JP2000182073A - 半透明物体と不透明物体とが混在する複数の物体についての画像データをコンピュータ表示画面に表示する描画方法および描画装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】マルチパスαブレンドによるソートを行わない
で済むような、半透明表示の方法を提供すること。 【解決手段】描画順によらず実際の位置関係に近い半透
明表示を行うために重要であると考えられる条件に着目
して、まずパス１として、不透明な物体だけをＺバッフ
ァによる陰面消去を行いながら描画する。Ｚバッファの
更新も行う。次にパス２として、半透明な物体だけをＺ
バッファによる陰面消去を行いながらブレンドする。こ
の際にＺバッファの更新は行わない。最後にパス３とし
て、半透明な物体だけをＺバッファによる陰面消去を行
いながらブレンドする。この際にはＺバッファの更新を
行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、一般的には、コ
ンピュータ・グラフィックス（ＣＧ:Computer Graphic
s）に関し、より具体的には、半透明な物体を表示する
ための描画順序の工夫に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＣＡＤ (Computer Aided Design)の分野
においては、サーフェスやソリッドによって表現された
３次元物体(object)又は３次元対象物をモデリングする
ことが一般的となってきている。このモデルとして表現
されている画像(image)データを、画面(screen)上に写
実的で現実感のある物体をつくりあげることは、レンダ
リングと総称されている。ＣＧによる３次元表示は、モ
デリングとレンダリングが主なプロセスである。

【０００３】このレンダリングの過程においては、物体
の表面の質感（素材感）をまるで写真と同じように現実
に近い形で再現させるため、微妙な陰(shade)や色の変
化、色合い、反射、輝き、屈折、光源による影(shadow)
のでき具合、周囲からの光の回り込み、映り込み、透明
感、不透明感などが考慮されて、シェーディング（陰影
づけ）が行われることも一般的になってきている。

【０００４】また、レンダリングの過程においては、各
３次元物体のモデルは、最終的には３次元の物体空間か
ら２次元の画像空間の投影面である画面(screen)へ投影
される。この際、「奥行き方向」（「Ｚ方向」とも呼ば
れる）の情報（「奥行き情報」）に基づいて、視点(vie
w point)又は投影中心からの透視投影（中心投影）によ
って、又は、無限遠点(infinite)からの平行な視線によ
る平行投影によって、二次元領域であるコンピュータ表
示画面（投影面）に塗り重ねるように投影されて表示さ
れる。

【０００５】塗り重ねるように投影されて表示されるこ
とは、具体的意味には、（１）表示バッファとして用意
された記憶領域に表示される物体の画像データを書き込
む(Ｗ：Write)ことのみによって、又は、（２）まずバ
ッファなどとして用意された記憶領域に記憶されている
画像データを読み出し(Ｒ：Read)、その読み出された画
像データを加工し(Ｍ：Modify)、その加工された画像デ
ータを書き込む(Ｗ：Write)、ことが繰り返されること
によるＲＭＷサイクルによって、実行される。すなわ
ち、これが一般的な「描画する(draw)」ためのサイクル
形態となる。

【０００６】このような投影をするにあたって、最も単
純に隠線(hidden line)消去(removal)や隠面(hidden su
rface)消去（以下、隠面消去と略す）をすることができ
る手法であって、かつ、最も広く利用されている手法と
して、Ｚバッファ(Z-buffer)・アルゴリズム（Ｚバッフ
ァ法）という隠面消去アルゴリズムが周知である。個別
にカラーや輝度の割当てが可能な表示面の最小単位であ
る画素（ピクセル）を考えてみると、Ｚバッファ法では
その名が示すとおり、物体のＺ値（視点又は投影中心等
からの距離又は奥行き情報）を記憶するためのメモリ
（デプスメモリ）を画素ごとに必要とし、全体として画
素数分の大きさを持つ「Ｚバッファ」というメモリ配列
を必要とする。

【０００７】Ｚバッファ法を用いながら不透明な(opaqu
e)色のみを用いて塗り重ねていく表示を進めていけば、
最終結果としては完全な隠線消去や隠面消去を得ること
ができる。しかし、ユーザの視点から不透明な物体によ
って遮られてしまう奥の部分を確認することが困難にな
ってしまう。つまり、Ｚバッファ法は不透明な物体の表
示のために用いられるものと了解されている。一方、Ｃ
ＡＤの分野では、半透明(semitransparent)に物体を表
示することにより、表面のみならず内部も同時に確認で
きる表示方法も望まれている。

