JP2988936B2 - 三次元図形の処理装置 - Google Patents

三次元図形の処理装置

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JP2988936B2 JP63023714A JP2371488A JP2988936B2 JP 2988936 B2 JP2988936 B2 JP 2988936B2 JP 63023714 A JP63023714 A JP 63023714A JP 2371488 A JP2371488 A JP 2371488A JP 2988936 B2 JP2988936 B2 JP 2988936B2
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Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は三次元図形情報(この明細書では図形・画
像を含め図形という)を二次元の平面へ人間が理解し易
いような形で表示する三次元図形の処理装置に関するも
のである。
「従来の技術」 三次元図形をブラウン管表示装置の表示面のような二
次元平面に表示する場合、図形に陰影を付けて表示した
り、隠面(線)除去(hiddensurface elimination)を
施して人間が理解しやすい形で表示する。
第6図は従来の装置の一例を示すブロック図で、図に
おいて(1)がグラフィックプロセッサ(以下GPUと略
記する)、(2)は図形データベース、(4)はフレー
ムバッファ(以下FBと略記する)、(5)は表示装置
(以下CRTと略記する)、(60)はZバッファである。
CRT(5)に表示すべき図形のデータは図形データベ
ース(2)に格納されている。例えば一つのポリゴン
(この場合、三次元内の一平面にある多辺形)をCRT
(5)に表示する場合は、そのポリゴンの各頂点の座標
位置(CRT(5)の表示面に直角な方向をZ軸とするXYZ
直交座標に関する座標位置)と、そのポリゴンを表示す
べき輝度(B値、但しこの明細書でいうB値はカラー表
示の場合のカラー情報を含む)が格納されている。GPU
(1)はこのような形のデータを図形データベース
(2)から入力し、このポリゴンを(正確に言えばこの
ポリゴンのXY平面上への投影を)ラスタースキャン方式
でCRT(5)に表示するB値を発生して、これをFB
(4)に書き込む。FB(4)には各ピクセル(pixel、
最小単位画素)のXY座標位置をアドレスとしてそのB値
が書き込まれる。例えば、ポリゴンの内部のB値がB1
(例えば緑)、外部のB値が0(黒)とすれば、ポリゴ
ン内のXY座標位置にはB1が、ポリゴン外のXY座標位置に
は0が書き込まれ、CRT(5)には緑色で塗りつぶされ
たポリゴンが表示される。
隠面除去の表示をするにはGPU(1)においてZバッ
ファ(60)のデータを参照してFB(4)への書き込みを
実行する。Zバッファ(60)にはXY座標位置をアドレス
としてZ値が格納されている。GPU(1)においてポリ
ゴンのXY座標に対応するZ値を算出し、これをZバッフ
ァ内の同一XY点のZ値と比較し後者の方が小さければ
(但し左手座標系を想定する。以下同じ)、このポリゴ
ンのその部分は既にFB(4)に格納されている他の図形
の部分に隠れていることを意味するので、ポリゴンのこ
の部分はCRT(5)に表示してはならないことを示して
いる。Z値の比較においてZバッファ(60)内のZ値よ
りポリゴン内のZ値の方が小さいときだけ、その部分の
ポリゴンのB値をFB(4)に書き込み、ポリゴンのZ値
をZバッファ(60)に書き込む。
以上のような処理によって隠面除去の表示ができる。
「発明が解決しようとする課題」 以上のような従来の装置には、下記のような色々な問
題点がある。即ち、 (イ)FB(4)の内容は1フレームごとに更新され、前
のフレームのデータを利用することが出来ない。例えば
固定した背景の図形の前方で運動する図形を表示したい
場合、GPU(1)は毎回、固定図形の生成処理と運動図
形の生成処理を行わねばならず、処理に長時間を必要と
する。
(ロ)ポインティング・デバイスを用いてCRT表示面か
ら指示して、指示した図形だけをピックしようとするよ
うな場合、その処理に長時間を必要とする。
(ハ)第6図に示すように情報の流れがGPU→FB→CRTと
一方通行になっているのでマン・マシン・インタフェー
スとしての機能を欠く等の問題がある。
この発明が解決しようとする課題は上述の問題点のな
い三次元図形の処理装置を得ることである。
「課題を解決するための手段」 この発明ではZバッファを拡張して拡張Zバッファ
(以下、拡張ZバッファをVFと略記する)とし、Z値の
ほかにN値(色相・名前情報をN値とする)或はN値及
びB値を保持させ、このVFとFBへの書き込みを制御する
干渉演算器(以下IPUと略記する)を設けた。
「作用」 IPUとVFからの読みだしデータとにより、FB及びVFへ
の書き込みにおいて多様な制御が可能になり、かつ、IP
