JP2668867B2 - 断面図描画装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ この発明は断面図描画装置に関し、さらに詳細にいえ
ば、３次元グラフィックディスプレイ装置において３次
元図形の所望箇所を切断した状態を表示するための断面
図描画装置に関する。 ＜従来の技術＞ 従来から３次元グラフィックディスプレイ装置におい
ては、隠面処理機能、および断面処理機能が重要な役割
を果たすので、上記両機能を具備させることが必須にな
ってきている。 第３図は隠面処理機能、および断面処理機能を具備す
る３次元グラフィックディスプレイ装置の従来例を示す
ブロック図であり、図示しないホストコンピュータから
座標データが供給される座標変換プロセッサ（91）と、
座標変換プロセッサ（91）により変換が施されたデバイ
ス座標データが供給されるクリッププロセッサ（92）
と、クリッププロセッサ（92）によりクリッピングが施
されたプリミティブデータが供給される描画プロセッサ
（93）と、描画プロセッサ（93）から出力されるピクセ
ルデータが供給される描画メモリ（94）と、描画プロセ
ッサ（93）から出力されるピクセルデータが供給される
ことにより、以前に設定されている座標データとに基い
て描画メモリ（94）に書込み許可信号を供給するＺバッ
ファ（95）と、描画メモリ（94）に格納されているピク
セルデータに基いて可視的表示を行なわせるモニタ（9
6）とを具備している。 したがって、ホストコンピュータから供給されてきた
座標データを座標変換プロセッサ（91）によりデバイス
座標データに変換し、ユーザが指定する領域の外にある
プリミティブデータをクリッププロセッサ（92）により
クリッピングし、描画プロセッサ（93）に供給する。そ
して、描画プロセッサ（93）においては、上記指令領域
内にあるプリミティブデータの各点をx,y,zの各方向に
補間しながらＺバッファ（95）にｚデータを供給すると
ともに、描画メモリ（94）に（x,y,c）データを供給す
る。 上記Ｚバッファ（95）においては、（x,y）データ毎
のｚ値を記憶し、ピクセルデータ（x,y,z1）と現在記憶
している（x,y,z0）とを比較し、０≦z1≦z0の状態であ
れば、（x,y,z1）を表示させるべき描画メモリ（94）に
書込み許可信号を供給し、z1を新たなz0としてセットす
る。逆に、z0＜z1の場合には、書込み許可信号を出力し
ない。したがって、Ｚバッファ（95）を使用してz0値を
順次更新してゆくことにより、隠面処理を行なうことが
できる。 また、断面表示を行なう場合には、上記クリッププロ
セッサ（92）に断面のｚ値を供給しておき、x,yに関し
てクリッピングが施された各プリミティブデータを再び
クリッププロセッサ（92）に供給しながら、上記ｚ値よ
り手前のプリミティブデータを排除するとともに、交差
する場合にはクリップし、得られたプリミティブデータ
を描画プロセッサに供給すればよく、３次元図形の断面
表示を行なうことができる。 ＜発明が解決しようとする問題点＞ 上記の構成の断面表示機能を実行する場合には、断面
との交差点を得るために中点分割法、直線方程式代入法
が使用されるのであるが、何れもソフトウェア、ハード
ウェアが複雑であり、しかも処理時間が長くなってしま
うという問題がある。即ち、中点分割法においては、収
束が遅いため結果的に処理が遅くなるのであり、直線方
程式代入法においては乗算、および除算を行なわなけれ
ばならないので、処理が複雑化するとともに、処理が遅
くなるのである。 また、クリッププロセッサ（92）に対して断面のｚ値
を供給しておくのであるから、平面１枚程度の切断面し
か定義することができず、折れ面等に基く断面表示は、
実際には殆ど行なうことができないという問題もある。 また、上記問題点を解消するために、予め切断平面を
デプスバッファに描画しておいて、デプスバッファに描
画された各ピクセルのｚ値と実際に描画すべき描画図形
の各ピクセルのｚ値とを比較しながら必要なピクセルの
