JP2763499B2

JP2763499B2 - 画像合成装置及び画像合成方法

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Publication number: JP2763499B2
Application number: JP6321520A
Authority: JP
Inventors: 政樹武田
Original assignee: Namco Ltd
Current assignee: Namco Ltd
Priority date: 1994-11-30
Filing date: 1994-11-30
Publication date: 1998-06-11
Anticipated expiration: 2013-06-11
Also published as: GB2301513A; WO1996017325A1; GB2301513B; GB9616015D0; US6037946A; JPH08161526A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、Ｚバッファを用いて描
画処理を行う画像合成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、３次元画像を合成する画像合
成装置として種々のものが知られている。図１０にはそ
の構成の一例が示される。この従来例は、操作部５１
０、仮想３次元空間演算部５２０、画像供給部５３０、
画像合成部５４０を含んでいる。仮想３次元空間演算部
５２０は、操作部５１０から入力される操作情報に基づ
いて仮想３次元空間を形成するための演算を行う。画像
供給部５３０は、形成された仮想３次元空間の所定の視
点位置において見える画像を形成するための座標変換処
理、クリッピング処理等の演算処理を行う。この場合、
仮想３次元空間を構成する表示物は複数のポリゴンの集
合により表されており、画像供給部５３０は、これらの
各ポリゴンの情報（頂点座標等）を画像合成部５４０に
出力する。画像合成部５４０では、入力されたポリゴン
情報からポリゴン内のドット（ピクセル）を描画する処
理が行われ、これによりディスプレイ５１２への画像表
示が可能となる。

【０００３】さて、通常、この種の描画処理を行う際
に、ポリゴンとポリゴンとに重なりが生じた場合、視点
から見て奥側にある部分（陰面）を消去し、手前側にあ
る部分のみをディスプレイ上に表示する必要がある。こ
のような陰面消去手法として、従来からＺバッファ法と
呼ばれる手法が知られている。このＺバッファ法につい
ては、例えば情報処理ＶＯＬ．２４ＮＯ．４（情報処
理学会１９８３年４月１５日発行）に記載されている。

【０００４】さて、Ｚバッファ法により陰面消去を行う
べく、従来の画像合成装置では、画像合成部５４０が描
画処理部５４２とＺバッファ５４４等を含んでいる。こ
こで、Ｚバッファ５４４は、表示画面上の全てのピクセ
ルに対応した格納エリアを有するメモリであり、各格納
エリアには視点からの距離を表す奥行き情報であるＺ値
が格納されている。

【０００５】図１１（Ａ）、（Ｂ）を用いてＺバッファ
法について説明する。図１１（Ａ）に示すように、三次
元オブジェクト３００、３０１を構成するポリゴンＸ、
Ｙは、スクリーン３０６上に透視投影変換されている。
そして、図１１（Ｂ）に示す手順により、Ｚバッファ５
４４を用いた描画処理が行われる。Ｚバッファ５４４に
は、初期値としてＺ値の最大値Ｍ（通常は無限大値）が
書き込まれている。そして、例えばポリゴンＸを描画す
る場合、ポリゴンＸの各ピクセルのＺ値がＺバッファ５
４４に格納されている各ピクセルのＺ値よりも小さいか
否かかが判断される。そして、小さいと判断された場合
には、当該ピクセルについて描画処理部５４２により描
画処理が行われ、更に、Ｚバッファ５４４の当該ピクセ
ルについてのＺ値も更新される。具体的には、対応する
部分のＺ値は、全てＭからＸ１〜Ｘ１２に更新される。

【０００６】ポリゴンＹを描画する場合も、描画する全
てのピクセルについてＺバッファ５４４が参照され、上
記と同様の手順により描画処理と、Ｚバッファ５４４の
更新が行われる。具体的には、Ｘ７、Ｘ８、Ｘ１１、Ｘ
１２がＹ１、Ｙ２、Ｙ５、Ｙ６に更新され、ポリゴンＹ
が描画される部分のＭの値がＹ３、Ｙ４、Ｙ７、Ｙ８〜
Ｙ１２に更新される。即ち、この場合は、ポリゴンＹの
方がポリゴンＸよりも手前にあるため、重なっている部
分は、ポリゴンＹのＺ値へと置き変わることとなる。描
画処理部５４２は、以上のような手法により各ポリゴン
についての描画処理を行い、求められた画像情報はフレ
ームバッファ５４６、パレット回路５４８を介してディ
スプレイ５１２に出力される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】さて、通常、この種の
画像合成装置では、リアルタイムに処理を行うことが要
求されており、１フィールド毎、例えば１／６０秒毎に
１画面分（場合によっていは２画面分）の画像データを
更新してゆく必要がある。従って、当該画像合成装置に
は、処理の高速性が要求され、この高速性が担保されな
いと、結果的に画質低下等を引き起こす。そして、この
画像処理の高速性を特に律速する部分は、各ピクセルに
ついての描画処理を行う部分である。

【０００８】ところが、従来のＺバッファ法では、描画
処理を行う際に、全てのピクセルについて、Ｚバッファ
５４４を参照し、Ｚバッファに格納されているＺ値との
比較を行い、更に比較した結果をＺバッファに書き込む
という処理手順を踏まなければならない。通常、Ｚバッ
ファは、多くのメモリ容量を有し、描画処理デバイスの
外部メモリとして設けられる。従って、そのアクセスに
は時間を要し、全てのピクセルについてこの外部メモリ
をアクセスして描画処理を行うと、その処理時間は膨大
なものとなる。これは、結果的に、１フィールド内に処
理できるポリゴン数を制限することにつながり、高画質
の画像を提供することの妨げとなっていた。

【０００９】また、従来のＺバッファ法では、Ｚバッフ
ァは外部メモリとなるため、描画処理デバイスの出力端
子のピン数などの物理的な制約等に起因して、１の描画
処理デバイスに複数のＺバッファを接続して並列処理を
実現することは困難であった。

