JP2805503B2 - グラフィック表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、グラフィック表示装置、特に、出力ビデオ
・モニタの観察領域の外側に部分的もしくは全体的には
み出している画像の操作を、操作者が表示画面で見える
ようにしたグラフィック表示装置のビューポート縮小機
能に関する。

［従来の技術及び発明が解決しようとする課題］ グラフィック表示装置の１つの機能は、２次元のビデ
オ画像を３次元空間において操作することである。実際
には、操作者は、ビデオ画像が投影されているプレーン
を操作することになる。この画像プレーンは、出力ビデ
オ・モニタに表示される３次元空間の一部に現れるか、
あるいは、この画像プレーンの一部又は全体が出力ビデ
オ・モニタの観察領域側にある。画像プレーンが出力ビ
デオ・モニタ上に完全に表示されていないとき、画像プ
レーンを操作しようとする操作者は、この画像プレーン
が出力ビデオ・モニタの観察領域内に全体的に表示され
ないと、操作の影響を完全に把握することができない。

したがって、本発明の目的は、ビデオ画像プレーンが
３次元空間内のどこにあっても、このプレーンの操作を
操作者が観察できるようにするビューポート縮小機能を
有するグラフィック表示装置の提供にある。

［課題を解決するための手段及び作用］ 本発明のグラフィック表示装置は、出力ビデオ・モニ
タの通常の観察領域の寸法を縮小し、この出力ビデオ・
モニタの観察領域の外側領域も、表示画面上に見えるよ
うにするビューポート縮小機能を有する。１組の２次元
入力点は、１組の３次元の点に変換され、更に、この１
組の３次元の点はグラフィック表示のために、１組の２
次元出力点に変換される。２次元入力空間から２次元出
力スクリーンへ画像プレーンの４隅の点をマッピングし
てワイヤフレームを作成し、ライン・セグメントによっ
てこれら４隅の点を接続する。ワイヤフレームは、ビデ
オ画像が投影される画像プレーンを表しており、操作者
の制御によりこのワイヤフレームを操作する。ワイヤフ
レームは具体的には、後述する第６図及び第７図におい
て、参照番号86及び88で示されるものであり、この参照
番号は画像が投影される画像プレーンをも示す。マトリ
ックスと可変縮小係数との積を用いて、このマッピング
関数の大きさを定め、これにより、１組の２次元入力点
による外見上（見かけ上）の斜視投影を変化させること
なく、スクリーン上の１組の２次元出力点を、グラフィ
ック表示の中心部に向かって収斂させる。これによっ
て、出力ビデオ・モニタの表示領域外にあったワイヤフ
レーム、またはワイヤフレームの部分及びその他の表示
パラメータがグラフィック表示器の観察領域内に現われ
る。

本発明の目的、利点及びその他の新規な特徴は、図面
を参照した以下の詳細な説明より明らかになろう。

［実施例］ 第１図は、本発明によるビューポート縮小機能を有す
るグラフィック表示装置を用いたデジタル・ビデオ特殊
効果装置のブロック図である。このデジタル・ビデオ特
殊効果装置10は、制御パネル12を具えており、この制御
パネルは、操作者インターフェースとして作用すると共
に、制御回路14と相互に作用し合う。この制御回路14
は、種々のビデオ・プロセッサ16及び本発明のグラフィ
ック表示装置18に制御信号を供給する。このビデオ・プ
ロセッサ16は、ビデオ・テープレコーダ、ビデオ・カメ
ラ、文字発生器、マット発生器（一様な映像を表す信号
を発生する）等の種々のビデオ情報源から入力ビデオ信
号を受け、これら信号を組み合わせて、表示用の最終ビ
デオ信号出力を発生する。このグラフィック表示装置18
は、グラフィック出力ビデオ信号を発生する。グラフィ
ック出力ビデオ信号及び最終的な出力ビデオ信号をミキ
サ20に入力する。このミキサは、最終的な出力ビデオ信
号のみ、グラフィック出力ビデオ信号のみ、又は最終的
な出力ビデオにグラフィック出力ビデオが重なった信号
等を出力として発生する。本実施例においては、グラフ
ィック表示器22が、グラフィック出力を伴うか共わない
かにかかわらず、最終的な出力ビデオ信号を表示してい
るとき、この表示器は出力ビデオ・モニタとして機能す
る。グラフィック器22が表示グラフィック周力のみを表
示しているとき、本発明による縮小したビューポート機
能が実施される。最終的な出力ビデオ信号は、標準的な
テレビジョン・プロダクション・スイッチャ（図示せ
ず）にも入力されて、更にミキシングされ、放送され、
放送用のビデオ・モニタ（図示せず）に表示される。操
作者が種々の入力ビデオ信号の操作の結果を観察できる
ように、ミキサ20の出力信号をグラフィック表示器22に
入力する。

