JP2682559B2 - 物体の画像をディスプレイ装置上に表示する装置及び方法並びにコンピュータ・グラフィックス表示システム - Google Patents

物体の画像をディスプレイ装置上に表示する装置及び方法並びにコンピュータ・グラフィックス表示システム

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JP2682559B2
JP2682559B2 JP5208083A JP20808393A JP2682559B2 JP 2682559 B2 JP2682559 B2 JP 2682559B2 JP 5208083 A JP5208083 A JP 5208083A JP 20808393 A JP20808393 A JP 20808393A JP 2682559 B2 JP2682559 B2 JP 2682559B2
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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
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  • Image Generation (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は図形画像の生成方法及び
装置に関し、特にデータ処理システム内部で表示される
図形画像のシェーディング方法及び装置に関する。より
詳しくは、本発明は所望でないアーティファクト(人為
結果)の生成を最小にするデータ処理システムにおいて
表示されたポリゴンのシェーディング方法及び装置を提
供する。
【０００２】
【従来の技術】コンピュータ・グラフィックス表示シス
テム、例えばCAD/CAMグラフィックス・ワークステーシ
ョンは科学、エンジニアリング、製造及び他のアプリケ
ーションにおいて物体(オブジェクト)の画像を生成及び
表示するために広く利用されている。これらのコンピュ
ータ・グラフィックス・システムは写真品質に近い図形
画像を含む視覚効果の領域を提供する。多くのアプリケ
ーションは写真のような完全な品質を必ずしも要求しな
いが、それらはシェーディング及び複数光源を用いた物
体の精密な三次元線画を要求する。コンピュータ・グラ
フィックス表示システムにおいて物体の表面は通常ポリ
ゴン・メッシュによって表現される。ポリゴン・メッシ
ュは頂点、稜線(エッジ)及びポリゴンの集合である。ポ
リゴン・メッシュは例えばアプリケーション、モザイク
状NURBS(一般的なパラメータ指定による有理Bスプライ
ン)表面、球体、錐体等のような多くのソースから得る
ことができる。頂点は稜線により連結され、一方ポリゴ
ンは稜線又は頂点の連続であると考えられる。
【０００３】物体のポリゴン表現はコンピュータ・グラ
フィックス・システムにおける画像生成のアーティファ
クトであり、通常見る人を対象としたものではない。対
応するポリゴン・メッシュよりも見かけ上より現実的で
あるビデオディスプレイにおける視覚的な物体を示すた
めに種々の手法が、隠面を除くこと並びにコンピュータ
・グラフィックス・システムにおける可視表面に対して
シェーディング及びテクスチュア付加のために開発され
てきた。シェーディングを含む操作の効率はこのような
操作が一般に1画像当たり100万個以上の画素に対して行
われるので、コンピュータ・グラフィックス・システム
の性能に対して重要である。
【０００４】輝度補間シェーディング又はカラー補間シ
ェーディングとも呼ばれるグーロー(Gouraud) シェーデ
ィングは輝度不連続を除去するためにリアルタイムシス
テムにおいて一般的に用いられるシェーディング方法で
ある。グーロー・シェーディングの詳しい説明はアディ
ソン-ウェズリー出版社(Addison-Wesley PublishingCom
pany) 発刊のフォレイ(Foley) 、ファン・ダン(Van Da
m) 、フェイナー(Feiner)及びヒューズ(Hughes)による
テキストであるコンピュータ・グラフィックス：理論と
実際(Computer Graphics: Principles and Practice)
(第2版、1990)に見出せるであろう。グーロー・シェー
ディングは近似される表面を考慮するポリゴン頂点照明
値を補間(内挿)することによってポリゴン・メッシュ内
の個々のポリゴンに対して適用される。このシェーディ
ング処理はポリゴン・メッシュの各頂点に対して法線ベ
クトルが既知であることを必要とする。或いは頂点法線
がメッシュに蓄積されずまた実際表面から直接的に決定
されることができない場合、それらは各頂点を共有する
全てのポリゴン小面の表面法線を平均化することによっ
て近似される。
【０００５】次に頂点輝度は任意の所望のライティング
・モデルで頂点法線を利用して見出される。最終的に各
ポリゴンは各稜線に沿ってそれから稜線間において頂点
輝度の直線的な補間によってシェーディングされる。こ
の方法はカラー・バンド当たりの画素当たりただ1つの
付加で許容出来る品質の画像を生成するので、リアルタ
