JP3222206B2 - ポリゴンデータ処理装置 - Google Patents

ポリゴンデータ処理装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、3次元グラフィック
ス、コンピュータグラフィックス等に用いられるポリゴ
ンデータ処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図4は、3次元の物体の形状を、ポリゴ
ン(多角形)で表現しそのポリゴンに対して種々の幾何
処理を行い2次元のスクリーンに透視した図形を描画す
るグラフィックスシステムの全体構成を示している。つ
まり、ROM(Read Only Memory) にて構成されるポリ
ゴンメモリ1に記憶されているポリゴンで構成されたモ
デルデータが読み出されて、幾何変換処理部2に送られ
る。幾何変換処理部2では、モデルデータを幾何変換
(モデリング変換、ワールド座標展開、視野変換、透視
変換等)する。幾何変換処理部2で処理されたデータ
は、クリッピング処理部3、隠面処理部5およびビデオ
インターフェース6を介してCRTディスプレイ7に送
られ、画面上に描写される。
【0003】上記のグラフィックスシステムの1例に3
次元グラフィックスのゲーム機が考えられるが、この場
合モデルデータとしては種々のキャラクターがポリゴン
で構成されてROM1の中に格納されており、幾何変換
処理部2以降の各部は高速に演算する必要があるため専
用のハードウェアで計算され、CRTディスプレイ7に
画像を出力することになる。
【0004】モデルデータは、ポリゴンのデータの集合
したものであり、4角形ポリゴンの場合には、図5のよ
うにV1〜V4の4つの端点の(x,y,z)座標をデ
ータとして用意する必要がある。さらに、例えば立方体
のモデルを表現する場合には、図6のように表される。
【0005】ポリゴンの2端点を左回りに記述するモデ
ルの表記方法を用いれば図6の立方体のデータは図7の
ように表される。ここでV1〜V8は端点を表しF1〜
F6はポリゴン面を表している。この場合の立方体のデ
ータは1端点につき3アドレスで1ポリゴンについては
12アドレスのデータが必要となるため、立方体では6
面あるため12×6=72アドレスが必要となる。い
ま、x,y,zの座標データを符号付き16ビットデー
タとすると、16ビット×72=2バイト×72=14
4バイトのデータが必要となる。
【0006】図7のデータの幾何変換処理を行う、従来
例のハードウェアを図8に示す。ポリゴンメモリ1に
は、図7に示したポリゴンのデータが格納されている。
幾何変換プロセッサ2は、ポリゴンメモリ1のデータを
入力データレジスタ21に取り込んで、幾何演算処理部
22で種々の幾何変換(モデルの拡大、縮小、回転、ワ
ールド座標展開、透視変換)を行った後、その結果が出
力データレジスタ23に格納され3次元グラフィックス
の次工程、クリッピング等にデータを渡すため、結果メ
モリ24にデータを書き出す。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従来のモデル表現は、
3次元図形のすべてのポリゴンのすべての端点データを
保持する必要があるため、多数のモデルを扱う場合には
ポリゴンデータを保存するために大容量のメモリが必要
となる。また幾何変換処理部はすべてのポリゴンのすべ
ての端点の幾何変換計算を行う必要があり計算時間が非
常に大きいという問題がある。
【0008】この発明は、ポリゴンデータを圧縮してメ
モリ内に保持することによりメモリ容量を節約できると
ともに幾何変換処理部の計算時間を短くできるポリゴン
データ処理装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】この発明によるポリゴン
データ処理装置は、3次元の物体の形状を、ポリゴンで
表現し、そのポリゴンに対して何らかの幾何変換処理を
行うポリゴンデータ処理装置において、3次元の物体の
形状をポリゴンで表したときの特徴に基づいてポリゴン
データを圧縮し、その特徴を示すフラグデータとともに
保持する記憶手段、ポリゴンデータの内容を反転する符
号反転手段、を備え、前記記憶手段のフラグデータおよ
びポリゴンデータを読み出して、幾何変換演算装置内で
演算処理を行う際、読み出したフラグ値およびポリゴン
データに基づき前記符号反転手段にてポリゴンデータの
内容を反転し、新たにポリゴンデータを発生して幾何変
換処理を行うことを特徴とする。
【0010】ポリゴンデータの圧縮は、たとえば、ポリ
ゴン面が軸に対して対称となっていることを利用して行
われる。また、ポリゴンデータの圧縮は、たとえば、ポ
リゴン面が軸に対して回転対称となっていることを利用
して行われる。さらに、ポリゴンデータの圧縮は、たと
えば、ポリゴン面間だけでなく、1つのポリゴン自身で
も端点が軸に対して対称となっていることを利用して行
われる。
【0011】
【作用】3次元の物体の形状をポリゴンで表したときの
特徴に基づいてポリゴンデータが圧縮され、その特徴を
示すフラグデータとともに記憶手段に保持される。幾何
変換演算装置内で演算処理を行う際には、読み出したフ
ラグ値およびポリゴンデータから幾何変換演算装置内で
演算処理を行う際、読み出したフラグ値およびポリゴン
データに基づき前記符号反転手段にてポリゴンデータの
