JP3019380B2 - 画像生成処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 三次元物体のデータから、二次元スクリーンに投影し
た画像を生成する処理に関し、 与えられた物体及び視点位置等のデータから、二次元
投影画像を高速に生成できる経済的な構成の画像生成処
理装置を目的とし、 三次元物体の形状を複数の所定の要素図形によって定
義する形状データと、所定の条件データとに基づいて、
該条件データで定められる指定の環境で指定の視点につ
いての、該三次元物体の所定の二次元投影画像を生成す
るに際し、分配処理部と、複数の描画処理部と、画像合
成部と、画像表示部とを有し、該分配処理部は、該要素
図形を最小分割単位として該形状データを分割して、該
分割した形状データ及び該条件データを、各該描画処理
部に分配し、各該描画処理部は、フレームバッファ及び
Ｚバッファを有し、該分配されたデータに基づいて生成
する該二次元投影画像の画素データを該フレームバッフ
ァに格納し、各該画素に対応する物体の該視点からの距
離情報を該Ｚバッファに格納し、該画像合成部は、すべ
ての該フレームバッファの対応する画素の該画素データ
から、該Ｚバッファの該距離情報の比較によって定める
１画素データを選択し、該画像表示部は、該画像合成部
で選択された画素データに従って、表示装置に画像を表
示するように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、三次元物体のデータから、二次元スクリー
ンに投影した画像を生成するための画像生成処理装置に
関する。

〔従来の技術〕

複数の三次元物体の形状と材質の情報、及び照明、視
点、スクリーン等の条件情報等からなるモデルデータか
ら、それらの三次元物体の二次元スクリーンへの投影画
像を生成する処理では、公知のように各物体の形状を、
その表面をポリゴンと呼ぶ例えば三角形の要素図形で覆
う方法で近似し、これに視点からの遠近を表す距離情報
その他の情報を加えて処理することにより、指定のスク
リーンに投影した二次元画像を得る。

これを高速に処理する一方式として、多数の処理装置
を使用する並列処理システムがある。

このシステムでは、対象の空間を分割して各処理装置
に割り当て、各処理装置は与えられたモデルデータか
ら、割当空間に対応するデータを検索し、当該空間のみ
を分担して処理し、共通に接続されたフレームバッファ
に、分担処理した部分の画素データを出力する。従って
処理装置を増やして分担する処理を減少することによ
り、一般に全体としての処理速度を上げることができ
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

前記のように画像生成の並列処理システムでは、各処
理装置が重複してモデルデータを持ち、そこから各自処
理装置に割り当てられた空間部分を検索して取り出さな
ければならない。このためにモデルデータが大きくなる
と、各処理装置に大量のメモリを必要とし、且つ必要な
データの検索に時間がかかって、総合した画像生成速度
を向上できないという問題がある。

本発明は、与えられた物体及び視点位置等のデータか
ら、二次元投影画像を高速に生成できる経済的な構成の
画像生成処理装置を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

第１図〜第３図は、本発明の構成を示すブロック図で
ある。

第１図は画像生成処理装置の構成であって、三次元物
体の形状を複数の所定の要素図形によって定義する形状
データと、所定の条件データとからなるモデルデータ１
に基づいて、該条件データで定められる指定の環境で指
定の視点についての、該三次元物体の所定の二次元投影
画像を生成するに際し、分配処理部２と、複数の描画処
理部３と、画像合成部４と、画像表示部５とを有し、分
配処理部２は、該要素図形を最小分割単位として該形状
データを分割して、該分割した形状データ及び該条件デ
ータを、各描画処理部３に分配し、各描画処理部３は、
フレームバッファ７及びＺバッファ６を有し、該分配さ
れたデータに基づいて生成する該二次元投影画像の画素
データをフレームバッファ７に格納し、各該画素に対応
する物体の該視点からの距離情報をＺバッファ６に格納
し、画像合成部４は、すべてのフレームバッファ７の対
応する画素の該画素データから、Ｚバッファ６の該距離
情報の比較によって定める１画素データを選択し、画像
表示部５は、画像合成部４で選択された画素データに従
って、表示装置に画像を表示する。

