DE69723613T2

DE69723613T2 - Aufnahme und/oder Wiedergabe von dreidimensionalen Bilddaten

Info

Publication number: DE69723613T2
Application number: DE69723613T
Authority: DE
Inventors: Masakazu Minato-ku Suzuoki
Original assignee: Sony Computer Entertainment Inc
Current assignee: Sony Interactive Entertainment Inc
Priority date: 1996-05-10
Filing date: 1997-05-01
Publication date: 2004-04-15
Anticipated expiration: 2017-05-02
Also published as: JPH09305793A; JP3926866B2; DE69723613D1; CN1173000A; MX9703409A; SG100708A1; ID18512A; EP0806744A2; US6396493B2; US6188408B1; CN1131494C; US6441819B1; US20010002130A1; EP1255228A3; EP0806744A3; TW341691B; CN1412721A; CA2204225A1; CN100495440C; EP1255228A2

Description

Die Erfindung bezieht sich generell auf Aufzeichnungs- und/oder Wiedergabe- und/oder Informationsverarbeitungsverfahren und -Geräte sowie auf ein Aufzeichnungsmedium hierfür und insbesondere auf die Aufzeichnung und/oder Wiedergabe von dreidimensionalen Bilddaten.
TV-Spielemaschinen für den Heimgebrauch oder Personalcomputer, die die Verarbeitung von Bildzeichnungsverarbeitung mit hoher Geschwindigkeit ausführen und es dadurch dem Benutzer ermöglichen, Spiele oder dgl. zu genießen, wurden in jüngerer Zeit billiger und haben sich in einer großen Zahl von Haushalten verbreitet.
Zur Erzeugung von Computergraphik (CG) oder zur Entwicklung von Software, die die Computergraphik anwendet, wird ein Graphik-Computer benutzt, der die Bildzeichnungsverarbeitung mit höherer Geschwindigkeit ausführt.
TV-Spielemaschinen für den Heimgebrauch, Personalcomputer und Graphik-Computer, wie sie oben beschrieben wurden, besitzen typischerweise eine Bildzeichnungsvorrichtung, die aus einem Speicher, einer CPU (zentrale Verarbeitungseinheit) und anderen Operationsschaltungen besteht. In dem Bildverarbeitungsgerät werden die Bilddaten, die auf einer Anzeigeeinheit eines Fernsehempfängers oder einer dedizierten Anzeigeeinheit angezeigt werden sollen, d. h. die Anzeigedaten, von der CPU erzeugt, und die so erzeugten Daten werden an einen Vollbildpuffer ausgegeben, der dazu dient, Pixelwerte der Anzeigeeinheit zu speichern, so daß die dedizierte Bildzeichnungsschaltung die Bildzeichnungsverarbeitung mit hoher Geschwindigkeit ausführt.
Die CPU der Bildzeichnungsvorrichtung führt eine Geometrieverarbeitung, wie Koordinatenumwandlung, Beschneiden und Lichtquellenberechnung durch, um Bildzeichnungsbefehle für das Zeichnen einer graphischen Form eines dreidimensionalen festen Objekts in Form einer Kombination aus ebenen Grundfiguren (Polygonen) zu erzeugen, die Formen wie Dreiecke oder Vierecke haben, und liefert die Bildzeichnungsbefehle an die Bildzeichnungsschaltung.
Die Bildzeichnungsschaltung berechnet nach Maßgabe der aus der CPU empfangenen Bildzeichnungsbefehle die die Polygone bildenden Pixelwerte aus Farbdaten der Eckpunkte der Polygone und aus Z-Werten, die die Positionen der Polygone in Tiefenrichtung des dreidimensionalen Raums angeben, der in der vorgegebenen Anzeigeeinheit zweidimensional angezeigt wird, und schreibt dann die Werte in den Vollbildpuffer (Bender-Verarbeitung) und zeichnet ein Bild der Polygone.
Eine Bildzeichnungsschaltung, wie sie oben beschrieben wurde, ist über einen dedizierten Bus direkt mit der CPU verbunden, um die andernfalls mögliche Konzentration der Belastung (Daten, die über einen Bus gesendet und empfangen werden) auf einen anderen Bus zu vermeiden, der üblicherweise zusammen mit einer anderen Schaltung (z. B. einem Aufzeichnungsgerät oder einem Speicher, der Daten speichert) benutzt wird. Wenn die Bildzeichnungsverarbeitung z. B. mit einer Geschwindigkeit von etwa 15 MPolygonen/sec ausgeführt werden soll (die Rendering-Verarbeitung von 15 × 10⁶ Polygonen wird in einer Sekunde durchgeführt), die von dem anderen Bus Gebrauch macht, der üblicherweise zusammen mit der anderen Schaltung benutzt wird, kann die Datenmenge, die über den gemeinsam mit der anderen Schaltung benutzten Bus übertragen wird, bis zu 100 MB/sec bis 200 MB/sec (100 bis 200 Megabyte pro Sekunde) reichen. Für den gemeinsam benutzten Bus benötigt man deshalb einen Bus mit großer Übertragungskapazität.
Die von der CPU ausgegebenen Daten werden einmal in einem zwischen der CPU und der Bildzeichnungsschaltung angeordneten FIFO-(first-in-first-out)-Puffer gespeichert und dann in der aufgezeichneten Reihenfolge der Bildzeichnungsschaltung zugeführt. Der FIFO-Puffer speichert die Daten sukzessiv und liefert die gespeicherten Daten so an die Bildzeichnungsschaltung aus, daß die gespeicherte Datenmenge allmählich größer wird, wenn die Datenzuführungsrate aus der CPU temporär höher ist als die Verarbeitungsgeschwindigkeit der Bildzeichnungsschaltung, die gespeicherte Datenmenge hingegen allmählich abnimmt, wenn die Datenzuführungsrate aus der CPU kleiner ist als die Verarbeitungsgeschwindigkeit der Bildzeichnungsschaltung. Auf diese Weise bewirkt der FIFO-Puffer einen Ausgleich zwischen der Datenzuführungsrate der CPU und der Verarbeitungsgeschwindigkeit der Bildzeichnungsschaltung.
Wenn die Datenzuführungsrate der CPU jedoch die Verarbeitungsgeschwindigkeit der Bildzeichnungsschaltung sehr stark übersteigt oder wenn ein Zustand, in welchem die Datenzuführungsrate der CPU höher ist als die Verarbeitungsgeschwindigkeit der Bildzeichnungss_chaltung, aufgrund des Belastungszustands der CPU und der Bildzeichnungsschaltung über eine lange Zeitperiode andauert, werden in dem FIFO-Puffer nicht verarbeitete Daten allmählich akkumuliert. Wenn dann die Menge der nicht verarbeiteten Daten die Kapazität des FIFO-Puffers übersteigt, geht der Datenausgleich verloren, und infolgedessen stoppt die F_unktion der CPU und der Bildzeichnungsschaltung. Deshalb hat eine solche Bildzeich nungsvorrichtung den Nachteil, daß es schwierig ist, eine effiziente Verarbeitung durchzuführen.
Ein weiterer Nachteil der Bildzeichnungsvorrichtung besteht darin, daß die erforderliche Kapazität des Speichers und die Kapazität des Aufzeichnungsmediums größer werden, um Bildzeichnungsverarbeitung mit hoher Geschwindigkeit ausführen zu können, und daß deshalb eine Kostensenkung schwierig ist, wenn die für das Bildzeichnen zu verarbeitende Datenmenge anwächst.
Darüber hinaus hat die vorangehend beschriebene Bildzeichnungsvorrichtung den weiteren Nachteil, daß die für das Auslesen der Daten von dem Aufzeichnungsmedium oder dem Speicher erforderliche Zeit größer wird, wenn die zu verarbeitende Datenmenge anwächst, und daß es deshalb schwierig ist, hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit zu erreichen,
Dementsprechend bestand schon seit langem Nachfrage nach einem neuen und verbesserten Aufzeichnungsmedium und neuen und verbesserten Aufzeichnungs- und Informationsverarbeitungssystemen, die bei reduzierten Kosten eine effiziente und sehr schnelle Verarbeitung begünstigen.
Nach einem Aspekt sieht die vorliegende Erfindung, wie sie in den anliegenden Ansprüchen definiert ist, ein Aufzeichnungsmedium vor, das als Daten eines vorbestimmten Objekts in einem dreidimensionalen Raum aufzeichnet:
eine Identifikationsinformation eines ausgewählten Basisobjekts, das als Referenz dient, und
Differenzwerte zwischen Koordinatenwerten von repräsentativen Punkten des Basisobjekts und Koordinatenwerten von Punkten des vorbestimmten Objekts, die den repräsentativen Punkten entsprechen.
Da das Aufzeichnungsmedium als Daten eines vorbestimmten Objekts in einem dreidimensionalen Raum eine Identifikationsinformation eines als Referenz dienenden Basisobjekts sowie Differenzwerte zwischen Koordinatenwerten von repräsentativen Punkten des Basisobjekts und Koordinatenwerte von Punkten des vorbestimmten Objekts aufzeichnet, ist die Datenmenge für jedes individuelle Objekt relativ klein. Infolgedessen kann das Aufzeichnungsmedium Daten für eine vergleichsweise große Zahl von Objekten speichern.
Nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Aufzeichnungsgerät vorgesehen zum Aufzeichnen von Daten eines vorbestimmten Objekts in einem dreidimensionalen Raum auf einem Aufzeichnungsmedium, wobei das Gerät aufweist:
eine Recheneinrichtung zum Auswählen eines Basisobjekts, das als Referenz dienen soll, in Abhängigkeit von einer zugeführten Information des vorbestimmten Objekts und zum Berechnen von Differenzwerten zwischen Koordinatenwerten von repräsentativen Punkten des Basisobjekts und Koordinatenwerten von Punkten des vorbestimmten Objekts, die den repräsentativen Punkten entsprechen, und
eine Aufzeichnungseinrichtung zum Aufzeichnen der berechneten Differenzwerte und einer Identifikationsinformation des ausgewählten Basisobjekts als Daten des vorbestimmten Objekts auf dem Aufzeichnungsmedium.
Die vorliegende Erfindung sieht ferner ein Aufzeichnungsverfahren vor zum Aufzeichnen von Daten eines vorbestimmten Objekts in einem dreidimensionalen Raum auf einem Aufzeichnungsmedium mit den Verfahrensschritten:
Auswählen eines Basisobjekts, das als Referenz dienen soll, in Abhängigkeit von einer zugeführten Information des vorbestimmten Objekts,
Berechnen von Differenzwerten zwischen Koordinatenwerten von repräsentativen Punkten des Basisobjekts und Koordinatenwerten von Punkten des vorbestimmten Objekts, die den repräsentativen Punkten entsprechen, und
Aufzeichnen der berechneten Differenzwerte und einer Identifikationsinformation des ausgewählten Basisobjekts als Daten des vorbestimmten Objekts.
Da bei dem vorangehend beschriebenen Aufzeichnungsgerät und -verfahren die Identifikationsinformation des ausgewählten Basisobjekts und die oben beschriebenen berechneten Differenzwerte als Daten des vorbestimmten Objekts aufgezeichnet werden, läßt sich ein Aufzeichnungsmedium erzeugen, das Daten einer vergleichsweise großen Anzahl von Objekten speichert.
Das bevorzugte Ausführungsbeispiel liefert so ein Aufzeichnungsmedium und ein Aufzeichnungsgerät und -verfahren sowie ein Informationsverarbeitungsgerät und -verfahren, mit denen sich problemlos eine effiziente Datenverarbeitung und eine hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit bei Reduzierung der Kosten erreichen lassen.
Die Erfindung wird nun beispielhaft anhand der anliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Teile durchgehend mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.
1 zeigt eine Draufsicht einer Spielemaschine für den Heimgebrauch, an der eine Informationsverarbeitungsvorrichtung angebracht werden kann, die die vorliegende Erfindung verkörpert,
2 zeigt eine Frontansicht der Spielemaschine von 1,
3 zeigt eine Seitenansicht der Spielemaschine von 1,
4 zeigt eine Aufsicht einer CD-ROM, die von der Spielemaschine von 1 reproduziert werden kann,
5 zeigt ein Systemblockdiagramm für die Spielemaschine von 1,
6 zeigt ein Blockdiagramm der in 5 dargestellten programmierbaren Paketmaschine,
7 zeigt ein Flußdiagramm, aus dem die Bildzeichnungsverarbeitung für Polygone in der Spielemaschine von 1 hervorgeht,
8A zeigt eine schematische Ansicht eines von der Spielemaschine von 1 verarbeiteten Polygons,
8B zeigt eine Tabelle mit einem Datenformat des Polygons,
9A und 9B zeigen schematische Ansichten, die verschiedene Teilungsstadien eines Polygons veranschaulichen,
10 zeigt eine schematische Ansicht, die eine andere Teilung eines Polygons darstellt,
11A bis 11 B zeigen schematische Ansichten eines dreidimensionalen Objekts, das nach Maßgabe verschiedener Z-Werte angezeigt wird,
12 zeigt ein Flußdiagramm mit Details der Verarbeitung in einem Polygon-Teilungsschritt des Flußdiagramms von 5,
13 zeigt eine Tabelle mit einem Datenformat eines in der Spielemaschine von 1 verarbeiteten Polygons,
14A bis 14C zeigen perspektivische Ansichten verschiedener Teilungsvarianten des in 13 dargestellten Polygons,
15A zeigt eine schematische Ansicht eines durch Teilung des Polygons von 13 erzeugten Polygons,
15B zeigte eine Tabelle, in der die Daten des Polygons von 15A dargestellt sind,
16 zeigt eine Tabeüe mit verschiedenen Datenmengen, die in der programmierbaren Paketmaschine von 5 verarbeitet werden,
17A zeigt eine schematische Ansicht eines anderen Polygons, das von der Spielemaschine von 1 verarbeitet wird,
17B zeigt eine Tabelle mit einem Datenformat des Polygons von 17A,
18A bis 18C zeigen schematische Ansichten, die die Berechnung eines Helligkeitswerts eines durch Teilung des Polygons von 17A und 17B erzeugten Polygons veranschaulichen,
19A zeigt eine schematische Ansicht eines weiteren Polygons, das durch Teilen des Polygons von 17 erzeugt wird,
19B zeigt eine Tabelle, in der das Datenformat des Polygons von 19A dargestellt ist,
20A und 20B zeigen perspektivische Ansichten eines dreidimensionalen Objekts und einer entsprechenden Schablone,
21 zeigt eine Tabelle, in der ein Datenformat dargestellt ist, das ein dreidimensionales Objekt repräsentiert, bei dem eine Schablone benutzt wird,
22A und 22B zeigen Blockdiagramme eines Produktionsgeräts als Aufzeichnungsgerät, bei dem die vorliegende Erfindung angewendet ist.
Es sei nun auf die Zeichnungen Bezug genommen. 1 bis 3 zeigen ein Beispiel für eine TV-Spielemaschine für den Heimgebrauch, bei der eine Informationsverarbeitungsvorrichtung gemäß vorliegender Erfindung angewendet wird. Diese Spielemaschine 1 für den Heimgebrauch besteht aus einem Spielemaschinenkörper 2 und einer Bedienungseinheit 17 und einer Aufzeichnungseinheit 38, die mit dem Spielemaschinenkörper 2 verbunden werden kann.
Der Spielemaschinenkörper 2 hat eine im wesentlichen rechteckige Form, wie dies in 1 bis 3 dargestellt ist, und weist in seiner zentralen Position eine Disk-Ladestation 3 für eine CD-ROM (Compact Disk ROM (Nurlesespeicher)) 40 auf, die eine optische Platte ist, wie sie in 4 dargestellt ist und als Medium für ein zu ladendes Spiel dient, ferner an geeigneten Positionen des Spielemaschinenkörpers einen Rücksetzschalter 4 für das beliebige Zurücksetzen eines Spiels, einen Stromversorgungsschalter 5 für das Ein- und Ausschalten der Stromversorgung, einen Disk-Betätigungsschalter 6 für das Laden einer Platte sowie Verbindungseinheiten 7A und 7B für den Anschluß der Bedienungseinheit 17 zur Ausführung eines Spiels oder dgl. und für den Anschluß der Aufzeichnungseinheit 38, in der die Einstellung eines solchen Spiels aufgezeichnet werden soll.
Die Verbindungseinheiten 7A und 78 bestehen jeweils aus zwei Stufen, wie dies in 2 und 3 dargestellt ist. In der oberen Stufe jeder der Verbindungseinheiten 7A und 7B ist eine Aufzeichnungssteckeinheit 8 für den Anschluß der Aufzeichnungseinheit 38 vorgesehen, und in der unteren Stufe ist ein Aufzeichnungssteckeinheit 12 den Anschluß der Bedienungseinheit 17 vorgesehen.
Die Aufzeichnungssteckeinheit 8 besitzt eine Einführungsöffnung mit rechteckiger, in horizontaler Richtung langgestreckter Form und im Innern dieser Einführungsöffnung ein (nicht dargestelltes) Speicheranschlußglied, mit dem die Aufzeichnungseinheit 38 verbunden wird. Wie 2 zeigt, ist in der Aufzeichnungssteckeinheit 8 ein Verschluß 9 für den Schutz des Speicherverbindungsanschlusses gegen Staub usw. vorgesehen. Es ist zu beachten, daß die Aufzeichnungseinheit 38 ein elektrisch wiederbeschreibbares ROM aufweist, so daß die ein Spiel betreffenden Daten aufgezeichnet werden können.
Zum Montieren der Aufzeichnungseinheit 38 drückt der Benutzer an einem Ende der Aufzeichnungseinheit 38 den Verschluß 9 nach innen und führt dann die Aufzeichnungseinheit 38 in die Einführungsöffnung, bis sie mit dem Speicherverbindungsanschluß verbunden ist.
