JP2637959B2 - 画像生成装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は，装置内に蓄積されている仮想的な３次元物
体の数値データから，立体的に見える画像を生成する画
像生成装置に関するものである。

〔従来の技術と問題点〕

従来の高精細画像生成装置では画像中の全画素の値を
１画素づつ正確に求めていたので，精細な画像を生成す
るためには時間がかかる欠点を持っていた。そこで，一
部の画素のみ輝度計算を行い，残りの画素については補
間によって求める装置も考案されている（特願昭60−34
149）が,3次元物体の位置を再帰的な分割法によって求
めているため，無駄な画素の輝度計算を含むばかりでな
く,3次元物体の見落としによる画質劣化も生じている。

これは画面上における物体の表示位置が不明なために
生じる問題であり，集合演算で表現される３図元物体の
投影図が求まれば解決される。しかしながら，従来の方
法（スキャンライン法,Zバッファ法）では２次曲面体の
集合演算の取り扱いが出来ないため前記の投影図を求め
る事は不可能であった。

〔問題を解決するための手段〕

本発明は,2次曲面体の集合演算で表現される物体の投
影図を求めるために,2枚の補助画面を使用して,2次曲面
体の透視変換像を画面の走査線毎に求め,2次曲面体の集
合演算を実現して集合演算で定義される３次元物体の透
視変換像を求めるようにした画像生成装置である。

〔実施例〕

以下，本発明の画像生成装置とこれを用いた画像生成
態様とについて説明する。

第１図において,1は数値データから成つの立体の交点
を走査線毎に求める交点計算装置,2は数値データから描
画する始点と終点を走査線毎に求める始点・終点計算装
置,3は画像メモリ６の読み書きを行う読み出し描画装
置,4は画像メモリ７の読み書きを行う読み出し描画装
置,5は装置３または装置４の読み出し書き込み値を比較
する画素値比較装置,6は積・差計算時に用いる補助画面
を格納する画像メモリ（ここで延べる差とは積がＡ・Ｂ
で定義されるのに対し,A・あるいは・Ｂで定義され
る）,7は和計算時に用いる補助画面を格納する画像メモ
リ,8は画像を生成するための数値データを格納するデー
タメモリ,9は任意の集合式を積和形式に変換するデータ
変換器,10は入力データを保有する入力データ保持器で
ある。

次に第１図に示された画像生成装置を用いた画像生成
態様について説明する。説明を簡単にするため，第２図
（Ａ）ないし（Ｅ）に示された画像の例を用いて，画像
生成過程を具体的に順を追って下記１）〜10）で説明す
る。但し，入力データ保持器10には以下に示す集合演算
式で関係付けられている３つの２次曲面体または平面の
数値データが格納されているものとする。なお当該数値
データとは，例えば球に対応するものであれば中心座標
と半径とを表す数値データであり,2次曲面体などを一義
敵に表現するためのパラメータであって，この数値デー
タにより方程式が一義的に決まるものである。

３次元物体＝（物体Ａ∩物体Ｂ）∪物体Ｃ １）データ変換器９は，入力データ保持器10内に集合式
で与えられた３次元物体の数値データを読み取り，積和
形式に変換してデータメモリ８に書き込む。本例では既
にデータが積和形式であるのでそのままをデータメモリ
８に書き込む。

２）積あるいは差の頂から先に計算する。初めにデータ
メモリ８に格納された積項データから物体Ａの投影図を
書き込むが，透視画像を含む走査線のｙ方向最大値（YM
AX0）と最低値（YMIN0）とは解析的に求める。そして,Y
MIT0からYMAX0まで各々の走査線毎に，始点・終点計算
装置２はこの走査線を含む透視面の記述式と物体Ａの表
現式の透視変換した式とを連立させて始点と終点とを決
定し，読み出し描画装置３に対して，始点から終点まで
物体Ａを画素値11で画像メモリ６へ書き込む事を命令す
る。

