JP2002063595A - スケルトンアニメーションのステッチングハードウェアを有するグラフィクス装置 - Google Patents

スケルトンアニメーションのステッチングハードウェアを有するグラフィクス装置

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JP2002063595A
JP2002063595A JP2001120491A JP2001120491A JP2002063595A JP 2002063595 A JP2002063595 A JP 2002063595A JP 2001120491 A JP2001120491 A JP 2001120491A JP 2001120491 A JP2001120491 A JP 2001120491A JP 2002063595 A JP2002063595 A JP 2002063595A
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T13/00—Animation
    • G06T13/20—3D [Three Dimensional] animation
    • G06T13/40—3D [Three Dimensional] animation of characters, e.g. humans, animals or virtual beings
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    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T15/00—3D [Three Dimensional] image rendering
    • G06T15/04—Texture mapping

Abstract

(57)【要約】 【構成】 グラフィクスシステムはグラフィクス／オー
ディオプロセサを含む。モデルビュー(model view)マト
リクス計算ユニットにカスケード接続された付加的なマ
トリクス乗算計算ユニットがスケルトンアニメーション
モデルについてのスキニング(skinning)の片方向にリニ
アな(piecewise linear)もの（ステッチング(stitchin
g)）をサポートする。カスケードなマトリクス乗算計算
ユニット間に接続された正規化器が歪んだ可視化を回避
するための正規化を提供する。付加的なマトリクス乗算
計算ユニットはスケルトンアニメーションモデル以外の
アプリケーション（たとえば、環境マッピング）のため
に使用され得る。 【効果】 ステッチングのためのハードウェアサポート
を有するグラフィクスチップ（グラフィクス装置）が得
られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明はコンピュータグラフィ
クスに関し、より特定的には、家庭用ビデオゲームプラ
ットフォームのようなインタラクティブなグラフィクス
システムに関する。さらに具体的には、この発明は、低
価格グラフィクスシステムにおいてスキニング(skinnin
g)またはステッチング(stitching) を付与するための
（たとえば、スケルトンアニメーション(skeletal anim
ation)／逆運動学(inverse kinematics) 技術をサポー
トするための）システムおよび方法に関する。
【０００２】
【発明の背景】多くの人々はかなりリアルな恐竜，エイ
リアン，生き生きとしたおもちゃおよび他の空想的な動
物を含む映画をかつて見たことがある。そのようなアニ
メーションはコンピュータグラフィクスによって可能と
された。そのような技術を用いて、コンピュータグラフ
ィクスのアーティストは、各オブジェクトがどのように
見えるべきかや時間の経過とともに外見上どのように変
化すべきかを特定し、コンピュータは、そのオブジェク
トをモデル化してテレビジョンやコンピュータスクリー
ンのようなディスプレイに表示する。コンピュータは、
表示される映像の各部分を、場面中の各オブジェクトの
位置や向き，各オブジェクトを照らすように見える照明
の方向，各オブジェクトの表面テクスチャ，および他の
要素に正確に基づいて、色付けしまた形作るために必要
な多くのタスクを実行する。
【０００３】コンピュータグラフィクスの生成は複雑で
あるので、ここ数年前のコンピュータによって生成され
た３次元（３Ｄ）グラフィクスは、ほとんど高価な特殊
なフライトシミュレータ，ハイエンドグラフィクスワー
クステーションおよびスーパーコンピュータに限られて
いた。大衆は映画や高価なテレビコマーシャルにおいて
これらのコンピュータシステムによって生成された映像
のいくつかを見たが、大部分の人はグラフィクスを生成
しているコンピュータに対して実際に相互作用をさせる
ことはできない。たとえば、Nintendo64（登録商標）や
今や利用可能であるパソコン用の種々の３Ｄグラフィク
スカードのような比較的安価な３Ｄグラフィクスプラッ
トフォームの利用によって、このすべてが変わった。今
や、家庭や会社の比較的安価なコンピュータグラフィク
スシステム上でエキサイティングな３Ｄアニメーション
やシミュレーションに対して相互作用を及ぼすことがで
きる。
【０００４】グラフィクスシステムの設計者が直面した
問題は、リアルタイムで、もしくはほぼリアルタイム
で、本物らしく見えるアニメーションを如何に効率的に
モデリングしかつレンダリングするかということであ
る。一層興味のある動的なアニメーションを達成するた
めに、多数のビデオおよびコンピュータゲームでは、ア
ニメーション化した人物や動物をモデリングするため
に、逆運動学と呼ばれる技術を使用する。逆運動学によ
れば、グラフィクスアーティストは、アニメーション化
したオブジェクトを階層的な方法でモデリングすること
ができ、そのために、オブジェクトの一部の動きがその
オブジェクトの接続された他の部分を動かす。
【０００５】たとえば、腕を上げたとき、手は腕と共に
動きかつ指は手とともに動くことがわかる。たとえば、
逆運動学によれば、アニメータは、コンピュータモデル
のトルソ(torso) ，上腕，前腕，手および指をアニメー
ターが接続することができ、したがって、手を動かせば
前腕が動き、前腕が動けば上腕が動くようになる。この
ことは現実世界においては直感的であるが、アニメーシ
ョンの世界においては、すべてのモデルがこの方法で振
る舞うわけではない。
【０００６】逆運動学モデルの階層的モデルは時々スケ
ルトン(skeleton)と呼ばれ、そのスケルトンの各部分は
骨（bone：ボーン）と呼ばれる。この骨（ボーン）は、
形状において本物の骨を正確にモデリングする必要はな
く、それらは剛線のセグメントであってよい。このよう
な逆運動学的スケルトンモデルを使ってイメージを創る
ために、通常骨の各々に「スキン（skin：肌ないし表
皮）」表面を付ける。「スキン」表面が一旦付着される
と、そのスキン表面は、骨が動くとその骨の動きに自動
的に追従する。人間または動物を相互接続された骨のス
ケルトンとしてモデリングすることによって（すなわ
ち、本物の人間や動物が構成されていると同じ方法
で）、本物のようで自然に見える動きを達成することが
できる。ゲームアニメータは、そのような技術を使っ
て、かなり本物らしいアニメーション化した動きを達成
することができた。
【０００７】スケルトンアニメーションの１つの弱点
は、骨間の接続点を取り扱う方法である。一般的に各骨
は固く、それの動きは変換によって規定される。もしそ
の変換がその接続点を曲げさせれば、小さくないギャッ
プが作られてしまう。たとえば、アニメーション化した
キャラクタの上腕および前腕が出会う肘、またはそのキ
ャラクタの上腕がそれのトルソと出会う肩は、動きの広
い範囲に亘ってできるだけ自然に見えるべきである。接
続部分のこれらの点での不自然なギャップがリアリズム
（本物らしさ）の錯覚ないし幻想を壊すかもしれない。
【０００８】骨間の交点（接続点）での本物の人間や動
物の肌や肉は、実際には、種々の交差する骨の各々に付
いていてかつ各々による影響を受ける。たとえば、肘を
曲げて「力こぶ」を作るとき、上腕の肌や肉は前腕の位
置／動きだけでなく上腕の位置／動きによって影響を受
けることがわかる。アニメーション化したモデルの接続
領域における表面が１つの骨によって影響を受けるとす
ると、いくらかの見えないデフォルメが結果的に生じ、
アニメーションの本物らしさやインパクトを減じる。人
々は、アニメーション化した人体モデルのリアリズム
（本物らしさ）を評価するときには比較的大目にみない
ものである。アニメーションモデルが本物らしくなれば
なるほどモデルの表現の不自然なもしくは本物らしくな
い特徴に気づき、そしてたぶんそれに満足しないであろ
う。
【０００９】スキニングと呼ばれる技術を用いることに
よってこの弱点は克服され得る。このスキニングは、接
続点の回りの頂点の位置を調整しかつブレンドして、骨
が出会う「骨」間のスムーズな遷移を与える表面をカバ
ーする連続的な柔軟なスキン（肌）を作る。この遷移的
な「スキン」表面は、位置および相対的な動きの範囲に
亘って２つまたはそれ以上の交差する「骨」の異なる相
対的な位置を適合させることができる。その結果得られ
る効果は、本物らしさの錯覚を非常に増すことができ
る。
