JP3330841B2 - 三次元画像生成方法及びその装置 - 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、三次元空間上にお
いてポリゴンで構成された三次元物体をクリッピングし
て三次元画像を生成し、生成した三次元画像を表示部に
表示する三次元画像生成方法及びその装置に関し、特
に、三次元物体の内部の可視化を伴うことなく、該三次
元物体の質感を保ちながらクリッピングを行うことがで
きる三次元画像生成方法及びその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、コンピュータグラフィックス（Ｃ
Ｇ）が様々な分野において用いられている。このＣＧに
は、リアルな映像が要求されることが多いため、ポリゴ
ンと呼ばれる多角形平面を無数に組み合わせて、三次元
物体を構築する三次元グラフィックス技術が用いられる
ことが多い。

【０００３】図１２は、ポリゴンの一例を示す図であ
る。同図に示すように、ポリゴンからなる三次元物体
（以下「ポリゴン物体」と言う。）が視点の近傍に位置
する場合には、図中点線で示す部分が視点に近い面でク
リッピングされるため、該ポリゴンの三次元物体が点線
で示す平面１２ａで切り取られた画像となる。ここで、
このクリッピングとは、スクリーンすなわち視野からは
み出す部分を切り取ることを意味し、視点に極めて近い
場所に位置する物体等を排除する際に使用される。

【０００４】このように、かかるクリッピングは、視点
近傍のポリゴンが画面いっぱいに描画されたり、視点の
後ろに位置するポリゴンの虚像が描画されることを防ぐ
上で、極めて重要な技術である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
クリッピングを用いた場合には、クリッピングで切り取
られた面から物体内部が見えるため、極めて不自然なも
のとなる。

【０００６】図１３は、図１２に示すポリゴン物体に対
して従来のクリッピングを行った一例を示す図である。
同図（ａ）に示すように、従来のクリッピングを行う
と、ポリゴン物体から面１２ａを切り取ることはできる
ものの、切り取った面の内部が見えてしまうため、意図
した物体を表現できない場合が生ずる。例えば、かかる
ポリゴンを用いて物体の厚みを表現する場合には、たと
えテクスチャー技術を駆使して質感を付与したとして
も、このクリッピングによって質感を根本的に損なう結
果となる。すなわち、ポリゴン物体自体を厚みのある物
体と認識させるためには、図１３（ｂ）に示すように、
物体を構成する全ての面がポリゴンで覆われている必要
があるためである。

【０００７】このため、従来は、視点の近くに物体を寄
せない操作上の制限を課したり、クリッピング面付近の
物体を示すデータを出力しないような処理を行うか、又
は物体内部が見えないようにする後処理を行うことによ
り、かかるクリッピングに伴う問題を回避していた。

【０００８】しかし、かかる操作上の制限をユーザに強
いるのは妥当ではなく、また、狭い空間を表現する場合
には、否応なくクリッピングを伴う場合が生ずる。さら
に、部屋の中を表現する場合のように全面をポリゴンで
囲むこととすると、必然的にクリッピングを伴ってしま
う。このため、視点に近い面でクリッピングを行う際
に、ユーザに操作上の制限を強いることなく、ユーザが
意図した物体をいかに表現するかが極めて重要な課題と
なっていた。

【０００９】そこで、本発明では、上記課題を解決すべ
く、ポリゴン物体内部の可視化を伴うことなく、該ポリ
ゴン物体の質感を保ちながらクリッピングを行うことが
できる三次元画像生成方法及びその装置を提供すること
を目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、第１の発明は、ポリゴンからなる三次元物体をクリ
ッピングして三次元画像を生成する三次元画像生成方法
において、クリッピングされた三次元物体に対するフレ
ームメモリに格納する画素のデータが、前記三次元物体
の内部に相当するか否かを判定する第１の工程と、前記
画素が三次元物体の内部であると判定された場合には、
該画素の位置に対応する前記フレームメモリのメモリ領
域に、物体内部に該当する部位を示す所定の輝度である
裏面輝度を格納する第２の工程と、を具備し、視点に近
い面でクリッピングされた前記三次元物体の切り口の内
部を前記固定の裏面輝度により物体内部を可視化せずに
物体を視点に近い面で切り取ったように塗りつぶすこと
を特徴とする。