又、第２図の画像合成部４は、１組以上の選択処理部
10を有し、各選択処理部10は、比較器11と、第１及び第
２の選択器12、13を有し、所定の複数の前記描画処理部
３と接続し、比較器11は、該接続する描画処理部３のＺ
バッファ６から読み出す対応する画素ごとの距離情報を
比較して、所定の最近値の該距離情報を保持する該Ｚバ
ッファを指定する選択情報を出力し、第１の選択器12
は、該選択情報で定まるＺバッファ６から読み出した該
距離情報を出力し、第２の選択器13は、該選択情報で定
まるＺバッファ６に対応するフレームバッファ７から読
み出す前記画素データを出力し、画像合成部４は、選択
処理部10の出力する該距離情報によって、該出力する画
素データの１個を選択する。なお、選択処理部10を階層
状に設け、上位階層の選択処理部10は、下位階層の複数
の選択処理部10の出力する前記距離情報及び画素データ
を入力として、該距離情報及び画素データを選択し出力
するようにしてもよい。

又、第３図の画像合成部４は、複数の選択処理部20を
有し、各選択処理部20は各前記描画処理部３と接続し、
比較器21と、第１及び第２の選択器22、23を有し、選択
処理部20は相互に順次直列に接続し、該直列接続の最前
段の選択処理部20は前段に描画処理部３を接続し、最後
段の選択処理部20は前記画像表示部５に接続し、比較器
21は、該接続する描画処理部３の前記Ｚバッファ６から
読み出す前記距離情報と、前段から受け取る該距離情報
とを比較して、所定の最近値の該距離情報を保持する側
を指定する選択情報を出力し、第１の選択器22は、該選
択情報で定まる該距離情報を選択して後段へ出力し、第
２の選択器23は、該接続する描画処理部３の前記フレー
ムバッファから読み出す前記画素データと、前段から受
け取る該画素データとのうち、該選択情報で定まる該距
離情報に対応する該画素データを選択して後段へ出力
し、最後段の選択処理部20の出力する該画素データを画
像合成部４の出力とする。

〔作 用〕 本発明の画像生成処理装置により、各描画処理部は、
空間を切り分けて分担するのでなく、一つの物体として
まとめて定義された物体ごと、あるいはそれを分割して
も、最小限ポリゴンを単位として分割して分担し、それ
ぞれが個別に持つフレームバッファに、分担した物体等
について生成した全画像の画素データを格納し、それを
画像合成部がＺバッファの距離情報を参照して合成す
る。従って、各描画処理部が分担部分に該当するデータ
を検索する必要が無く、又物体等を定義するデータは分
担した物体又はその部分の要素図形群のデータのみを持
てばよく、経済的な構成で並列処理による高速化を得る
ことができる。

〔実施例〕

第１図において、モデルデータ１の三次元物体を定義
する形状データは、各物体ごとにその表面をポリゴンで
ある要素図形で近似したデータからなり、その他に要す
れば各物体の材質を指定するデータ等が加わる。又条件
データとして、照明、スクリーン及び視点位置等のデー
タが与えられている。

分配処理部２は、上記のモデルデータ１から形状デー
タ等の物体を定義するデータを、例えば成るべく物体単
位に分け、必要な場合には物体を分割して要素図形群に
分けて、それらの分割した形状データと条件データを各
描画処理部３に配布して画像生成処理を起動する。

各描画処理部３は配布されたデータについて画像生成
を実行するが、この処理は単一の処理装置で通常行なわ
れる画像生成処理でよく、分担した物体等についてスク
リーン全画面にわたる画像が、それぞれの描画処理部３
で個別に生成され、生成された画素データがフレームバ
ッファ７に格納され、各画素について視点からの遠近を
識別できるように定める距離情報がＺバッファ６に格納
される。

次に画像合成部４は、各描画処理部３のＺバッファ６
から同じ画素位置、即ち各Ｚバッファ６の同じアドレス
の距離情報を読み出して、距離情報を比較し、視点に最
も近いことを示す、例えば最も小さい値の距離情報を決
定すると、その距離情報を読み出した描画処理部３の、
フレームバッファ７の同じアドレスにある画素データ
を、表示すべき画素データとして画像表示部５に渡す。