【００１０】より詳細なレベルでいえば、スキンは典型
的には頂点のメッシュによって規定される。スキニング
は、一般的には、そのメッシュ中の各頂点の位置をスケ
ルトンアニメーションモデルにおける１つ以上の骨の動
きによって影響を受けるようにすることによって達成さ
れる。異なる骨の影響が、そのスキン頂点位置を計算す
る際に異なる重みを割り付けることによって決定でき
る。モデルはそれのスケルトンの動きを規定することに
よってアニメーション化され得て、スキンを規定する頂
点の動きはグラフィクスシステムによって自動的に（た
とえば、数学的に）発生され得る。
【００１１】マトリクス変換と呼ばれる数学的な関数
は、通常、スケルトンアニメーションの各フレーム中に
おける各頂点の位置を計算するために使用される。別の
変換マトリクスは、典型的には、或る頂点に影響を与え
る各骨について使用される。たとえば、スキンの頂点が
２つの骨の交点近くに位置すると、通常、その頂点に影
響を与える２つの骨のそれぞれについて１つ、つまり２
つの変換マトリクスを必要とする。自然に曲がる接続点
を作るためには、各頂点毎に各マトリクスの重みを変更
するのが望ましい。接続点の回りの各頂点毎の異なる頂
点の重みによって、頂点スキンのメッシュを一方の骨か
ら他方の骨へだんだんにブレンドすることができる
（「頂点スキニング(vertex skinning) 」）。
【００１２】アニメーション化オブジェクトのモデリン
グのためのこのような頂点スキニング技術は、高度なリ
アリズムを与えることにおいて完全に成功した。多くの
ハイエンドアニメーションレンダリングエンジンやモデ
リングツールがそのような技術をサポートしている。し
かしながら、スキニングに伴う１つの問題は、頂点スキ
ニングのために必要なマトリクス変換が非常な計算集中
を生じることである。スキニング／ステッチングのため
の表面情報を付与するために、通常、２つの頂点位置間
において多数の補間点を必要とする。このことが、１頂
点規定(specification)に基づかないテクスチャ座標毎
の付加的でユニークな変換の必要性を暗示している。こ
のユニークなテクスチャ変換はテクスチャ毎に、ジオメ
トリまたは法線に適用される。したがって、複数のマト
リクス乗算がスキニング表面を正確に変換するために必
要となる。用いられる各付加的なマトリクスに応じて複
雑さが増す。
【００１３】マトリクス乗算は、もちろん、グラフィク
スレンダリングシステムにおいては陳腐なことである。
たとえば、３Ｄオブジェクト表現を２Ｄ可視平面上に投
影するために、１つの空間から他への（たとえばモデリ
ング空間から目空間へ）モデルパラメータを変換するた
めにマトリクス乗算を行うことは普通のことである。し
かしながら、リアルタイムシステムは、典型的には、そ
れらが実行するマトリクス乗算の数を最小化する。もし
ソフトウェア的に計算する場合には各マトリクス乗算に
多くのプロセササイクルが必要であり、そしてマトリク
ス乗算のハードウェアがグラフィクスチップ上の大量の
「不動産」を必要とするからである。この理由によっ
て、家庭用ビデオゲームプラットフォームや安価なパソ
コン用グラフィクスアクセラレータカードのような低価
格リアルタイムレンダリングシステムにおいて利用可能
なスキニングサポートは多くなかった。そのようなシス
テムの汎用プロセサがスキニングのためのマトリクス乗
算計算を行うために使用され得るが、そのような計算
は、通常、アニメータがスキニング効果を望む場合に、
イメージの複雑さや速度性能を犠牲にしなければならな
いほどの時間を消費する。
【００１４】
【発明の概要】この発明はこの問題に対するソリューシ
ョンを提供する。この発明の１つの局面によれば、低価
格コンピュータグラフィクスシステムは、「ステッチン
グ」と呼ばれるスキニングのより限定された形のものの
ためのハードウェアサポートを含む。ステッチングによ
れば、表面が、異なる頂点に対応する２つの頂点毎の値
に基づいて変換され得る。付加的な補間／マトリクス乗
算が、レンダリングパイプラインを遅くしない、ステッ
チングの制限された（片に関してリニアな：piecewise
linear) もの、すなわち「ステッチング」を提供する。
【００１５】この発明の局面によれば、リアルタイムグ
ラフィクスレンダリングシステムは１対のマトリクス乗
算ドット積計算要素を含む。カスケード環境における第
１ドット積計算要素は従来の態様で、モデルビュー(mod
elview)（または他の）変換を行うために使用される。
第２ドット積計算要素はステッチングを付与するように
付加的な補間を行うために使用され得る。２つのドット
積計算要素は同じテクスチャ座標値上で連続的に動作
し、頂点メッシュ上にスキン表面をテクスチャマッピン
グする際に使用するために、変換した「ステッチングさ
れた」テクスチャ座標を与える。
【００１６】この発明によって提供される他の局面によ
れば、２つのドット積計算ユニット間に正規化ブロック
を設ける。この正規化ブロックの機能は、或る状況下
で、たとえば表面がデフォルメされるとき、さもなくば
発生する歪みを回避するための手助けとなる。
【００１７】付加的なドット積計算ユニットおよび関連
のマトリクスメモリならびに正規化ブロックは、比較的
コンパクトで、チップ上の大きな不動産を占有しない。
それらはフルスキニングをすることはできないが、スキ
ニングの片方向に(piecewise) 直線近似が、ゲームアニ
メーションプロセサをスキニング計算の実行から救済し
ながら、スケルトンアニメーションモデルの「骨」間の
本物らしい相互接続を付与するために使用され得る。付
加的なマトリクス乗算計算ユニットはレンダリングパイ
プラインの速度性能に逆に影響を与えることはない。パ
イプラインのレイテンシ(latency)の増加はバッファリ
ングを通して吸収され得る。このシステムによれば、変
換マトリクスのインデックスの頂点毎の規格が、異なる
変換マトリクスを頂点ベース(vertex-by-vertex basis)
で選択できる。
【００１８】実施例に設けられた第２マトリクス乗算計
算ユニットは、ステッチング以外の他のアプリケーショ
ンのために使用され得る。たとえば、種々の形式の環境
および／または反射マッピングがこの付加的なテクスチ
ャ座標マトリクス変換を用いて実行され得る。
【００１９】この発明の上述の目的，その他の目的，特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳
細な説明から一層明らかとなろう。
【００２０】
【実施例】図１は対話型（インタラクティブ）３Ｄコン
ピュータグラフィクスシステム５０の一例を示す。シス
テム５０は対話型３Ｄビデオゲームをステレオ音声とと
もにプレイするのに用いられ得る。これはまた多様な他
のアプリケーションにも用いられ得る。
【００２１】この実施例において、システム５０は３次
元世界のディジタル表現ないしモデルをインタラクティ
ブにかつリアルタイムに処理することができる。システ
ム５０は、任意の視点から、その世界の一部または全部
を表示することができる。たとえば、システム５０は、
手持ちコントローラ５２ａおよび５２ｂまたは他の入力
デバイスからのリアルタイム入力に応答して、視点をイ
ンタラクティブに変化できる。このことによって、ゲー
ムプレーヤは、その世界内もしくは外の誰かの目を通し
てその世界を見ることができる。システム５０は、リア
ルタイム３Ｄインタラクティブ表示を必要としないアプ
リケーション（たとえば２Ｄ表示の発生やおよび／また
はノンインタラクティブ表示）に使用できるが、高品質
の３Ｄ映像を非常に速く表示する能力は、非常にリアル
でエキサイティングなゲームプレイや他のグラフィクス
インタラクションを創造するのに使用され得る。
【００２２】システム５０を用いてビデオゲームまたは
他のアプリケーションをプレイするために、ユーザはま
ず、主ユニット５４を、カラーテレビ５６または他の表
示装置に、両者の間にケーブル５８を接続することによ
って、接続する。主ユニット５４はカラーテレビ５６を
制御するためのビデオ信号およびオーディオ信号を発生
する。ビデオ信号はテレビジョン画面５９上に表示され
ている映像を制御するものであり、オーディオ信号はテ
レビのステレオスピーカ６１Ｌおよび６１Ｒを通して音
声として再生される。
【００２３】ユーザはまた主ユニット５４を電源につな
ぐ必要がある。この電源は従来のＡＣアダプタ（図示せ
ず）であってよく、そのＡＣアダプタは家庭用の標準的
な壁ソケットに差し込まれ、家庭用電源を、主ユニット
５４を駆動するのに適した低いＤＣ電圧信号に変換す
る。他の実施例ではバッテリが用いられてもよい。
【００２４】ユーザは主ユニット５４を制御するために
手持ちコントローラ５２ａおよび５２ｂを用いる。コン
トロール６０は、たとえば、３Ｄ世界内においてテレビ
５６に表示されているキャラクタが移動すべき方向（上
または下、左または右、近づいてまたは遠ざかって）を
指示するために使用され得る。コントロール６０は、ま
た他のアプリケーションのための入力（たとえばメニュ
ー選択，ポインタ／カーソル制御，その他）を与える。
コントローラ５２は多様な形態をとり得る。この実施例
においては、図示されるコントローラ５２は、各々ジョ
イスティック，押しボタンおよび／または方向スイッチ
のようなコントロール６０を含む。コントローラ５２
は、ケーブルによって、もしくは電磁波（たとえば電波