【００１１】また、第２の発明は、前記第１の工程は、
視点に対して図形の裏表を示す面データに基づいて、前
記画素が三次元物体の内部であるか否かを判定すること
を特徴とする。

【００１２】また、第３の発明は、前記第２の工程は、
複数の異なる三次元物体が存在する場合に、クリッピン
グされた三次元物体にそれぞれ対応する異なる前記裏面
輝度を前記フレームメモリに格納することを特徴とす
る。

【００１３】また、第４の発明は、ポリゴンからなる三
次元物体をクリッピングして三次元画像を生成するプロ
グラムを格納する記録媒体であって、視点に近い面でク
リッピングする際に前記三次元物体の切り口を塗りつぶ
すために用い、且つ物体内部に該当する部位を示す所定
の輝度である裏面輝度を示す輝度データと、クリッピン
グされた三次元物体に対するフレームメモリに格納する
画素のデータが、前記三次元物体の内部であるか否かを
判定し、前記画素が三次元物体の内部であると判定され
た場合には、該画素の位置に対応する前記フレームメモ
リのメモリ領域に前記輝度データを格納して、視点に近
い面でクリッピングされた前記三次元物体の切り口の内
部を前記固定の裏面輝度により物体内部を可視化せずに
物体を視点に近い面で切り取ったように塗りつぶすプロ
グラムと、を格納したことを特徴とする。

【００１４】また、第５の発明は、前記プログラムは、
視点に対して図形の裏表を示す面データに基づいて、前
記画素が三次元物体の内部であるか否かを判定すること
を特徴とする。

【００１５】また、第６の発明は、前記輝度データは、
三次元物体ごとに異なる裏面輝度を有し、前記プログラ
ムは、複数の三次元物体が存在する場合に、クリッピン
グされた三次元物体にそれぞれ対応する裏面輝度を前記
フレームメモリに格納することを特徴とする。

【００１６】また、第７の発明は、ポリゴンからなる三
次元物体をクリッピングして三次元画像を生成し、生成
した三次元画像を表示部に表示する三次元画像生成装置
において、前記表示部に表示する三次元画像の各画素の
輝度を格納するフレームメモリと、クリッピングされた
三次元物体に対する前記フレームメモリに格納する画素
のデータが前記三次元物体の内部であるか否かを判定す
る判定手段と、前記判定手段が前記画素を三次元物体の
内部と判定した場合には、該画素の位置に対応する前記
フレームメモリのメモリ領域に物体内部に該当する部位
を示す所定の輝度である裏面輝度を格納する格納手段
と、を具備し、視点に近い面でクリッピングされた前記
三次元物体の切り口の内部を前記固定の裏面輝度により
物体内部を可視化せずに物体を視点に近い面で切り取っ
たように塗りつぶすことを特徴とする。

【００１７】また、第８の発明は、図形の裏表を表す面
データを一時記憶するフェイスメモリをさらに具備し、
前記判定手段は、前記フェイスメモリに一時記憶した面
データに基づいて、前記フレームメモリに描画する画素
が前記三次元物体の内部であるか否かを判定することを
特徴とする。

【００１８】また、第９の発明は、複数の三次元物体の
識別情報と裏面輝度とを記憶する裏面輝度記憶手段をさ
らに具備し、前記格納手段は、前記判定手段が前記画素
を三次元物体の内部と判定した場合には、該三次元物体
の識別情報に対応する前記裏面輝度記憶手段に記憶した
裏面輝度で前記フレームメモリに格納することを特徴と
する。

【００１９】また、第１０の発明は、ポリゴンからなる
三次元物体をクリッピングして三次元画像を生成し、生
成した三次元画像を表示部に表示する三次元画像生成装
置において、前記表示部に表示する三次元画像の各画素
の輝度を格納するフレームメモリと、視点に対して図形
の裏表を表す面データを一時記憶するフェイスメモリ
と、クリッピングされた三次元物体に対する前記フレー
ムメモリに格納する画素のデータが、前記三次元物体の
内部であるか否かを判定する判定手段と、前記判定手段
が前記画素を三次元物体の内部と判定した場合には、該
画素における体内部に該当する部位を示す所定の輝度で
ある裏面輝度を、前記フレームメモリに記憶したデータ
と前記フェイスメモリに記憶したデータとから生成し、
視点に近い面でクリッピングされた前記三次元物体の
切り口の内部を前記固定の裏面輝度により物体内部を可
視化せずに物体を視点に近い面で切り取ったように塗り
つぶす面処理手段と、を具備することを特徴とする。

