JP2001126083A

JP2001126083A - 画像処理装置

Info

Publication number: JP2001126083A
Application number: JP30327899A
Authority: JP
Inventors: Yusuke Shimizu; 祐介清水
Original assignee: Sega Corp
Current assignee: Sega Corp
Priority date: 1999-10-26
Filing date: 1999-10-26
Publication date: 2001-05-11

Abstract

(57)【要約】【課題】ジオメトリブロックの回路規模を小さくす
る。【解決手段】ジオメトリブロック３１を専用ハードウ
ェア演算器５２と汎用マイクロコンピュータ４３とを含
む構成とし、比較的使用頻度が高く高速性が要求される
機能については専用ハードウェア演算器５２で処理し、
比較的使用頻度が低く高度な演算または柔軟性が要求さ
れる機能については汎用マイクロコンピュータ４３で処
理する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ジオメトリブロッ
クを有する画像処理装置に関し、特に、ジオメトリブロ
ックで実行される処理を、処理内容に応じてジオメトリ
ブロックが内蔵する専用ハードウェア演算器と汎用マイ
クロコンピュータとにそれぞれ分担させることにより、
ジオメトリブロックの回路規模を小さくし、その結果、
価格を低く抑えることができるようにした画像処理装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】ゲーム装置やシミュレーション装置は、
オペレータの操作入力に応答してゲームプログラムまた
はシミュレーションプログラムを実行することにより、
ゲーム等の進行に対応する画像を生成し、表示する。そ
のために、それらの内部に画像処理装置および表示装置
を内蔵している。

【０００３】この画像処理装置は、ジオメトリブロッ
ク、レンダリング（描画）ブロック、及び表示ブロック
等から構成される。ジオメトリブロックは専用のハード
ウェア演算器で構成されており、ローカル座標で定義さ
れているオブジェクトを構成するポリゴンデータを、３
次元のワールド座標に変換し、更に表示画面などの２次
元のスクリーン座標に透視変換する。ジオメトリブロッ
クは、これ以外にも比較的使用頻度が低く柔軟性が要求
される機能や高度な演算処理（例えば、曲線及び曲面の
生成処理、物体同士が衝突したときの反転方向の処理
等）についても処理を行う。レンダリングブロックは、
２次元のスクリーン座標に透視変換されたポリゴンデー
タから、テクスチャ（オブジェクトの表面の色や模様
等）データを含むピクセル（画素）単位の画像データを
生成する。表示ブロックは、レンダリングブロックで生
成された１フレーム分のデジタル形式の画像データをア
ナログ信号に変換し、その画像データを表示装置に供給
し、画像を表示させる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
比較的使用頻度が低く柔軟性が要求される機能や高度な
演算処理についても、ジオメトリブロックを構成する専
用のハードウェア演算器で処理するとなると、専用ハー
ドウェア演算器の回路規模が大きくなり、その結果、価
格が高くなるという課題があった。

【０００５】そこで、本発明の目的は、専用ハードウェ
ア演算器の回路規模を大きくすることなく、比較的使用
頻度が低く柔軟性が要求される機能や高度な演算処理に
ついても処理することができるジオメトリブロックを有
する画像処理装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の第１の側面は、ジオメトリ演算処理を実
行するジオメトリブロックを有する画像処理装置におい
て、前記ジオメトリブロックは、比較的使用頻度が高く
高速性が要求される処理を行う回路を有する専用ハード
ウェア演算器と、比較的使用頻度が低く高度な演算また
は柔軟性が要求される処理をソフトウェアによって実行
するマイクロコンピュータとを有し、前記専用ハードウ
ェア演算器は少なくともマトリクス演算器を有すること
を特徴とする。

【０００７】上記本発明によれば、ジオメトリブロック
の回路規模を小さくしつつ、高い機能を維持することが
できる。また、頻度が高い機能を専用ハードウェア演算
器で実現させたので、全体の処理速度を上げることがで
きる。

【０００８】上記の目的を達成するために、本発明の第
２の側面は、画像処理コマンドに応答して、ポリゴンの
頂点データに対するマトリクス演算及び透視変換を有す
るジオメトリ演算処理を行うジオメトリブロックにおい
て、前記画像処理コマンドをデコードするコマンドデコ
ーダと、前記コマンドデコーダから供給される第１の画
像処理コマンドに応答して、当該第１の画像処理コマン
ドに対応するプログラムを実行して前記ポリゴンの頂点
データを有する描画コマンドを生成するマイクロコンピ
ュータと、前記コマンドデコーダ又は前記マイクロコン
ピュータから供給され、前記ポリゴンの頂点データを有
する描画コマンドを含む第２の画像処理コマンドに応答
して、前記ポリゴンの位置情報を有する変換マトリクス
と前記頂点データに対して前記マトリクス演算を行い、
更に三次元座標から二次元座標への透視変換を行う専用
ハードウェア演算器とを有することを特徴とする。

【０００９】上記本発明によれば、ジオメトリブロック
の回路規模を小さくしつつ、高い機能を維持することが
できる。また、頻度が高いマトリクス演算、透視変換を
専用ハードウェア演算器で実現させたので、全体の処理
速度を上げることができる。

【００１０】更に、上記第２の発明において、その好ま
しい態様は、前記第１の画像処理コマンドには、少なく
とも（１）与えられた制御点に対する曲線または曲面を
求め、当該曲線または曲面に沿ったポリゴンデータを生
成する曲線・曲面生成処理、（２）ポリゴンの発生位
置、変化方向を有するデータを与えられ、複数フレーム
におけるポリゴンを生成するパーティクル処理、（３）
光源の射影位置及び方向と、光源を遮る物体のデータを
与えられ、シャドーボリュームを構成するポリゴンを生
成するボリューム生成処理、（４）位置及び方向を含む
発生源データとそれに対する力学的データに従って動的
に変化するポリゴンを生成するダイナミクス処理、
（５）オブジェクトの基準サイズデータとそれを拡大縮
小するスケールデータ及びオフセットデータから、オブ
ジェクトの詳細度データを生成するオブジェクトLOD処
理、（６）オブジェクトの位置と形状、サイズデータか
ら、当該オブジェクトが表示画面外に位置するか否かを
検出するオブジェクトカリング処理のうちのいずれか一
つの処理コマンドを有することを特徴とする。

【００１１】上記本発明によれば、比較的使用頻度が低
く複雑な処理を専用ハードウェア演算器ではなく、マイ
クロコンピュータに処理させるようにしたので、専用ハ
ードウェア演算器の回路規模を大きくしないで、ジオメ
トリブロックの処理能力を向上させることができる。

【００１２】更に、上記第２の発明において、その好ま
しい態様は、前記専用ハードウェア演算器は、第１のマ
トリクスデータが供給されるベクトルバスと第２のマト
リクスデータが供給されるマトリクスバスとに接続さ
れ、前記第１及び第２のマトリクスデータを乗算するマ
トリクス演算器を有し、座標変換処理時には、前記ベク
トルバスに座標変換対象データを供給し、前記マトリク
スバスに座標変換マトリクスを供給し、補間演算時に
は、前記ベクトルバスに混合比率を供給し、前記マトリ
クスバスに補間演算対象データを供給するデータ供給手
段を有することを特徴とする。

【００１３】上記本発明によれば、頂点の補間演算を専
用ハードウェア演算器内のマトリクス演算器で実行する
ようにしたので、専用ハードウェア演算器の回路規模を
大きくしないで、処理能力を向上させることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態例を説明する。しかしながら、かかる実施の形
態例が、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

【００１５】図１は、本発明を適用した画像処理装置１
の一実施の形態の構成を示すブロック図である。オペレ
ータは、コントローラ１１を操作することにより操作コ
マンドを入力する。オペレータにより入力された操作コ
マンドは、入出力部１２に供給され、システムバス２０
を介して、メインCPU (Central Processing Unit)１７
に供給される。メインCPU１７は、操作コマンドが供給
されると、ROM(Read Only Memory)１６からゲームプロ
グラムを読み出し、実行する。その結果、ゲームの進行
に対応したオブジェクトを構成するポリゴンデータが生
成され、適宜、RAM(Random Access Memory)１５に格納
される。音声処理部１３には、メインCPU１７からゲー
ムの進行に対応した音声データが供給される。音声処理
部１３は、供給された音声データに所定の処理を施し、
その音声をスピーカ１４から出力する。