【０００８】半透明で表示する手法のひとつに、ブレン
ド（ブレンディング）を用いた手法がある。この手法で
は、描画すべき物体の色（ｓｒｃ＿ｃｏｌｏｒ）と、既
に描画されている物体の色（ｄｅｓｔ＿ｃｏｌｏｒ）と
に対して係数Ａ，Ｂを使い、新たな色（ｃｏｌｏｒ）
を、ｃｏｌｏｒ＝ Ａ×ｓｒｃ＿ｃｏｌｏｒ ＋ Ｂ×
ｄｅｓｔ＿ｃｏｌｏｒ によって求める。より具体的に
は、既に描画されている物体の色（ｄｅｓｔ＿ｃｏｌｏ
ｒ）を読み出し（Ｒ）、ある物体の色（ｓｒｃ＿ｃｏｌ
ｏｒ）によって加工し（Ｍ）、新たな色（ｃｏｌｏｒ）
を書き込む（Ｗ）ことによって実現される。つまり、読
み出された物体の色（ｄｅｓｔ＿ｃｏｌｏｒ）が、新た
な色（ｃｏｌｏｒ）に置き換わって表示されることにな
る。ここでの新たな色（ｃｏｌｏｒ）への加工は、係数
Ａ，Ｂの乗算によって計算される。

【０００９】特に半透明係数（ブレンディング・レート
と呼ばれることもある）αを用いる方法（αブレンド）
として以下の計算式（１）が一般によく使用されてい
る。

【００１０】 ｃｏｌｏｒ＝ α × ｓｒｃ＿ｃｏｌｏｒ ＋（１‐α）×ｄｅｓｔ＿ｃｏｌｏｒ ……………………（１）

【００１１】計算式（１）を使って新たな色を計算し描
画することを、以下「ブレンドする」、「ブレンド処理
する」、「ブレンディング処理する」と表記する。ブレ
ンドすると、同一点において、既に描かれていた物体よ
りも後から描いた物体の方が視点により近く見えるとい
う特性がある。

【００１２】従ってこの手法で正確に半透明表示を行お
うとすると、優先法(method in list priority)を利用
する必要に迫られる。すなわち、物体をユーザの視点か
らの距離によって（すなわち奥行き方向の深さによっ
て）ソート(sort)をすることによって描画すべき物体の
優先順位(priority)を決めて、その優先順位リスト(lis
t priority)を作成した上で、遠い方から順に描画する
必要に迫られる。

【００１３】もしソートによって優先順位を決めないで
この手法を適用して描画した場合、物体同士の遠近関係
が実際の位置関係とは異なって表示されてしまう場合が
生じて問題となる。これが、物体同士の位置関係によら
ず、後から書いた物体が近くに見えるという現象であ
り、視点より近い物体が先に描画され、視点より遠い物
体が後からブレンドされる場合に起きる問題である。従
ってソートされていない以上、望んでいる通りの順序で
描画が行われるとは限らず、望んだ通りの適切な強調表
示が保証されないのである。

【００１４】このように、ユーザに厳密な遠近感を保証
するという意味において高品質さを追求すると、ソート
を厳密に行って半透明表示を行う必要が生じる。しか
し、ソートすべき対象となる物体の数が大きければ大き
いほど、そのソート処理に要する時間が加速度的に多く
必要となってくる。このような事態は、グラフィック全
体に要する処理速度が著しく低下してしまい、大きな問
題となる。概算してみると分かるのであるが、_nＰ_n（ｎ
がソートすべき対象となる物体の数）という順列につい
てソートするためには、一般に、ｎ×ｌｏｇ（ｎ）とい
う処理数が必要となる。