【００２０】また、第１１の発明は、前記面処理手段
は、三次元物体の切り口の内部を前記裏面輝度で塗りつ
ぶす裏面処理に要する画素数をライン毎にカウントする
裏面カウンタと、前記裏面カウンタが行った画素のカウ
ント値と裏面処理の最後の輝度値とを記憶する記憶手段
と、各画素の面データと輝度データとをライン毎に記憶
するラインバッファと、前記記憶手段と前記ラインバッ
ファの出力値から、ライン毎に裏面輝度の輝度デルタ値
及び輝度初期値を以下の式によって算出し、前記ライン
バッファが記憶する面データが「表」から「裏」になっ
たときに、輝度初期値を裏面輝度として出力し、該面デ
ータが「裏」である間、裏面輝度に輝度デルタ値を加算
し続けて裏面輝度として出力する算出手段と、前記ライ
ンバッファに記憶されている面データが「表」である場
合には輝度データを出力し、「裏」である場合には裏面
輝度データを出力する輝度切換手段と、を具備すること
を特徴とする。輝度デルタ値＝（記憶手段出力の裏面処理最後の輝度値
−ラインバッファ出力の輝度データ）÷記憶手段出力の
カウント値 輝度初期値＝記憶手段出力の裏面処理最後の輝度値＋輝
度デルタ値

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。

【００２２】本実施の形態では、クリッピングによって
物体内部が可視化されることを避けるために、表示部位
が物体内部であるか否かを判定し、物体内部に相当する
部分を所定の輝度で表示することにより物体内部を描画
しないよう裏面処理を行うこととしている。例えば、物
体内部が見えている部分を灰色で表示すると、クリッピ
ングによる切り口の内部だけが灰色で表示されるため、
ユーザにとってはあたかも物体を視点に近い面で切り取
ったかのように見える。なお、この裏面処理は、描画時
又は表示時に行うことができ、また裏面処理時に行う輝
度の決定要領も複数存在するため、下記第１〜第４の実
施の形態に分けて本発明について説明する。

【００２３】＜第１の実施の形態＞第１の実施の形態で
用いる三次元画像生成装置は、物体内部に該当する部位
を常に固定の輝度で描画するとともに、フレームメモリ
への描画時に裏面処理を行うこととしている。

【００２４】図１は、第１の実施の形態で用いる三次元
画像生成装置の構成を示すブロック図である。同図に示
すように、この三次元画像生成装置は、画素の輝度を格
納するフレームバッファメモリ７と、画素の奥行きを格
納するＺバッファメモリ６と、当該画素生成の元となる
ポリゴンの裏表を示すデータを一時的に格納するフェイ
スレジスタ１と、記憶装置から図形データを読み出し奥
行き座標値Ｚ及び輝度Ｉの演算処理や、メモリ及びフェ
イスレジスタ１に対する奥行き座標値Ｚ及び輝度Ｉの読
み書き処理を行うプロセッサ４と、フレームバッファメ
モリ７の記憶内容を表示する表示装置８とを有する。

【００２５】図２は、図１に示す三次元画像生成装置の
処理手順を示すフローチャートである。同図に示すよう
に、この三次元画像生成装置では、背景輝度をフレーム
バッファメモリ７に設定し、奥行き座標値Ｚの最大値す
なわち視点から最も離れた位置の座標値をＺバッファメ
モリ６に設定することにより、フレームバッファメモリ
７とＺバッファメモリ６を初期化する（Ｓ１０１）。

【００２６】次に、三次元物体データで指示された順序
に基づいて、ローカル座標で示されたポリゴンの頂点座
標を、記憶装置等に格納された指示手順で拡大縮小、回
転、平行移動し、表示される画像の基準座標系となるグ
ローバル座標に変換する座標変換を行う（Ｓ１０２）。
ポリゴンの表裏の判定を行って判定結果をフェイスレ
ジスタ１に格納し（Ｓ１０３）、クリッピングを行う
（Ｓ１０４）。なお、このクリッピングは、上下左右の
面と、奥行き方向で視点に近い面と遠い面とからなる６
面に対して行われる。