イムシステムにおいて一般的であるが、シェーディング
は不所望のアーティファクトを創成する。
【０００６】例えばあるアーティファクトはポリゴンの
大部分にわたって頂点において発生するスペクトルハイ
ライト(強調表示)の広がりである。更に、ポリゴン内部
のスペクトルハイライトは頂点に一部乗らない場合は、
全体として除かれる。グーロー・シェーディングに関す
る他の阻害特性は特定の見る角度において動く物体が平
坦化する傾向にあること、表面が鈍い又はチョーキーに
見えること及び画像が明白なマッハ効果、即ち不連続部
における輝度変化の誇張を示すということの事実が含ま
れる。
【０００７】法線ベクトル補間シェーディングとしても
知られているフォン(Phong) シェーディングは平坦化及
び鈍い表面を排除し且つ輝度よりもむしろ表面法線ベク
トル、Nバーを補間することによってマッハ効果を減少
させるシェーディングに対するよりよいアプローチであ
る。本明細書中でNバーのごときバー付き文字又は矢印
付き文字はベクトルを表すために用いられる。このアプ
ローチは各頂点において与えられた法線ベクトルを補間
すること及び各点においてライティングの式を適用する
ことに関連している。シェーディングの他の原理と共に
グーロー・シェーディング及びフォン・シェーディング
のようなシェーディング技術についての詳しい情報はア
ディソン・ウェズリー出版社刊のフォレイ、ファン・ダ
ン、フェイナー及びヒューズによるテキストであるコン
ピュータ・グラフィックス：理論と実際(第2版、1990)
に見出せるであろう。
【０００８】図1をここで参照すると、ライティング・
モデルに関する幾何学を説明したダイアグラムが描かれ
ている。同図でNバーは表示された物体30の表面に対す
る法線ベクトルであり、Vバーは見る側を指し示す視点
ベクトルであり、Lバーは光源ベクトルであり、Hバーは
"中間" ベクトル又は完全鏡面反射ベクトルである。θ
は入射角度であり、βはHバーとNバーとの間の角度であ
る。
【０００９】下記にシンボル及びそれらの定義のリスト
を挙げる。 Vバー；視点の方向を指すベクトル Nバー；外表面法線ベクトル。このベクトルはトライア
ングルの3つの頂点における値を用いてそのトライアン
グルに対して補間される Hバー； "中間" ベクトル又は完全鏡面反射ベクトル。
法線ベクトルと同様にこのベクトルはこのトライアング
ルに対して補間される。Hバー＝(Lバー＋Vバー)/2であ
る ｆatt；目の位置から表面上の位置までの光の減衰(通常
約1) Iaλ；波長λの関数である環境光輝度。一般に赤、緑及
び青の波長とされることが可能 Ipλj；λの関数である点光源ｊの輝度。ｊはサンメー
ション変数(全ての光源の和) Kar；物体の環境光反射係数 Ksr；物体の鏡面反射係数 Kdr；物体の拡散反射係数 Lバー；物体から光源に向かうベクトル(トライアングル
に対して補間される) Odλ；物体の拡散カラー Osλ；物体の鏡面反射カラー β；ベクトルNバー及びHバーの間の角度(図1参照) θ；ベクトルNバー及びLバーの間の角度 n；鏡面反射ハイライト指数(通常＝1,128) 注記: "λ" は3つの色成分、赤、緑及び青を意味する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】従って本発明の目的の
1つは図形画像の生成方法及び装置を提供することであ
る。
【００１１】本発明の他の目的はデータ処理システム内
部で表示される図形画像のシェーディング方法及び装置
を提供することである。
【００１２】本発明の更に他の目的は所望でないアーテ
ィファクトを最少化するデータ処理システムに表示され
たポリゴンのシェーディング方法及び装置を提供するこ
とである。
【００１３】
【課題を解決するための手段及び作用】前述の目的は以
下に説明されるように達成される。本発明は少なくとも
1の光源によって照明された物体の画像をポリゴン・メ
ッシュによって図形的に表現された画像として且つ該メ
ッシュ内の各ポリゴンが1組の頂点によって規定された
表面を有し該表面が複数の点を有するようにコンピュー
タ・グラフィックス表示システム内のディスプレイ装置
上に表示する装置を提供する。この装置はフレーム・バ
ッファ・メモリと、鏡面反射ハイライト寄与及び拡散カ
ラー寄与を求めるのに使用するために前記フレーム・バ
ッファ・メモリに記憶された少なくとも1つのテーブル
と、前記メッシュ内のポリゴン表面を定義する1組の頂
点を表す信号に応答して且つ環境光に応答して前記ポリ
ゴン・メッシュ内の選択された数の表面を描画して前記
ポリゴン・メッシュ内の複数の初期描画表面を生成する
プロセッサ手段と、前記プロセッサ手段内に設けられ、
各表面上の一点から光ベクトル及び視点を指し示すベク
トルの間の中間に向いており各表面上の一点に垂直なベ
クトルに関連づけられた中間ベクトルに応答して前記ポ
リゴン・メッシュ内の各表面上の点に対して鏡面反射ハ
イライト寄与を前記テーブルを参照して求める鏡面反射
ハイライト寄与手段と、前記プロセッサ手段内に設けら
れ、各表面上の点に垂直なベクトルに関連づけられた前
記光ベクトルに応答して前記ポリゴン・メッシュ内の各
表面上の点に対して拡散カラー寄与を前記テーブルを参
