第一颜色数据存储器305，距离分量加法器306，第二颜色数据存储器307和选择器308。因此，图9中的图像处理电路除图7所示图像处理电路的配置外，还包括第二造型块510和选择器509。
基于造型后的象素位置S1，并使用与第一造型块501不同式样的造型，第二造型块510输出在造型期间计算的造型前的象素位置S14和距离分量S13。即使第二造型不同于第一造型，例如在做鱼眼透镜和环形圆柱体造型时，距离分量S13也由两点之间，即从造型后的象素位置划一条与屏幕垂直的直线与屏幕和模型表面的交点之间的线段长度确定。
选择器509基于从第一造型(距离分量S3和造型前的象素位置S2)来的输出，或从第二造型(距离分量S13和造型前的象素位置S14)来的输出，选择输出造型前的象素位置S15和距离分量S16。
距离分量存储器502存储距离分量和造型后的象素位置。输入至距离分量存储器502中的信号之一代表距离分量S9，另一输入信号代表造型后的象素位置S15。从距离分量存储器502输出的信号之一代表读出的距离分量S7，另一输出信号代表读出的造型前的象素位置S8。
距离分量加法器506接收从选择器509输出的距离分量S16，和从距离分量存储器502读出的距离分量S7，把两个距离分量相加，并将相加结果作为距离分量S9，输出至距离分量存储器。
明暗处理值产生电路503以类似于图7中所示的明暗处理值产生电路303的方式操作。加法器504以类似于加法器304的方式操作。第一颜色数据存储器505以类似于第一颜色数据存储器305的方式操作。第二颜色数据存储器507以类似于第二颜色数据存储器307的方式操作。选择器508以类似于选择器308的方式操作。因此，将省略对这些部件的说明。
图10是根据本发明第三实施例的图像处理方法的流程图。本实施例与第二实施例的不同之外是，所使用的造型块从多个造型块601和602中(它们与图9中的造型块501和510相对应)选择。除造型块的数目和选择类型式样的步骤608以外，步骤607、603、604、605和606与第二实施例中的步骤407、403、404、405和406相对应，执行的操作类似于相应步骤的那些操作。
首先，在步骤601和602中，图像处理设备通过使用多个造型块同时进行造型。再一次，一种例如参考图1所述的已知方法用来造型。在步骤601中，通过从造型后的象素位置S1反向跟踪，计算造型前的象素位置S2。另外，也计算距离分量S3。在步骤602中，通过造型后的象素位置S1反向跟踪，计算造型前的象素位置S13。同样，也计算距离分量S14。
其次，在步骤608中，图像处理设备选择要用于造型的造型块。从被选择的造型块输出的距离分量和造型前的象素位置，被送至步骤607作为距离分量S16和造型前的象素位置S15，以供在描绘操作中使用。
在步骤607中，由距离分量加法器506将距离分量S16与从距离分量存储器502输出的距离分量S7相加，产生距离分量S9。
然后，在步骤603，图像处理设备将距离分量S9和造型前的象素位置S15，存储到距离分量存储器502中。
接着，在步骤604中，图像处理设备使用两个颜色数据存储器505和507读取和重写颜色数据。当第一颜色数据存储器505被选择为读存储器时，第一颜色数据存储器505通过选择器508输出造型前的象素位置S8对应地址中的颜色数据，作为相应造型后的象素位置上的颜色数据。这时，第二颜色数据存储器507将从第一颜色数据存储器505读出的颜色数据，存储到与造型后的象素位置S1对应的地址中。
类似地，当第二颜色数据存储器507被选择为读存储器时，第二颜色数据存储器507通过选择器508，在步骤604输出与造型前的象素位置S8对应的地址中的颜色数据，作为相应造型后的象素位置上的颜色数据。第一颜色数据存储器505将从第二颜色数据存储器507读出的颜色数据，写入与造型后的象素位置S1对应的地址中。
