JP3098092B2 - 模擬視界発生装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、コンピュータを用い
て仮定された三次元の情景を二次元画像として表示を行
なうための模擬視界発生装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図９は従来の模擬視界発生装置の構成を
示すブロック図である。この装置では視覚対象物を多角
形、多角面及び光点の組合わせとして数値モデル化して
模擬する。図９において、模擬視界用ホストコンピュー
タ１は、仮定された三次元の情景に含まれる全ての視覚
対象物の位置、面を構成する頂点の位置、色彩等の情報
を記憶する。たとえば飛行機シミュレータの場合、飛行
機の方向、高さ、パイロットの視点位置等の視点情報に
したがって、その視界内の視覚対象物を選択し、後述す
る幾何計算装置に送ることおよび幾何計算装置で用いる
座標変換のためのマトリクスの計算を行なう。

【０００３】幾何計算装置２は模擬視界用ホストコンピ
ュータ１から送られた視覚対象物に対して視点との位置
関係にしたがって視点に近い順に優先順位を付す。その
視覚対象物の、指定された視点から見た透視図の計算、
指定された光源で照らされたときの各面の明るさ、かす
み具合の計算、視覚対象物を規定する多面体の稜の透視
図上の線（エッジ）が視覚対象物の輪郭を表わすものか
否かの計算、等の幾何計算を行なう。

【０００４】エッジリストメモリ３は、透視図を構成す
るエッジの情報を記憶する。この記憶は、スキャンライ
ン毎に、スキャンライン上にエッジの上端が存在するか
否かについて行なわれる。エッジの上端が存在する場合
は、エッジ上端（発端）のスキャンライン番号ＱS、エ
ッジ下端（終端）のスキャンライン番号ＱE、エッジ上
端の水平方向位置ＰS、エッジ下端の水平方向位置ＰE、
エッジの傾きΔＰ、エッジの上端の明るさＩ、エッジの
明るさの垂直方向の変化率ｄＩq、エッジの右側の面の
色Ｃ、エッジが対象物の輪郭線であるか否かの符号Ｅ／
Ｉ、模擬視界用ホストコンピュータ１で計算された優先
順位ＯＢＪ、その他、上端を共有するエッジについての
その記憶位置情報ＣＨＡＩＮ等が、記憶される。

【０００５】エッジ走査線交点計算回路４１は表示装置
１０のＣＲＴが１スキャンする間に、次のスキャンライ
ン上の画像情報すなわち交点情報を時分割で、エッジリ
ストメモリ３の情報と前回のスキャンラインの交点情報
から逐次的に計算している。すなわち、ソート回路５１
から出力するＱ番目のスキャンラインと各エッジとの交
点と情報ＱE、ＰE、ΔＰ、Ｉ、ｄＩq、Ｃ、Ｅ／Ｉ、Ｏ
ＢＪからＱ＋１番目のスキャンラインと各エッジの交点
Ｐの情報を計算し、ソート回路５１に送る。これをさら
に詳しく説明すると、図１０のように、それぞれのエッ
ジについてＱ＝ＱSの成り立つエッジがあるかどうかを
調べて、そのエッジをエッジリストメモリ３から読み出
す。そして、ＰSの値をメモリにストアする。次に、Ｑ
＝ＱS＋１となったとき、前のラインのＰSの値を読み出
し、同時にすでに幾何計算装置２で計算されてあるΔＰ
の値を読み出す。次に、ＰS＋ΔＰの計算を行ない、メ
モリにストアするとともに、ソート回路５１に送る。こ
のとき、交点Ｐがあるときは有効データとしてそれにＥ
ＮＢフラグを付加する。

【０００６】ソート回路５１は後の隠顕処理を可能とす
るためにスキャンライン上の交点Ｐをスキャンラインの
左から右へ順に並べ変える機能を有する。エッジ走査線
交点計算回路４１から出力されるＰは、すでに以前に入
力されたＰと全て順次比較され、順次小さい順に並ぶよ
うにする。例えば、図１０のＱ＝ＱS＋２のラインにか
かっている全てのエッジデータをＰの小さい順に並べか
える。情報ＱE、ＰE、Ｉ、ｄＩq、Ｃ、Ｅ／Ｉ、ＯＢＪ
は、交点Ｐと対になっており、上記並び変えた順に読み
出される。

