圖形分層產生的方法及裝置的制作方法

專利名稱：圖形分層產生的方法及裝置的制作方法
圖形分層產生的方法與裝置，尤其是一種分層積木式變動圖形的產生裝置及其方法。
由于科技日趨發達及電腦化給人類在效率、品質、管理上方便，致使電腦化之腳步愈推愈快。而對于圖形、字形的數位變化，更在最近幾年有如長足般的進步。如掃描器(scanner)的使用使圖形的數位變化成為可能，于是帶動了印刷業電腦化及多媒體應用的發展。而省時高效率的數位化圖形制作，省空間低成本的圖形儲存格式及高品質圖形，成為眾所追求的技術。
目前，在動畫、卡通畫、電視游戲器(TVGAME)的制作領域里，可以發現它們是一個耗費人力、物力的工程。一張張細微改變的圖案，以連接成連續動作，需要耗費很多人力物力來設計圖形、涂色及控制品質。另外在中文字型的設計上，一套一萬余字的字體，可以發覺它們是由一些相似的造型(如筆劃、部首、字根或其他)組合而成。傳統的方法是一個字一個字在字稿寫出來，然后再移入電腦變為數位化格式，其過程相當的耗時。以上所述的圖案或中文字型若以數位化格式儲存進電腦亦相富的占空間及成本。
對于高品質字型的產生方法，可見于1983年發表于ICTP國際會議所出版的論文發表議錄(PROCEEDINGS)一書中，題目為《對中文字型之結構性設計方法(AstructuredDesignMethodoLogyforChineseCharacterFonts)》著者為K.J.chen及K.Y.cheng;1984年7月臺灣教育部國字整理小組的《在個人電腦上的大型中文字型產生器之設計》，作者為謝清俊、張仲陶及陳佩欣;以及臺灣發明專利第38830號的“高解析度字型產生方法及其裝置”，作者鄭國楊及楊仁村先生。以上三篇不管其名稱如何，基本上乃探討中文字型的產生方法，而后續的創作者亦不脫離此三篇范圍(盡管三個內容雷同)，但基本上現存的方法可做到(1)能造出各種變化的字體，如變大、變小、變胖、變瘦、變高、變矮;
(2)所占用的記憶體大約一定;
(3)可做點矩陣或向量輸出;
但以上之特點已無法應付未來的使用，因為做不到下列幾點(1)二度空間的字型變化，如任意角度的旋轉，任意角度鏡射、拉長、變扁或以上功能的任意組合;
(2)有立體或黑白層次的字體，傳統方法只能針對每一筆做涂黑動作，無法處理有黑白層次的美工字體;
(3)對一些造型變化較復雜或難以用筆劃歸類的字型如草書、行書、疊圖每個字所占的記意空間非常大，傳統方式皆把每個字視為特殊符號處理。
本發明的目的是為了針對上述缺點，希望利用電腦科技，提供一種圖形分層產生的方法與裝置;并借該裝置及方法發展出一套可以解決上述缺點的美工字型或圖形。
本發明所述的圖形分層產生方法為每一個圖形均由一個或數個有顏色不同形狀的圖形單元(本發明稱之為圖元)所組成，其圖形的格式為<圖元數目><圖元描述1><圖元描述2><圖元描述3>……等，而每個圖元描述又由該圖元的代碼及一群圖元變化參數所組成，變化參數又可分為代表該圖元顏色屬性的顏色屬性代碼;可被制圖者任意調動的構成該圖元形狀或曲度變化的關鍵點座標值;為平行或垂直于該圖元相關的兩關鍵點之向量方向的向量長度值。利用此類參數可以很精確及容易的控制圖元的形狀，例如斜向寬度值、圖元厚度值等。每個圖元又可分為數個次圖元，它們可以共同使用一個圖元參數。
本發明對一組欲制作的彩色(或黑白)圖案集合，如一本漫畫書，或一卷卡通影片的連續畫面，或者一套一萬余字的中文行書字體，皆能將其預先分析出，組成該集合的最小圖元。而圖元的制作，則以圖元描述常式的形態表現，并利用顏色屬性、關鍵點、向量長度值三類變化參數來產生不同顏色或相似形狀或局部變化的圖元，然后利用這些圖元以分層疊積木的方式一層層著色顯示，以致將整個圖形顯示出來。
