JP3268484B2 - シェーディング方法およびシェーディング装置 - 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、画像表示装置の３
次元図形発生方式に係り、特に、図形にスポットライト
やハイライトの効果を含む現実感のある陰影をつけるシ
ェーディング方法およびシェーディング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】曲面の表現や場所により方向や強度が変
化する光を表現する技術としては、「Computer Graphic
s：Principle and Practice」を初めとするコンピュー
タグラフィックスの解説書等に記載されているPhong シ
ェーディングが有名である。Phong シェーディングは、
平面の組み合わせで表現された立体図形の表面を滑らか
にシェーディング(陰影付け)するものである。この方式
では、まず、立体図形のモデリング段階で定義された各
頂点における法線ベクトルの値を用いて、補間により、
表示画素に対応する平面上の点における法線ベクトルを
求める。次に、この法線ベクトルを元にその点での光の
当たり具合を計算し、陰影付けする。

【０００３】法線補間の方法については、上記解説書に
記載のように、ベクトルの各成分をそれぞれ補間した後
に正規化する手法のほかに、特開平２−２０２６８１号
公報に記載のように、回転行列を用いた角度補間を用い
る手法も知られている。この従来技術は、補間後の幾何
学的ベクトルの正規化処理を省略するため、回転行列を
用いて角度補間を実行することを提案している。この方
法では、補間後の幾何学的ベクトルの正規化処理を省く
ことができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記解説書
の従来技術では、モデリングのみによってしか定義でき
ない法線ベクトルを補間で求めることに主眼が置かれて
おり、実際の平面上の点の輝度計算を簡略化するための
配慮は、全くなされていなかった。すなわち、輝度計算
には不可欠の光線の計算は、その都度正確に再計算する
必要があった。一般に光線のベクトルは、平行光源のよ
うな特殊な場合を除いては、平面上で線形性を保持して
いないから、単なる補間では、期待する光線ベクトルと
は全く異なる結果が得られてしまう。また、法線の補間
自体も複雑である。上記解説書の従来例では、補間後の
正規化処理を必要とする。

【０００５】スパン毎に両端における幾何学的ベクトル
値から回転行列およびその変化分を求める必要があり、
処理が複雑となり、しかも、補間パラメータ計算の頻度
も高かった。また、一定の法線ベクトルを基準として、
回転行列を生成することを前提としているので、図形内
において法線ベクトルが一定でない場合、すなわち、１
つの図形で曲面を表現した場合には、効果がなかった。

【０００６】一方、特許公報の従来例では、スパン毎に
両端における幾何学的ベクトル値から回転行列およびそ
の変化分を求める必要がある。また、一定の法線ベクト
ルを基準として回転行列を生成することを前提としてお
り、図形内で法線ベクトルが一定でない場合、すなわ
ち、１つの図形で曲面を表現した場合には、効果がなか
った。

【０００７】さらに、両方の従来例は、処理が複雑であ
り、しかも、補間パラメータ計算の頻度も高かった。

【０００８】本発明の目的は、少ないハードウェア量と
少ない図形数でも、スポットライトやハイライトを高速
かつ正確に表現できるシェーディング方法およびシェー
ディング装置を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、少なくとも１つの画像表示部へのインタ
ーフェース回路と画像表示部に表示する画像を記憶する
少なくとも１つの画像データ格納部と画像データを構成
する図形を発生する少なくとも１つの図形発生部とを有
する画像表示装置内で、図形を構成する各画素の輝度を
図形毎に与えられる図形の各頂点におけるパラメータを
図形内で補間することにより求めるシェーディング方法
において、各頂点におけるパラメータとして複数の幾何
学的ベクトルを与え、複数の幾何学的ベクトルを図形内
で補間し、補間により発生させた複数の幾何学的ベクト
ルを用いて光源毎に図形内の輝度成分を逐次計算し、光
源毎に逐次計算された前記輝度成分を加算して輝度を計
算するシェーディング方法を提案するものである。

【００１０】図形内各微小領域の輝度計算に寄与する光
源が複数存在する場合に、微小領域を光源数以上の複数
画素により構成し、各光源毎に行われる幾何ベクトルを
用いた領域の輝度計算を微小領域内で１回ずつとし、前
記１回ずつの計算結果を対応する画素に反映することに
より各画素当りの輝度計算回数を１回以下として実質的
に単一の輝度計算手段および単一光源相当の輝度計算時
間内に微小領域毎に輝度を計算する。

【００１１】光源毎に１画素ずつずれた微小領域区分を
定義し、各微小領域の先頭画素発生時に光源に対応する
輝度を計算し、求められた輝度を微小領域内画素の光源
に対応する輝度として複数光源の輝度計算と画素の発生
処理とをパイプライン化し、微小領域毎に輝度を計算す
る。

【００１２】微小領域としてラスタ方向の１次元配列を
とり、画素発生順をラスタ方向としてメモリアクセス制
御を単純化し、微小領域毎に輝度を計算する。

【００１３】微小領域としてタイル状の２次元配列をと
り、画素発生順をジグザグとして微小領域をコンパクト
にし、微小領域毎に輝度を計算する。

【００１４】いずれの場合も、頂点パラメータとしての
幾何学的ベクトルを極座標系で与え、３次元ベクトルの
３つのパラメータを２つで表現して補間間後のベクトル
の正規化処理を省略し、微小領域毎に輝度を計算する。

【００１５】複数の幾何学的ベクトルの補間による極座
標値の更新を微小領域毎に一成分のみとし、微小領域毎
に更新する成分を交代し、極座標におけるベクトル間の
コサイン計算時に必要となる成分毎のコサイン計算手段
を単一化し、微小領域毎に輝度を計算する。

【００１６】複数の幾何学的ベクトルをその特徴を保存
しつつ簡略化した別の座標系に写像し、画素計算部にお
ける演算量を少なくし、微小領域毎に輝度を計算する。

【００１７】図形内各微小領域の輝度計算に寄与する光
源が複数存在する場合に、微小領域を光源数以上の複数
画素により構成し、各光源毎に行われる幾何ベクトルを
用いた領域の輝度計算を微小領域内で１回ずつとし、前
記１回ずつの計算結果を対応する画素に反映することに
より画素当りの輝度計算回数を１回以下として実質的に
単一の輝度計算手段および単一光源相当の輝度計算時間
内に微小領域毎に輝度を計算する。

【００１８】光源毎に１画素ずつずれた微小領域区分を
定義し、各微小領域の先頭画素発生時に光源に対応する
輝度を計算し、求められた輝度を微小領域内画素の光源
に対応する輝度として複数光源の輝度計算と画素の発生
処理とをパイプライン化し、微小領域毎に輝度を計算す
る。

【００１９】微小領域としてラスタ方向の１次元配列を
とり、画素発生順をラスタ方向としメモリアクセス制御
を単純化し、微小領域毎に輝度を計算する。

【００２０】微小領域としてタイル状の２次元配列をと
り、画素発生順をジグザグとして微小領域をコンパクト
にし、微小領域毎に輝度を計算する。

【００２１】複数の幾何学的ベクトルの補間による極座
標値の更新を微小領域毎に一成分のみとし、微小領域毎
に更新する成分を交代することにより、極座標における
ベクトル間のコサイン計算時に必要となる成分毎のコサ
イン計算手段を単一化し、微小領域毎に輝度を計算す
る。

【００２２】輝度の成分毎にその値を保持するメモリ領
域と対応する光源に対して影の領域にあることを示すマ
スク情報を保持するメモリ領域とを描画領域とは別に光
源毎に持ち、マスク情報を参照し、表示時に影領域であ
る場合には、描画領域から成分毎輝度値を減じて影を表
示し、微小領域毎に輝度を計算する。

【００２３】輝度の成分を保持するメモリ領域のみなら
ず、輝度の成分を加算して描画領域の輝度を計算したと
きのオーバーフロー値をも記憶し、オーバーフロー時に
も正確に影領域の輝度を再現し、微小領域毎に輝度を計
算する。

【００２４】輝度の成分毎にその値を保持するメモリ領
域と対応する光源に対して影の領域にあることを示すマ
スク情報を保持するメモリ領域とを描画領域の複数画素
に対して一つだけ対応させ、付加情報によるメモリ容量
増加を低減し、微小領域毎に輝度を計算する。

【００２５】描画領域の横幅が２のべき乗に満たない
時、横幅から２のべき乗マイナス１の領域に付加情報を
格納し、微小領域毎に輝度を計算する。

【００２６】奥行き情報を格納するメモリ領域へは奥行
きが大きいほど、分解能が低くなるようなデータフォー
マットで情報を記録し、微小領域毎に輝度を計算する。

【００２７】本発明は、また、上記目的を達成するため
に、少なくとも１つの画像表示部へのインターフェース
回路と画像表示部に表示する画像のデータを記憶する少
なくとも１つの画像データ格納部と画像を構成する図形
を発生する少なくとも１つの図形発生部とを有する画像
表示装置内で、図形を構成する各画素の輝度を図形毎に
与えられる図形の各頂点におけるパラメータを図形内で
補間して求めるシェーディング装置において、各頂点に
おけるパラメータとして複数の幾何学的ベクトルを与え
る手段と、複数の幾何学的ベクトルを図形内で補間する
手段と、補間により発生させた複数の幾何学的ベクトル
を用いて光源毎に図形内の輝度成分を逐次計算し、光源
毎に逐次計算された前記輝度成分を加算して輝度を計算
する手段とを備え、微小領域毎に輝度を計算するシェー
ディング装置を提案するものである。

【００２８】シェーディング装置においては、図形内各
微小領域の輝度計算に寄与する光源が複数存在する場合
に、微小領域を光源数以上の複数画素により構成し、各
光源毎に行われる幾何ベクトルを用いた領域の輝度計算
を微小領域内で１回ずつとし、前記１回ずつの計算結果
を対応する画素に反映することにより各画素当りの輝度
計算回数を１回以下として実質的に単一の輝度計算手段
および単一光源相当の輝度計算時間内に微小領域毎に輝
度を計算する。

【００２９】シェーディング装置においては、光源毎に
１画素ずつずれた微小領域区分を定義し、各微小領域の
先頭画素発生時に光源に対応する輝度を計算し、求めら
れた輝度を微小領域内画素の光源に対応する輝度として
複数光源の輝度計算と画素の発生処理とをパイプライン
化し、微小領域毎に輝度を計算する。

