JP2000020746A - 画像処理装置および方法、並びに提供媒体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レイトレーシング方式で、より高速に画像デ
ータを生成する。 【解決手段】 レイトレーシング方式の第１のレイによ
るトレーシングに代えて、オブジェクト５３を複数のト
ライアングル５３−１乃至５３−６に区分し、各トライ
アングルをスクリーン５２に投影し、３次元座標空間上
のデータをスクリーン５２の座標系のデータに変換す
る。スクリーン座標系のトライアングルの３つの頂点の
データから、トライアングルの内部の画素データを補間
生成する。補間生成された画素データに対して、第２の
レイによるトレーシング処理を行い、画素データを補正
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像処理装置およ
び方法、並びに提供媒体に関し、特に、レイトレーシン
グ方式で、より迅速に、画像データを生成することがで
きるようにした画像処理装置および方法、並びに提供媒
体に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１６は、従来のレイトレーシング方式
の原理を表している。同図に示すように、スクリーン５
２上の所定の位置の画素のデータを生成するとき、予め
設定された所定の位置に配置されているアイポイント５
１から、スクリーン５２上の、その位置の画素に向かう
光線（レイ）を想定し、そのレイ（第１のレイ）が３次
元座標空間上に配置されている所定のオブジェクト（図
１６の例の場合、オブジェクト５３）に衝突させる。こ
のとき、スクリーン５２上の、その画素には、オブジェ
クト５３の第１のレイが衝突した位置の画像が描かれる
べきものとなる。

【０００３】さらに、このオブジェクト５３の第１のレ
イが衝突する点の画像は、ライトソース５５からの光
が、オブジェクト５４で反射され、オブジェクト５３
の、その点に照射されている場合、その影響も受けるこ
とになる。そこで、オブジェクト５３の、その点から、
ライトソース５５に向けて、光線を逆にたどり、オブジ
ェクト５３からオブジェクト５４に向かって、第２のレ
イを想定し、オブジェクト５４からライトソース５５に
向かって、第３のレイを想定する。そして、オブジェク
ト５３上の第１のレイの衝突する点の画像を、第２のレ
イおよび第３のレイに基づく影響を計算することで補正
する。そして、その補正した結果が、スクリーン５２上
の対応する画素に反映される。

【０００４】このようにして、例えばCADにおいて、所
定の３次元座標空間上に複数のオブジェクトを作成配置
し、その３次元上のオブジェクトを所定のアイポイント
から見た場合の画像を、スクリーン５２上の画像として
演算し、表示することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなレイトレーシングによる方法は、各段階のレイがど
のオブジェクトに衝突するのかを判定しなければなら
ず、そのための計算量が膨大なものとなり、ポリゴンレ
ンダリング手法などに較べて、高速化が困難となる課題
があった。

【０００６】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであり、より迅速に画像データを生成することがで
きるようにするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の画像処
理装置は、第１のレイによるレイトレーシングに代え
て、３次元座標空間上のオブジェクトの表面の画像をス
クリーンに投影することにより生成されたスクリーン座
標系の画像データを出力する出力手段と、スクリーン座
標系の画像データから、表面の内部の画素データを補間
する補間手段と、補間手段により補間された画素データ
を、それに対応する第２のレイによるレイトレーシング
の成分を演算して補正する補正手段と、補正手段により
補正された画素データを描画する描画手段とを備えるこ
とを特徴とする。

【０００８】請求項１４に記載の画像処理方法は、第１
のレイによるレイトレーシングに代えて、３次元座標空
間上のオブジェクトの表面の画像をスクリーンに投影す
ることにより生成されたスクリーン座標系の画像データ
を出力する出力ステップと、スクリーン座標系の画像デ
ータから、表面の内部の画素データを補間する補間ステ
ップと、補間ステップで補間された画素データを、それ
に対応する第２のレイによるレイトレーシングの成分を
演算して補正する補正ステップと、補正ステップで補正
された画素データを描画する描画ステップとを含むこと
を特徴とする。

【０００９】請求項１５に記載の提供媒体は、レイトレ
ーシング方式により３次元座標空間上の複数のオブジェ
クトのスクリーン上の画像データを生成する画像処理装
置に、第１のレイによるレイトレーシングに代えて、３
次元座標空間上のオブジェクトの表面の画像をスクリー
ンに投影することにより生成されたスクリーン座標系の
画像データを出力する出力ステップと、スクリーン座標
系の画像データから、表面の内部の画素データを補間す
る補間ステップと、補間ステップで補間された画素デー
タを、それに対応する第２のレイによるレイトレーシン
グの成分を演算して補正する補正ステップと、補正ステ
ップで補正された画素データを描画する描画ステップと
を含む処理を情報処理装置に実行させるコンピュータが
読みとり可能なプログラムを提供することを特徴とす
る。

【００１０】請求項１に記載の画像処理装置、請求項１
４に記載の画像処理方法、および請求項１５に記載の提
供媒体においては、第１のレイによるレイトレーシング
に代えて、オブジェクトの表面の画像をスクリーンに投
影することにより生成されたスクリーン座標系の画像デ
ータを補間することで、表面の内部の画素データが生成
される。そして、補間された画素データが、第２のレイ
によるレイトレーシング成分で補正される。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施例を説明する
が、特許請求の範囲に記載の発明の各手段と以下の実施
例との対応関係を明らかにするために、各手段の後の括
弧内に、対応する実施例（但し一例）を付加して本発明
の特徴を記述すると、次のようになる。但し勿論この記
載は、各手段を記載したものに限定することを意味する
ものではない。