【００１０】また、特開平３−２５５５８９号には、Ｚ
バッファの内容の一部をキャッシュメモリに一時的に格
納して描画処理を行う手法が開示されている。しかしな
がら、この従来手法でも、全てのピクセルについてキャ
ッシュメモリに格納される奥行き情報を参照しながら描
画処理を行わなければならず、描画処理に膨大な時間を
要するという問題は依然として残る。

【００１１】また、Ｚバッファとして用いられるＤＲＡ
Ｍ等のメモリにおいては、ページモード等の種々の高速
化手法が知られている。しかしながら、従来のＺバッフ
ァ法では、これらの高速化手法の特徴を今一つ生かしき
れていなかった。

【００１２】本発明は以上のような技術的課題を達成す
るためになされたものであり、その目的とするところ
は、Ｚバッファ（Ｚメインバッファ）の他にＺＲバッフ
ァを設けることで従来のＺバッファを改良し、描画処理
の高速化を図ることにある。

【００１３】また、本発明の他の目的は、Ｚバッファ法
を改良して並列処理に最適な描画処理手法を実現するこ
とにある。

【００１４】また、本発明の他の目的は、キャッシュメ
モリ手法や、ページモード手法等による高速化が最適に
なるようにＺバッファ手法を改良することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段及び作用】上記課題を解決
するために、本発明は、視点からの距離を表す奥行き情
報を表示画面上の各ピクセルに対応づけて格納するＺメ
インバッファの該奥行き情報を参照しながら描画処理を
行う画像合成装置であって、前記Ｚメインバッファを１
ブロックがＫ×Ｌピクセルから成るＭ×Ｎの領域に分割
した場合において、領域内における前記奥行き情報の最
小値ＺＭＩＮＲ及び最大値ＺＭＡＸＲを各領域に対応づ
けて格納するＺＲバッファと、表示物をポリゴンの集合
により表現し、該ポリゴンあるいは前記領域により切り
取られるポリゴンの奥行き情報の最小値あるいは該最小
値よりも小さい値をＺＭＩＮと表し、該ポリゴンあるい
は前記領域により切り取られるポリゴンの奥行き情報の
最大値あるいは該最大値よりも大きい値をＺＭＡＸと表
した場合に、ＺＭＩＮ≧ＺＭＡＸＲ（あるいはＺＭＩＮ
＞ＺＭＡＸＲ）の場合には前記Ｚメインバッファに格納
される前記奥行き情報を参照する処理及び該ポリゴンに
対する描画処理を省略し、ＺＭＡＸ≦ＺＭＩＮＲ（ある
いはＺＭＡＸ＜ＺＭＩＮＲ）の場合には前記Ｚメインバ
ッファに格納される前記奥行き情報を参照することなく
該ポリゴンに対する描画処理を行う描画処理手段とを含
むことを特徴とする本発明によれば、ＺＭＩＮ≧ＺＭＡＸＲの場合には、Ｚ
メインバッファからの奥行き情報の参照処理及びポリゴ
ンの描画処理が省略される。また、ＺＭＡＸ≦ＺＭＩＮ
Ｒの場合にはＺメインバッファからの奥行き情報を参照
することなくポリゴンに対する描画処理が行われる。従
って、これらの場合には、大きなメモリ容量を持つＺメ
インバッファへのアクセスが必要なくなり、処理の高速
化を図れる。特に、Ｚメインバッファが外部メモリとし
て設けられＺＲバッファが内部メモリとして設けられて
いる場合にはこの高速化の度合いは更に増す。また、ポ
リゴンの大きさが１ブロック分程度の大きさである場合
には、通常のＺバッファ法に比べて参照処理の回数を例
えば２／（Ｋ×Ｌ）倍程度とすることができ、これによ
り処理を更に高速化できる。

【００１６】また、本発明は、視点からの距離を表す奥
行き情報を表示画面上の各ピクセルに対応づけて格納す
るＺメインバッファの該奥行き情報を参照しながら描画
処理を行う画像合成装置であって、前記Ｚメインバッフ
ァを１ブロックがＫ×Ｌピクセルから成るＭ×Ｎの領域
に分割した場合において、領域内における前記奥行き情
報の最小値ＺＭＩＮＲ及び最大値ＺＭＡＸＲを各領域に
対応づけて格納するＺＲバッファと、描画処理を行うピ
クセルの奥行き情報をＺＰＩＸと表した場合に、ＺＰＩ
Ｘ≧ＺＭＡＸＲ（あるいはＺＰＩＸ＞ＺＭＡＸＲ）の場
合には前記Ｚメインバッファに格納される前記奥行き情
報を参照する処理及び該ピクセルに対する描画処理を省
略し、ＺＰＩＸ≦ＺＭＩＮＲ（あるいはＺＰＩＸ＜ＺＭ
ＩＮＲ）の場合には前記Ｚメインバッファに格納される
前記奥行き情報を参照することなく該ピクセルに対する
描画処理を行う描画処理手段とを含むことを特徴とす
る。

【００１７】本発明によれば、ＺＰＩＸ≧ＺＭＡＸＲの
場合には、Ｚメインバッファからの奥行き情報の参照処
理及びポリゴンの描画処理が省略される。また、ＺＰＩ
Ｘ≦ＺＭＩＮＲの場合にはＺメインバッファからの奥行
き情報を参照することなくポリゴンに対する描画処理が
行われる。従って、これらの場合には、大きなメモリ容
量を持つＺメインバッファへのアクセスが必要なくな
り、処理の高速化を図れる。特に、Ｚメインバッファが
外部メモリとして設けられＺＲバッファが内部メモリと
して設けられている場合にはこの高速化の度合いは更に
増す。