みを描画することが考えられる。 そして、このようにすれば、切断面が平面であって
も、折れ面であっても、自由曲面であっても、簡単に表
面表示を行なうことができるという利点を有すると思わ
れる。 しかし、この場合には、切断平面を描画した後、実際
の図形を描画しなければならないのであるから、全体と
して断面図の描画速度を余り高速化することができない
のみならず、切断平面を描画するためのデプスバッファ
のプレーン数を隠面処理を行なうためのｚバッファのプ
レーン数と等しくする必要があり、使用頻度が低い断面
図描画のために多プレーン数のデプスバッファを常時準
備しておく関係上、構成が複雑化し、しかもコストアッ
プになるという問題がある。 ＜発明の目的＞ この発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであ
り、システム構成を簡素化することができるとともに、
各種の切断面に基く断面表示を高速に、かつ簡単に行な
うことができる断面図描画装置を提供することを目的と
している。 ＜問題点を解決するための手段＞ 上記の目的を達成するための、この発明の断面図描画
装置は、描画図形の直線補間演算を行なって、描画図形
を構成し、かつ描画メモリに描画されるべきピクセルデ
ータを生成する補間手段と、切断面方程式に基いて算出
された複数の切断面の各点のｚ値と描画図形の各点のｚ
値との大小関係を判別する複数個の判別手段と、複数個
の判別手段により得られた複数個の判別結果に基いて、
各ピクセル毎に、描画図形のｚ値が全ての切断面のｚ値
を基準として描画側であるか否かを判別し、描画図形の
ｚ値が全ての切断面のｚ値を基準として描画側である場
合に上記描画されるべきピクセルデータを描画メモリに
書込み、描画図形のｚ値が少なくとも１つの切断面のｚ
値を基準として非描画側である場合に上記描画されるべ
きピクセルデータを描画メモリへの書込みを禁止する描
画制御データを生成する描画制御データ生成手段とを有
するものである。 ＜作用＞ 以上の構成の断面図描画装置であれば、描画すべきピ
クセルデータを描画プロセッサから描画メモリに伝送
し、描画メモリの内容に基いてディスプレイ上に３次元
図形を表示する場合において、補間手段により描画図形
の直線補間演算を行なって、描画図形を構成し、かつ描
画メモリに描画されるべきピクセルデータを生成する。 また、切断面方程式に基いて算出された複数の切断面
の各点のｚ値と描画図形の各点のｚ値との大小関係を複
数個の判別手段によりそれぞれ判別して描画制御データ
生成手段に供給する。 したがって、描画制御データ生成手段においては、上
記各判別手段から出力される判別信号に基いて各ピクセ
ル毎に、描画図形のｚ値が全ての切断面のｚ値を基準と
して描画側であるか否かを判別し、描画図形のｚ値が全
ての切断面のｚ値を基準として描画側である場合に上記
描画されるべきピクセルデータを描画メモリに書込み、
描画図形のｚ値が少なくとも１つの切断面のｚ値を基準
として非描画側である場合に上記描画されるべきピクセ
ルデータを描画メモリへの書込みを禁止する描画制御デ
ータを生成することができ、この制御データに基いて各
ピクセル毎に描画すべきか否かを制御することにより断
面図を描画させることができる。 さらに詳細に説明すれば、例えば、ｎ個の切断面が、 で表現されるものである場合には、これらの切断面を境
界面とする任意に領域は （但し、＊_ｉは＞，＜，≧，≦，≠，＝の何れか）で表
現される。 以下、簡略化するために、＊_ｉが＞または＜の何れか
一方のみを表わすものとし、各＊_ｉに対応するフラグfi
を、＞の場合に０、＜の場合に１と定めれば、ディスプ
レイ上の画素のx,y座標値に対応する各切断面上の境界
面のｚ座標zBLiは、 zBLi＝−（aix＋biy＋di）/ci で表わされる。 したがって、描画点（x,y,z）が上記任意の領域の内
部に存在するか否かは、 ｚ＊_izBLi を全て充足しているか否かにより判別することができ