在步骤605中，图像处理设备从距离分量存储器读出距离分量S7，并计算明暗处理值S4。基于距离分量S7的明暗处理值S4的计算，由明暗处理值产生电路503执行。
往下，在步骤606中，图像处理设备使用加法器504，将在步骤605确定的明暗处理值S4，与在步骤604确定的造型后的象素颜色数据S5相加，并输出相加的结果。因此，图像处理设备在步骤606中输出经过明暗处理的象素颜色数据S6，然后返回到步骤601和步骤602。
通过制备多个不同造型式样的造型块，本实施例能够产生经过明暗处理的图像，它包含重叠或被对准的与原始图形的不同形状的目标。
下面，将描述本发明的第四实施例。图11和12是根据本发明图像处理方法的第四实施例示意图。图11是处理设备的配置图，而图12是图像处理的流程图。第四实施例与第一实施例的不同之处是，通过将距离分量作为明暗处理值与颜色数据相加，准备好明暗处理后的颜色数据，不产生专用的明暗处理值。参考图11，从距离分量存储器702读出的距离分量S7作为明暗处理值，直接输入至加法器704。加法器704通过将距离分量S7与从颜色数据存储器705输出的颜色数据S5相加，产生明暗处理后的颜色数据。顺便说，图11中的造型块701，距离分量存储器702，加法器704，颜色数据存储器705，和绘图块710分别与图5中的造型块101，距离分量存储器102，加法器104，颜色数据存储器105，和绘图块110相对应。它们的操作与图5中相应部件的操作相同，因此，将省略对它们的说明。
图12是根据本发明图像处理方法的第四实施例流程图。本实施例与图6所示第一实施例的不同之处是，图6中的步骤205已删除，步骤206已用将距离分量与颜色数据相加的步骤206A代替。其他步骤与图6中的步骤相同，因此将省略对它们的说明。
由于不需要使用公式计算明暗处理值，所以，本实施例能取消明暗处理值产生电路，因此使尺寸减小。
顺便说，虽然已描述过将第四实施例应用到第一实施例中的情况，但是，这种技术思想也可应用到第二和第三实施例中。当应用到第二实施例中时，如图7所示的明暗处理值产生电路303被除去，输入到加法器304的是信号S7，而不是S4。同样，图8中的步骤405被删除，在步骤406中，被相加的是距离分量，而不是明暗处理值。当这种技术思想应用到第三实施例中时，图9所示的明暗处理值产生电路303被除去，输入到加法器504的是信号S7，而不是信号S4。同样，图10中的步骤605被删除，步骤606中相加的是距离分量，而不是明暗处理值。
下面，将描述本发明的第五实施例。图13和14是根据本发明图像处理方法的第五实施例的示意图。图13是处理设备的配置图，而图14是图像处理的流程图。第五实施例与第一实施例的不同之处是，明暗处理值存储在表格中，根据相应的距离分量回送。参考图13，除图5中的明暗处理值产生电路103外，根据本实施例的图像处理设备包括明暗处理值存储器803，它的地址与距离分量S7相对应，存储象素颜色数据的明暗处理值S4数据。换句话说，利用预存的表格式的象素颜色数据明暗处理值，明暗处理值存储器803输出与输入的距离分量S7对应的明暗处理值S4。顺便说，图13中的造型块801，距离分量存储器802，加法器804，颜色数据存储器805，和绘图块810分别与图5中的造型块101，距离分量存储器102，加法器104，颜色数据存储器105，和绘图块110相对应。它们的操作与图5中相应部件的操作相同，因此，将省略对它们的说明。
图14是根据本发明图像处理方法的第五实施例的流程图。本实施例与图6所示第一实施例不同之处在于步骤205已被步骤205A代替，在步骤205中，明暗处理值S4是利用图6中明暗处理值产生电路103，根据输入的距离分量S7计算而得的，步骤205A是将以表格形式存储在明暗处理值存储器803中的明暗处理值S4，利用与距离分量S7对应的地址读出来。其他步骤与图6中的那些步骤相同，因此，将省略对它们的说明。