【００２７】そして、クリッピングされたポリゴンをス
キャン変換し（Ｓ１０５）、該スキャン変換したポリゴ
ン内の各画素についての奥行き座標値Ｚを計算する（Ｓ
１０６）。算出した奥行き座標値Ｚと、Ｚバッファメモ
リ６に格納されている奥行き座標値ＺＢとを比較し（Ｓ
１０７）、該奥行き座標値ＺがＺＢよりも視点に近い位
置にある場合には、Ｚバッファメモリ６の内容を算出し
た座標値Ｚに置換する（Ｓ１０８）。

【００２８】フェイスレジスタ１を参照し、現在処理中
の画素を構成するポリゴンの向きが画面側から見て表で
あるか裏であるかを判定し（Ｓ１０９）、表向きのポリ
ゴンであれば、シェーディング計算（Ｓ１１０）により
当該画素の輝度を求めてフレームバッファメモリ７に格
納し（Ｓ１１１）、裏向きのポリゴンであれば、所定の
裏面輝度をフレームバッファメモリ７に格納する（Ｓ１
１２）。なお、上記Ｓ１０６で算出した奥行き座標値Ｚ
がＺＢよりも視点の奥にあった場合には、Ｓ１０７〜Ｓ
１１２の処理は行わない。

【００２９】次に、ポリゴン内部の全ての画素が処理さ
れたか否かを判断し（Ｓ１１３）、ポリゴン内部の全画
素の処理が終了していなければＳ１０６に移行し、処理
が終了していれば、全てのポリゴンが処理されたか否か
をさらに判断し（Ｓ１１４）、処理が終了していなけれ
ば、Ｓ１０２に移行する。

【００３０】上記一連の処理を行うことにより、視点に
近い面でクリッピングされた物体の切り口が所定の裏面
輝度で塗りつぶされた三次元画像データが、フレームバ
ッファメモリ７に格納されるため、該フレームバッファ
メモリ７に記憶したデータを表示装置８で表示すること
により、三次元画像を取得することができる。

【００３１】＜第２の実施の形態＞ところで、上記第１
の実施の形態では、物体内部に該当する部位を固定の輝
度で描画することとしたが、物体ごとに異なる輝度で描
画することもできる。また、第１の実施の形態では、フ
レームメモリへの描画時に裏面処理を行うこととした
が、表示時に裏面処理を行うこともできる。このため、
第２の実施の形態では、裏面処理において物体ＩＤに対
応した輝度で物体内部に該当する部位を描画するととも
に、表示時に裏面処理を行うこととする。

【００３２】図３は、第２の実施の形態で用いる三次元
画像生成装置の構成を示すブロック図である。同図に示
すように、この三次元画像生成装置は、画素の輝度を格
納するフレームバッファメモリ７と、画素の奥行きを格
納するＺバッファメモリ６と、当該画素生成の元となる
ポリゴンの裏表を示すデータを格納するフェイスメモリ
２と、図形データの物体ＩＤを記憶するＩＤメモリ５
と、記憶装置から物体ＩＤを有する図形データを読み出
し奥行き座標値Ｚ及び輝度Ｉの演算処理や、メモリに対
するＩＤデータ、面データ、奥行き座標値Ｚ及び輝度Ｉ
の読み書き処理を行うプロセッサ４と、フレームバッフ
ァメモリ７の内容とフェイスメモリ２の内容から画素の
輝度を生成する面処理装置３と、その出力を表示する表
示装置８とを有する。

【００３３】図４は、図３に示す三次元画像生成装置の
処理手順を示すフローチャートである。同図に示すよう
に、この三次元画像生成装置では、背景輝度をフレーム
バッファメモリ７に設定し、奥行き座標値Ｚの最大値す
なわち視点から最も離れた位置の座標値をＺバッファメ
モリ６に設定し、ＩＤメモリ５に初期値０を設定して、
フレームバッファメモリ７、Ｚバッファメモリ６及びＩ
Ｄメモリ５を初期化する（Ｓ２０１）。

【００３４】次に、三次元物体データで指示された順序
に基づいて、ローカル座標で示されたポリゴンの頂点座
標を、記憶装置等に格納された指示手順で拡大縮小、回
転、平行移動し、表示される画像の基準座標系となるグ
ローバル座標に変換する座標変換を行う（Ｓ２０２）。
物体を構成するポリゴンの一つに着目し、該ポリゴンの
表裏の判定を行って判定結果をフェイスレジスタ１に格
納し（Ｓ２０３）、クリッピングを行う（Ｓ２０４）。
なお、このクリッピングは、上下左右の面と、奥行き方
向で視点に近い面と遠い面とからなる６面に対して行わ
れる。