【００３０】シェーディング装置においては、微小領域
としてラスタ方向の１次元配列をとり、画素発生順をラ
スタ方向としてメモリアクセス制御を単純化し、微小領
域毎に輝度を計算する。

【００３１】シェーディング装置においては、微小領域
としてタイル状の２次元配列をとり、画素発生順をジグ
ザグとして微小領域をコンパクトにし、微小領域毎に輝
度を計算する。

【００３２】シェーディング装置においては、頂点パラ
メータとしての幾何学的ベクトルを極座標系で与え、３
次元ベクトルの３つのパラメータを２つで表現し、補間
後のベクトルの正規化処理を削減し、微小領域毎に輝度
を計算する。

【００３３】シェーディング装置においては、複数の幾
何学的ベクトルの補間による極座標値の更新を微小領域
毎に一成分のみとし、微小領域毎に更新する成分を交代
し、極座標におけるベクトル間のコサイン計算時に必要
となる成分毎のコサイン計算手段を単一化し、微小領域
毎に輝度を計算する。

【００３４】シェーディング装置においては、複数の幾
何学的ベクトルをその特徴を保存しつつ簡略化した別の
座標系に写像し、画素計算部における演算量を少なく
し、微小領域毎に輝度を計算する。

【００３５】シェーディング装置においては、図形内各
微小領域の輝度計算に寄与する光源が複数存在する場合
に、微小領域を光源数以上の複数画素により構成し、各
光源毎に行われる幾何ベクトルを用いた領域の輝度計算
を微小領域内で１回ずつとし、前記１回ずつの計算結果
を対応する画素に反映することにより画素当りの輝度計
算回数を１回以下として実質的に単一の輝度計算手段お
よび単一光源相当の輝度計算時間内に微小領域毎に輝度
を計算する。

【００３６】シェーディング装置においては、光源毎に
１画素ずつずれた微小領域区分を定義し、各微小領域の
先頭画素発生時に光源に対応する輝度を計算し、求めら
れた輝度を微小領域内画素の光源に対応する輝度として
複数光源の輝度計算と画素の発生処理とをパイプライン
化し、微小領域毎に輝度を計算する。

【００３７】シェーディング装置においては、微小領域
としてラスタ方向の１次元配列をとり、画素発生順をラ
スタ方向としメモリアクセス制御を単純化し、微小領域
毎に輝度を計算する。

【００３８】シェーディング装置においては、微小領域
としてタイル状の２次元配列をとり、画素発生順をジグ
ザグとして微小領域をコンパクトにし、微小領域毎に輝
度を計算する。

【００３９】シェーディング装置においては、複数の幾
何学的ベクトルの補間による極座標値の更新を微小領域
毎に一成分のみとし、微小領域毎に更新する成分を交代
し、極座標におけるベクトル間のコサイン計算時に必要
となる成分毎のコサイン計算手段を単一化し、微小領域
毎に輝度を計算する。

【００４０】シェーディング装置においては、輝度の成
分毎にその値を保持するメモリ領域と対応する光源に対
して影の領域にあることを示すマスク情報を保持するメ
モリ領域とを描画領域とは別に光源毎に持ち、マスク情
報を参照することにより表示時に影領域である場合には
描画領域から成分毎輝度値を減じて影を表示し、微小領
域毎に輝度を計算する。

【００４１】シェーディング装置においては、輝度の成
分を保持するメモリ領域のみならず、輝度の成分を加算
して描画領域の輝度を計算したときのオーバーフロー値
をも記憶することによりオーバーフロー時にも正確に影
領域の輝度を再現し、微小領域毎に輝度を計算する。

【００４２】シェーディング装置においては、輝度の成
分毎にその値を保持するメモリ領域と対応する光源に対
して影の領域にあることを示すマスク情報を保持するメ
モリ領域とを描画領域の複数画素に対して一つだけ対応
させ、付加情報によるメモリ容量増加を低減し、微小領
域毎に輝度を計算する。

【００４３】シェーディング装置においては、描画領域
の横幅が２のべき乗に満たない時、横幅から２のべき乗
マイナス１の領域に付加情報を格納し、微小領域毎に輝
度を計算する。

【００４４】シェーディング装置においては、奥行き情
報を格納するメモリ領域へは奥行きが大きいほど、分解
能が低くなるようなデータフォーマットで情報を記録
し、微小領域毎に輝度を計算する。

【００４５】本発明においては、法線の向きおよび光線
の向きを平面上で線形となるパラメータで表現した極座
標系または正規モデル座標系を定義し、この座標系で簡
易に輝度を計算するので、図形の頂点に与えられるパラ
メータとして図形固有の基準ベクトルを用いずに、法線
ベクトルも補間でき、曲面を表現する場合にも柔軟に対
応できる。

【００４６】したがって、滑らかなシェーディングやス
ポットライトの表現をより少ない計算量で実現するため
に、法線のみならず、光線のベクトルも、同時に、しか
も、平面の線型性を保ちながら補間できる。結果とし
て、疑似的な曲面の表現やスポットライト等の光の表現
を、正規モデル座標系における簡易計算により、実現で
きるようになる。

【００４７】

【発明の実施の形態】

《実施例１》次に、図１〜図２１を参照して、本発明に
よるシェーディング方法およびシェーディング装置の実
施例を説明する。

【００４８】図１は、本発明によるシェーディング方法
およびシェーディング装置の実施例１の微小領域輝度計
算方式を説明する図である。輝度計算方式の処理対象と
なる６形１０００は、複数の微小領域１１００からな
る。微小領域１１００は、さらに、少なくとも１つの画
素１１１０からなる。

【００４９】微小領域１１００内部における光線による
照度は、一様とする。ただし、微小領域１１００内の各
画素１１１０は、特有の色をもっているので、実際の色
は、画素１１１０毎に異なり、照度が一様であることに
よる不具合は、目立たない。特に、微小領域１１００が
充分小さければ、全く問題にならない。

【００５０】微小領域１１００内部における光線による
照度は、微小領域１１００内の代表点１１２０における
照度で近似する。この代表点１１２０における照度は、
微小領域毎に計算される。代表点１１２０の位置は、任
意であるが、実用上微小領域１１００の中心点を代表と
すると、最も近似精度が高くなる。

【００５１】代表点１１２０における照度計算の際に
は、図形内の補間によって求めた代表点１１２０におけ
る法線ベクトル１１４０や光線ベクトル１１５０等の幾
何学的ベクトルを使用する。各幾何学的ベクトルは、図
形１０００の頂点における幾何学的ベクトルを図形内部
で線形補間して求める。また、各幾何学的ベクトルは、
図形１０００の頂点における幾何学的ベクトルを図形内
部で図形毎に定められた規則に従い補間して求めてもよ
い。

【００５２】図２は、本発明によるシェーディング装置
の実施例１に用いられるメディアプロセッサのシステム
構成の一例を示すブロック図である。このシェーディン
グ装置は、ワンチッププロセッサおよびメモリ統合を基
本理念として、マルチメディアの共通基盤であるメディ
アプラットフォームの一部として実現される。メディア
プラットフォームのハードウェアは、ＲＩＳＣコアおよ
びグラフィックスコアが一体となったメディアプロセッ
サ２０００と、主メモリおよび画像領域が統合された統
合メモリ３０００と、周辺論理４０００とからなる。メ
ディアプラットフォームシステムは、これらのハードウ
ェアの上にメディアライブラリを搭載した共通環境とし
て実現される。

【００５３】メディアプロセッサ２０００は、その内部
に、グラフィックスコアの一部である画素発生部２１０
０を持っている。統合メモリ３０００は、具体的には、
汎用または専用のメモリチップ３１００からなり、画像
領域３１１０を含んでいる。専用メモリチップとして
は、図形発生に特化して、比較判定付き書き込みおよび
演算付き読み出し機能等を備えたメモリチップがある。
画素発生部２１００は、本発明の輝度計算方式に従って
図形を構成する画素を発生し、結果として得られた画像
データを画像領域３１１０に書き込む。

【００５４】図３は、図２のメディアプロセッサ内の画
素発生部２１００の構成の一例を示すブロック図であ
る。微小領域１１００のアドレス計算部２１１０は、処
理対象となる微小領域１１００の位置を決定する。微小
領域１１００の位置決定は、同時に微小領域１１００内
の代表点１１２０の位置の決定も兼ねている。つまり、
代表点１１２０の位置が常に微小領域１１００の中心点
と考えれば、微小領域の位置と代表点の位置とは、一対
一に対応する。微小領域１１００の形状は、実用的には
矩形領域とするので、この位置決めとは、微小領域１１
００の行アドレスおよび列アドレスを決定することであ
る。

【００５５】こうして得られた行アドレスおよび列アド
レスは、極座標補間器群２１２０に入力される。極座標
補間器群２１２０は、微小領域１１００の行アドレスお
よび列アドレスに基づき、代表点１１２０における各幾
何学的ベクトルを補間により発生する。

【００５６】極座標補間器２１２０(ａ)は、スポット光
源の方向ベクトルを出力する。光源の性質は、図形によ
らず一定なので、この出力は、光源属性を定めたときの
方向ベクトルそのものである。このベクトルは、Ｙ軸を
主軸とする極座標で与えられる。すなわち、成分は、偏
角と仰角の２種類で、ベクトルの大きさは、常に１であ
る。このような極座標表示の利点は、３次元ベクトルを
表現するのに成分が二つで済むこと、ベクトルの大きさ
が決まっているので正規化の必要がないことである。以
下の説明における座標表示は、この極座標表示である。

【００５７】極座標補間器２１２０(ｂ)は、光線ベクト
ルの極座標系における補間を実行する。微小領域１１０
０の行および列アドレスを入力し、対応する光線ベクト
ルの２成分を出力する。極座標補間器２１２０(ｂ)の内
部には、図形毎に与えられる補間パラメータを記憶する
レジスタがある。

【００５８】線形補間の場合には、パラメータの内容
は、成分毎の行アドレスに対応する係数と、列アドレス
に対応する係数と、オッフセット値との６パラメータで
ある。一つ前の微小領域１１００における値を用いる場
合は、一つ前の微小領域１１００からのアドレスの差分
値を入力として、内部には、それぞれの差分に対応した
係数と一つ前の微小領域におけるベクトルの値との６パ
ラメータを持つ。