本發明的裝置包括一儲存圖元描述常式及各種圖元的圖元庫;一專門接收來自外界圖形資料的圖形解釋器;一接收圖形解釋器所產生的次圖元邊線控制點、顏色代碼以及來自外界變形矩陣的圖元變形器;一轉換由圖元變形器所產生的邊線控制點成為該圖元的邊線座標點陣列的圖元邊線產生器;一將圖元邊線產生器產生的圖元邊線座標點陣列連接起來的邊線連接器;一將邊線連接器的圖元區域依照不同顏色分層儲存的分色緩沖區;一將分色緩沖區中各層圖元所圍成的區域依圖元的顏色代碼指令進行該區域著色的著色器;以及一儲存著色完成后圖形的輸出緩沖區。
本發明將圖形解析成一組圖元及一些變化參數，并儲存于圖元庫中，當需要產生一圖形時，將圖形資料輸入圖形解釋器，將變形矩陣輸入圖元變形器，圖形解釋器在圖元庫中選擇出該圖形的圖元描述常式，再將這些資料轉換成具有可以產生該圖形的控制點輸入圖元變形器，圖元變形器再依變形矩陣轉換圖元資料，產生具有圖元性質的控制點送至圖元邊線產生器，這些控制點會經由圖元邊線產生器產生圖元邊線座標陣列送至邊線連接器，邊線連接器連接圖元邊線座標成一新圖元區域，然后依顏色不同分層存放于分色緩沖區，再將各層依序送至著色器產生有色的圖形輸出至輸出緩沖區。
本發明利用改變圖元及變化參數的方式，可以省掉很多繁瑣的制圖及涂色工作，大大的減低制作時間及成本，以及加大圖形的變動性，更方便做動畫的制作。再側本發明只要利用儲存圖元的代碼及變化參數，即可描述一個圖案或畫面，不必儲存整個畫面的資料，可以將整個圖案或畫面的儲存資料量壓縮到很低(以行書的字型制作為例，一套行書字型以本方法與純向量方式制作資料比例為1∶15)。基于此例，本方法可以極小的體積及低的成本，來儲存及產生靜態的畫面或動態的數位影像，是一個新穎而且很實用的方法。
以本發明的方式所發展出的字型與現有技術所產生的字型加以比較如下(1)斜體字型的變化，因現有技術只能直排或橫排而加以處理，如挖空、黑影等，而對斜體字，則須另外造一整套字型的輸出點矩陣，再由外部的設計來加以處理方能做到，且斜體的角度亦無法控制，即若角度加以變更，即須再造一套字，而每造一套字所須時間約為一年，若有十套字，而每一套有兩個角度，則須10×2＝20年時間方可造完。而本發明則可提供任何角度的斜體、鏡射挖空、黑影等字，而不須另外造字。
(2)本發明利用變形矩陣可以產生二度空間的字型變化，如任意角度的旋轉，任意角度鏡射、拉長、變扁或以上功能的任意組合。而現有技術只能做方形的變化而不能做任意角度的變化，如圖5所示。
(3)彩色的處理，現有技術中字型的產生方式只能針對單一字體做彩色處理。而本發明則可對任何一筆劃及圖元做彩色處理。
(4)分層積木式的字體，現有技術只能針對一個字體做涂黑動作，而本發明則可產生如圖3上字體有層次感覺的優點。
(5)對中文的草書、行書等字體，現有技術皆把每一個字體作為特殊符號表，故每個字體所占的記意空間非常大。而本發明則仍可視為一般字加以處理而不增加其記意空間，如圖9所示。
以上所述即為本發明所解決的現有技術之缺點，使本發明能符合目前或未來對高品質及可產生各種變化的字型及圖形的要求。
下面結合附圖及實施例對本發明作進一步描述。


圖1為本發明中所述裝置的原理方框圖。
圖2為本發明用“佃”字作范例以圖元的方式產生一字型的方法說明圖。
圖3為本發明用“草”字作范例以分層顯示的方式產生一個完整字的方法說明圖，其中圖3.1為本發明以分層顯示的方式產生“草”字下部的“+”部分的方法說明圖;
圖3.2為本發明以分層顯示的方式產生“草”字上部的“艸”部分的方法說明圖;
圖3.3為本發明以分層顯示的方式產生“草”字中部的“曰”部分的方法說明圖。
圖4為本發明做變動圖形的參考圖，其中圖4.1為變動玩偶手中物的參考圖;
圖4.2為變動玩偶雙眼的參考圖;
圖4.3為變動玩偶單眼的參考圖;
圖4.4為變動玩偶嘴形的參考圖;
圖5為本發明發展出的字型各種變化參考圖，其中圖5.1為斜體變化;
圖5.2為任意角度旋轉變化;
圖5.3為壓平拉長變化;
圖5.4為立體挖空變化;
圖5.5為立體變化;
圖5.6為陰影變化;