【００１８】また、本発明は、前記Ｚメインバッファの
少なくとも前記１ブロック分の奥行き情報を格納するＺ
Ｃバッファを含み、前記描画処理手段が、前記Ｚメイン
バッファに格納される奥行き情報を参照する場合におい
て該奥行き情報が前記ＺＣバッファに格納されている場
合には、前記ＺＣバッファに格納される奥行き情報を参
照して前記描画処理を行うことを特徴とする。

【００１９】本発明によれば、キャッシュメモリである
ＺＣバッファに少なくとも１ブロック分の奥行き情報が
格納されている。そして、Ｚメインバッファを参照しな
ければならないような状況において、参照すべき奥行き
情報がＺＣバッファに格納されている場合には、少ない
メモリ容量のＺＣバッファを参照して描画処理が行われ
る。従って、処理の高速化を図れる。特に、Ｚメインバ
ッファが外部メモリとして設けられておりＺＣバッファ
が内部メモリとして設けられている場合にはこの高速化
の度合いは更に増す。

【００２０】また、本発明は、前記Ｚメインバッファが
ＣＡＳ信号に同期して列アドレスが変更されＲＡＳ信号
に同期して行アドレスが変更されるメモリにより構成さ
れ、少なくとも前記１ブロック分の奥行き情報が１行ア
ドレス分のデータとして前記メモリに格納され、前記描
画処理手段が、前記ＣＡＳ信号を制御することで前記Ｚ
メインバッファに格納される奥行き情報の参照処理を行
うことを特徴とする。

【００２１】本発明によれば、Ｚメインバッファがペー
ジモード機能を有するメモリにより構成され、少なくと
も１ブロック分の奥行き情報がメモリの１行アドレス分
のデータとして格納される。そして、ＣＡＳ信号を制御
することで列アドレスの変更が行われ奥行き情報の参照
処理が行われる。このように本発明によれば、メモリの
高速化手法であるページモードを利用することで処理の
高速化が図れる。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の好適な実施例について図面に
基づき説明する。

【００２３】１．原理の説明まず、本発明の原理について説明する。本発明では、奥
行き情報であるＺ値を格納する通常のＺバッファ（以
下、これをＺメインバッファと呼ぶ）以外に、ＺＲバッ
ファを別に用意する。本発明では、図１に示すように、
Ｚメインバッファを１ブロックがＫ×Ｌピクセルから成
るＭ×Ｎの領域に分割する。そして、その１ブロックの
領域内でのＺ値の最小値と最大値とを、各領域に対応づ
けてＺＲバッファに格納する。即ち、ＺＲバッファは、
Ｍ×Ｎの格納エリアを持ち、各格納エリアには、そのエ
リアに対応する領域内におけるＺ値の最小値ＺＭＩＮＲ
と最大値ＺＭＡＸＲとが格納される。

【００２４】従来のＺバッファ法では以下のようにして
描画処理が行われる。まず、ポリゴン内の各ピクセルに
ついてのＺ値（Ｚ座標）ＺPを計算する。次に、このＺP
と、Ｚメインバッファ上の対応するＺ値ＺBとを比較す
る。そして、ＺP≦ＺBの場合には、そのピクセルについ
て、フレームバッファ上に格納されている色情報等及び
Ｚメインバッファ上に格納されているＺ値とを更新す
る。なお、以下では、視点から見て手前にあるほどＺ値
が小さくなるという前提で話を進める。もちろん、視点
から見て手前にあるほどＺ値が大きくなるとしても、本
発明の原理の一般性は失われない。

【００２５】さて、本発明では、ポリゴン上のピクセル
が、あるブロック（図１に示すブロック）に１ピクセル
でも入っている場合に次の比較処理が行われる。即ち、
そのポリゴンのＺ値の最小値に相当する値をＺＭＩＮ、
最大値に相当する値をＺＭＡＸ、そのブロックの領域内
におけるＺ値の最小値をＺＭＩＮＲ、最大値をＺＭＡＸ
Ｒとする。ここで、最小値に相当する値、最大値に相当
する値は、必ずしもポリゴンのＺ値の真の最小値ＺＭＩ
ＮＴ、真の最大値ＺＭＡＸＴである必要はなく、少なく
ともＺＭＩＮ≦ＺＭＩＮＴ、ＺＭＡＸ≧ＺＭＡＸＴであ
ればよい。また、ＺＭＩＮＲ、ＺＭＡＸＲはＺＲバッフ
ァに現在格納されている値である。

【００２６】本発明では、上記のＺＭＩＮとＺＭＡＸＲ
とを比較し、ＺＭＡＸとＺＭＩＮＲとを比較する。この
比較結果は以下の３通りに分類できる。（１）ＺＭＩＮ≧ＺＭＡＸＲ（あるいはＺＭＩＮ＞ＺＭ
ＡＸＲ）の場合（２）ＺＭＡＸ≦ＺＭＩＮＲ（あるいはＺＭＡＸ＜ＺＭ
ＩＮＲ）の場合（３）上記（１）、（２）のいずれにも該当しない場合上記（１）の場合は、図２（Ａ）に示すように、ポリゴ
ン内の全てのピクセルのＺ値が、ブロックの領域内のＺ
値の最大値を超えていることを意味する。従って、この
ポリゴン内の全てのピクセルは、描画処理が不必要なピ
クセルであることが判明する。そこで、この場合には、
ＺメインバッファのＺ値を参照する処理（Ｚ値を読み出
し、比較する処理）、参照結果に基いてポリゴンを描画
する処理を省略する。

【００２７】上記（２）の場合は、図２（Ｂ）に示すよ
うに、ポリゴン内の全てのピクセルのＺ値が、ブロック
の領域内のＺ値の最小値以下であることを意味する。従
って、このポリゴン内の全てのピクセルは、描画処理が
必要なピクセルであることが判明する。そこで、この場
合には、ＺメインバッファのＺ値を参照することなく、
このポリゴンについての描画処理を行う。そして、ポリ
ゴン内の全てのピクセルについて、Ｚメインバッファ上
のＺ値及びＺＲバッファ上の最小値、最大値を更新す
る。