【００１６】オペレータによりオブジェクトを移動させ
る操作コマンドが入力されると、ゲームプログラムは、
その操作コマンドを処理し、オブジェクトを移動させ
る。オブジェクトを移動させるためには、ゲームプログ
ラムが、オブジェクト移動のための回転成分と平行移動
成分とを有する座標変換マトリクスを生成し、ジオメト
リブロック３１に、ローカル座標で定義されているオブ
ジェクトを構成するポリゴンデータとともに供給する。

【００１７】ジオメトリブロック３１は、ローカル座標
で定義されているオブジェクトを構成するポリゴンデー
タに座標変換マトリクスを乗算するマトリクス演算を行
う。これにより、３次元のワールド座標内における移動
後のポリゴンの位置が求められる。そして、ジオメトリ
ブロック３１は、そのポリゴンに対して透視変換を行っ
て、表示画面の２次元のスクリーン座標に対応したポリ
ゴンデータを生成し、そのポリゴンデータを描画ブロッ
ク３２に供給する。

【００１８】描画ブロック３２は、レンダリング処理部
であり、２次元のスクリーン座標のポリゴンデータか
ら、テクスチャデータを含むピクセル（画素）単位の画
像データを生成し、その画像データを表示ブロック３３
に供給する。表示ブロック３３は、描画ブロック３２か
ら供給された１フレーム分のデジタル形式の画像データ
をアナログ信号に変換し、その画像データに従って画像
をCRT(Cathode Ray Tube)１９に表示させる。

【００１９】次に、ジオメトリブロック３１の構成につ
いて説明する。図２は、ジオメトリブロック３１の構成
例を示している。ジオメトリコマンドRAM４１には、メ
インCPU１７からシステムバス２０を介して供給される
描画コマンドが格納される。コマンドデコーダ５１は、
ジオメトリコマンドRAM４１に格納されている描画コマ
ンドを読み出し、デコードする。そして、コマンドデコ
ーダ５１は、描画コマンドがハードウェアで定義済みの
コマンドであるか、またはハードウェアで未定義のコマ
ンドであるかを判定し、ハードウェアで定義済みのコマ
ンドであると判定した場合、その描画コマンドを専用ハ
ードウェア演算器５２に供給し、ハードウェアで未定義
のコマンドであると判定した場合、その描画コマンドを
マイコンインタフェース５４を介して汎用マイコン４３
に供給する。即ち、コマンドデコーダ５１は、専用ハー
ドウェア演算器５２で行う処理と汎用マイコン４３で行
う処理の振り分けを行っている。

【００２０】尚、ここで、専用ハードウェア演算器５２
と汎用マイコン４３とに分けて処理を行うのは、専用ハ
ードウェア演算器５２の回路規模をより小さくするため
である。専用ハードウェア演算器５２には、頻繁に実行
される定型的な処理（例えば、後述するマトリクス演
算、頂点の補間演算、透視変換、及びクリッピング等）
を行わせ、汎用マイコン４３には、頻度が少なく小規模
の専用ハードウェア演算器５２での処理に不向きな、例
えば、曲線・曲面生成処理等の高度な演算処理を実行さ
せる。これにより、専用ハードウェア演算器５２で行う
処理を限定することができ、その結果、専用ハードウェ
ア演算器５２の回路規模をより小さくすることができ
る。更に、汎用性の低い演算処理を汎用マイコン４３に
処理させることで、ジオメトリブロック３１を多機能に
することができる。また、専用ハードウェア演算器５２
で行う処理と汎用マイコン４３で行う処理の振り分けを
行うコマンドデコーダ５１は、高速性が要求されるた
め、ハード化されている。

【００２１】専用ハードウェア演算器５２は、供給され
た描画コマンドに従って、所定の演算処理を実行する。
一方、汎用マイコン４３は、描画コマンドが供給される
と、ローカルRAM４４に予め格納されている各描画コマ
ンドに対応したプログラムを読み出し、そのプログラム
に従って所定の演算処理を実行する。専用ハードウェア
演算器５２または汎用マイコン４３で処理された演算結
果は、結果出力インタフェース５３を介して描画ブロッ
ク３２に供給される。

【００２２】尚、図２の構成では、ジオメトリコマンド
RAM４１とローカルRAM４４とをそれぞれ別々に設けるよ
うにしたが、よりコストを削減するために、１つのRAM
で構成することも可能である。

【００２３】次に、画像処理部１８の処理動作につい
て、図３のフローチャートを参照して説明する。図３
は、画像処理部１８の処理動作を説明するためのフロー
チャートである。

【００２４】先ず、コマンドデコーダ５１は、ジオメト
リコマンドRAM４１に格納されているコマンドを読み出
し、デコードする（ステップＳ１）。そして、コマンド
デコーダ５１は、解読結果に基づいて、その処理が汎用
マイコン４３での処理か否かを判定する（ステップＳ
２）。

【００２５】ステップＳ２において、汎用マイコン４３
での処理と判定された場合、コマンドデコーダ５１は、
そのコマンドをマイコンインタフェース５４を介して汎
用マイコン４３に供給する。汎用マイコン４３は、供給
されたコマンドに従って所定の処理を行い、ポリゴンデ
ータを生成し、生成したポリゴンデータを専用ハードウ
ェア演算器５２に供給する（ステップＳ３）。

【００２６】ステップＳ２において、汎用マイコン４３
での処理ではないと判定された場合、ステップＳ４に進
み、コマンドデコーダ５１は、そのコマンド及びポリゴ
ンデータを専用ハードウェア演算器５２に供給する。専
用ハードウェア演算器５２は、供給されたコマンドに従
って、マトリクス演算、頂点の補間演算、透視変換、及
びクリッピング等を行う。

【００２７】専用ハードウェア演算器５２で処理された
演算結果は、結果出力インタフェース５３を介して描画
ブロック３２に供給され、レンダリングが行われる（ス
テップＳ５）。即ち、描画ブロック３２は、２次元のス
クリーン座標のポリゴンデータから、テクスチャデータ
を含むピクセル（画素）単位の画像データを生成し、そ
の画像データを表示ブロック３３に供給する。

【００２８】表示ブロック３３は、描画ブロック３２か
ら供給された１フレーム分のデジタル形式の画像データ
をアナログ信号に変換し、その画像データに従って画像
をCRT(Cathode Ray Tube)１９に表示させる（ステップ
Ｓ６）。そして、ステップＳ１に戻り、それ以降の処理
が繰り返し実行される。

【００２９】以上の通り、専用ハードウェア演算器５２
は、所定の画像処理を経て生成される３Ｄのポリゴンデ
ータに対してマトリクス演算、透視変換という典型的な
ジオメトリブロックの処理を頻繁に行う。一方、汎用マ
イコン４３は、その３Ｄのポリゴンデータを生成する前
段階の種々の処理を行い、専用ハードウェア演算器５２
が処理できるポリゴンデータを生成する。

【００３０】[ハードウェア演算器]次に、専用ハードウ
ェア演算器５２における具体的な処理について、図４を
参照しながら説明する。図４は、専用ハードウェア演算
器５２の構成例を示している。

【００３１】専用ハードウェア演算器５２は、第１に、
ローカル座標で定義されているオブジェクトを構成する
ポリゴンデータを、ゲームの進行に伴う回転と移動量を
示す座標変換マトリクスによって座標変換するマトリク
ス変換処理と、第２に、マトリクス変換された３次元の
ワールド座標内のポリゴンデータを、表示画面内の２次
元のスクリーン座標に変換する透視変換処理を行う。第
１のマトリクス変換処理は、マトリクス演算器６３によ
り実行され、第２の透視変換処理は、ポリゴン生成部７
０により実行される。