【００１２】請求項１に記載の画像処理装置は、第１の
レイによるレイトレーシングに代えて、３次元座標空間
上のオブジェクトの表面の画像をスクリーンに投影する
ことにより生成されたスクリーン座標系の画像データを
出力する出力手段（例えば、図１のパーソナルコンピュ
ータ１、ホストインタフェース２）と、スクリーン座標
系の画像データから、表面の内部の画素データを補間す
る補間手段（例えば、図１のDDA３）と、補間手段によ
り補間された画素データを、それに対応する第２のレイ
によるレイトレーシングの成分を演算して補正する補正
手段（例えば、図１のレイトレーサ６）と、補正手段に
より補正された画素データを描画する描画手段（例え
ば、図１のフレームバッファ７）とを備えることを特徴
とする。

【００１３】請求項２に記載の画像処理装置は、補間手
段により補間された画素データの奥行き方向の座標を基
に、最も手前にある画素データを検索し、記憶する記憶
手段（例えば、図１のプリトレースバッファ５）をさら
に備えることを特徴とする。

【００１４】請求項３に記載の画像処理装置は、オブジ
ェクトの表面の代表的な奥行き座標を基に、オブジェク
トの表面をソートするソート手段（例えば、図１１のト
ライアングルソート部２１）をさらに備え、補正手段
は、ソート手段によりソートされた順序で、奥から順番
に、第２のレイによるレイトレーシングの成分を演算し
て補正処理を行うことを特徴とする。

【００１５】請求項６に記載の画像処理装置は、オブジ
ェクトの表面の代表的な奥行き座標を基に、前記オブジ
ェクトの表面をソートするソート手段（例えば、図４の
トライアングルソート部２１）をさらに備え、補間手段
は、ソート手段によりソートされた順序で、手前から順
番に補間演算を行い、各画素の補間演算ごとに、その奥
行き座標を記憶し、補正手段は、補間手段に記憶されて
いる奥行き座標を基に、第２のレイによるレイトレーシ
ングの成分を演算して補正処理を行うことを特徴とす
る。

【００１６】図１は、本発明を適用した画像処理システ
ムの構成例を表している。ホストコンピュータとしての
パーソナルコンピュータ１は、３次元座標空間上のオブ
ジェクトの各表面を複数のトライアングルに分割し、各
トライアングルを所定のスクリーン座標系に投影して得
られた画像データを生成する。そして、そのスクリーン
座標系の画像データと、光源に関する画像データを、ホ
ストインタフェース２を介して、DDA（Digital Differe
ntial Analizer）に供給する。具体的には、例えば、ト
ライアングルの３つの頂点における座標（ｘ，ｙ，ｚ）
面の法線ベクトル、表面の拡散係数、表面の反射係数、
屈折係数、透明度、表面の色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）といったデ
ータと、光源の座標（ｘ，ｙ，ｚ）、明るさと色（Ｒ，
Ｇ，Ｂ）、光源の種類（点、平行、スポット径）といっ
た情報が、DDA３に入力される。

【００１７】DDA３は、ホストインタフェース２を介し
て、パーソナルコンピュータ１より入力された各トライ
アングルの頂点座標を元に、そのトライアングルの内部
の画素データを線形補間により生成する。生成された画
素データは、Ｚバッファ４に入力され、奥行き方向（ｚ
軸方向）の座標を元に、ソート処理が行われる。すなわ
ち、より手前（アイポイントに近い方）の画素データが
選択され、最も手前に位置する画素データだけがプリト
レースバッファ５に供給され、記憶されるようになされ
ている。

【００１８】レイトレーサ６は、プリトレースバッファ
５に記憶された画素データに対して、第２のレイ以降の
レイトレーシング処理を行い、プリトレースバッファ５
に記憶された画素データを補正し、補正した画素データ
をフレームバッファ７に出力し、描画するようになされ
ている。フレームバッファ７に描画された画素データ
は、CRTコントローラ（CRTC）８により適宜読み出さ
れ、ディスプレイ９に出力され、表示されるようになさ
れている。

【００１９】次に、図２のフローチャートを参照して、
その動作について説明する。最初に、ステップＳ１にお
いて、パーソナルコンピュータ１は、３次元座標空間上
におけるオブジェクトを複数のトライアングルに分割
し、そのトライアングルを所定のスクリーンに投影した
画像データを生成する。すなわち、図３に示すように、
オブジェクト５３を複数のトライアングル５３−ｉ（ｉ
＝１，２，３，・・・）に分割する。そして、各トライ
アングル５３−ｉをスクリーン５２に投影した画像デー
タを生成する。図３においては、オブジェクト５３のト
ライアングル５３−１が、スクリーン５２上に、トライ
アングル５３−１’として投影されている様子が表され
ている。

【００２０】すなわち、この例においては、レイトレー
シング方式における第１のレイ（Ray）によるトレーシ
ングが省略され、それに代わって、このような投影処理
が実行される。これにより、第１のレイが、どのオブジ
ェクトに衝突するのかを判定する演算が、従来の場合の
１／１００程度に軽減することができる。