【００１５】ＣＡＤなどのように対話的に（インタラク
ティブに又はリアルタイムに）データの編集処理を必要
とするアプリケーションにとって、このようなソートの
手順を採用することには問題がある。特に、複数の自由
曲面を編集している場合、曲面を分割したファセット一
つが１ピクセルで表現されている場合においては、全画
素毎にソートが必要となってきて、一般的な１２８０×
１０２４ピクセルの画面を想定した場合には、全体的な
処理速度の低下は、もはや実用に耐えられるものではな
くなる。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】すなわち、厳密さを追
求して完全なソートをしなくても、ユーザにとって視覚
上問題のない範囲内において簡易迅速にαブレンディン
グ処理ができるのであれば、それで十分である。一方
で、対話的に（インタラクティブに）データの編集処理
をするアプリケーションにおいては処理速度が重要とな
ってくるため、ソートを省ける高速処理が実現できれば
きわめて好ましい。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明を実現できる方法
として、奥行き方向についての情報をもつ不透明物体と
半透明物体とが混在している複数の物体についての画像
データを、記憶装置として更新可能なＺバッファを利用
して、コンピュータ表示画面に表示する描画方法であっ
て、Ｚバッファの更新を行いながら、かつ、Ｚバッファ
による隠面消去を行いながら、画像データのうちの不透
明な物体だけを描画するステップと、Ｚバッファの更新
を行わないで、かつ、Ｚバッファによる隠面消去を行い
ながら、画像データのうちの半透明な物体だけを描画す
るステップと、Ｚバッファの更新を行いながら、かつ、
Ｚバッファによる隠面消去を行いながら、画像データの
うちの半透明な物体だけを描画するステップと、を有す
る３つのパスを有するマルチパス半透明処理方法が提供
される。

【００１８】また、本発明のマルチパス方法を実現でき
るハードウエア資源として、奥行き方向についての情報
をもつ不透明物体と半透明物体とが混在している複数の
物体についての画像データを、コンピュータ表示画面に
表示することが可能な描画装置であって、コンピュータ
表示画面のドット毎に対応して設けられていて、奥行き
情報を記憶する更新可能なＺバッファと、コンピュータ
表示画面のドット毎に対応して設けられていて、その内
容を表示画面に出力することができ、表示するためのデ
ータを記憶する更新可能な、フレームバッファと、画像
データを受け取って、これから描画しようとする画像デ
ータの奥行き情報と既にＺバッファに記憶されている奥
行き情報とを比較して、これから描画しようとする画像
データの奥行き情報が既にＺバッファに記憶されている
奥行き情報よりも大きいか否かを判断することができ、
奥行き情報の更新を行いながら表示するためのデータを
出力することと奥行き情報の更新を行わないで表示する
ためのデータを出力することとを選択することが可能で
あり、かつ、既にフレームバッファに記憶されている表
示するためのデータを読み出して、その後に受け取られ
る画像データとの間でコンピュータ表示画面のドット毎
にブレンド処理することが可能である、レンダリングエ
ンジンとを有する、コンピュータ表示画面に表示する描
画装置、が提供される。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１は、コンピュータグラフィッ
クスの処理をするためのハードウエア構成を示す。ここ
では、近年最も普及しているものとして、陰極線管（Ｃ
ＲＴ：Cathode-Ray Tube）でデータのリフレッシュが行
われるラスタスキャンＣＲＴ(rastermonitor CRT)１０
について説明するが、当業者にとって、液晶表示装置
(ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）等の他の表示装置
に置き換えて考えることはきわめて容易である。

【００２０】画面（スクリーン）１２に表示すべき図形
情報をディジタル化し、そのディジタル化したデータを
フレームバッファメモリ１４のなかにドット単位で一時
記憶させておく。フレームバッファ内でのドット単位の
情報は、赤、緑、青のそれぞれの輝度の情報（８ビット
分あれば２^８の状態表現が可能）又はそれに相当する情
報から成り立っている。ピクセルとフレームバッファメ
モリ１４とは１対１の対応関係にしておくため、１ピク
セルは１ドットに対応している。

【００２１】フレームバッファメモリ内のディジタル化
されたデータは、ＣＲＴコントローラ１６に送られて映
像信号に変換され、ＣＲＴ１８において電子ビームが振
られて走査線上を移動されて、画面（スクリーン）１２
に所望の図形情報が表示される。

【００２２】図２は、フレームバッファに送られるべき
図形情報を得るまでの一般的なグラフィックス処理の流
れを示す。物体又は対象物の幾何データ２０がポリゴン
に分割されてジオメトリエンジン２２ヘ送られる。ジオ
メトリエンジン２２では、ポリゴンの頂点の座標変換、
クリッピングや光源、物体の材質情報などから頂点(ver
tex)の輝度を計算する。レンダリングエンジン２４で
は、この頂点データと輝度情報をもとに各ピクセルの色
を補間により計算し、Ｚバッファ２６により隠面処理し
てフレームバッファに書き込まれる。

【００２３】ところで、Ｚバッファ、隠面処理、隠線処
理、シェーディングなどは、ＣＰＵとは独立したグラフ
ィックス専用のグラフィックスプロセッサをもつ高速グ
ラフィックス・アクセラレータ(accelerator)によって
処理することもできる。

