JP3267536B2 - ３次元画像処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、３次元ＣＡＤアプ
リケーションや３次元アニメーションのオーサリングア
プリケーション等に適用され、３次元コンピュータグラ
フィックス（３次元画像）を表示（描画）する３次元画
像処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５を参照して、従来の３次元画像処理
装置５００は、ユーザアプリケーション６００により生
成された３次元画像データ（３次元モデリングデータ）
Ｄ５００が入力されると、３次元モデリングデータの構
成単位であるポリゴン（多角形）毎に３次元画像処理を
行う。３次元画像処理装置５００内では、まずジオメト
リ処理部５０１にて、光源処理や３次元座標から画面上
の２次元座標への座標変換等のジオメトリ処理を行う。
次に、レンダリング処理部５０２にて、隠面処理等のレ
ンダリング処理を行い、フレームバッファ５０３に書き
込み、最終的にディスプレイに表示される。尚、３次元
画像処理装置５００は、実際上、ジオメトリ処理部５０
１およびレンダリング処理部５０２共にハードウェア化
したもの、レンダリング処理部５０２をハードウェア化
し、ジオメトリ処理部５０１はソフトウエア処理するも
の、ならびに両者共にソフトウェアで処理するものの３
種がある。

【０００３】アニメーション表示などの場合は、フレー
ム毎にこれら一連の処理を繰り返す。

【０００４】図５に示した例をも含め、従来の３次元画
像処理装置においては、ユーザアプリケーション中の適
当な３次元モデリングデータ群をひとまとまりとしてユ
ーザが定義し、そのデータ群をメモリに保持することに
より、ユーザアプリケーションと３次元画像処理装置と
の間の転送のオーバーへッドを減らすような機能を持っ
ている場合が多い。ここで、保持されるデータは、ユー
ザアプリケーションから転送された直後のジオメトリ処
理前のものである。したがって、次の描画の際には、再
びジオメトリ処理から行われる。

【０００５】３次元画像処理装置における表示（描画）
の高速化の方法として、例えば特開平７−２１０７０６
号公報においては、描画するモデリングデータを、動的
なデータ（変更されたデータ）と静的なデータ（変更さ
れていないデータ）とに分ける。そして、静的なデータ
については、ジオメトリ処理およびレンダリング処理後
のフレームバッファに書き込むべきデータを、専用のバ
ッファに書き込んで記憶する。以降の描画の際には、動
的なデータは通常の描画処理を行ってフレームバッファ
へと書き込む一方、静的なデータは通常の描画処理を行
わずに上記専用のバッファから通常のフレームバッファ
へと書き込む。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述した例をも含め、
従来の３次元画像処理装置には、次のような問題点があ
る。

【０００７】即ち、フレーム毎の画面表示の際に、表示
する３次元データに変更がない場合でも、毎回、ジオメ
トリ処理およびレンダリング処理の全てを行うために、
処理時間が多くかかることである。

【０００８】また、３次元画像処理条件の一部に変更が
あった場合、例えばテクスチャ貼り付けのパラメータを
変更した結果を表示して確認したいといった場合にも、
毎回、ジオメトリ処理およびレンダリング処理の全てを
行うために、処理時間が多くかかる。

【０００９】本発明の課題は、表示する３次元データの
変更がない場合、３次元データの一部分のみ変更がある
場合、あるいは隠面処理やテクスチャ貼り付け処理など
の３次元表示処理の変更のみがある場合に、表示を高速
化できる３次元画像処理装置を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、３次元
画像データを３次元画像処理して３次元画像を描画する
３次元画像処理装置において、３次元座標から２次元座
標への座標変換処理および光源処理を含むジオメトリ処
理を行うジオメトリ処理部と、隠面処理、ブレンド処
理、フォグ処理、およびテクスチャ処理を含むレンダリ
ング処理を行うレンダリング処理部と、ジオメトリ処理
前の３次元画像データを保存および更新可能な第１のデ
ータ保持領域と、ジオメトリ処理後かつレンダリング処
理前のデータを保存および更新可能な第２のデータ保持
領域と、レンダリング処理後のデータを保存および更新
可能な第３のデータ保持領域とを有し、さらに、外部か
ら与えられる処理条件および該処理条件の変更履歴をチ
ェックし、処理条件の変更が無ければレンダリング処理
後のデータを格納した前記第３のデータ保持領域のデー
タを使用することで３次元画像処理を行わず処理時間を
短縮し、また、レンダリング処理に関する処理条件のみ
の変更の場合には前記第２のデータ保持領域のデータを
使用して前記レンダリング処理部以降のみ処理を行うこ
とでジオメトリ処理を省き、処理時間の短縮を行うよう
な制御を行う処理条件判定部を有する３次元画像処理装
置が得られる。