第２図は、本発明によるグラフィック表示装置のブロ
ック図である。このグラフィック表示装置18には、ブロ
ック26、28及び24に関連して２つの動作モードがある。
第１の動作モードは、制御回路14から作業バッファ24に
キーフレームの変換パラメータを直接伝達するクリエー
ション・モードであり、第２の動作モードはキーフレー
ム間を補間するための実行情報に関連するラン・モード
（実行モード）である。即ち、第１の動作モードでは、
操作者が、ジョイスティック及び／又はキーパッドを用
いて、制御パネル12により作成したキーフレームのあら
ゆる変換パラメータを制御バスを介して作業バッファ24
に直接転送する。一方、第２の動作モードでは、第１の
動作モードから得られた２つの連続したキーフレーム及
び実行時間等の実行情報を入力バッファ26に供給し、中
間アルゴリズム回路28は、この実行情報から、作業バッ
ファ24に蓄積するための新たな１組の変換パラメータを
計算する。

作業バッファ24内に蓄積された変換パラメータ（作成
されたものであるが）に基づいて、２次元投影発生アル
ゴリズム回路30は、回転軸の交点及び端点、投影点の中
心、並びに２次元マッピング関数を計算し、これらを中
間バッファ32、34、36に蓄積する。投影点の中心は、後
述する第６図及び第７図において90で示す点に相当す
る。ブロック24、28、30で、マッピング手段を構成す
る。本発明によるビューポート縮小機能を適用する前に
は、グリッド端点は、作業バッファ24内に蓄積されてい
る変換パラメータにかかわりなく一定である。これは、
グリッド端点（第６図及び第７図に参照番号92で示す）
が、既に２次元出力スクリーン空間内にあり、グリッド
・バッファ38に蓄積されているからである。これらのグ
リッド端点は、出力ビデオ・モニタの観察領域おいて、
この観察領域を区別するための格子を決定し、ビューポ
ート内の格子（グリッド）を決定する。なお、グリッド
・バッファ38が格子線発生手段となる。これらのグリッ
ド端点及び２次元投影発生アルゴリズム回路30からのマ
ッピング関数は、３次元変換により、２次元の投影が２
次元入力点のグラフィック表示器22に行われるように作
用する。

制御バスから供給され、操作者によって制御される可
変縮小係数は、係数バッファ40に蓄積される。蓄積され
た上記の可変縮小係数は２次元投影発生アルゴリズム回
路30からの点及びマッピング関数、並びに格子の端点と
共に、縮小ビューポート・アルゴリズム回路42に入力と
して印加される。その結果、縮小ビューポート・アルゴ
リズム回路42からの縮小ビューポートの点及びマッピン
グ関数は、バッファ44、46、48及び50に夫々蓄積され、
グラフィック表示器22の中心に総ての点を近づけるよう
マッピングされる。なお、ブロック40及び42で、縮尺手
段を構成する。第１ワイヤフレーム・バッファ52は、一
定のワイヤフレームのコーナー入力点を蓄積しており、
これらの点は、縮小ビューポート２次元マッピング関数
と共にワイヤフレーム・マッピング・アルゴリズム回路
54に入力される。その結果、マッピングされたワイヤフ
レーム・コーナーは、縮小され、マッピング・ワイヤフ
レーム・バッファ56に蓄積される。縮小ビューポート点
及びマッピングされたワイヤフレーム・コーナー点は、
点と線とをプロットするプロット・アルゴリズム回路58
に入力され、グラフィック表示器22に表示するグラフィ
ック出力画像が発生する。点及び線プロット・アルゴリ
ズム回路58は、各コーナーと端点との間の点を発生し、
これらを接続する線を形成する。なお、ブロック52、5
4、56、58で、ワイヤーフレーム発生手段を構成する。