または赤外線）を介してワイヤレスで、主ユニット５４
に接続され得る。
【００２５】ゲームのようなアプリケーションをプレイ
するために、ユーザはビデオゲームもしくはプレイした
いと思う他のアプリケーションをストアしている適宜の
記憶媒体６２を選択し、その記憶媒体を主ユニット５４
のスロット６４に差し込む。記憶媒体６２は、たとえ
ば、特別にエンコードされおよび／または記号化された
光学的ならびに／もしくは磁気的ディスクであってよ
い。ユーザは主ユニット５４をオンするために電源スイ
ッチ６６を操作し、主ユニットがその記憶媒体６２にス
トアされているソフトウェアに基づいてビデオゲームも
しくは他のアプリケーションを実行し始めるようにす
る。ユーザは主ユニットに入力を与えるためにコントロ
ーラ５２を操作する。たとえば、コントロール６０を操
作することによってゲームもしくは他のアプリケーショ
ンをスタートさせる。他のコントロール６０を動かすこ
とによって、動画キャラクタを異なる方向に移動させ、
または３Ｄ世界におけるユーザの視点を変化させる。記
憶媒体６２にストアされている具体的なソフトウェアに
よって、コントローラ５２上の種々のコントロール６０
は異なる時間で異なる機能を達成することができる。 全体システムの例 図２はシステム５０の例示的なコンポーネントのブロッ
ク図であり、重要なコンポーネントは、 ・主プロセサ（ＣＰＵ）１１０、 ・主メモリ１１２、および ・グラフィクス／オーディオプロセサ１１４ を含む。
【００２６】この実施例において、主プロセサ１１０
（たとえばＩＢＭパワーＰＣ７５０の改良版）は、手持
ちコントローラ５２（および／または他の入力デバイ
ス）からの入力をグラフィクス／オーディオプロセサ１
１４を通して受ける。主プロセサ１１０はユーザ入力に
インタラクティブに応答し、光ディスクドライブのよう
な大容量記憶媒体アクセス装置１０６を介して、たとえ
ば外部記憶媒体６２から供給されるビデオゲームもしく
は他のプログラムを実行する。一例として、ビデオゲー
ムプレイの状況では、主プロセサ１１０は、多様なイン
タラクティブ制御機能に加えて、衝突検出および動画処
理を実行する。
【００２７】この実施例では、主プロセサ１１０は３Ｄ
グラフィクス／オーディオコマンドを発生し、それらを
グラフィクス／オーディオプロセサ１１４に送る。グラ
フィクス／オーディオプロセサ１１４はこれらのコマン
ドを処理し、ディスプレイ５９上での可視映像を生成
し、ステレオスピーカ６１Ｒおよび６１Ｌもしくは他の
適宜の音声発生デバイス上でのステレオ音声を生成す
る。
【００２８】実施例のシステム５０はビデオエンコーダ
１２０を含み、このビデオエンコーダは、グラフィクス
／オーディオプロセサ１１４からの映像信号を受けて、
その映像信号をコンピュータモニタや家庭用テレビ５６
のような標準的な表示装置上での表示に適したアナログ
および／またはディジタルビデオ信号に変換する。シス
テム１００はまたオーディオコーデック（圧縮器／伸長
器）１２２を含み、このオーディオコーデックはディジ
タル化されたオーディオ信号を圧縮しかつ伸長するとと
もに、必要に応じてディジタルオーディオ信号のフォー
マットとアナログオーディオ信号のフォーマットとの間
で変換を行う。オーディオコーデック１２２はバッファ
１２４を介してオーディオ入力を受けることができ、処
理（たとえば、プロセサが生成したおよび／または大容
量記憶媒体アクセス装置１０６のストリームオーディオ
出力を介して受信した他のオーディオ信号とのミキシン
グ）するために、そのオーディオ入力をグラフィクス／
オーディオプロセサ１１４に与える。この実施例におけ
るグラフィクス／オーディオプロセサ１１４は、オーデ
ィオタスクに利用可能なオーディオメモリ１２６にオー
ディオ関連情報をストアすることができる。グラフィク
ス／オーディオプロセサ１１４は、結果的に得られるオ
ーディオ出力信号を、圧縮およびアナログ信号への変換
のために、オーディオコーデック１２２に与え、したが
ってそのオーディオ出力信号が（たとえばバッファアン
プ１２８Ｌおよび１２８Ｒを介して）スピーカ６１Ｌお
よび６１Ｒによって再生され得る。
【００２９】グラフィクス／オーディオプロセサ１１４
はシステム１００内に存在するであろう種々の付加的な
デバイスと通信する能力を有する。たとえば、パラレル
ディジタルバス１３０は大容量記憶媒体アクセス装置１
０６および／または他のコンポーネントと通信するため
に用いられる。シリアル周辺バス１３２は多様な周辺機
器または、たとえば、 ・ＰＲＯＭおよび／またはＲＴＣ（リアルタイムクロッ
ク）１３４、 ・モデム１３６もしくは他のネットワークインタフェー
ス（それはシステム１００を、プログラム命令および／
またはデータがダウンロードもしくはアップロードされ
得るインターネットあるいは他のディジタルネットワー
クのようなテレコミュニケーションネットワーク１３８
に接続する）、および ・フラッシュメモリ１４０ を含む他のデバイスと通信する。別の外部シリアルバス
１４２は、付加的な拡張メモリ１４４（たとえばメモリ
カード）もしくは他のデバイスと通信するために使用さ
れ得る。コネクタが種々のデバイスをバス１３０，１３
２および１４２に接続するために使用され得る。 グラフィクス／オーディオプロセサの例 図３は実施例のグラフィクス／オーディオプロセサ１１
４を示すブロック図である。或る実施例においては、グ
ラフィクス／オーディオプロセサ１１４はシングルチッ
プＡＳＩＣであってよい。この実施例においては、グラ
フィクス／オーディオプロセサ１１４は、 ・プロセサインタフェース１５０、 ・メモリインタフェース／コントローラ１５２、 ・３Ｄグラフィクスプロセサ１５４、 ・オーディオディジタル信号プロセサ（ＤＳＰ）１５
６、 ・オーディオメモリインタフェース１５８、 ・オーディオインタフェース／ミキサ１６０， ・周辺コントローラ１６２、および ・表示コントローラ１６４ を含む。
【００３０】３Ｄグラフィクスプロセサ１５４はグラフ
ィクス処理タスクを実行する。オーディオディジタル信
号プロセサ１５６はオーディオ処理タスクを実行する。
表示コントローラ１６４は主メモリ１１２からの映像情
報にアクセスし、表示装置１０２上での表示のためにそ
の映像情報をビデオエンコーダ１２０に与える。オーデ
ィオインタフェース／ミキサ１６０はオーディオコーデ
ック１２２をインタフェースし、また異なるソースから
のオーディオ（たとえば、大容量記憶媒体アクセス装置
１０６からのオーディオストリーム，オーディオＤＳＰ
１５６の出力，およびオーディオコーデック１２２を通
して受ける外部オーディオ入力）をミックスすることが
できる。プロセサインタフェース１５０は主プロセサ１
１０およびグラフィクス／オーディオプロセサ１１４の
間のデータおよび制御インタフェースを提供する。
【００３１】メモリインタフェース１５２はグラフィク
ス／オーディオプロセサ１１４とメモリ１１２との間の
データおよび制御インタフェースを提供する。この実施
例においては、主プロセサ１１０は、プロセサインタフ
ェース１５０およびグラフィクス／オーディオプロセサ
１１４の一部であるメモリインタフェース１５２を介し
て、主メモリ１１２にアクセスする。周辺コントローラ
１６２はグラフィクス／オーディオプロセサ１１４と上
で述べた種々の周辺機器との間のデータおよび制御イン
タフェースを提供する。オーディオメモリインタフェー
ス１５８はオーディオメモリ１２６とのインタフェース
を提供する。 グラフィクスパイプラインの例 図４は図３の３Ｄグラフィクスプロセサ１５４をより詳
細に示すグラフィクス処理システムを示す。この３Ｄグ
ラフィクスプロセサ１５４は、とりわけ、コマンドプロ
セサ２００および３Ｄグラフィクスパイプライン１８０
を含む。主プロセサ１１０はデータストリーム（たとえ
ばグラフィクスコマンドストリームおよび表示リスト）
をコマンドプロセサ２００に通信する。主プロセサ１１
０はメモリレイテンシを最小化するために２レベルキャ
ッシュ１１２を有し、さらにまたグラフィクス／オーデ
ィオプロセサ１１４に向けられたキャッシュされていな
いデータストリームのための書込収集(write-gatherin
g)バッファ１１１を有する。この書込収集バッファ１１
は部分キャッシュラインを全キャッシュラインに集め、
バスの最大使用時に、グラフィクス／オーディオプロセ
サ１１４からのデータを１つのキャッシュラインに送
る。
【００３２】コマンドプロセサ２００は主プロセサ１１
０からの表示コマンドを受け、それらを解剖し、メモリ
コントローラ１５２を介して共用メモリ１１２からのそ
のコマンドを処理するに必要な付加的なデータを入手す
る。コマンドプロセサ２００は、２Ｄおよび／または３
Ｄ処理およびレンダリングのために、頂点コマンドのス
トリームをグラフィクスパイプライン１８０に与える。
グラフィクスパイプライン１８０はこれらのコマンドに
基づいて映像を生成する。結果として得られた映像情報
は、表示コントローラ／ビデオインタフェースユニット
１６４によるアクセスのために主メモリ１２０に転送さ
れ得て、この映像情報は表示装置１５６上にパイプライ
ン１８０のフレームバッファ出力を表示する。
【００３３】図５はグラフィクスプロセサ１５４を用い
て実行される処理を図解的に示すブロック論理フロー図
である。主プロセサ１０は、グラフィクスコマンドスト