【００２１】DDA３は、ステップＳ２において、パーソ
ナルコンピュータ１より供給されたトライアングルの３
つの頂点座標を元に、そのトライアングルの内部の画素
データを線形補間する処理を実行する。ステップＳ３に
おいて、DDA３は、補間演算の結果得られた画素データ
のｚ座標をＺバッファ４に記憶させ、これを利用して、
最も手前の画素データだけをプリトレースバッファ５に
記憶させる。以上のようにして、第１のレイによるトレ
ーシングは行われないが、行った場合と同様の画像が得
られる。

【００２２】以上のようにして、スクリーン５２の１画
面分の画像データがプリトレースバッファ５に記憶され
たとき、次に、ステップＳ４に進み、レイトレーサ６
は、第１のレイの条件に基づいて、第２のレイを各オブ
ジェクトに飛ばし、周辺光による色を決定し、その色
で、ステップＳ５において、対応する画素データを補正
する。この第２のレイによる処理は、例えば、そのオブ
ジェクトが光を反射しないオブジェクトであるような場
合には省略される。

【００２３】レイトレーサ６は、ステップＳ５におい
て、第２のレイによる周辺光による色を決定したとき、
その色、テクスチャ、および、そのオブジェクトの色を
ブレンドし、そのオブジェクトの第１のレイが衝突した
位置の色とする。ステップＳ６において、レイトレーサ
６は、最終的に決定された色を、フレームバッファ７の
対応する画素の位置に描画する。

【００２４】CRTC８は、ステップＳ７において、フレー
ムバッファ７に描画された画素データを読み出し、これ
を表示信号に変換して、ディスプレイ９に出力し、表示
させる。

【００２５】図３には、以上の処理が模式的に表されて
いる。すなわち、スクリーン５２に投影されたトライア
ングルの頂点の座標で規定されるトライアングルの内部
の画素の光ベクトル、反射ベクトル、屈折ベクトル、法
線ベクトル、（ｘ，ｙ，ｚ）座標、ｕ，ｖベクトルなど
が生成される。

【００２６】以上のようにして、第１のレイによるトレ
ーシング処理に代えて、画像データが生成されたとき、
次に、第２のレイ以降のトレーシング処理が実行され
る。

【００２７】図１の実施の形態においては、最も手前に
位置する画像データだけをプリトレースバッファ５に記
憶させるようにしたが、以下においては、このようなプ
リトレースバッファ５が設けられていない場合の構成例
について説明する。

【００２８】図４の構成例においては、ホストインタフ
ェース２とDDA３の間に、トライアングルソート部２１
とソートバッファ２２が配置されている。DDA３は、Ｚ
バッファ４を利用して、補間処理を実行するが、プリト
レースバッファ５は省略されている。レイトレーサ６
は、DDA３に接続され、DDA３との間でデータを授受する
ようになされている。DDA３はまた、画像データをフレ
ームバッファ７に出力し、記憶させるようになされてい
る。また、この例においては、ピクセルカバレージバッ
ファ２３が設けられており、フレームバッファ７には、
このピクセルカバレージバッファ２３の記憶値に対応し
て、所定の重み付け処理が実行され、画素データが描画
されるようになされている。その他の構成は、図１にお
ける場合と同様である。

【００２９】次に、図５のフローチャートを参照して、
その動作について説明する。最初に、ステップＳ２１に
おいて、パーソナルコンピュータ１により、トライアン
グルをスクリーンに投影した画像データが生成される。
この処理は、図２のステップＳ１における場合と同様の
処理である。トライアングルソート部２１は、パーソナ
ルコンピュータ１から、ホストインタフェース２を介し
て、スクリーン座標系の画素データの入力を受けたと
き、各トライアングルのｚ座標の代表値を決定し、その
代表値を元に、トライアングルをソートする。ソートし
た結果は、ソートバッファ２２に記憶される。

【００３０】各トライアングルのｚ座標の代表値として
は、例えば３つの頂点のｚ座標の平均値、あるいは３つ
の頂点のうちのいずれか任意の１つの頂点のｚ座標を用
いることができる。

【００３１】次に、ステップＳ２３において、DDA３
は、ソートバッファ２２から入力された各トライアング
ルの内部の画素データを線形補間により生成する。この
処理は、図２のステップＳ２における場合と同様の処理
である。

【００３２】DDA３は、手前と判断されたトライアング
ルから順番に補間演算処理を行い、各画素の補間演算毎
に、Ｚバッファ４を用いて、さらに第２のレイの計算の
オン／オフを行う。

【００３３】すなわち、ステップＳ２４において、DDA
３は、処理対象とする画素が最も手前の画素であるか否
かを判定し、手前の画素である場合には、ステップＳ２
５において、その画素データをレイトレーサ６に出力
し、第２のレイによるデータを計算させる。レイトレー
サ６は、DDA３より入力された第１のレイの条件から、
第２のレイをオブジェクトに飛ばし、周辺光による色を
決定し、その色のデータをDDA３に出力する。