【００３２】マトリクスレジスタ６７には、マトリクス
変換処理を行う場合に利用される座標変換マトリクスが
格納される。マトリクス変換処理のためのマトリクス演
算は、マトリクス演算器６３により実行される。その場
合、マトリクス演算器６３には、一方で、コマンドデコ
ーダ５１または頂点バッファ６８からベクトルデータセ
レクタ６２を介して座標変換対象データが供給され、他
方で、マトリクスレジスタ６７からマトリクスデータセ
レクタ６９を介して座標変換マトリクスが供給される。
そして、マトリクス演算器６３での演算結果が、結果デ
ータセレクタ６６を介して頂点バッファ６８に格納され
る。

【００３３】一般にポリゴンは、その頂点データにより
定義される。頂点データには、例えば、座標値、法線ベ
クトル、カラーデータ、テクスチャ座標等の属性データ
が含まれる。マトリクス変換処理の場合、マトリクス演
算器６３で頂点の座標値に座標変換マトリクスが乗算さ
れ、座標変換された頂点座標値が生成され、結果データ
セレクタ６６を介して頂点バッファ６８に格納される。
また、マトリクス演算器６３で法線ベクトルに座標変換
マトリクスが乗算され、座標変換された法線ベクトルが
ベクトル正規化演算器６５に供給され、ベクトル正規化
演算器６５で座標変換された法線ベクトルが正規化さ
れ、結果データセレクタ６６を介して頂点バッファ６８
に格納される。さらに、その他の属性データに関して
も、必要に応じて座標変換マトリクスが乗算され、結果
データセレクタ６６を介して頂点バッファ６８に格納さ
れる。

【００３４】尚、上記マトリクス変換処理におけるマト
リクス演算器６３の使用は、従来のジオメトリプロセッ
サにおいても行われている。

【００３５】マトリクス変換処理が終了すると、ポリゴ
ン生成部７０は、頂点バッファ６８から３次元のワール
ド座標のポリゴンデータを読み出し、そのポリゴンデー
タを表示画面内の２次元のスクリーン座標に透視変換す
る。このとき、表示画面の内外に跨いで存在するポリゴ
ンデータに関しては、表示画面の外側のポリゴンデータ
が切り取られ（クリッピング処理）、表示画面の内側の
ポリゴンデータのみが新たなデータとして定義される。
また、全ての領域が表示画面の外側に位置するポリゴン
データは除外される（カリング処理）。透視変換後の２
次元のスクリーン座標のポリゴンデータは、結果出力イ
ンタフェース５３に供給される。

【００３６】透視投影演算器６４は、頂点データに含ま
れるテクスチャ座標の透視変換を行う。また、オブジェ
クトの移動量を算出するのにも利用される。

【００３７】図４の専用ハードウェア演算器５２の特徴
的な構成は、マトリクス演算器６３を座標変換のための
マトリクス変換処理に利用するとともに、それ以外の例
えば、補間演算にも利用できるように、ベクトルデータ
セレクタ６２及びマトリクスデータセレクタ６９を設け
たことにある。

【００３８】例えば、補間演算を行う場合は、混合比設
定部６１が生成する混合比率データを、ベクトルデータ
セレクタ６２が選択して、ベクトルバスＶＢを介してマ
トリクス演算器６３に供給する。この混合比率は、コマ
ンドデコーダ５１から与えられた後述する混合比率生成
データに従って、混合比設定部６１が生成する。一方、
マトリクスデータセレクタ６９は、頂点バッファ６８に
予め格納されている補間演算対象データを選択し、マト
リクスバスＭＢを介してマトリクス演算器６３に供給す
る。マトリクス演算器６３は、補間演算対象データと混
合比率データとを積算して、その演算結果を頂点バッフ
ァ６８に格納する。頂点に対する補間演算は、さまざま
な処理において行われる要素処理である。例えば、ポリ
ゴンを細分化して形状を丸くするサブディビジョン・サ
ーフェース処理では、頂点の中点や重心を求めるとき、
補間演算が必要になる。

【００３９】座標変換処理のためのマトリクス変換の演
算及びサブディビジョン・サーフェース処理のための補
間演算について、以下に具体的に説明する。この説明に
より、これらの演算が同じマトリクス演算器６３を利用
して処理されることが理解される。図５は座標変換処理
を行う場合のマトリクス演算器６３の構成を示してお
り、図６は補間演算を行う場合のマトリクス演算器６３
の構成を示している。

【００４０】[座標変換]オブジェクトを構成するポリゴ
ンは、通常、ローカル座標内で定義される。また、ポリ
ゴンは、そのポリゴンを構成する頂点データにより定義
される。ゲームプログラム等を実行することにより、オ
ブジェクトは所定の回転及び移動を行う。この場合の、
ローカル座標内での頂点データ（Ｖ_X，Ｖ_Y，Ｖ_Z）を要
素とする４行１列のマトリクスに、回転及び移動量を設
定した座標変換マトリクスＭ_mn，Ｔ_m（ｍ＝０，１，
２，ｎ＝０，１，２）を各行の要素とする３行４列のマ
トリクスを乗算することで、座標変換後のワールド座標
（Ｖ’_X，Ｖ’_Y，Ｖ’_Z）が求められる。この演算式
は、次の（１）式で表される。

【００４１】

【数１】上記（１）式において、Ｔ_enbは、平行移動を許可する
（＝１）か許可しない（＝０）かを示すデータであり、
頂点座標などに対する座標変換の場合は、Ｔ_enb＝１で
平行移動が許可されるが、法線ベクトルなどに対する座
標変換の場合は、Ｔ_enb＝０で平行移動が禁止される。
法線ベクトルの場合は、回転成分により座標変換されれ
ばよく、平行移動は必要ないからである。

【００４２】図５は、上記の座標変換処理を行う場合の
マトリクス演算器６３の構成を示している。マトリクス
演算器６３は、（１）式の演算を行うために、３層構造
で構成され、ｘ成分のマトリクス演算器６３Ｘと、ｙ成
分のマトリクス演算器６３Ｙと、ｚ成分のマトリクス演
算器６３Ｚとを有する。それぞれのマトリクス演算器は
同じ構成であり、例えば、図５に示すように、４つの乗
算器８１乃至８４と、それらの乗算結果の和を求める加
算器８５とを有する。４本のベクトルバスＶＢから、座
標変換対象データとして、例えば、頂点座標Ｖ（Ｖ_X，
Ｖ_Y，Ｖ_Z）と平行移動の有無を示すデータＴ_enbとが、
３層のマトリクス演算器６３Ｘ，６３Ｙ，及び６３Ｚに
共通に供給される。また、４本のマトリクスバスＭＢか
ら、座標変換マトリクスの各行データＭ_m0，Ｍ_m1，
Ｍ_m2，及びＴ_mが、各層のマトリクス演算器に別々に供
給される。ｘ成分のマトリクス演算器６３Ｘでは、それ
ぞれのバスから供給されたデータが、乗算器８１乃至８
４で乗算され、それらの乗算結果（Ｍ_m0×Ｖ_x），（Ｍ
_m1×Ｖ_y），（Ｍ_m2×Ｖ_z），及び（Ｔ_m×Ｔ_enb）が、加
算器８５で加算されて、変換後の頂点座標Ｖ’_Xが求め
られる。ｙ成分のマトリクス演算器６３Ｙと、ｚ成分の
マトリクス演算器６３Ｚでも、変換後の頂点座標
Ｖ’_Y，Ｖ’_Zが同様にして求められる。

【００４３】[補間演算]補間演算は、例えば、サブディ
ビジョン・サーフェース処理において繰り返し行われ
る。サブディビジョン・サーフェース処理とは、角張っ
たポリゴンを細分化し、補間演算することにより、丸み
を帯びたポリゴンに変形する処理である。細分化のため
には、ポリゴンの頂点間のエッジの中点を求めたり、ポ
リゴンの中点を求める必要があり、これらの中点は、混
合比率を全て等しくした補間演算により求められる。こ
れらの中点が、細分化されたポリゴンの頂点になる。ま
た、それらの中点と頂点とを所定の混合比率で補間演算
することにより、新たな補間された中点や頂点（細分化
されたポリゴンの頂点）が求められる。