【００２８】上記（３）の場合は、図２（Ｃ）に示すよ
うになる。従って、この場合には、通常のＺバッファ法
と同様に、ＺメインバッファのＺ値を参照し、参照結果
に基づいて描画処理を行う。そして、描画処理を施した
ピクセルについて、Ｚメインバッファ上のＺ値及びＺＲ
バッファ上の最小値、最大値を更新する。

【００２９】ＺＲバッファはブロック毎に最小値、最大
値を格納すればよいので小容量のメモリで構成できる。
このため、ＺＲバッファは、参照処理等を行うデバイス
（ＩＣ）に内蔵することができる。この結果、ＺＲバッ
ファの入出力ポートを多ポート化し、これらの各ポート
に参照処理手段を接続すれば、上記の参照処理を並列化
することができる。これにより処理の高速化を図れる。

【００３０】なお、以上の説明では、描画処理をポリゴ
ン毎に行う場合について説明した。しかし、本発明はこ
れに限らず、例えばスキャンラインアルゴリズム等を用
いてポリゴンとは無関係にピクセル毎に描画処理を行う
場合にも適用できる。この場合には、描画処理を行うピ
クセルのＺ値（奥行き情報）をＺＰＩＸとした場合に、
ＺＰＩＸとＺＭＡＸＲとを比較し、ＺＰＩＸとＺＭＩＮ
Ｒとを比較する。この比較結果は以下の３通りに分類で
きる。（４）ＺＰＩＸ≧ＺＭＡＸＲ（あるいはＺＰＩＸ＞ＺＭ
ＡＸＲ）の場合（５）ＺＰＩＸ≦ＺＭＩＮＲ（あるいはＺＰＩＸ＜ＺＭ
ＩＮＲ）の場合（６）上記（４）、（５）のいずれにも該当しない場合上記（４）の場合は、該ピクセルは描画処理が不必要な
ピクセルであることが判明するため、Ｚメインバッファ
のＺ値を参照する処理、参照結果に基づいてピクセルを
描画する処理を省略する。

【００３１】上記（５）の場合は、該ピクセルは描画処
理が必要なピクセルであることが判明するため、Ｚメイ
ンバッファのＺ値を参照することなく、このピクセルに
ついての描画処理を行う。そして、該ピクセルについ
て、Ｚメインバッファ上のＺ値及びＺＲバッファ上の最
小値、最大値を更新する。

【００３２】上記（６）の場合は、通常のＺバッファ法
と同様に、ＺメインバッファのＺ値を参照し、参照結果
に基づいて描画処理を行う。そして、該ピクセルについ
て、Ｚメインバッファ上のＺ値及びＺＲバッファ上の最
小値、最大値を更新する。

【００３３】ポリゴン毎に処理を行う場合には、例えば
上記（１）の時にＺＲバッファを１回参照するだけでポ
リゴン内の全てのピクセルについての描画処理を省略す
ることが可能となる。従って、処理を非常に高速化でき
る。これに対して、ピクセル毎に処理では、ポリゴン毎
の場合ほどには処理を高速化できない。しかしながら、
ピクセル毎に処理する場合にも、メモリ容量が大きく外
部メモリとして存在するＺメインバッファの参照処理が
不必要になるため、この意味において従来のＺバッファ
法よりも処理の高速化を図れる。

【００３４】次に、本発明により描画処理が如何に高速
化されるかについて説明する。

【００３５】従来のＺバッファ法においては、Ｚ値の参
照処理（読み出し及び比較処理）は描画すべき全てのピ
クセルに対して行わなければならない。従って、描画す
べき図形（ポリゴン等）が例えば１ブロック（Ｋ×Ｌピ
クセル）分程度の大きさを持つと仮定すると、Ｋ×Ｌ回
の参照処理が必要になる。これに対して、本発明では、
上記（１）、（２）（または（４）、（５））の場合、
ＺＲバッファを２回参照すれば足りる。例えば、Ｋ＝１
６、Ｌ＝１６の場合には、従来のＺバッファではＫ×Ｌ
＝２５６回の参照処理が必要であったが、本発明では２
回で済み、処理量は２／（Ｋ×Ｌ）＝１／１２８倍にな
る。また、上記（３）（または（６））の場合には、従
来のＺバッファと同等の処理速度になるが、これについ
も適当な高速化手法と組み合わせることで、高速化を図
れる。このような高速化手法としては、（７）Ｚメインバッファの一部の奥行き情報（少なくと
も１ブロック分の奥行き情報）を、高速のキャッシュメ
モリ（以下、ＺＣバッファと呼ぶ）に格納して高速化す
る手法（８）少なくとも１ブロック分の奥行き情報を、ＤＲＡ
Ｍ等で構成されるＺメインバッファの１行アドレス分の
データとして格納し、ＤＲＡＭ等の高速ページモードを
利用して高速化する手法などが考えられる。

【００３６】実際の使用時にどの程度の高速化を図れる
かは、Ｋ、Ｌ、Ｍ、Ｎの値、描画状況によってかなり変
化する。（１）、（２）（または（４）、（５））の状
態では大きく高速化を図れるが、（３）（または
（６））の状態になった場合にはあまり高速化を図れな
い。この場合には、上記（７）、（８）の手法で高速化
を図ればよい。

【００３７】２．第１の実施例図３、図４には、本発明の第１の実施例の構成を表すブ
ロック図が示される。第１の実施例は、操作部１２、仮
想３次元空間演算部１００、画像供給部２１０、画像合
成部２３０、ディスプレイ１０を含む。また、図４に示
すように画像合成部２３０は、描画処理部２３２、ＺＲ
バッファ２３４、Ｚメインバッファ２３６、フレームバ
ッファ２３８、パレット回路２４０を含む。