内容を反転し、新たにポリゴンデータが発生せしめられ
て幾何変換処理が行われる。
【0012】
【実施例】図1、図2および図6を参照して、この発明
の第1実施例について説明する。図6の立方体のデータ
は座標軸に対して対称になっていることを考慮に入れる
と、図6においてF1の面はF2の面とx軸について対
称であるため、F3のポリゴンデータはF1のポリゴン
データのyの値を符号反転させたものである。すなわち
V1の端点はyの値の符号を反転させるとV5の値とな
り、同様にV2はV8、V3はV7、V4はV6の値と
なる。
【0013】従って、F1のポリゴンデータがメモリ内
に保持されている場合は、端点のyの値の符号を反転さ
せることによりF2のポリゴンデータの端点の座標を発
生することが可能である。しかしながら、ポリゴンの表
裏を計算できるためにはポリゴンの端点は同一方向回り
(本実施例では左回り)に記述する必要がある。
【0014】従って、左回りのF1からyの値の符号を
反転したデータは、そのままの順序では右回りのデータ
となっているため、例えばV6とV8のデータを入れ換
える等して方向を左回りデータに合わせる必要がある。
【0015】同様にF5のポリゴンデータの端点の座標
のx値を符号反転するとともに回転方向を合わせること
によりF3のポリゴンデータの端点の座標を発生させる
ことができ、F4のポリゴンデータの端点の座標のz値
を符号反転するとともに回転方向を合わせることにより
F6のポリゴンデータの端点の座標を発生させることが
できる。
【0016】以上のように、座標軸に対して対称なポリ
ゴンは一方がメモリ内にデータがあれば、もう一方のデ
ータはメモリ内に保存する必要はなく、符号の反転とデ
ータの順番の入れ換えだけで幾何変換のハードウェア内
で発生できる特徴を持っている。
【0017】この特徴を利用して、端点の(x,y,
z)の座標値以外に、Nx,Ny,Nz等のフラグを導
入して図6の立方体を図1のように表現する。
【0018】図1の場合には、F1のフラグ(FLU
G)値であるFLUG1にはNyビットを立ててあり、
F5のFLUG値であるFLUG5にはNxビットを立
ててあり、F4のFLUG値であるFLUG4にはNz
ビットを立ててある。
【0019】図1の座標軸の対称性を利用した立方体デ
ータの場合には1端点につき3アドレスで1ポリゴンに
つきFLUG値が加わるため13アドレス、立方体では
3面データで済むため、13×3=39アドレス必要と
なる。いま、x,y,zの座標データを符号付16ビッ
トデータとすると、16ビット×39=2バイト×39
=78バイトのデータで表すことができ、図7のデータ
に比較して少ないメモリでモデルを記述することができ
る。
【0020】座標軸に対称性を利用したデータベース例
である図1のデータの幾何演算処理を行う、本発明のハ
ードウェアを図2に示す。
【0021】図2の装置では、従来の図8の装置に比べ
て、幾何変換プロセッサ2がフラグデータを保持するフ
ラグレジスタ25と入力データレジスタ21の内容を反
転する符号反転器26とを備えている点が異なってい
る。すなわち、ポリゴンメモリ1中のフラグデータを読
み込んでNx、Ny、Hzのいずれかのフラグビットが
立っているときには、そのポリゴンデータを通常の演算
処理を行って結果メモリ24に書き込んだ後、次のポリ
ゴンデータをポリゴンメモリ1から読むのではなく、前
述の操作により、幾何変換プロセッサー2内で符号反転
器26により入力データレジスタ21の内容を反転して
新たなポリゴンデータを発生して、幾何演算処理を行な
い結果メモリ24へ書き込む。すなわち、1つのポリゴ
ンデータを読むだけで2つ分のデータが計算でき結果メ
モリ24へ書き込まれるので、読み出し時間の節約にな
り、処理の高速化が図れる。
【0022】図3は、この発明の第2実施例を示してい
る。図3のの装置では、図2の第1実施例に比べて、符
号反転器26が幾何演算処理部22内に搭載されてお
り、種々の幾何変換処理の演算の中で符号反転が行われ
る。
【0023】例えば、幾何変換処理の中にモデルの拡大
のオペレーションがある。この処理は、各ポリゴンの各
端点データに対して、 x=A×x y=E×y z=I×z 等の座標変換を行なう(A、I、Eはx,y,z方向の
拡大パラメータとなる。)。
【0024】例えば、図6の立方体データに対して拡大
処理を行ないたければ72回の乗算処理が必要となる。
しかしながら、図1のようなデータベースにして、図3
の装置では乗算後のデータを軸に反転したポリゴンデー
タとして利用できるので、乗算の回数は36回で済み演
算処理の高速化を行うことができる。
【0025】以上、3次元モデル内のポリゴン面の軸に
対しての対称性を利用したポリゴンデータを発生する幾
何演算処理について実施例1、2を述べてきたが、軸に
対しての回転で発生できるポリゴンもあるため、軸の回
転の対称性に注目してポリゴンを幾何演算処理装置内で
発生させてもよい。
【0026】例えば、図6でF1の面をx軸に対して9
0°回転させればF4になる。90°の回転処理は、次
の式1により計算可能であるため、前述のHx,Hy,
Hz等のフラグと同様にRx,Ry,Rz等のフラグを
用いれば幾何演算処理装置内で計算で計算でポリゴンデ
ータを発生さすことが可能である。
【0027】
【数1】