照して求める拡散カラー寄与手段と、前記プロセッサ手
段内に設けられ、前記鏡面反射ハイライト寄与手段及び
前記拡散カラー寄与手段に接続され、各表面上の点に対
する鏡面反射ハイライト寄与及び拡散カラー寄与を前記
最初に描画された複数の表面に加算して前記ポリゴン・
メッシュ内に最終的に描画された複数の表面を生成する
サンメーション手段と、前記ポリゴン・メッシュ内の最
終的に描画された複数の表面を用いて前記コンピュータ
・グラフィックス表示システム内で前記物体の画像を表
示する表示手段とを具備する。
【００１４】前記鏡面反射ハイライト寄与手段は中間ベ
クトル及び各表面上の点に垂直なベクトルのドット積を
求める手段、前記ドット積を各表面上の点に垂直なベク
トルの絶対値及び前記中間ベクトルの絶対値の積で除し
て第1の正規化ドット積Sを求める手段、前記第1の正規
化ドット積Sの計算に応答して前記テーブルからSnを求
める(ただしnは鏡面反射ハイライトのシャープネスを制
御する鏡面反射指数)手段、並びにSnに前記物体の鏡面
反射係数及び前記物体の鏡面反射カラーを乗じて前記鏡
面反射ハイライト寄与を求める手段を含む。前記拡散カ
ラー寄与手段は光ベクトル及び各表面上の点に垂直なベ
クトルのドット積を求める手段、前記ドット積を各表面
に垂直なベクトルの絶対値及び前記光ベクトルの絶対値
の積で除して第2の正規化ドット積を求める手段、並び
に前記第2の正規化ドット積に前記物体の拡散反射係数
及び前記物体の拡散カラーを乗じて前記拡散寄与を求め
る手段を含む。
【００１５】
【実施例】図2を参照すると、本発明の好適実施例に係
るコンピュータ・グラフィックス・システムにおけるレ
ンダリングシステムの全体的なシステム体系が描かれて
いる。この体系はフロントエンド・ジオメトリ処理エン
ジン50、ラスタライゼーション・サブシステム52及びデ
ィスプレイ54を含む。本発明の好適実施例はラスタライ
ゼーション・サブシステム52において実行される。
【００１６】従来のレンダリングシステムはポリゴンの
シェーディングを行う際に内部画素のカラーを頂点のカ
ラーを補間することによって計算していた。前述のよう
に、この方法は多くの望ましくないアーティファクトを
生成する。シェーディングのよりよいアプローチは各法
線において与えられる法線ベクトルを補間してフォン・
シェーディング手法のように各点においてライティング
の式を適用することである。正規のシェーディングの補
間は補間されたポリゴンの内部における鏡面反射ハイラ
イトの出現によって容易に認識される。他の視覚刺激は
グーロー・シェーディング化モデルの稜線に沿って時々
現れるジグザグ効果を含む。グーロー・シェーディング
は当業者によく知られており、リアルタイム・システム
で実行するためにソフトウェア及びハードウェアにおい
て実施されている。
【００１７】一般的な局部ライティング・モデルは鏡面
反射光及び拡散光を共に含む。物体におけるスポットラ
イトの拡散成分はしばしば
【００１８】
【数１】 KdfOdλ(Nバー・Lバー) として計算される。ここでNバーは照明されている点に
おける表面の法線ベクトルであり、Lバーは考察されて
いる光源に対するベクトルである。この点における全て
の拡散光は一切の(i個の)光源の和である。 i個の光源
がある場合は
【００１９】
【数２】
【００２０】となる。
【００２１】鏡面反射成分は法線、光源の位置及び見る
側の位置に依存する。不完全反射体に対するフォンの照
明は
【００２２】
【数３】 Iλ＝KsrOsλ(Nバー・Hバー)n となる。ここでKsrは鏡面反射係数、Osλは物体の鏡面
反射カラー、nは鏡面反射ハイライトのシャープネスを
制御する鏡面反射指数、Nバーは法線ベクトル、Hバーは
(Lバー＋Vバー)/2に等しく、目の位置に関する完全な鏡
面反射マイクロファセット(微小面)である。ドット積及
び指数関数が共に必要であることが明らかである。フォ
ン・シェーディングにおける主要な欠点は例えば補間さ
れた法線に対して追加計算を必要とし、ベクトルは正規
化されなければならず、ドット積は各画素毎に得られな
ければならず、必要な計算時間が大幅に増加することで
ある。
【００２３】本発明の好適実施例に従うと、ドット積項
の新しい計算システムが提供される。フレーム・バッフ
ァ・メモリ、典型的にはカラー・テクスチュア・マップ
専用のものが本発明の好適な実施例に従った非線形関数
のためのルックアップテーブルとして利用される。更
に、テクスチュア・マップ・メモリから読まれた値が更
に計算するための入力として利用されるようにフィード
バック経路が形成される。
【００２４】ラスタライゼーション・サブシステム52の
内部のラスタライザ・モジュールはマイクロコード化さ
れ、超広域水平方向命令ワードが本発明の好適実施例に
従った各サイクル間でラスタライザ・モジュールの操作
を制御するために用いられる。マイクロコードの使用に
よりラスタライザ・モジュールにおける種々の機能が可
能になる。
【００２５】ラスタライゼーション・ステージへの入力
は本発明の好適実施例に従って頂点によって指定された
一連のトライアングルである。実施例に示されたような
トライアングル以外の他のポリゴン形状を用いてもよ