【００５９】２次近似による補間の場合は、２次式の係
数を持ち、透視変換補正の場合は、線形補間のパラメー
タに加えて、奥行き情報の補間とその逆数計算手段を持
つ。

【００６０】極座標補間器２１２０(ｃ)は、法線ベクト
ルの極座標系における補間を実行する。ハードウェアの
構成は、極座標補間器２１２０(ｂ)と同様である。補間
パラメータおよびオフセットの値は、法線ベクトル用の
ものを用いる。

【００６１】極座標補間器２１２０(ｄ)は、ハーフウェ
イベクトルの極座標系における補間を実行する。ハード
ウェアの構成は、極座標補間器２１２０(ｂ)と同様であ
る。補間パラメータおよびオフセットの値は、ハーフウ
ェイベクトル用のものを用いる。ハーフウェイベクトル
については、図１５の輝度計算式の説明において詳細に
述べる。

【００６２】こうして求められた各幾何学的ベクトルの
極座標成分は、ベクトル間角度計算器群２１３０に入力
される。ベクトル間角度計算器群２１３０は、２つのベ
クトルの極座標成分を入力し、対応する成分毎に、その
差分を出力する。ベクトル間角度計算器２１３０(ａ)
は、スポット方向ベクトルと光線ベクトルのベクトル間
角度を計算し、ベクトル間角度計算器２１３０(ｂ)は、
光線ベクトルと法線ベクトルのベクトル間角度を計算
し、ベクトル間角度計算器２１３０(ｃ)は、法線ベクト
ルとハーフウェイベクトルのベクトル間角度を計算す
る。

【００６３】本発明では、ベクトル間角度計算器群２１
３０で求めた成分が二つあるベクトル間角度のそれぞれ
のコサイン値の関数により、ベクトル同士のなす角のコ
サインを近似する。この近似は、ベクトルが二つともＺ
軸から外れたら誤差が大きくなるという性質を持ってい
るが、図形表示では、このケースの減衰率が大きく、影
響は少ない。

【００６４】コサイン計算器群２１４０は、ベクトル間
角度計算器群２１３０で求められたベクトル間角度によ
り、ベクトル同士のなす角のコサインおよびそれを用い
た関数を計算する。コサイン計算器２１４０(ａ)は、ス
ポットライトの中心から外れるに従って減衰する係数を
計算する。この係数は、コサイン値のべき乗で表され
る。べき値は、光源毎に特有の定数である。コサイン計
算器２１４０(ｂ)は、光線の図形への入射角に対応した
照度係数を計算する。この照度係数は、コサイン値で表
される。コサイン計算器２１４０(ｃ)は、視線が反射光
の中心から外れるに従ってハイライトが減衰する係数Ｓ
を計算する。係数Ｓは、コサイン値のべき乗で表され
る。べき値は、図形毎に特有の定数である。

【００６５】乗算器２１５０は、照度係数とスポット減
衰係数とを乗じ、輝度の拡散光成分Ｄを計算する。

【００６６】輝度計算器群２１６０は、乗算器２１５０
の出力と、光源および図形の属性とから輝度を求める。
輝度計算器２１６０(ａ)は、拡散光成分により輝度を計
算する。輝度計算器２１６０(ｂ)は、鏡面光成分による
輝度を計算する。

【００６７】加算器２１７０は、輝度計算器群２１６０
の出力を加算し、最終的な画素色を得る。

【００６８】図４は、光源が１つの場合について、実施
例１による微小領域輝度計算方式の微小領域１１００の
構成と画素発生の手順とを説明する図である。この時
は、１画素１１１０当りの光源計算数は、１以下である
ので、微小領域１１００の大きさは、１画素でよい。す
なわち、この場合は、画素１１１０でもある微小領域１
１００に対して、光源番号０の光源である光源０に関す
る輝度計算１１６０が行われる。１画素当りの計算量
は、輝度計算１回分である。

【００６９】図５は、光源が２つの場合について、実施
例１による微小領域輝度計算方式の微小領域１１００の
構成と画素発生の手順とを説明する図である。１画素当
りの光源計算数を１以下にするためには、微小領域１１
００の大きさは、２画素以上必要である。微小領域１１
００が２画素以上あると、形状を決定する必要がある。
画素の発生順が基本的に横方向だから、実用的には、横
方向に連続した２画素を微小領域１１００とするのが好
ましい。

【００７０】２画素に対して１光源当り１回の輝度を計
算するが、ハードウェア量削減のために、光源毎の輝度
計算を同時には実行できない。また、全ての光源に対す
る輝度計算が終わった後で画素を発生させる方式では、
レーテンシが長くなり、性能が低下する上に、光源数に
よる変動もあり、制御が複雑化する。そこで、本発明に
おいては、輝度計算処理と画素発生処理とをパイプライ
ン実行できる方法を採用した。

【００７１】この方式は、光源毎に１画素ずれた微小領
域を定義し、微小領域の最初の画素発生に間に合うよう
に輝度計算し、別光源による輝度計算には、既に計算さ
れた値を用いる方法である。図５において光源０に対応
する微小領域を１１００(０)、光源１に対応する微小領
域を１１００(１)とする。この微小領域で計算される最
初の画素すなわち１１００(０)の左側の画素の輝度を得
るには、光源０に対応する輝度を計算し、一つ左側の画
素と当該画素について既に計算されている光源１による
輝度と加えて、この画素の輝度とする。次に、１１００
(０)の右側の画素すなわち１１００(１)の左側の画素を
計算するには、先に求められた光源０に対する輝度と、
新しく計算される光源１に対する輝度とを加算し、この
画素の輝度とする。このようにすると、１画素当りの計
算量は、輝度計算１回分となる。

【００７２】図６ないし図９は、光源が４つの場合を表
している。この場合、微小領域は、４画素で構成する。

【００７３】図６は、光源が４つの場合について、実施
例１による微小領域輝度計算方式の微小領域の構成と画
素発生の手順とを説明する図である。図６は、微小領域
の形状を横長とした場合を説明している。この場合の動
作は、図５の方式の延長と考えられる。

【００７４】図７は、光源が４つの場合について、実施
例１による微小領域輝度計算方式の微小領域の構成と画
素発生の手順とを説明する図である。図７(ａ)は、微小
領域の形状を正方形とした場合を説明している。図６の
方式とは、画素発生順が２次元的になる点において異な
る。図７(ｂ)は、２次元的画素発生順１１１１を示して
いる。この順序に従って、画素が２次元的に近くに位置
するようにジグザグな経路をとる。

【００７５】図８は、光源が４つの場合について、実施
例１による微小領域輝度計算方式の微小領域の構成と画
素発生の手順とを説明する図である。図８(ａ)は、図７
(ａ)の輝度計算手順の内、光源０に関する部分のみを取
り出したものである。微小領域１１００(０)は、図中太
線で囲まれた部分である。図７(ｂ)に示した画素発生順
に従って，経路１１１１をとる。すなわち、左上→左下
→右下→右上の順である。

【００７６】図８(ｂ)は、図７(ａ)の輝度計算手順の
内、光源１に関する部分のみを取り出したものである。
微小領域１１００(１)は、図中太線で囲まれた部分であ
る。図７(ｂ)に示した画素発生順に従い、経路１１１１
をとる。これは、ジグザグ経路の内、図８(ａ)の微小領
域から１画素分だけずれたものである。左下→右下→上
→右上の順である。

【００７７】図９は、光源が４つの場合について、実施
例１による微小領域輝度計算方式の微小領域の構成と画
素発生の手順とを説明する図である。図９(ａ)は、図７
(ａ)の輝度計算手順説明図の内、光源２に関する部分の
みを取り出したものである。微小領域１１００(２)は、
図中太線で囲まれた部分である。図７(ｂ)に示した画素
発生順に従い、経路１１１１をとる。これは、ジグザグ
経路の内、図８(ｂ)の微小領域から１画素分だけずれた
ものである。スキャン順は、左下→右上→右上→右下で
ある。図９(ｂ)は、図７(ａ)の輝度計算手順説明図の
内、光源３に関する部分のみを取り出したものである。
微小領域１１００(３)は、図中太線で囲まれた部分であ
る。図７(ｂ)に示した画素発生順に従い、経路１１１１
をとる。これは、ジグザグ経路の内、図９(ａ)の微小領
域から１画素分だけずれたものである。スキャン順は、
左上→右上→下→右下の順である。

【００７８】図１０は、実施例１による極座標の補間方
式を説明する図である。図１０(ａ)は、極座標系で表わ
した法線ベクトルを補間する場合を説明している。図形
内微小領域１１００の代表点１１２０における法線ベク
トル１１４０は、図形の両端における法線ベクトル１１
４１および１１４２を補間して得られる。１１４１およ
び１１４２自体も、同様に、図形頂点に対して与えられ
る法線ベクトルを補間して求めることができる。補間の
方法は、図３で説明したので、省略する。

【００７９】図１０(ｂ)は、法線ベクトルと同様に極座
標系で表わした光線ベクトル１１５０を、１１５１およ
び１１５２から補間によって求める場合を説明してい
る。

【００８０】図１０(ｃ)は、以上の補間により得られた
２つのベクトルから図形内微小領域１１００毎の照度を
計算する様子を示している。ベクトル同士のなす角は、
１１２０における値が、１１２１や１１２２における値
よりも小さく、図形内にハイライトを生じさせることが
できる。

【００８１】図１１は、実施例１による極座標補間のベ
クトル軌跡を説明する図である。すなわち、極座標補間
を用いた場合の軌跡１１４３を示している。極座標の２
つの成分で補間するので、軌跡は大円コースをとらない
が、大円コース自体が１つの近似であるから、スポット
ライトやハイライトを表現するには、極座標補間でも充
分である。

【００８２】図１２ないし図１４は、極座標補間による
ベクトル軌跡をシミュレートした結果である。図１２
は、(−π／４、−π／４)から(π／４、π／４)まで補
間した結果を示し、図１３は、(π／４、−π／４)から
(π／４、π／４)まで補間した結果を示し、図１４は、
(−π／４、π／４)から(π／４、π／４)まで補間した
結果を示している。