【００３５】そして、クリッピングされたポリゴンをス
キャン変換し（Ｓ２０５）、該スキャン変換したポリゴ
ン内の各画素についての奥行き座標値Ｚを計算する（Ｓ
２０６）。算出した奥行き座標値Ｚと、Ｚバッファメモ
リ６に格納されている奥行き座標値ＺＢとを比較し（Ｓ
２０７）、該奥行き座標値ＺがＺＢよりも視点に近い位
置にある場合には、Ｚバッファメモリ６の内容を算出し
た座標値Ｚに置換する（Ｓ２０８）。

【００３６】次に、シェーディング計算（Ｓ２０９）に
より当該画素の輝度を求めてフレームバッファメモリ７
に格納し（Ｓ２１０）、フェイスレジスタ１の内容をフ
ェイスメモリ２に書き込み（Ｓ２１１）、物体ＩＤをＩ
Ｄメモリ５に書き込む（Ｓ２１２）。なお、上記Ｓ２０
６で算出した奥行き座標値ＺがＺＢよりも視点の奥にあ
った場合には、Ｓ２０８〜Ｓ２１２の処理は行わない。

【００３７】次に、ポリゴン内部の全ての画素が処理さ
れたか否かを判断し（Ｓ２１３）、ポリゴン内部の全画
素の処理が終了していなければＳ２０６に移行し、処理
が終了していれば、全てのポリゴンが処理されたか否か
をさらに判断し（Ｓ２１４）、処理が終了していなけれ
ば、Ｓ２０３に移行する。なお、全ての物体に対する処
理を終了しなければ、ステップ２０２に移行する（ステ
ップ２１５）。

【００３８】上記一連の処理を行うことにより、ＩＤメ
モリ５にはスクリーン上の各画素について視点に最も近
いポリゴンの物体ＩＤが格納され、フェイスメモリ２に
は、該物体を構成するポリゴンが視点に対して表向きか
裏向きかを示す面データが格納され、フレームバッファ
メモリ７には、視点に最も近いポリゴンの輝度が格納さ
れることになる。そして、これらのデータは、面処理装
置３によって処理され、実際に表示装置８に表示する輝
度が算出される。

【００３９】次に、図３に示す面処理装置３の細部構成
について説明する。図５は、図３に示す面処理装置３の
細部構成を示す図である。図５に示すように、この面処
理装置３は、ＩＤメモリ５から取得した物体のＩＤデー
タに基づいて裏面輝度を生成するＩＤ別裏面輝度生成回
路３１と、かかる裏面輝度、フェイスメモリ２から受け
取る面データ及びフレームバッファ７より受け取る輝度
データに基づいて輝度を選択する輝度選択回路３２とか
らなる。

【００４０】具体的には、このＩＤ別裏面輝度生成回路
３１では、ＩＤと該ＩＤに対応する裏面輝度を対応づけ
て登録したテーブルを準備し、受け取ったＩＤデータに
よりテーブル検索を行うことにより、裏面輝度を取得す
ることになる。そして、画像を表示する際には、表示座
標に対応するフレームバッファメモリ７の輝度データ
と、ＩＤメモリ５のＩＤデータと、フェイスメモリ２の
面データとが面処理装置３に入力されるため、まず最初
にＩＤ別裏面輝度生成回路３１がＩＤデータに基づいて
裏面輝度を生成し、この面データが「裏」であれば裏面
輝度を出力し、「表」であれば輝度データをそのまま出
力する。

【００４１】このように、第２の実施の形態では、裏面
処理において物体ＩＤに対応した輝度で物体内部に該当
する部位を描画することとしたので、視点に近い面でク
リッピングされた物体の切り口を該物体のＩＤデータに
対応する裏面輝度で塗りつぶされた三次元画像を取得す
ることができる。

【００４２】＜第３の実施の形態＞次に、裏面処理とし
て物体ＩＤに対応した輝度を描画し、フレームメモリへ
の描画時に裏面処理を行う第３の実施の形態について説
明する。