る。 即ち、上記 ｚ＊_izBLi を全て充足しているか否かを示す描画制御データを生成
し、この描画制御データに基いて各ピクセル毎に描画す
べきであるか否かを制御することにより、ｎ個の切断面
により切断された断面図を描画させることができる。 ＜実施例＞ 以下、実施例を示す添付図面によって詳細に説明す
る。 第１図は断面図描画装置の一実施例の要部を示すブロ
ック図であり、頂点データに基いて直線補間演算を行な
うことにより描画すべき線分の始点、終点に対応する２
点の座標データを得るｘ値、ｙ値、ｚ値、カラーデータ
用の直線補間器（11）（12）（21）（22）（31）（32）
（41）（42）を有しているとともに、各切断面のｚ値用
の直線補間器（111）（112）（121）（122）…（1n1）
（1n2）を有している。そして、上記各対の直線補間器
から出力される２点の座標データに基いて直線補間演算
を行なうことにより、描画すべき線分の各点の座標デー
タを得る線分描画回路（13）（23）（33）（43）（11
3）（123）…（1n3）を有している。さらに、上記ｚ値
用の線分描画回路（33）からの出力データと、各切断面
のｚ値用の線分描画回路（113）（123）…（1n3）から
の出力データとを入力とするコンパレータ（114）（12
4）…（1n4）を有しているとともに、各コンパレータ
（114）（124）…（1n4）からの出力信号、および各切
断面に対応する条件フラグが格納してあるフラグレジス
タ（51）からのフラグデータをそれぞれ入力として出力
信号とフラグデータとが一致しているか否かを示す信号
を出力するXNORゲート（115）（125）…（1n5）を有
し、しかも、上記XNORゲート（115）（125）…（1n5）
からの出力信号を入力とするANDゲート（52）を有して
いる。 尚、（53）はCPUであり、（54）はI/Oインターフェー
スであり、（55）はメモリである。 上記の構成の断面図描画装置の動作は次のとおりであ
る。 上記直線補間器（11）（12）（21）（22）（31）（3
2）（41）（42）（111）（112）（121）（122）…（1n
1）（1n2）により、描画すべき図形の互に対向する稜線
データ（ｘ値、ｙ値、ｚ値、およびカラーデータ）を得
るとともに、各切断面の、前記稜線データに対応するｚ
値を得る。 次いで、上記１対の稜線データ、および各切断面の１
対のｚ値に基いて、上記線分描画回路（13）（23）（3
3）（43）（113）（123）…（1n3）により線分描画デー
タを得る。 そして、上記各線分描画回路（113）（123）…（1n
3）により得られた線分描画データと、線分描画回路（3
3）により得られた線分描画データとをコンパレータ（1
14）（124）…（1n4）に供給することにより、各切断面
毎に設定されている切断条件（例えば、手前側を描画す
る条件、向こう側を描画する条件等）に合致しているか
否かを示す信号を出力し、それぞれXNORゲート（115）
（125）…（1n5）に供給する。 また、上記XNORゲート（115）（125）…（1n5）に
は、フラグレジスタ（51）からの、各切断面毎に予め設
定されている切断条件に対応するフラグが供給されてい
るので、切断条件に合致している場合にのみフラグ“1"
を出力し、切断条件に合致していない場合には、フラグ
“0"を出力する。そして、各XNORゲート（115）（125）
…（1n5）からのフラグはANDゲート（52）に供給されて
いるので、全てのXNORゲートからフラグ“1"が出力され
た場合にのみ描画すべきことを示すフラグ“1"が出力
し、少なくとも１つのXNORゲートからフラグ“0"が出力
された場合には、描画しないことを示すフラグ“0"を出
力する。 したがって、上記ANDゲート（52）からフラグ“1"が
出力されている場合にのみ上記線分描画回路（13）（2
3）（33）（43）から出力される座標データに基いて定
まる画素を表示し、逆に、上記ANDゲート（52）からフ
ラグ“0"が出力されている場合には上記線分描画回路