【００１１】

【００１２】

【００１３】

【００１４】本発明によれば、少くとも前記レンダリン
グ処理部以前は、ソフトウェア処理によって３次元画像
処理を行うように構成されている前記３次元画像処理装
置が得られる。

【００１５】本発明によれば、前記３次元画像処理装置
のうちの、３次元画像データおよび処理条件データを入
力するための処理を、３次元画像データを生成するユー
ザアプリケーションが行う前記３次元画像処理装置が得
られる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態による３次元画像処理装置について説明す
る。

【００１７】図１は、本発明の実施の形態による３次元
画像処理装置の構成を示すブロック図である。図１を参
照して、符号Ｄ１００は、図示しないユーザアプリケー
ションにてユーザにより定義された３次元モデリングデ
ータとしての３次元画像データである。３次元画像デー
タＤ１００は、複数の部品データＤ１０１により構成さ
れている。

【００１８】本実施の形態による３次元画像処理装置１
００は、３次元座標から２次元座標への座標変換や光源
処理等のジオメトリ処理を行うジオメトリ処理部１０１
と、隠面処理、プレンド処理、フォグ処理、およびテク
スチャ処理等の処理を行い、フレームバッファ１０３へ
の書き込みを行うレンダリング処理部１０２と、最終描
画結果を保持するフレームバッファ１０３と、ジオメト
リ処理部１０１への入力直前のデータを保持する第１の
データ保持領域としてのレベル０データ保持領域１０４
と、レンダリング処理部１０２への入力直前のデータを
保持する第２のデータ保持領域としてのレベル１データ
保持領域１０５と、レンダリング処理部１０２からの出
力データを保持する第３のデータ保持領域としてのレベ
ル２データ保持領域１０６と、ユーザアプリケーション
から指定された３次元画像表示条件の設定状況に基づい
て、いずれのレベルのデータ保持領域にデータを記憶す
るかならびにいずれレベルのデータ保持領域から表示処
理を行うかを決定する処理条件判定部１０７とを有して
いる。

【００１９】図２は本発明の新規部品データ描画時の動
作の流れを示す図であり、図３は登録済み部品データ描
画時の動作の流れを示す図であり、図４は他の部品デー
タの処理結果の影響を受ける場合の登録済み部品データ
描画時の動作の流れを示す図である。

【００２０】以下、図１〜図４を参照して、本装置の動
作を説明する。

【００２１】ユーザアプリケーションにて３次元画像デ
ータＤ１００が定義される際には、３次元画像データＤ
１００はいくつかの部品データＤ１０１から構成され、
３次元画像データの移動処理、回転処理、テクスチャ処
理等の３次元画像処理は、各部品データ毎に設定される
ことが多い。したがって、本装置における処理も、部品
データＤ１０１毎に行う。また、部品データＤ１０１は
それぞれ、構成要素であるポリゴンの各頂点毎の、座標
データ、色データ、法線データ、およびテクスチャ座標
データからなる。

【００２２】まず、図２を参照して、３次元画像データ
が新規に入力された場合を説明する。

【００２３】ステップＳ１０１にて、３次元画像データ
Ｄ１００の部品データＤ１０１と、光源処理設定やテク
スチャ処理設定等の３次元画像処理の条件設定データと
が３次元画像表示装置１００に入力される。ユーザアプ
リケーションにて部品データが新規に作成されると、３
次元画像処理装置には、部品データの頂点データおよび
部品データのＩＤ番号が入力される。以降の描画時に
は、ユーザアプリケーションからは頂点データは転送さ
れずに、部品データのＩＤ番号のみが入力される。この
ユーザアプリケーションの動作は、前述したように、従
来より既知である。

【００２４】ステップＳ１０２にて、３次元画像表示装
置１００の処理条件判定部１０７は、新規な部品データ
か否かを判定する。判定の結果、非新規の部品データで
あれば、ステップＳ１０３へ移行する一方、新規の部品
データであればステップＳ１０３へ移行する。

【００２５】ステップＳ１０３にて、ＩＤ番号が登録済
みであるので、登録済み部品データの場合の処理（後
述）を行う。ステップＳ１０３における登録済み部品デ
ータの処理については、後に詳述する。