【００８３】図１５は、実施例１による輝度計算の概要
および計算式を説明する図である。各画素の輝度Ｉは、
各光源についての周囲反射成分Ｉaiと、拡散反射成分Ｉ
diと、鏡面反射成分Ｉsiとの総和として表される。

【００８４】周囲反射成分Ｉaは、周囲反射係数Ｋaと、
物体の色Ｏcと、光源の色Ｌcとの積で表される。

【００８５】拡散反射成分Ｉdは、拡散反射係数Ｋdと、
物体の色Ｏcと、法線ベクトルＮおよび光源方向ベクト
ルＬの内積と、光源ベクトルＬdirおよび光源方向ベク
トルＬの内積のＬconcべき乗と、光源の色Ｌcと、減衰
関数Ｌattとの積で表される。

【００８６】鏡面反射成分Ｉsは、鏡面反射係数Ｋsと、
物体の鏡面色Ｓcと、法線ベクトルＮおよびハーフウェ
イベクトルＨの内積のＳconcべき乗と、光源ベクトルＬ
dirおよび光源方向ベクトルＬの内積のＬconcべき乗
と、光源の色Ｌcと、減衰関数Ｌattとの積で表される。

【００８７】物体の色Ｏcは、図形に対する照度Ｄと、
図形表面の模様を表すテクスチャ色と、光線強度との積
である。光線強度は、光源色に係数を乗じた値と、環境
光成分の値とを加算した値である。ハーフウェイベクト
ル１１Ｈ０は、視線ベクトル１１Ｖ０と光源方向ベクト
ル１１５０とのなす角を２等分するベクトルであり、こ
のハーフウェイベクトル１１Ｈ０と法線ベクトル１１４
０とのなす角が小さいほど、ハイライトが大きくなる。

【００８８】図１６は、補間して得られたベクトル同士
の実施例１によるコサイン近似計算の概要および計算式
を説明する図である。極座標の角成分毎の差分のコサイ
ンの積で近似する。この近似計算方式の誤差は、実用
上、問題にならない。また、この近似計算方式は、次に
示すハードウェア量削減のためのインタリーブ方式にも
適している。

【００８９】図１７は、ハードウェア量を削減するため
に、実施例１による極座標補間の成分を使用したインタ
リーブ方式を説明する図である。本来ならば、補間され
て求められるベクトル１１５０を用いるべきである。こ
れに対し、極座標のどちらか一方の成分にのみ、一つ前
の微小領域における値１１５０−１を用いると、本来角
成分毎、すなわち、２回に亘り計算すべきコサイン計算
を１回で済ませることができる。

【００９０】図１８は、実施例１による極座標補間の成
分を使用したインタリーブ方式を説明する図である。す
なわち、インタリーブ方式を実現するためのコサイン計
算手段２１４０の構成を示したものである。更新するコ
サイン値は、極座標成分の片方だけであるから、入力を
スイッチ２１４１で切換える。入力された値に従い、コ
サインテーブル２１４２を参照して、選択された成分に
対応するコサイン値を得る。選択されなかった方のコサ
イン値は、前回値記憶レジスタ１２４３または２１４４
に保持されており、切換えスイッチ２１４５の切換えに
従って選択される。この２つのコサイン値は、乗算器２
１６４によって掛け算され、２つのベクトルのなす角の
コサインの近似値が得られる。

【００９１】図１９は、実施例１によるコサイン近似計
算用テーブルを説明する図である。コサイン近似計算用
テーブル２１４２(ａ),(ｂ),(ｃ)，…は、コサイン計算
のためのテーブルを示している。各テーブルは、目的に
応じてそれぞれ異なるデータを記憶している。

【００９２】図２０は、実施例１による輝度計算部２１
６０の構成の一例を説明する図である。輝度計算部２１
６０は、係数乗算器２１６１と、光線色乗算器２１６２
と、微小領域内画素計算のためのディレイアダー２１６
３と、テクスチャ色との乗算器２１６５とからなる。

【００９３】図２１は、実施例１によるシェーディング
装置の微小領域内で光源毎に輝度を加算する加算器を説
明する図である。光源が複数の場合は、光源数に応じた
加算器を含むディレイアダー２１６３が必要となる。こ
の場合のディレイアダー２１６３は、内部に先入れ先出
し(ＦＩＦＯ)バッファ２１６６を持ち、４回前にまで遡
って輝度値を参照できる。加算器２１６７は、これらの
輝度を加算して微小領域における４光源分の近似輝度値
を出力できる。

【００９４】《実施例２》図２２は、本発明によるシェ
ーディング装置の実施例２の微小領域輝度計算方式のハ
ードウェア構成と処理手順とを併せて示す図である。一
般に、描画装置のシェーディング手段は、頂点計算部ｓ
００と画素計算部ｓ１０との２つの部分からなる。頂点
計算部ｓ００は、立体図形を構成する面の頂点における
各種のパラメータを計算する。頂点計算部ｓ００で取り
扱うパラメータの内、本発明と関連するのは、法線ベク
トルＮの値、光線ベクトルＬdirの値などのベクトル値
が主である。画素計算部ｓ１０は、面内の各点における
輝度を計算する。実際のシステムでは、面毎に処理する
頂点計算部ｓ００は、主にソフトウェアによる処理に向
いており、点毎に処理する画素計算部ｓ１０は、主にハ
ードウェアによる処理に向いている。もちろん、それぞ
れをハードウェアのみでも、ソフトウェアのみでも、実
現可能である。

【００９５】本発明では、点毎に実行する画素計算部ｓ
１０の処理を軽減し、高速化するとともに、ハードウェ
アを削減することもめざしている。本発明においては、
頂点計算部ｓ００において、立体図形を構成する面と正
規モデル座標系における面との対応関係を求め、画素計
算部ｓ１０へのインタフェースデータを形成する。それ
には、光源と面との位置関係の計算ｓ０１、頂点のモデ
ル座標系における座標値の計算ｓ０２を経て、面内補間
係数計算ｓ０３を実行する。このインタフェースデータ
を受ける画素計算部ｓ１０では、実際の補間計算ｓ１１
を行い、面内の点に対応するモデル座標系における各種
パラメータを得る。これらのをパラメータに基づいて、
輝度計算ｓ１２を実行し、シェーディングする。

【００９６】図２３は、実施例２に用いる正規化モデル
座標系の概念を説明する図である。すなわち、実空間か
ら正規モデル座標系への変換の物理的イメージを説明す
る図である。実空間は、正規直交座標系ｃ００上で定義
される。この実空間上の図形ｔｒｉ００およびこれを照
らす光源ｌｉｇｈｔ００を考える。図形ｔｒｉ００の頂
点ｐ１，ｐ２，ｐ３には、法線ベクトルＮ１，Ｎ２，Ｎ
３がそれぞれ定義されるとともに、頂点計算部ｓ００の
演算で、光源の方向を表すベクトルＬ１，Ｌ２，Ｌ３も
それぞれ計算されている。正規モデル座標系ｃ０１は、
ｌｉｇｈｔ００からｔｒｉ００に下ろした垂線の足に対
応する点を原点とし、ｌｉｇｈｔ００に対応する点ｌｉ
ｇｈｔ０１が１つの軸を表す単位ベクトルとなるように
変換した座標系である。この軸をｗとし、図形と共面関
係にある残りの２軸をｕ，ｖとすると、ｔｒｉ００の各
頂点は、対応する座標値に写像され、正規モデル座標系
における図形ｔｒｉ０１を形成する。ｔｒｉ０１の各頂
点におけるベクトルは、ｗ軸の単位ベクトルと一致し、
光のベクトルは、ｌｉｇｈｔ０１を望むベクトルと一致
する。

【００９７】図２４は、実施例２の微小領域輝度計算方
式と従来方式とを比較して示す図である。図２４(ａ)
は、従来例で挙げたPhong Shadingを解説する図であ
る。各点における法線や光線の向きを計算すると、スポ
ットライト，ハイライト，滑らかなシェーディングが可
能となる。ｔｒｉ００内の点ｐにおける法線ベクトルＮ
は、Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３から補間によって求め、光のベク
トルＬは、ｌｉｇｈｔ００との位置関係から再計算す
る。座標系ｃ００が実空間であるため、ｌｉｇｈｔ００
と図形ｔｒｉ００との位置関係は任意であり、光の計算
は、この任意性を満足するように、浮動小数点またはそ
れに準ずる計算が必要である。

【００９８】図２４(ｂ)は、Gouraud シェーディングを
解説する図である。この手法では、図形頂点における輝
度を頂点計算部で計算した後、輝度を面内で補間するも
のである。単なる輝度の線型補間なので、面内でのスポ
ットライトやハイライトの表現が不可能であり、シェー
ディングの滑らかさも劣る。この手法は、画素計算部に
おける演算量が比較的少なくすむということもあって、
多くのシステムに採用されている。しかし、Phong シェ
ーディングと同等の表現力を得るには、図２４(ｃ)のよ
うに図形分割し、輝度計算のポイント数すなわち頂点数
を増加させる必要がある。ところが、分割により滑らか
さを表現するには、３桁以上の分割が必須であり、リア
ルタイム表示には実用的でない。

【００９９】図２５は、実施例２の輝度計算の概要およ
び計算式を説明する図である。ある画素の輝度は、式
(１)に示すように、光源毎のその画素の輝度の総和で求
められる。図１５に関連して既に説明したように、光源
毎の輝度は、周囲反射成分Ｉaと、拡散反射成分Ｉdと、
鏡面反射成分Ｉsとからなる。周囲反射成分Ｉａは、式
(１ａ)のように、物体属性値Ｋa，物体色Ｏc，光源色Ｌ
cのみで決まる。拡散光成分Ｉdおよび反射光成分Ｉs
は、光源の種類により異なるが、式(１b)〜(１d)のよう
に求められる。ここで、Ｋd，Ｋsは、物体属性値、Ｓc
は、反射色、Ｌattは、光源からの距離による減衰項で
ある。Ｎは法線ベクトルであり、Ｌは光源ベクトルであ
り、Ｖは視点ベクトルであり、Ｒは反射ベクトルであ
る。Ｌdirは光源がスポットライトの時の方向ベクトル
である。ＮとＬとの内積が大きいほど、光が面の正面か
ら照射されるので明るい。また、ＶとＲとの内積が大き
いほど、反射光が多く、ＬとＬdirとの内積が大きいほ
ど、スポットライトの中心に近く明るい。ＶとＲとの内
積には、Ｓconcというべき数が係り、ハイライトの範囲
をシャープにし、ＬとＬdirとの内積にはＬconcという
べき数が係り、スポットライトの範囲をシャープにす
る。本発明では、画素毎に必要なこれらの内積計算を簡
略化して計算を実現する。