【００３４】DDA３は、ステップＳ２４において、対象
画素が最も手前の画素ではないと判定された場合、ステ
ップＳ２５の処理（第２のレイの処理）を省略させる。
また、DDA３は、補間演算により求められた画素の反射
ベクトルの強さあるいは屈折ベクトルの強さが、予め設
定してある所定の基準値以下の場合、第２のレイの計算
を行わない（ステップＳ２５の処理をスキップする）よ
うにすることができる。例えば、光を反射しないオブジ
ェクトの第２の処理は省略されることになる。

【００３５】DDA３は、トライアングル（面状オブジェ
クト）の頂点での第２のレイのための情報を補間演算す
ることにより、トライアングルの内部の第２のレイのた
めの情報を計算することになるのであるが、補間演算の
途中で第２のレイを考慮する必要がないと判断できる場
合には、その処理を省略するようにすることで、第２の
レイの演算を減少させることができる。

【００３６】このように、トライアングルを奥行順にソ
ートしておき、手前のトライアングルから順番に、その
画素を補間演算し、補間演算毎に、Ｚバッファ４を用い
て、第２のレイの計算を制御するようにすると、トライ
アングルは、３つの頂点のｚ座標の代表値でソートが行
われているため、例えば図６（Ａ）に示すように、図中
白で示されているトライアングルと、黒で示されている
トライアングルとが交差しているような場合、最初に図
６（Ｂ）に示すように、代表値で手前と判断された白の
三角形が描画された後、次に図６（Ｃ）に示すように、
代表値で後方と判断された黒で示す三角形が描画される
ことになる。そして、白の三角形の内部に描画されてい
る黒のトライアングルの領域では、白の三角形の画素が
一旦描画された後、その部分が白のトライアングルより
前方に位置しているため、黒のトライアングルの画素と
して再描画（上書き）される。描画が二重に行われるの
で、その分、処理速度が遅くなるが、実際には、このよ
うなトライアングルの関係（ｚ座標の代表値と個々のｚ
座標との関係が逆転するような関係）が発生する可能性
は少ないので、それほど問題にはならない。

【００３７】DDA３は、オブジェクトの透明度が予め設
定してある所定の基準値より大きい場合（透明である場
合）、透明度が基準値より小さい（透明でない）オブジ
ェクトに第２のレイが衝突するまで、第２のレイの演算
処理を実行する。このようにすることで、描画速度は低
下するが、反射レイを第１のレイと同様に考慮すること
となり、透明なオブジェクトを完全な形で描画すること
ができる。オブジェクトのうち、透明なオブジェクトの
占める割合が比較的少ない場合には、透明なオブジェク
トについてのみ、完全な計算を行うようにしたとして
も、全体としては、処理速度が大きく低下するようなこ
とにはならない。

【００３８】手前にあるトライアングルが既に描画され
ていて、実際の描画に関与しない画素に対しては、DDA
３は、その補間演算と第２のレイ以降のレイトレーシン
グ処理をスキップさせるようにすることができる。この
ようなスキップを行った場合、補間演算に使用する変分
（単位当たりの変化量）にスキップする画素数を乗算し
た値を補間変数の新たな値として設定することができ
る。また、スキップした場合のスキップ後の座標値は、
スキップ前のｘ座標にスキップする画素の数を加算した
値から求めることができる。

【００３９】このように、必要のない第２のレイ以降の
計算を省略することで、全体の演算量を減らすことがで
きる。

【００４０】また、各トライアングルのスパン（トライ
アングルの一方の端部から水平方向の他方の端部までの
範囲）の最後の画素まで検査した結果、手前にあるトラ
イアングルが既に描画されている場合には、検査でその
ような検査結果が得られた時点において、その後の処理
を省略することができる。

【００４１】スパンの端部までスキップできる場合に
は、変分にスキップする画素の数を乗算せずに、そのま
まスパンの処理を終了させることができる。スパンの途
中が一旦他の物体で覆われたような場合、そのスパンの
端までずっと覆われている場合も多く、実際に、変分に
スキップする画素の数を乗算する必要がないことにな
り、そのような場合、補間演算処理を大幅に減少させる
ことができる。

【００４２】また、レイトレーサ６が影の生成処理を行
う場合、あるいは、反射レイ、もしくは屈折レイに関し
て、第２のレイの計算を行う場合、スパンの先頭の画素
においては、例えばバウンディングボックス（Bounding
box）、オクトリー（Octree）法などにより、ある程度
衝突が予想される物体との交差判定を行う。しかしなが
ら、第２番目以降の画素においては、直前の画素が衝突
したオブジェクトとの衝突判定を最初に行い、もしその
判定において、衝突していると判定された場合には、他
のオブジェクトとの衝突判定は行わないようにする。

【００４３】すなわち、図７に示すように、所定のスパ
ン内において、隣接する画素からのレイが所定のオブジ
ェクトに衝突した場合、その隣に位置する画素からのレ
イも同一のオブジェクトに衝突する可能性が高い。

【００４４】図７の例では、図中最も下側に位置してい
る黒い画素は最初の画素であるので、関連しそうな全て
のオブジェクトに対する衝突判定処理が行われるが、続
く上２つの白い画素は、直前に隣接する画素と同一のオ
ブジェクト（オブジェクトＡとオブジェクトＢ）に衝突
している。そこで、これらの画素からのレイに対して
は、他のオブジェクトに対する衝突は判定されない。