【００２４】図３は、グラフィックス処理を実現するコ
ンピュータのアーキテクチャの種類を示す図である。タ
イプＡは、すべての処理をＷＳのＣＰＵで処理して表示
用のフレームバッファ１４だけを持つものである。タイ
プＢは、ジオメトリエンジン２２とレンダリングエンジ
ン２４とをハードウエア化してパイプライン構造にした
ものである。タイプＣは、レンダリングエンジン２４の
みをハードウエア化して、ジオメトリエンジン２２で行
う処理はＣＰＵ側においてソフトウエアで行うものであ
る。

【００２５】大量なデータを伴う複雑な処理にはタイプ
ＢやタイプＣが用いられる。本発明における描画方法
は、隠面消去のための比較と更新が独立に制御すること
ができるＺバッファ（ソフトウエアで制御できる擬似的
なものでも可）及びαブレンドの機能を持つフレームバ
ッファを備えていれば、タイプＡ、タイプＢ、タイプＣ
の何れかのタイプのディスプレイプロセッサを利用して
実行することが可能である。特に、ハードウエアによる
隠面消去及びαブレンドの機能をもつタイプＢ及びタイ
プＣに対して有益である。

【００２６】Ｚバッファ法は優先法の一種でありなが
ら、その利点として、いったん全ての物体の描画が終わ
ったあとでも、次々と新たな物体をつけ加えて描画でき
るという性質がある。Ｚバッファ・アルゴリズムは、一
度に１ずつ物体を（他の物体とは無関係に）描いていく
ので、その前又はその後ろに描かれる物体に関する情報
は保持しない。従って、コンピュータ内部で確保しなけ
ればならないメモリの記憶域も非常に少なくて済む。

【００２７】もっとも、Ｚバッファ法には、いったん描
いてしまった物体は消去することはできないという性質
もある。これは、Ｚバッファ法ではモデル空間に他の物
体が存在するか否かは隠面消去の手順に全く影響しない
からである。すなわち、処理の途中のある時点において
は「隠れて見えないはずの」物体も描画している場合が
ある。これは、処理のときに必要となるのは新たに描画
しようとする物体のデータとＺバッファだけである、と
いうことに起因している。

【００２８】Ｚバッファ法の処理においては、順次更新
を行いながら次の描画のためにその更新された値を利用
していくが、更新を行わないのであれば（すなわち更新
を止めておけば）そのままの値を維持して利用すること
もできる。

【００２９】そこで、本発明では、Ｚバッファ法にある
新たな物体を後からつけ加えて描画できるという性質
を、Ｚバッファの更新のタイミングを考えつつαブレン
ドを用いた半透明表示の手法に巧みに組み合わせて利用
する。このことによって、ソートの手順という厳密では
あったものの処理には時間を要していた手順を省略する
ことに成功したものである。

【００３０】すなわち、距離によるソートを行ってから
正確な半透明物体の表示をするという考え方は捨てた
が、描画順によらず実際の位置関係に近い半透明表示を
行うために重要であると考えられる以下の条件１乃至３
に着目してみる。これらは、ユーザにとって視覚上問題
にならないように配慮された条件である。

【００３１】条件１： 視点から一番近くにある物体
は、半透明、不透明にかかわらず、一番最後にブレンド
または描画されるべきである。これは半透明、不透明に
かかわらず、最後にαブレンド又は描画されたものが、
それ以前にαブレンド又は描画されたものよりも近くに
見えるという特性による。

【００３２】条件２： 不透明物体より遠くにある物体
は、半透明、不透明にかかわらず表示されない。これ
は、不透明物体が後方の物体を遮るという性質に忠実に
従っているものである。

【００３３】条件３： 半透明物体より遠くにある物体
は、条件２によって表示されない場合を除いて、半透
明、不透明にかかわらずαブレンドされて表示される。

【００３４】これらの条件１乃至３を満たすことは、必
要とされていたソートの手順に代えて、以下のような３
段階に分けたマルチパス処理（半透明物体の処理に特徴
があるので「マルチパス半透明処理」とも称する）によ
って達成できる。

【００３５】パス１： 不透明な物体だけをＺバッファ
法による隠面消去を行いながら描画していく。この場合
にＺバッファの更新も行う。

【００３６】パス２： 半透明な物体だけをＺバッファ
法による隠面消去を行いながら計算式（１）によってブ
レンドしていく。この場合にＺバッファの更新は行わな
いでおく。