この処理をＺバッファ６の所要領域の全アドレスにつ
いて順次実行することにより、画面全体の画素データを
決定し、画像表示部５によって表示される。

画像合成部４が第２図の構成の場合には、画像合成部
４は２個以上の適当な個数の描画処理部３ごとに対応す
る選択処理部10を持ち、各選択処理部10には比較器11と
選択器12、13を設ける。このようにして、画像合成部４
のアドレス発生器16からすべての描画処理部３にアドレ
スを送って、すべてのＺバッファ６及びフレームバッフ
ァ７から同じアドレス、即ち同じ画素位置に関する情報
を読み出させる。

各選択処理部10ではＺバッファから読み出した距離情
報を比較器11で比較して、最小の距離情報が入力されて
いる比較器11の入力端子番号を示す情報を出力する。

選択器12と選択器13は、比較器11の出力を制御入力と
して、各選択器の入力端子に入力された情報から、制御
入力で示す入力端子番号の入力を選択的に出力するよう
に構成し、選択器12の入力端子にはＺバッファ６から読
み出した距離情報、選択器13にはフレームバッファ７か
ら読み出した画素データを、比較器11の入力端子と同じ
配列で入力し、それから選択した出力をそれぞれレジス
タ14と15に設定する。

アドレス発生器16から送るアドレスを先頭番地から順
次進めて、各アドレスごとに以上の処理を繰り返すこと
により、所定の描画処理部３の生成した各画素情報の中
で、視点に最も近い位置にある像の距離情報と画素デー
タが、各画素位置ごとにレジスタ14、15に設定される。

１個の選択処理部10で、すべての描画処理部３を処理
するように構成した場合には、レジスタ15に得られた画
素データを、そのまま画像合成部４の出力として画像表
示部５に渡せばよい。又、２個以上の選択処理部10に分
けて処理する場合には、各選択処理部10のレジスタ14に
得られる距離情報を比較して、最小の距離情報を保持す
る選択処理部10のレジスタ15の内容を画像合成部４の出
力とする。第４図は、そのために選択処理部10を階層状
に接続して、選択する構成である。

画像合成部４が第３図の構成の場合には、各描画処理
部３に対して選択処理部20を設け、Ｚバッファ６及びフ
レームバッファ７の出力を接続し、選択処理部20相互を
図示のように直列に接続する。但し先頭の選択処理部20
には、もう１個の描画処理部３のＺバッファ６及びフレ
ームバッファ７の出力を接続し、従ってこの描画処理部
３に対応する選択処理部20は設けない。又２番目以降の
選択処理部20は各々順次段数の増加した遅延器25及び26
を介してＺバッファ６及びフレームバッファ７の出力を
受け取る。

このようにして、例えば前記第２図の場合と同様にア
ドレス発生器24から次々にアドレスを発生して全描画処
理部３へ一斉に送り、各Ｚバッファ６及びフレームバッ
ファ７を読み出す。

先頭の選択処理部20では、前記により両Ｚバッファ６
から読み出された距離情報を比較器21で比較して小さい
方を選択する制御出力を選択器22及び23に送ることによ
り、選択器22から小さい方の距離情報を出力し、選択器
23からその距離情報に対応する画素データを出力して、
両出力を次段に接続する選択処理部20に送る。なお、各
選択処理部の選択器22及び23は、１段分の適当な遅延を
持たせて出力を次段へ渡すようにする。