【０００７】図２のような図形をスキャンして得たデー
タをソートによって並べ変えた例を図１１によって説明
する。図２のように表示される画像の性質として、スキ
ャンラインによって表示されるエッジの数は、かなり違
ってくる。図１１では、エッジの少ないスキャンライン
Ａと、エッジの多いスキャンラインＢとは、表示装置１
０を構成するＣＲＴの水平同期信号と同期して同じ時間
をかけて処理を行なっており、その長さはＣＲＴの一ラ
イン分に相当している。図１１に示した×印のデータ
は、前のラインまでエッジを示すデータとしてＥＮＢフ
ラグが立っていたが、現在のラインではエッジがなくＥ
ＮＢフラグの立っていないデータすなわち無効なデータ
であり、これもＰの値の小さい順に並んでいる。図１２
に示すようにＱ＝ＱEまでは、ＰSにΔＰが順次加算され
るが、Ｑ＝ＱE＋１では、エッジのデータは不要にな
る。したがって、ＥＮＢフラグは落とされて、不要なデ
ータということがわかる。

【０００８】Ｘ−グラジェント計算回路６１は、ソート
回路５１の出力から、優先順位ＯＢＪを用いて同一優先
順位ＯＢＪを検出し、そのＸ方向すなわち水平方向の明
るさ、かすみの程度の変化率ｄＩP，ｄＦｐを計算す
る。

【０００９】隠顕処理回路７１は、視点により近い視覚
対象物がより遠方の視覚対象物の一部または全部を遮る
場合、遮られた部分の表示装置への表示の除去するもの
である。Ｘ−グラジェント計算回路６１で計算された１
画素分毎の色、明るさ、かすみの程度は、スキャンライ
ンにしたがって隠顕処理回路７１に入力する。１つのス
キャンラインについて、入力した１画素分が属する視覚
対象物の面が重なる場合、優先順位にしたがって、その
画素を除去するか残すかする。

【００１０】ビデオ信号発生装置９は隠顕処理回路７１
から出力される信号を基にビデオ信号を発生し、表示装
置１０でこれをカラー表示する。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】従来の模擬視界発生装
置は、スキャンラインを横切る視覚対象物のエッジの計
算を表示装置の表示タイミングと同期して行なってい
た。このため、１スキャンライン中に計算できるエッジ
との交点数に限界があった。

【００１２】例えば、図１３のように、仮定した三次元
空間において船上に視点Ｅがある場合では、視点Ｅから
見た映像は、図１４のようになり、画面の上方及び下方
の部分にはほとんどエッジが存在せず、水平線に近い中
央部分にエッジが集中する特性がある。従来では、中央
部分の最もエッジの集中するスキャンラインが映像の表
示容量のボトルネックとなり、そのスキャンラインにあ
るエッジ数以上のものの表示が不可能であった。

【００１３】この発明が解決しようとする課題は、スキ
ャンラインの計算時間を有効に利用することで、１スキ
ャンラインに表示できる交点数の増加をはかるものであ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】 この発明に係る模擬視
界発生装置は、仮定された三次元の情景を指定された視
点から見た二次元画像として表示を行なうために、他を
遮る可能性の高い順に優先順位が付与された視覚対象物
であって指定された視点から見える範囲の物の選択、お
よびスクリーン上への変換を行なう幾何計算装置と、幾
何計算装置出力に基づいてビデオ信号を発生するビデオ
信号発生装置と、画像を表示する表示装置を有する模擬
視界発生装置において、前のスキャンラインにおける始
めのエッジデータに付与されたＦフラグによりインクリ
メントした新たなスキャンラインの幾何計算装置出力で
あるエッジデータと前記前のスキャンラインのエッジデ
ータとに基づいて、順次スキャンラインと視覚対象物の
スクリーン上の透視図形との交点の位置を計算する際
に、当該新たなスキャンラインにおいて交点がないエッ
ジデータを無効とし、新たに当該スキャンラインから有
効になる交点を、前記無効とした位置がある場合は、そ
の無効とした位置及び新た追加した位置に順次挿入する
とともに、始めのエッジデータにＦフラグを付与するエ
ッジ走査線交点計算回路と、前記Ｆフラグによりソート
開始し、前記エッジ走査線交点計算回路からのスキャン
ライン上の交点データを、表示装置の表示タイミングと
は非同期に、スキャン方向に順にソートするソート回路
と、表示装置の表示タイミングとは非同期に、前記Ｆフ
ラグにより処理開始し、各スキャンライン毎の前記ソー
ト回路出力についてエッジの優先順位に従って隠顕処理
を行なう隠顕処理回路と、隠顕処理回路出力を順次記憶
して水平同期信号に従って各スキャンライン毎に読出す
ＦＩＦＯメモリとを備え、前記ＦＩＦＯメモリ出力につ
いてビデオ信号を発生して表示することを特徴とするも
のである。

