JP2001148027A - 画像処理装置および画像処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 座標変換部が座標変換処理を行った後の座標
値に応じて、描画処理を変化させることができる画像処
理装置を提供すること。 【解決手段】 各ポリゴンの各端点についての２次元ス
クリーン座標を演算する座標変換部と、上記算出された
各ポリゴンの各端点の２次元スクリーン座標を一時的に
記憶する変換座標メモリと、変換座標メモリに記憶され
た座標データとの比較対象である比較値を記憶する比較
値メモリと、比較値メモリに記憶された比較値と座標変
換メモリに記憶された座標データとを比較する比較条件
と、条件を満足した場合の制御方法とを設定する条件設
定部と、条件設定部により設定された条件判定を行い、
その条件判定の結果に基づいて、各ポリゴンをどの様に
描画すべきかを描画部に指示する描画制御部と、変換座
標メモリからデータを読み出し、上記描画制御部の指示
に基づき描画を行う描画部と、を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、３次元コンピュー
タグラフィックスにおいて、メインＣＰＵからの描画命
令に応じて画像生成を行う画像処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】パーソナルコンピュータやカーナビゲー
ションシステム等において、地図をグラフィックス描画
することが広く行われている。特に近年、視認性を良く
する目的で、現在地の後方上空から見下ろす形での鳥瞰
地図描画や、山並、ビルなどの立体的な描画が多用され
るようになってきている。

【０００３】この様な鳥瞰地図描画や、山並、ビルの３
次元描画などは３次元コンピュータグラフィックス（以
下ＣＧと略称する）の範疇に入るものであるが、３次元
ＣＧにおいては、処理データが膨大となるため、コンピ
ュータのメインＣＰＵ（中央処理装置）のみで処理を行
うことはせず、専用の画像処理装置というハードウェア
を設けて画像生成処理を行い、処理スピードを向上させ
ている。図５に、従来の代表的な画像処理装置を用いた
システムのブロック図を示す。この画像処理システム
は、制御演算装置であるメインＣＰＵ１０、主記憶装置
１１、画像処理装置２０、表示装置であるＣＲＴ１３か
らなり、メインＣＰＵ１０、主記憶装置１１及び画像処
理装置２０をシステムバス１２で接続してデータの転送
を行っている。画像処理装置２０は、座標変換部２１、
描画部２２、画像メモリ及びビデオ制御部２３を備えて
いる。描画部２２は、テクスチャ処理部２２１、シェー
ディング処理部２２２、ピクセル処理部２２３から構成
されている。

【０００４】次に画像処理システムの動作の概要を説明
する。主記憶装置１１には、描画する対象である物体の
形状データが格納されている。この物体は、三角形や四
角形といった多角形（ポリゴン）に分割され、各々のポ
リゴンを構成する頂点ごとに、その座標値や色等がデー
タ化されている。

【０００５】メインＣＰＵ１０は、このポリゴンデータ
を主記憶装置１１からシステムバス１２を通じて読み出
し、以下の処理を行う。すなわち、３次元のポリゴンデ
ータを２次元のＣＲＴ１３に投影するために与えられた
視点の位置、視線の方向、視野の角度の情報に基づいて
座標変換行列を計算し、その座標変換行列データをシス
テムバス１２を介して、画像処理装置２０に転送する。
次に、各ポリゴンデータをシステムバス１２を介して、
画像処理装置２０に転送する。そして、全てのポリゴン
データの転送を終了すると、メインＣＰＵ１０は、画像
処理装置２０に描画開始を指示する。

【０００６】画像処理装置２０に送られたポリゴンデー
タは、座標変換部２１によって、画面上の２次元座標に
変換される。そして、ポリゴンの表面にテクスチャ処理
部２２１によって、木目等の模様や質感を表す画像をマ
ッピングする。一方、シェーディング処理部２２２で
は、物体の表面を表現する。具体的には、ポリゴンの各
頂点の色データ同士を補間しポリゴンの表面の陰影を表
現する。そして、ピクセル処理部２２３において、視野
の方向をＺ軸として、物体が重なる時にｚ座標値を比較
し、手前のピクセルを選択する隠面消去処理を行う。こ
の画像を画像メモリ及びビデオ制御部２３は、一旦画像
メモリに格納してからＣＲＴ１３に表示させる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術の画像処理装置においては、座標変換後のポリゴンデ
ータをそのまま描画部に転送し、あらかじめ命令された
通りにテクスチャ処理やシェーディング処理を行って描
画するために、例えば、視点から遠い物体は霞ませた
り、あるいは遠くの物体にはテクスチャを貼らないな
ど、座標変換後の座標値に応じてテクスチャ処理やシェ
ーディング処理の方法を変えて描画するということが行
えなかった。