【００３７】パス３： 半透明な物体だけをＺバッファ
法による隠面消去を行いながら計算式（１）によってブ
レンドしていく。この場合にＺバッファの更新も行う。

【００３８】従来技術における「単一パス」では、Ｚバ
ッファ法による隠面消去を行わないで、かつ、データの
ソートを行わないで、データを与えられた順番に従って
描画していたのであり、マルチパスでは、パス数として
は３パスで描画する。

【００３９】ここで、パス１乃至３の各パスの作用をさ
らに詳細に説明していく。

【００４０】パス１においては、不透明な物体だけを処
理する。このとき通常の不透明な物体の処理と同じくＺ
バッファによる隠面消去を行い、Ｚバッファを更新す
る。計算式（１）によるαブレンドは行わない。結果と
して視点から一番近い不透明な物体が表示されることに
なり、Ｚバッファの値はそれに対応した値となる。パス
２やパス３において不透明な物体は描画されないので、
不透明な物体に関しては条件２を満たすことになる。

【００４１】パス２においては、半透明な物体だけを処
理する。Ｚバッファによる隠面消去を行いながら計算式
（１）によるαブレンドを行い、Ｚバッファの更新は行
わない。従って、Ｚバッファによる隠面消去により、パ
ス１で描画された不透明物体より近くにある物体だけに
ついてαブレンドを行うのである。Ｚバッファがパス１
において不透明な物体まで更新されているので、不透明
な物体より遠くにある半透明な物体は描画されることは
なく、半透明な物体に関しても条件２を満たすことにな
る。このパス２ではＺバッファの更新は行わないため、
パス１において描画した不透明な物体より近くにある半
透明な物体は常にブレンドされることになり、条件３を
満たしている。

【００４２】パス２終了時点のＺバッファの各点の値
は、パス１終了時点と同じ値が保たれている。すなわ
ち、この時点でもＺバッファは各点において視点より一
番近い不透明物体までの距離を保持している。

【００４３】パス３においては、再度、半透明な物体だ
けを処理する。Ｚバッファによる隠面消去を行いながら
計算式（１）によるαブレンドを行い、Ｚバッファの更
新も行う。従って、パス２とパス３との違いはＺバッフ
ァの更新を行うという点である。パス２においては、Ｚ
バッファを更新しないために二つの半透明な物体はそれ
らの位置関係によらずとも両方αブレンドされた。

【００４４】一方で、パス３においては、Ｚバッファを
更新するため、近い物体を先に処理すると、後から処理
する物体はαブレンドされないことになる。パス３での
処理中は、Ｚバッファは各点での最後にαブレンド又は
描画された物体の視点からの距離を保持する。従って、
最後にαブレンドされることになるのは、視点に最も近
い物体ということになり、条件１を満たしている。ま
た、不透明な物体と視点との間に半透明な物体が無い場
合には、パス１によって描画された物体が最後に描かれ
ることになって、この場合でも条件１を満たしている。

【００４５】ここで注意されたいのは、視点に最も近い
（不透明、半透明を問わない）物体とその他の（不透
明、半透明）物体との間での相対的な位置関係の見え方
は何ら損なわれることはないが、これらの間に挟まれる
ことになる半透明物体の位置関係の見え方は必ずしも保
証されないということである。これは正確なソートの手
順を省略しているからである。

【００４６】最も近い物体ではない物体同士の位置関係
は、アプリケーションによる描画順に依存する。例え
ば、対話的（インタラクティブ）処理の典型であるＣＡ
Ｄにおいては、物体を回転させて反対方向から見るよう
な操作がよく行われる。このため、視点から遠い順に物
体のデータを定義し、その順番に描画することはソート
を行わない限り不可能である。しかし、これらの物体の
位置は、視点に最も近い（不透明、半透明を問わない）
物体の位置に比べると、重要性が小さく十分妥協できる
ものと言える。

【００４７】ここで、ＲＭＷサイクルとの関連で、「描
画する(draw)」ことをどのように実行できるかについて
説明する。パス１における描画は、必ずしもＲ、Ｍ及び
Ｗの全てを実行する必要はなく、不透明物体の画像デー
タによる置換としてＷのみを実行すれば足りる。ただ
し、パス２における描画とパス３における描画では、現
在の背景色（既に描画されている物体の色（ｄｅｓｔ＿
ｃｏｌｏｒ））と、これから描こうとする半透明物体の
色（描画すべき物体の色（ｓｒｃ＿ｃｏｌｏｒ））とを
ブレンドする必要があるため、Ｒ、Ｍ及びＷの全てを実
行する必要が生じる。