【００４４】図７は、ポリゴンの細分化と重み付け補間
を説明するための図である。ここで、重み付け補間と
は、所定の混合比率で補間演算することであり、加重平
均演算と同じである。図７を参照しながら、四角形のポ
リゴンに対するサブディビジョン・サーフェース処理を
説明する。

【００４５】図７（Ａ）は、頂点ｐ０乃至ｐ３からなる
四角形のポリゴンである。頂点ｐ０乃至ｐ３は、それぞ
れ頂点座標を有する。図７（Ｂ）には、頂点間のエッジ
（辺）の中点ｅ０乃至ｅ３と、ポリゴンの中点（中心）
ｑとが示されている。エッジの中点ｅ０は、次の（２）
式により求められる。

【００４６】ｅ０＝（ｐ０＋ｐ１）／２ …（２）その他の中点ｅ１乃至ｅ３についても同様にして求めら
れる。ポリゴンの中点ｑは、次の（３）式により求めら
れる。

【００４７】ｑ＝（ｐ０＋ｐ１＋ｐ２＋ｐ３）／４ …（３）上記（２）式及び（３）式を利用することで、頂点デー
タのうち、頂点座標、法線ベクトル、テクスチャ座標、
頂点カラーデータ等について、中点ｅ０乃至ｅ３及び中
点ｑにおける頂点データが求められる。

【００４８】上記で求められたエッジの中点ｅ０乃至ｅ
３とポリゴンの中点ｑを結ぶことで、図７（Ｃ）のよう
にポリゴンが４つのポリゴンに細分化される。このよう
に細分化された後、エッジの中点ｅ０乃至ｅ３が、所定
の重み付けで加重平均されて、補間されたエッジの中点
ｅ’０乃至ｅ’３が求められる。エッジの中点の補間
は、その中点ｅ０を求めたときに用いた２つの頂点ｐ０
及びｐ１と、エッジの中点ｅ０とつながりがあるポリゴ
ンの中点ｑとを所定の混合比率で補間する処理である。
即ち、その演算式は、混合比率が全て等しい場合、次の
（４）式で表される。

【００４９】ｅ’０＝（ｐ０＋ｐ１＋ｑ）／（２＋１）＝（ｐ０＋ｐ１＋ｑ）／３…（４）一般に、上記の混合比率は、サブディビジョン・サーフ
ェース処理の処理に応じて与えられる定数であり、どの
程度丸みを帯びさせるかにより、混合比率は異なる。上
記の（４）式のように、混合比率を１／３にすると、図
７（Ｄ）に示される通り、エッジの中点ｅ０がポリゴン
の中点ｑに対して１：２の位置に移動して、新たな補間
されたエッジの中点ｅ’０になる。

【００５０】最後に、頂点の補間を行う。頂点ｐ０の補
間は、対象の頂点ｐ０と、その頂点ｐ０とつながりがあ
るエッジの中点の補間された点ｅ’０及びｅ’３とを、
所定の混合比率で補間する処理である。例えば、頂点ｐ
０をエッジの中点の補間された点ｅ’０，ｅ’３に対し
て２：１で補間する場合の演算式は、次の（５）式で表
される。

【００５１】ｐ’０＝（ｐ０＋２（ｅ’０＋ｅ’３））／（１＋２×２）＝（ｐ０＋２（ｅ’０＋ｅ’３））／５＝ｐ０／５＋２（ｅ’０＋ｅ’３）／５ …（５）上記（５）式の場合、混合比率は１／５と２／５の補間
演算（加重平均演算）である。その結果、図７（Ｅ）に
示される通り、丸みを帯びた４つのポリゴンが形成され
る。以上が、サブディビジョン・サーフェース処理の例
である。２：１で補間したことより、頂点ｐ’０は、よ
りポリゴンの中点ｑに近い点になる。

【００５２】上記（２）乃至（４）式は、いずれも混合
比率が１／２，１／３，１／４の補間演算（重み付けが
全て等しい加重平均演算）であり、（５）式は混合比率
が１／５と２／５の補間演算（加重平均演算）である。

【００５３】図８は、六面体に対する細分化と補間を説
明するための図である。六面体に対してサブディビジョ
ン・サーフェース処理を行って、丸みを帯びた立方体に
する場合について説明する。この場合も、手順は図７と
同様に、頂点ｐにより定義された６つのポリゴンからな
る六面体に対して、エッジの中点ｅとポリゴンの中点ｑ
を求めてポリゴンを細分化し（図８（Ｂ））、エッジの
中点を補間して新たなエッジの中点ｅ’を求め（図８
（Ｃ））、更に、頂点を補間して新たな頂点ｐ’を求め
る（図８（Ｄ））。そして、細分化された新たなポリゴ
ンにより、より丸みを帯びたオブジェクトが生成され
る。それぞれの演算は、次の通りである。

【００５４】先ず、エッジの中点は、上記（２）式によ
り求められる。そして、ポリゴンの中点ｑは、次の
（６）式により求められる。

【００５５】

【数２】この（６）式も上記（３）式と同じである。

【００５６】次に、エッジの中点の補間は、中点を求め
るときに用いた２つの頂点と、エッジの中点とつながり
があるポリゴンの中点ｑ（合計Ｑ）とを所定の混合比率
で補間することで行われる。即ち、補間されたエッジの
中点ｅ’は、次の（７）式により求められる。

【００５７】

【数３】この（７）式は、エッジの中点ｅとポリゴンの中点ｑの
合計Ｑとを２：１に補間する演算式である。図８（Ｂ）
に示される通り、エッジの中点ｅ０に対する補間は、頂
点ｐ０及びｐ１と、ポリゴンの中点ｑ０及びｑ１とが利
用され、上記（８）式に示される通り、これらを１／４
の混合比率で補間演算することで求められる。

【００５８】最後に、頂点の補間は、図８（Ｄ）に示さ
れる通り、頂点ｐ０とつながりがあるエッジの中点ｅ’
０，ｅ’１，及びｅ’２を所定の混合比率で補間するこ
とで行われる。補間後のエッジの中点ｅ’の合計Ｅを利
用すると、補間された頂点ｐ’は、次の（９）式により
求められる。

【００５９】

【数４】この（９）式は、補間後のエッジの中点ｅ’の合計Ｅと
頂点ｐ０とを１：２で補間する演算式である。補間後の
頂点ｐ’０は、上記（１０）式により求められ、図８
（Ｄ）に示される通り、内部の新しい点ｐ’０になる。
上記（１０）式は、混合比率が１／７と２／７の補間演
算である。

【００６０】以上、サブディビジョン・サーフェース処
理における補間演算例について説明した。このように、
サブディビジョン・サーフェース処理を行うためには、
４段階の補間演算を行う必要がある。そして、その補間
演算は、補間対象の座標データと混合比率とを、乗算し
て加算するマトリクス演算に置き換えることができる。

【００６１】即ち、補間対象の頂点座標（Ｖ_mx，Ｖ_my，
Ｖ_mz）（ｍ＝０乃至３）をマトリクスとし、それぞれの
補間の混合比率をＲ_m（ｍ＝０乃至３）とすると、補間
後の頂点座標（Ｖ’_x，Ｖ’_y，Ｖ’_z）は、次の（１
１）式で表すことができる。

【００６２】

【数５】この（１１）式から理解される通り、補間演算は、補間
対象の頂点データを各行の要素とする３行４列のマトリ
クスと、混合比率を各要素とする４行１列のマトリクス
との乗算である。