【０００８】本発明は、このような従来の課題に鑑みて
なされたものであり、その目的は、座標変換部が座標変
換処理を行った後の座標値に応じて、描画処理を変化さ
せることができる画像処理装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に関わる画像処理装置は、画像処理を行う対
象物の形状データを記憶する３次元物体形状メモリと、
この３次元物体形状メモリからデータを読み出し、各ポ
リゴンの各端点についての２次元スクリーン座標を演算
する座標変換部と、上記算出された各ポリゴンの各端点
の２次元スクリーン座標を一時的に記憶する変換座標メ
モリと、変換座標メモリに記憶された座標データとの比
較対象である比較値を記憶する比較値メモリと、比較値
メモリに記憶された比較値と座標変換メモリに記憶され
た座標データとを比較する比較条件と、条件を満足した
場合の制御方法とを設定する条件設定部と、条件設定部
により設定された条件判定を行い、その条件判定の結果
に基づいて、各ポリゴンをどの様に描画すべきかを描画
部に指示する描画制御部と、変換座標メモリからデータ
を読み出し、上記描画制御部の指示に基づき描画を行う
描画部と、を備えたことを特徴とするものである。

【００１０】また、本発明に関わる画像処理方法は、３
次元物体の形状データを２次元スクリーン座標に座標変
換した後、描画する方法であって、描画命令列から、座
標変換後の座標値との比較対象である比較値と、比較条
件および条件を満足した場合の描画制御方法と、を抽出
する第１の処理を行い、第１の処理により抽出された比
較値と座標変換後の座標値とを、第１の処理により抽出
された比較条件により比較する第２の処理を行い、第２
の処理において条件が満たされた場合に、第１の処理に
より抽出された描画制御方法に基づいてポリゴンを描画
する第３の処理を行うことを特徴とするものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を図
面を参照しながら説明する。

【００１２】図１は、本発明の画像処理装置を用いたシ
ステムの構成を示すブロック図であり、この装置は、例
えば、立体的なビルや山並表示を含む鳥瞰地図を表示す
るカーナビゲーションシステムなどに好適な一例が示さ
れている。図１に従いこの発明の全体構成について説明
する。

【００１３】図１の画像処理システムは、制御演算装置
であるメインＣＰＵ１０、主記憶装置１１、画像処理装
置３０、表示装置であるＣＲＴ１３からなり、メインＣ
ＰＵ１０、主記憶装置１１及び画像処理装置３０をシス
テムバス１２で接続してデータの転送を行う。画像処理
装置３０は、メインＣＰＵ１０から転送される描画命令
を解析する命令解析部３１、３次元物体の形状データを
格納する３次元物体形状メモリ３２、３次元物体の形状
データを２次元のスクリーン座標に変換する座標変換部
３３、座標変換後の座標データを格納する座標変換メモ
リ３４、座標変換後の座標データとの比較対象となる比
較値を格納する比較値メモリ３５、座標変換後の座標デ
ータと比較値との比較を行い、その結果に基づき描画を
制御する描画制御部３６、描画処理を行う描画部３７、
画像メモリ及びビデオ制御部３８を備えている。描画部
３７は、描画制御部３６により制御可能に構成された、
テクスチャ処理部３７１、シェーディング処理部３７
２、ピクセル処理部３７３を備えている。

【００１４】図２は、メインＣＰＵ１０から命令解析部
３１に転送される描画命令の種類の一例を示す図であ
る。同図(a)は三角形ポリゴンを描画する命令であり、
三角形を構成する３つの頂点の座標がそれぞれ(x0,y0,z
0)、(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)であることを示している。
同図(b)はポリゴンを描画するのに用いる色を設定する
命令であり、引数clが色に対応する色番号である。同図
(c)は、座標変換後の座標値と比較値cmpvalを比較し、
条件成立の場合には命令０を有効とし、条件不成立の場
合には命令１を有効とする命令である。また、同図(d)
は、座標変換行列を設定する命令であり、引数のm00〜m
23は行列要素である。