【００３８】操作部１２には、例えばレーシングカーゲ
ームに適用した場合を例にとれば、レーシングカーを運
転するためのハンドル、アクセル等が含まれ、これによ
り操作情報が入力される。

【００３９】仮想３次元空間演算部１００では、仮想３
次元空間における複数の表示物、例えばレーシングカ
ー、コース、ビル等の位置、方向等を設定する演算が行
われる。この演算は、操作部１２からの操作情報や、処
理部１０２に記憶されるゲームプログラム、あらかじめ
設定記憶されているマップ情報等に基づいて行われる。
画像供給部２１０では、仮想３次元空間演算部１００で
設定された表示物の位置、方向等の情報、及びオブジェ
クト画像情報記憶部２１２から読み出されたオブジェク
ト画像情報に基づいて、各種の３次元演算処理が行われ
る。即ち、まず、図５に示すように、レーシングカー、
コース等を表すオブジェクト３００、３３３、３３４に
ついて、それを構成するポリゴンをワールド座標系（絶
対座標系）（ＸW、ＹW、ＺW）で表現される仮想３次元
空間上に配置するための演算処理が行われる。次に、座
標変換部２１４により、これらの各オブジェクトについ
て、それを構成するポリゴンをプレーヤ３０２の視点位
置等を原点とする視点座標系（Ｘｖ、Ｙｖ、Ｚｖ）へ座
標変換する処理が行われる。その後、クリッピング処理
部２１６により、いわゆるクリッピング処理が行われ、
次に、透視投影変換部２１８により、スクリーン座標系
（ＸS、ＹS）への透視投影変換処理が行われる。

【００４０】図４に示す画像合成部２３０では、画像供
給部２１０において得られたポリゴン情報（ポリゴンの
頂点座標、頂点テクスチャ座標、頂点輝度情報等）、ア
トリビュート情報（ポリゴン内において共通の情報）等
から、ポリゴン内の全てのピクセルを描画する処理が行
われる。この描画処理は、ピクセル描画部２５０と描画
判断部２５２とを含む描画処理部２３２により行われ
る。描画処理部２３２により求められたカラー情報、輝
度情報等はフレームバッファ２３８に格納され、パレッ
ト回路２４０を介してディスプレイ１０に出力される。
なお、テクスチャマッピング手法を採用する場合には、
描画処理部２３２とフレームバッファ２３８との間、あ
るいは、フレームバッファ２３８とパレット回路２４０
との間にテクスチャ情報記憶手段を別に設ける必要があ
る。

【００４１】次に、本実施例の動作について説明する。
まず、画像供給部２１０からのポリゴン情報等は、ピク
セル描画部２５０及び描画判断部２５２の両方に同時に
入力される。このポリゴン情報等に基づき、ピクセル描
画部２５０は、描画するピクセルを決定し、そのピクセ
ルのＺ値と、そのピクセルの場所を表す情報であるＸ、
Ｙ座標を描画判断部２５２に出力し、参照（読み出し及
び比較）要求を行う。この時、描画判断部２５２は、画
像供給部２１０から入力されるポリゴン情報等に基づい
て、ＺＲバッファ２３４、Ｚメインバッファ２３６のど
ちらが必要になるかをあらかじめ決めておく。そして、
ピクセル描画部２５０からの参照要求に対して、すぐに
ピクセル描画部２５０に参照結果を返せるように用意し
ておく。即ち、描画判断部２５２では、ポリゴン情報等
が入力された段階で、ＺＭＩＮ、ＺＭＡＸを求めると共
に、ＺＲバッファ２３４からＺＭＩＮＲ、ＺＭＡＸＲを
読み出し、ＺＭＩＮとＺＭＡＸＲ、ＺＭＡＸとＺＭＩＮ
Ｒとの比較処理を済ましておく。なお、この場合、図６
において、ポリゴンのＺ値の最小値、最大値としては、
ブロック領域４００との位置関係を考慮せずにポリゴン
４０２の最小値、最大値ＺＭＩＮ、ＺＭＡＸを用いても
よい。また、ポリゴン４０２とブロック領域４００との
位置関係を考慮して、ブロック領域４００により切り取
られた場合のポリゴン４０２の最小値、最大値ＺＭＩ
Ｎ’、ＺＭＡＸ’を用いてもよい。

【００４２】ＺＲバッファ２３４への参照処理により、
Ｚメインバッファ２３６のＺ値を参照する必要があると
判断された場合には、描画判断部２５２はＺメインバッ
ファ２３６からＺ値を読み出す処理を済ましておく。

【００４３】以上により、ピクセル描画部２５０は、Ｚ
値、Ｘ、Ｙ座標を描画判断部２５２出力し参照要求を行
うだけでよく、描画判断部２５２の参照処理が完了して
いるか否かを意識する必要がなくなる。そして、描画判
断部２５２において既にＺ値の比較が可能な状態になっ
ている場合、即ち、ＺＲバッファ２３４に対する参照処
理により描画処理が必要ないと判断された場合、及び、
Ｚメインバッファ２３６から必要なＺ値が読み出されて
いる場合には、ピクセル描画部２５０はすみやかに参照
結果を得ることができる。これにより、フレームバッフ
ァ２３８への画像情報の書き込みが可能となり、処理の
高速化を図ることができる。

【００４４】一方、描画判断部２５２においてＺ値の比
較がまだ可能な状態になっていない場合、描画判断部２
５２はピクセル描画部２５０に対して処理のウェイトを
かける。これにより、処理は低速化するが正確な処理動
作が保証される。