【００４３】図６は、第３の実施の形態で用いる三次元
画像生成装置の構成を示すブロック図である。同図に示
すように、この三次元画像生成装置は、画素の輝度を格
納するフレームバッファメモリ７と、画素の奥行きを格
納するＺバッファメモリ６と、当該画素生成の元となる
ポリゴンの裏表を示すデータを格納するフェイスレジス
タ１と、フレームメモリ描画時に図形データの物体ＩＤ
を一時的に記憶するＩＤレジスタ９と、記憶装置から物
体ＩＤを有する図形データを読み出し奥行き座標値Ｚ及
び輝度Ｉの演算処理や、メモリに対するＩＤデータ、面
データ、奥行き座標値Ｚ及び輝度Ｉの読み書き処理を行
うプロセッサ４と、その出力を表示する表示装置８とを
有する。

【００４４】図７は、図６に示す三次元画像生成装置の
処理手順を示すフローチャートである。同図に示すよう
に、この三次元画像生成装置では、背景輝度をフレーム
バッファメモリ７に設定し、奥行き座標値Ｚの最大値す
なわち視点から最も離れた位置の座標値をＺバッファメ
モリ６に設定し、ＩＤレジスタ９に初期値０を設定し
て、フレームバッファメモリ７、Ｚバッファメモリ６及
びＩＤレジスタ９を初期化する（Ｓ３０１）。

【００４５】次に、三次元物体データで指示された順序
に基づいて、ローカル座標で示されたポリゴンの頂点座
標を、記憶装置等に格納された指示手順で拡大縮小、回
転、平行移動し、表示される画像の基準座標系となるグ
ローバル座標に変換する座標変換を行う（Ｓ３０２）。
物体を構成するポリゴンの一つに着目し、該ポリゴンの
表裏の判定を行って判定結果をフェイスレジスタ１に格
納し（Ｓ３０３）、クリッピングを行う（Ｓ３０４）。
なお、このクリッピングは、上下左右の面と、奥行き方
向で視点に近い面と遠い面とからなる６面に対して行わ
れる。

【００４６】そして、クリッピングされたポリゴンをス
キャン変換し（Ｓ３０５）、該スキャン変換したポリゴ
ン内の各画素についての奥行き座標値Ｚを計算する（Ｓ
３０６）。算出した奥行き座標値Ｚと、Ｚバッファメモ
リ６に格納されている奥行き座標値ＺＢとを比較し（Ｓ
３０７）、該奥行き座標値ＺがＺＢよりも視点に近い位
置にある場合には、Ｚバッファメモリ６の内容を算出し
た座標値Ｚに置換する（Ｓ３０８）。

【００４７】次に、フェイスレジスタ１を参照し、現在
処理中の画素を構成するポリゴンの向きが画面側から見
て表であるか裏であるかを判定し（Ｓ３０９）、表向き
のポリゴンであれば、シェーディング計算（Ｓ３１０）
により当該画素の輝度を求めてフレームバッファメモリ
７に格納した後（Ｓ３１１）、物体ＩＤをＩＤレジスタ
９へ書き込み（Ｓ３１３）、裏向きのポリゴンであれ
ば、所定の裏面輝度をフレームバッファメモリ７に格納
した後（Ｓ３１２）、物体ＩＤをＩＤレジスタ９へ書き
込む（Ｓ３１３）。なお、上記Ｓ３０６で算出した奥行
き座標値ＺがＺＢよりも視点の奥にあった場合には、Ｓ
３０８〜Ｓ３１３の処理は行わない。

【００４８】次に、ポリゴン内部の全ての画素が処理さ
れたか否かを判断し（Ｓ３１４）、ポリゴン内部の全画
素の処理が終了していなければＳ３０６に移行し、処理
が終了していれば、全てのポリゴンが処理されたか否か
をさらに判断し（Ｓ３１５）、処理が終了していなけれ
ば、Ｓ３０３に移行する。さらに、全ての物体に対する
処理が終了したか否かを判断し（Ｓ３１６）、終了して
いなければＳ３０２に移行する。

【００４９】上記一連の処理を行うことにより、裏面処
理として物体ＩＤに対応した輝度を描画し、フレームメ
モリへの描画時に裏面処理を行うことが可能となる。

【００５０】＜第４の実施の形態＞次に、裏面処理とし
て固定の裏面輝度を用い、フレームメモリへの描画時に
裏面処理を行う第４の実施の形態について説明する。す
なわち、本実施の形態は、第２の実施の形態からＩＤデ
ータに関する処理を除いたものである。