【0028】また、その他の実施例としてポリゴン面間
だけでなく、1つのポリゴン自身でも軸の対称性を利用
して端点を発生可能である。
【0029】例えば、図6のF1において、V1の座標
のxを符号反転することによりV4を、V2の座標のx
を符号反転することによりV3を発生させることができ
るため、ポリゴンメモリのV1、V2の端点データと端
点の軸対称のフラグを用意することにより、ポリゴンを
幾何演算処理装置内で発生することが可能である。
【0030】
【発明の効果】この発明によれば、3次元のモデルをポ
リゴンデータで保存する場合、種々の特徴(軸対称、回
転対称等)をフラグで保持することにより、幾何演算処
理装置内でポリゴンデータを発生できるので、ポリゴン
データを圧縮してメモリ内に保持し、メモリの容量が節
約できる。また、幾何演算処理装置内でポリゴンを発生
するため、ポリゴンデータの読み出し時間の節約ができ
る。さらに、3次元のモデルの拡大、縮小動作等の計算
が終了した後、ポエリゴンデータを発生させた場合は、
全部のポリゴンの端点に計算を行う場合と比べて、乗算
処理がなくなるため、計算時間の節約になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明のポリゴンメモリの内容を示す模式図
である。
【図2】この発明の第1実施例を示し、幾何変換プロセ
ッサの構成を示す電気ブロック図である。
【図3】この発明の第2実施例を示し、幾何変換プロセ
ッサの構成を示す電気ブロック図である。
【図4】3次元グラフィクスシステムの全体的構成を示
す電気ブロック図である。
【図5】4角形モデルを示す模式図である。
【図6】3次元立方体モデルを示す模式図である。
【図7】従来のポリゴンメモリの内容を示す模式図であ
る。
【図8】従来の幾何変換プロセッサの構成を示す電気ブ
ロック図である。
【符号の説明】
1 ポリゴンメモリ 2 幾何変換プロセッサ 21 入力データレジスタ 22 幾何演算処理部 23 出力データレジスタ 24 結果メモリ 25 フラグレジスタ 26 符号反転器
フロントページの続き (72)発明者 井澤 康浩 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株 式会社リコー内 (72)発明者 中島 達也 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株 式会社リコー内 (56)参考文献 特開 平3−245279(JP,A) 特開 平1−70884(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G06T 1/00 G06T 11/00 - 17/50 G06F 17/50

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 3次元の物体の形状を、ポリゴンで表現
    し、そのポリゴンに対して何らかの幾何変換処理を行う
    ポリゴンデータ処理装置において、 3次元の物体の形状をポリゴンで表したときの特徴に基
    づいてポリゴンデータを圧縮し、その特徴を示すフラグ
    データとともに保持する記憶手段、ポリゴンデータの内
    容を反転する符号反転手段、を備え、前記記憶手段のフ
    ラグデータおよびポリゴンデータを読み出して、幾何変
    換演算装置内で演算処理を行う際、読み出したフラグ値
    およびポリゴンデータに基づき前記符号反転手段にてポ
    リゴンデータの内容を反転し、新たにポリゴンデータを
    発生して幾何変換処理を行うことを特徴とするポリゴン
    データ処理装置。
  2. 【請求項2】 前記符号反転手段を幾何変換演算装置内
    に設け、幾何変換処理の演算中に符号反転を行うことを
    特徴とする請求項1記載のポリゴンデータ処理装置。
  3. 【請求項3】 ポリゴン面が軸に対して対称となってい
    ることを利用しして、ポリゴンデータを圧縮し、その特
    徴を示すフラグデータとともに前記記憶手段に保持する
    ことを特徴とする請求項1記載のポリゴンデータ処理装
    置。
  4. 【請求項4】 ポリゴン面間だけでなく、1つのポリゴ
    ン自身でも端点が軸に対して対称となっていることを利
    用して、ポリゴンデータを圧縮し、その特徴を示すフラ
    グデータとともに前記記憶手段に保持することを特徴と
    する請求項1記載のポリゴンデータ処理装置。
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US6034693A (en) * 1996-05-28 2000-03-07 Namco Ltd. Image synthesizing apparatus, image synthesizing method and information storage medium
US20140320492A1 (en) * 2011-11-25 2014-10-30 Wenfei Jiang Methods and apparatus for reflective symmetry based 3d model compression

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