い。各トライアングルは各頂点毎に指定された色、X、Y
及びZ座標並びに法線ベクトルを有する。用いられる追
加入力は各光源の位置及び色、鏡面及び拡散反射係数、
材料の拡散物体カラー及び鏡面反射ハイライトカラー並
びに鏡面反射ハイライト指数を含む。各頂点における法
線ベクトルと光ベクトルとの間の角度の補間(ドット積
の補間)によってはトライアングル内部の鏡面反射ハイ
ライトは生成されない。色の補間のみが既に標準化され
ている。
【００２６】フォン・シェーディングはライティングの
式が画素毎に以下のように計算されることを要求する。
【００２７】
【数４】
【００２８】本発明の好適な実施例に従うと、3つのベ
クトルNバー、Lバー及びHjバーが補間される。この補間
は3つのベクトル各々毎に正規化因子を計算することを
要求する。
【００２９】ここで図3を参照すると、本発明の好適実
施例に従う画像のレンダリングのための高レベル論理フ
ローチャートが描かれている。図示のように処理はブロ
ック100から始まり、その後ブロック102に進む。このブ
ロックは画像への環境光を計算する。その後、処理はブ
ロック104に進み、ここでは画像への光源からの鏡面反
射ライティング寄与を計算する。それから処理はブロッ
ク106に進み、ここでは画像への光源による拡散光の効
果の計算が行われる。次に処理はブロック108に進み、
ここでは画像について更に他の光源が存在するか否かの
判定が行われる。描画される画像について他の光源が存
在する場合には処理はブロック104に戻り、画像につい
ての次の光源の効果を計算する。そうでない場合は処理
はブロック110で示されるように終結する。
【００３０】ここで図4を参照すると、本発明の好適実
施例に従ったトライアングルのシェーディング論理フロ
ーチャートが描かれている。画像は本発明の好適実施例
に従ってトライアングル毎に描画される。
【００３１】更に図4を参照すると、処理の最初の部分
はライティングの環境部分を計算するために用いられ
る。図示のように、処理はブロック200で始まり、その
後ブロック202に進む。ここでは赤、緑、青及びアルフ
ァ変数に対して累算バッファをクリアする。累算バッフ
ァは汎用記憶装置で利用できるフレーム・バッファ中の
1組のメモリである。処理はそれからブロック204に進
み、ここでは物体カラー及びバックカラー・フレーム・
バッファ内部への環境光IaλKarOdλに対するグーロー
・シェーディングを用いてトライアングルのレンダリン
グが行われる。バックカラー・フレーム・バッファはこ
こでは表示されていない2つの通常可視フレーム・バッ
ファの内の1つである。積IaλKarOdλはフロントエンド
・ジオメトリ処理エンジン50(図2)で計算され、頂点毎
に送られる。この結果に対して鏡面反射及び拡散ハイラ
イトが加えられて最終的結果が得られる。
【００３２】次に処理のこの部分はトライアングルへの
ライティングの鏡面反射部分を決定するために用いられ
る。処理はブロック206に進み、ここでは累算バッファ
の三色成分への法線ベクトルの3成分の補間が行われ
る。ブロック208は
【００３３】
【数５】 Nxバー2＋Nyバー2＋Nzバー2 の計算を行い、平方根の逆数を決定するためにこの値を
ルックアップテーブルへの入力として利用する。その
後、処理はブロック210に進み、ここでは累算バッファ
のアルファ平面に平方根の逆数
【００３４】
【数６】 1 / | |N| | の格納を行う。それから処理はブロック212に進み、こ
こでは完全鏡面反射ベクトルHjバーの補間とHjバーの正
規化係数のためのテクスチュアマップ・テーブルへの指
標の計算を行う。それから処理はブロック214に進み、
ここではブロック212からの値を利用して法線及び中間
ベクトルのドット積をそれらの絶対値で割った計算を行
い
【００３５】
【数７】
【００３６】を生成する。その後、処理はブロック216
に進み、ここでは鏡面反射ハイライトを適切に減衰する
ために cosn(β)についてフレーム・バッファに位置す
るテクスチュア・マップ内のルックアップテーブルへの
入力として最大値(cos(β) ，0.0 )を利用する。次に処
理はブロック218に進み、ここでは鏡面反射ハイライト
寄与
【００３７】
【数８】 KsrOsλ(Nバー・Hjバー)n＝KsrOsλcos
n(βj) の計算と以前にカラー平面で計算されたカラーへのこの
値の加算が行われる。カラー平面はフレーム・バッファ
のバッファである。それから処理はブロック220に進
み、ここでは光ベクトルの補間と光ベクトルの正規化係
数
【００３８】
【数９】 1 / | |Lバー| | の計算が行われる。光ベクトルの正規化係数は光ベクト
ルの成分の平方
【００３９】
【数１０】 Lxバー2＋Lyバー2＋Lzバー2 を利用し平方根の逆数を決定するためにルックアップテ
ーブルへの入力としてこの値を利用する。処理はそれか
らブロック222に進み、ここでは拡散カラー
【００４０】
【数１１】 KdrOdλ(Nバー・Lバー) の計算と以前にカラー平面で計算されたカラーへのこの
値の加算が行われる。その後、処理はブロック224に進
み、ここではそれ以上の光源が存在するか否かについて