【０１００】図２６は、実施例２の実空間における各種
ベクトルの位置関係を示す図であり、図２７は、実施例
２の正規化モデル座標系における各種ベクトルの位置関
係を示す図である。図２６および図２７により、実空間
図形を正規モデル座標系へ写像するための手順を説明す
る。

【０１０１】実空間における面の方程式は、図２６中の
式(２ａ)で表される。ｔｒｉ００を含む平面の方程式の
係数は、各頂点を面の方程式に代入すると、式(２ｂ)を
経て式(２ｃ)のように求められる。また、光源と平面と
の距離も式(２)のように求められる。面の方程式の係数
は、面の法線ベクトルＮでもある。この法線ベクトルＮ
に基づいて、正規モデル座標系のｗ軸に対応するベクト
ルｗが求まる。残りの平面上の２軸ｕ，ｖは、スポット
方向ベクトルに沿う方向をｕとし、それと直交する方向
をｖとする。光源から平面へ下ろした垂線の足ｐ０から
見た平面上の点ｐの位置は、光源ｐＬからｐへのベクト
ルにｕおよびｖによる内積計算を施したものである。正
規モデル座標系においては、面と光源との距離が１に正
規化されるので、求められた位置関係を一律にｈで除算
する。視点位置も同様に変換される。すなわち、ｗ軸に
沿う距離は、実空間における距離をｈで除算したもので
あり、平面上の位置関係は、光源ｐＬから視点０００へ
のベクトルにｕおよびｖによる内積計算を施したもので
ある。変換後の図形は、図２７のようになる。図形は、
(ｕ，ｖ)平面上にあるので、必要な座標値はこの２軸座
標のみにより、一意に定まる。スポットライトの中心方
向線が平面と交わる点ｐｓも、同様にして、ｕ軸上の点
(ｕｓ，０)に変換される。

【０１０２】図２８は、実施例２における法線ベクトル
の傾きを補正する方式を説明する図である。すなわち、
前述のようにして求められた変換後の頂点に対し、その
法線ベクトルの傾きによる補正を行う方法である。頂点
ｐ１，ｐ２，ｐ３が補正されて、それぞれ頂点ｐ１´,
ｐ２´,ｐ３´となる。この補正は、光源を望むベクト
ルと法線ベクトルとの位置関係を保存しつつ、法線がｗ
方向を向くように、点を移動することにより得られる。
この移動のために、元の点の上空に仮の光源を設定し、
この光源からの補正で代用する。この操作は、法線が元
々ｗ方向を向いていた場合に移動量が０となるようにす
るためである。また、この移動量は、真の光源からの距
離と正の相関関係があるので、仮の光源の高さを元の点
と原点との距離に比例した形でとる。この時、移動量ｄ
ｐは、図２８中の式(３ａ)〜(３ｃ)のようになる。法線
補正された頂点ｐ１´,ｐ２´,ｐ３´を実空間の頂点ｐ
１,ｐ２,ｐ３に線型に対応させると、正規モデル座標系
における画素毎輝度計算結果を実空間の点に対応させる
ことができる。

【０１０３】図２９は、実施例２の正規化モデル座標系
における拡散成分の減衰項の計算手順を示す図である。
拡散成分のための減衰項は、光源方向ベクトルＬと法線
ベクトルｎ´とのなす角θの余弦に比例する。法線ベク
トルｎ´は、先の補正により軸ｗと一致しているので、
光源方向ベクトルＬのｗ成分が求める値である。この値
は、図２９中の式(４)のように表される。

【０１０４】図３０は、実施例２の正規化モデル座標系
におけるスポット方向に応じた減衰項の計算の手順を示
す図である。スポット方向に応じた減衰項は、光源方向
ベクトルＬと逆スポット方向ベクトル(−Ｌdir)とのな
す角βの余弦のべき乗に比例する。画素毎に変動するの
は、角βの余弦値であるから、ここでは、この求め方を
図３０中の式(５)および(５ａ)〜(５ｃ)を用いて説明す
る。式の中でｕ０は、図３０中のｕｓに対応する。ま
た、range(ｆ，ａ，ｂ)は、ｆが区間［ａ，ｂ］にある
ときのみその値を返し、それ以外は０を返す関数であ
る。Ｌは、点から光源を望むベクトル、(−Ｌdir)は、
点ｕｓから光源を望むベクトルであるから、単純にこれ
らの余弦を計算する。

【０１０５】図３１は、実施例２の正規化モデル座標系
における反射光成分の減衰項の計算手順を示す図であ
る。反射光成分の減衰項は、反射方向ベクトルＲと視点
方向ベクトルＶとのなす角γの余弦のべき乗に比例す
る。画素毎に変動するのは、角γの余弦値であるから、
ここでは、この求め方を図３１中の式(６)を用いて説明
する。Ｖは、点から視点を望むベクトルであり、正規モ
デル座標系への変換の際に原点に対応する座標として変
換されている。Ｒは、点から光源を望むベクトルのうち
(ｕ，ｖ)成分のみを符号反転したベクトルである。これ
らを用いて、単純に余弦を計算する。

【０１０６】図３２は、本発明によるシェーディング装
置の実施例２に用いられるメディアプロセッサのシステ
ム構成の一例を示すブロック図である。このシェーディ
ング装置は、ワンチッププロセッサおよびメモリ統合を
基本理念として、マルチメディアの共通基盤であるメデ
ィアプラットフォームの一部として実現される。メディ
アプラットフォームのハードウェアは、ＲＩＳＣコアお
よびグラフィックスコアが一体となったメディアプロセ
ッサ２０００と、主メモリおよび画像領域が統合された
統合メモリ３０００と、周辺論理４０００とからなる。
メディアプラットフォームシステムは、これらのハード
ウェアの上にメディアライブラリを搭載した共通環境と
して実現される。

【０１０７】メディアプロセッサ２０００は、その内部
にグラフィックスコアの一部である画素発生部２１００
を持っている。統合メモリ３０００は、汎用または専用
のメモリチップ３１００からなり、画像領域３１１０を
含んでいる。専用のメモリチップとしては、図形発生に
特化した比較判定付き書き込み演算付き読み出し機能等
を持ったメモリがある。画素発生部２１００は、図形を
構成する画素を本発明の輝度計算方式に従って発生し、
結果として得られた画像データを画像領域３１１０に書
き込む。

【０１０８】図３３は、画素発生部２１００の構成の一
例を示すブロック図である。微小領域アドレス計算部２
１１０は、対象となる微小領域の位置を決定する。微小
領域の位置の決定は、微小領域内の代表点の位置の決定
も兼ねている。代表点の位置が常に微小領域の中心点と
考えれば、微小領域位置と代表点位置とは、一対一に対
応する。微小領域の形状は、実用的には、矩形領域とす
るので、位置決めは、微小領域の行アドレスおよび列ア
ドレスを決定することである。この微小領域には、少な
くとも１つの画素が対応する。

【０１０９】このようにして得られた行および列アドレ
スは、補間係数／面内定数発生器群２１２０(ａ)〜(ｄ)
に入力される。補間係数／面内定数発生器群２１２０
(ａ)〜(ｄ)は、微小領域の行および列アドレスに基づい
て、代表点における正規モデル座標系の座標を補間によ
り発生する。２１２０(ａ)は、光源との距離に応じた減
衰項Ｌａｔｔを面内で補間する。２１２０(ｂ)は、対応
する正規化モデル座標系における座標値を補間し、２１
２０(ｃ)は、スポット光源関連の定数を出力し、２１２
０(ｄ)は、反射光成分関連定数を出力する。

【０１１０】これらの補間値または定数を用いて、先に
示した式(１),(４),(５),(６)に従って、輝度値を計算
する。演算器２１３０(ａ)は、式(５)に基づくスポット
減衰項を計算する。演算器２１３０(ｂ)は、式(４)に基
づく拡散成分による減衰項を計算する。演算器２１３０
(ｃ)は、式(６)に基づく反射光成分による減衰項を計算
する。演算器２１４０(ａ),(ｂ),(ｃ)およびそれ以降の
演算器においては、これらの値を用いて輝度を計算す
る。

【０１１１】図３４は、実施例２における描画コマンド
フォーマットの一例を示す図でああり、上記演算器２１
３０(ａ)以降の輝度計算部を起動するためのコマンドフ
ォーマットを示している。１ワード３２ビットとして、
最初の６ワードには、描画図形(三角形)の形状情報を格
納し、次の２ワードには、奥行き情報の補間係数を格納
し、さらに次の４ワードには、テクスチャ座標に対する
補間係数情報を格納する。それ以降が、輝度関係のパラ
メータであり、光源当り７ワードの情報からなる。形状
情報のうち最初の２Ｂは、コマンドＩＤである。コマン
ドＩＤは、図形描画であること、上辺が水平であるかど
うか、光源数がいくつかなどの情報を与える。次の２Ｂ
は、描画開始のｙ座標である。２ワード目は、図形の縦
サイズの情報を含んでいる。ｈ１は、開始点から次の頂
点までの高さを表し、ｈ２は次の頂点から最後の頂点ま
での高さを表している。図形の形状により、これらの値
が０になる場合もあり得る。３ワード目以降は辺の傾き
情報を与える。ｈ１,ｈ２により値が存在しないケース
もある。その時は、コマンドＩＤまたはｈ１,ｈ２によ
り判定する。

【０１１２】奥行き補間情報およびテクスチャ座標補間
情報は、それぞれｘ,ｙ,ｚに関する係数と指数部とから
なる。実空間におけるｘ,ｙ,ｚ値との演算を実行し、補
間後の値を得る。指数部は、実空間に対する精度を確保
するために、ｘ,ｙ,ｚ値に共通の値を一つ設定した。奥
行き情報に関しては、後に透視変換をかける都合上、奥
行きの逆数を補間する方式としている。