【００６３】図６は、補間演算の場合のマトリクス演算
器６３の構成を示している。上記（１１）式を実行する
ためには、各マトリクス演算器６３Ｘ，６３Ｙ，６３Ｚ
のベクトルバスＶＢに混合比率Ｒ₀乃至Ｒ₃を共通に供給
し、各演算器それぞれのマトリクスバスＭＢに補間対象
の頂点座標や中点座標データＶ_0x乃至Ｖ_3xをそれぞれ供
給すれば、演算器それぞれのその積算及び加算後の値
Ｖ’_x（Ｖ’_y，Ｖ’_z）は、上記の各種の補間演算結果
と一致する。上記（１１）式に示される通り、４つのバ
スと乗算器８１乃至８４を全て利用すると、４点の補間
対象座標に対して補間演算を行うことができ、必要に応
じて、その補間対象座標の数が選択される。

【００６４】補間演算の混合比率Ｒは、図４に示した通
り、混合比設定部６１により求められる。混合比設定部
６１には、コマンドデコーダ５１から重み値αと除数ｎ
とが与えられる。上記の補間演算式は、次の（１２）式
に置き換えることができる。

【００６５】

【数６】上記（１２）式において、α＝１，ｎ＝２とすると、
（２）式の補間式になる。また、α＝１，ｎ＝４とする
と、（３）式の補間式になる。更に、α＝１，ｎ＝３と
すると、（４）式の補間式になる。そして、α＝６／
７，ｎ＝３とすると、（１０）式の補間式になる。従っ
て、重み値αと除数ｎを定義すると、（２）式、（３）
式、（４）式、（１０）式に対して汎用的にその混合比
率を設定することができる。即ち、α／ｎと（１−α）
とが混合比率Ｒに該当する。上記の重み値αと除数ｎを
供給されることで、混合比設定部６１は、混合比率を生
成し、ベクトルバスＶＢに供給することができる。

【００６６】以上、専用ハードウェア演算器５２での具
体的な処理について説明した。上述したように、専用ハ
ードウェア演算器５２は専用のハードウェアで構成さ
れ、ポリゴンデータの処理において頻繁に実行されるマ
トリクス演算、透視変換、及びクリッピング等の定型処
理を行う。このため、高速処理が可能である。また、頂
点の補間演算をマトリクス演算器６３に実行させること
ができ、回路規模を大きくしないで処理能力を向上させ
ることができる。

【００６７】[汎用マイクロコンピュータ]次に、汎用マ
イコン４３での具体的な処理について説明する。汎用マ
イコン４３では、後述する曲線・曲面生成処理、パーテ
ィクル処理、ボリューム生成処理、ダイナミクス処理、
オブジェクトLOD処理、及びオブジェクトカリング処理
等が行われる。これらの処理は、前述の定型処理と異な
り、比較的使用頻度が低く複雑な処理であるので、専用
ハードウェア演算器５２ではなく、汎用マイコン４３に
処理させる。これにより、専用ハードウェア演算器５２
の回路規模を大きくしないで、ジオメトリブロック３１
の処理能力を向上させることができる。

【００６８】図９は、汎用マイコン４３の構成例を示し
ている。図９の汎用マイコン４３において、プログラム
カウンタ９１のアドレスに従って、プログラムメモリ９
２からプログラムの命令が順次読み出される。読み出さ
れた命令はバス９６を介して命令デコーダ９３に供給さ
れ、命令デコーダ９３は供給された命令の処理内容を解
読（デコード）する。命令デコーダ９３の解読結果に応
じて、演算論理ユニット(ALU:Arithmetic and Logic Un
it)９５が必要な処理を実行する。演算論理ユニット９
５での処理結果はバス９６を介してレジスタ群９４に格
納され、必要に応じて読み出される。

【００６９】次に、汎用マイコン４３の処理動作につい
て、図１０のフローチャートを参照しながら説明する。
先ず、汎用マイコン４３は、コマンドデコーダ５１から
の通知をマイコンインタフェース５４を介して受け取り
（ステップＳ１１）、その通知内容を解析する（ステッ
プＳ１２）。

【００７０】そして、汎用マイコン４３は、通知内容に
基づいて、コマンドがハードウェア演算器５２で未定義
のコマンドであるか否かを判定する（ステップＳ１
３）。この判定処理は、コマンドデコーダ５１から汎用
マイコン４３に送信されてきたコマンドが、本当に専用
ハードウェア演算器５２で処理不能であるかを確認する
ために行われる。

【００７１】ステップＳ１３において、コマンドが専用
ハードウェア演算器５２で未定義のコマンドではない
（専用ハードウェア演算器５２で定義済みのコマンドで
ある）と判定された場合、何らかの処理エラーと考えら
れるので、汎用マイコン４３はメインCPU１７へエラー
を通知（ステップＳ１７）し、処理は終了される。

【００７２】ステップＳ１３において、コマンドが専用
ハードウェア演算器５２で未定義のコマンドであると判
定された場合、汎用マイコン４３で処理できる可能性が
あるので、汎用マイコン４３はそのコマンドの内容を解
析（ステップＳ１４）し、ソフトウェアによる処理のコ
マンドであるか否かを判定する（ステップＳ１５）。

【００７３】ステップＳ１５において、コマンドがソフ
トウェアによる処理のコマンドではないと判定された場
合、汎用マイコン４３では処理できないので、汎用マイ
コン４３はメインCPU１７へエラーを通知（ステップＳ
１７）し、処理は終了される。

【００７４】一方、ステップＳ１５において、コマンド
がソフトウェアによる処理のコマンドであると判定され
た場合、汎用マイコン４３はそのコマンドに応じて、プ
ログラムメモリ９２内のソフトウェアに従って所望の処
理を実行（ステップＳ１６）し、処理動作は終了され
る。

【００７５】次に、図１０のステップＳ１６におけるコ
マンド処理（ソフトウェアによるジオメトリブロック３
１の処理）の６つの具体例について、図１１乃至図２６
を参照して説明する。

【００７６】最初に、汎用マイコン４３におけるコマン
ド処理の第１例として、曲線・曲面生成処理について説
明する。図１１は、曲線・曲面生成処理を説明するため
の図である。曲線・曲面生成処理とは、コマンドデータ
を構成する制御点データに基づいて曲線や曲面を生成
し、対応するポリゴンデータを生成する処理のことであ
る。ここでは、曲線・曲面生成のためのアルゴリズムと
してNURBSを用いる。尚、NURBSは、曲線・曲面生成のた
めのアルゴリズムの一手法であり、勿論、これ以外の例
えば、ベジェ、スプライン、メタボール、フラクタル等
を用いても良い。

【００７７】図１１（Ａ）では、制御点データ１乃至４
から曲線１０１が生成される様子を示している。制御点
データは、属性データとして重み値を有しており、この
重み値により曲線１０１がどこを通るかが決定される。
図１１（Ｂ）では、図１１（Ａ）と同様に、Ｎ個の制御
点データから曲面１０２が生成される様子を示してい
る。曲面１０２からは曲面１０２にほぼ近い形状のポリ
ゴンパッチ１０３が生成される。これは、専用ハードウ
ェア演算器５２がポリゴンデータしか処理できないため
に行われる。

【００７８】図１２は、曲線・曲面生成処理で利用され
るコマンドデータの一例を示している。図１２に示され
る通り、コマンドには、上述のNURBSが書き込まれてい
る。アトリビュートの色及びテクスチャは、曲面に貼り
付けられるデータのことである。制御点の数Ｎは、曲線
や曲面を生成するときに利用される制御点データの総数
を示している。制御点データは座標値、重み値、及び階
数を含んでいる。座標値は制御点データの座標値のこと
であり、重み値や階数は生成される曲線が制御点データ
の位置座標からどれだけ離れた所を通るかを示す値であ
る。例えば、図１１（Ａ）においては、制御点データ１
及び３の重み値が小さいため、曲線１０１は制御点デー
タ１及び３からやや離れた所を通っている。これに対し
て、制御点データ２及び４の重み値は大きいため、曲線
１０１は制御点データ２及び４のすぐ近くを通っている
ことが分かる。