【００４５】それに対して、図中上側の黒い画素（下か
ら４番目の画素）からのレイは、直前の画素と同一のオ
ブジェクトに衝突していないので（直前のオブジェクト
は、オブジェクトＡとオブジェクトＢに衝突している
が、この画素のレイは、オブジェクトＡには衝突してい
るが、オブジェクトＢには衝突していないので）、関連
のありそうな全てのオブジェクトとの衝突判定処理が行
われる。

【００４６】影の処理に際しては、衝突していることが
分かればよく、衝突したと分かった時点で、その後の処
理を打ち切ることが可能である。その結果、非常に多く
の画素の計算において、特定のオブジェクトとの衝突が
検出されたとき、その時点において処理を終了させるこ
とができる。その結果、比較的演算量が多い、不特定多
数のオブジェクトとの衝突判定における演算量を減らす
ことが可能となる。

【００４７】反射レイおよび屈折レイの場合も同様であ
る。

【００４８】また、DDA３は、影の生成処理を行う場
合、影の計算以外の反射レイおよび屈折レイに関して
は、第２のレイまでの計算を行い、第３のレイ以降の計
算は行わないようにし、影の計算のため、シャドーレイ
に関しては、第３のレイまで計算するようにすることが
できる。

【００４９】２つの同じオブジェクトの間で繰り返し反
射または屈折が発生する場合がある。このような反射お
よび屈折に関しては、第３のレイ以降の計算を行って
も、それほど良質な画像が得られるようになるわけでは
ない。従って、このような計算は省略するのが好まし
い。第３のレイ以降の計算が画質に影響する場合は、例
えば鏡張りの部屋の画像を描画するような場合である
が、このような場合以外には、その計算を行う実用的な
意味が殆どない。

【００５０】しかしながら、シャドーレイに関しては、
計算した第２のレイが影のオブジェクトに当たっている
のか、影ではなく、光が当たっているオブジェクトに当
たっているのかは、第２のレイの値に大きく影響する。
従って、第２のレイの計算結果をできるだけ正しく使う
ために、シャドーレイに関しては、第３のレイまで計算
するのが好ましい。また、シャドーレイの計算は、反射
レイおよび屈折レイに較べて、その計算量は軽いもので
ある。

【００５１】図５に戻って、ステップＳ２５の第２のレ
イのデータ計算処理が終了した後、ステップＳ２６にお
いて、DDA３は、第２のレイで決定された周辺光による
色、テクスチャ、およびオブジェクトの色をブレンド
し、第１のレイが最初に衝突したオブジェクトの表面
の、その衝突した位置の最終の色として合成する処理を
行う。

【００５２】なお、透明なオブジェクトを描画する場
合、図８（Ａ）に示すように、手前のオブジェクトから
順番に、不透明なオブジェクトに達するまで順番に描画
して、第２のレイを計算して行けば、奥にあるオブジェ
クトの色も透けて見えることになる。しかしながら、図
８（Ａ）に示す場合、重い演算処理である反射ベクトル
演算と屈折ベクトル演算処理が５回必要となる。

【００５３】反射レイと屈折レイの計算には、参照点に
おけるオブジェクト表面のノーマルベクトルと視線ベク
トルとの演算とを行い、反射方向と屈折方向を計算し、
参照している点から、それぞれの方向にレイを飛ばし
て、関連のありそうな全部のオブジェクトとの衝突判定
を行い、その参照点に最も近いオブジェクトを決定する
必要がある。このため、非常に重い処理となる。

【００５４】これに対して、シャドーは、ライトソース
との間にオブジェクトがあるかないかの判定を行うだけ
でよいので、参照点とライトソースとの間の線分上にオ
ブジェクトがあるかないかの判定を行うことになり、最
初に衝突した段階で処理を打ち切ることができるので、
反射レイと屈折レイの処理に較べて軽い処理である。

【００５５】そこで、図８（Ｂ）に示すように、透明な
オブジェクトだけを手前から描画するようにすることが
できる。このようにすれば、重い演算は、反射ベクトル
と屈折ベクトルのそれぞれ１回ずつの演算だけで済み、
演算量を少なくすることができる。しかしながら、この
ような処理を行うと、不完全な画像しか得ることができ
ない。

【００５６】そこで、図８（Ｃ）に示すように、透明度
が予め設定してある所定の基準値より大きい（より透明
に近い）オブジェクトに関しては、遠くから順番に描画
するが、既に描画された画素の色とブレンドしながら描
画を行うようにすることで、正確ではないが、比較的高
速に透明感のある描画を行うことができる。

【００５７】この透明なオブジェクトの描画処理におい
ては、屈折レイの計算は省略され、シャドーレイと反射
レイの計算だけが行われる。屈折レイの計算時には、そ
のレイと他のオブジェクトとの衝突判定が必要になるた
め、αブレンディングの計算に較べて非常に重い処理と
なる。従って、この屈折レイの計算とαブレンディング
の計算のその分だけ処理を迅速に行うことが可能とな
る。

【００５８】このように、この例では、第２のレイの計
算を中止しておいて、奥にあるオブジェクトから順番に
描画しながら、単純にその上に透明なオブジェクトを重
ねて、色のαブレンディングを行っていく。このような
方法で正しく描画ができるのは、透明なオブジェクトが
視線に対して垂直なため、屈折光が曲がらない場合であ
り、入射角が大きいか、屈折角が大きいときほど、誤差
が大きくなるが、それらの点が小さい場合には、その誤
差は無視することができる。