の決定が行われる。それ以上の光源が存在する場合、処
理は次の光源に対応する完全鏡面反射ベクトルHjバーの
補間と正規化係数のためにテクスチュア・マップへの指
標の計算のためにブロック212に戻る。追加の光源がそ
のトライアングルに対して存在しない場合、処理は図示
のようにブロック226で終結する。
【００４１】この処理はポリゴン・メッシュ内部の各ト
ライアングル毎に利用され、ポリゴン内の全てのトライ
アングルがシェーディングされた後に物体全体のシェー
ディングが得られる。更に、例えばメッシュ内の全ての
トライアングルのシェーディングが必要でない陰面のよ
うな状況を考慮して選択されたトライアングルのみがシ
ェーディングされる。この処理は本発明の好適実施例に
従ってラスタライゼーション内で実行される。
【００４２】図5をここで参照すると、本発明の好適実
施例に従ったレンダリング・サブシステムのブロックダ
イアグラムが描かれている。ビット・ブロック転送(BL
T)チップ300はグラフィックス処理サブシステム302から
のデータを受信する。BLTチップ300はスクリーンメモリ
への又はスクリーンメモリからのブロックデータ(即ち
画素のアレイ)の転送を可能にする。BLTチップ300はス
クリーンメモリのある部位をスクリーンメモリの他の部
位へコピーされる。BLTチップ300はラスタライザ304へ
データを送信する。
【００４３】ラスタライザ304は本発明の好適実施例に
従ったフォン・シェーディングのような高度なシェーデ
ィング・アルゴリズムを含む様々な機能を実施するため
にプログラムされるマイクロコード可能プロセッサであ
る。これらのラスタライザはグーロー・シェーディング
化トライアングル、補間されたライン、テクスチュアが
マップされたトライアングル等の生成のような他の機能
を実施される。ラスタライザ304からの出力はフレーム
・バッファ306へ入力される。各フレーム・バッファは
ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ(DRAM) 308
及びビデオ・ランダム・アクセス・メモリ(VRAM) 310を
含む。各フレーム・バッファはルックアップテーブルを
含み、またとりわけ当業者によく知られている累算バッ
ファ及びカラーバッファに区分される。フレーム・バッ
ファ306はランダム・アクセス・メモリ・デジタルアナ
ログ変換器(RAMDAC) 312へ連結されている。
【００４４】RAMDAC 312はフレーム・バッファからのデ
ジタル信号をビデオ・ディスプレイ端末(図示していな
い)における表示のためにアナログ信号へ変換する。RAM
DAC 312はまたカラーテーブルを含むランダム・アクセ
ス・メモリ(RAM)を含む。
【００４５】本発明の好適実施例に従うと、ラスタライ
ザはグーロー・シェーディング化トライアングル、補間
ライン、テクスチュアがマッピングされたトライアング
ル等に要求される計算ラスタライゼーション処理を実行
する能力を有する高速汎用ラスタライザとし得る。グー
ロー・シェーディングに要求される部分積計算は本発明
の好適な実施例に従って、ラスタライザへ組み込まれ
る。既に、このような計算はラスタライザの外部で実行
され、パラメータのセットとして渡されている。本発明
の好適実施例に従うと、7つの独立した補間器X、Y、Z、
R、G、B及びアルファはそれらの主機能の他に種々のデ
ータを用いるために存在する。フォン・シェーディング
・アルゴリズムは本発明の好適実施例に従ってカラー又
は座標値でなくベクトル成分を補間するためにそれらを
用いることによって補間器の一般原則を利用する。
【００４６】ラスタライザの他の機能は透視画修正及び
テクスチュア参照のための論理を包含するテクスチュア
をマッピングするセクションを含む。更に、画素データ
(カラー、アルファ、Z等)操作及び修正論理の大セクシ
ョンは本発明の好適実施例に従ったラスタライザ内部に
存在する。VRAMメモリコントローラ論理はまたラスタラ
イザ内部に含まれる。
【００４７】ラスタライザはナノコードを通じてプログ
ラムされる。これは多くのソース(フレーム・バッフ
ァ、BLT、補間器、テクスチュア・バッファ又は内部レ
ジスタ)からのデータを得る手段及びこれらのデータを
種々の方法で併合する手段を提供する。フレーム・バッ
ファ・アクセスを制御するように使用され、またラスタ
ライザに含まれるピココードと共にかなり多くの高度な
レンダリング機能が提供される。基本的に、ナノコード
はデータに対して何を修正するかを指定し、ピココード
はどのフレーム・バッファ資源にアクセスするかを指定
する。更に、柔軟性は画素当たりの多重サイクル操作を
全体を通して順番付けることを可能にする小マイクロコ
ントローラによって提供される。即ち、多重ナノワード
が与えられた画素に対して実行される。ナノワードはマ
イクロコントローラにより順番付けられるようにサイク
ルにおいて実行されるナノコードのラインである。その
結果単純及び複雑な操作が共に可能である。
【００４８】図6を参照すると、本発明の好適実施例に
従ったラスタライザ内のセクションのブロックダイアグ
ラムが描かれている。スタックステージ400は本発明の
好適実施例に従ってトライアングルの頂点を累算するた