【００７９】図１３は、汎用マイコン４３における曲線
・曲面生成処理を説明するためのフローチャートであ
る。汎用マイコン４３はコマンドデコーダ５１から図１
２に示すようなコマンドデータ（NURBS）を受け取る
と、制御点データに基づいて曲線・曲面を計算する（ス
テップＳ２１）。そして、汎用マイコン４３は曲線・曲
面の計算結果に基づいて、図１１に示すようなポリゴン
パッチを生成（ステップＳ２２）し、ポリゴンパッチに
対応するポリゴンコマンドを生成する（ステップＳ２
３）。このポリゴンデータは、３Ｄ座標におけるポリゴ
ンの頂点データを含んでいる。汎用マイコン４３は生成
したポリゴンコマンドをコマンドデコーダ５１に送信
し、その後の処理（座標変換や透視変換）を専用ハード
ウェア演算器５２に実行（ステップＳ２４）させ、曲線
・曲面生成処理は終了される。

【００８０】次に、汎用マイコン４３におけるコマンド
処理の第２例として、パーティクル処理について説明す
る。図１４は、パーティクル処理を説明するための図で
ある。パーティクル処理とは、コマンドデータに従っ
て、各時刻（フレーム）における炎、火花、噴水等の位
置を計算し、その位置に対応するポリゴンデータを生成
する処理のことである。ここでは、炎を例に説明する。
図１４（Ａ）乃至（Ｄ）に示される通り、蝋燭の炎の粒
子が発生してから消えるまでの間、各時刻において炎の
粒子の位置は異なる。このため、各時刻における炎の粒
子の位置を計算し、これに対応するポリゴンデータを生
成しなければならない。このために、パーティクル処理
は行われる。

【００８１】図１５は、パーティクル処理で利用される
コマンドデータの一例を示している。図１５に示される
通り、コマンドには、上述のParticleが書き込まれてい
る。アトリビュートの色及びテクスチャは、生成された
ポリゴンデータに貼り付けられるデータである。パーテ
ィクル制御モードには、炎が指定されている。データの
座標とは、例えば、図１４（Ａ）に示すように、蝋燭の
炎が発生するスタートの位置座標のことであり、方向と
は、炎が発生する向きのことである。速度とは、炎の速
さのことであり、寿命とは、炎が発生してから消えるま
での時間のことであり、数とは、炎の粒子の発生数のこ
とである。ワークエリアアドレスには、前回のフレーム
の画像データを格納したフレームメモリのアドレスが書
き込まれており、この画像データが次のフレームの画像
データの生成のために必要に応じて用いられる。

【００８２】図１６は、汎用マイコン４３におけるパー
ティクル処理を説明するためのフローチャートである。
汎用マイコン４３はコマンドデコーダ５１から図１５に
示すようなコマンドデータ（Particle）を受け取ると、
データに基づいてパーティクル位置を計算する（ステッ
プＳ３１）。そして、汎用マイコン４３はパーティクル
位置の計算結果に基づいて、ポリゴンパッチを生成（ス
テップＳ３２）し、ポリゴンパッチに対応するポリゴン
コマンドを生成する（ステップＳ３３）。このポリゴン
コマンドは、３Ｄ座標におけるポリゴンの頂点データを
含んでいる。汎用マイコン４３は生成したポリゴンコマ
ンドをコマンドデコーダ５１に送信し、その後の処理
（座標変換や透視変換）を専用ハードウェア演算器５２
に実行（ステップＳ３４）させ、パーティクル処理は終
了される。

【００８３】次に、汎用マイコン４３におけるコマンド
処理の第３例として、ボリューム生成処理について説明
する。図１７はボリューム生成処理を説明するための図
である。ボリューム生成処理とは、光源と物体によって
生じる仮想的な空間（ボリューム）を生成する処理のこ
とである。図１７の例では、光源１１１から照射された
光が物体１１２によって遮られ、シャドーボリューム１
１３を形成している様子を示している。ボリュームに
は、シャドーボリューム以外に、例えば、ライトボリュ
ーム、フォグボリューム等がある。

【００８４】図１８は、ボリューム生成処理で利用され
るコマンドデータの一例を示している。図１８に示され
る通り、コマンドには、ボリュームを生成するVolume G
enが書き込まれている。アトリビュートの色及びテクス
チャは、生成されたボリュームに貼り付けられるデータ
である。射影データとは、例えば、図１７の光源１１１
に関するデータのことである。射影データの座標は、光
源１１１の位置を示す座標のことであり、方向や長さは
光源１１１の光の向きや長さのことである。形状定義デ
ータの数Ｎは、光を遮る物体の総数を示しており、図１
７の例では、光を遮る物体として物体１１２が１つ与え
られている。形状データの座標は、物体１１２の位置を
示す座標のことである。光源（射影データ）１１１と物
体（形状データ）１１２とがコマンドデータとして与え
られることにより、シャドーボリューム１１３が生成さ
れる。

【００８５】図１９は、汎用マイコン４３におけるボリ
ューム生成処理を説明するためのフローチャートであ
る。汎用マイコン４３はコマンドデコーダ５１から図１
８に示すようなコマンドデータ（Volume Gen）を受け取
ると、データに基づいて、例えば、図１７に示すような
シャドーボリューム１１３のボリューム形状を計算する
（ステップＳ４１）。そして、汎用マイコン４３はボリ
ューム形状の計算結果に基づいて、シャドーボリューム
１１３を構成するポリゴンであるボリュームパッチを生
成（ステップＳ４２）し、ボリュームパッチ（ポリゴ
ン）に対応するボリュームコマンドを生成する（ステッ
プＳ４３）。このボリュームコマンドには、ボリューム
パッチの３Ｄ座標における頂点データが含まれる。汎用
マイコン４３は生成したボリュームコマンドをコマンド
デコーダ５１に送信し、その後の処理（座標変換や透視
変換）をハードウェア演算器５２に実行（ステップＳ４
４）させ、ボリューム生成処理は終了される。

【００８６】次に、汎用マイコン４３におけるコマンド
処理の第４例として、ダイナミクス処理について説明す
る。図２０は、ダイナミクス処理を説明するための図で
ある。ダイナミクス処理とは、物体（波、風）が水面
（髪の毛、衣服）に対して及ぼす力学的な影響を考慮し
た処理のことである。力学的な影響とは、例えば、粘
性、弾性、摩擦、重力、モーメント（回転、慣性）等に
よる影響のことである。図２０の例では、水面１２２に
石（物体）１２１が投げ込まれる様子を示している。こ
のとき、石１２１の大きさや投げ込まれる位置により、
水面１２２に発生する波の様子が違ってくる。

【００８７】図２１は、ダイナミクス処理で利用される
コマンドデータの一例を示している。図２１に示される
通り、コマンドには、Dynamicsが書き込まれている。ア
トリビュートの色及びテクスチャは、生成されたポリゴ
ンに貼り付けられるデータである。ダイナミクス制御モ
ードは、水面の波が指定されている。これにより、石１
２１が投げ込まれたときの水面１２２の波が受ける影響
が計算される。粘性係数とは、水の粘性係数のことであ
り、反射係数とは、石１２１が水面１２２と衝突したと
きの反射係数のことである。発振源定義データの数Ｎ
は、石１２１の総数のことである。発振源データの座標
とは、石１２１が投げ込まれたときの位置を示す座標の
ことであり、方向とは、石１２１が投げ込まれる向きの
ことであり、強度とは、石の種類（小さな石、大きな
石）に応じた水面の波の強さのことである。ワークエリ
アアドレスは、前回求めた計算結果データを利用すると
きに用いられる。

【００８８】図２２は、汎用マイコン４３におけるダイ
ナミクス処理を説明するためのフローチャートである。
汎用マイコン４３はコマンドデコーダ５１から図２１に
示すようなコマンドデータ（Dynamics）を受け取ると、
データに基づいて、ダイナミクス（力学的応答）を計算
（ステップＳ５１）し、物体の形状（変形）を計算する
（ステップＳ５２）。そして、汎用マイコン４３は上記
計算結果に基づいて、ポリゴンパッチを生成（ステップ
Ｓ５３）し、ポリゴンパッチに対応するポリゴンコマン
ドを生成する（ステップＳ５４）。このポリゴンコマン
ドは、３Ｄ座標におけるポリゴンの頂点データを含んで
いる。汎用マイコン４３は生成したポリゴンコマンドを
コマンドデコーダ５１に送信し、その後の処理（座標変
換や透視変換）をハードウェア演算器５２に実行（ステ
ップＳ５５）させ、ダイナミクス処理は終了される。