【００５９】このようなαブレンディングによる方法を
用いると、透明なオブジェクトの重なりが多くなるにつ
れて、図８（Ａ）に示した完全な方法に較べて、重い演
算の数が１／２に近付いてくるので、それだけより迅速
な処理が可能となる。

【００６０】図５に戻って、ステップＳ２６で、色の合
成処理を行った後、ステップＳ２７に進み、DDA３は、
ステップＳ２６で合成した色をフレームバッファ７に書
き込ませる。このとき、DDA３は、アンチエリアシング
処理を行う。この処理の詳細は、図９のフローチャート
に示されている。

【００６１】すなわち、DDA３は、最初に、ステップＳ
５１において、フレームバッファ７とカバレージバッフ
ァ２３の記憶値（Coverage Buffer）をクリアし、ステ
ップＳ５２において、対象画素のカバレージ（Coverag
e）を計算する。例えば、図１０（Ａ）に示すように、
手前のトライアングルＡが対象画素の面積のうち、８０
％をカバーしているとすると、Coverageは８０とされ
る。

【００６２】次に、ステップＳ５３において、DDA３
は、次式を演算する。 Limit＝１００％−Ｃｏｖｅｒａｇｅ Ｂｕｆｆｅｒ

【００６３】いまの場合、ステップＳ５１において、カ
バレージバッファの値は０にクリアされているので、Ｌ
ｉｍｉｔは１００となる。

【００６４】次に、ステップＳ５４において、ステップ
Ｓ５３で計算されたLimitの値が、ステップＳ５２で計
算されたCoverageの値より小さいか否かが判定される。
いまの場合、Limit＝１００であり、Coverage＝８０で
あるため、ＮＯの判定が行われる。そこで、次に、ステ
ップＳ５６において、DDA３は、ステップＳ５２で計算
されたCoverageの値に、対象としているトライアングル
の画素の色Ｃａを乗算し、その乗算結果Ｃａ×８０％を
フレームバッファ７に出力し、値ＦＢとして記憶させ
る。

【００６５】次に、ステップＳ５７において、カバレー
ジバッファ２３に、ステップＳ５２で計算されたCovera
geの値を加算させる。いまの場合、Coverage Bufferの
値は、ステップＳ５１で最初にクリアされているので、
ステップＳ５２で計算された値８０がCoverage Buffer
に設定される。

【００６６】次に、ステップＳ５８に進み、その画素に
含まれるトライアングルについての演算が全て終了した
か否かが判定される。図１０の例の場合、図１０（Ｂ）
に示すように、対象画素には、後方のトライアングルＢ
も存在しているため、ここでＮＯの判定が行われ、ステ
ップＳ５２に戻る。

【００６７】ステップＳ５２においては、対象画素での
トライアングルＢのCoverageが計算される。いまの場
合、トライアングルＢの対象画素に占める面積は４０％
であるので、Coverageとして４０が設定される。

【００６８】次に、ステップＳ５３において、 Limit＝１００％−Coverage Buffer が演算される。いまの場合、ステップＳ５７において、
Coverage Bufferに８０が設定されているため、Limit＝
２０となる。

【００６９】次に、ステップＳ５４に進み、LimitとCov
erageの値が比較される。いまの場合、Limit＝２０、Co
verage＝４０であるため、ＹＥＳの判定が行われ、ステ
ップＳ５５に進む。ステップＳ５５において、DDA３
は、CoverageにLimitの値を設定する。すなわち、いま
の場合、Coverageに２０が設定される。

【００７０】次に、ステップＳ５６に進み、DDA３は、C
overageに画素の色を乗算する。いまの場合、Coverage
＝２０％であり、対象画素の色はＣｂであるから、２０
％×Ｃｂが演算される。そして、演算された値が、フレ
ームバッファ７の対応する画素の位置に加算される。上
述した処理により、フレームバッファ７には、既に８０
％×Ｃａが記録されているため、結局、この対象画素の
色Ｃｐは、次式で設定されることになる。 Ｃｐ＝８０％×Ｃａ＋２０％×Ｃｂ

【００７１】すなわち、図１０（Ｃ）に示すように、ト
ライアングルＡとトライアングルＢの対象画素において
占める面積の割合に応じて、対象画素の色が重み付けさ
れることになる。

【００７２】次に、ステップＳ５７において、Coverage
Bufferに、ステップＳ５２で演算されたCoverageの値
が加算される。Coverage Bufferには、既に８０の値が
記憶されているため、そこにさらに２０の値が加算さ
れ、Coverage Bufferには、１００が設定される。

【００７３】次に、ステップＳ５８に進み、全てのピク
セルの重み付け処理を行ったか否かが判定される。いま
の場合、全てのトライアングルの重み付け処理が終了し
たので、処理が終了される。

【００７４】このような重み付け処理が行われた後、図
５に戻って、ステップＳ２８において、CRTC８は、フレ
ームバッファ７に記憶されている画像データを読み出
し、これを表示信号に変換して、ディスプレイ９に出力
し、表示させる。