Der Steckeinheit 12 besitzt, wie in 2 dargestellt, eine Einführungsöffnung mit in horizontaler Richtung langgestreckter rechteckiger Form und einen Verbindungsanschluß 12A für die Verbindung eines Verbindungsanschlußglieds 26 der Bedienungseinheit 17,
Die Bedienungseinheit 17 hat eine solche Struktur, daß sie, wie in 1 erkennbar, mit den Handflächen der beiden Finger gehalten werden kann und die Finger frei bewegbar sind, um die Bedienungseinheit 17 manuell zu betätigen. Sie besitzt Bedienungsteile 18 und 19, die links und rechts symmetrisch zueinander angeordnet sind, ferner einen Auswahlschalter 22 und einen Startschalter 23, die in der Mitte zwischen den Bedienungsabschnitten 18 und 19 angeordnet sind, außerdem Betätigungsglieder 24 und 25, die auf der Frontflächenseite der Bedienungsabschnitte 18 und 19 angeordnet sind, und das Verbindungsanschlußteil 26 sowie ein Kabel 27 für die Verbindung mit dem Spielemaschinenkörper 2.
5 zeigt ein Beispiel für den elektrischen Aufbau des oben beschriebenen Spielemaschinenkörpers 2.
Der Spielemaschinenkörper 2 besitzt zwei Busse, nämlich einen Haupt-Bus 4i und einen Sub-Bus 42. Die Busse 41 und 42 sind über eine Bussteuerung 43 miteinander verbunden.
Mit dem Haupt-Bus 41 sind verbunden: eine Haupt-CPU 44, die aus einem Mikroprozessor oder dgl. besteht und als Ausleseeinrichtung und Koordinatenumwandlungseinrichtung dient, ferner ein Hauptspeicher 45, der aus einem RAM (Nurlesespeicher) besteht, eine Steuerung für den direkten Zugriff auf den Hauptspeicher (Haupt-DMAC) 46, einen MPEG-Decoder (MDEC) 47, eine programmierbare Paketmaschine (PPP) 48, die als erste Umwandlungseinrichtung dient, eine Teilungseinrichtung und eine Recheneinrichtung sowie eine graphische Verarbeitungseinrichtung (GPU) 49, die als zweite Umwandlungseinrichtung und als Produktionseinrichtung dient.
Mit dem Sub-Bus 42 sind verbunden: eine Sub-CPU 50, bestehend aus einem Mikroprozessor und dgl., ein aus einem RAM bestehender Sub-Speicher 51, eine Sub-Steuerung für den direkten Speicherzugriff (Sub-DMAC) 52, ein ROM 53, in welchem Programme, wie ein Betriebsprogramm, gespeichert sind, eine Tonverarbeitungsschaltung (SPU) 54, eine Kommunikationssteuerstufe (ATM) 55, ein CD-ROM-Laufwerk 56, das auch als Disk-Ladestation 3 dient, eine Eingabestufe 57 und eine graphische Verarbeitungseinheit 49.
Die Bussteuerung 43 verbindet den Haupt-Bus 41 und den Sub-Bus 42 miteinander und gibt Daten von dem Haupt-Bus 41 an den Sub-Bus 42 aus und gibt Daten von dem Sub-Bus 42 an den Haupt-Bus 41 aus.
Die Haupt-CPU 44 best beim Starten des Spielemaschinenkörpers 2 ein Startprogramm aus dem über die Bussteuerung 43 mit dem Sub-Bus 42 verbundenen ROM 53 ein und führt das Startprogramm aus, so daß das Betriebssystem arbeiten kann.
Die Haupt-CPU 44 steuert das CD-ROM-Laufwerk 56, so daß es von der in dem CD-ROM-Laufwerk 56 geladenen CD-ROM 40 ein Anwendungsprogramm oder Daten ausliest und das Anwendungsprogramm oder die Daten in den Haupt-Speicher 45 lädt.
Die Haupt-CPU 44 enthält eine Geometrie-Rechenmaschine oder Graphiktransfermaschine (GTE) 71 zur Durchführung von Geometrieberechnungen, wie Koordinatenumwandlung der Daten (Koordinatenwerte der Eckpunkte (repräsentative Punkte) usw. eines Polygons) eines dreidimensionalen Objekts, das aus einer Vielzahl von Grundfiguren, d. h. Polygonen, gebildet ist, sowie eine Paketmaschine (PKE) 72 für die Übertragung der von der Graphiktransfermaschine 41 berechneten Daten über den Haupt-Bus 41 als Paket zu der programmierbaren Paketmaschine 48.
Die Graphiktransfermaschine 71 besitzt mehrere Funktionselementen zur Berechnung einer realen Fließkommazahl und führt parallel Fließkommaberechnungen durch. Die Paketmaschine 72 liefert die von der Graphiktransfermaschine 71 berechneten Daten eines Polygons als Paket über den Haupt-Bus 41 an die programmierbare Paketmaschine 48.
Die programmierbare Paketmaschine 48 wandelt aus der Information eines Polygons, die in einem Paket enthalten ist, das ihr von der Paketmaschine 72 der Haupt-CPU 44 zugeführt wird, das Polygon in eine gekrümmte Fläche um, die aus einer Vielzahl kleiner Polygone besteht und gibt die Daten der gekrümmten Fläche an die graphische Verarbeitungseinheit 49 aus.
6 zeigt eine exemplarische Konstruktion der programmierbaren Paketmaschine 48. Eine Paketmaschine 91 empfängt ein Paket, das von der Paketmaschine 72 der Haupt-CPU 44 gesendet wird, und speichert das Paket temporär in einem RAM 92. Von den in dem Paket enthaltenen Daten speichert die Paketmaschine 91 dann Daten, die ein Programm zur Verarbeitung eines Polygons bezeichnen (solche Daten werden weiter unten beschrieben) in einem Befehls-RAM 93 und speichert die anderen Daten (Koordinatendaten der Eckpunkte des Polygons) in einem Quelldaten-RAM 94.
Eine Sub-CPU 95 arbeitet nach einem in einem ROM 96 gespeicherten Programm, und wenn in dem Befehls-RAM 93 Daten gespeichert sind, liest sie die Daten aus und teilt auf der Basis eines Programms, das durch die Daten (das Programm residiert immer in der Sub-CPU 95) bestimmt wird, aus den in dem Quelldaten-RAM 94 gespeicherten Daten eines Polygons (Koordinatendaten der Eckpunkte des Polygons usw.) das Polygon in eine Anzahl (speziell eine Zahl, die der Anzeigegröße entspricht, wenn das Polygon auf der vorgegebenen Anzeigeeinheit angezeigt werden soll) von Polygonen (Teilpolygonen), die der Position (Z-Wert) des Polygons in Tiefenrichtung des dreidimensionalen Raums entsprechen.
In diesem Fall erzeugt die Sub-CPU 95 Teilpolygone nach Maßgabe einer gekrümmten Fläche, die durch (weiter unten beschriebene) Parameter der gekrümmten Fläche repräsentiert wird, die in einem Paket enthalten sind, das ihr von der Paketmaschine 72 zugeführt wird (d. h., sie erzeugt eine gekrümmte Fläche, die aus einer Vielzahl von Teilpolygonen besteht).
Die Sub-CPU 95 speichert dann Koordinatenwerte der Eckpunkte einer Vielzahl von in dieser Weise erzeugten Polygonen in einem Zieldaten-RAM 97, so daß sie der graphischen Verarbeitungseinheit 49 zugeführt werden können.
Es sei noch einmal auf 5 Bezug genommen. Die graphische Verarbeitungseinheit 49 liest die Daten von (dreidimensionalen) Koordinatenwerten von Polygonen nach der Teilung usw. aus dem Zieldaten-RAM 97 der programmierbaren Paketmaschine 48 aus. Die graphische Verarbeitungseinheit 49 wandelt dann die dreidimensionalen Koordinatenwerte in zweidimensionale Koordinatenwerte für die vorgegebene Anzeigeeinheit um, erzeugt aus den Daten Pixeldaten, die den Polygonen entsprechen, schreibt die Pixeldaten in einen Vollbildpuffer 58 und führt die Rendering-Verarbeitung aus. Es ist zu beachten, daß die graphische Verarbeitungseinheit 49 in diesem Fall aus dreidimensionalen Koordinatenwerten (x, y, z) zweidimensionale Koordinatenwerte (X, Y) für die Anzeige berechnet, wobei sie von den folgenden Gleichungen Gebrauch macht (perspektivische Umwandlung). X = x/z, Y = y/z
Die Hauptsteuerung 46 für den direkten Speicherzugriff führt für die verschiedenen mit dem Haupt-Bus 41 verbundenen Schaltungen einen Steuervorgang, z. B. einen DMA-Transfer, durch. Außerdem kann die Hauptsteuerung 46 für den direkten Speicherzugriff in Abhängigkeit von dem Zustand der Bussteuerung 43 einen Steuervorgang, wie einen DMA-Transfer, für die verschiedenen Schaltungen ausführen, die mit dem Sub-Bus 42 verbunden sind. Der MPEG-Decodierer 47 arbeitet parallel zu der Haupt-CPU 44 und dekomprimiert Daten, die nach dem MPEG-System oder dem JPEG-System komprimiert sind.