【００４５】なお、描画判断部２５２に対しては、必ず
しもポリゴン情報を入力する必要はないが、このように
ポリゴン情報を入力しておくことで、入力される参照要
求に対して参照結果を返す処理が高速化される。また、
ピクセル描画部２５０と描画判断部２５２とを分ける図
４の構成の利点は、ＺＲバッファ２３４、Ｚメインバッ
ファ２３６の容量、アクセスタイミング等が変化した場
合にも、ピクセル描画部２５０の構成を変更する必要が
ない点である。

【００４６】また、本実施例では、Ｚメインバッファ２
３６は大きなメモリ容量が必要なため、描画処理部２３
２等を構成するデバイスの外に外部メモリとして設けら
れる。一方、ＺＲバッファ２３４は、少ないメモリ容量
で足りるためデバイスに内蔵することができる。このた
め、ＺＲバッファ２３４に対しては高速にアクセスでき
るため、全ての場合においてＺメインバッファ２３６に
アクセスしなければならなかった従来のＺバッファ手法
に比べて処理の高速化を図れる。また、ＺＲバッファ２
３４をデバイスに内蔵できると、前述のピン数の物理的
な制約等を受けずに済むため、図７に示すように、ＺＲ
バッファ２３４の入出力ポートを多ポート化し、各ポー
トに描画処理部２３２ー1〜２３２ー4を接続する構成とす
ることが可能となる。これにより描画処理部の処理を並
列化することができ、更なる高速化を図ることができ
る。

【００４７】３．第２の実施例図８には、本発明の第２の実施例のブロック図が示され
る。第１の実施例と異なるのは、キャッシュメモリであ
るＺＣバッファ２３７が新たに設けられている点であ
る。このＺＣバッファ２３７には、Ｚメインバッファ２
３６の少なくとも１ブロック分、好ましくは複数ブロッ
ク分の奥行き情報が格納されている。そして、上述の
（３）（又は（６））に該当する場合、即ちＺメインバ
ッファ２３６に格納される奥行き情報を参照する必要が
ある場合には、描画判断部２５２は、まずＺＣバッファ
２３７を参照する。そして、ＺＣバッファ２３７に参照
すべき奥行き情報が存在する場合にはＺＣバッファ２３
７から奥行き情報を読み出し、参照すべき奥行き情報が
存在しない場合に、初めて、Ｚメインバッファ２３６に
アクセスすることになる。

【００４８】ＺＣバッファ２３７は、少ないメモリ容量
で足りるため描画処理等を行うデバイスに内蔵できる。
従って、ＺＣバッファ２３７に対するアクセスはＺメイ
ンバッファ２３６に対するアクセスよりも高速化でき、
これにより上述の（３）（（６））に該当する場合の処
理速度の低下を抑えることができる。また、ＺＣバッフ
ァ２３７は、デバイスに内蔵できるため、図７と同様に
ＺＣバッファ２３７についても多ポート化し、複数の描
画処理部２３２ー1〜２２３２-4を接続することで、ＺＣ
バッファ２３７からの参照処理も並列化することができ
る。

【００４９】また、ＺＣバッファ２３７には少なくとも
１ブロック分の奥行き情報が格納されている。従って、
描画判断部２５２は、ポリゴン情報とＺＲバッファ２３
４に格納されるＺＭＩＮＲ、ＺＭＡＸＲとに基づいて上
述の（３）（（６））に該当すると判断した場合には、
その後は、ＺＣバッファ２３７の奥行き情報のみを参照
すればよいことになる。これにより、処理の簡易化、高
速化を図ることができる。このように、ＺＲバッファ２
３４の少なくとも１ブロック分に対応する奥行き情報
を、ＺＣバッファ２３７に格納する本実施例の構成は、
キャッシュ機能を有するメモリとの単なる組み合わせ以
上の特有の効果を有する。

【００５０】４．第３の実施例第３の実施例は、ＤＲＡＭ等のページモード機能を利用
して高速化を図る実施例である。例えば、Ｚメインバッ
ファ２３６を、図９（Ａ）に示すように４×４＝１６ピ
クセルから成るＭ×Ｎの領域に分割した場合を考える。
この場合、何も工夫せずに通常通りにＺメインバッファ
２３６の内容をＤＲＡＭ等に格納すると、図９（Ｂ）に
示すようなアドレス配置でデータ（奥行き情報）が格納
されることになる。このようなアドレス配置で奥行き情
報を格納すると、例えばａのブロックの奥行き情報を読
み出す場合には、まず１行目のアドレスをセレクトして
ａ１〜ａ４を読み出し、次に２行目目のアドレスを選択
しａ５〜ａ８を読み出すというように、行アドレスを順
次インクリメントする作業が必要となる。これはメモリ
への読み出し・書き込み処理の高速化を妨げる。そこ
で、本第３の実施例では、図９（Ｃ）に示すように、例
えばａのブロックの奥行き情報をＺメインバッファ２３
６の１行目のアドレスに、ｂのブロックの奥行き情報を
２行目のアドレスに、ｃのブロックの奥行き情報を３行
目のアドレスにというように格納する。もちろん、１行
目のアドレスに複数ブロック分の奥行き情報を格納して
もよい（例えばａ、ｂ、ｃのブロックの奥行き情報を１
行目のアドレスに格納する）。

【００５１】そして、本第３の実施例では、Ｚメインバ
ッファ２３６は、ページモード機能を有するＤＲＡＭ等
により構成される。このページモードでは、図９（Ｄ）
に示すように、列アドレスはＣＡＳ信号に同期して変更
され、行アドレスはＲＡＳ信号に同期して変更される。
従って、同一の行アドレスに属するデータはＣＡＳ信号
のみを制御するだけで高速に読み出し・書き込むことが
できる。本実施例では、１つの行アドレスに少なくとも
１ブロック分の奥行き情報が格納されている。従って、
１つのブロックの奥行き情報を参照している間は、ＣＡ
Ｓ信号を制御するのみで奥行き情報を読み出し・書き込
むことができ、これにより、奥行き情報の高速な読み出
し・書き込みが可能となる。そして、このＣＡＳ信号の
制御は描画判断部２５２により行われる。