【００１５】図３は、図２の命令を組み合わせて作られ
た命令列の一例を示す図である。同図(a)で、まず、座
標変換行列を設定している。ここでは、行列要素をm00
〜m23という記号で示しているが、実際のシステムでは
各行列要素の値が与えられる。続いて、同図(b)におい
て、座標変換後の座標値との比較対象となる比較値が20
0であり、座標変換後のｚ座標値が200以上である場合に
条件が成立し、色番号５の色を描画色とし、逆に条件が
不成立の場合には色番号８の色を描画色とすることを指
示している。この同図(b)の命令は、その後に現れるポ
リゴン描画命令に対して継続的に有効となる。続く同図
(c),(d)は、三角形ポリゴン描画の命令であり、それぞ
れ、(10,15,20)、(5,5,15)、(0,3,10)、及び(10,15,11
5)、(5,88,120)、(22,33,150)を３頂点とする三角形の
描画を命じている。

【００１６】図３の命令列をメインＣＰＵ１０が画像処
理装置３０に転送した場合を例にし、本発明の画像処理
装置の動作を図１を参照しながら説明する。

【００１７】画像処理装置３０に転送された図３の描画
命令列は、まず、命令解析部３１で解析される。図３命
令(a)を解析すると命令解析部３１は、同命令の引数と
して指定された座標変換行列m00〜m23を座標変換部３３
に転送する。次に、図３命令(b)を解析すると命令解析
部３１は、座標変換後の座標値との比較対象となる比較
値200を比較値メモリ３５に格納し、かつ、描画制御部
３６に対して比較条件と描画部３７の制御方法を指示す
る。この場合には、比較条件は座標変換後のｚ座標値が
比較値メモリ３５に格納された比較値以上の値である
か、という条件であり、また、描画部３７の制御方法
は、条件を満たした場合にはシェーディング処理部３７
２に対して色番号５の色で描画することを指示し、条件
を満たさない場合にはシェーディング処理部３７２に対
して色番号８の色で描画することを指示する、と命令解
析部３１から描画制御部３６に指示が行われる。次に、
図３命令(c)を解析すると命令解析部３１は、３次元物
体形状メモリ３２に三角形ポリゴンの頂点データ(10, 1
5,20)、(5,5,15)、(0,3,10)を格納する。

【００１８】座標変換部３３は、命令解析部３１から転
送された座標変換行列を用いて、３次元物体形状メモリ
３２に格納された３次元頂点データを２次元スクリーン
座標に変換し、座標変換メモリ３４に格納する。この時
に、視点からポリゴンまでの距離を表すｚ座標値も合わ
せて座標変換メモリ３４に格納する。描画制御部３６
は、座標変換メモリ３４に格納された座標変換後のｘ座
標値、ｙ座標値、ｚ座標値のうちのいずれかの値と、比
較値メモリ３５に格納された比較値との比較条件判定を
行う。本例の場合には、座標変換メモリ３４に格納され
たｚ座標値と、比較値メモリ３５に格納された値200と
の比較条件判定を行う。ここで、仮定として、図３命令
(c)の引数で与えられた３頂点の座標(10,15,20)、(5,5,
15)、(0,3,10)を、図３命令(a)の引数で与えられた座標
変換行列m00〜m23を用いて座標変換した結果が、(20,2
5,30)、(30,35,45)、(5,50,55)であったとする。この場
合、３頂点全てのｚ座標値が200未満であることから、
描画制御部３６は、３頂点の色を色番号８で描画するよ
うシェーディング処理部３７２に指示する。

【００１９】描画制御部３６が、シェーディング処理部
３７２に対して描画色を指示する機構として、例えば図
４に示した構成が考えられる。同図中３７４〜３７６
は、それぞれ三角形ポリゴンの３頂点の色番号を格納す
る色レジスタである。描画制御部３６は、座標変換メモ
リ３４に格納された座標値と、比較値メモリ３５に格納
された比較値を比較判定し、三角形ポリゴンの３頂点の
色番号を決定して、色レジスタ３７４〜３７６にその色
番号を設定する。シェーディング処理部３７２は、三角
形ポリゴンの各頂点座標を座標変換メモリ３４から読み
出し、各頂点の色番号を色レジスタ３７４〜３７６から
読み出して、各頂点の色データ同士を補間しポリゴンの
表面の塗り潰しを行う。