Die Sub-CPU 50 führt nach Maßgabe eines in dem ROM 53 gespeicherten Programm verschiedene Operationen aus. Die Substeuerung 52 für den direkten Speicherzugriff führt einen Steuervorgang, z. B. einen DMA-Transfer, für die mit dem Sub-Bus 42 verbundenen verschiedenen Schaltungen nur dann aus, wenn der Haupt-Bus 41 und der Sub-Bus 42 durch die Bussteuerung 43 voneinander getrennt wurden.
Die Tonverarbeitungsschaltung 54 liest nach Maßgabe eines aus der Sub-CPU 50 oder der Sub-Steuerung 52 für den direkten Speicherzugriff gelieferten Tonbefehls Tondaten aus einem Tonspeicher 59 aus und gibt die Tondaten als Audioausgangssignal aus.
Die Kommunikationssteuerstufe 55 (ATM in 5) ist mit einem öffentlichen Netz verbunden und sendet und empfängt Daten über das öffentliche Netz.
Die Eingabestufe 57 umfaßt den Verbindungsanschluß 12A für die Verbindung der Bedienungseinheit 17, eine Videoeingangsschaltung 82 für den Empfang von Videodaten aus einem (nicht dargestellten) anderen Gerät und eine Audioeingangsschaltung 83 für den Empfang von Audiodaten aus dem anderen Gerät.
Im folgenden wird anhand des Flußdiagramms von 7 die Funktion der TV-Spielemaschine 1 für den Heimgebrauch bei der Bildzeichnungsverarbeitung eines Polygons beschrieben.
In dem Schritt S1 empfängt die Haupt-CPU 44 zunächst über die Eingabestufe 57 ein Signal, das einer manuellen Betätigung der Bedienungseinheit 17 durch den Benutzer entspricht. Dann liest die Haupt-CPU 44 Daten eines Polygons (Koordinatenwerte der Eckpunkte, einen Normalenvektor, Daten einer gekrümmten ßeferenzfläche (Parameter der gekrümmten Fläche)) (die im voraus aus der CD-ROM 40 ausgelesen werden) aus dem Hauptspeicher 45 aus und wandelt die Koordinaten des Polygons mit Hilfe der Graphiktransfermaschine 71 in Abhängigkeit von einer Benutzereingabe um.
In dem Schritt S2 sendet die Paketmaschine 72 der Haupt-CPU 44 die Koordinatenwerte der Eckpunkte des Polygons, den Normalenvektor des Polygons, die Parameter der gekrümmten Fläche, die von der programmierbaren Paketmaschine 48 benutzt werden sollen, sowie einen Identifizieren, der ein Programm bezeichnet, das für die Erzeugung einer gekrümmten Fläche benutzt werden soll, die von der programmierbaren Paketmaschine 48 aus einer Vielzahl von Polygonen zusammengesetzt werden soll, über den Haupt-Bus 41 als einzelnes Paket zu der Paketmaschine 91 der programmierbaren Paketmaschine 48.
Es ist zu beachten, daß das Paket andernfalls mit Hilfe der Hauptsteuerung 46 für den direkten Speicherzugriff an die programmierbare Paketmaschine 48 gesendet werden kann.
Wenn durch die Koordinatenumwandlung der graphischen Transfermaschine 71 ein vierekkiges Polygon mit den Eckpunkten P0 bis P3 erzeugt wird, wie es in 8A dargestellt ist, sendet die Paketmaschine 72 an die Paketmaschine 91 der programmierbaren Paketmaschine 48 ein Paket, das, wie in 8B dargestellt, einen Identifizieren (Code in 8B) entrtält, der ein Programm bezeichnet, einen Normalenvektor (Nx, Ny, Nz in 8B) des Polygons, ferner Parameter einer gekrümmten Fläche, die für eine gekrümmte Referenzfläche repräsentativ sind, Koordinatenwerte (Xi, Yi, Zi) (i = 0,..., 3), die den Eckpunkte PO bis P3 entsprechen, und Werte (ui, vi) (i = 0,..., 3) von (weiter unten beschriebenen) Parametern der gekrümmten Referenzfläche, die den Koordinatenwerten und Farbdatenwerten RGBi (i = 0,..., 3) entsprechen.
Es ist zu beachten, daß das Format des Pakets nach Maßgabe des Identifizierers Code gesetzt ist, so daß das durch den Identifizieren Code bezeichnete Programm verarbeitet werden kann.
Wenn Identifizierer Code ein Programm für die Bearbeitung einer gekrümmten Referenzfläche als viereckige Fläche bezeichnet, wird die gekrümmte Referenzfläche (x, y, z) unter Benutzung der Parameter u und v durch die folgenden Gleichungen repräsentiert: x = fx(u, v) = a01 u2 + a01 v2 + a02 uv + a03 u + a03 v + a04 y = fy(u, v)= a11u2 + a11v2 + a11 + a12uv + a 13 u + a14 z = fz(u, v) = a21 u2 + a21 v2 + a22 uv + a23 u + a23 v + a24 Von den Konstanten a₀₁ bis a₂₄ in den obigen Gleichungen wird dann eine vorbestimmte Anzahl von von Null verschiedenen Konstanten a_ij als Parameter der gekrümmten Fläche an die programmierbare Paketmaschine 48 übertragen.
Wenn der Identifizierercode ein Programm zur Verarbeitung einer gekrümmten Referenzfläche als sphärische Fläche bezeichnet, wird als gekrümmte Referenzfläche (x, y, z) eine sphärische Fläche mit einem Radius R und Mittelpunktkoordinaten (xc, yc, zc) benutzt, die durch die folgenden Gleichungen repräsentiert wird, die von den Parametern u und v Gebrauch machen: x = R cosv cosu + xc y = R sinv + yc z = Rcosvsinu + zc
Dann werden der Radius R und die Mittelpunktkoordinaten (xc, yc, zc) der sphärischen Fläche als Parameter der gekrümmten Fläche zu der programmierbaren Paketmaschine 48 übertragen.
Es sei wieder auf 7 Bezug genommen. In dem Schritt S3 speichert die Paketmaschine 91 der programmierbaren Paketmaschine 48 das Paket, das ihr von der Paketmaschine 72 der Haupt-CPU 44 zugeführt wird, noch einmal in dem RAM 92 und speichert von den in dem Paket enthaltenen Daten den Identifizieren (Code), der ein Programm bezeichnet, in dem Befehls-RAM 93 und die Koordinatenwerte der Eckpunkte des Polygons, die Werte der Parameter, den Normalenvektor des Polygons und die Parameter der gekrümmten Fläche in dem Quelldaten-RAM 94.
In dem Schritt S4 liest die Sub-CPU 95 der programmierbaren Paketmaschine 48 den Identifizieren Code aus dem Befehls-RAM 93 aus. Dann führt die Sub-CPU 95 die Verarbeitung durch, wobei sie ein Programm benutzt, das dem Wert des Identifizierers Code entspricht. Außerdem liest die Sub-CPU 95 Daten aus, wie die Koordinatenwerte der Eckpunkte des Polygons, und berechnet einen Z-Wert, der für die Position des Polygons in der Tiefenrichtung repräsentativ ist.
In dem Schritt S5 liest die Sub-CPU 95 dann die Werte der Parameter u und v und die Parameter der gekrümmten Fläche aus dem Quelldaten-RAM 94 aus, berechnet einen Mittelpunkt aus den Eckpunkten des Polygons in einem Raum ((u, v)-Raum), der durch die Parameter u und v bestimmt ist, und erzeugt aus dem Mittelpunkt und den Eckpunkten des Po(ygons Teilpolygone, d. h. sie teilt das Polygon.
Es ist zu beachten, daß die Teilpolygone entlang der gekrümmten Referenzfläche von dem Mittelpunkt und den Eckpunkten des Polygons aus gebildet werden, d. h. eine aus Teilpolygonen zusammengesetzte gekrümmte Fläche erzeugt wird, da der in dem (u, v)-Raum erzeugte Mittelpunkt auf der gekrümmten Referenzfläche angeordnet wird, indem er in dem (x, y, z)-Raum abgebildet wird, wobei die Gleichung der gekrümmten Referenzfläche benutzt wird, die durch die Parameter der gekrümmten Fläche repräsentiert wird.
Dann teilt die Sub-CPU 95 die Teilpolygone rekursiv, bis die Darstellungsgröße (Anzeigefläche A) der Teilpolygone nicht mehr größer ist als ein vorbestimmter Referenzwert D.
Die Sub-CPU 95 speichert die Koordinatenwerte der Eckpunkte der in dieser Weise erzeugten Teilpolygone in dem Zieldaten-RAM 97.
Wenn der programmierbaren Paketmaschine 48 z. B. das in 8A und 8B dargestellte Polygon zugeführt wird, teilt die Sub-CPU 95 zunächst das Viereck ABCD in ein Dreieck ABC und ein anderes Dreieck ACD und berechnet die Anzeigefläche A des Dreiecks ABC. Wenn festgestellt wird, daß die Anzeigefläche A größer ist als der Referenzwert D, wird ein Mittel punkt E erzeugt, wie er in 9A dargestellt ist, um ein Teilpolygon ABE und ein weiteres Teilpolygon BCE zu erzeugen. Dann wird die Anzeigefläche A des Dreiecks ACD berechnet, und wenn festgestellt wird, daß die Anzeigefläche A größer ist als der Referenzwert D, wird ein Mittelpunkt E erzeugt, wie dies in 9B dargestellt ist, um ein Teilpolygon ECD und ein weiteres Teilpolygon AED zu erzeugen.