【００５２】このように、ＺＲバッファ２３４の少なく
とも１ブロック分に対応する奥行き情報を、Ｚメインバ
ッファ２３６の１行アドレス分のデータとして格納する
と共にページモードの高速性を利用する本実施例の構成
は、ページモード機能を有するメモリとの単なる組み合
わせ以上の特有の効果を有する。

【００５３】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が
可能である。

【００５４】例えば、上記実施例では、ポリゴン毎に描
画処理を行う場合について主に説明したが、本発明はこ
れに限らず、スキャンラインアルゴリズム等を用いてポ
リゴンに無関係にピクセル毎に処理を行う場合にも適用
できる。

【００５５】また、上記実施例では、視点から遠いほど
奥行き情報が大きくなるとして説明を行ったが、視点か
ら遠いほど奥行き情報が小さくなる場合も当然に本発明
の均等な範囲に含まれる。

【００５６】また、描画処理部の構成、画像合成部の構
成、画像合成装置の全体構成も、上記実施例で説明した
ものに限らず種々の構成を採用できる。

【００５７】また、本発明の画像合成装置、画像合成方
法は、業務用のゲーム機、家庭用のゲーム装置、フライ
トシミュレータ、教習所等で使用されるドライビングシ
ミュレータ等の種々のものに適用できる。特に、本発明
の原理は、家庭用ゲーム装置、パーソナルコンピュータ
に使用されるゲームカートリッジ、ＣＤ−ＲＯＭ、フロ
ッピーディスクに格納されるゲームプログラムのアルゴ
リズム等にも当然に適用できる。更に、多数のプレーヤ
が参加する大型アトラクション型のゲーム装置、シミュ
レーション装置にも適用できる。

【００５８】また、ゲーム装置に適用する場合には、レ
ーシングカーゲーム、対戦ゲーム、ロールプレイングゲ
ーム、３次元的にマップが形成された宇宙船ゲーム等の
種々のゲーム装置に本発明は適用できる。

【００５９】また、本発明において画像合成部、描画処
理部等で行われる演算処理は、専用の画像合成デバイス
を用いて処理してもよいし、汎用のマイクロコンピュー
タ、ＤＳＰ等を利用してソフトウェア的に処理してもよ
い。

【００６０】

【発明の効果】本発明によれば、参照処理の回数を例え
ば２／（Ｋ×Ｌ）倍程度とすることができ、従来のＺバ
ッファ法に比べて処理を格段に高速化できる。また、本
発明によれば、ＺＲバッファを多ポート化し、描画処理
を並列化することも可能となる。

【００６１】また、本発明によれば、大きなメモリ容量
を持つＺメインバッファへのアクセスが必要なくなり、
従来のＺバッファ法に比べて処理を格段に高速化でき
る。また、ＺＲバッファを多ポート化し、描画処理を並
列化することも可能となる。

【００６２】また、本発明によれば、キャッシュメモリ
であるＺＣバッファを利用することで処理の高速化が図
られる。また、ＺＲバッファのみならずＺＣバッファに
ついても多ポート化し、描画処理を並列化することが可
能となる。そして、ＺＲバッファの少なくとも１ブロッ
ク分に対応する奥行き情報をＺＣバッファに格納する本
発明の構成は、キャッシュ機能を有するメモリとの単な
る組み合わせ以上の特有の効果を有するものである。

【００６３】また、本発明によれば、メモリのページモ
ード機能を利用することで処理の高速化が図られる。そ
して、ＺＲバッファの少なくとも１ブロック分に対応す
る奥行き情報を、Ｚメインバッファの１行アドレス分の
データとして格納すると共にページモードの高速性を利
用する本発明の構成は、ページモード機能を有するメモ
リとの単なる組み合わせ以上の特有の効果を有するもの
である。

【００６４】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理を説明するための図である。

【図２】図２（Ａ）〜（Ｃ）は、ＺＭＩＮ、ＺＭＡＸ、
ＺＭＩＮＲ、ＺＭＡＸＲの関係を示す図である。

【図３】本発明の第１の実施例を示すブロック図であ
る。

【図４】本発明の第１の実施例の画像合成部の詳細を示
すブロック図である。

【図５】本実施例における３次元演算処理について説明
するための図である。

【図６】ポリゴンのＺ値の最小値、最大値の決め方につ
いて説明する図である。

【図７】ＺＲバッファを多ポート化し並列処理を行う場
合の例を示す図である。

【図８】本発明の第２の実施例を示すブロック図であ
る。

【図９】図９（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明の第３の実施例
を説明するための図である。

【図１０】従来例の構成の一例を示すブロック図であ
る。

【図１１】図１１（Ａ）、（Ｂ）は、Ｚバッファ法につ
いて説明するための図である。

【符号の説明】

１０ディスプレイ１２操作部１００仮想３次元空間演算部１０２処理部２１０画像供給部２１２オブジェクト画像情報記憶部２１４座標変換部２１６クリッピング処理部２１８透視投影変換部２３０画像合成部２３２描画処理部２３４ＺＲバッファ２３６Ｚメインバッファ２３７ＺＣバッファ２３８フレームバッファ２４０パレット回路２５０ピクセル描画部２５２描画判断部