顺便说，虽然已描述过第五实施例应用到第一实施例中的情况，但这种技术思想也可应用到第二和第三实施例。当应用到第二实施例时，图7所示的明暗处理值产生电路303用明暗处理值代替，该明暗处理值是利用与距离分量S7对应的地址，从存储明暗处理值的存储器中读出的。同样，修改图8中的步骤406，使明暗处理值从存储明暗处理值的明暗处理值存储器中读出。当技术思想应用到第三实施例时，图9中所示的明暗处理值产生电路503用明暗处理值存储器代替，明暗处理值是利用与距离分量S7对应的地址从其中读出。另外，也修改图10中的步骤606，使明暗处理值从存储明暗处理值的明暗处理值存储器中读出。
如上所述，根据本发明，在造型期间计算得的屏幕和模型表面之间的距离分量，在描绘过程中被重复利用。还有，明暗处理过程中亮度的计算，可简单地将由距离分量得到的值，加到从造型后的象素位置上作为颜色数据读出的亮度值上。因此，能容易地产生类似于光线跟踪法中的明暗处理效果，而不需要余弦计算。这就能简化图像处理设备和减少处理时间。
权利要求
1.一种图像处理方法，其特征在于所述方法包括第一步骤计算距离分量，即屏幕与模型表面之间的距离；和第二步骤将基于所述距离分量得到的明暗处理值与明暗处理前颜色数据的亮度值相加，以获得明暗处理后颜色数据的亮度值。
2.根据权利要求1所述的图像处理方法，其特征在于所述第一步骤包括造型步骤计算屏幕上与所述造型后的象素位置相应的造型前的象素位置，以及所述造型后的象素位置上的距离分量；和所述第二步骤包括明暗处理值产生步骤基于所述造型后的象素位置上的所述距离分量，产生所述造型后的象素位置上的象素的明暗处理值，和明暗处理数据预备步骤通过将所述造型后的象素位置上的所述象素的所述明暗处理值，加到所述造型后的象素位置上的所述象素的明暗处理前颜色数据中的亮度值上，准备好所述造型后的象素位置上的所述象素的明暗处理后颜色数据。
3.根据权利要求2所述的图像处理方法，其特征在于所述造型步骤，在所述屏幕上设置造型后的象素位置，寻找所述造型后的象素位置的垂直线与所述模型表面的交点，利用所述交点确定造型前的象素位置，并输出所述造型后的象素位置与所述交点之间的距离，作为所述第二步骤的所述距离分量。
4.根据权利要求2所述的图像处理方法，其特征在于所述明暗处理值产生步骤，利用具有所述明暗处理值和所述距离分量之间正相关的预定公式，计算所述明暗处理值。
5.根据权利要求3所述的图像处理方法，其特征在于所述明暗处理值产生步骤，基于所述造型后的象素位置上的所述距离分量与作为基准的具有预定值距离分量的比率，计算所述明暗处理值。
6.根据权利要求2所述的图像处理方法，其特征在于所述明暗处理值产生步骤，利用与所述造型后的象素位置上的所述距离分量相应的地址，从表中读取所述明暗处理值。
7.根据权利要求2所述的图像处理方法，其特征在于所述第二步骤进一步包括距离分量存储步骤在距离分量存储器中存储所述造型前的象素位置，和所述造型后的象素位置上的所述距离分量；和颜色数据读取步骤接收所述造型前的象素位置，作为存储象素颜色数据的颜色数据存储器中的地址，并输出所读取的数据，作为与所述造型前的象素位置相应的所述造型后的象素位置上的明暗处理前颜色数据。
8.根据权利要求7所述的图像处理方法，其特征在于所述明暗处理值产生步骤，利用具有所述明暗处理值和所述距离分量之间正相关的预定公式，计算所述明暗处理值。
9.根据权利要求8所述的图像处理方法，其特征在于所述明暗处理值产生步骤，基于所述造型后的象素位置上的所述距离分量与作为基准的具有预定值的一距离分量的比率，计算所述明暗处理值。
10.根据权利要求7所述的图像处理方法，其特征在于所述明暗处理值产生步骤，利用与所述造型后的象素位置上的所述距离分量相应的地址，从提供的表中读取所述明暗处理值。