圖5.7為鏡射外框變化;
圖5.8為漸層變化。
圖6為本發明發展出的波浪型字體參考圖。
圖7為本發明發展出的旋轉型字體參考圖。
圖8為本發明發展出的骰子型字體參考圖。
圖9為本發明發展出的草書字體參考圖。
參閱圖1，本發明裝置系將可組成某一圖形的圖元11及圖元變化參數12儲存于圖元庫10中，或直接將所需要的圖形資料21送入圖形解釋器20，將變形矩陣31送入圖元變形器30;圖形解釋器20內部有一緩沖暫存器用來緩沖儲存由外界輸入的資料，并將該資料加以分析成各個圖元或依所輸入的資料由圖元庫10中選擇出該圖形的圖元資料11及變形參數12，且同時將圖元描述常式13載入圖形解釋器20中;圖元描述常式13為一用來描述代表每個圖形的形狀特性，圖元描述常式13是以圖元代碼為索引(index)儲存于圖元庫10中;圖形解釋器20再進一步將這些資料轉換成具有字體或圖形開大小、寬窄、高矮……等資料的控制點22輸入圖元變形器30;圖元變形器30依變形矩陣31來轉換圖元的形狀，產生該圖形所需要的圖元性質(如形狀改變、變斜、旋轉、鏡射、色彩、重疊方式……等)的控制點32，送至圖元邊線產生器40;這些控制點32會經圖元邊線產生器40，并產生圖元邊線座標陣列41送至邊線連接器50;邊線連接器50連接圖元邊線座標41成一新圖元區域51;然后依顏色的不同分層存入于分色緩沖區60;再將各層不同顏色的圖形區域61送至著色器70，分層著色產生有色的圖形71后輸出至輸出緩沖區80供各種設備使用;若圖形解釋器分析出一圖形需要做直接分色輸出，則該圖形解釋器20會直接將其圖元資料23送至邊線連接器50做邊線連接，并與該邊線連接器50中同樣顏色屬性的圖元加以結合成一新的圖元區域51，且將不同顏色的圖元區域暫存在分色緩沖區60里;若圖形解釋器20分析出一圖形需要直接做涂色動作，則直接由圖形解釋器20將該圖形資料24送至分色緩沖區60分層儲存，然后送至著色器70著色。
參閱圖2，本發明用“佃”字作范例(當然，也適用其他文字如英文、韓文、日文……等等)，說明以圖元的方式產生一字型，其中“佃”字其<圖元數目>為7;因為它由“丿”、“丨”以及五個“口”重疊組成，因而<圖元描述1>即為“丿”的描述參數，<圖元描述2>為“丨”的描述參數，<圖元描述3>至<圖元描述7>為“口”的描述參數，其中各圖元描述格式如下ABCDEFGN以<圖元描述1>“丿”為例，其中A(1)的代碼為5，B(2)為顏色代碼為0即為黑色，C(3)為控制點P1的X座標值為112，D(4)為控制點P1的Y座標值39，E(5)為控制點P2的X座標值為40，F(6)為控制點P2的Y座標值為244，G(7)為向量寬度值為22，N為結束值為00;依此類推<圖元描述2>為“丨”的描述參數，其A的代碼為8，B的代碼為0即為黑色，C為控制點P1的X座標值為87，D為控制點P1的Y座標值152，E為控制點P2的X座標值為97，F為控制點P2的Y座標值為473，G為向量寬度值為22，N為結束值為00;而<圖元描述3>至<圖元描述7>皆為“口”的描述參數，所不同的是<圖元描述3>的“口”較大，而<圖元描述4>至<圖元描述7>的“口”皆相同，且都在<圖元描述3>的“口”之內，如此一個“佃”字即可完成;
當需要一個“佃”字時，即將該“佃”字的圖形資料輸入本發明裝置的圖形解釋器20。圖形解釋器20將該“佃”字分析成一個<圖元數目>與五個<圖元描述>，并儲存于內部暫存器中，再依順將儲存于圖元庫中每一個圖元的圖元描述常式載入圖形解釋器20，然后將各個圖元轉換成上述圖元描述格式，即轉換成該圖元的邊線控制點，送入圖元變形器30。圖元變形器30依變形矩陣將各圖元邊線控制點做幾何變形后再送入圖元邊線連接器40，將各圖元邊線控制點轉成圖元邊線座標陣列，接著再送入邊線連接器50，將各個圖元邊線座標陣列連接起來，產生一個圖元，如“丿”圖元。若每個圖元皆完成圖元邊線座標連接后，送入分色緩沖區60內做各種不同顏色分層處理，再送入著色器70著色后，送入輸出緩沖區80整合成一個完整字輸出。