【００１５】

【作用】 エッジ走査線交点計算回路では、幾何計算装
置出力に基づいて、各スキャンラインと視覚対象物のス
クリーン上の透視図形との交点の位置を計算する。計算
中のスキャンラインにおいて交点がないエッジデータを
無効とし、新たに当該スキャンラインから有効になる交
点を、前記無効とした位置がある場合は、その無効とし
た位置及び新た追加した位置に順次挿入して、有効なデ
ータのみを処理し、処理時間を有効データ長により可変
とする。このとき、各スキャンラインの始めのエッジデ
ータにＦフラグを付与しておく。ソート回路、隠顕処理
回路は、前記Ｆフラグによりそれぞれの処理を開始する
ため、表示装置の表示タイミングとは非同期にそれぞれ
の処理を行なうことができる。ＦＩＦＯメモリは、隠顕
処理回路出力を順次記憶して、水平同期信号に従って各
スキャンライン毎に読出す。ビデオ信号発生装置はこれ
をビデオ信号にし、表示装置で表示させるようにする。

【００１６】

【実施例】図１は本発明に係る模擬視界発生装置の一実
施例の機能ブロック図である。図１において、模擬視界
用ホストコンピュータ１、幾何計算装置２、エッジリス
トメモリ３、ビデオ信号発生装置９、表示装置１０は、
従来例として説明した図９のものと同等物である。

【００１７】可変エッジ走査線交点計算回路４は、エッ
ジ走査線交点計算回路４１、タイミングフラグジェネレ
ータ４２、スキャンラインカウンタ４３、タイミングジ
ェネレータ４４から構成される。

【００１８】エッジ走査線交点計算回路４１は、スキャ
ンラインカウンタ４３で設定されたスキャンラインとエ
ッジとの交点（インターセクション）の座標値を計算す
る。

【００１９】タイミングフラグジェネレータ４２では、
従来の処理タイミングが表示装置１０の水平同期信号と
同期していたのに対し、これと非同期で処理を行なうた
めに、表示装置１０の左はじのエッジデータと右はじの
エッジデータを検出し（例えば図２のスキャンラインＡ
のａ１，ａ２と、スキャンラインＢのｂ１，ｂ２）、こ
れに表示装置１０の水平同期信号に対応するＦフラグお
よびＬフラグを付与する（図３）。

【００２０】スキャンラインカウンタ４３は、従来のス
キャンラインカウンタが表示装置１０の水平同期信号で
インクリメントされたのに対し、前記タイミングフラグ
ジェネレータ４２で生成されたフラグＦによりＱ＝０，
Ｑ＝１，Ｑ＝２，Ｑ＝３，…のようにインクリメントさ
れる。これを図４に示す。なお、図中ＩＳはインターセ
クションである。

【００２１】 タイミングジェネレータ４４はタイミン
グフラグジェネレータ４２により生成されたフラグＦに
よって、自己の中に有するタイミング回路（図示しな
い）を起動する。このタイミング回路は、可変エッジ走
査線交点計算回路４を起動する。

【００２２】可変ソート回路５は、ソート回路５１とタ
イミングジェネレータ５２から構成される。ソート回路
５１は従来のものと同様に、エッジ走査線交点計算回路
４１から出力されたインターセクションデータをソート
するが、従来のものと異なり、本発明では有効なデータ
が先にソートされる。ここで有効なデータとは、従来の
技術で説明したように、スキャンラインがある値Ｑをと
った場合、そのＱ上に存在しているエッジをいう。ま
た、有効なデータがソートされた後は、無効なデータが
出力される。

【００２３】可変Ｘ−グラジェント回路６は、Ｘ−グラ
ジェント計算回路６１とタイミングジェネレータ６２よ
り構成される。Ｘ−グラジェント計算回路６１は従来の
ものと同様である。タイミングジェネレータ６２はデー
タに付与されたタイミングフラグにより、Ｘ−グラジェ
ント計算回路６１を起動する。

【００２４】可変隠顕処理回路７は、隠顕処理回路７１
とタイミングジェネレータ７２から構成される。隠顕処
理回路７１は従来のものと同様である。タイミングジェ
ネレータ７２はデータに付与されたタイミングフラグに
より隠顕処理回路７１を起動する。

【００２５】ＦＩＦＯメモリ８は可変エッジ走査線交点
計算回路４以降で計算されたデータを一時蓄える。ビデ
オ信号発生装置９は、表示装置１０の表示タイミングに
同期して処理されるため、ＦＩＦＯメモリ８で前記一時
蓄えたデータを、表示装置１０の表示タイミングと同期
したタイミングで読出す。