Wenn dann diese Teilpolygone (Teilpolygon ABE, Teilpolygon BCE, Teilpolygon ECD und Teilpolygon AED) weiter geteilt werden, werden acht Teilpolygone erzeugt, wie dies in 10 dargestellt ist. Wenn die Teilung in dieser Weise wiederholt wird, nähert sich die aus den Teilpolygonen zusammengesetzte gekrümmte Fläche einer sphärischen Fläche an, die die gekrümmte Referenzfläche ist.
Wenn ein sphärisches Objekt, wie es in 11A gezeigt ist, dargestellt werden soll, und wenn das Objekt auf der vorgegebenen Anzeigeeinheit kleiner dargestellt wird, wird z. B. ein Parallelepiped (Würfel) mit acht Eckpunkten (12 Polygonen) angezeigt, wie es in 11B dargestellt ist. Wenn das Objekt hingegen etwas größer angezeigt wird, wird ein Objekt, das einer Kugel näher liegt als das Objekt von 11B , mit 14 Eckpunkten (24 Polygonen) angezeigt, wie es in 11C dargestellt ist, und wenn das Objekt noch größer angezeigt wird, wird z. B. ein Objekt, das einer Kugel näher liegt als das Objekt von 11 C, mit 26 Eckpunkten (48 Polygonen) angezeigt, wie es in 11D dargestellt ist.
Es sei wieder auf 7 Bezug genommen. In dem Schritt S6 liest die graphische Verarbeitungseinheit 49 die Daten der Koordinatenwerte der Eckpunkte der Teilpolygone usw. aus dem Zieldaten-RAM 97 der programmierbaren Paketmaschine 48 aus. Die graphische Verarbeitungseinheit 49 erzeugt dann Pixeldaten der Teilpolygone, schreibt die Pixeldaten in den Vollbildpuffer 58 ein und führt eine Rendering-Verarbeitung durch.
Auf diese Weise wird das Polygon nach Maßgabe des Z-Werts geteilt, und es wird ein Bild der durch das Teilen gewonnenen Polygone (Teilpolygone entlang der gekrümmten Referenzfläche) gezeichnet. Durch das Zeichnen eines Bilds mit einer vorbestimmten Anzahl von Polygonen wird ein dreidimensionales Objekt angezeigt, das aus diesen Polygonen zusammengesetzt ist. Da die Geometrieberechnung, wie die Koordinatenumwandlung, wie oben beschrieben, von der graphischen Transfermaschine 71 der Haupt-CPU 44 ausgeführt wird und die programmierbare Paketmaschine 48 nur eine lokale Berechnung für die Polygone durchführt, kann der Schaltungsumfang reduziert werden, und es ist eine Parallelanordnung möglich.
Im folgenden werden Details des Teilungsprozesses für ein Polygon in dem Schritt S5 anhand des Flußdiagramms von 12 beschrieben.
Zunächst teilt die Sub-CPU 95 ein ihr zugeführtes viereckiges Polygon in zwei dreieckige Polygone und berechnet die Fläche A der dreieckigen Polygone (die Fläche, wenn die dreieckigen Polygone auf der vorgegebenen Anzeigeeinheit angezeigt werden).
In dem Schritt S22 prüft die Sub-CPU 95 dann, ob die Fläche A der Polygone größer ist als der vorbestimmte Referenzwert D oder nicht. Wenn festgestellt wird, daß die Fläche A größer ist als der Referenzwert D, geht die Steuersequenz weiter zu dem Schritt S23. Wenn hingegen festgestellt wird, daß die Fläche A kleiner ist als der Referenzwert D, beendet die Sub-CPU 95 das Teilen des Polygons.
In dem Schritt S23 erzeugt die Sub-CPU 95 einen Mittelpunkt, der in der Mitte zwischen zwei Eckpunkte des Polygons in einem (u, v)-Raum liegt, der durch die Parameter u und v definiert ist, und teilt das Polygon in zwei Teilpolygone (Teilpolygone A und B) mit den drei Eckpunkten des Polygons und dem Mittelpunkt. In 9A wird z. B. der Mittelpunkt E erzeugt, und das Polygon ABC wird in die Teilpolygone ABE und BCE geteilt.
Wenn die Eckpunkte des Polygons ABC in dem durch die Parameter u und v definierten (u, v)-Raum z. B. A = ( /4, /4), B = ((3/4), /4) und C = ((5/4), /4) sind, wird der Mittelpunkt F zwischen den Eckpunkten A und B als F = ( /2, /4) berechnet, indem die Komponenten der Eckpunkte A und B gemittelt werden.
Wenn jedoch der Mittelwert ((u1 + u2)/2) der u-Komponenten der vorbestimmten zwei Eckpunkte ((u1, v1), (u2, v2)) ist, wird der Mittelpunkt als (0, /2) bestimmt, da ein Punkt, dessen u-Komponente durch die obigen Gleichungen nicht definiert ist. Da der Mittelwert der u-Komponenten der Eckpunkte A und C gleich (= (5/4)–/4) ist, sind die Koordinatenwerte des Mittelpunkts E zwischen den Eckpunkten A und C gleich (0, /2).
Wenn die gekrümmte Referenzkurve z. B. eine sphärische Fläche ist, deren Radius R den Wert R = 1 hat, und bei dem die Koordinaten (xc, yc, zc) des Zentrums (xc, yc, zc) = (0, –2, 2) sind, sind die Koordinatenwerte (x, y, z) der Ecke A in dem dreidimensionalen Raum nach der oben angegebenen Gleichung (Gleichung der sphärischen Fläche) (x, y, z) = (1/2, 1/(2^1/2) –2, 5/2). Die Koordinatenwerte der Ecke B sind entsprechend (x, y, z) = (–1 /2, 1/(2^1/2) – 2, 5/2). Die Koordinatenwerte der Ecke C sind (x, y, z) = (–1/2, 1/(2^1/2) – 2, 3/2). Die Koordinatenwerte des Mittelpunkts E sind dann (x, y, z) = (0, –1, 2).
Wenn für die Koordinaten der Eckpunkte eine perspektivische Umwandlung durchgeführt wird, um zweidimensionale Koordinatenwerte für die Anzeige zu gewinnen, sind die Koordinatenwerte (X, Y) der Ecke A nach der oben angegebenen Gleichung für die perspektivische Umwandlung (X, Y) = (1/5, ((2^1/2) – 4)/5). Die Koordinatenwerte der Ecke B sind (–1 /5, ((2^1/2) –4)/5). Die Koordinatenwerte der Ecke C sind (X, Y) = (–1/3, ((2^1/2) – 4)/3). Die Koordinatenwerte des Mittelpunkts E sind (x, y) = (0, –1/2).
Wenn in dieser Weise ein Mittelpunkt in dem (u, v)-Raum erzeugt wird, ist der Mittelpunkt nicht an dem Mittelpunkt in dem dreidimensionalen Raum oder dem zweidimensionalen Raum für die Anzeige angeordnet, sondern auf der gekrümmten Referenzkurve (9A).
In dem Schritt S24 erzeugt die Sub-CPU 95 dann Teilpolygone für das Teilpolygon A. Und zwar wird der beschriebene Polygonteilungsprozeß für das Teilpolygon A ausgeführt. Der Polygonteilungsprozeß für das Teilpolygon ABE, das in dem Schritt S23 erzeugt wird, wird von dem Schritt S21 aus gestartet.
In dem Schritt S25 führt die Sub-CPU 95 einen Prozeß zur Erzeugung von Teilpolygonen für das Teilpolygon B aus. Und zwar wird der vorangehend beschriebene Polygonteilungsprozeß für das Teilpolygon B ausgeführt.
Durch die rekursive Ausführung dieses Prozesses in den Schritten S24 und S25 in dieser Weise wird jedes durch Teilung gewonnene Polygon weiter geteilt, und die Verarbeitung wird solange wiederholt, bis durch das Teilen Teilpolygone gewonnen werden, deren Größen kleiner sind als der Referenzwert D. Da in diesem Fall jeder Mittelpunkt in dem durch die Parameter u und v definierten (u, v)-Raum erzeugt wird, wird durch die durch das Teilen in der beschriebenen Weise gewonnenen Polygone eine gekrümmte Fläche entlang der gekrümmten Referenzfläche gebildet.