Uから上位プロセッサへ割り込みをかけて、マン・マシ
ン・インタフェースとして機能できるようになった。
「実施例」 以下、この発明の実施例を図面を用いて説明する。第
1図はこの発明の一実施例を示すブロック図で、図にお
いて第6図と同一符号は同一または相当部分を示し、
(3)はIPU(干渉演算器)、(6)はVF(拡張Zバッ
ファ)である。第2図は第1図のVF(6)の一例を示す
説明図で、図に示す例ではXY座標点に相当するアドレス
はXアドレスが2048アドレス、Yアドレスが1024アドレ
スであり、各アドレス位置には16ビットのZ値が書き込
まれ、N値とB値は使用目的に応じて16ビットが配分さ
れる。またB値に割り当てられるビット数が0(すなわ
ちB値は記憶しない)の場合もある。
第3図は第1図のIPU(3)の一例を示すブロック図
で、第1図と同一符号は同一部分を示し、(31)は比較
制御部、(32)はマスク制御部、(33)はルック・アッ
プ・テーブル(以下LUTと略記する)である。マスク制
御部(32)はマスクメモリ(図示せず)を持ち、このマ
スクメモリにはVF(6)及びFB(4)への書き込みを禁
止すべきアドレスが記憶されており、GPU(1)から送
られてくるピクセルのXY座標がこのマスクメモリのアド
レスに一致するときは、比較制御部(31)における比較
の結果いかんによらず、マスク制御部(32)によりVF
(6)及びFB(4)への書き込みを禁止する。LUT(3
3)はGPU(1)または上位プロセッサからGPU(1)を
経て送られてくるN値及びB値をFB(4)に書き込むB
値に変換する変換テーブルで、例えばRAMから構成され
る。
第4図は第1図のIPU(3)の比較制御部31の一例を
示すブロック図で、図において第1図と同一符号は同一
部分を示し、(35)はZレジスタ、(36)はNレジスタ
である。Zレジスタ(35)には任意のZ値Ziを、Nレジ
スタ(36)には任意のN値Niを設定することが出来る。
GPU(1)から入力するZ値,N値をそれぞれZd,Ndとし、
VF(6)から読み出されるZ値,N値をそれぞれZv,Nvと
すればIPU(3)は、例えばZd−Zi−Zvの3値の関係か
ら多様な制御をすることが出来る。
第5図は第4図に示す比較制御部31を持つIPU(3)
の応用例を説明する説明図で、図中(a)で示す中空円
筒はGPU(1)が発生した図形、(b)はZレジスタ(3
5)に記憶されるZ値(Ziとする)である。Z値一定の
条件はZ軸に直角な平面となる。(c)はVF(6)に書
き込まれている図形である。中空円筒(a)のZdの内、
Zd>Ziの部分と図形(c)とを隠面除去方式で表示すれ
ば図形(d)を得て、これをVF(6)とFB(4)に書き
込み、CRT(5)に表示することが出来る。VF(6)の
図形が(e)に示すものであった場合はVF(6),FB
(4)に書き込まれる図形は(f)に示すようになる。
IPU(3)には又、比較の結果からGPU(1)や更に上
位のプロセッサに割り込みをかける機能を持たせてい
る。例えば第4図の構成において、Zd=Zv、Nv=Ni、Zd
=ZvでかつNv=NiなどGPU(1)に対する割り込みの条
件を自由に設定することが出来る。更にまたIPU(3)
がVF(6)のN値及びB値をFB(4)のB値として書き
込むときにFB(4)の書き込み場所のXY値にオフセット
値を指定することが出来る。
以下この発明の応用例について説明する。
(い).アニメーション的な図形表示の場合、静止した
背景の図形の前方で運動する図形を表示する場合、まず
背景の図形をFB(4)とVF(6)の両方に書き込んでお
く。次に運動する図形の第1番目の図形をVF(6)の内
容と比較しながらFB(4)に書き込んで行く。この場
合、VF(6)への書き込みは行わずVF(6)には背景の
図形がそのまま残るようにしておく。続いて、運動する
図形の第2番目の図形をVF(4)の内容と比較しながら
FB(4)に書き込んで行く。このとき、第1番目の図形
が存在し第2番目の図形が存在しないピクセルでは、第
2番目の図形とVF(6)との比較の結果VF(6)に記憶
されている背景の図形がFB(4)に書き込まれ第1番目
の図形は消去される。このようにして、簡単な処理で静
止背景の前方に運動する図形を表示することができる。
(ろ).図形処理の分野において、CRT(5)上に表示
されている図形をオペレータがポインティング・デバイ
スで指示して、どの図形が指示されたかを機械に認識さ
せることは、マン・マシン・コミュニケーション上しば
しば用いられる機能でありピック等と呼ばれているが、
これはVF(6)にN値を書き込んでおけば、ポインティ
ング・デバイスによって指示されたXY座標をアドレスと
してVF(6)を読み出し直ちにその図形のN値を知るこ
とができる。
(は).三次元で現された図形と図形とが干渉するかど
うかの検査はCAD(computer aided design)において必
要とされる検査である。従来の装置ではこの検査のため
大量のデータ処理を必要としたが、この発明によるとVF
(6)とIPU(3)とを使用し、IPU(3)の比較結果に