【００７５】図１１は、さらに他の構成例を表してい
る。この構成例においては、図４におけるＺバッファ４
が省略されている。その他の構成は、図４における場合
と同様である。

【００７６】すなわち、この例においては、図４におけ
るＺバッファ４を用いずに補間処理が実行されるように
なされている。その他の構成は、図４における場合と同
様である。

【００７７】図１２は、図１１の構成例の処理例を表し
ている。そのステップＳ７１乃至ステップＳ７７の処理
は、基本的に、図５のステップＳ２１乃至ステップＳ２
８の処理と同様の処理であるが、図５のステップＳ２４
のＺバッファ４における判定処理が省略されている。ま
た、図４の構成例においては、DDA３が、ステップＳ２
３において、手前のトライアングルから順番に補間処理
を行うようにしているが、図１１の構成例においては、
DDA３が、ステップＳ７３において、奥のトライアング
ルから順番に補間処理を行うようにしている。その他の
処理は、図５における場合と同様である。

【００７８】このように処理しても、トライアングルの
重なりが少ない場合には、第１の例による演算処理は減
少しているので、全体的に高速に画像データを得ること
が可能である。

【００７９】図１３は、さらに他の構成例を表してい
る。この構成例においては、図４におけるトライアング
ルソート部２とソートバッファ３が省略された構成とさ
れている。その他の構成は、図４における場合と同様で
ある。

【００８０】図１４は、図１３の構成例の処理例を表し
ている。そのステップＳ９１乃至ステップＳ９７の処理
は、基本的に、図５のステップＳ２１乃至ステップＳ２
８の処理と同様の処理である。但し、図５のステップＳ
２２のトライアングルのｚ座標の代表値を元にトライア
ングルをソートする処理が省略されている。

【００８１】すなわち、この例の場合には、ステップＳ
９３において、Ｚバッファ４の記憶値を用いて、各トラ
イアングルの画素のｚ方向の判定処理が行われる。図１
５（Ａ）に示すように、最初に、より手前の白の三角形
Ａがフレームバッファ７に既に描画された後、次に、図
１５（Ｂ）に示すように、白の三角形より奥の黒の三角
形Ｂが描画されるとき、図中白い丸印で示す手前側の三
角形の画素については、第２のレイの計算処理は行われ
ない。その他の処理は、図５における場合と同様であ
る。

【００８２】なお、図１５（Ｃ）は、フレームバッファ
７上の、最初に手前のトライアングルＡを描画した後、
次に奥側のトライアングルＢを描画している途中の状態
を表している。

【００８３】なお、本明細書において、システムとは、
複数の装置により構成される装置全体を表すものとす
る。

【００８４】なお、上記したような処理を行うコンピュ
ータプログラムをユーザに提供する提供媒体としては、
磁気ディスク、CD-ROM、固体メモリなどの記録媒体の
他、ネットワーク、衛星などの通信媒体を利用すること
ができる。

【００８５】

【発明の効果】以上の如く、請求項１に記載の画像処理
装置、請求項１４に記載の画像処理方法、および請求項
１５に記載の提供媒体によれば、３次元座標空間上のオ
ブジェクトの表面の画像をスクリーンに投影することに
より生成されたスクリーン座標系の画像データの表面の
内部の画素データを補間するようにしたので、より迅速
に画像データを生成することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の画像処理装置の構成例を示すブロック
図である。

【図２】図１の装置の動作を説明するフローチャートで
ある。

【図３】図１の装置の動作を説明する図である。

【図４】本発明の画像処理装置の他の構成例を示すブロ
ック図である。

【図５】図４の装置の動作を説明するフローチャートで
ある。

【図６】互いに交差するオブジェクトを描画する動作を
説明する図である。

【図７】衝突判定を説明する図である。

【図８】透明物体を描画する処理を説明する図である。

【図９】アンチエリアシング処理を説明するフローチャ
ートである。

【図１０】アンチエリアシング処理を説明する図であ
る。

【図１１】本発明の画像処理装置の他の構成例を示すブ
ロック図である。

【図１２】図１１の装置の動作を説明するフローチャー
トである。

【図１３】本発明の画像処理装置のさらに他の構成例を
示すブロック図である。

【図１４】図１３の装置の動作を説明するフローチャー
トである。

【図１５】Ｚバッファの動作を説明する図である。

【図１６】従来のレイトレーシング方式を説明する図で
ある。

【符号の説明】

１ パーソナルコンピュータ， ３ DDA， ４ Ｚバ
ッファ， ５ プリトレースバッファ， ６ レイトレ
ーサ， ７ フレームバッファ， ８ CRTコントロー
ラ， ９ ディスプレイ， ２１ トライアングルソー
ト部， ２２ソートバッファ， ２３ カバレージバッ
ファ