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】視点からの距離を表す奥行き情報を表示
画面上の各ピクセルに対応づけて格納するＺメインバッ
ファの該奥行き情報を参照しながら描画処理を行う画像
合成装置であって、前記Ｚメインバッファを１ブロックがＫ×Ｌピクセルか
ら成るＭ×Ｎの領域に分割した場合において、領域内に
おける前記奥行き情報の最小値ＺＭＩＮＲ及び最大値Ｚ
ＭＡＸＲを各領域に対応づけて格納するＺＲバッファ
と、表示物をポリゴンの集合により表現し、該ポリゴンある
いは前記領域により切り取られるポリゴンの奥行き情報
の最小値あるいは該最小値よりも小さい値をＺＭＩＮと
表し、該ポリゴンあるいは前記領域により切り取られる
ポリゴンの奥行き情報の最大値あるいは該最大値よりも
大きい値をＺＭＡＸと表した場合に、ＺＭＩＮ≧ＺＭＡ
ＸＲ（あるいはＺＭＩＮ＞ＺＭＡＸＲ）の場合には前記
Ｚメインバッファに格納される前記奥行き情報を参照す
る処理及び該ポリゴンに対する描画処理を省略し、ＺＭ
ＡＸ≦ＺＭＩＮＲ（あるいはＺＭＡＸ＜ＺＭＩＮＲ）の
場合には前記Ｚメインバッファに格納される前記奥行き
情報を参照することなく該ポリゴンに対する描画処理を
行う描画処理手段と、を含むことを特徴とする画像合成装置。
【請求項２】視点からの距離を表す奥行き情報を表示
画面上の各ピクセルに対応づけて格納するＺメインバッ
ファの該奥行き情報を参照しながら描画処理を行う画像
合成装置であって、前記Ｚメインバッファを１ブロックがＫ×Ｌピクセルか
ら成るＭ×Ｎの領域に分割した場合において、領域内に
おける前記奥行き情報の最小値ＺＭＩＮＲ及び最大値Ｚ
ＭＡＸＲを各領域に対応づけて格納するＺＲバッファ
と、描画処理を行うピクセルの奥行き情報をＺＰＩＸと表し
た場合に、ＺＰＩＸ≧ＺＭＡＸＲ（あるいはＺＰＩＸ＞
ＺＭＡＸＲ）の場合には前記Ｚメインバッファに格納さ
れる前記奥行き情報を参照する処理及び該ピクセルに対
する描画処理を省略し、ＺＰＩＸ≦ＺＭＩＮＲ（あるい
はＺＰＩＸ＜ＺＭＩＮＲ）の場合には前記Ｚメインバッ
ファに格納される前記奥行き情報を参照することなく該
ピクセルに対する描画処理を行う描画処理手段と、を含むことを特徴とする画像合成装置。
【請求項３】請求項１又は２のいずれかにおいて、前記Ｚメインバッファの少なくとも前記１ブロック分の
奥行き情報を格納するＺＣバッファを含み、前記描画処理手段が、前記Ｚメインバッファに格納され
る奥行き情報を参照する場合において該奥行き情報が前
記ＺＣバッファに格納されている場合には、前記ＺＣバ
ッファに格納される奥行き情報を参照して前記描画処理
を行うことを特徴とする画像合成装置。
【請求項４】請求項１又は２のいずれかにおいて、前記ＺメインバッファがＣＡＳ信号に同期して列アドレ
スが変更されＲＡＳ信号に同期して行アドレスが変更さ
れるメモリにより構成され、少なくとも前記１ブロック分の奥行き情報が１行アドレ
ス分のデータとして前記メモリに格納され、前記描画処理手段が、前記ＣＡＳ信号を制御することで
前記Ｚメインバッファに格納される奥行き情報の参照処
理を行うことを特徴とする画像合成装置。
【請求項５】視点からの距離を表す奥行き情報を表示
画面上の各ピクセルに対応づけて格納するＺメインバッ
ファの該奥行き情報を参照しながら描画処理を行う画像
合成方法であって、前記Ｚメインバッファを１ブロックがＫ×Ｌピクセルか
ら成るＭ×Ｎの領域に分割し、領域内における前記奥行
き情報の最小値ＺＭＩＮＲ及び最大値ＺＭＡＸＲを各領
域に対応づけてＺＲバッファに格納し、表示物をポリゴンの集合により表現し、該ポリゴンある
いは前記領域により切り取られるポリゴンの奥行き情報
の最小値あるいは該最小値よりも小さい値をＺＭＩＮと
表し、該ポリゴンあるいは前記領域により切り取られる
ポリゴンの奥行き情報の最大値あるいは該最大値よりも
大きい値をＺＭＡＸと表し、ＺＭＩＮ≧ＺＭＡＸＲ（あ
るいはＺＭＩＮ＞ＺＭＡＸＲ）の場合には前記Ｚメイン
バッファに格納される前記奥行き情報を参照する処理及
び該ポリゴンに対する描画処理を省略し、ＺＭＡＸ≦Ｚ
ＭＩＮＲ（あるいはＺＭＡＸ＜ＺＭＩＮＲ）の場合には
前記Ｚメインバッファに格納される前記奥行き情報を参
照することなく該ポリゴンに対する描画処理を行うこと
を特徴とする画像合成方法。
【請求項６】視点からの距離を表す奥行き情報を表示
画面上の各ピクセルに対応づけて格納するＺメインバッ
ファの該奥行き情報を参照しながら描画処理を行う画像
合成方法であって、前記Ｚメインバッファを１ブロックがＫ×Ｌピクセルか
ら成るＭ×Ｎの領域に分割し、領域内における前記奥行
き情報の最小値ＺＭＩＮＲ及び最大値ＺＭＡＸＲを各領
域に対応づけてＺＲバッファに格納し、描画処理を行うピクセルの奥行き情報をＺＰＩＸと表
し、ＺＰＩＸ≧ＺＭＡＸＲ（あるいはＺＰＩＸ＞ＺＭＡ
ＸＲ）の場合には前記Ｚメインバッファに格納される前
記奥行き情報を参照する処理及び該ピクセルに対する描
画処理を省略し、ＺＰＩＸ≦ＺＭＩＮＲ（あるいはＺＰ
ＩＸ＜ＺＭＩＮＲ）の場合には前記Ｚメインバッファに
格納される前記奥行き情報を参照することなく該ピクセ
ルに対する描画処理を行うことを特徴とする画像合成方
法。