第２段以降の各選択処理部20は、前段から受け取る距
離情報及び画素データと、描画処理部３から読み出すそ
れらの情報とを前記と同様に処理して、距離情報の小さ
い方の情報を次段へ出力し、最終段の選択処理部20の選
択器23の出力が画像合成部４の出力として画像表示部５
へ渡る。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように本発明によれば、与え
られた三次元物体及び視点位置等のデータから、二次元
スクリーンに投影した二次元投影画像を高速に生成でき
る経済的な構成が得られるという著しい工業的効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロック図、 第２図は本発明の画像合成部の第１の構成を示すブロッ
ク図、 第３図は本発明の画像合成部の第２の構成を示すブロッ
ク図、 第４図は画像合成部の構成例を示すブロック図である。 図において、 １はモデルデータ、２は分配処理部、 ３は描画処理部、４は画像合成部、 ５は画像表示部、６はＺバッファ、 ７はフレームバッファ、10、20は選択処理部、 11、21は比較器、12、13、22、23は選択器、 14、15はレジスタ、16、24はアドレス発生器を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G06T 15/00 - 15/70

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】三次元物体の形状を複数の所定の要素図形
   によって定義する形状データと所定の条件データとに基
   づいて、前記三次元物体の所定の二次元投影画像を生成
   する画像生成処理装置であって、 分配処理部と、複数の描画処理部と、画像合成部と、画
   像表示部とを有し、 前記分配処理部は、前記要素図形を最小分割単位として
   前記形状データを分割して、前記分割した形状データ及
   び前記条件データを、前記各描画処理部に分配し、 前記各描画処理部は、フレームバッファ及びＺバッファ
   を有し、前記分配された形状データに基づいて生成する
   前記二次元投影画像の画素データを前記フレームバッフ
   ァに格納し、前記各画素に対応する前記要素図形の前記
   条件データで定められる視点からの距離情報を前記Ｚバ
   ッファに格納し、 前記画像合成部は、すべての前記フレームバッファの対
   応する画素の前記画素データから、前記Ｚバッファの前
   記距離情報の比較によって定める１画素の画素データを
   選択し、 前記画像表示部は、前記画像合成部で選択された画素デ
   ータに従って、表示装置に画像を表示するように構成さ
   れていることを特徴とする画像生成処理装置。
2. 【請求項２】前記画像合成部は、第１の比較器と、第１
   及び第２の選択器を有し、所定の複数の前記描画処理部
   と接続する選択処理部を有し、 前記第１の比較器は、前記接続する描画処理部の前記Ｚ
   バッファから読み出す対応する画素ごとの距離情報を比
   較して、所定の最近値の前記距離情報を保持する前記Ｚ
   バッファを指定する選択情報を出力し、 前記第１の選択器は、前記選択情報で定まる前記Ｚバッ
   ファから読み出した距離情報を出力し、 前記第２の選択器は、前記選択情報で定まる前記Ｚバッ
   ファに対応する前記フレームバッファから読み出す画素
   データを出力し、 前記画像合成部は、前記各選択処理部の出力する前記距
   離情報によって、前記出力される画素データの１個を選
   択する、請求項１に記載の画像生成処理装置。
3. 【請求項３】前記選択処理部を階層状に設け、上位階層
   の選択処理部は、下位階層の複数の選択処理部の出力す
   る前記距離情報及び画素データを入力として、前記距離
   情報及び画素データを選択し出力する、請求項２に記載
   の画像生成処理装置。
4. 【請求項４】前記画像合成部は、第２の比較器と、第３
   及び第４の選択器を有し、前記複数の各描画処理部と接
   続する複数の選択処理部を有し、 前記選択処理部は相互に順次直列に接続し、前記直列接
   続の最前段の選択処理部は、前段に前記描画処理処理部
   を接続し、最後段の選択処理部は前記画像表示部に接続
   し、 前記第２の比較器は、前記接続された描画処理部の前記
   Ｚバッファから読み出す前記距離情報と、前段から受け
   取る距離情報とを比較して、所定の最近値の距離情報を
   保持する側を指定する選択情報を出力し、 前記第３の選択器は、前記選択情報で定まる距離情報を
   選択して後段へ出力し、 上記第４の選択器は、前記接続された描画処理部の前記
   フレームバッファから読み出す前記画素データと、前段
   から受け取る画素データとのうち、前記選択情報で定ま
   る距離情報に対応する画素データを選択して後段へ出力
   し、 最後段の選択処理部の出力する画素データを、前記画像
   合成部へ出力とする、請求項１に記載の画像生成処理装
   置。