【００５１】図８は、第４の実施の形態で用いる三次元
画像生成装置の構成を示すブロック図である。同図に示
すように、この三次元画像生成装置は、画素の輝度を格
納するフレームバッファメモリ７と、画素の奥行きを格
納するＺバッファメモリ６と、当該画素生成の元となる
ポリゴンの裏表を示すデータを格納するフェイスメモリ
２と、記憶装置から図形データを読み出し奥行き座標値
Ｚ及び輝度Ｉの演算処理や、メモリに対する面データ、
奥行き座標値Ｚ及び輝度Ｉの読み書き処理を行うプロセ
ッサ４と、フレームバッファメモリ７の内容とフェイス
メモリ２の内容から画素の輝度を生成する面処理装置１
０と、その出力を表示する表示装置８とを有する。この
ように、この三次元画像生成装置には、図３に示すＩＤ
メモリ５及びＩＤレジスタ９が設けられていない。

【００５２】図９は、図８に示す三次元画像生成装置の
処理手順を示すフローチャートである。同図に示すよう
に、この三次元画像生成装置では、背景輝度をフレーム
バッファメモリ７に設定し、奥行き座標値Ｚの最大値す
なわち視点から最も離れた位置の座標値をＺバッファメ
モリ６に設定し、フレームバッファメモリ７及びＺバッ
ファメモリ６を初期化する（Ｓ４０１）。

【００５３】次に、三次元物体データで指示された順序
に基づいて、ローカル座標で示されたポリゴンの頂点座
標を、記憶装置等に格納された指示手順で拡大縮小、回
転、平行移動し、表示される画像の基準座標系となるグ
ローバル座標に変換する座標変換を行う（Ｓ４０２）。
物体を構成するポリゴンの一つに着目し、該ポリゴンの
表裏の判定を行って判定結果をフェイスレジスタ１に格
納し（Ｓ４０３）、クリッピングを行う（Ｓ４０４）。
なお、このクリッピングは、上下左右の面と、奥行き方
向で視点に近い面と遠い面とからなる６面に対して行わ
れる。

【００５４】そして、クリッピングされたポリゴンをス
キャン変換し（Ｓ４０５）、該スキャン変換したポリゴ
ン内の各画素についての奥行き座標値Ｚを計算する（Ｓ
４０６）。算出した奥行き座標値Ｚと、Ｚバッファメモ
リ６に格納されている奥行き座標値ＺＢとを比較し（Ｓ
４０７）、該奥行き座標値ＺがＺＢよりも視点に近い位
置にある場合には、Ｚバッファメモリ６の内容を算出し
た座標値Ｚに置換する（Ｓ４０８）。

【００５５】次に、シェーディング計算（Ｓ４０９）に
より当該画素の輝度を求めてフレームバッファメモリ７
に格納し（Ｓ４１０）、フェイスレジスタ１の内容をフ
ェイスメモリ２に書き込む（Ｓ４１１）。なお、上記Ｓ
４０６で算出した奥行き座標値ＺがＺＢよりも視点の奥
にあった場合には、Ｓ４０８〜Ｓ４１１の処理は行わな
い。

【００５６】次に、ポリゴン内部の全ての画素が処理さ
れたか否かを判断し（Ｓ４１２）、ポリゴン内部の全画
素の処理が終了していなければＳ４０６に移行し、処理
が終了していれば、全てのポリゴンが処理されたか否か
をさらに判断し（Ｓ４１３）、処理が終了していなけれ
ば、Ｓ４０２に移行する。

【００５７】上記一連の処理を行うことにより、フェイ
スメモリ２には、該物体を構成するポリゴンが視点に対
して表向きか裏向きかを示す面データが格納され、フレ
ームバッファメモリ７には、視点に最も近いポリゴンの
輝度が格納される。

【００５８】次に、図８に示す面処理装置１０の細部構
成について説明する。なお、この面処理装置１０は、単
純な一色の裏面輝度を生成するのではなく、裏面処理範
囲外の周囲の輝度により疑似シェーディングを行うもの
である。なお、かかる裏面処理は、隠面消去終了後のフ
レームバッファの輝度データが必要であり、表示時に裏
面処理を行う三次元画像生成装置上で実現する。