（13）（23）（33）（43）から出力される座標データに
基いて定まる画素の表示を行なわない。 以上、要約すれば、描画図形の各ピクセルに対応する
座標値を得るとともに、描画図形の頂点座標に基いて各
切断面のｚ値を各ピクセル毎に得、描画図形の各ピクセ
ルに対応するｚ値と各切断面のｚ値との大小関係を判別
して、全ての切断面に対して切断条件を満足するピクセ
ルのみを表示することができるのであるから、複数の面
による断面表示、複数の面により包囲された領域のみの
表示（以下、領域セクショニングという）等を簡単に行
なうことができる。即ち、切断面が１枚増加する毎に上
記直線補間器を１対ずつ増加させるとともに、直線描画
回路、コンパレータ、およびXNORゲートを１個ずつ増加
させるのみでよく、切断面の増加に簡単に対処すること
ができる。 第２図は他の実施例を示すブロック図であり、上記実
施例と異なる点は、各切断面のｚ値用の直線補間器（11
1）（112）（121）（122）…（1n1）（1n2）に代えて、
描画図形のｚ値と各切断面のｚ値との差分値を直線補間
する差分値用の直線補間器（211）（212）（221）（22
2）…（2n1）（2n2）を使用する点、上記各切断面のｚ
値用の線分描画回路（113）（123）…（1n3）に代え
て、上記直線補間器（211）（212）（221）（222）…
（2n1）（2n2）からの出力データを入力として差分値を
直線補間する線分描画回路（213）（223）…（2n3）を
使用する点、およびコンパレータ（114）（124）…（1n
4）を省略して、上記直線補間器（211）（212）（221）
（222）…（2n1）（2n2）から出力される符号データを
直接XNORゲート（115）（125）…（1n5）に供給してい
る点のみである。 したがって、この実施例の場合には、各切断面のｚ値
を直線補間する代わりに、直線補間器（211）（212）
（221）（222）…（2n1）（2n2）によって描画図形のｚ
値と各切断面のｚ値との差分値を直線補間することによ
り、描画すべき線分の始点、終点に対応する２点のｚ値
と各切断面のｚ値との差分値を得、上記始点、および終
点に対応する差分値を線分描画回路（213）（223）…
（2n3）によって直線補間することにより、上記始点、
および終点に対応する描画図形の線分を構成する各ピク
セルのｚ値と各切断面のｚ値との差分値を得ることがで
きる。 そして、上記各ピクセルのｚ値と各切断面のｚ値との
差分値（絶対値データ、および符号データ）のうち、符
号データが得られれば、各ピクセルが各切断面の何れの
側に存在するかを判定することができるので、上記各符
号データを、フラグレジスタ（51）からのフラグデータ
が供給されているXNORゲート（115）（125）…（1n5）
に供給することにより、フラグレジスタ（51）において
予め設定されている切断条件と一致している場合にのみ
フラグ“1"を出力し、切断条件に合致していない場合に
は、フラグ“0"を出力する。そして、各XNORゲート（11
5）（125）…（1n5）からのフラグはANDゲート（52）に
供給されているので、全てのXNORゲートからフラグ“1"
が出力された場合にのみ描画すべきことを示すフラグ
“1"を出力し、少なくとも１つのXNORゲートからフラグ
“0"が出力された場合には、描画しないことを示すフラ
グ“0"を出力する。 したがって、上記実施例の場合と同様にANDゲート（5
2）から出力されるフラグデータに基いて、全ての切断
条件に合致するピクセルのみを表示することにより、複
数の切断面により切断された状態の図形を表示すること
ができる。即ち、この実施例においても、切断面が１枚
増加する毎に、描画すべき線分の始点、終点に対応する
２点のｚ値と各切断面のｚ値との差分値を直線補間する
直線補間器を１対ずつ増加させるとともに、線分描画回
路、およびXNORゲートを１個ずつ増加させるのみでよ
く、切断面の増加に簡単に対処することができる。 尚、上記の構成の断面図描画装置は、描画図形と切断