めに用いられる。セットアップステージ402、404及び40
6は初期計算を行うために用いられる。3つのセットアッ
プステージが描かれているが、他の数のセットアップス
テージが本発明の好適実施例に従って実行される。例え
ば部分微分はこれらのステージ内でX軸及びY軸に関して
成分変化を決定するために実行される。
【００４９】稜線補間器408はセットアップステージ406
に連結され、頂点により得られるトライアングルの稜線
を補間又は決定する。範囲補間器410は稜線補間器408に
連結され、本発明の好適実施例に従って垂直間隔に沿っ
て画素を生成するために用いられる。テクスチュア計算
ステージ412は範囲補間器410からのデータを受信し、テ
クスチュア・スペース又はテクスチュア・マップ・メモ
リにおける画素のアドレスを生成するために用いられ
る。修正論理ブロック414は多くの混合処理を介してテ
クスチュア計算ステージ412からのテクスチュア値を適
用し、ランティングを計算する。メモリコントローラ41
6は修正論理ブロック414から結果となる画素を得て画素
をフレーム・バッファに置く。
【００５０】図7をここで参照すると、本発明の好適実
施例に従ったラスタライザ内部の修正論理ユニットのブ
ロックダイアグラムが描かれている。修正論理ユニット
500は汎用レジスタ(GPR) 502、504、506及び508を含
む。これらのレジスタはマルチプレクサ512、514及び51
6に送信するための汎用レジスタを選択するマルチプレ
クサ510に連結される。修正論理ユニット500はまた補助
レジスタ(AUX) 518、520、522及び524を含み、これらは
マルチプレクサ526に連結されている。
【００５１】このマルチプレクサ526はマルチプレクサ5
12、514及び516に向けられる入力を選択する。これらの
マルチプレクサは次に各々乗算器528、530及び532に連
結される。これらの3つの乗算器は加算器534の入力に連
結される出力を有し、この加算器534は補助レジスタに
導かれる出力を生成する。この3つの乗算器は通常、R、
G及びBカラーバンドにおける計算に用いられる。
【００５２】修正論理ユニット500は本発明の好適実施
例に従ってある操作におけるベクトルのドット積を計算
するために用いられる。典型的には、補助レジスタは加
算器534の出力から発信するフィードバックによって一
定に変化する。汎用レジスタは典型的には一定である。
【００５３】本発明の好適な実施例に従うと、フォン・
シェーディングは環境光においてグーロー・シェーディ
ングを使用しそれから光源から得られる鏡面反射ハイラ
イトを提供する。
【００５４】本発明の1の利点は提供されたラスタライ
ザは画像の迅速且つ高品質のレンダリングを提供するド
ット積を含む広範囲の処理を実行できることである。
【００５５】
【発明の効果】本発明は所望でないアーティファクトを
最少化するデータ処理システムに表示されたポリゴンの
シェーディング方法及び装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ライティング・モデルに関する幾何学を説明し
ているダイアグラムを描いた図である。
【図２】本発明の好適実施例に従うレンダリングシステ
ムの全体的なシステム体系の簡単なブロックダイアグラ
ムである。
【図３】本発明の好適実施例に従った画像のレンダリン
グ高レベル論理フローチャートを描いた図である。
【図４】本発明の好適実施例に従ったトライアングルの
シェーディング論理フローチャートである。
【図５】本発明の好適実施例に従ったレンダリング・サ
ブシステム・ブロックダイアグラムを描いた図である。
【図６】本発明の好適実施例に従ったラスタライザ内部
のセクションのブロックダイアグラムである。
【図７】本発明の好適実施例に従ったラスタライザ内部
の修正論理ユニットのブロックダイアグラムを描いた図
である。
【符号の簡単な説明】
300 ビット・ブロック転送(BLT)チップ 302 グラフィックス処理サブシステム 304 ラスタライザ 306 フレーム・バッファ 308 ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ(DR
AM) 310 ビデオ・ランダム・アクセス・メモリ(VRAM) 312 ランダム・アクセス・メモリ・デジタルアナロ
グ変換器(RAMDAC) 500 修正論理ユニット 502 汎用レジスタ(GPR) 504 GPR 506 GPR 508 GPR 512 マルチプレクサ 514 マルチプレクサ 516 マルチプレクサ 510 マルチプレクサ 518 補助レジスタ(AUX) 520 AUX 522 AUX 524 AUX 526 マルチプレクサ 528 乗算器 530 乗算器 532 乗算器 534 加算器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アンドリュー デイヴィッド ボーウェ ン アメリカ合衆国12477−9333、ニューヨ ーク州サウジャーティーズ、ロック メ イプル ロード ９ (72)発明者 ロバート スペンサー ホートン アメリカ合衆国12443、ニューヨーク州 ハーリー、オールド ルート 209 339