３）次に物体Ｂの書き込みを行う。書き込み方法は手続
き２）と基本的に同じであるので，特に物体Ａとの干渉
計算の方法について説明する。今,y＝Y0の走査線上で物
体Ｂの書き込みを行う場合，始点・終点計算装置２はこ
の走査線を含む透視面の記述式と物体Ｂの表現式の透視
変換した式とを連立させて始点x0と終点x1を決定し，読
み出し描画装置３に対して,x0からx1まで物体Ｂを画素
値12で画像メモリ６へ書き込む事を命令する（図Ａ）。

４）読み出し描画装置３は画像メモリ６にx0からx1まで
画素値12を書き込むが，書き込む。しかし，この場合に
は，画像メモリ６には物体Ａのデータが画素値11として
書き込まれているから，書き込む前に必ず同じ位置の画
素値を読み出し，画素値比較装置５がこの読み出し値と
現在の書き込み値とを比較する。この時,x2において積
または差で関係付けられた物体（本例では物体Ａ）の存
在を認めると，読み出し描画装置３を停止させ，交点計
算装置１に対して物体Ａと物体Ｂとの透視面上における
交点計算を指令する。

５）交点計算装置１は透視面上における物体Ａと物体Ｂ
の交点を求め，この結果を基に始点・終点計算装置２は
読み出し描画装置３に対して始点・終点・画素値の変更
命令を発する。図Ｃではx2からx3までを画素値13でx3か
らx1までを画素値14で書き込みを命じる。読み出し描画
装置３は変更された値に基づいて物体Ｂを画像メモリ６
に描画する（図Ｃ）。なお，この区間に更に積または差
で関係付けられた他の物体が存在する場合は，手続き
４）を繰り返す。

６）３）から５）までの走査を物体Ｂについて求めた走
査線上の最大値（YMAX1）から最小値（YMIN1）の全ての
走査線に対して実行する（図Ｄ）。

７）物体Ｃの透視変換像を画像メモリ７に手続き２）と
同じ方法で書き込む。次に描画装置３が画像メモリ６上
に描画された物体Ａと物体Ｂの積の部分（図Ｄでは画素
値13と14の領域）を１走査線毎に読み出す。また，これ
に同期して，画像メモリ７の同位置の画素値を読み出し
描画装置４が読み出し，両読み出し値を画素値比較装置
５が比較する。この時，転送先に和で関係付けられた物
体（本例では物体Ｃ）の存在を認めると，読み出し描画
装置３及び４を停止させ，交点計算装置１に対して物体
Ｃの存在を通知する。存在しない場合は読み出し描画装
置３の読み出した画素値を読み出し描画装置４が画像メ
モリ７に書き込む。

８）交点計算装置１は透視面上における物体ＡまたはＢ
と物体Ｃの交点を求め，この結果を基に始点・終点計算
装置２は読み出し描画装置４に対して始点・終点・画素
値の変更命令を発する。読み出し描画装置４は変更され
た値に基づいて物体Ａ・Ｂを画像メモリ７に描画する。
なお，この区間に更に和で関係付けられた他の物体が存
在する場合は，手続き７）を繰り返す。

９）７）から８）までの操作をｙ＝YMIN2からｙ＝YMAX2
の全ての走査線に対して実行する（図Ｅ）。

10）積項が複数ある場合は，画像メモリ６を初期化した
後で，残りの積項一つ一つに体して２）から９）までの
操作を適用する。

本態様の場合,2枚の補助メモリを使用して２次曲面体
の集合演算式で定義された３次元物体を直接描画する事
を最も主要な特徴とする。従来の技術とは以下の点で異
なる。

まず，スキャンライン法は平面した取り扱うことが出
来ない点で本態様にくらべて明らかに劣る。

次にＺバッファ法は２次曲面体を取り扱えるが,1画素
毎に奥行きを求めなければならないため２次曲面体の描
画は時間がかかり，集合演算も積・差の実現は局めて難
しい。一方，本態様においては２つの３次元物体間の交
差判定は１走査線毎に１回で良く，集合演算も和・差・
積の全てを統一させた手法で取り扱える点で優れてい
る。

本発明の装置は，必要な２枚の補助画面を主記憶とは
別に持ち,2つの読み出し描画装置と画素値比較装置によ
って両補助画面が結合されている事を最も主要な特徴と
する。従来の技術，例えば汎用プロセッサ上で行う方式
と比較して以下の点で異なる。