參閱圖3，以下用“草”字作范例說明以分層顯示的方式產生的一個完整的字，其中主要詳細說明在分色緩沖區做著色的處理。若要產生一個“草”字則必須先產生一個“草”字下部的“十”，而要產生“十”則先產生黑色“一”圖元101，再產生黑色“丨”圖元102，其次產生白色“一”圖元103，接著產生黑色“口”圖元104，最后才產生白色“丨”圖元105，如圖3.1所示。其中各顏色的筆劃皆為一層層向上疊，在上層的顏色會覆蓋下層的顏色。如圖3.2所示，第二層是“草”字上部的“艸”，而要產生“艸”則先產生黑色“一”圖元201，再產生黑色“丨”圖元202在右邊，其次產生黑色“丨”圖元203在左邊，接著在黑色“一”圖元201上方產生白色的“一”圖元204，最后才在其上方產生左右各一個白色的“丨”205、206。如圖3.3所示，第三層是一個“曰”及最后組合，其中先產生一個白色大的“口”圖元301，再在301上產生一個較小的黑色“口”圖元302，最后在302上產生一個白色“一”圖元303，第一層至第三層全部組合后即完成一個“草”字。
至于草書或行書，在現有技術中已完全無法處理，而須把每一個字視為一個特殊符號，浪費了很大的記意空間。而本發明則可把草書視為一般字體來處理，以上述附圖為例，可視為由各筆劃圖元所組成，其過程如同“佃”字及“草”字一樣，故本發明實為一大創新。
圖4是本發明造出的變動圖形變化參考圖，圖中孫悟空的眼睛、嘴巴及金箍棒都有變化。圖4.1所示孫悟空的金箍棒401長短的變化，圖4.2所示為孫悟空的左眼睛411、右眼睛421大小的變化，圖4.3、4.4所示孫悟空右眼睛及嘴巴431的變化。由圖4可知圖形的變化只有一點點，若以現有技術的方式則需要整張圖修改，而本發明只需變動其參數就可改變圖形的變化，實為一非常實用的新發明。
圖5、圖6、圖7、圖8、圖9是本發明所發展出的字型加以變化所產生的變形字參考圖。圖5.1～5.8所示均為圖形變化的展示圖，一個字加以立體挖空、立體、陰影、鏡射、漸層……等變化;圖6所示為一排字變化成波浪形;圖7所示為字型旋轉變化的參考圖;圖8所示為一骰子形狀的字型變化;圖9所示為本發明發展出的一種草書字型。
綜上所述一種圖形產生的方法及裝置，系將任何一個圖形皆視為由一組可組成該圖形的最小圖形單元及一些變化參數所組合而成，并儲存于圖元庫中，該裝置包含一輸入圖形解釋器，一圖元釋形器，一圖元邊線產生器，一邊線連接器，一分色緩沖區，一著色器及一輸出緩沖器;其中該圖形的組成格式為<圖元數目><圖元描述1><圖元描述2><圖元描述3>……等，而每個圖元描述又由該圖元的代碼及一群圖元變化參數所組成，利用參數可以很精確及容易的控制圖元的形狀;而每個圖元又可分為數個次圖元，它們也可以共同使用一組圖元參數。
權利要求
1.一種圖形分層產生的方法與裝置，其特征在于每一個圖形均由一個或數個有顏色不同形狀的圖元組成，其格式如下<圖元數目><圖元描述1><圖元描述2><圖元描述3>……等，而每個圖元描述又由該圖元的代碼及一群圖元變化參數所組成，變化參數又可分為三類，顏色屬性代碼，關鍵點座標值，向量長度值；顏色屬性代碼代表該圖元的顏色屬性；關鍵點座標值，制圖者可以任意調動構成該圖元形狀或曲度變化的關鍵點座標值；向量長度值，為平行或垂直于該圖元相關的兩關鍵點的向量方向的長度值；每個圖元又可分為數個次圖元，它們可以共同使用一個圖元參數。