【０１１３】輝度計算関連の情報について説明する。１
ワード目は、距離による減衰項成分の補間パラメータで
ある。輝度値は、最終的に８ビット程度なので、各係数
も８ビットとしている。補間の方法は、奥行きやテクス
チャの補間の場合と同様である。続く４ワードは、正規
モデル座標の補間情報である。計算方法は、奥行きやテ
クスチャの場合と同様である。最後の２ワードは、輝度
計算に必要な図形毎の定数である。複数の図形に共通な
値については、別コマンドで設定する。この２ワードの
内、最初の２Ｂは、式(５)で示したスポットライトによ
る減衰項計算に必要な定数である。残りの２Ｂずつの３
パラメータは、式(６)で示した反射光成分計算に必要な
定数である。

【０１１４】図３５〜図４０は、微小領域の輝度計算手
順を幾つかの場合について説明したものである。

【０１１５】図３５は、光源が１つの場合について、実
施例２の微小領域の構成および画素発生手順を示す図で
ある。この時は、１画素当りの光源計算数は１以下であ
るので、微小領域の大きさは１画素でよい。すなわち、
画素１１１０でもある微小領域１１００に対し、光源番
号０の光源である光源０に関する輝度計算１１６０が行
われる。１画素当りの計算量は、輝度計算１回分であ
る。

【０１１６】図３６は、光源が２つの場合について、実
施例２の微小領域の構成および画素発生手順を示す図で
ある。光源が２つの場合の１画素当りの光源計算数を１
以下にするには、微小領域の大きさは２画素以上必要で
ある。微小領域が２画素以上あると、、形状を決定する
必要があるが、画素の発生順は基本的に横方向だから、
実用的には横方向に連続した２画素を微小領域とするの
が好ましい。２画素に対して１光源当り１回の輝度を計
算するが、ハードウェア量削減のため、光源毎の輝度計
算を同時には実行できない。また、全ての光源に対する
輝度計算が終わった後で画素を発生させる方式では、レ
ーテンシが長くなり、性能が低下する上に、光源数によ
る変動もあり、制御が複雑化する。そこで、本実施例2
においても、輝度計算処理と画素発生処理とをパイプラ
イン実行できる方式を採用した。

【０１１７】この方式は、光源毎に１画素ずれた微小領
域を定義し、微小領域の最初の画素発生に間に合うよう
に輝度計算し、別光源による輝度計算には、既に計算さ
れた値を用いる方法である。図３６において、光源０に
対応する微小領域を１１００(０)とし、光源１に対応す
る微小領域を１１００(１)とする。１１００(０)の左側
の画素すなわちこの微小領域で計算される最初の画素を
計算するには、光源０の輝度計算を実行し、その画素に
ついて既に計算されている光源１による輝度計算値を加
えて、この画素の輝度とする。

【０１１８】１１００(０)の右側の画素つまり１１００
(１)の左側の画素を計算するには、先に求められた光源
０に対する輝度値と新しく計算される光源１に対する輝
度値とを加算し、この画素の輝度とする。このようにす
ると、１画素当りの計算量は輝度計算１回分である。

【０１１９】図３７は、光源数が４つの場合について、
実施例２の微小領域の構成および画素発生手順を示す図
である。この場合は、微小領域は４画素で構成する。図
３７は、微小領域の形状を横長とした場合であるから、
図３６の方式の延長で考えることができる。

【０１２０】図３８(ａ)は、光源数が４つの場合につい
て、微小領域の形状を正方形とした場合の実施例２の微
小領域の構成および画素発生手順を示す図である。この
場合には、画素発生順が２次元的となる。図３８(ｂ)
は、２次元的画素発生順１１１１を示している。この順
序に従い、画素が２次元的に近くに位置するように、ジ
グザグな経路をとる。

【０１２１】図３９は、光源数が４つの場合について、
実施例２の微小領域の構成および画素発生手順を示す図
である。図３９(ａ)は、図３８(ａ)の輝度計算手順説明
図の内、光源０に関する部分のみを取り出したものであ
る。微小領域１１００(０)は、図中太線で囲まれた部分
である。図３８(ｂ)に示した画素発生順に従い、経路１
１１１をとる。すなわち、左上→左下→右下→右上の順
である。

【０１２２】図３９(ｂ)は、図３８(ａ)の輝度計算手順
説明図の内、光源１に関する部分のみを取り出したもの
である。微小領域１１００(１)は、図中太線で囲まれた
部分である。図３８(ｂ)に示した画素発生順に従い、経
路１１１１をとる。ジグザグ経路の内、図３９(ａ)の微
小領域から１画素分だけずれている。スキャンは、左下
→右下→上→右上の順である。

【０１２３】図４０は、光源数が４つの場合について、
実施例２の微小領域の構成および画素発生手順を示す図
である。図４０(ａ)は、図３８(ａ)の輝度計算手順説明
図の内、光源２に関する部分のみを取り出したものであ
る。微小領域１１００(２)は、図中太線で囲まれた部分
である。図３８(ｂ)に示した画素発生順に従い、経路１
１１１をとる。ジグザグ経路の内、図３９(ｂ)の微小領
域から１画素分だけずれている。スキャンは、左下→左
上→右→下である。

【０１２４】図４０(ｂ)は、図３８(ａ)の輝度計算手順
説明図の内、光源３に関する部分のみを取り出したもの
である。微小領域１１００(３)は図中太線で囲まれた部
分である。図３８(ｂ)に示した画素発生順に従い、経路
１１１１をとる。これはジグザグ経路の内、図４０(ａ)
の微小領域から１画素分だけずれている。スキャンは、
左上→右上→下→右下である。

【０１２５】図４１は、実施例２の輝度計算部２１６０
の構成の一例を示すブロック図である。輝度計算部分２
１６０は、係数乗算器２１６１と、光線色乗算器２１６
２と、微小領域内画素計算のためのディレイアダー２１
６３と、テクスチャ色との乗算器２１６５とからなる。

【０１２６】図４２は、実施例２の微小領域内で光源毎
に輝度を加算する加算器すなわちディレイアダー２１６
３の構成の一例を示す図である。ディレイアダー２１６
３は、内部に先入れ先出し(ＦＩＦＯ)バッファ２１６６
を持ち、４回前にまで遡って輝度値を参照できる。加算
器２１６７は、これらの輝度を加算して微小領域におけ
る４光源分の近似輝度値を出力する。

【０１２７】図４３は、実施例２の影領域特定アルゴリ
ズムを説明する図である。図形ｔｒｉ００と光源ｌｉｇ
ｈｔ００との間に、影を生成する図形ｔｒｉ１０がある
場合を考える。図形ｔｒｉ００上のどの部分が影領域と
なるかは、以下のアルゴリズムで決定される。影となる
ボリュームを形作る図形ｓｔｒｉ１０，ｓｔｒｉ１１を
定義する。ボリュームと図形ｔｒｉ００との交差する部
分が影領域である。その部分を特定する方法を図４３
(ｂ)により説明する。影が見える領域は、視点Ｏからｔ
ｒｉ００上の点を見たときに、図形ｓｔｒｉ１０，ｓｔ
ｒｉ１１などを奇数回横切った点である。視点からの見
え方は、描画される図形そのものであるから、図形ｓｔ
ｒｉ１０，ｓｔｒｉ１１などを何回横切ったかをマスク
情報として描画すればよい。そこで、マスク情報プレー
ンに描画するための描画コマンドを用意する。このコマ
ンドは、マスクプレーンへの描画であることを示してい
るほかに、形状情報と奥行き情報とを持つ。

【０１２８】図４４は、実施例２のシェーディングの手
順を説明する図である。最初に、図形を全て描画する。
このときの輝度の値は、描画メモリ領域３１１１に格納
される。次に、先のアルゴリズムにより、影領域を示す
マスクをメモリ領域３１１２上に形成する。最後に、こ
の領域が影となるように処理する。

【０１２９】図４５は、図４４のシェーディングの手順
を実行するための装置構成の一例を示す図である。本発
明の画素毎輝度計算においては、画素毎に輝度の各成分
が計算される。大きく分けると、周囲光の成分２１８０
(ａ)と光源光の成分２１８０(ｂ)である。両成分の和
は、描画領域３１１１に格納される。光源光の成分２１
８０(ｂ)は、光源毎に影色バッファ３１１３に格納され
る。一方で、影領域は、先のアルゴリズムにより、影領
域マスク情報３１１２として格納される。表示の際に
は、マスク情報３１１２の情報に従い、描画領域３１１
１から影色バッファ３１１３の輝度を差し引き影を形成
する。

【０１３０】図４６は、図４５の装置における影用メモ
リ領域の割当ての一例を示す図である。影領域マスク情
報３１１２(０)〜(３)、影色バッファ３１１３(０)〜
(３)は光源毎に設定される。また、描画領域の輝度を求
める際に生じたオーバーフロー分も影色バッファ３１１
３(４)に格納しておく。このデータは、オーバーフロー
が生じた画素が実は影であった場合に、補正項として用
いられる。

【０１３１】なお、各情報は、１６画素に一つ持つこと
にすると、メモリ容量を削減できる。影領域は輝度が低
いため、分解能が低下しても目立たないからである。

【０１３２】また、これらの情報は、画像メモリの未使
用領域に格納することができ、メモリの有効活用に寄与
する。領域の形式は(ａ)のようなプレーン方式でもよい
し、(ｂ)のようなパックト形式でもよい。

【０１３３】図４７は、本発明における非線型奥行きフ
ォーマットを説明する図である。この非線型奥行きフォ
ーマットは、奥行き情報の格納に関してメモリを低減す
るための工夫を示している。一般に、奥行き情報は、手
前ほど重要度が大きく、遠いほど、距離の違いの意味が
無くなってくる。したがって、奥に行くほど必要な分解
能が低くなる。図４７の例では、上位可変桁３１１８で
非有効桁３１１７を示し、有効桁３１１６は奥ほど少な
くなるフォーマットである。このフォーマットでは、大
小関係が保存されるので、奥行きの比較は、このフォー
マットのままで実行できる。