Während die gekrümmte Referenzfläche bei der oben beschriebenen Verarbeitung eine sphärische Fläche ist, kann die gekrümmte Referenzfläche auch irgendeine andere gekrümmte Fläche sein. So kann z. B. als gekrümmte Referenzfläche (x, y, z) ein Polynom der Parameter u und v verwendet werden, das durch die folgenden Gleichungen gegeben ist: x = (1 – v) ((1 – u)x0 + ux1) + v((1 – u)x3 + ux2) + Nxf(u, v) y = (1 – v) ((1 – u)y0 + uy1) + v((1 – u)y3 + uy2) + Nyf(u, v) z = (1 – v) ((1 – u)z0 + uz1) + v((1 – u)z3 + uz2) + Nzf(u, v)
Während die Parameter u und v in diesem Fall auf vier Punkten (u, v) = (0, 0), (1, 0), (1, 1) und (0, 1) im voraus in dem durch den Identifizieren Code bestimmten Programm festgehalten werden, werden der programmierbaren Paketmaschine 48 Konstanten xi, yi, zi (i = 0,..., 3) als Daten zugeführt, so daß die Koordinatenwerte der vier Punkte in dem dreidimensionalen Raum berechnet werden.
f(u, v) in den obigen Gleichungen ist eine quadratischer Gleichung der Parameter u und v, und die Koeffizienten der Terme werden als Parameter der gekrümmten Fläche der programmierbaren Paketmaschine 48 zugeführt. Wenn f(u, v) z. B. durch die folgende Gleichung dargestellt wird: f(u,v) = au2 + b7 + cv2 + dv + e werden die Koeffizienten a bis e als Parameter der gekrümmten Kurve der programmierbaren Paketmaschine 48 zugeführt.
Dementsprechend wird der programmierbaren Paketmaschine 48 in diesem Fall ein Paket zugeführt, das den Identifizieren Code und den Normalenvektor Nx, Ny, Nz, die Parameter der gekrümmten Fläche, die Konstanten xi, yi, zi (i = 0,..., 3) und Farbdaten (RGBi) (i = 0,..., 3) enthält, die den vier Punkten entsprechen, wie dies in 13 dargestellt ist. Es ist zu beachten, daß die Gleichung der gekrümmten Referenzfläche einfach durch eine Rekursionsformel berechnet werden kann, indem man für die programmierbare Paketmaschine 48 einen digitalen Differentiaianalysierer (DDA) vorsieht.
Das Polygon, das in Form eines Datenpakets zugeführt wird, wie es in 13 dargestellt ist, wird nach Maßgabe des Z-Werts von der programmierbaren Paketmaschine 48 in ähnlicher Weise geteilt, als ob die gekrümmte Referenzfläche eine sphärische Fläche wäre. Wenn der Z-Wert z. B. groß und das Polygon weit in Tiefenrichtung angeordnet ist, und wenn das Polygon auf der vorgegebenen Anzeigeeinheit klein angezeigt wird, teilt die Sub-CPU 95 der programmierbaren Paketmaschine 48 das Polygon nicht, oder mit anderen Worten, die Teilungszahl wird auf 1 gesetzt, wie dies in 14A dargestellt ist, und die Koordinatenwerte der Eckpunkte des Polygons werden in dem Zieldaten-RAM 97 gespeichert.
Wenn hingegen der Z-Wert recht klein und das Polygon in Tiefenrichtung näher angeordnet ist, d. h., wenn das Polygon auf der vorgegebenen Anzeigeeinheit eher größer angezeigt wird, teilt die Sub-CPU 95 das Polygon in vier, d. h. die Teilungszahl wird auf 4 gesetzt, wie dies in 14B dargestellt ist, um vier Polygone entsprechend der gekrümmten Referenzfläche zu erzeugen, und die Koordinatenwerte der Eckpunkte der vier Teilpolygone werden in dem Zieldaten-RAM 97 gespeichert.
Wenn jedoch der Z-Wert niedrig und das Polygon in Tiefenrichtung nahe angeordnet ist, d.h. wenn das Polygon auf der vorgegebenen Anzeigeeinheit groß angezeigt wird, teilt die Sub-CPU 95 das Polygon in 16, d. h. die Teilungszahl ist 16, wie dies in 14C dargestellt ist, um 16 Teilpolygone entsprechend der gekrümmten Referenzfläche zu erzeugen, und speichert die Koordinatenwerte der Eckpunkte der 16 Teilpolygone in dem Zieldaten-RAM 97.
Wenn das Polygon z. B. in 16 Polygone geteilt wird, wie dies in 14C dargestellt ist, haben die 16 Teilpolygone 25 Eckpunkte PO bis P24, wie dies in 15A dargestellt ist. So ordnet die Sub-CPU 95 die Koordinatenwerte und die Farbdatenwerte (Xi, Yi, Zi, RGBi) (i = 0,..., 24) der Eckpunkte in einer Weise, wie sie in 15B dargestellt ist, und speichert sie in dem Zieldaten-RAM 97.
Es ist zu beachten, daß das in dem vorliegenden Teilungsbeispiel viereckige Polygone (Teilpolygone) benutzt werden.
Die Form eines Objekts wird in dieser Weise in Abhängigkeit von der Größe (Anzeigegröße) variiert, wenn es auf der vorgegebenen Anzeigeeinheit angezeigt wird, und wenn die Anzeigegröße klein ist, wird als vorbestimmtes Objekt ein Objekt mit einer kleinen Anzahl von Eckpunkten angezeigt, und die Zahl der für die Anzeige erforderlichen Operationen wird reduziert. Wenn die Anzeigegröße hingegen groß ist, wird als vorbestimmtes Objekt ein Objekt mit einer vergleichsweise großen Zahl von Eckpunkten angezeigt, so daß der Benutzer keinen Unterschied in der Form zwischen dem Originalobjekt und dem angezeigten Objekt bemerkt.
Durch die Übertragung von Daten eines Polygons mit einer vergleichsweise rohen Größe an die programmierbare Paketmaschine 48 und Teilen des Polygons in Abhängigkeit von der Anzeigefläche durch die programmierbare Paketmaschine 48 kann die Datenmenge, die die Haupt-CPU 44 der programmierbaren Paketmaschine 48 über den Haupt-Bus 41 zuführen muß, herabgesetzt werden, um die Belastung des Haupt-Busses 41 zu reduzieren.
Während die Datenmenge (Ausgangsdatenmenge), die von der programmierbaren Paketmaschine 48 an die graphische Verarbeitungseinheit 49 ausgegeben wird, in Abhängigkeit von der Teilungszahl eines Polygons anwächst, wie dies in 16 dargestellt ist, ist die Datenmenge (Eingangsdatenmenge), die von der Haupt-CPU 44 über den Haupt-Bus 41 an die programmierbare Paketmaschine 48 geliefert wird, unabhängig von der Teilungszahl des Polygons, fest (in dem Paket von 13 sind dies 16 Wörter für ein Polygon). Deshaλb kann die Belastung des Haupt-Busses 41 auf einem festen Wert gehalten werden. Hierdurch werden die Daten außerdem komprimiert, wie dies durch das Datenkompressionsverhältnis von 16 angedeutet ist, und die zu bearbeitende Datenmenge (Datenmenge, die über den Haupt-Bus 41 übertragen wird usw.) wird reduziert.
Da die graphische Verarbeitungseinheit 49 die Verarbeitung der einzelnen Polygone vornimmt, während sie die Daten der vier Eckpunkte jedes Polygons hält, liefert die programmierbare Paketmaschine 48 die Daten der Eckpunkte noch einmal, wenn die graphische Verarbeitungseinheit 49 die zuvor zugeführten Daten der Eckpunkte viermal oder öfter wie derbenutzt. Deshalb ist die Ausgangsdatenmenge (Wortzahl) der programmierbaren Paketmaschine 48 größer als die Zahl der Eckpunkte der durch das Teilen gewonnenen Polygone.
Es werde z. B. ein Fall untersucht, bei dem der graphischen Verarbeitungseinheit 49 Daten des Polygons von 15 zugeführt werden sollen, das in 16 Teilpolygone mit insgesamt 25 Eckpunkten PO bis P24 geteilt ist. Zunächst liefert die programmierbare Paketmaschine 48 die Daten der Eckpunkte PO bis P3 an die graphische Verarbeitungseinheit 49, und die graphische Verarbeitungseinheit 49 führt die Verarbeitung des Polygons mit den Eckpunkten PO bis P3 aus. Dann liefert die programmierbare Paketmaschine 48 die Daten der Eckpunkte P4 und P5, und die graphische Verarbeitungseinheit 49 führt die Verarbeitung des Polygons mit den Eckpunkten P1, P3, P4 und P5 aus. Ähnlich liefert die programmierbare Paketmaschine 48 die Daten der Eckpunkte P6 bis P9 in dieser Reihenfolge, und die graphische Verarbeitungseinheit 49 führt sukzessiv die Verarbeitung des Polygons mit den Eckpunkten P4 bis P7 und des Polygons mit den Eckpunkten P6 bis P9 aus.