【００８９】次に、汎用マイコン４３におけるコマンド
処理の第５例として、オブジェクトLOD(Level Of Detai
l)処理について説明する。オブジェクトLOD処理とは、
大きく表示される物体には詳細なオブジェクトデータを
使用し、小さく表示される物体には、単純化したオブジ
ェクトデータを使用する処理のことである。これによ
り、演算及び描画性能の効率化を図ることができる。

【００９０】図２３は、オブジェクトLOD処理で利用さ
れるコマンドデータの一例を示している。図２３に示さ
れる通り、コマンドには、Object LODが書き込まれてい
る。基準データとは、対象となるオブジェクトに関する
データのことである。座標とは、対象となるオブジェク
トの中心座標のことであり、形状及びサイズとは、対象
となるオブジェクトの形状及びサイズのことである。制
御データのスケール及びオフセットは、オブジェクトLO
Dを算出するときに利用されるパラメータである。オブ
ジェクトLODは、具体的には、次の（１３）式により求
められる。

【００９１】オブジェクトLOD＝（スケール×基準データの描画サイズ係数）＋オフセット …（１３）オブジェクトデータアドレスには、オブジェクトのLOD
値に応じたオブジェクトデータが格納されているアドレ
スが書き込まれており、必要に応じて参照される。

【００９２】図２４は、汎用マイコン４３におけるオブ
ジェクトLOD処理を説明するためのフローチャートであ
る。汎用マイコン４３はコマンドデコーダ５１から図２
３に示すようなコマンドデータ（Object LOD）を受け取
ると、基準データ及び制御データに基づいて、オブジェ
クトLODを計算する（ステップＳ６１）。そして、汎用
マイコン４３は算出したオブジェクトLODに応じたオブ
ジェクト描画コマンドを生成（ステップＳ６２）し、生
成したオブジェクト描画コマンドをコマンドデコーダ５
１に送信し、その後の処理を専用ハードウェア演算器５
２に実行（ステップＳ６３）させ、オブジェクトLOD処
理は終了される。専用ハードウェア演算器５２は、この
オブジェクトLODのコマンドと、別途与えられるポリゴ
ンの頂点データとに従って、定型処理を行う。

【００９３】次に、汎用マイコン４３におけるコマンド
処理の第６例として、オブジェクトカリング処理につい
て説明する。オブジェクトカリング処理とは、画面外な
どで表示されないポリゴンを省略する処理のことであ
る。この処理により、ジオメトリブロック３１や描画ブ
ロック３２での表示されないポリゴンに対する無駄な処
理を省き、それらブロックでの演算及び描画性能の効率
化を図ることができる。

【００９４】図２５は、オブジェクトカリング処理で利
用されるコマンドデータの一例を示している。図２５に
示される通り、コマンドには、Object Cullが書き込ま
れている。基準データとは、対象となるオブジェクトに
関するデータのことである。座標とは、対象となるオブ
ジェクトの中心座標のことであり、形状及びサイズと
は、対象となるオブジェクトの形状及びサイズのことで
ある。オブジェクトデータアドレスには、オブジェクト
データが格納されているアドレスが書き込まれており、
対象となるオブジェクトを表示する場合に利用される。

【００９５】図２６は、汎用マイコン４３におけるオブ
ジェクトカリング処理を説明するためのフローチャート
である。汎用マイコン４３はコマンドデコーダ５１から
図２５に示すようなコマンドデータ（Object Cull）を
受け取ると、基準データに基づいて、対象となるオブジ
ェクトが画面の外か否かの判定を行う（ステップＳ７
１）。ステップＳ７１において、対象となるオブジェク
トが画面内であると判定された場合、オブジェクトは表
示されるので、汎用マイコン４３はオブジェクト描画コ
マンドを生成（ステップＳ７２）し、生成したオブジェ
クト描画コマンドをコマンドデコーダ５１に送信し、そ
の後の処理をハードウェア演算器５２に実行（ステップ
Ｓ７３）させ、オブジェクトカリング処理は終了され
る。ステップＳ７１において、対象となるオブジェクト
が画面の外であると判定された場合、オブジェクトは表
示されないので、対象となるオブジェクトは省略され
る。

【００９６】以上説明した、ジオメトリブロック３１に
対する第１及び第２の描画コマンドを発行するメイン描
画プログラムが、図１のROM１６内に格納される。更
に、ROM１６内には、第１の画像処理コマンドに応答し
て、（１）与えられた制御点に対する曲線または曲面を
求め、当該曲線または曲面に沿ったポリゴンデータを生
成する曲線・曲面生成処理、（２）ポリゴンの発生位
置、変化方向を有するデータを与えられ、複数フレーム
におけるポリゴンを生成するパーティクル処理、（３）
光源の射影位置及び方向と、光源を遮る物体のデータを
与えられ、シャドーボリュームを構成するポリゴンを生
成するボリューム生成処理、（４）位置及び方向を含む
発生源データとそれに対する力学的データに従って動的
に変化するポリゴンを生成するダイナミクス処理、
（５）オブジェクトの基準サイズデータとそれを拡大縮
小するスケールデータ及びオフセットデータから、オブ
ジェクトの詳細度データを生成するLOD処理、（６）オ
ブジェクトの位置と形状、サイズデータから、当該オブ
ジェクトが表示画面外に位置するか否かを検出するオブ
ジェクトカリング処理、のうちのいずれか一つの処理を
ジオメトリブロック３１内のマイクロコンピュータ４３
に実行させるサブルーチンプログラムも格納される。こ
れらのサブルーチンプログラムは、電源投入時にマイク
ロコンピュータ４３にバス４５を介して接続されるロー
カルRAM４４にダウンロードされ、マイクロコンピュー
タ４３にによって実行される。また、第２の画像処理コ
マンドは、上記した通り、ハードウェア演算器５２によ
り処理される。

【００９７】尚、本発明の保護範囲は、上記の実施の形
態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とそ
の均等物に及ぶものである。

【００９８】

【発明の効果】以上の如く、本発明によれば、ジオメト
リブロックを専用ハードウェア演算器と汎用マイクロコ
ンピュータとを含む構成とし、比較的使用頻度が高く高
速性が要求される機能については専用ハードウェア演算
器で処理し、比較的使用頻度が低く高度な演算または柔
軟性が要求される機能については汎用マイクロコンピュ
ータで処理するようにしたので、ジオメトリブロックの
回路規模を小さくしつつ、高い機能を維持することがで
きる。また、頻度が高い機能を専用ハードウェア演算器
で実現させたので、全体の処理速度を上げることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した画像処理装置１の一実施の形
態の構成を示すブロック図である。