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも1の光源によって照明された
    物体の画像をポリゴン・メッシュによって図形的に表現
    された画像として且つ該メッシュ内の各ポリゴンが1組
    の頂点によって規定された表面を有し該表面が複数の点
    を有するようにコンピュータ・グラフィックス表示シス
    テム内のディスプレイ装置上に表示する装置であって、 フレーム・バッファ・メモリと、 鏡面反射ハイライト寄与及び拡散カラー寄与を求めるの
    に使用するために前記フレーム・バッファ・メモリに記
    憶された少なくとも1つのテーブルと、 前記メッシュ内のポリゴン表面を定義する1組の頂点を
    表す信号に応答して且つ環境光に応答して前記ポリゴン
    ・メッシュ内の選択された数の表面を描画して前記ポリ
    ゴン・メッシュ内の複数の初期描画表面を生成するプロ
    セッサ手段と、 前記プロセッサ手段内に設けられ、各表面上の一点から
    光ベクトル及び視点を指し示すベクトルの間の中間に向
    いており各表面上の一点に垂直なベクトルに関連づけら
    れた中間ベクトルに応答して前記ポリゴン・メッシュ内
    の各表面上の点に対して鏡面反射ハイライト寄与を前記
    テーブルを参照して求める鏡面反射ハイライト寄与手段
    と、 前記プロセッサ手段内に設けられ、各表面上の点に垂直
    なベクトルに関連づけられた前記光ベクトルに応答して
    前記ポリゴン・メッシュ内の各表面上の点に対して拡散
    カラー寄与を前記テーブルを参照して求める拡散カラー
    寄与手段と、 前記プロセッサ手段内に設けられ、前記鏡面反射ハイラ
    イト寄与手段及び前記拡散カラー寄与手段に接続され、
    各表面上の点に対する鏡面反射ハイライト寄与及び拡散
    カラー寄与を前記最初に描画された複数の表面に加算し
    て前記ポリゴン・メッシュ内に最終的に描画された複数
    の表面を生成するサンメーション手段と、 前記ポリゴン・メッシュ内の最終的に描画された複数の
    表面を用いて前記コンピュータ・グラフィックス表示シ
    ステム内で前記物体の画像を表示する表示手段と、 を具備し、 前記鏡面反射ハイライト寄与手段は中間ベクトル及び各
    表面上の点に垂直なベクトルのドット積を求める手段、
    前記ドット積を各表面上の点に垂直なベクトルの絶対値
    及び前記中間ベクトルの絶対値の積で除して第1の正規
    化ドット積Sを求める手段、前記第1の正規化ドット積S
    の計算に応答して前記テーブルからSnを求める(ただしn
    は鏡面反射ハイライトのシャープネスを制御する鏡面反
    射指数)手段、並びにSnに前記物体の鏡面反射係数及び
    前記物体の鏡面反射カラーを乗じて前記鏡面反射ハイラ
    イト寄与を求める手段を含み、 前記拡散カラー寄与手段は光ベクトル及び各表面上の点
    に垂直なベクトルのドット積を求める手段、前記ドット
    積を各表面に垂直なベクトルの絶対値及び前記光ベクト
    ルの絶対値の積で除して第2の正規化ドット積を求める
    手段、並びに前記第2の正規化ドット積に前記物体の拡
    散反射係数及び前記物体の拡散カラーを乗じて前記拡散
    寄与を求める手段を含むことを特徴とする装置。
  2. 【請求項２】 前記プロセッサ手段は環境光に応答して
    前記ポリゴン・メッシュ内の各表面を描画するためにグ
    ーロー・シェーディングを利用する請求項1記載の装
    置。
  3. 【請求項３】 少なくとも1の光源によって照明された
    物体の画像をポリゴン・メッシュによって図形的に表現
    された画像として且つ該メッシュ内の各ポリゴンが1組
    の頂点によって規定された表面を有し該表面が複数の点
    を有するように表示するコンピュータ・グラフィックス
    表示システムであって、 フレーム・バッファ・メモリと、 鏡面反射ハイライト寄与及び拡散カラー寄与を求めるの
    に使用するために前記フレーム・バッファ・メモリに記
    憶された少なくとも1つのテーブルと、 前記メッシュ内のポリゴン表面を定義する1組の頂点を
    表す信号に応答して且つ環境光に応答して前記ポリゴン
    ・メッシュ内の選択された数の表面を描画して前記ポリ
    ゴン・メッシュ内の複数の初期描画表面を生成するプロ
    セッサ手段と、 前記プロセッサ手段内に設けられ、各表面上の一点から
    光ベクトル及び視点を指し示すベクトルの間の中間に向
    いており各表面上の一点に垂直なベクトルに関連づけら
    れた中間ベクトルに応答して前記ポリゴン・メッシュ内
    の各表面上の点に対して鏡面反射ハイライト寄与を前記
    テーブルを参照して求める鏡面反射ハイライト寄与手段
    と、 前記プロセッサ手段内に設けられ、各表面上の点に垂直
    なベクトルに関連づけられた前記光ベクトルに応答して
    前記ポリゴン・メッシュ内の各表面上の点に対して拡散
    カラー寄与を前記テーブルを参照して求める拡散カラー