【００４８】ここで、より具体的な例として、不透明物
体Ａ、半透明物体Ｂ、半透明物体Ｃ、といった３つの描
画すべき対象がある場合を想定する。グラフィックス描
画のためのアプリケーションプログラムが必ず、Ａ、
Ｂ、Ｃの順で描画した場合において本願発明の手法であ
るパス１乃至３が与える表示結果を考えてみることにす
る。

【００４９】ここでは記号の＜を使って、視点からＡが
Ｂより近くにあることをＡ＜Ｂと表わすことにする。以
下、Ａ，Ｂ及びＣの３つの物体が視点から見て重なり合
った部分について考察する。

【００５０】Ｃ＜Ｂ＜Ａの場合（視点からＣが最も近
く、Ａが最も遠い場合）：パス１ではＡを描画する。パ
ス２ではＢをブレンドしてからＣをブレンドする。パス
３でもＢをブレンドしてからＣをブレンドする。結果と
して、Ｃが最も近くもありその後ろにＢ、Ａがあるよう
に見える。

【００５１】図５は、Ｃ＜Ｂ＜Ａの場合（視点からＣが
最も近く、Ａが最も遠い場合）の描画結果を（後に言及
する図６の描画結果よりも）詳細に説明する図である。
ここで物体Ｂに関係する部分については全てが同一方向
に揃った斜線（右上から左下への斜線）によって表わさ
れており、ここで物体Ｃに関係する部分については物体
Ｂとは異なる方向であるが全て同一方向に揃った斜線
（左上から右下への斜線）によって表わされている。ま
た、言及する描画領域は、それぞれが単一種類の斜線部
分だけではなく、これらが交差することによる組み合わ
せによっても特定される。より具体的には、右上から左
下への斜線と左上から右下への斜線とが交差している、
網目状に表わされた描画領域も存在する。

【００５２】描画領域ａｂはＡとＢとが重なることにな
る部分であり、Ｂの後方にＡが見えるように描画され
る。描画領域ｂｃはＢとＣとが重なることになる部分で
あり、Ｃの後方にＢが見えるように描画される。描画領
域ａｃはＡとＣとが重なることになる部分であり、Ｃの
後方にＡが見えるように描画される。さらには、描画領
域ａｂｃはＡ，Ｂ及びＣの全てが重なる部分であり、Ａ
の前方にＢが見えてさらにＢの前方にＣが見えるように
描画される。これらのうち描画領域ｂｃと描画領域ａｂ
ｃとの区別は、物体Ａと重なることになるかどうかによ
って、さらに網目状の密度が異なって表現されている。

【００５３】図６には、Ｃ＜Ｂ＜Ａの場合を含め、Ａ，
Ｂ，Ｃの３つの物体に生じ得る全ての位置関係を示して
いる。なお、Ｃ＜Ｂ＜Ａ以外の場合については、図５に
示したような描画結果の詳細な表現や説明については省
略する。

【００５４】Ｂ＜Ｃ＜Ａの場合（視点からＢが最も近
く、Ａが最も遠い場合）：パス１ではＡを描画する。パ
ス２ではＢをブレンドしてからＣをブレンドする。パス
３ではＢをブレンドするがＣはブレンドされない。結果
として、Ｂが最も近くもありその後ろにＣ、Ａがあるよ
うに見える。

【００５５】Ｂ＜Ａ＜Ｃの場合（視点からＢが最も近
く、Ｃが最も遠い場合）：パス１ではＡを描画する。パ
ス２ではＢのみブレンドされ、ＣはＡに隠されてブレン
ドされない。パス３ではＢのみブレンドされ、ＣはＡに
隠されてブレンドされない。結果として、Ｂの後ろにＡ
があるように見える。

【００５６】Ｃ＜Ａ＜Ｂの場合（視点からＣが最も近
く、Ｂが最も遠い場合）：パス１ではＡを描画する。パ
ス２ではＣのみブレンドされ、ＢはＡに隠されてブレン
ドされない。パス３ではＣのみブレンドされ、ＢはＡに
隠されてブレンドされない。結果として、Ｃの後ろにＡ
があるように見える。