【０１３４】

【発明の効果】本発明においては、各頂点におけるパラ
メータとして複数の幾何学的ベクトルを与え、複数の幾
何学的ベクトルを図形内で補間し、補間により発生させ
た複数の幾何学的ベクトルを用いて図形内の微小領域毎
に輝度を計算する。具体的には、補間用に与えられる図
形の頂点におけるパラメータを極座標系で持ち、極座標
値を図形内で線形補間して補間パラメータを計算し、ま
たは、補間用に与えられる図形の頂点におけるパラメー
タを正規化モデル座標系で持って、正規化モデル座標値
を図形内で線形補間して補間パラメータを計算する。し
たがって、パラメータ間の計算量が大幅に削減され、少
ないハードウェア量と少ない図形数でも、スポットライ
トまたはハイライト等の高速かつ正確に表現できるシェ
ーディング装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるシェーディング方法およびシェー
ディング装置の実施例１の微小領域輝度計算方式を説明
する図である。

【図２】本発明によるシェーディング装置の実施例１に
用いられるメディアプロセッサのシステム構成の一例を
示すブロック図である。

【図３】図２のメディアプロセッサ内の画素発生部の構
成の一例を示すブロック図である。

【図４】光源が１つの場合について、実施例１による微
小領域輝度計算方式の微小領域の構成と画素発生の手順
とを説明する図である。

【図５】光源が２つの場合について、実施例１による微
小領域輝度計算方式の微小領域の構成と画素発生の手順
とを説明する図である。

【図６】光源が４つの場合について、実施例１による微
小領域輝度計算方式の微小領域の構成と画素発生の手順
とを説明する図である。

【図７】光源が４つの場合について、実施例１による微
小領域輝度計算方式の微小領域の構成と画素発生の手順
とを説明する図である。

【図８】光源が４つの場合について、実施例１による微
小領域輝度計算方式の微小領域の構成と画素発生の手順
とを説明する図である。

【図９】光源が４つの場合について、実施例１による微
小領域輝度計算方式の微小領域の構成と画素発生の手順
とを説明する図である。

【図１０】実施例１による極座標補間方式を説明する図
である。

【図１１】実施例１による極座標補間のベクトル軌跡を
説明する図である。

【図１２】実施例１による極座標補間のベクトル軌跡を
シミュレートした結果を示す図である。

【図１３】実施例１による極座標補間のベクトル軌跡を
シミュレートした結果を示す図である。

【図１４】実施例１による極座標補間のベクトル軌跡を
シミュレートした結果を示す図である。

【図１５】実施例１による輝度計算の概要および計算式
を説明する図である。

【図１６】実施例１によるベクトル間コサイン近似計算
の概要および計算式を説明する図である。

【図１７】ハードウェア量削減のため、実施例１による
極座標補間の成分を使用したインタリーブ方式を説明す
る図である。

【図１８】実施例１による極座標補間の成分を使用した
インタリーブ方式を説明する図である。

【図１９】実施例１によるコサイン近似計算用テーブル
を説明する図である。

【図２０】実施例１による輝度計算部の構成の一例を説
明する図である。

【図２１】実施例１によるシェーディング装置の微小領
域内で光源毎に輝度を加算する加算器を説明する図であ
る。

【図２２】本発明によるシェーディング装置の実施例２
の微小領域輝度計算方式の処理手順を示すフローチャー
トである。

【図２３】実施例２に用いる正規化モデル座標系の概念
を説明する図である。

【図２４】実施例２の微小領域輝度計算方式と従来方式
とを比較して示す図である。

【図２５】実施例２の輝度計算の概要および計算式を説
明する図である。

【図２６】実施例２の実空間における各種ベクトルの位
置関係を示す図である。

【図２７】実施例２の正規化モデル座標系における各種
ベクトルの位置関係を示す図である。

【図２８】実施例２における法線ベクトルの傾きを補正
する方式を説明する図である。

【図２９】実施例２の正規化モデル座標系における拡散
成分の減衰項の計算手順を示す図である。

【図３０】実施例２の正規化モデル座標系におけるスポ
ット方向に応じた減衰項の計算の手順を示す図である。

【図３１】実施例２の正規化モデル座標系における反射
光成分の減衰項の計算の手順を示す図である。

【図３２】本発明によるシェーディング装置の実施例２
に用いられるメディアプロセッサのシステム構成の一例
を示すブロック図である。

【図３３】図３２の画素発生部の構成の一例を示すブロ
ック図である。

【図３４】実施例２における描画コマンドフォーマット
の一例を示す図である。

【図３５】光源が１つの場合について、実施例２の微小
領域の構成および画素発生の手順を示す図である。

【図３６】光源が２つの場合について、実施例２の微小
領域の構成および画素発生の手順を示す図である。

【図３７】光源が４つの場合について、実施例２の微小
領域の構成および画素発生の手順を示す図である。

【図３８】光源が４つの場合について、実施例２の微小
領域の構成および画素発生の手順を示す図である。

【図３９】光源が４つの場合について、実施例２の微小
領域の構成および画素発生の手順を示す図である。

【図４０】光源が４つの場合について、実施例２の微小
領域の構成および画素発生の手順を示す図である。

【図４１】実施例２の輝度計算部の構成の一例を示すブ
ロック図である。

【図４２】実施例２の微小領域内で光源毎に輝度を加算
する加算器の構成の一例を示す図である。

【図４３】実施例２の影領域特定アルゴリズムを説明す
る図である。

【図４４】実施例２のシェーディングの手順を説明する
である。

【図４５】図４４のシェーディングの手順を実行するた
めの装置構成の一例を示す図である。

【図４６】図４５の装置における影用メモリ領域の割当
ての一例を示す図である。

【図４７】本発明における非線型奥行きフォーマットを
説明する図である。

【符号の説明】

１００ 図形 １１００ 微小領域 １１１０ 画素 １１２０ 補間点 １１４０ 補間点における法線ベクトル １１５０ 補間点における光線ベクトル ２０００ メディアプロセッサ ２１００ 画素発生部 ２１１０ 領域アドレス計算部 ２１２０ 幾何学的ベクトル補間器群 ２１３０ 正規化モデル座標系計算器群 ２１４０ 輝度計算器群 ２１６１ 係数乗算器 ２１６２ 光線色成分別乗算器 ２１６３ 微小量域内輝度値ディレイアダー加算器 ２１６４ 環境光成分別加算器 ２１６５ テクスチャ色乗算器 ２１６６ 微小量域内輝度値ディレイ加算器用キュー ２１６７ 微小量域内輝度値ディレイ加算器用加算器 ２１７０ 輝度合成用加算器 ３０００ メモリモジュール ３１００ メモリチップ ３１１０ 画像領域 ４０００ 周辺デバイス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三好 雅則 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株式会社 日立製作所 日立研究所内 (72)発明者 佐藤 潤 東京都小平市上水本町五丁目20番１号 株式会社 日立製作所 半導体事業部内 (72)発明者 曽根 崇 東京都小平市上水本町五丁目20番１号 株式会社 日立製作所 半導体事業部内 (56)参考文献 特開 平１−175088（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G06T 15/50 200 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (28)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも１つの画像表示部へのインタ
   ーフェース回路と前記画像表示部に表示する画像を記憶
   する少なくとも１つの画像データ格納部と前記画像デー
   タを構成する図形を発生する少なくとも１つの図形発生
   部とを有する画像表示装置内で、前記図形を構成する各
   画素の輝度を図形毎に与えられる前記図形の各頂点にお
   けるパラメータとして複数の幾何学的ベクトルを与え、
   前記複数の幾何学的ベクトルを図形内で補間し、補間に
   より発生させた複数の幾何学的ベクトルを用いて光源毎
   に図形内の輝度成分を逐次計算し、光源毎に逐次計算さ
   れた前記輝度成分を加算して輝度を計算するシェーディ
   ング方法において、 図形内各微小領域の輝度計算に寄与する光源が複数存在
   する場合に、前記微小領域を光源数以上の複数画素によ
   り構成し、 各光源毎に行われる幾何ベクトルを用いた領域の輝度計
   算を前記微小領域内で１回ずつとし、 前記１回ずつの計算結果を対応する画素に反映すること
   により各画素当りの輝度計算回数を１回以下として実質
   的に単一の輝度計算手段および単一光源相当の輝度計算
   時間内に微小領域毎に輝度を計算する ことを特徴とする
   シェーディング方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のシェーディング方法に
   おいて、 光源毎に１画素ずつずれた微小領域区分を定義し、 各微小領域の先頭画素発生時に前記光源に対応する輝度
   を計算し、 求められた輝度を前記微小領域内画素の前記光源に対応
   する輝度として複数光源の輝度計算と画素の発生処理と
   をパイプライン化し、 微小領域毎に輝度を計算することを特徴とするシェーデ
   ィング方法。
3. 【請求項３】 請求項１に記載のシェーディング方法に
   おいて、 微小領域としてラスタ方向の１次元配列をとり、 画素発生順をラスタ方向としてメモリアクセス制御を単
   純化し、 微小領域毎に輝度を計算することを特徴とするシェーデ
   ィング方法。
4. 【請求項４】 請求項１に記載のシェーディング方法に
   おいて、 微小領域としてタイル状の２次元配列をとり、 画素発生順をジグザグとして微小領域をコンパクトに
   し、 微小領域毎に輝度を計算することを特徴とするシェーデ
   ィング方法。
5. 【請求項５】 請求項１ないし４のいずれか一項に記載
   のシェーディング方法において、 前記頂点パラメータとしての幾何学的ベクトルを極座標
   系で与え、 ３次元ベクトルの３つのパラメータを２つで表現して補
   間間後のベクトルの正規化処理を省略し、 複数の幾何学的ベクトルの補間による極座標値の更新を
   微小領域毎に一成分のみとし、 微小領域毎に更新する成分を交代し、 極座標におけるベクトル間のコサイン計算時に必要とな
   る成分毎のコサイン計算手段を単一化し、 微小領域毎に輝度を計算することを特徴とするシェーデ