リーム２１０，表示リスト２１２および頂点アレイ２１
４を主メモリ１１２にストアし、ポインタをバスインタ
フェース１５０を介してコマンドプロセサ２００に送
る。主プロセサ１１０は主メモリ１１０内に割り付けら
れた１つ以上のグラフィクスＦＩＦＯバッファ２１０に
グラフィクスコマンドをストアする。このコマンドプロ
セサ２００は、 ・同期／フロー制御および負荷バランスのためにグラフ
ィクスコマンドを受けかつバッファするオンチップＦＩ
ＦＯメモリバッファ２１６を介して主メモリ１１２から
のコマンドストリーム、 ・オンチップコールＦＩＦＯメモリバッファ２１８を介
して主メモリ１１２からの表示リスト２１２、および ・コマンドストリームからおよび／または主メモリ１１
２の頂点アレイ２１４からの頂点アトリビュート を頂点キャッシュ２２０を介して取り込む。
【００３４】コマンドプロセサ２００はコマンド処理動
作２００ａを実行し、そのコマンド処理動作２００ａは
アトリビュート形式を浮動小数点フォーマットに変換
し、結果的に得られた完全頂点ポリゴンデータをレンダ
リング／ラスタライゼーションのためにグラフィクスパ
イプライン１８０に与える。プログラマブルメモリ調停
回路１３０（グラフィクスメモリ要求調停回路：図４）
は、グラフィクスパイプライン１８０，コマンドプロセ
サ２００および表示コントローラ／ビデオインタフェー
スユニット１６４の間での共用主メモリ１１２へのアク
セスを調停する。
【００３５】図４は、グラフィクスパイプライン１８０
が ・変換ユニット３００、 ・セットアップ／ラスタライザ４００、 ・テクスチャユニット５００、 ・テクスチャ環境ユニット６００、および ・ピクセルエンジン７００ を含むことを示す。
【００３６】変換ユニット３００は多様な２Ｄおよび３
Ｄ変換および他の動作３００ａ（図５）を実行する。変
換ユニット３００は変換処理３００ａに用いられるマト
リクスをストアするための１つ以上のマトリクスメモリ
３００ｂを含む。変換ユニット３００は、入来する頂点
毎のジオメトリをオブジェクト空間からスクリーン空間
へ変換し、そして入来するテクスチャ座標を変換しかつ
投影テクスチャ座標（３００ｃ）を計算する。変換ユニ
ット３００はまたポリゴンクリッピング／カリング(cli
pping/culling)３００ｄを実行する。変換ユニット３０
０ｂによってまた達成される照明処理３００ｅが、この
実施例では８つまでの独立した照明について、頂点毎に
照明計算を行う。変換ユニット３００は、エンボス(emb
ossed)タイプのバンプマッピング効果およびポリゴンク
リッピング／カリング動作（３００ｄ）のために、テク
スチャ座標を発生する（３００ｃ）。
【００３７】セットアップ／ラスタライザ４００はセッ
トアップユニットを含み、このセットアップユニット
は、変換ユニット３００からの頂点データを受け、三角
形セットアップ情報を、エッジラスタライゼーション，
テクスチャ座標ラスタライゼーションおよびカラーラス
タライゼーションを実行する１つ以上のラスタライザユ
ニット（４００ｂ）に送る。
【００３８】テクスチャユニット５００は、オンチップ
テクスチャメモリ（ＴＭＥＭ）５０２を含んでもよく、
たとえば、 ・主メモリ１１２からのテクスチャ５０４の検索、 ・たとえばマルチテクスチャ処理，ポストキャッシュテ
クスチャ伸長，テクスチャフィルタリング，エンボシン
グ，投影テクスチャの使用を通しての陰影付け，および
アルファトランスパーレンシおよびデプスを用いるＢＬ
ＩＴを含むテクスチャ処理（５００ａ）、 ・バンプマッピング，偽(pseudo)テクスチャおよびテク
スチャタイル(tiling)効果（５００ｂ）のためのテクス
チャ座標置換を計算するバンプマップ処理、および ・間接テクスチャ処理（５００ｃ） を含むテクスチャリングに関連する種々のタスクを実行
する。
【００３９】テクスチャユニット５００はテクスチャ環
境処理（６００ａ）のためにフィルタされたテクスチャ
値をテクスチャ環境ユニット６００に出力する。テクス
チャ環境ユニット６００は、ポリゴンおよびテクスチャ
カラー／アルファ／デプスをブレンドし、また逆レンジ
ベース(reverse range based)のフォグ効果を達成する
ために、テクスチャフォグ処理（６００ｂ）を実行す
る。テクスチャ環境ユニット６００はたとえばカラー／
アルファ変調，エンボシング，詳細テクスチャ，テクス
チャスワッピング，クランピングおよびデプスブレンデ
ィングに基づく多様な他の環境関連機能を実行するマル
チステージ(multi stages)を提供する。
【００４０】ピクセルエンジン７００はデプス（ｚ）比
較（７００ａ）およびピクセルブレンディング（７００
ｂ）を実行する。この実施例では、ピクセルエンジン７
００はデータを埋め込み（オンチップ：内蔵）フレーム
バッファメモリ７０２にストアする。グラフィクスパイ
プライン１８０は、フレームバッファおよび／またはテ
クスチャ情報をローカルにストアするために１つ以上の
内蔵ＤＲＡＭメモリ７０２を含む。ｚ比較７００ａは、
現在有効なレンダリングモードに依存して、グラフィク
スパイプライン１８０におけるより早いステージで実行
される（たとえば、ｚ比較は、もしアルファブレンディ
ングが要求されていないならば早くに実行され得る）。
このピクセルエンジン７００は表示コントローラ／ビデ
オインタフェースユニット１６４による主メモリ１１２
へのアクセスのために、オンチップフレームバッファ７
０２を周期的に書き込むコピー動作７００ｃを含む。こ
のコピー動作７００ｃはまた動的テクスチャ合成効果の
ために、埋め込みフレームバッファ７０２の内容を主メ
モリ１１２中のテクスチャにコピーするために使用され
得る。エイリアス補正ないしアンチエイリアシング（an
ti-aliasing：エイリアス補正）および他のフィルタリ
ングがコピーアウト動作中に実行され得る。最終的に主
メモリ１１２にストアされるグラフィクスパイプライン
１８０のフレームバッファ出力は、表示コントローラ／
ビデオインタフェースユニット１６４によってフレーム
毎に読み出される。表示コントローラ／ビデオインタフ
ェース１６４は表示装置５６上での表示のためにディジ
タルＲＧＢピクセル値を与える。 ステッチングおよび他の応用のための３重テクスチャ座
標変換の例 図６は、システム５０によって実現され得る例示的なス
テッチングしたテクスチャ座標の発生およびテクスチャ
リングパイプラインを示す。この実施例において、変換
ユニット３００は、他のものの間で、ドット積計算器
（マトリクス変換）３０２，正規化器３０４，および第
２ドット積計算器（マトリクス変換）３０６を含む。
【００４１】ドット積計算器３０２は、オブジェクト空
間中において表面に関連するテクスチャ座標，ジオメト
リもしくは法線を規定するテクスチャ発生ソースデータ
を受け、第１の頂点に基づくマトリクス変換を適用し
て、同質の(homogeneous)目空間(eye space)において
（投影された）テクスチャ座標ｓ′，ｔ′（およびオプ
ションとしてｑ′）を生成する。そのようにして発生さ
れた結果的なテクスチャ座標は、オプションとして正規
化器ブロック３０４によって正規化され、そして、テク
スチャ座標上における付加的なマトリクス変換を行う第
２のドット積計算器３０６へ与えられる。この付加的な
マトリクス変換は、ステッチングしたテクスチャ座標
ｓ″，ｔ″を与えるために、第２の頂点に対してテクス
チャ座標を補間する。これらのステッチングしたテクス
チャ座標はテクスチャマッパ(mapper)５００へ与えられ
る。このテクスチャマッパ５００はテクスチャメモリ５
０２内にステッチング／スキニングしたテクスチャｔｘ
をストアする。テクスチャマッパ５００は、変換ラスタ
ライズ表面を表すラスタライズしたピクセルとのブレン
ドのためのテクセルを与えるように、頂点によって規定
されるスキニング表面上にテクスチャｔｘをマッピング
する。この実施例においては、ブレンドは、テクスチャ
環境ブロック６００ａによって行われる。ブレンド出力
は表示のための内蔵フレームバッファ７０２内にストア
される。
【００４２】より詳細にいうと、変換ユニット３００
は、主プロセサ１１０から、イメージ化されるべきステ
ッチング表面を特定する頂点毎のデータを受ける。実施
例における変換ユニット３００は、そのようなデータを
オブジェクト空間内の頂点のジオメトリ（ｘ，ｙ，ｚ）
規格の形で受け入れることができ、あるいは表面に対応
する法線（すなわち、Normal（法線），Binormal（２重
法線），Tangent（タンジェント））の規格であっても
よい。変換ユニット３００は、従来のモデルビュー（も
しくは他の）変換を行い、同質の（たとえば目）空間に
おける新たなジオメトリおよび／または新たな法線を発
生する。
【００４３】変換ユニット３００は、モデル空間の頂点
毎のソース値（たとえば、頂点ジオメトリ［ｘ，ｙ，
ｚ］または法線［Ｎｘ，Ｎｙ，Ｎｚ］もしくはテクスチ
ャ座標［ｓ，ｔ］）を対応するテクスチャ座標に変換す
るために並列演算を行う。このテクスチャ座標発生のた
めのドット積計算（図６のブロック３０２）は同質（た
とえば、目）空間におけるテクスチャ座標を発生する。
変換のために使用されるマトリクスはモデルビューマト
リクスであり、あるいはそれは幾分異なるテクスチャ変
換マトリクスであってよい。ブロック３０２によって行
われるマトリクス変換は頂点ベースで行われ、特定の頂