従って上位プロセッサに割り込みをかけることができる
ので、比較的少量のデータ処理で高速に処理することが
出来る。例えば、ロボットのアームが色々の位置に移動
するとき、ロボット自身の他の部分とぶつからないか、
他の物体と干渉しないか等を検査するリアルタイム・シ
ミュレーションをこの発明の装置で実施することが出来
る。
「発明の効果」 以上のようにこの発明によれば、Zバッファを拡張
し、これらの処理のための専用のプロセッサ(IPU)を
設けるという簡単な回路付加によって、三次元図形の処
理上色々の有効な処理方法を得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例を示すブロック図、第2図
は第1図のVF(拡張Zバッファ)の一例を示す説明図。
第3図、第4図はそれぞれ第1図のIPU(干渉演算器)
の一例を示すブロック図、第5図は第4図に示すIPUの
応用例を示す説明図、第6図は従来の装置の一例を示す
ブロック図。 (1)はGPU(グラフィックロセッサ)、(2)は図形
データベース、(3)はIPU(干渉演算器)、(4)はF
B(フレームバッファ)、(5)はCRT(表示装置)、
(6)はVF(拡張Zバッファ)、(32)はマスク制御
部、(33)はLUT(ルックアップテーブル)、(35)は
Zレジスタ、(36)はNレジスタ。 なお、各図中同一符号は同一部分を示すものとする。

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】図形データを格納する図形データベース
    と、 この図形データベースから読み出した図形データを基に
    して表示装置の表示面に直角な方向をZ軸とするXYZ直
    交座標に関し当該図形(図形・画像を含み図形という)
    を構成する各ピクセル(最小単位画素)についてそのXY
    座標点のZ値(以下Z値という)と輝度情報(以下B値
    という)とを決定するグラフィックプロセッサと、XY座
    標点の情報をアドレスとしてZ値を記憶するZバッファ
    と、XY座標点の情報をアドレスとしてB値を記憶するフ
    レームバッファと、上記グラフィックプロセッサで決定
    したZ値を上記Zバッファ内の同一XY座標位置における
    Z値と比較し、この比較結果に従い上記Zバッファ及び
    上記フレームバッファの内容を更新する手段と、上記フ
    レームバッファの内容を表示装置に表示する手段とを有
    する三次元図形の処理装置において、 上記ZバッファのZ値の他に色相・名前情報(以下N値
    という)、またはN値及びB値も記憶する拡張Zバッフ
    ァと、 上記グラフィックプロセッサと上記フレームバッファと
    の間に挿入され、 上記グラフィックプロセッサの出力を上記拡張Zバッフ
    ァの内容を参照して処理し、この処理結果に従って上記
    フレームバッファのB値と上記拡張ZバッファのZ値及
    びN値ならびにB値を更新し、かつ上位プロセッサに対
    し割り込みをかける干渉演算器と を備えたことを特徴とする三次元図形の処理装置。
  2. 【請求項2】上記干渉演算器は、任意のZ値及び任意の
    N値を設定することが出来るZレジスタ及びNレジスタ
    を備え、 上記Zレジスタの内容及び上記Nレジスタの内容を、上
    記グラフィックプロセッサからのデータを処理する場合
    に参照することを特徴とする請求項1記載の三次元図形
    の処理装置。
  3. 【請求項3】上記干渉演算器は、上記拡張Zバッファの
    指定されたXY座標点のN値及びB値の内容を指定された
    オフセットを加えたXY座標点の上記フレームバッファに
    書き込む手段を備えたことを特徴とする請求項2記載の
    三次元図形の処理装置。
  4. 【請求項4】上記干渉演算器は、上記フレームバッファ
    及び上記拡張Zバッファへの書き込みを禁止するアドレ
    スを記憶するマスクメモリを備え、 上記マスクメモリの内容に従って上記フレームバッファ
    及び上記拡張Zバッファへの書き込みを禁止することを
    特徴とする請求項1乃至請求項3の何れかに記載の三次
    元図形の処理装置。
  5. 【請求項5】上記干渉演算器は、上記グラフィックプロ
    セッサ又はその上位プロセッサから上記グラフィックプ
    ロセッサを経て入力されるN値及びB値を、上記フレー
    ムバッファに書き込むB値に変換するルック・アップ・
    テーブルを備えたことを特徴とする請求項1乃至請求項
    4の何れかに記載の三次元図形の処理装置。
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JPS61249176A (ja) * 1985-04-26 1986-11-06 Mitsubishi Electric Corp 図形表示装置

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