２次元投影アルゴリズム回路30は、作業バッファ24か
らの変換パラメータを用いて２次元マップ、投影の中心
点及び軸の端点をグラフィック表示器22に発生する。第
３図は、第２図におけるグラフィック表示装置に用いる
２次元投影発生アルゴリズム回路30のブロック図であ
る。この第３図に示すように、作業バッファ24からの３
次元変換データは、３次元マッピング・アルゴリズム回
路60に入力され、３次元での回転中心及びマッピング関
数をバッファ62及び64内に夫々生成する。これら３次元
マッピング関数及び回転の中心は、回転軸端発生器66に
入力され、回転軸端及び交点を生成する。この３次元マ
ッピング関数は、作業バッファ24からの２次元変換デー
タ（投影点の中心等）と共に２次元マッピング発生器68
に入力され、２次元マッピング関数及び投影の中心を生
成する。

第４図は、第２図に示すグラフィック表示装置に用い
るプロット・アルゴリズム回路58のブロック図である。
第４図に示すような線及び点を発生するためのプロット
・アルゴリズム回路58は、点と点との間に個別の点及び
線セグメントをプロットするための２次元の点を１組発
生する。プロット・ベクトル・アルゴリズム回路70は、
漸次伸長する線をプロットしていく形態をとっており、
各点を、１つの画素（ピクセル）に等しい長さのベクト
ルとみなす。プロット・ベクトル・アルゴリズム回路70
からのベクトルを、ビデオRAM72に蓄積する。ビデオRAM
72中の走査線は、プロット作業を簡便にするために、漸
次増加する順に構成されている。したがって、隣接する
走査線は、グラフィック表示器22での空間的に隣接する
走査線に対応するが、表示ビデオ・アルゴリズム回路74
の動作期間中、１つのテレビジョン・フィールドが一時
的に表示される。ビデオRAM72は、ビデオ・プロセッサ1
6からの最終的な出力ビデオ信号と同期して読み出され
る。表示ビデオ・アルゴリズム回路74は、グレイ・スケ
ール・マッパによりビデオRAMの値を処理し、デジタル
・グラフィック出力ビデオを生成する。グラフィック出
力は、ミキサ20内でアナログの白色信号に変換され、操
作者の選択に応じて、最終的な出力ビデオ又はカラーの
黒色信号と直線的に加算される。

３次元内で２次元画像プレーンの実際の操作を示した
ものが第５図である。この操作は、グラフィック表示装
置18内でソフトウエアの操作により実行される。ここで
Ｆを、２次元入力点の１組（u,v）から３次元出力点の
１組（ｘ′,y′,z′）への変換作用を表すものとする。
同様に、Ｐを３次元空間内の点から２次元出力スクリー
ンの点（x,y）への変換作用を表すものとする。なお、
u,v,x,y及びｚは、第５図では大文字で示されている。
これらの関係は次のようになる即ち、 ｇ（u,v）＝ｐ（ｆ（u,v））＝（x,y） ここで、ｇは２次元の入力空間から２次元の出力スク
リーンへのマッピング作用を表す。

２次元のマッピング関数であるｇは、マトリクスの形
で以下のように表せる。

|A Ｄ G| |B Ｅ H| |C Ｆ I| 入力点（u,v）を出力点（x,y）にマップするために
は、以下のマトリクスの掛け算を実行する。

|u ｖ l|＊|A Ｄ G| |B Ｅ H| |C Ｆ I| ＝|Au＋Bv＋Ｃ Du＋Ev＋Ｆ Gu＋Hv＋I| 系の均一性を保持するために、積のマトリクスの３つ
の項を、Gu＋Hv＋Ｉによって除算し、 ｜（Au＋Bv＋Ｃ）／（Gu＋Hv＋Ｉ） （Du＋Ev＋Ｆ）／（Gu＋Hv＋Ｉ） 1| とする。したがって、入力点（u,v）に対応する出力点
の座標は、以下のように計算される。

ｘ＝（Au＋Bv＋Ｃ）／（Gu＋Hv＋Ｉ） ｙ＝（Du＋Ev＋Ｆ）／（Gu＋Hv＋Ｉ） マッピング関数ｇの最初の２つの列に、縮小ビューポ
ート可変係数Ｒを掛けることにより、所望の縮小ビュー
ポート関数が得られる。ｇをマトリクスの形で表すと、
以下のようになる。

|AR DR G| |BR ER H| |CR FR I| また出力点（x,y）は以下のようになる。

ｘ＝ （ARu＋BRv＋CR）／（Gu＋Hv＋Ｉ） ｙ＝ （DRu＋ERv＋FR）／（Gu＋Hv＋Ｉ） 縮小されたビューポート係数Ｒをマッピング関数に適
用することによって、後続の総べてのマッピングは、同
様の縮小率に変化する。