【００２６】ステップＳ１０４にて、この新規の部品デ
ータに対してＩＤ番号を設定し、レベル０データ保持領
域１０４内に、部品データおよびこれに対する処理条件
設定データを保存すると共に、この保存作業の終了を待
たずに、部品データをジオメトリ処理部１０１へ出力す
る。ステップＳ１０５にて、ジオメトリ処理を行う。
尚、３次元画像表示装置１００内で設定するＩＤ番号
は、ユーザアプリケーションで設定されたＩＤ番号と同
じ番号を使用し、次回の新規データか否かの判定に用い
る。

【００２７】ステップＳ１０６にて、ジオメトリ処理部
１０１からの出力データをレベル１データ保持領域１０
５に保存すると共に、この保存作業の終了を待たずに、
レンダリング処理部１０２へ出力する。レベル１データ
保持領域１０５に記憶されるデータは、最初につけられ
たＩＤ番号、ジオメトリ処理後の各頂点毎の座標デー
タ、色データ、法線データ、およびテクスチャ座標デー
タである。ステップＳ１０７にて、レンダリング処理を
行う。

【００２８】ステップＳ１０８にて、レンダリング処理
部１０２からの出力データをレベル２データ保持領域１
０６に保存すると共に、この保存作業の終了を待たず
に、フレームバッファ１０３へ出力する。レベル２デー
タ保持領域１０６に記憶されるデータは、部品データの
ＩＤ番号、フレ一ムバッファに書き込むカラー値デー
タ、および隠面消去処理に用いるＺバッファ値である。
ステップＳ１０９にて、フレームバッファ１０３への描
画を行う。

【００２９】以上の操作を、部品データ毎に繰り返す。
この後、フレームバッファ１０３から図示しないディス
プレイへの表示が行われ、これで最初の１画面分の描画
が行われる。

【００３０】次に、図３を参照して、既に登録されてい
る部品データについての処理を説明する。

【００３１】既に登録済みのｉ番目（ｉは、自然数）の
部品データＤ１０１ｉの場合は、アプリケーションから
の転送は行わずに、ステップＳ２０１にて、ＩＤ番号ｉ
での指定を行うと共に、今回の描画の際の処理条件デー
タを入力する。尚、ステップＳ２０２にて新規の部品デ
ータであると判定した場合には、ステップＳ２０３にて
新規の部品データ用の処理を行う。ステップＳ２０３の
処理の詳細は、図２に示した通りである。

【００３２】現在入力されたｉ番目の部品データＤ１０
１ｉより前に処理された部品データが処理結果に影響を
及ぼす場合がある。このため、ステップＳ２０４にて、
ｉ番目の部品データより前に処理した部品データに関し
て処理条件の変更がおこったか否か、ならびに、この部
品データの処理以前に新規部品の追加処理がおこったか
否かを処理条件部１０７で判定する。判定の結果、どち
らの条件も発生しなかった場合はステップＳ２０６へ移
行する一方、どちらか一方の条件が発生した場合はステ
ップＳ２０５へ移行する。ステップＳ２０５の処理の詳
細は、後に、図４を参照して詳述する。

【００３３】ステップＳ２０６にて、現在処理中の部品
データに対する３次元画像処理の設定条件と、処理条件
判定部にＩＤ番号とともに記憶されている前回のこの部
品に対する処理設定条件とを、処理条件判定部１０７で
比較判定する。

【００３４】ステップＳ２０６での判定の結果、処理条
件が変更されていなければ、ステップＳ２０７にてレベ
ル２データ保持領域１０６に保持されている該当するＩ
Ｄ番号のデータを使用してフレームバッファ１０３ヘ描
画する。この場合は、ジオメトリ処理部１０１、レンダ
リング処理部１０２での処理が発生しないので、高速な
描画が行える。実使用上は、単純に画面の再描画を行う
場合や、ある一部品の処理のみに変更が起こった場合が
これに相当する。ただし、後述するように、他の部品の
処理変更内容によっては、別の処理方法が行われる場合
がある。

【００３５】ステップＳ２０６での判定の結果、レンダ
リング処理条件に関する変更があった場合は、ステップ
Ｓ２１１にてレベル１データ保持領域１０５に保持され
ている該当するＩＤ番号のデータを使用してレンダリン
グ処理を行い、ステップＳ２１０へ移行し、条件判定部
１０７での処理条件を今回設定された条件に更新し、ま
たレベル２データ保持領域１０６のデータを新しくレン
ダリング処理部１０２から出力されたデータに更新す
る。この場合は、ジオメトリ処理およびレンダリング処
理に変更がない場合よりは実行時間がかかるものの、ジ
オメトリ処理部１０１での処理が発生しないので、高速
な描画処理が行える。実使用上は、例えばいく通りかの
テクスチャ処理（テクスチャ処理は、レンダリング処理
の一例である）を試しに設定して画像を確認して見たい
という状況が多く発生するが、その際に高速に表示する
ことができる。