   ィング方法。
6. 【請求項６】 請求項５に記載のシェーディング方法に
   おいて、 複数の幾何学的ベクトルをその特徴を保存しつつ簡略化
   した別の座標系に写像し、 画素計算部における演算量を少なくし、 微小領域毎に輝度を計算することを特徴とするシェーデ
   ィング方法。
7. 【請求項７】 請求項５に記載のシェーディング方法に
   おいて、 図形内各微小領域の輝度計算に寄与する光源が複数存在
   する場合に、前記微小領域を光源数以上の複数画素によ
   り構成し、 各光源毎に行われる幾何ベクトルを用いた領域の輝度計
   算を前記微小領域内で１回ずつとし、 前記１回ずつの計算結果を対応する画素に反映すること
   により画素当りの輝度計算回数を１回以下として実質的
   に単一の輝度計算手段および単一光源相当の輝度計算時
   間内に微小領域毎に輝度を計算することを特徴とするシ
   ェーディング方法。
8. 【請求項８】 請求項７に記載のシェーディング方法に
   おいて、 光源毎に１画素ずつずれた微小領域区分を定義し、 各微小領域の先頭画素発生時に当前記光源に対応する輝
   度を計算し、 求められた輝度を前記微小領域内画素の当前記光源に対
   応する輝度として複数光源の輝度計算と画素の発生処理
   とをパイプライン化し、 微小領域毎に輝度を計算することを特徴とするシェーデ
   ィング方法。
9. 【請求項９】 請求項７に記載のシェーディング方法に
   おいて、 微小領域としてラスタ方向の１次元配列をとり、 画素発生順をラスタ方向としメモリアクセス制御を単純
   化し、 微小領域毎に輝度を計算することを特徴とするシェーデ
   ィング方法。
10. 【請求項１０】 請求項７に記載のシェーディング方法
    において、 微小領域としてタイル状の２次元配列をとり、 画素発生順をジグザグとして微小領域をコンパクトに
    し、 微小領域毎に輝度を計算することを特徴とするシェーデ
    ィング方法。
11. 【請求項１１】 請求項１０に記載のシェーディング方
    法において、 複数の幾何学的ベクトルの補間による極座標値の更新を
    微小領域毎に一成分のみとし、微小領域毎に更新する成
    分を交代することにより、 極座標におけるベクトル間のコサイン計算時に必要とな
    る成分毎のコサイン計算手段を単一化し、 微小領域毎に輝度を計算することを特徴とするシェーデ
    ィング方法。
12. 【請求項１２】 請求項１に記載のシェーディング方法
    において、 輝度の成分毎にその値を保持するメモリ領域と対応する
    光源に対して影の領域にあることを示すマスク情報を保
    持するメモリ領域とを描画領域とは別に光源毎に持ち、 前記マスク情報を参照し、 表示時に影領域である場合には、描画領域から成分毎輝
    度値を減じて影を表示し、 輝度の成分を保持するメモリ領域のみならず、輝度の成
    分を加算して描画領域の輝度を計算したときのオーバー
    フロー値をも記憶し、 オーバーフロー時にも正確に影領域の輝度を再現し、 微小領域毎に輝度を計算することを特徴とするシェーデ
    ィング方法。
13. 【請求項１３】 請求項１２に記載のシェーディング方
    法において、 輝度の成分毎にその値を保持するメモリ領域と対応する
    光源に対して影の領域にあることを示すマスク情報を保
    持するメモリ領域とを描画領域の複数画素に対して一つ
    だけ対応させ、 付加情報によるメモリ容量増加を低減し、 微小領域毎に輝度を計算することを特徴とするシェーデ
    ィング方法。
14. 【請求項１４】 請求項１３に記載のシェーディング方
    法において、 描画領域の横幅が２のべき乗に満たない時、横幅から２
    のべき乗マイナス１の領域に前記付加情報を格納し、 微小領域毎に輝度を計算することを特徴とするシェーデ
    ィング方法。
15. 【請求項１５】 少なくとも１つの画像表示部へのイン
    ターフェース回路と前記画像表示部に表示する画像のデ
    ータを記憶する少なくとも１つの画像データ格納部と前
    記画像を構成する図形を発生する少なくとも１つの図形
    発生部とを有する画像表示装置内で、前記図形を構成す
    る各画素の輝度を図形毎に与えられる前記図形の各頂点
    におけるパラメータとして複数の幾何学的ベクトルを与
    える手段と、前記複数の幾何学的ベクトルを図形内で補
    間する手段と、補間により発生させた複数の幾何学的ベ
    クトルを用いて光源毎に図形内の輝度成分を逐次計算
    し、光源毎に逐次計算された前記輝度成分を加算して輝
    度を計算する手段とを備え、微小領域毎に輝度を計算す
    るシェーディング装置において、 図形内各微小領域の輝度計算に寄与する光源が複数存在
    する場合に、前記微小領域を光源数以上の複数画素によ
    り構成し、 各光源毎に行われる幾何ベクトルを用いた領域の輝度計
    算を前記微小領域内で１回ずつとし、 前記１回ずつの計算結果を対応する画素に反映すること
    により各画素当りの輝度計算回数を１回以下として実質
    的に単一の輝度計算手段および単一光源相当の輝度計算
    時間内に微小領域毎に輝度を計算する ことを特徴とする
    シェーディング装置。
16. 【請求項１６】 請求項１５に記載のシェーディング装
    置において、 光源毎に１画素ずつずれた微小領域区分を定義し、 各微小領域の先頭画素発生時に前記光源に対応する輝度
    を計算し、 求められた輝度を前記微小領域内画素の前記光源に対応
    する輝度として複数光源の輝度計算と画素の発生処理と
    をパイプライン化し、 微小領域毎に輝度を計算することを特徴とするシェーデ
    ィング装置。
17. 【請求項１７】 請求項１６に記載のシェーディング装
    置において、 微小領域としてラスタ方向の１次元配列をとり、 画素発生順をラスタ方向としてメモリアクセス制御を単
    純化し、 微小領域毎に輝度を計算することを特徴とするシェーデ
    ィング装置。
18. 【請求項１８】 請求項１７に記載のシェーディング装
    置において、 微小領域としてタイル状の２次元配列をとり、 画素発生順をジグザグとして微小領域をコンパクトに
    し、 微小領域毎に輝度を計算することを特徴とするシェーデ
    ィング装置。
19. 【請求項１９】 請求項１５ないし１８のいずれか一項
    に記載のシェーディング装置において、 前記頂点パラメータとしての幾何学的ベクトルを極座標
    系で与え、 ３次元ベクトルの３つのパラメータを２つで表現し、 補間後のベクトルの正規化処理を削減し、 複数の幾何学的ベクトルの補間による極座標値の更新を
    微小領域毎に一成分のみとし、 微小領域毎に更新する成分を交代し、 極座標におけるベクトル間のコサイン計算時に必要とな
    る成分毎のコサイン計算手段を単一化し、 微小領域毎に輝度を計算することを特徴とするシェーデ
    ィング装置。
20. 【請求項２０】 請求項１９に記載のシェーディング装
    置において、 複数の幾何学的ベクトルをその特徴を保存しつつ簡略化
    した別の座標系に写像し、 画素計算部における演算量を少なくし、 微小領域毎に輝度を計算することを特徴とするシェーデ
    ィング装置。
21. 【請求項２１】 請求項１９に記載のシェーディング装
    置において、 図形内各微小領域の輝度計算に寄与する光源が複数存在
    する場合に、前記微小領域を光源数以上の複数画素によ
    り構成し、 各光源毎に行われる幾何ベクトルを用いた領域の輝度計
    算を前記微小領域内で１回ずつとし、 前記１回ずつの計算結果を対応する画素に反映すること
    により画素当りの輝度計算回数を１回以下として実質的
    に単一の輝度計算手段および単一光源相当の輝度計算時
    間内に微小領域毎に輝度を計算することを特徴とするシ
    ェーディング装置。
22. 【請求項２２】 請求項２１に記載のシェーディング装
    置において、 光源毎に１画素ずつずれた微小領域区分を定義し、 各微小領域の先頭画素発生時に前記光源に対応する輝度
    を計算し、 求められた輝度を前記微小領域内画素の前記光源に対応
    する輝度として複数光源の輝度計算と画素の発生処理と
    をパイプライン化し、 微小領域毎に輝度を計算することを特徴とするシェーデ
    ィング装置。
23. 【請求項２３】 請求項２１に記載のシェーディング装
    置において、 微小領域としてラスタ方向の１次元配列をとり、 画素発生順をラスタ方向としメモリアクセス制御を単純
    化し、 微小領域毎に輝度を計算することを特徴とするシェーデ
    ィング装置。
24. 【請求項２４】 請求項２２に記載のシェーディング装
    置において、 微小領域としてタイル状の２次元配列をとり、 画素発生順をジグザグとして微小領域をコンパクトに
    し、 微小領域毎に輝度を計算することを特徴とするシェーデ
    ィング装置。
25. 【請求項２５】 請求項２４に記載のシェーディング装
    置において、 複数の幾何学的ベクトルの補間による極座標値の更新を
    微小領域毎に一成分のみとし、微小領域毎に更新する成
    分を交代することにより、 極座標におけるベクトル間のコサイン計算時に必要とな
    る成分毎のコサイン計算手段を単一化し、 微小領域毎に輝度を計算することを特徴とするシェーデ
    ィング装置。
26. 【請求項２６】 請求項２５に記載のシェーディング装
    置において、 輝度の成分を保持するメモリ領域のみならず、輝度の成
    分を加算して描画領域の輝度を計算したときのオーバー
    フロー値をも記憶することによりオーバーフロー時にも
    正確に影領域の輝度を再現し、 微小領域毎に輝度を計算することを特徴とするシェーデ
    ィング装置。
27. 【請求項２７】 請求項２６に記載のシェーディング装
    置において、 輝度の成分毎にその値を保持するメモリ領域と対応する
    光源に対して影の領域にあることを示すマスク情報を保
    持するメモリ領域とを描画領域の複数画素に対して一つ
    だけ対応させ、 付加情報によるメモリ容量増加を低減し、 微小領域毎に輝度を計算することを特徴とするシェーデ
    ィング装置。
28. 【請求項２８】 請求項２７に記載のシェーディング装
    置において、 描画領域の横幅が２のべき乗に満たない時、横幅から２
    のべき乗マイナス１の領域に前記付加情報を格納し、 微小領域毎に輝度を計算することを特徴とするシェーデ
    ィング装置。