面とが交差する場合、および全く交差しない場合（描画
図形が切断面の手前側にある場合、および切断面の向こ
う側にある場合）の何れの場合にも適用することが可能
であるが、線分をｚ値が連続的に一方向のみに変化する
ものに限定しておいて、この線分の両端のｚ値と切断境
界面のｚ値との大小関係を予め判別し、線分の両端にお
ける大小関係の判別結果が同一でない場合（描画図形と
切断面とが交差している場合）にのみ上記の動作を行な
わせ、大小関係の判別結果が同一である場合（描画図形
と切断面とが交差していない場合）には、大小関係に対
応させて、線分全体を描画するか、或は線分全体の描画
を行なわないように制御することができる。 尚、この発明は上記の実施例に限定されるものではな
く、例えば線分の両端のｚ座標値と切断面の対応するｚ
座標値との差分値の符号を判別し、或はポリゴンの全頂
点のｚ座標値と切断面の対応するｚ座標値との差分値の
符号を判別することにより、線分単位、或はポリゴン単
位で描画すべきか否かを判別することにより、処理すべ
き線分数、或はポリゴン数を予め減少させ、断面図の表
示をより一層高速化することが可能である他、この発明
の要旨を変更しない範囲内において種々の設計変更を施
すことが可能である。 ＜発明の効果＞ 以上のようにこの発明は、複数の切断面による断面図
の表示をセクショニングバッファ（切断面のｚ値を記憶
しておく専用のデプスバッファ）を使用することなく行
ない得るようにして、構成を簡素化するとともに、コス
トダウンを達成することができ、しかも、切断面をセク
ショニングバッファに描画する必要がなくなるので、切
断面の数が増加した場合においても、断面図の表示を高
速に行なうことができるという特有の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】 第１図はこの発明の断面図描画装置の一実施例の要部を
示すブロック図、 第２図は他の実施例を示すブロック図、 第３図は従来例を示すブロック図。 （11）（12）（21）（22）（31）（32）（41）（42）
（111）（112）（121）（122）…（1n1）（1n2）（21
1）（212）（221）（222）…（2n1）（2n2）……直線補
間器、 （13）（23）（33）（43）（113）（123）…（1n3）…
…線分描画回路、 （114）（124）…（1n4）……判別手段としてのコンパ
レータ、 （213）（223）…（2n3）……判別手段としての線分描
画回路、 （51）……描画制御データ生成手段を構成するフラグレ
ジスタ、 （52）……描画制御データ生成手段を構成するANDゲー
ト、 （115）（125）…（1n5）……描画制御データ生成手段
を構成するXNORゲート

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．描画すべきピクセルデータを描画プロセッサから描
   画メモリに伝送し、描画メモリの内容に基いてディスプ
   レイ上に３次元図形を表示する３次元グラフィックディ
   スプレイ装置において、描画図形の直線補間演算を行な
   って、描画図形を構成し、かつ描画メモリに描画される
   べきピクセルデータを生成する補間手段と、切断面方程
   式に基いて算出された複数の切断面の各点のｚ値と描画
   図形の各点のｚ値との大小関係を判別する複数個の判別
   手段と、複数個の判別手段により得られた複数個の判別
   結果に基いて、各ピクセル毎に、描画図形のｚ値が全て
   の切断面のｚ値を基準として描画側であるか否かを判別
   し、描画図形のｚ値が全ての切断面のｚ値を基準として
   描画側である場合に上記描画されるべきピクセルデータ
   を描画メモリに書込み、描画図形のｚ値が少なくとも１
   つの切断面のｚ値を基準として非描画側である場合に上
   記描画されるべきピクセルデータを描画メモリへの書込
   みを禁止する描画制御データを生成する描画制御データ
   生成手段とを有することを特徴とする断面図描画装置。