    寄与手段と、 前記プロセッサ手段内に設けられ、前記鏡面反射ハイラ
    イト寄与手段及び前記拡散カラー寄与手段に接続され、
    各表面上の点に対する鏡面反射ハイライト寄与及び拡散
    カラー寄与を前記最初に描画された複数の表面に加算し
    て前記ポリゴン・メッシュ内に最終的に描画された複数
    の表面を生成するサンメーション手段と、 前記ポリゴン・メッシュ内の最終的に描画された複数の
    表面を用いて前記コンピュータ・グラフィックス表示シ
    ステム内で前記物体の画像を表示する表示手段と、 を具備し、 前記鏡面反射ハイライト寄与手段は中間ベクトル及び各
    表面上の点に垂直なベクトルのドット積を求める手段、
    前記ドット積を各表面上の点に垂直なベクトルの絶対値
    及び前記中間ベクトルの絶対値の積で除して第1の正規
    化ドット積Sを求める手段、前記第1の正規化ドット積S
    の計算に応答して前記テーブルからSnを求める(ただしn
    は鏡面反射ハイライトのシャープネスを制御する鏡面反
    射指数)手段、並びにSnに前記物体の鏡面反射係数及び
    前記物体の鏡面反射カラーを乗じて前記鏡面反射ハイラ
    イト寄与を求める手段を含み、 前記拡散カラー寄与手段は光ベクトル及び各表面上の点
    に垂直なベクトルのドット積を求める手段、前記ドット
    積を各表面に垂直なベクトルの絶対値及び前記光ベクト
    ルの絶対値の積で除して第2の正規化ドット積を求める
    手段、並びに前記第2の正規化ドット積に前記物体の拡
    散反射係数及び前記物体の拡散カラーを乗じて前記拡散
    寄与を求める手段を含むことを特徴とするシステム。
  4. 【請求項４】 前記プロセッサ手段は環境光に応答して
    前記ポリゴン・メッシュ内の各表面を描画するためにグ
    ーロー・シェーディングを利用する請求項3記載のシス
    テム。
  5. 【請求項５】 少なくとも1の光源によって照明された
    物体の画像をポリゴン・メッシュによって図形的に表現
    された画像として且つ該メッシュ内の各ポリゴンが1組
    の頂点によって規定された表面を有し該表面が複数の点
    を有するようにコンピュータ・グラフィックス表示シス
    テム内のディスプレイ装置上に表示する方法であって、 鏡面反射ハイライト寄与及び拡散カラー寄与を求めるの
    に使用する少なくとも1つのテーブルをフレーム・バッ
    ファ・メモリに記憶するステップと、 前記メッシュ内のポリゴン表面を定義する1組の頂点を
    表す信号に応答して且つ環境光に応答して前記ポリゴン
    ・メッシュ内の選択された数の表面を描画して前記ポリ
    ゴン・メッシュ内の複数の初期描画表面を生成するステ
    ップと、 各表面上の一点から光ベクトル及び視点を指し示すベク
    トルの間の中間に向いており各表面上の一点に垂直なベ
    クトルに関連づけられた中間ベクトルに応答して前記ポ
    リゴン・メッシュ内の各表面上の点に対して鏡面反射ハ
    イライト寄与を前記テーブルを参照して求めるステップ
    と、 各表面上の点に垂直なベクトルに関連づけられた前記光
    ベクトルに応答して前記ポリゴン・メッシュ内の各表面
    上の点に対して拡散カラー寄与を前記テーブルを参照し
    て求めるステップと、 各表面上の点に対する鏡面反射ハイライト寄与及び拡散
    カラー寄与を前記最初に描画された複数の表面に加算し
    て前記ポリゴン・メッシュ内に最終的に描画された複数
    の表面を生成するステップと、 前記ポリゴン・メッシュ内の最終的に描画された複数の
    表面を用いて前記コンピュータ・グラフィックス表示シ
    ステム内で前記物体の画像を表示するステップと、 を具備し、 前記鏡面反射ハイライト寄与を求めるステップは中間ベ
    クトル及び各表面上の点に垂直なベクトルのドット積を
    求めるステップ、前記ドット積を各表面上の点に垂直な
    ベクトルの絶対値及び前記中間ベクトルの絶対値の積で
    除して第1の正規化ドット積Sを求めるステップ、前記第
    1の正規化ドット積Sの計算に応答して前記テーブルから
    Snを求める(ただしnは鏡面反射ハイライトのシャープネ
    スを制御する鏡面反射指数)ステップ、並びにSnに前記
    物体の鏡面反射係数及び前記物体の鏡面反射カラーを乗
    じて前記鏡面反射ハイライト寄与を求めるステップを含
    み、 前記拡散カラー寄与を求めるステップは光ベクトル及び
    各表面上の点に垂直なベクトルのドット積を求めるステ
    ップ、前記ドット積を各表面に垂直なベクトルの絶対値
    及び前記光ベクトルの絶対値の積で除して第2の正規化
    ドット積を求めるステップ、並びに前記第2の正規化ド
    ット積に前記物体の拡散反射係数及び前記物体の拡散カ
    ラーを乗じて前記拡散寄与を求めるステップを含むこと
    を特徴とする方法。
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