点についてテクスチャ座標ｘ′，ｔ′［２′］の適宜の
セットを与える。他の頂点情報で特定されるマトリクス
インデックスを通して、異なる変換マトリクスが選択さ
れてもよい。
【００４４】頂点毎に１つのマトリクスを使用すること
によって、境界ポリゴンが「骨」間の接続点をカバーす
るように伸びることができる。しかしながら、この引き
延ばしは必ずしもスムーズ（平滑）ではない。ステッチ
ングは、通常、付加的な頂点間を補間することによっ
て、スムーズな接続点を達成するために、より以上のマ
トリクス変換を必要とする。好ましい実施例は、テクス
チャ座標を同質空間へ変換するために使用される１つの
マトリクス（ブロック３０２）に加えて、１つのマトリ
クス乗算（ブロック３０６）を実行することによって節
約を図る。この第２の、ドット積計算器３０６によって
行われるカスケードなマトリクス変換が、同じテクスチ
ャ座標上であるが今回は第２の頂点について、異なるテ
クスチャ変換を行う。このことによって第１の頂点と第
２の頂点との間の補間を行う。たとえば、第２の頂点が
スケルトンアニメーションモデルの他の「骨」上の頂点
であってよい。補間の方法は、（典型的なスキニングの
アプリケーションとは異なり）リニア（直線的）である
必要はない。第２のテクスチャ変換３０６はこれら２つ
の頂点間を補間する能力を提供し、それらの間の適宜の
点を特定するテクスチャ座標を与える。これによって、
２つの頂点のステッチング補間が行われる。１つのマト
リクスだけが或る頂点を変換するために使用され、異な
る頂点には異なるマトリクスが使用され得る。
【００４５】望まれる各出力テクスチャ毎にユニークな
変換を適用するためにドット積計算器３０２を再循環さ
せることができるが、ステッチングを包含するすべての
頂点についての付加的な頂点毎の遅延が原因となって結
果的に生じた速度性能における低下は、望ましくないも
のである。性能を最大にするために、好ましい実施例の
変換ユニット３００は、第１のドット積計算器３０２に
カスケードな第２のハードウェアベースのドット積計算
器３０６を備え、その第２のドット積計算器３０６がド
ット積計算器３０２からの第１パスでのテクスチャ座標
を取り込み、それらが第２の頂点に対するさらなる変換
を行うので、ステッチングしたテクスチャ座標として使
用され得る変換したテクスチャ座標の新たなセットを発
生する。
【００４６】第１ドット積計算器３０２と第２ドット積
計算器３０６との間に正規化器(normalizer)３０４を設
ける。この正規化器３０４は、表面がデフォルメされか
つ法線が引き延ばされることに応じて生じる歪みを除去
するために使用され得る。ブロック３０２によって行わ
れるモデルビュー変換によって発生されるテクスチャ座
標は正規化されていないが、ブロック３０６によって行
われるテクスチャ変換は正規化した入力を想定してい
る。したがって、第２の変換のための有効データを得る
ために逆正規化を適用することが望ましい。逆正規化は
頂点ベースで変化し、主プロセサ１１０がこの効果のた
めの要因となる適宜のテクスチャ変換マトリクスを提供
するのを困難にしている。正規化器は、ドット積計算器
３０２によって発生されたテクスチャ座標ｓ′，ｔ′
（および含まれたｑ′座標）を取り込むことによって、
このことを処理し、そしてこれらのテクスチャ座標を第
２のドット積計算器３０６へ与える前にそのテクスチャ
座標を正規化する。
【００４７】正規化器３０４は、テクスチャのステッチ
ング座標を発生するために補間を行うブロック３０６に
よって実行される正規化変換に与えられる前に、その計
算した頂点データが正規化されることを保障する。正規
化器３０４は、法線の歪みに起因する表面のゆがみを回
避する。正規化器がなければ、或る状況下におけるテク
スチャ座標の引き延ばしが美しくない視覚効果を与える
ことになろう。しかしながら、この実施例においては、
正規化器３０４が選択的にイネーブルされまたはディス
エーブルされ得て、正規化器がすべての状況下において
必要とされずもしくは使用されないかもしれない。
【００４８】図６のパイプラインは特にステッチングの
ために有用であるけれども、環境マッピングや反射マッ
ピングのような他のアプリケーションのために使用され
得る。第１ドット積計算器３０２は主プロセサ１１０が
与える頂点ベースでの任意のパラメータ（たとえば、法
線，カラー，テクスチャ座標の他のセット，２法線，
等）を演算することができる。ドット積計算器３０２に
よって提供される変換は、ソースを任意の位置に変換
し、一方、第２ドット積計算器３０６は同質空間からの
テクスチャ発生のためのテクスチャ座標空間への再マッ
ピングを行う。これらの技術は汎用であり、オブジェク
トのジオメトリに依存する任意の形式のテクスチャリン
グ（たとえば、環境マッピング、反射マッピング、およ
び他のアプリケーション）のために使用され得る。 より詳細な実施例 図７は変換ユニット３００によって提供されるステッチ
ングテクスチャ座標発生パイプラインのより詳細な例を
示す。この実施例においては、変換ユニット３００は頂
点毎に複数対のテクスチャ座標を取り扱うことができ
る。第１ドット積計算器３０２は、対応する複数のテク
スチャマトリクスを使用して、テクスチャ対／トリプレ
ート(triplets)のセットもしくはテクスチャ座標の対を
変換する。入力座標は、この実施例においては、次の４
つの任意のものであってよい。
【００４９】・主プロセサ１１０からのテクスチャ座標
ｓｎ，ｔｎ １．０，１．０ ・主プロセサ１１０からのモデル空間における頂点ジオ
メトリｘ，ｙ，ｚ，１．０ ・モデル空間における法線ｎｘ，ｎｙ，ｎｚ，１．０ この実施例における入力座標はオブジェクト座標におけ
るものである（すなわち、変換前）。（ｎ）インデック
スはテクスチャマトリクスについてのテクスチャに基づ
くアドレスである。ユニークなインデックスｎが各可能
なテクスチャ座標のために使用され得る。
【００５０】マトリクスメモリ３０８が、ブロック３０
２による使用のために種々のテクスチャ変換マトリクス
をストアするために設けられる。マトリクス選択はテク
スチャ数に基づいてハードウェアによって自動的行われ
る。
【００５１】第２ドット積計算器３０６はテクスチャ座
標への「第２パス」変換を行う。この付加的な変換はす
べてのテクスチャ座標に対してオプション的に適用され
得る。イネーブルされると、この付加的な変換は、実施
例において、すべてのアクティブな通常の(regular)テ
クスチャ座標に適用される。
【００５２】図７のパイプラインは第３のテクスチャ座
標ｑの計算とともにあるいはそれなしで動作する。ｑの
計算はより高い速度性能を達成するために削除されても
よい。実際の場合（２つのテクスチャ座標ｓ，ｔだけを
有する１つの通常のテクスチャ）、１．０に等しい包含
されたｑｔはＳｔ′ｎおよびＴｔ′ｎを計算するために
使用されるが、Ｑｔ′ｎは計算されない。他の場合にお
いて、もしＳｔの発生（包含したＱ）が第１パスのため
に特定されたとしても、３つの（Ｓｔ′ｎ，Ｑｔ′ｎ）
すべての２重パス(dual)テクスチャ座標が計算される。
【００５３】実施例において、第２ドット積計算器は、
マトリクスメモリ３０８とは別のメモリ領域である「２
重(dual)テクスチャ」マトリクスメモリ３１０にストア
されたテクスチャ変換マトリクスの別々のセットを使用
する。メモリ３１０にストアされているマトリクスのフ
ォーマットは、実施例においてはマトリクスメモリ３１
０内のすべての「デュアルテクスチャ」変換マトリクス
が３つの行を有すること（すなわち、それらはすべて３
×４マトリクスであること）を除いて、メモリ３０８に
ストアされているマトリクスのフォーマットと同じであ
ってよい。主プロセサ１１０によって与えられる頂点毎
の情報は頂点毎のマトリクスインデックスを含み、それ
によって、異なるマトリクスおよび頂点ベースでの関連
の変換を選択することができる。
【００５４】上で述べたように、テクスチャ座標のオプ
ションとしての正規化はブロック３０４によって行われ
る。基本的に、各入力テクスチャトリプレートはその法
線の逆数でスケーリングされる。（Ｓｔｎ，Ｔｔｎ，Ｑ
ｔｎ，１．０）または（Ｓｎｎ，Ｔｎｎ，Ｑｎｎ，１．
０）の間の選択は頂点座標ベースで行われ得る。Ｑ座標
がない実際の場合が正規化（これは一般的には有用では
ない）とともに使用されるとき、どんな正規化も生じな
い。
【００５５】正規化器３０４は、たとえば、平方を行う
ために２４ビット浮動小数点計算器、および開平計算を
行いかつ正規化を生成する制限された精度の１２ビット
ルックアップを用いて実現され得る。これはほぼ１２−
１４ビットの精度を提供し、それは１０ビットのテクス
チャ座標精度および８ビットのサブピクセル精度につい
て受け入れ可能である。丸めによる誤差はより小さいテ
クスチャ（たとえば、１０２４×１０２４に対する５１
２×５１２）を使用することによって補償され得る。も
ちろん、異なる実施例が異なる精度のものを用いること
は可能である。
【００５６】この実施例において、「２重(dual)パス」
変換がアクティブでないとき（すなわち、第２ドット積
計算器３０６がイネーブルされていないとき）、この特
徴は完全にディスエーブルされかつどんなテクスチャ座
標にも影響を及ぼさない。このことが図７に図解されて
いて、そこでは、マルチプレクサ３１４が第２ドット積