【００５７】Ａ＜Ｂ＜Ｃの場合（視点からＡが最も近
く、Ｃが最も遠い場合）：パス１ではＡを描画する。パ
ス２では何も描画されない。パス３では何も描画されな
い。結果として、Ａのみが表示される。

【００５８】Ａ＜Ｃ＜Ｂの場合（視点からＡが最も近
く、Ｂが最も遠い場合）：パス１ではＡを描画する。パ
ス２では何も描画されない。パス３では何も描画されな
い。結果として、Ａのみが表示される。

【００５９】以上の例では、Ａを最初に描画している
が、不透明な物体はパス１において処理され、半透明な
物体はパス２およびパス３で処理されるため、アプリケ
ーションプログラムでの描画順によることなく、不透明
な物体は常に半透明な物体よりも先に処理されることに
なる。従って、不透明物体が２番目、３番目に描画され
るケースでも同じ結果が得られることになる。

【００６０】本発明の手法は、半透明表示を正確に行う
ためのものではないことは既に述べた。しかし、本発明
によるマルチパスでαブレンドを使用したものは、単一
パスのみでαブレンドを使用したものに比べて、遠近の
位置関係が保たれるように表示されていることが確認さ
れている。

【００６１】

【発明の効果】ここで、実際のアプリケーション上での
パフォーマンス測定結果を表１に示す。ソートを行った
場合の半透明描画についての測定結果は、実用に耐えら
れるものではなく実装することが困難であるため、得ら
れていない。従って、ソートをする部分の論理処理に必
要な時間は、シミュレーションの結果を測定し、単一パ
スの半透明処理時間に加えることによって、予想時間を
求めて比較の対象としている。対話的（インタラクティ
ブ）処理においては採用できないものと判断される。

【００６２】

【表１】 描画手法の違いによる１００回繰り返し描画時間 描画手法 ベンチマーク１ ベンチマーク２ ［１］ 不透明 ８．３秒 ６４．６秒 ［２］ 単一パス半透明 ８．３秒 ６３．９秒 ［３］ ソート予想時間 ２７２．８秒 ７６７．０秒 ［４］ ソート後半透明 ２８１．１秒 ８３０．９秒 ［５］ マルチパス半透明 １５．０秒 １２９．２秒

【００６３】より具体的には、［１］と［２］とにおい
ては現状のｇｒａＰＨＩＧＳを使用して描画している。
ｇｒａＰＨＩＧＳ（ｇｒａＰＨＩＧＳは、ＩＢＭ Ｃｏ
ｒｐ．の米国およびその他の国における商標）は、３次
元（３Ｄ）ｇｒａｐｈｉｃｓＡＰＩ(Application Progr
amming Interface)であり、ＩＳＯ標準(Standard)であ
るＰＨＩＧＳ(Programmer's Hierarchical Interactive
Graphics System)をＩＢＭ社が実装(implement)したも
のである。［２］はソートを行わない単一パスのブレン
ドによる半透明処理であって、ここでは位置関係は保存
されない。［３］においてはシミュレーションプログラ
ムで測定してソートにかかる時間を予想している。
［４］については［２］＋［３］と仮定することで求め
ている。［５］は現状のｇｒａＰＨＩＧＳを本発明のマ
ルチパス半透明処理ができるように改造して実装して描
画したものである。

【００６４】［１］と［２］とでは単一（１回の）パス
で処理が済むのに対して、本発明が適用されている
［５］ではパス１乃至３の３回のパスを必要としている
ものの、描画時間は不透明の場合及び従来手法の２倍程
度といった実用範囲内に抑えることができている。実デ
ータを使用した描画結果をユーザに評価させた結果にお
いても、視覚上の位置関係を保った表示と対話的（イン
タラクティブ）処理可能な描画速度との両立という点で
十分に満足が得られている。

【００６５】図７に示すような関係からわかるように、
本発明の方法は、ｇｒａｐｈｉｃｓＡＰＩのみならず、
アプリケーション・レベルにおいて実施することも可能
である。すなわち、ＡＰＩを介してグラフィックス処理
は実行されることになるが、ＡＰＩを介する前段として
のアプリケーション・レベルにおいても実施することも
でき、当業者であれば本発明を様々な方法で適用するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】コンピュータグラフィックスの処理をするため
のハードウエア構成である、ラスタスキャンＣＲＴの構
成を示す図である。