【００３６】ステップＳ２０６での判定の結果、ジオメ
トリ処理条件に関する変更があった場合は、ステップＳ
２０８にて、レベル０データ保持領域１０４に保持され
ている該当するＩＤ番号のデ−タを使用してジオメトリ
処理を行い、ステップＳ２０９へ移行してレンダリング
処理を行い、ステップＳ２１０、Ｓ２１２で描画する。
ステップＳ２１０では、条件判定部１０７での処理条件
を新しく設定された条件に更新し、レベル１データ保持
領域１０４およびレベル２データ保持領域１０５の各デ
ータを、それぞれ新たなジオメトリ処理部１０１の出
力、レンダリング処理部１０２の出力で更新する。この
場合は、従来の描画処理と同じ処理となる。これは、実
使用上は、いく通りかの光源処理（ジオメ卜リ処理の一
例）を試すといった状況にあたる。

【００３７】次に、図４を参照して、他の部品データの
処理条件変更、および新規の部品データ追加が起こった
場合の動作を説明する。

【００３８】いま、複数の部品データＤ１０１があり、
その順番に部品データを描画していくとする。ステップ
Ｓ３０１にて、ＩＤ番号ｉでの指定を行うと共に、今回
の描画の際の処理条件データを入力する。尚、ステップ
Ｓ３０２にて新規の部品データであると判定した場合に
は、ステップＳ３０３にて新規の部品データ用の処理を
行う。ステップＳ３０３の処理の詳細は、図２に示した
通りである。

【００３９】ｉ番目の部品データＤ１０１ｉを処理する
際に、ステップＳ３０４にて、ｉ番目の部品データより
前に処理した部品データに関して処理条件の変更がおこ
ったか否か、ならびに、この部品データの処理以前に新
規部品の追加処理がおこったか否かを処理条件部１０７
で判定する。判定の結果、どちらの条件も発生しなかっ
た場合はステップＳ３０５へ移行する一方、どちらか一
方の条件が発生した場合はステップＳ３０６へ移行す
る。

【００４０】ステップＳ３０６にて、現在処理中の部品
データに対する３次元画像処理の設定条件と、処理条件
判定部にＩＤ番号とともに記憶されている前回のこの部
品に対する処理設定条件とを、処理条件判定部１０７で
比較判定する。

【００４１】ステップＳ３０６の判定の結果、ｉ番目の
部品データに対する処理条件の変更がない場合、ならび
にｉ番目の部品データに対する処理条件の変更が有りか
つレンダリング処理に変更があった場合は、ステップＳ
３０９にてレベル１データ保持領域１０５のデータを使
用してレンダリング処理を行い、ステップＳ３１０、ス
テップＳ３１１にて描画する。この際、レベル２データ
保持領域１０６のデータを新たなレンダリング処理部１
０２の出力で更新する。レンダリング処理部１０２から
処理を始める理由は、ｉ番目の部品データＤ１０１ｉの
処理以前の部品データ描画結果に変更があった場合に、
フレームバッファ１０３や隠面消去処理に使用するＺバ
ッファの描画結果が異なり、したがって既に書き込まれ
ているフレームバッファ１０３の値を使用するブレンド
処理や既に書き込まれているＺバッファの値を使用する
隠面消去処理処理といったレンダリング処理に影響があ
るためである。

【００４２】ｉ＋１番目以降の部品データの処理条件の
変更や、新規部品データの追加は、ｉ番目の部品データ
の処理時のフレームバッファ１０３、Ｚバッファには影
響はないので、考慮する必要はない。この場合の処理速
度は処理条件の設定状況等で大きく変わるが、変更の必
要のない部分の処理は行わずに、保持領域に記録された
データを使用するため、高速に表示が行われ、最遅の場
合でも従来技術と同等速度である。

【００４３】ステップＳ３０６の判定の結果、ｉ番目の
部品データに対する処理条件の変更が有りかつジオメト
リ処理に変更があった場合は、ステップＳ３０７にてレ
ベル０データ保持領域１０４を用いてジオメトリ処理を
行い、さらにステップＳ３０８にてレベル１データ保持
領域１０５のデータを更新すると共に、レンダリング処
理を行い、ステップＳ３１０へ移行する。