Dann liefert die programmierbare Paketmaschine 48 die Daten der Eckpunkte P2, P3, P10 und P11 an die graphische Verarbeitungseinheit 49, und die graphische Verarbeitungseinheit 49 führt die Verarbeitung des Polygons mit den Eckpunkten P2, P3, P10 und P11 aus. Ferner liefert die programmierbare Paketmaschine 48 die Daten der Eckpunkte P5 und P12, und die graphische Verarbeitungseinheit 49 führt die Verarbeitung des Polygons mit den Eckpunkten P3, P5, P11 und P12 aus. Ähnlich liefert die programmierbare Paketmaschine 48 die Daten der Eckpunkte P7, P9, P13 und P14, und die graphische Verarbeitungseinheit 49 führt sukzessiv die Verarbeitung des Polygons mit den Eckpunkten P5, P7, P12 und P13 und des Polygons mit den Eckpunkten P7, P9, P13 und P14 aus.
Anschließend liefert die programmierbare Paketmaschine 48 die Daten der Eckpunkte P10 bis P24 an die graphische Verarbeitungseinheit 49, und die graphische Verarbeitungseinheit 49 führt in ähnlicher Weise sukzessiv die Verarbeitung der einzelnen Polygone aus.
Da die programmierbare Paketmaschine 48 die Daten der Eckpunkte der einzelnen Polygone in der oben beschriebenen Weise an die graphische Verarbeitungseinheit 49 liefert, werden die Daten der 15 Eckpunkte, nämlich der Eckpunkte P2, P3, P5, P7 und P9 und der Eckpunkte P10 bis P19 der graphischen Verarbeitungseinheit 49 zweimal zugeführt. Da also der graphischen Verarbeitungseinheit 49 die Daten von insgesamt 40 (= 25 + 15) Eckpunkten zugeführt werden, umfaßt die von der programmierbaren Paketmaschine 48 ausgegebene Datenmenge, wenn das Polygon in 16 Teilpolygone geteilt wird, 40 Wörter, wie dies in 16 dargestellt ist. Die in dieser Weise zugeführten Daten werden als Streifengitter bezeichnet.
Während in dem oben beschriebenen Beispiel der programmierbaren Paketmaschine 48 Parameter der gekrümmten Fläche, die für eine gekrümmte Referenzfläche repräsentativ sind, zugeführt werden, kann der programmierbaren Paketmaschine 48 auch ein Parameter, der für die Position einer Lichtquelle repräsentativ ist, zusammen mit Koordinatenwerten der Eckpunkte des Polygons zugeführt werden, so daß nach der Teilung des Palygons nach Maßgabe des Z-Werts Helligkeitswerte der durch das Teilen gewonnenen Polygone (Teilpolygone) aus dem für die Position der Lichtquelle repräsentativen Parameter berechnet werden können.
Daten, die einen Lichtquellenparameter enthalten, der für die Position einer Lichtquelle repräsentativ ist, werden zusammen mit Koordinatenwerten (Xi, Yi, Zi) (i = 0,..., 3) der Eckpunkte P0 bis P3 eines solchen Polygons, wie es in 17A dargestellt ist, einem Normalenvektor (Nx, Ny, Nz) und einem Identifizieren (Code in 17A), der ein Programm für die Durchführung der Teilungsverarbeitung eines Polygons bezeichnet, z. B. im voraus auf der CD-ROM 40 aufgezeichnet, und diese Daten werden ausgelesen und in dem Hauptspeicher 45 gespeichert. Nach der Koordinatenumwandlung des Polygons mit Hilfe der graphischen Transfermaschine 71 werden diese Daten dann von der Paketmaschine 72 als ein Paket der programmierbaren Paketmaschine 48 zugeführt, wie dies in 17B dargestellt ist. Die programmierbare Paketmaschine 48 führt dann nach der Teilung des Polygons die Berechnung von Helligkeitswerten der einzelnen Teilpolygone aus dem Lichtquellenparameter durch. Wenn eine Punktlichtquelle benutzt wird, werden die Koordinaten (Lx, Ly, Lz) der Punktlichtquelle und die Farbinformation (Lr, Lg, Lb) der Lichtquelle als Lichtquellenparameter der programmierbaren Paketmaschine 48 zugeführt.
Die programmierbare Paketmaschine 48 berechnet aus den ihr zugeführten Lichtquellenparametern Koordinaten (p0, q0) eines Schnittpunkts zwischen einer Normalen von der Lichtquelle und einer zweidimensionalen Ebene (p, q), die das in 18A dargestellte Polygon enthält, sowie die Höhe h der Lichtquelle über der zweidimensionalen Ebene (p, q). Sie berechnet außerdem aus den Koordinatenwerten (p, q) der Eckpunkte der einzelnen Teilpolygone Helligkeitswerte L (die umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands von der Lichtquelle größer werden) an den Eckpunkten der Teilpolygone nach der folgenden Gleichung: L = h2/(h2 + (p – p0)2 + (q – q0)2)
Wenn ein Polygon z. B. in acht Teilpolygone geteilt wird, berechnet die programmierbare Paketmaschine 48 den Helligkeitswert für jeden der Eckpunkte der Teilpolygone. Dann berechnet die graphische Verarbeitungseinheit 49 die Helligkeitswerte der Teilpolygone aus den Helligkeitswerten der Eckpunkte der Teilpolygone und veranlaßt die Anzeige des Polygons, wie dies in 18 dargestellt ist. Wenn ein Polygon in 32 Teilpolygone geteilt wird, berechnet die programmierbare Paketmaschine 48 die Helligkeitswerte für die einzelnen Eckpunk te der Teilpolygone. Dann berechnet die graphische Verarbeitungseinheit 49 die Helligkeitswerte der Teilpolygone aus den Helligkeitswerten der Eckpunkte der Teilpolygone und bewirkt die Anzeige des Polygons, wie dies in 18C dargestellt ist. Durch Berechnen der Helligkeitswerte für die einzelnen Teilpolygone eines vorbestimmten Polygons in dieser Weise kann der Helligkeitswert der Fläche eines Objekts fein variiert werden.
Die in dieser Weise berechneten Helligkeitswerte für die einzelnen Eckpunkte (25 Eckpunkte in diesem Beispiel) der z. B. durch sechzehnfache Teilung erzeugten Teilpolygone, wie in 19A dargestellt, werden zusammen mit den Koordinatenwerten der einzelnen Eckpunkte von der programmierbaren Paketmaschine 48 an die graphische Verarbeitungseinheit 49 ausgegeben, wie dies in 19B dargestellt ist (die Helligkeitswerte werden von der graphischen Verarbeitungseinheit 49 aus dem Zieldaten-RAM 97 der programmierbaren Paketmaschine 48 ausgelesen).
Durch Teilen eines Polygons und Berechnen der Helligkeitswerte der einzelnen Teilpolygone in der beschriebenen Weise kann die Variationsdichte des Helligkeitswerts in Abhängigkeit von der Anzeigegröße des Polygons eingestellt werden. Da die graphische Verarbeitungseinheit 49 nur eine lineare Berechnung, wie eine Leuchtschattierung, ausführen muß, oder mit anderen Worten, da die graphische Verarbeitungseinheit 49 keine komplizierte Lichtquellenberechnung ausführen muß, kann die Belastung der graphischen Verarbeitungseinheit 49 verringert werden.
Es ist zu beachten, daß in diesem Fall das Polygon in dem dreidimensionalen Raum linear geteilt wird, wie dies in 19A dargestellt ist.
Während in dem oben beschriebenen Beispiel die Koordinaten der Eckpunkte eines Polygons, das ein dreidimensionales Objekt bildet, aus der CD-ROM 40 ausgelesen werden, ist es auch möglich, ein Basisobjekt (Schablone (Modell)), das eine dreidimensionale Basisform hat (z. B. eine sphärische, zylindrische, kubische oder planare Form), im voraus in der programmierbaren Paketmaschine 48 (ROM 96) zu speichern, ein vorgegebenes dreidimensionales Objekt mit einer Identifikationsnummer (Schablonenmuster-ID), die der Schablone entspricht, und Differenzwerte an repräsentativen Punkten der Schablone (Abweichungen zwischen den repräsentativen Punkten der Schablone und Punkten des dreidimensionalen Objekts, die den repräsentativen Punkten entsprechen) zu speichern und sie auf der CD-ROM 40 aufzuzeichnen.
Die Form eines Rotationskörpers, wie er in 20A dargestellt ist, d. h. eines Rotationskörpers, der zu einer vorbestimmten Rotationsachse symmetrisch ist, wird z. B. durch eine Schablonenmuster-ID, die eine in 20B dargestellte zylindrische Schablone bestimmt, und durch die Abweichungen (Differenzwerte) nij von der Schablone an repräsentativen Punkten Pij (i = 0,..., 9) der zylindrischen Schablone repräsentiert.
Wenn eine solche Schablone benutzt wird, wie sie oben beschrieben wurde, liest die Haupt-CPU 44 die Schablonenmuster-ID, die Koordinatenwerte des Objekts und die Abweichungen nij von der Schablone aus der CD-R0M 40 aus und sendet die numerischen Werte als ein Paket zusammen mit einem Identifizierercode, der ein Programm zur Verarbeitung dieses Polygons bezeichnet, wie in 21 dargestellt, an die programmierbare Paketmaschine 48.