【００２０】そして、ピクセル処理部３７３において、
座標変換後のｚ座標値を用いて、物体が重なるときにｚ
座標を比較し、手前のピクセルを選択する隠面消去処理
を行い、画像メモリ及びビデオ制御部３８のビデオメモ
リに描画を行う。

【００２１】図３命令(d)も、図３命令(c)と同様の処理
を経て、座標変換後の座標値が座標変換メモリ３４に格
納される。そして、描画制御部３６により、座標変換後
の各頂点のｚ座標値と比較値メモリ３５に格納された比
較値との比較判定が行われるのであるが、ここで、仮定
として、図３命令(d)の引数で与えられた３頂点の座標
(10,15,115)、(5,88,120)、(22,33,150)を、図３命令
(a)の引数で与えられた座標変換行列m00〜m23を用いて
座標変換した結果が、(70,70,150)、(120,150,220)、(4
0,75,210)であったとする。この場合、第１頂点はｚ座
標値が200未満であることから、色レジスタ３７４には
色番号８が設定され、第２、第３頂点はｚ座標値が200
以上であることから、色レジスタ３７５，３７６には色
番号５が設定される。そして、シェーディング処理部３
７２は、色レジスタ３７４〜３７６の色データを用いて
ポリゴンの塗り潰し処理を行う。以下、図３命令(c)の
場合と同様にビデオメモリに描画され、描画が完了した
ビデオメモリのデータが画像メモリ及びビデオ制御部３
８のビデオ制御によりＣＲＴ１３に表示される。

【００２２】なお、図４に示すのと同様の機構を利用す
ることにより、テクスチャ処理部３７１及びピクセル処
理部３７３を、描画制御部３６から制御し、座標変換後
の座標値に応じてテクスチャの貼り付け方法や、ピクセ
ル処理方法を制御することが可能である。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、座標変換部が座標変換
処理を行った後の座標値に応じて、描画処理を変化させ
ることができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態における描画処理装置を用いた描画
処理システムの構成図

【図２】描画命令の例を説明する説明図

【図３】描画命令列の例を説明する説明図

【図４】実施の形態における描画部制御方法を説明する
構成図

【図５】従来例における描画処理装置を用いた描画処理
システムの構成図

【符号の説明】

１０ メインＣＰＵ １１ 主記憶装置 １２ システムバス １３ ＣＲＴ ３０ 画像処理装置 ３１ 命令解析部 ３２ ３次元物体形状メモリ ３３ 座標変換部 ３４ 座標変換メモリ ３５ 比較値メモリ ３６ 描画制御部 ３７ 描画部 ３８ 画像メモリ及びビデオ制御部 ３７１ テクスチャ処理部 ３７２ シェーディング処理部 ３７３ ピクセル処理部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】画像処理を行う対象物の形状データを記憶
   する３次元物体形状メモリと、 この３次元物体形状メモリからデータを読み出し、各ポ
   リゴンの各端点についての２次元スクリーン座標を演算
   する座標変換部と、 上記算出された各ポリゴンの各端点の２次元スクリーン
   座標を一時的に記憶する変換座標メモリと、 変換座標メモリに記憶された座標データとの比較対象で
   ある比較値を記憶する比較値メモリと、 比較値メモリに記憶された比較値と座標変換メモリに記
   憶された座標データとを比較する比較条件と、条件を満
   足した場合の制御方法とを設定する条件設定部と、 条件設定部により設定された条件判定を行い、その条件
   判定の結果に基づいて、各ポリゴンをどの様に描画すべ
   きかを描画部に指示する描画制御部と、 変換座標メモリからデータを読み出し、上記描画制御部
   の指示に基づき描画を行う描画部と、を備えたことを特
   徴とする画像処理装置。
2. 【請求項２】３次元物体の形状データを２次元スクリー
   ン座標に座標変換した後、描画する方法であって、 描画命令列から、座標変換後の座標値との比較対象であ
   る比較値と、比較条件および条件を満足した場合の描画
   制御方法と、を抽出する第１の処理を行い、 第１の処理により抽出された比較値と座標変換後の座標
   値とを、第１の処理により抽出された比較条件により比
   較する第２の処理を行い、 第２の処理において条件が満たされた場合に、第１の処
   理により抽出された描画制御方法に基づいてポリゴンを
   描画する第３の処理を行うことを特徴とする画像処理方
   法。