2.一種圖形分層產生的裝置，其特征在于它包含有一圖元庫，系為儲存圖元描述常式及各種圖元的裝置;一圖形解釋器，系為專門接收來自外界圖形資料的裝置，它與圖元庫及圖元變形器連接，該裝置將所接收的資料解析出各種可組成該圖形的圖元，并由圖元描述常式結合該圖元的變化參數及預設變化比例值，產生每個次圖元的邊線控制點及顏色代碼;一圖元變形器，系為接收圖形解釋器所產生的次圖元邊線控制點、顏色代碼及來自外界變形矩陣的裝置，該裝置對每一次圖元的邊線控制點做由變形矩陣產生的幾何變形轉換，再送出轉換后的邊線控制點及原來的顏色代碼至圖元邊線產生器;一圖元邊線產生器，系為轉換由圖元變形器所產生的邊線控制點，成為該圖元的邊線座標點陣列的裝置，它與邊線連接器相連;一邊線連接器，系為將圖元邊線產生器產生的圖元的邊線座標點陣列連接起來的裝置，該裝置依各圖元的顏色代碼將同樣顏色屬性的圖元或次圖元的邊線連接起來，待處理結束后，將各個不同顏色的圖元區域依序輸出至與其相連接的分色緩沖區;一分色緩沖區，它置在邊線連接器與著色器連接之中，系為將邊線連接器的圖元區域，依照不同顏色分層儲存的裝置，以便依圖元的顏色代碼將各不同顏色的圖元區域送至著色器著色;一著色器，它置在分色緩沖區與輸出緩沖區連接之中，系為將分色緩沖區中各層的圖元所圍成的區域，依圖元的顏色代碼指令進行該區域著色的裝置，該著色器是以色層疊積木方式著色，圖元間有重疊的部份，舊顏色將被新顏色取代，若圖元并無顏色將不會改變原來的顏色;以及一輸出緩沖區，系為儲存著色完成之圖形的裝置，該裝置可提供任何裝置輸出使用;任何一個圖形皆包含由一組圖元及一些變化參數所組合而成，并將之儲存于圖元庫中，當需要產生一圖形時，將圖形資料輸入圖形解釋器，將變形矩陣輸入圖元變形器，圖形解釋器在圖元庫中選擇出該圖形的圖元描述常式，再將這些資料轉換成具有可以產生該圖形的控制點輸入圖元變形器，圖元變形器再依變形矩陣轉換圖元資料，產生具有圖元性質的控制點送至圖元邊線產生器，這些控制點會經由圖元邊線產生器產生的圖元邊線座標陣列送至邊線連接器，邊線連接器連接圖元邊線座標成一新圖元區域，然后依顏色不同分層存放于分色緩沖區，再將各層依序送至著色器產生有色的圖形輸出至輸出緩沖區。
3.根據權利要求2所述的圖形分層產生的裝置，其特征在于其中圖形解釋器內可加設一緩沖器，以便將輸入的資料先作緩沖暫存。
4.根據權利要求2所述的圖形分層產生的裝置，其特征在于其中邊線連接器與圖形解釋器直接連接，對一些需要做直接分色輸出的圖形，由該圖形解釋器直接送至邊線連接器做邊線連接，并與該邊線連接器中的同樣顏色屬性的圖元加以結合成一新圖元區域，且將不同顏色的圖元區暫存在分色緩沖區里。
5.根據權利要求2所述的圖形分層產生的裝置，其特征在于其中分色緩沖區與圖形解釋器直接連接，將一些需要直接做涂色的圖元直接由圖形解釋器送至分色緩沖區分層儲存，然后送至著色器著色。
6.根據權利要求1或2所述的圖形分層產生的方法裝置，其特征在于圖元庫中所儲存的圖元描述常式，系用來描述代表每個圖形的形狀特性，圖元描述常式是以圖元代碼為索引(index)，每個圖元都由不同的次圖元組成，它們可以共用同一組圖元的次圖元及一組圖元變化參數;對同一個圖元描述常式可以利用改變變化參數以得到另一個不同但形狀相似的圖形。
7.根據權利要求1或2所述的圖形分層產生的方法及其裝置，其特征在于組成一圖形的各種不同圖元及其變化參數，可預先儲存于圖元庫中，亦可將其圖形資料及變形參數依各種不同的輸入裝置輸入圖形解釋器中，直接分析該圖形的圖元資料、變形參數及顏色，只需在圖元庫中找出適合該圖形的圖元描述常式即可完成所需的圖形顯示。
全文摘要
一種圖形分層產生的方法與裝置，系將任何一個圖形視為由一組最小圖形單元及變化參數所組合而成，該裝置由圖元庫、圖形解釋器、圖元變形器、圖元邊線產生器、邊線連接器、分色緩沖區、著色器及輸出緩沖器所構成。使用本發明可制作層次分明變化豐富的美術字形或圖形，省掉許多繁瑣的制圖及涂色工作，減少制作時間，加大圖形變動性，更方便作動畫的制作，并能以極小的體積極低的成本來儲存及產生靜態的畫面或動態的數位影像。
文檔編號G06T11/60GK1096119SQ93112569
公開日1994年12月7日 申請日期1993年9月28日 優先權日1993年6月3日
發明者郭玉霞 申請人:郭玉霞