【００４４】

【実施例】図１に示した本発明による３次元画像処理装
置と、ユーザアプリケーションとして、３次元ＣＡＤア
プリケーション、あるいは３次元アニメーションのオー
サリングアプリケーション等とを使用する例を考える。

【００４５】これらのユーザアプリケーションでは、現
在作業中のある一部品データだけ変更し、その他の部品
データは変更なしで再描画するという状況が多く発生す
る。この場合に、本装置では、発明の実施の形態で説明
したような動作により、高速に表示することができる。
また、アニメーションの表示においても、移動する部品
とそれに影響を受ける部品だけ再処理すればよいので、
高速に表示できる。

【００４６】さらに、ユーザまたはユーザアプリケーシ
ョンが、移動しない背景部品を処理順番の早い方に配置
し、移動する部品の処理順番を最後の方に持ってくるこ
とにより、先ほど説明した発明の実施の形態の図４を参
照して説明した他の部品データの処理条件変更が起こっ
た場合の処理において、現在処理中のｉ番目の部品デー
タに変更がなくてもその前の部品デ一タに変更があるた
めにｉ番目の部品の処理をレンダリング部から行わねば
ならないというケースが減るため、より高速に表示がで
きるようになる。

【００４７】尚、本装置内での各部品データの処理順序
の並べ替えは、並べ替え前と違う描画結果となり、ユー
ザまたはユーザアプリケーションの意図に反する場合が
あるので、本装置内では行わない。

【００４８】

【発明の効果】本発明による３次元画像処理装置は、３
次元画像処理の所定の段階毎に当該段階のデータを一時
的に保存しておき、次回の３次元画像処理の際には処理
条件に応じた適切な段階のデータを用いて過去の３次元
画像処理と重複する３次元画像処理を行わないため、３
次元画像を高速に描画できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態による３次元画像処理装置
の構成を示すブロック図である。

【図２】図１に示す３次元画像処理装置の動作を説明す
るためのフロー図であり、新規な部品データ描画時の動
作例を示す。

【図３】図１に示す３次元画像処理装置の動作を説明す
るためのフロー図であり、登録済み部品データ描画時の
動作例を示す。

【図４】図１に示す３次元画像処理装置の動作を説明す
るためのフロー図であり、登録済み部品データ描画時の
他の部品データの処理結果の影響を受ける場合の動作例
を示す。

【図５】従来例による３次元画像処理装置の構成を示す
ブロック図である。

【符号の説明】

１００、５００ ３次元画像処理装置 １０１、５０１ ジオメトリ処理部 １０２、５０２ レンダリング処理部 １０３、５０３ フレームバッファ １０４ レベル０データ保持領域 １０５ レベル１データ保持領域 １０６ レベル２データ保持領域 １０７ 処理条件判定部 ６００ ユーザアプリケーション

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ３次元画像データを３次元画像処理して
   ３次元画像を描画する３次元画像処理装置において、 ３次元座標から２次元座標への座標変換処理および光源
   処理を含むジオメトリ処理を行うジオメトリ処理部と、 隠面処理、ブレンド処理、フォグ処理、およびテクスチ
   ャ処理を含むレンダリング処理を行うレンダリング処理
   部と、 ジオメトリ処理前の３次元画像データを保存および更新
   可能な第１のデータ保持領域と、 ジオメトリ処理後かつレンダリング処理前のデータを保
   存および更新可能な第２のデータ保持領域と、 レンダリング処理後のデータを保存および更新可能な第
   ３のデータ保持領域と を有し、 さらに、外部から与えられる処理条件および該処理条件
   の変更履歴をチェックし、処理条件の変更が無ければレ
   ンダリング処理後のデータを格納した前記第３のデータ
   保持領域のデータを使用することで３次元画像処理を行
   わず処理時間を短縮し、また、レンダリング処理に関す
   る処理条件のみの変更の場合には前記第２のデータ保持
   領域のデータを使用して前記レンダリング処理部以降の
   み処理を行うことでジオメトリ処理を省き、処理時間の
   短縮を行うような制御を行う処理条件判定部を有するこ
   とを特徴とする３次元画像処理装置。
2. 【請求項２】 少くとも前記レンダリング処理部以前
   は、ソフトウェア処理によって３次元画像処理を行うよ
   うに構成されている請求項１に記載の３次元画像処理装
   置。
3. 【請求項３】 前記３次元画像処理装置のうちの、３次
   元画像データおよび処理条件データを入力するための処
   理を、３次元画像データを生成するユーザアプリケーシ
   ョンが行う請求項１または２に記載の３次元画像処理装
   置。