11.根据权利要求7所述的图像处理方法，其特征在于在所述第二步骤中所述距离分量存储步骤，将所述造型后的象素位置上的所述距离分量，与存储在所述距离分量存储器中的距离分量相加，并将结果存储在所述距离分量存储器中；和所述颜色数据读取步骤，接收所述造型前的象素位置，作为所述颜色数据存储器中的地址，输出所读取的数据，作为与所述造型前的象素位置相应的所述造型后的象素位置的明暗处理前颜色数据，并利用与所述造型后的象素位置相应的地址，写所读取的数据。
12.根据权利要求7所述的图像处理方法，其特征在于在所述第二步骤中所述距离分量存储步骤，将所述造型后的象素位置上的所述距离分量，与存储在所述距离分量存储器中的距离分量相加，并将结果存储在所述距离分量存储器中；和所述颜色数据读取步骤使用第一颜色数据存储器和第二颜色数据存储器，和接收所述造型前的象素位置，作为所述第一颜色数据存储器中的地址，并且，在输出所读取的数据，作为与所述造型前的象素位置相应的所述造型后的象素位置上的明暗处理前颜色数据时，利用与所述造型后的象素位置相应的地址，将所述读取的数据写入所述第二颜色数据存储器，或者接收所述造型前的象素位置，作为所述第二颜色数据存储器中的地址，并且，在输出所读取的数据，作为与所述造型前的象素位置相应的所述造型后的象素位置上的明暗处理前颜色数据时，利用与所述造型后的象素位置相应的地址，将所述读取的数据写入所述第一颜色数据存储器。
13.根据权利要求12所述的图像处理方法，其特征在于所述明暗处理值产生步骤，利用具有所述明暗处理值和所述距离分量之间正相关的预定公式，计算所述明暗处理值。
14.根据权利要求13所述的图像处理方法，其特征在于所述明暗处理值产生步骤，基于所述造型后的象素位置上的所述距离分量与作为基准的具有预定值的一距离分量的比率，计算所述明暗处理值。
15.根据权利要求12所述的图像处理方法，其特征在于所述明暗处理值产生步骤，利用与所述造型后的象素位置上的所述距离分量相应的地址，从提供的表中读取所述明暗处理值。
16.根据权利要求12所述的图像处理方法，其特征在于所述第一步骤包括多个造型步骤利用彼此不同的模型，计算所述屏幕上与造型后的象素位置相应的造型前的象素位置，以及所述造型后的象素位置上的距离分量；和造型选择步骤选择所述多个造型步骤之一中计算的所述造型前的象素位置和所述距离分量。
17.根据权利要求16所述的图像处理方法，其特征在于所述明暗处理值产生步骤，利用具有所述明暗处理值和所述距离分量之间正相关的预定公式，计算所述明暗处理值。
18.根据权利要求17所述的图像处理方法，其特征在于所述明暗处理值产生步骤，基于所述造型后的象素位置上的所述距离分量与作为基准的具有预定值的一距离分量的比率，计算所述明暗处理值。
19.根据权利要求12所述的图像处理方法，其特征在于所述明暗处理值产生步骤，利用与所述造型后的象素位置上的所述距离分量相应的地址，从提供的表中读取所述明暗处理值。
20.根据权利要求1所述的图像处理方法，其特征在于所述第一步骤包括造型步骤计算所述屏幕上造型前的象素位置与造型后的象素位置之间的相应之处，以及所述造型后的象素位置上的距离分量；和所述第二步骤包括明暗处理数据准备步骤通过将所述造型后的象素位置上的所述象素的所述明暗处理值，加到所述造型后的象素位置上的所述象素的明暗处理前颜色数据中的亮度值上，准备好所述造型后的象素位置上的所述象素的明暗处理后颜色数据。
全文摘要
一种图像处理方法，它能产生与光线跟踪法中类似的那些明暗处理效果而不需要余弦计算，所述方法包括第一步骤，即计算距离分量，其是屏幕和模型表面之间的距离；和第二步骤，即将基于所述距离分量得到的明暗处理值与明暗处理前颜色数据(在明暗处理之前的颜色数据)中的亮度值相加，以获得明暗处理后颜色数据(明暗处理之后的颜色数据)中的亮度值。
文档编号G06T15/80GK1438615SQ0310439
公开日2003年8月27日 申请日期2003年2月12日 优先权日2002年2月13日
发明者喜多村委久代 申请人:恩益禧电子股份有限公司