【図２】図１のジオメトリブロック３１の構成例を示す
図である。

【図３】図１の画像処理部１８の処理動作を説明するた
めのフローチャートである。

【図４】図２の専用ハードウェア演算器５２の構成例を
示す図である。

【図５】座標変換を行う場合のマトリクス演算器６３の
構成を示す図である。

【図６】補間演算を行う場合のマトリクス演算器６３の
構成を示す図である。

【図７】ポリゴンの細分化と重み付け補間を説明するた
めの図である。

【図８】六面体の細分化と補間を説明するための図であ
る。

【図９】汎用マイコン４３のハードウェアの構成例を示
す図である。

【図１０】汎用マイコン４３の処理動作を説明するため
のフローチャートである。

【図１１】曲線・曲面生成処理を説明するための図であ
る。

【図１２】曲線・曲面生成処理のコマンド例を示す図で
ある。

【図１３】汎用マイコン４３におけるコマンド処理の第
１例（曲線・曲面生成処理）を説明するためのフローチ
ャートである。

【図１４】パーティクル処理を説明するための図であ
る。

【図１５】パーティクル処理のコマンド例を示す図であ
る。

【図１６】汎用マイコン４３におけるコマンド処理の第
２例（パーティクル処理）を説明するためのフローチャ
ートである。

【図１７】ボリューム生成処理を説明するための図であ
る。

【図１８】ボリューム生成処理のコマンド例を示す図で
ある。

【図１９】汎用マイコン４３におけるコマンド処理の第
３例（ボリューム生成処理）を説明するためのフローチ
ャートである。

【図２０】ダイナミクス処理を説明するための図であ
る。

【図２１】ダイナミクス処理のコマンド例を示す図であ
る。

【図２２】汎用マイコン４３におけるコマンド処理の第
４例（ダイナミクス処理）を説明するためのフローチャ
ートである。

【図２３】オブジェクトLOD処理のコマンド例を示す図
である。

【図２４】汎用マイコン４３におけるコマンド処理の第
５例（オブジェクトLOD処理）を説明するためのフロー
チャートである。

【図２５】オブジェクトカリング処理のコマンド例を示
す図である。

【図２６】汎用マイコン４３におけるコマンド処理の第
６例（オブジェクトカリング処理）を説明するためのフ
ローチャートである。

【符号の説明】

１画像処理装置１７メインCPU ３１ジオメトリブロック４１ジオメトリコマンドRAM ４２ジオメトリプロセッサ４３汎用マイクロコンピュータ４４ローカルRAM ５１コマンドデコーダ５２専用ハードウェア演算器５３結果出力インタフェース５４マイコンインタフェース

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ジオメトリ演算処理を実行するジオメト
リブロックを有する画像処理装置において、前記ジオメトリブロックは、比較的使用頻度が高く高速
性が要求される処理を行う回路を有する専用ハードウェ
ア演算器と、比較的使用頻度が低く高度な演算または柔
軟性が要求される処理をソフトウェアによって実行する
マイクロコンピュータとを有し、前記専用ハードウェア
演算器は少なくともマトリクス演算器を有することを特
徴とする画像処理装置。
【請求項２】前記比較的使用頻度が高く高速性が要求
される処理は、少なくとも、マトリクス演算処理、頂点
の補間演算処理、パースペクティブ変換処理、及びクリ
ッピング処理のうちのいずれか１つであり、前記比較的
使用頻度が低く高度な演算または柔軟性が要求される処
理は、少なくとも、曲線・曲面生成処理、パーティクル
処理、ボリューム生成処理、ダイナミクス処理、オブジ
ェクトLOD処理、及びオブジェクトカリング処理のうち
のいずれか１つ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。
【請求項３】前記ジオメトリブロックは、前記専用ハ
ードウェア演算器で処理する処理コマンドと前記マイク
ロコンピュータで処理する処理コマンドを振り分けるコ
マンドデコーダと、前記専用ハードウェア演算器での処理結果と前記マイク
ロコンピュータでの処理結果とを統合して出力する結果
出力インタフェースとを更に有することを特徴とする請
求項１または２に記載の画像処理装置。
【請求項４】前記マイクロコンピュータは、メインの
シーケンスを制御するメインCPUとは別のものであるこ
とを特徴とする請求項１、２、または３に記載の画像処
理装置。
【請求項５】画像処理コマンドに応答して、ポリゴン
の頂点データに対するマトリクス演算及び透視変換を有
するジオメトリ演算処理を行うジオメトリブロックにお
いて、前記画像処理コマンドをデコードするコマンドデコーダ
と、前記コマンドデコーダから供給される第１の画像処理コ
マンドに応答して、当該第１の画像処理コマンドに対応
するプログラムを実行して前記ポリゴンの頂点データを
有する描画コマンドを生成するマイクロコンピュータ
と、前記コマンドデコーダ又は前記マイクロコンピュータか
ら供給され、前記ポリゴンの頂点データを有する描画コ
マンドを含む第２の画像処理コマンドに応答して、前記
ポリゴンの位置情報を有する変換マトリクスと前記頂点
データに対して前記マトリクス演算を行い、更に三次元
座標から二次元座標への透視変換を行う専用ハードウェ
ア演算器とを有することを特徴とするジオメトリブロッ
ク。
【請求項６】請求項５において、前記第１の画像処理コマンドには、少なくとも（１）与えられた制御点に対する曲線または曲面を求
め、当該曲線または曲面に沿ったポリゴンデータを生成
する曲線・曲面生成処理、（２）ポリゴンの発生位置、変化方向を有するデータを
与えられ、複数フレームにおけるポリゴンを生成するパ
ーティクル処理、（３）光源の射影位置及び方向と、光源を遮る物体のデ
ータを与えられ、シャドーボリュームを構成するポリゴ
ンを生成するボリューム生成処理、（４）位置及び方向を含む発生源データとそれに対する
力学的データに従って動的に変化するポリゴンを生成す
るダイナミクス処理、（５）オブジェクトの基準サイズデータとそれを拡大縮
小するスケールデータ及びオフセットデータから、オブ
ジェクトの詳細度データを生成するオブジェクトLOD処
理、（６）オブジェクトの位置と形状、サイズデータから、
当該オブジェクトが表示画面外に位置するか否かを検出
するオブジェクトカリング処理のうちのいずれか一つの
処理コマンドを有することを特徴とするジオメトリブロ
ック。
【請求項７】請求項５において、前記専用ハードウェア演算器は、第１のマトリクスデー
タが供給されるベクトルバスと第２のマトリクスデータ
が供給されるマトリクスバスとに接続され、前記第１及
び第２のマトリクスデータを乗算するマトリクス演算器
を有し、座標変換処理時には、前記ベクトルバスに座標
変換対象データを供給し、前記マトリクスバスに座標変
換マトリクスを供給し、補間演算時には、前記ベクトル
バスに混合比率を供給し、前記マトリクスバスに補間演
算対象データを供給するデータ供給手段を有することを
特徴とするジオメトリブロック。
【請求項８】画像処理コマンドに応答して、ポリゴン
の頂点データに対するマトリクス演算及び透視変換を有
するジオメトリ演算処理を行うジオメトリブロックであ
って、第１の画像処理コマンドに応答して、当該第１の
画像処理コマンドに対応するプログラムを実行して前記
ポリゴンの頂点データを有する描画コマンドを生成する
マイクロコンピュータと、前記ポリゴンの頂点データを
有する描画コマンドを含む第２の描画処理コマンドに応
答して、前記ポリゴンの位置情報を有する変換マトリク
スと前記頂点データに対して前記マトリクス演算を行う
ハードウェア演算器とを有するジオメトリブロックに対
する描画プログラムを記録した記録媒体において、前記第１の画像処理コマンド及び第２の描画処理コマン
ドをコンピュータ発生させるメイン描画プログラムコー
ドと、前記第１の画像処理コマンドに応答して、（１）与えられた制御点に対する曲線または曲面を求
め、当該曲線または曲面に沿ったポリゴンデータを生成
する曲線・曲面生成処理、（２）ポリゴンの発生位置、変化方向を有するデータを
与えられ、複数フレームにおけるポリゴンを生成するパ
ーティクル処理、（３）光源の射影位置及び方向と、光源を遮る物体のデ
ータを与えられ、シャドーボリュームを構成するポリゴ
ンを生成するボリューム生成処理、（４）位置及び方向を含む発生源データとそれに対する
力学的データに従って動的に変化するポリゴンを生成す
るダイナミクス処理、（５）オブジェクトの基準サイズデータとそれを拡大縮
小するスケールデータ及びオフセットデータから、オブ
ジェクトの詳細度データを生成するLOD処理、（６）オブジェクトの位置と形状、サイズデータから、
当該オブジェクトが表示画面外に位置するか否かを検出
するオブジェクトカリング処理のうちのいずれか一つの
処理を前記マイクロコンピュータに実行させるサブルー
チンコードを有することを特徴とする描画プログラムを
記録した記録媒体。