本発明の場合,2枚の補助画面間で高速のデータ転送・
比較を必要とするが，これを汎用のCPUで実現するとオ
ーバーヘッドが大変大きくなる。また，前記のように単
なる転送ではなく，転送先のデータを予め読み取り，集
合演算の対象となるか否かの判定後，否の場合のみデー
タ転送を行う等の複雑な処理を必要とするために,DNAで
これを行う事は不可能である。しかし，本発明によれば
このような問題は起こらない。更に本発明によれば始点
・終点計算について始点・終点計算装置２が行い，描画
について読み出し描画装置３または４が独立に行うた
め，前記手続きの３）５）と４）との間，あるいは７）
と８）との間は並列に実行され，更に処理が高速化され
る。

〔発明の効果〕

以上説明した如く，本発明によれば,3次元物体の透視
変換像を求めることができる。このために,3次元物体の
透視画像を求め，その画像にシェーディングを施す事が
可能となるが，この画像生成法の効果はきわめて大き
い。即ち，例えば本発明による態様と一部の画素のみ輝
度計算を行い，残り画素補間に依って求める光線追跡法
とを組合わせた場合,3次元物体の境界線が既知であるた
め物体の境界に隣接する画素を選択して効果的に輝度計
算を行い，使用しない場合と比べて大幅に輝度計算を適
用する画素数を削減し処理を高速化する事が出来る。ま
た，補助画面を走査する事によって補完の際に生じる小
さな物体の見落としも防止できるため，画質も更に向上
する。また，スキャンライン法と同じシェーディングを
用いるならば，従来のスキャンライン法のように曲面を
平面のパッチで近似的に表現する事なく直接描画でき，
立体の集合演算で表現されるCSGモデルを直接取り扱う
事が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置の一実施例の構成図，第２図は第
１図図示の装置による本発明の画像生成態様についての
説明図である。 １は交点計算装置,2は始点・終点計算装置,3,4は読み出
し描画装置,5は画素値比較装置,6,7は画像メモリ,8はデ
ータメモリ,9はデータ変換器,10は入力データ保持器を
表す。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】２次曲面体の集合演算で表現される３次元
   物体の投影図を生成する装置において、 ３次元物体の集合演算式を積和形式に変換するデータ変
   換手段と、 ３次元物体の数値データに基づき前記３次元物体間の交
   点を投影面上の走査線毎に求める交点計算手段と、 前記３次元物体の数値データに基づき描画する始点と終
   点とを走査線毎に求める始点・終点計算手段と、 積あるいは差計算時に用いる補助画面を格納する第１の
   画像メモリと、 和計算時に用いる補助画面を格納する第２の画像メモリ
   と、 第１の画像メモリの読み書きを行う第１の読み出し描画
   手段と、 第２の画像メモリの読み書きを行う第２の読み出し描画
   手段と、 第１の読み出し描画手段と第２の読み出し描画手段との
   読み出し書き込み値を比較する画素値比較手段と、 データ変換手段において得られた積和形式のうち、積ま
   たは差で関係づけられた計算項については、前記始点・
   終点計算手段によって求められた始点、終点と前記交点
   計算手段によって求められた交点とに基づき前記３次元
   物体の投影図を走査線毎に第１の読み出し描画手段によ
   り第１の画像メモリに書き込み、 和で関係づけられた計算項については、最初に第２の画
   像メモリに和で関係づけられた３次元物体の投影図を走
   査線毎に第２の読み出し描画手段により書き込み、次に
   既に第１の読み出し描画手段により書き込まれた第１の
   画像メモリを読み出して第２の画像メモリの値と画素比
   較手段により比較し、第２の画像メモリの値が存在しな
   い時には、そのまま第１の画像メモリの値を走査線毎に
   第２の画像メモリに第２の読み出し描画手段により書き
   込み、第２の画像メモリの値が存在する時には、前記始
   点・終点計算手段によって求められた始点、終点と前記
   交換計算手段によって求められた交点とに基づき第２の
   画像メモリに和で関係づけられた３次元物体の投影図を
   走査線毎に第２の読み出し描画手段により書き込み、 前記書き込みをすべての走査線にわたって実行する 制御手段とを有する ことを特徴とする画像生成装置。