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レイトレーシング方式により３次元座標
   空間上の複数のオブジェクトのスクリーン上の画像デー
   タを生成する画像処理装置において、 第１のレイによるレイトレーシングに代えて、前記３次
   元座標空間上のオブジェクトの表面の画像をスクリーン
   に投影することにより生成されたスクリーン座標系の画
   像データを出力する出力手段と、 前記スクリーン座標系の画像データから、前記表面の内
   部の画素データを補間する補間手段と、 前記補間手段により補間された画素データを、それに対
   応する第２のレイによるレイトレーシングの成分を演算
   して補正する補正手段と、 前記補正手段により補正された画素データを描画する描
   画手段とを備えることを特徴とする画像処理装置。
2. 【請求項２】 前記補間手段により補間された画素デー
   タの奥行き方向の座標を基に、最も手前にある画素デー
   タを検索し、記憶する記憶手段をさらに備えることを特
   徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
3. 【請求項３】 前記オブジェクトの表面の代表的な奥行
   き座標を基に、前記オブジェクトの表面をソートするソ
   ート手段をさらに備え、 前記補正手段は、前記ソート手段によりソートされた順
   序で、奥から順番に、前記第２のレイによるレイトレー
   シングの成分を演算して補正処理を行うことを特徴とす
   る請求項１に記載の画像処理装置。
4. 【請求項４】 前記補間手段は、補間演算ごとに、その
   奥行き座標を記憶し、 前記補正手段は、前記補間手段に記憶されている奥行き
   座標を基に、前記第２のレイによるレイトレーシングの
   成分を演算して補正処理を行うことを特徴とする請求項
   １に記載の画像処理装置。
5. 【請求項５】 前記３次元座標空間上のオブジェクトの
   表面の画像は、トライアングルであることを特徴とする
   請求項１に記載の画像処理装置。
6. 【請求項６】 前記オブジェクトの表面の代表的な奥行
   き座標を基に、前記オブジェクトの表面をソートするソ
   ート手段をさらに備え、 前記補間手段は、前記ソート手段によりソートされた順
   序で、手前から順番に補間演算を行い、各画素の補間演
   算ごとに、その奥行き座標を記憶し、 前記補正手段は、前記補間手段に記憶されている奥行き
   座標を基に、前記第２のレイによるレイトレーシングの
   成分を演算して補正処理を行うことを特徴とする請求項
   １に記載の画像処理装置。
7. 【請求項７】 前記補間手段と補正手段は、手前に位置
   する他の前記オブジェクトの表面が既に描画されている
   場合、その処理をスキップすることを特徴とする請求項
   １に記載の画像処理装置。
8. 【請求項８】 前記補間手段は、透明度が所定の基準値
   以下の前記オブジェクトについては、第２のレイまでの
   処理を行い、透明度が前記基準値より大きい前記オブジ
   ェクトについては、前記透明度が前記基準値以下の前記
   オブジェクトに衝突するまで、より高次のレイの処理を
   行うことを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
9. 【請求項９】 前記補正手段は、前記補間手段による補
   間演算された画素の反射ベクトルまたは屈折ベクトルの
   値が、所定の基準値以下のとき、その画素の補正を行わ
   ないことを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
10. 【請求項１０】 前記補正手段は、影を生成する処理を
    行う場合、または反射もしくは屈折レイの処理を行う場
    合において、複数の前記オブジェクトとの衝突判定を順
    次行うとき、所定のスパンにおいて、直前の画素が衝突
    したした前記オブジェクトとの衝突判定を最初に行うこ
    とを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
11. 【請求項１１】 前記補正手段は、影を生成する処理を
    行う場合、反射もしくは屈折レイの処理は第２のレイま
    で行い、シャドウレイの処理は、第３のレイまで行うこ
    とを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
12. 【請求項１２】 前記描画手段は、前記オブジェクトの
    透明度が所定の基準値より大きいとき、奥から順番に描
    画するとともに、既に描画されている画素とブレンドす
    ることを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
13. 【請求項１３】 前記描画手段は、１つの画素に複数の
    前記オブジェクトが対応する場合、前記画素を覆う面積
    に基づいて重み付けを行うことを特徴とする請求項１に
    記載の画像処理装置。
14. 【請求項１４】 レイトレーシング方式により３次元座
    標空間上の複数のオブジェクトのスクリーン上の画像デ
    ータを生成する画像処理装置の画像処理方法において、 第１のレイによるレイトレーシングに代えて、前記３次
    元座標空間上のオブジェクトの表面の画像をスクリーン
    に投影することにより生成されたスクリーン座標系の画
    像データを出力する出力ステップと、 前記スクリーン座標系の画像データから、前記表面の内
    部の画素データを補間する補間ステップと、 前記補間ステップで補間された画素データを、それに対
    応する第２のレイによるレイトレーシングの成分を演算
    して補正する補正ステップと、 前記補正ステップで補正された画素データを描画する描
    画ステップとを含むことを特徴とする画像処理方法。
15. 【請求項１５】 レイトレーシング方式により３次元座
    標空間上の複数のオブジェクトのスクリーン上の画像デ
    ータを生成する画像処理装置に、 第１のレイによるレイトレーシングに代えて、前記３次
    元座標空間上のオブジェクトの表面の画像をスクリーン
    に投影することにより生成されたスクリーン座標系の画
    像データを出力する出力ステップと、 前記スクリーン座標系の画像データから、前記表面の内
    部の画素データを補間する補間ステップと、 前記補間ステップで補間された画素データを、それに対
    応する第２のレイによるレイトレーシングの成分を演算
    して補正する補正ステップと、 前記補正ステップで補正された画素データを描画する描
    画ステップとを含む処理を情報処理装置に実行させるコ
    ンピュータが読みとり可能なプログラムを提供すること
    を特徴とする提供媒体。