【００２６】次に本発明の動作を図２の表示を例にして
説明する。図２のように表示される画像の性質として、
スキャンラインによって表示されるエッジの数は、かな
り違ってくる。本発明では、図３に示したように、基本
的には、有効なデータのみ処理し、処理時間を有効デー
タ長により可変することで、実行的な処理能力を上げ
る。これにより従来では、表示容量の最大が、最もエッ
ジの集中するある特定の１スキャンラインにより制限さ
れていたのに対し、最もエッジの集中するスキャンライ
ンの計算時間をエッジの集中しないスキャンラインに分
散することにより、画面全体の表示の容量を上げること
ができる。

【００２７】 有効なデータのみ優先的に処理するコン
トロールは、主に可変ソート回路５にて行なわれる。有
効なデータには、エッジ走査線交点計算回路４１でＥＮ
Ｂフラグが立てられている。この様子を図５に示す。Ｅ
ＮＢフラグをＭＳＢとし、以下に有効なデータすなわち
インターセクションの座標値（Ｐ値）を表示する。スキ
ャンラインの始めと最後のデータには、図３に示すよう
に、Ｆフラグ（ＦＩＲＳＴフラグ）と、Ｌフラグ（ＬＡ
ＳＴフラグ）がつけられている。

【００２８】可変ソート回路５からの出力は、次段の可
変Ｘ−グラジェント回路６に入力されると同時に、次の
スキャンラインとの交点を計算するため、可変エッジ走
査線交点計算回路４へ入力される。可変Ｘ−グラジェン
ト回路６に入力されたデータのうち、ラインの最初のデ
ータであるＦフラグのあるデータでハードウェアをイニ
シャライズし、以下、従来のものと同様の計算を行な
う。

【００２９】一方、可変エッジ走査線交点計算回路４に
送り返されたデータは、次のスキャンラインとの交点を
計算するのに用いられる。次のスキャンラインとの交点
は、現在の値に、そのエッジの持つ傾きを加算すること
により、得られる。

【００３０】可変エッジ走査線交点計算回路４は、可変
ソート回路５からＦフラグの立ったエッジがきたところ
で、スキャンラインカウンタ４３をインクリメントし、
スキャンが切り換わったとして計算を始める。ここで
は、エッジが有効であるかどうかの判断も同時に行な
う。

【００３１】この様子を、図６、図７に示す。いま、ｎ
ライン目のソートが終了したとする。可変エッジ走査線
計算回路４には、ｎ1，ｎ2，ｎ3，ｎ4，ｎ5，ｎ6の順で
エッジデータが入力される。ｎ1には、Ｆフラグが立っ
ているため、スキャンラインカウンタ４３がｎからｎ＋
１にインクリメントされる。

【００３２】次に、各エッジの傾きを加算して、ｎ＋１
における座標値を求める。ｎ1，ｎ4はｎ＋１においては
有効でないので、省かれる。新たにｎ＋１のスキャンラ
インから有効になるｍ5，ｍ6，ｍ7が入力される。この
場合、無効となったｎ1，ｎ2の空きにｍ5，ｍ6が入り、
ｍ7はｎライン目の有効データの最後のｎ6の後に挿入さ
れ、同時にＬフラグも移動する。

【００３３】このようにして、ｍ5，ｍ1，ｍ2，ｍ6，ｍ
3，ｍ4，ｍ7の順に可変エッジ走査線交点計算回路４か
ら出力され、可変ソート回路５に入力される。可変ソー
ト回路５ではＦフラグの立っているｍ5のデータを受け
取った後、ソートを開始する。ソート開始後、一定時間
でソートは終了し、ｍ1，ｍ2，ｍ3，ｍ4，ｍ5，ｍ6，ｍ
7の順にソートされたデータは再び可変エッジ走査線交
点計算回路４へ入力され、同様の処理を繰り返す。図６
中ａ，ｂはｎ＋１で無効となるエッジ、ｒ，ｓ，ｔは新
たに始まるエッジである。

【００３４】可変Ｘ−グラジェント回路７および可変隠
顕処理回路７では、Ｆフラグの立っているデータを基準
にハードウェアをイニシャライズする。すなわち、Ｆフ
ラグに同期してそのスキャンラインについての動作を開
始する。これらのＸ−グラジェント回路６１と隠顕処理
回路７１の動作は、Ｆフラグと同期する点を除いて、従
来のものと同様である。

【００３５】可変隠顕処理回路７から出力されたデータ
は、ＦＩＦＯメモリ８に入力される。ＦＩＦＯメモリ８
は表示装置１０の走査とは非同期に計算されてきたエッ
ジデータを一時ストアし、表示装置１０の走査と同期し
て、ビデオ信号発生装置９へ送り出す。このタイミング
を図８に示す。