【図２】フレームバッファに送られるべき図形情報を得
るまでの一般的なグラフィック処理の流れを示す図であ
る。

【図３】グラフィックス処理を実現するコンピュータの
アーキテクチャの種類を示す図である。

【図４】マルチパス処理（マルチパス半透明処理）を示
す流れ図である。

【図５】不透明物体Ａ、半透明物体Ｂ、半透明物体Ｃ、
という３つの描画すべき対象の位置関係がＣ＜Ｂ＜Ａの
場合（視点からＣが最も近く、Ａが最も遠い場合）の場
合について、本発明の手法であるパス１乃至３を用いて
Ａ、Ｂ、Ｃの順で描画した場合において、表示結果を詳
細に説明する図である。

【図６】不透明物体Ａ、半透明物体Ｂ、半透明物体Ｃ、
という３つの描画すべき対象に生じ得る全ての位置関係
について、これらを描画すべき物体を本発明の手法であ
るパス１乃至３を用いてＡ、Ｂ、Ｃの順で描画した場合
において、表示結果を示す図である。

【図７】本発明の方法が、ｇｒａｐｈｉｃｓ ＡＰＩの
みならず、アプリケーション・レベルにおいて実施する
ことも可能であることを示す図である。

【符号の説明】

１０ ラスタスキャンＣＲＴ １２ 画面（スクリーン） １４ フレームバッファメモリ １６ ＣＲＴコントローラ １８ ＣＲＴ ２０ 幾何データ ２２ ジオメトリエンジン ２４ レンダリングエンジン ２６ Ｚバッファ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長谷川 一彦 神奈川県大和市下鶴間1623番地14 日本ア イ・ビー・エム株式会社 大和事業所内 Ｆターム(参考） 5B080 FA03 FA08 FA17 GA02

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】奥行き方向についての情報をもつ不透明物
   体と半透明物体とが混在している複数の物体についての
   画像データを、記憶装置として更新可能なＺバッファを
   利用して、コンピュータ表示画面に表示する描画方法で
   あって、 Ｚバッファの更新を行いながら、かつ、Ｚバッファによ
   る隠面消去を行いながら、画像データのうちの不透明な
   物体だけを描画するステップと、 Ｚバッファの更新を行わないで、かつ、Ｚバッファによ
   る隠面消去を行いながら、画像データのうちの半透明な
   物体だけを描画するステップと、 Ｚバッファの更新を行いながら、かつ、Ｚバッファによ
   る隠面消去を行いながら、画像データのうちの半透明な
   物体だけを描画するステップと、を有する方法。
2. 【請求項２】半透明物体を描画するステップがαブレン
   ドによって実行される、請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】奥行き方向についての情報をもつ不透明物
   体と半透明物体とが混在している複数の物体についての
   画像データを、コンピュータ表示画面に表示することが
   可能な描画装置であって、 コンピュータ表示画面のドット毎に対応して設けられて
   いて、奥行き情報を記憶する更新可能なＺバッファと、 コンピュータ表示画面のドット毎に対応して設けられて
   いて、その内容を表示画面に出力することができ、表示
   するためのデータを記憶する更新可能な、フレームバッ
   ファと、 画像データを受け取って、これから描画しようとする画
   像データの奥行き情報と既にＺバッファに記憶されてい
   る奥行き情報とを比較して、これから描画しようとする
   画像データの奥行き情報が既にＺバッファに記憶されて
   いる奥行き情報よりも大きいか否かを判断することがで
   き、奥行き情報の更新を行いながら表示するためのデー
   タを出力することと奥行き情報の更新を行わないで表示
   するためのデータを出力することとを選択することが可
   能であり、かつ、既にフレームバッファに記憶されてい
   る表示するためのデータを読み出して、その後に受け取
   られる画像データとの間でコンピュータ表示画面のドッ
   ト毎にブレンド処理することが可能である、レンダリン
   グエンジンとを有する、コンピュータ表示画面に表示す
   る描画装置。
4. 【請求項４】さらに、 フレームバッファから出力される表示するためのデータ
   を、表示画面に表示することができる表示装置とを有す
   る、請求項３記載のコンピュータ表示画面に表示する描
   画装置。
5. 【請求項５】半透明物体についてのブレンド処理がαブ
   レンドによって実行される、請求項３記載のコンピュー
   タ表示画面に表示する描画装置。
6. 【請求項６】請求項１又は請求項２の描画方法を実行す
   ることが可能なラスタ・スキャン表示装置。
7. 【請求項７】請求項３乃至請求項５の何れかに記載の描
   画装置を有するラスタ・スキャン表示装置。