計算器３０６の出力（それがイネーブルされていると
き）または第１ドット積計算器３０２の出力（第２ドッ
ト積計算器がイネーブルされていないとき）のいずれか
をテクスチャユニット５００へのテクスチャ座標として
与えるために選択できる。
【００５７】具体的な実施例においては、正規化器３０
４および第２ドット積計算器３０６はジオメトリ計算の
ためには利用可能でなく、ライティングのための法線／
ジオメトリ計算について使用することもできない。さら
に、第２ドット積計算器３０６によって発生された通常
のテクスチャ座標は、一般的には、エンボシング(embos
sing) のために使用されるべきである。したがって、も
しエンボシングがイネーブルされれば、この実施例にお
ける乗算器３１４は、常に、第１ドット積計算器３０２
の出力を選択する。さらに、この実施例において、正規
化器３０４および第２ドット積計算器３０６は、第１ド
ット積計算器３０２の出力をよりどころにする。もちろ
ん、他の実施例が異なる構成や付加的な柔軟性を与える
ようにしてもよい。
【００５８】図８は変換ユニット３００の高位全体ブロ
ック図の例である。詳細については、同じ出願人による
アメリカ特許出願第 を参照されたい。次
表１〜７は、主プロセサ１１０がステッチングを行うた
めに変換ユニット３００を制御するために使用できる種
々のレジスタについてのレジスタ定義の例である。
【００５９】
【表１】
【００６０】
【表２】
【００６１】
【表３】
【００６２】
【表４】
【００６３】
【表５】
【００６４】
【表６】
【００６５】
【表７】
【００６６】ＡＰＩコールの例 次表８はステッチングを制御するために使用され得る関
連のアプリケーションプログラマのインタフェースコー
ルの例を示す。
【００６７】
【表８】
【００６８】GXLoadPosMtxImm 説明 この関数は３×４モデルビューマトリクスmtxPtrをマト
リクスメモリ中の位置idへロードするために使用され
る。このマトリクスはモデル空間における位置を可視空
間へ変換するために使用され、現在のもの（GXSetCurre
ntMtx 参照）のマトリクスを作ることによって、あるい
は各頂点毎のマトリクスidを設定することによって、変
換する。パラメータmtxPtrは３×４（行×列）マトリク
スへのポインタである。パラメータidはマトリクスの位
置を指示するために使用され、マトリクスメモリ中にお
いてGXPosNrmMtx によって列挙される。
【００６９】また、法線マトリクス（GXLoadNrmMtxImm
またはGXLoadNrmMtxIndx）を同じidへロードすることが
できる。一般的には、法線マトリクスは位置マトリクス
の逆転置(inverse transpose)である。法線マトリクス
は頂点ライティング中に使用される。モデルビューとモ
デルビューの逆転置（トランスレーションを除く）とが
同じ場合には、位置変換および法線変換の両方のために
同じマトリクスをロードすることができる。
【００７０】マトリクスはＤＲＡＭからＣＰＵキャッシ
ュを通してグラフィクスＦＩＦＯへコピーされ、そして
この関数を用いてロードされたマトリクスは常にＣＰＵ
キャッシュとコヒーレント(coherent)である。
【００７１】
【表９】
【００７２】GXLoadNrmMtxImm 説明 この関数は、３×４マトリクスmtxPtrから３×３法線変
換マトリクスをマトリクスメモリの位置idにロードする
ために使用される。このマトリクスは、モデル空間中の
法線を可視空間へ変換するために、現在のマトリクス
（GXSetCurrentMtx 参照）を作ることによって、または
頂点毎にマトリクスidを設定することによって、使用さ
れる。パラメータmtxPtrは３×４（行×列）マトリクス
へのポインタである。３×４マトリクスにおけるトラン
スレーション項(translation terms)は法線回転のため
には必要でなく、ロード中無視される。パラメータidは
GXPosNrmMtx によって列挙され、マトリクスメモリ中の
宛先マトリクス位置を指示するために使用される。
【００７３】また、位置マトリクス(GXLoadPosMtxImm)
を同じidへロードすることができる。通常、法線マトリ
クスは位置（モデルビュー）マトリクスの逆転置であ
り、頂点ライティング中に使用される。モデルビューと
モデルビューマトリクスの逆転置（トランスレーション
を除く）とが同じ場合には、法線および位置マトリクス
の両方のために同じマトリクスをロードすることができ
る。３×３マトリクスから法線マトリクスをロードする
ために、GXLoadNrmMtxImm 3x3を用いる。
【００７４】マトリクスデータは主メモリもしくはＣＰ
ＵキャッシュからグラフィクスＦＩＦＯへコピーされ、
この関数によってロードされたマトリクスはＣＰＵキャ
ッシュと常にコヒーレントである。
【００７５】
【表１０】
【００７６】GXMatrixIndex 説明 この関数は頂点のためのマトリクスインデックスデータ
を特定するために使用される。それは、GXBegin および
GXEnd の間でのみコールされる。マトリクスインデック
スは、この頂点のデータを変換するために使用するマト
リクス（先にマトリクスメモリにロードしている。GXLo
adPosMtxImm ，GXLoadNrmMtxImm ，およびGXLoadTexMtx
Imm 参照）を特定する。
【００７７】頂点のためにこの関数を使うために、ま
ず、現在の頂点記述子(current vertex descpriptor)中
のマトリクスインデックスをイネーブルする。現在の頂
点記述子はGXSetVtxDescを用いてセットされる。インデ
ックスが未符号化(un-signed)８ビット数であるので、
頂点アトリビュートフォーマット(GXSetVtxAttrFmt) を
セットする必要はない。GXMatrixIndex1u8およびGXMatr
ixIndex1x8は同じである。
【００７８】頂点関数がコールされるべき順番がGXSetV
txDescによって特定される。各頂点は、グラフィクスハ
ードウェアによる適当な解釈を補償するために、特定し
た順序でアトリビュート（位置，カラー，法線，等）を
送らなければならない。
【００７９】GXMatrixIndex1u8(GXMatrixIndex1x8)は最
適性能のためのインライン(inline)関数として実現され
る。GXMatrixIndex1u8(GXMatrixIndex1x8)は正規関数と
して実現され、そのために、ライブラリはGXBegin ／GX
End 間における頂点関数コールの正しい順序（エラーの
コモンソース(common source)）を立証する。
【００８０】
【表１１】
【００８１】
【表１２】
【００８２】GXSetVtxDesc
【００８３】
【表１３】
【００８４】説明 この関数は現在の頂点記述子中に１つのアトリビュート
(attr)の形式を設定する。現在の頂点記述子はどのアト
リビュートが頂点中に存在するかあるいは各アトリビュ
ートがどのように参照されるかを定義する。現在の頂点
記述子はＧＸＡＰＩによって作られたグラフィクスコマ
ンドストリームを解釈するためにグラフィクスプロセサ
（ＧＰ）によって使用される。特に、現在の頂点記述子
はコマンドストリーム中に存在する頂点データを説明す
るために使用される。
【００８５】アトリビュート GX_VA_POSMTXIDX attrパラメータはアトリビュートに名前を付ける。アト
リビュートGX_VA_POSMTXIDX が、頂点毎のマトリクスイ
ンデックス（８ビット）を特定するために使用される。
このインデックスは、マトリクスメモリ中の位置（もし
ライティングなら、および法線）に索引を付けるために
使用される。頂点毎のマトリクスインデックスを与える
ことによってキャラクタのスキニングを可能にする。
【００８６】GX_VA_TEX0MTXIDX-GX_VA_TEX7MTXIDX また、GX_VA_TEX0MTXIDX-GX_VA_TEX7MTXIDXを使って、
頂点毎に、テクスチャマトリクスインデックスを特定す
ることができる。各マトリクスインデックスはマトリク
スメモリ中のテクスチャマトリクスの行アドレスである
８ビット値である。マトリクスインデックスの数値はGX
SetTexCoordGenにおいて用いられる発生したテクスチャ
座標に対応する。たとえば、GX_VA_TEX3MTXIDXはGX_TEX
COORD3を発生するときに使用するマトリクスを示す。テ
クスチャマトリクスのインデックスを順次の順序で与え
るが、マトリクスインデックスをスキップすることも可
能である。たとえば、GX_VA_TEX0MTXIDXおよびGX_VA_TE
X2MTXIDXを与えることができる。テクスチャ座標GX_TEX
COORD1 はGXSetTexCoordGenにおいて特定されたマトリ
クスを使用する。換言すれば、GXSetTexCoordGenによっ
て与えられるデフォルトのテクスチャマトリクスインデ
ックスは、もし１つが与えられると、頂点毎のマトリク
スインデックスによって無視される。頂点毎にテクスチ
ャマトリクスインデックスを与えることは、たとえば、
スキニングモデルを反射マッピングするときに、スキニ
ングした（ステッチングした）モデルからのテクスチャ
座標を発生するときに使用される。
【００８７】GX_VA_POS このGX_VA_POS アトリビュートは位置について使用され