【００３６】図８では、Ａ〜Ｘまでのデータが処理され
たとする。図の例では、１スキャンラインの間には、５
つのデータしか処理できる時間しかない。従来では、Ｑ
＝３のラインに示したように、処理時間を超えるデータ
があった場合は、処理できずに画像が乱れた。この実施
例では、Ｑ＝３のように、処理時間を超えるデータ入力
があった場合でも、データの少ないスキャンラインの時
間を有効に使うことにより、処理が可能となる。なお、
図８でリードタイミングがライトタイミングよりも短い
のは、可変エッジ走査線交点計算回路４から可変隠顕処
理回路７までのエッジ当たりの処理時間に比べて、ビデ
オ信号発生装置９のエッジ当たりの処理時間が短いから
である。

【００３７】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、エッ
ジの少ないスキャンラインの処理時間を有効に利用でき
る。例えば、エッジの集中するスキャンラインと、集中
しないものがある場合、エッジの集中しないスキャンラ
インの余った時間で中央部分のエッジの集中するスキャ
ンラインを処理することが出来、ボトルネックとなら
ず、表示容量を増加させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る模擬視界発生装置の一実施例の機
能ブロック図である。

【図２】本発明の動作を説明する表示例の図である。

【図３】本発明によるソートの処理タイミングを説明す
る図である。

【図４】スキャンラインカウンタのインクリメントを説
明する図である。

【図５】本発明により有効なデータにＥＮＢフラグが立
てられることを示す図である。

【図６】本発明によるスキャンとエッジとの交点計算を
説明する図である。

【図７】本発明によるスキャンとエッジとの交点の処理
を説明する図である。

【図８】本発明によるラインメモリの書き込み、読み出
しを説明するタイミング図である。

【図９】従来の模擬視界発生装置の機能ブロック図であ
る。

【図１０】従来の技術によるスキャンとエッジとの交点
計算を説明する図である。

【図１１】従来の技術によるソートの処理タイミングを
説明する図である。

【図１２】従来のソートの処理を説明する図である。

【図１３】仮定した三次元の情景内の視点Ｅ位置を説明
する図である。

【図１４】仮定した三次元の情景内の指定した視点Ｅか
ら見た映像の一例である。

【符号の説明】

１ 模擬視界用ホストコンピュータ ２ 幾何計算装置 ３ エッジリストメモリ ４１ 可変エッジ走査線交点計算回路 ５１ ソート回路 ６１ Ｘ−グラジェント計算回路 ７１ 隠顕処理回路 ８ ラインメモリ ９ ビデオ信号発生装置 １０ 表示装置

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】仮定された三次元の情景を指定された視点
   から見た二次元画像として表示を行なうために、他を遮
   る可能性の高い順に優先順位が付与された視覚対象物で
   あって指定された視点から見える範囲の物の選択、およ
   びスクリーン上への変換を行なう幾何計算装置と、幾何
   計算装置出力に基づいてビデオ信号を発生するビデオ信
   号発生装置と、画像を表示する表示装置を有する模擬視
   界発生装置において、前のスキャンラインにおける始めのエッジデータに付与
   されたＦフラグによりインクリメントした新たなスキャ
   ンラインの幾何計算装置出力であるエッジデータと前記
   前のスキャンラインのエッジデータと に基づいて、順次
   スキャンラインと視覚対象物のスクリーン上の透視図形
   との交点の位置を計算する際に、当該新たなスキャンラ
   インにおいて交点がないエッジデータを無効とし、新た
   に当該スキャンラインから有効になる交点を、前記無効
   とした位置がある場合は、その無効とした位置及び新た
   追加した位置に順次挿入するとともに、始めのエッジデ
   ータにＦフラグを付与するエッジ走査線交点計算回路
   と、 前記Ｆフラグによりソート開始し、前記エッジ走査線交
   点計算回路からのスキャンライン上の交点データを、表
   示装置の表示タイミングとは非同期に、スキャン方向に
   順にソートするソート回路と、 表示装置の表示タイミングとは非同期に、前記Ｆフラグ
   により処理開始し、各スキャンライン毎の前記ソート回
   路出力についてエッジの優先順位に従って隠顕処理を行
   なう隠顕処理回路と、 隠顕処理回路出力を順次記憶して水平同期信号に従って
   各スキャンライン毎に読出すＦＩＦＯメモリとを備え、 前記ＦＩＦＯメモリ出力についてビデオ信号を発生して
   表示することを特徴とする模擬視界発生装置。