Beim Empfang des Pakets führt die programmierbare Paketmaschine 48 dann die Verarbeitung der in dem Paket enthaltenen Daten des dreidimensionalen Objekts aus, wobei sie ein durch den in dem Paket enthaltenen Identifizieren Code bezeichnetes Programm benutzt, und bezieht sich auf die Schablonenmuster-ID, um aus dem ROM 96 Daten einer Schablone auszulesen, die der Schablonenmuster-ID entsprechen. Dann spezifiziert die programmierbare Paketmaschine 48 die Form des dreidimensionalen Objekts aus den Daten und aus den Abweichungen nij gegenüber der Schablone.
Durch die Darstellung eines dreidimensionalen Objekts mit einer eine Schablone festlegenden Schablonenmuster-ID und den Abweichungen nij gegenüber der Schablone kann die auf einer CD-ROM aufzuzeichnende Datenmenge oder die Zahl der wiederholten Operationen für die Koordinatenumwandlung usw. auf der Basis der Symmetrie der Schablonenform reduziert werden. Bei einer zylindrischen Schablone, wie sie in 20B dargestellt ist, kann z. B. die in 20A dargestellte Form lediglich mit den Abweichungen in Radiusrichtung (eindimensional) dargestellt werden.
22 zeigt ein exemplarisches Produktionsgerät für die Herstellung der CD-ROM 40. Das Produktionsgerät von 22A ist so konstruiert, daß es ein vorbestimmtes dreidimensionales Objekt in einem Datenformat in Einheiten eines Polygons aufzeichnet, wie es in 13 dargestellt ist. Das Produktionsgerät von 22B ist hingegen ein Aufzeichnungsgerät, bei dem die vorliegende Erfindung angewendet wird, und es ist so konstruiert, daß es ein vorbestimmtes dreidimensionales Objekt in einem Datenformat aufzeichnet, das von der Schablone Gebrauch macht, wie sie in 21 dargestellt ist.
Bei dem Produktionsgerät von 22A empfängt ein Modellieren 112 aus einem Eingabegerät 111 ein Signal, das einer manuellen Eingabe eines Designers, der Person, die ein Bild erzeugt, entspricht, und erzeugt ein der manuellen Eingabe des Designers entsprechendes dreidimensionales Objekt.
Der Modellierer 112 liefert die Information, die einer gekrümmten Fläche des erzeugten dreidimensionalen Objekts entspricht, an eine Operationsschaltung 113 und liefert Koordinatenwerte der Eckpunkte von Polygonen, die das erzeugte dreidimensionale Objekt bilden, an ein Aufzeichnungsgerät 114 .
Die Operationsschaltung 113 berechnet die den einzelnen Polygonen entsprechenden Parameter der gekrümmten Fläche aus der von dem Modellieren 112 zugeführten Information der gekrümmten Fläche und liefert die Parameter der gekrümmten Fläche an das Aufzeichnungsgerät 114.
Das Aufzeichnungsgerät 114 strahlt einen Laserstrahl auf eine Master-Disk, um Daten aufzuzeichnen, d. h. um auf der Master-Disk die Daten aufzuzeichnen, die ihm aus dem Modellieren 112 und der Operationsschaltung 113 zugeführt werden. Auf einer Oberfläche der Master-Disk ist ein Photoresist aufgebracht, das von dem Aufzeichnungsgerät 114 bestrahlt wird, so daß es in Form von Pits, die den Aufzeichnungsdaten entsprechen, optisch sensibilisiert wird. Anschließend wird die Master-Disk entwickelt. Dann wird aus der Master-Disk, auf deren Oberfläche sich konkave und konvexe Ausprägungen befinden, eine Preßform erzeugt. Mit der Preßform kann dann eine große Anzahl von CD-ROMs als Plattenkopien erzeugt werden.
Wenn bei der Herstellung einer Preßform für CD-ROMs ein Laserstrahl nach Maßgabe der Aufzeichnungsdaten in dieser Weise auf eine Master-Disk gestrahlt wird, werden in den einzelnen Spuren Aufzeichnungsdaten aufgezeichnet, die Parameter von gekrümmten Flächen und Koordinatenwerte der Eckpunkte enthalten. Durch die weitere Übertragung einer Preßform, auf die die Master-Disk übertragen wurde, wird eine CD-ROM erzeugt, deren Pit-Formen den Aufzeichnungsdaten entsprechen.
Bei dem Produktionsgerät von 22B empfängt ein Modellierer 112 aus einem Eingabegerät 111 ein Signal, das einer manuellen Eingabe eines Designers entspricht, und erzeugt ein der manuellen Eingabe des Designers entsprechendes dreidimensionales Objekt.
Der Modellierer 112 liefert dann die Information des erzeugten dreidimensionalen Objekts an eine Operationsschaltung 115 und liefert die Koordinatenwerte von repräsentativen Punkten des erzeugten dreidimensionalen Objekts an ein Aufzeichnungsgerät 114.
Die Operationsschaltung 115, die als Recheneinrichtung dient, wählt aus der von dem Modellierer 112 gelieferten Information des dreidimensionalen Objekts eine Schablone aus, die dem dreidimensionalen Objekt entspricht, berechnet eine Identifikationsnummer der Schablone und Differenzwerte zwischen repräsentativen Punkten der Schablone und repräsen tativen Punkten des von dem Modellieren 112 erzeugten dreidimensionalen Objekts und liefert die Identifikationsnummer und die Differenzwerte an das Aufzeichnungsgerät 114.
Das Aufzeichnungsgerät 114, das als Aufzeichnungseinrichtung dient, strahlt einen Laserstrahl auf eine Master-Disk, um auf der Master-Disk Aufzeichnungsdaten (eine Schablonenmuster-ID und Differenzwerte an den repräsentativen Punkten) aufzuzeichnen, die ihm aus dem Modellieren 112 und der Operationsschaltung 115 zugeführt werden. Dann werden aus der Master-Disk, ähnlich wie bei dem Produktionsgerät von 22A, CD-ROMs erzeugt.
In der vorangehend beschriebenen Weise wird eine CD-ROM erzeugt, die eine Schablonenmuster-ID und Differenzwerte an repräsentativen Punkten als Aufzeichnungsdaten speichert.
Die vorliegende Erfindung befriedigt eine schon lange vorhandene Nachfrage nach einem neuen und verbesserten Aufzeichnungsmedium und nach neuen und verbesserten Aufzeichnungs- und lnformationsverarbeitungssystemen, die eine effiziente und sehr schnelle Verarbeitung zu reduzierten Kosten begünstigen.
In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wird eine CD-ROM als Aufzeichnungsmedium benutzt, statt dessen kann jedoch auch ein beliebiges anderes geeignetes Aufzeichnungsmedium verwendet werden.
In der vorangehenden Beschreibung wurden spezielle Formen der Erfindung dargestellt und beschrieben, es ist jedoch offensichtlich, daß verschiedene Modifizierungen vorgenommen werden können, ohne daß damit der Bereich der Erfindung verlassen wird, wie er beansprucht wird. Der Geltungsbereich der Erfindung soll deshalb nur durch die anliegenden Ansprüche begrenzt werden.

Claims

Aufzeichnungsmedium, das als Daten eines vorbestimmten Objekt in einem dreidimensionalen Raum aufzeichnet: eine Identifikationsinformation eines ausgewählten Basisobjekts, das als Referenz dient, und Differenzwerte (n00, n01) zwischen Koordinatenwerten von repräsentativen Punkten (P00, P01) des Basisobjekts und Koordinatenwerten von Punkten des vorbestimmten Objekts, die den repräsentativen Punkten entsprechen.
Aufzeichnungsgerät zum Aufzeichnen von Daten eines vorbestimmten Objekts in einem dreidimensionalen Raum auf einem Aufzeichnungsmedium, wobei das Gerät aufweist: eine Recheneinrichtung zum Auswählen eines Basisobjekts, das als Referenz dienen soll, in Abhängigkeit von einer zugeführten Information des vorbestimmten Objekts und zum Berechnen von Differenzwerten (n00, n01) zwischen Koordinatenwerten von repräsentativen Punkten (P00, P01) des Basisobjekts und Koordinatenwerten von Punkten des vorbestimmten Objekts, die den repräsentativen Punkten entsprechen, und eine Aufzeichnungseinrichtung zum Aufzeichnen der berechneten Differenzwerte und einer Identifikationsinformation des ausgewählten Basisobjekts als Daten des vorbestimmten Objekts auf dem Aufzeichnungsmedium.
Aufzeichnungsverfahren zum Aufzeichnen von Daten eines vorbestimmten Objekts in einem dreidimensionalen Raum auf einem Aufzeichnungsmedium mit den Verfahrensschritten: Auswählen eines Basisobjekts, das als Referenz dienen soll, in Abhängigkeit von einer zugeführten Information des vorbestimmten Objekts, Berechnen von Differenzwerten (n00, n01) zwischen Koordinatenwerten von repräsentativen Punkten (P00, P01) des Basisobjekts und Koordinatenwerten von Punkten des vorbestimmten Objekts, die den repräsentativen Punkten entsprechen, und Aufzeichnen der berechneten Differenzwerte und einer Identifikationsinformation des ausgewählten Basisobjekts als Daten des vorbestimmten Objekts.