る。位置は各頂点毎に必要となるアトリビュートだけで
ある。
【００８８】GX_VA_NRM ，GX_VA_NBT GX_VA_NRM アトリビュートは３エレメント法線のために
使用される。GX_VA_NBT は、バンプマッピングのためな
どのように３つの法線(normal,binormal,tangent) が必
要なときにイネーブルされる。GX_VA_NRM およびGX_VA_
NBT は同時にイネーブルされるべきではない。GX_VA_NR
M およびGX_VA_NBT は頂点アトリビュートフォーマット
において同じフォーマットを共用する（GXSetVtxAttrFm
t 参照）。
【００８９】アトリビュート形式 アトリビュート形式GX_NONEはこのアトリビュートのた
めにデータやインデックスが送られないことを示す。ア
トリビュート形式GX_DIRECTはこのアトリビュートのた
めのデータがグラフィクスコマンドストリームに直接パ
スされることを示す。アトリビュート形式GX_INDEX8は
コマンドストリーム中に８ビットインデックスが送られ
ることを示す。８ビットインデックス0xffは反転値であ
る。それはグラフィクスプロセサにおいて頂点をディス
エーブルするために使用される。また、この８ビットイ
ンデックスを使って、新たな表示リストを再発生するこ
となしに、表示リストにおける或る三角形(triangles)
を「オフ」することができる。グラフィクスプロセサ
は、アトリビュートアレイのベースポインタとストライ
ド（GXSetArray参照）とに従って、インデックスを用い
て、アトリビュートデータをルックアップする。GX_IND
EX16 のアトリビュート形式は頂点データ中に１６ビッ
トインデックスが存在することを示す。この１６ビット
インデックス0xffffはグラフィクスプロセサにおける頂
点をディスエーブルするために使用される反転値であ
る。
【００９０】GXInitはGXClearVtxDescを用いて現在の頂
点記述子をクリアする。
【００９１】
【表１４】
【００９２】イメージの結果の例 図９は実施例によって与えられるステッチングしたイメ
ージの結果の例を示す。 互換性のある他の実施例 上述のシステム５０は上で述べた家庭用ビデオゲームコ
ンソールの構成以外としても実現できる。たとえば、或
るものは、システム５０をエミュレートする異なる構成
を有するプラットフォームもしくはそれと同等のものに
おいて、システム５０のために書かれたグラフィクスア
プリケーションや他のソフトウェアを実行させることが
できる。もし、他のプラットフォームがシステム５０の
いくつかのもしくはすべてのハードウェアおよびソフト
ウェアリソースをエミュレートしシミュレートしおよび
／または提供することができれば、その他のプラットフ
ォームはそのソフトウェアを成功裏に実行することがで
きる。
【００９３】一例として、エミュレータがシステム５０
のハードウェアおよび／またはソフトウェア構成（プラ
ットフォーム）とは異なるハードウェアおよび／または
ソフトウェア構成（プラットフォーム）を提供できる。
そのエミュレータシステムは、それのためにアプリケー
ションソフトウェアが書かれているシステムのいくつか
のもしくはすべてのハードウェアおよび／またはソフト
ウェアコンポーネンツをエミュレートしもしくはシミュ
レートするソフトウェアおよび／またはハードウェアコ
ンポーネンツを含む。たとえば、エミュレータシステム
はパソコンのような汎用ディジタルコンピュータを含
み、それはシステム５０のハードウェアおよび／または
ファームウェアをシミュレートするソフトウェアエミュ
レータプログラムを実行する。上述のオーディオシステ
ムのＤＳＰ処理がパソコンによってエミュレートされ得
る。
【００９４】或る汎用ディジタルコンピュータ（たとえ
ばＩＢＭやマッキントッシュのパソコンおよびそれらの
同等物）は、ダイレクトＸ(DirectX)または他の標準的
な３ＤグラフィクスコマンドＡＰＩｓに従った３Ｄグラ
フィクスパイプラインを提供する３Ｄグラフィクスカー
ドを備える。それらはまた、音声コマンドの標準的なセ
ットに基づいて高品質のステレオ音声を提供するステレ
オ音声カードを備える。エミュレータソフトウェアを実
行するそのようなマルチメディアのハードウェアを備え
るパソコンは、システム５０のグラフィクスおよび音声
性能とほぼ等しい十分な性能を有する。エミュレータソ
フトウェアはパソコンプラットフォーム上のハードウェ
アリソースを制御して、それのためにゲームプログラマ
がゲームソフトウェアを書いた家庭用ビデオゲームコン
ソールプラットフォームの処理，３Ｄグラフィクス，音
声，周辺および他の能力をシミュレートする。
【００９５】図１０はホストプラットフォーム１２０
１，エミュレータコンポーネント１３０３および記憶媒
体６２上のゲームソフトウェア実行可能バイナリ映像を
用いる全体のエミュレーション処理を図解する。ホスト
１２０１は、たとえばパソコン，ビデオゲームコンソー
ルあるいは十分な計算力を有する任意の他のプラットフ
ォームのような汎用または特定目的ディジタル計算装置
である。エミュレータ１３０３はそのホストプラットフ
ォーム１２０１上で走るソフトウェアおよび／またはハ
ードウェアであり、記憶媒体６２からのコマンド，デー
タおよび他の情報のそのホスト１２０１によって実行可
能な形態へのリアルタイム変換を行う。たとえば、エミ
ュレータ１３０３は記憶媒体６２からシステム５０によ
って実行されるように意図された「ソース」であるバイ
ナリ映像プログラム命令を取り込み、これらのプログラ
ム命令をホスト１２０１によって実行されもしくは処理
され得るターゲットとなる形態に変換する。
【００９６】一例として、ソフトウェアがＩＢＭパワー
ＰＣまたは他の特定のプロセサを用いるプラットフォー
ム上での実行のために書かれかつホスト１２０１が異な
る（たとえばインテル）プロセサを用いるパソコンであ
る場合、エミュレータ１２０３は記憶媒体１３０５から
の１つのもしくは一連のバイナリ映像プログラム命令を
取り込み、これらのプログラム命令を１つまたはそれ以
上の同等のインテルのバイナリ映像プログラム命令に変
換する。エミュレータ１２０３はまたグラフィクス／オ
ーディオプロセサ１１４によって処理されるように意図
されたグラフィクスコマンドおよびオーディオコマンド
を取り込みかつ／あるいは生成し、そしてホスト１２０
１上で利用可能なハードウェアおよび／またはソフトウ
ェアグラフィクス／オーディオ処理リソースによって処
理され得る形態にこれらのコマンドを変換する。一例と
して、エミュレータ１３０３はホスト１２０１の特別な
グラフィクスおよび／または音声ハードウェア（たとえ
ば標準的なダイレクトＸ，オープンＧＬおよび／または
音声ＡＰＩｓ）によって処理され得るコマンドにこれら
のコマンドを変換する。
【００９７】上で述べたビデオゲームシステムのいくつ
かのもしくはすべての特徴を与えるために用いられるエ
ミュレータ１３０３は、また、エミュレータを使ってゲ
ームを走らせている種々のオプションおよびスクリーン
モードの選択を簡単化しもしくは自動化するグラフィッ
クユーザインタフェース（ＧＵＩ）を備える。一例にお
いて、そのようなエミュレータ１３０３はさらにそのソ
フトウェアが本来的に目的とされたホストプラットフォ
ームに比べてより増強された機能性を含むこともでき
る。
【００９８】図１１はエミュレータ１３０３で用いるに
適したエミュレーションホストシステム１２０１を図解
的に示す。このシステム１２０１は処理ユニット１２０
３およびシステムメモリ１２０５を含む。システムバス
１２０７がシステムメモリ１２０５を含む種々のシステ
ムコンポーネンツを処理ユニット１２０３に結合する。
システムバス１２０７は多様なバスアーキテクチャのい
ずれかを用いるメモリバスもしくはメモリコントロー
ラ，周辺バスおよびローカルバスを含むいくつかのタイ
プのバス構造の任意のものである。システムメモリ１２
０７はＲＯＭ１２５２およびＲＡＭ１２５４を含む。起
動中においてのようにパソコンシステム１２０１中のエ
レメント（要素）間に情報を伝送する手助けをする基本
ルーチンを含む基本入力／出力システム（ＢＩＯＳ）１
２５６がＲＯＭ１２５２中にストアされる。システム１
２０１はさらに種々のドライブおよび関連のコンピュー
タ読出可能な媒体を含む。ハードディスクドライブ１２
０９が（典型的には固定の）磁気ハードディスク１２１
１から読み出しそれへ書き込む。付加的な（たぶんオプ
ションとしての）磁気ディスクドライブ１２１３が着脱
可能な「フロッピィ」または他の磁気ディスク１２５１
から読み出しかつそれへ書き込む。光ディスクドライブ
１２１７はＣＤ−ＲＯＭあるいは他の光学媒体のような
着脱自在な光ディスク１２１９から読み出しかつそれへ
書き込む。ハードディスクドライブ１２０９および光デ
ィスクドライブ１２１７は、ハードディスクドライブイ
ンタフェース１２２１および光ディスクドライブインタ
フェース１２２５によって、システムバス１２０７にそ
れぞれ接続される。これらのドライブおよびその関連す
るコンピュータ読出可能な媒体は、パソコンシステム１
２０１のためのコンピュータ読出可能な命令，データ構
造，プログラムモジュール，ゲームプログラムおよび他
のデータの不揮発性の記憶媒体を提供する。他の構成で
は、コンピュータによってアクセス可能なデータをスト