第６図は、縮小ビューポート機能のない表示スクリー
ンの図、第７図は、本発明による縮小ビューポート機能
を有する表示スクリーンの図である。グラフィック表示
装置18の出力は、グラフィック表示器22上の縮小ビュー
ポート・グラフィックの表示として、第６図及び第７図
に示す。グラフィック表示器22の陰極線管表示面80上に
は、出力ビデオ・モニタの観察領域を表す外形線82が示
されている。この外形線82は、観察領域を線引きする格
子線84を含んでもよい。外形線82の外側の表示面80の領
域は、ワイヤフレームによって表される画像プレーン86
を操作できる残りの「空間」を表している。実際の画像
プレーン86は、外形線82によって描かれる領域内に、全
体的又は部分的に位置してもよいし、外形線の外側の残
りの空間に総てが位置してもよい。第７図に示されてい
る外形線82は、本発明による縮小ビューポートを表して
いる。操作者は、制御パネル12のノブ等の手段により縮
小の程度を制御できる。縮小するにつれて、外形線82
は、益々小さくなり、今まで見えなかった空間が、表示
面80の周りにおいて、次第に見える空間となる。ここ
で、操作者は、画像プレーン86を、外形線82の完全な外
側でも操作可能であり、外形線82によって表される出力
ビデオ・モニタの観察領域との関係で、画像プレーン86
がどこにあるかを知ることができる。第７図は、第６図
では見ることはできないが、縮小されたビューポート関
数を用いればグラフィック表示器22上で見ることのでき
る第２の画像プレーン88を示している。上述したよう
に、ビデオ画像が投影される中心点は90で示され、グリ
ッド端点は92で示されている。

［発明の効果］ このように、本発明では、ビデオの画像プレーンを操
作するとき、マトリクスの掛け算と、可変縮小係数とに
より、２次元の入力空間から２次元のグラフィック表示
スクリーンへの変換を行うことによって、出力ビデオ・
モニタの観察領域の外側に展開している画像を、グラフ
ィック表示器上で見ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のグラフィック表示装置を有するデジ
タル・ビデオ特殊効果装置のブロック図、第２図は、本
発明のグラフィック表示装置のブロック図、第３図は、
第２図におけるグラフィック表示装置に用いる２次元投
影発生アルゴリズム回路のブロック図、第４図は、第２
図に示すグラフィック表示装置に用いるプロット・アル
ゴリズム回路のブロック図、第５図は、２次元の入力点
を３次元空間へ変換した後２次元の出力点に変換する状
態を示した図、第６図は、本発明による縮小ビューポー
ト機能のない表示スクリーンの図、第７図は、本発明の
縮小ビューポート機能のある表示スクリーンの図であ
る。 38:格子線発生手段 52、54、56、58:外形線発生手段 24、28、30:マッピング手段 40、42:縮尺手段

フロントページの続き (72)発明者 エフ・アンドリュー・ウイテック アメリカ合衆国 カリフオルニア州 95959 ネバダ・シテイ ブリッジ・ス トリート 234 (72)発明者 ウイリアム・シー・ラング アメリカ合衆国 カリフオルニア州 95945 グラス・バレー パートリッ ジ・ロード 10578 (72)発明者 ネイル・アール・オルムステッド アメリカ合衆国 カリフオルニア州 95959 ネバダ・シテイ トランクイリ ティ・レイン 13641 (72)発明者 チャールズ・クイントン・ホード アメリカ合衆国 カリフオルニア州 95959 ネバダ・シテイ パリセイド・ ドライブ 12595 (56)参考文献 特開 昭62−46377（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−195469（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−257493（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−290981（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−187331（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ビューポートを縮小するグラフィック表示
   装置であって、 表示画面上の観察領域を特定する外形線を発生する外形
   線発生手段と、 １組の２次元入力点を、上記表示画面上の所望の位置及
   び所望の見かけ上の透視投影により表示するために、１
   組の２次元出力点にマッピングを行うマッピング手段
   と、 可変縮尺係数に応じて、上記外形線及び上記１組の２次
   元出力点を縮尺して、上記１組の２次元出力点を上記表
   示画面の中心に向けて収斂させ、上記外形線の外側の領
   域も上記表示画面上で観察可能とする縮尺手段とを具
   え、 上記表示画面上には上記外形線も同時に表示されること
   を特徴とするグラフィック表示装置。