アすることができる他のタイプのコンピュータ読出可能
な媒体（たとえば磁気カセット，フラッシュメモリカー
ド，ディジタルビデオディスク，ベルヌーイカートリッ
ジ，ＲＡＭ，ＲＯＭあるいはその他のもの）がまた使用
できる。
【００９９】エミュレータ１３０３を含む多数のプログ
ラムモジュールがハードディスク１２１１，着脱可能な
磁気ディスク１２１５，光ディスク１２１９および／ま
たはシステムメモリ１２０５のＲＯＭ１２５２および／
またはＲＡＭ１２５４にストアされ得る。このようなプ
ログラムモジュールはグラフィクス／音声ＡＰＩｓ，１
つ以上のアプリケーションプログラム，他のプログラム
モジュール，プログラムデータおよびゲームデータを提
供するオペレーティングシステム（ＯＳ）を含む。ユー
ザは、キーボード１２２７，ポインティングデバイス１
２２９，マイクロフォン，ジョイスティック，ゲームコ
ントローラ，衛星アンテナ(satellite dish)，スキャナ
あるいはその他のもののような入力デバイスを通して、
パソコンシステム１２０１にコマンドおよび情報を入力
することができる。これらのそして他の入力デバイス
は、システムバス１２０７に結合されたシリアルポート
インタフェース１２３１を通して処理ユニット１２０３
に接続され得るが、パラレルポート，ゲームポートファ
イヤワイヤバス(Fire Wire)もしくはユニバーサルシリ
アルバス（ＵＳＢ）のような他のインタフェースによっ
て接続されてもよい。モニタまたは他のタイプの表示デ
バイスがまたビデオアダプタ１２３５のようなインタフ
ェースを介してシステムバス１２０７に接続される。
【０１００】システム１２０１はモデム１１５４または
インターネットのようなネットワーク１１５２を通して
の通信を確立するための他のネットワークインタフェー
ス手段を含む。内部もしくは外付けであってよいモデム
１１５４はシリアルポートインタフェース１２３１を介
してシステムバス１２３に接続される。システム１２０
１がローカルエリアネットワーク１１５８を介して遠隔
コンピュータ装置１１５０（たとえば他のシステム１２
０１）と通信するのを許容するために、ネットワークイ
ンタフェース１１５６がまた設けられてもよい（もしく
はそのような通信はダイヤルアップもしくは他の通信手
段のようなワイドエリアネットワーク１１５２もしくは
他の通信経路を介してもよい）。システム１２０１はプ
リンタのような周辺出力装置および他の標準的な周辺装
置を含む。
【０１０１】一例では、ビデオアダプタ１２３５は、マ
イクロソフト(Microsoft)のダイレクトＸ７．０、また
は他のバージョンのような標準的な３Ｄグラフィクスア
プリケーションプログラマインタフェースに基づいて発
行された３Ｄグラフィクスコマンドに応答して、高速の
３Ｄグラフィクスレンダリングを提供する３Ｄグラフィ
クスパイプラインチップセットを含んでもよい。１組の
スピーカ１２３７はまた、バス１２０７によって与えら
れる音声コマンドに基づいて高品質ステレオ音声を生成
するハードウェアおよび埋め込みソフトウェアを提供す
る従来の「音声カード」のような音声生成インタフェー
スを介して、システムバス１２０７に接続される。これ
らのハードウェア能力によって記憶媒体１３０５中にス
トアされているソフトウェアを再生するためにシステム
１２０１に十分なグラフィクスおよび音声の速度性能を
与えることができる。
【０１０２】上で言及したすべての書類を、ここで、参
照によって取り入れる。
【０１０３】最も現実的かつ好ましい実施例であると現
在考えられているものに関連してこの発明が説明された
が、この発明は開示された実施例に限定されるものでは
なく、逆に、特許請求の範囲内に含まれる種々の変形例
や等価的な構成をカバーするように意図されていること
を理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１はインタラクティブコンピュータグラフィ
クスシステムの実施例を示す全体図である。
【図２】図２は図１実施例のコンピュータグラフィクス
システムのブロック図である。
【図３】図３は図２に示す実施例のグラフィクス／オー
ディオプロセサのブロック図である。
【図４】図４は図３に示す実施例の３Ｄグラフィクスプ
ロセサのブロック図である。
【図５】図４のグラフィクス／オーディオプロセサの例
示的な論理フロー図である。
【図６】図６は例示的なステッチングしたテクスチャ座
標の発生およびテクスチャリングパイプラインを示す。
【図７】図７はより詳細な例示的なステッチングしたテ
クスチャ座標の発生器を示す。
【図８】図８は変換ユニット３００の例示的なブロック
図を示す。
【図９】実施例によって提供されるステッチングしたイ
メージの結果の例を示す。
【図１０】図１０は別の互換性のある実施例を示す。
【図１１】図１１は別の互換性のある実施例を示す。
【符号の説明】
５０ …インタラクティブ３Ｄコンピュータグラフィク
スシステム １１０ …主プロセサ １１２ …主メモリ １１４ …グラフィクス／オーディオプロセサ １８０ …グラフィクスパイプライン ３０２，３０６ …ドット積計算器 ３０４ …正規化器 ３０８ …マトリクスメモリ ３１０ …２重テクスチャマトリクスメモリ ３１２，３１４ …乗算器 ５００ …テクスチャユニット（テクスチャマッパ） ５０２ …テクスチャメモリ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2C001 BA06 BC00 BC05 CB01 CB06 CC02 5B050 AA08 BA08 BA12 CA03 EA24 EA28 FA02 FA10 5B057 AA20 CA01 CA08 CA13 CA16 CB01 CB08 CB13 CB16 CC01 CH05 5B080 AA13 BA05 CA04 DA08 FA03 GA23

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】使用時にテクスチャマッピング動作のため
    にテクスチャ座標を変換するテクスチャ変換ユニットを
    含むグラフィクス装置において、 ステッチングのために複数の頂点変換を行うために前記
    テクスチャ変換ユニットを再使用するようにしたことを
    特徴とする、グラフィクス装置。
  2. 【請求項２】テクスチャ変換ユニットは、第１ドット積
    計算ユニット、および前記第１ドット積計算ユニットに
    直列的に結合された第２ドット積計算ユニットを含む、
    請求項１記載のグラフィクス装置。
  3. 【請求項３】前記第１ドット積計算ユニットと前記第２
    ドット積計算ユニットとの間に結合された正規化器をさ
    らに備える、請求項１記載のグラフィクス装置。
  4. 【請求項４】テクスチャマッピング動作のためにテクス
    チャ座標を変換しかつステッチングのために複数の頂点
    変換を行う付加的機能を実行する変換ユニット、 変換ユニットに結合され、変換ユニットによって行われ
    た計算に応答してステッチングした表面のイメージを発
    生するイメージ発生器、および発生したイメージを表示
    のためにストアする内蔵フレームバッファを備える、グ
    ラフィクスチップ。
  5. 【請求項５】前記変換ユニットはカスケード接続したマ
    トリクス乗算計算ユニットを含み、そのマトリクス乗算
    計算ユニットの少なくとも１つは第２頂点に関連するス
    テッチングテクスチャを変換するために使用される、請
    求項４記載のグラフィクスチップ。
  6. 【請求項６】変換ユニットはステッチング表面に関連す
    るテクスチャ座標を正規化するための正規化器を含む、
    請求項４記載のグラフィクスチップ。
  7. 【請求項７】グラフィクスイメージを生成するための方
    法であって、 (a) テクスチャをイメージへマッピングするテクスチャ
    マッピング動作に関連してテクスチャ座標を変換するた
    めに変換ユニットを使用するステップ、および(b) イメ
    ージ中においてステッチングした表面を付与するように
    複数の頂点変換を行うために前記変換ユニットを再使用
    するステップを含む、方法。
  8. 【請求項８】家庭用ビデオゲームシステムであって、 テクスチャマッパ、 テクスチャマッパへ付与するためにテクスチャ座標を変
    換する変換ユニット、および可視的なステッチング効果
    を得るように複数の頂点を変換するために変換ユニット
    を再使用するステッチング制御回路を備える、家庭用ビ
    デオゲームシステム。
  9. 【請求項９】汎用プロセサ、および汎用プロセサに結合
    されかつ内蔵フレームバッファを含むパイプライン化し
    たグラフィクスプロセサを備え、 そのパイプライン化グラフィクスプロセサはさらにハー
    ドウェアによるステッチングサポートを含む、家庭用ビ
    デオゲームシステム。
  10. 【請求項１０】ハードウェアによるステッチングサポー
    トは、テクスチャ座標を変換しかつステッチングのため
    に複数の頂点を変換する２つの機能を有する変換ユニッ
    トを含む、請求項９記載のシステム。
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