【００５９】図１０は、図８に示す面処理装置１０の構
成を示すブロック図である。図１０に示す面処理装置１
０は、ラインごとに裏面処理を行う装置であり、表示の
タイミングをずらすことがないように、ラインバッファ
とパイプライン処理を用いて１画素あたりの処理を１画
素表示期間中に終えるよう構成している。

【００６０】具体的には、裏面カウンタ１４０は、裏面
処理を必要とする範囲の画素をカウントするカウンタで
あり、その出力はカウント値ＦＩＦＯ１４１に格納され
る。なお、図１１には、面データ’０’が表データであ
り、’１’が裏データである場合を示す裏面カウンタの
一例を示している。

【００６１】カウント値ＦＩＦＯ１４１には、面データ
が裏から表になったときのカウント値が格納されてお
り、このカウント値は裏面処理が必要となる画素の幅に
相当する。また、同時にこの時の輝度値が輝度値ＦＩＦ
Ｏ１４２に格納され、該輝度値は、裏面処理の最後の輝
度値に相当する。そして、面データは、面ラインバッフ
ァ１４６に入力され、輝度データは輝度ラインバッファ
１４３に入力される。

【００６２】上記処理は、１ライン分行われ、ＦＩＦＯ
には１ライン分の面処理用のデータが蓄積され、次のス
テージでは、実際に表示する裏面輝度が生成される。輝
度デルタ値／輝度初期値生成回路１４４は、面ラインバ
ッファの出力する面データが「表」から「裏」になった
時に、輝度ラインバッファの輝度と輝度値ＦＩＦＯ１４
２とカウント値ＦＩＦＯ１４１の出力から初期値とデル
タ値を算出する回路である。

【００６３】具体的には、 輝度デルタ値＝ （輝度値ＦＩＦＯ出力ラッチ値 −
輝度データ値）÷ カウント値ＦＩＦＯ出力値 輝度初期値 ＝ 輝度値ＦＩＦＯ出力ラッチ値 ＋ 輝
度デルタ値 の算定式から求められる。ここで、輝度値ＦＩＦＯ出力
ラッチ値とは、輝度値ＦＩＦＯ１４２の前の出力をラッ
チ１４８でラッチしたものを示す。

【００６４】輝度生成回路１４５は、輝度デルタ値及び
輝度初期値から裏面輝度値を算出する回路であり、具体
的には、面データが「表」から「裏」になった時に、裏
面輝度を輝度初期値として出力し、面データが「裏」で
ある間、裏面輝度に輝度デルタ値を加算し続け出力す
る。

【００６５】輝度切替回路１４７は、輝度生成回路１４
５の裏面輝度と輝度ＦＩＦＯ１４２の出力である輝度デ
ータを面データにより切り替える回路である。面データ
が「表」である場合には輝度データを出力し、「裏」で
ある場合には裏面輝度データを出力する。なお、この輝
度切替回路１４７出力は、表示装置８において表示さ
れ、結果として疑似シェーディングを行った面処理済み
の画像が生成される。

【００６６】このように、本実施の形態では、疑似シェ
ーディングを行う面処理装置１０を用いることとした
が、第２の実施の形態と同様に、図５に示す面処理装置
３を用いることもできる。

【００６７】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明は、
ポリゴンからなる三次元物体をクリッピングして三次元
画像を生成する際に、フレームメモリへ描画する画素が
三次元物体の内部に相当するか否かを判定し、該画素が
三次元物体の内部である場合には、該画素の位置に対応
するフレームメモリの領域を所定の裏面輝度で描画し
て、視点に近い面でクリッピングされた三次元物体の切
り口を所定の裏面輝度で塗りつぶすよう構成したので、
ポリゴン物体内部の可視化を伴うことなく、該ポリゴン
物体の質感を保ちながらクリッピングを効率良く行うこ
とが可能となる。

【００６８】また、本発明は、図形の裏表を示す面デー
タを格納したフェイスメモリに基づいて、画素が三次元
物体の内部であるか否かを判定するよう構成したので、
画素が三次元物体の内部であるか否かを迅速に判定する
ことが可能となる。

【００６９】また、本発明は、三次元物体が異なる場合
に、異なる裏面輝度を用いて描画するよう構成したの
で、異なる三次元物体を区別して把握することが容易に
なる。

【００７０】また、本発明は、フレームメモリに描画し
た画素が三次元物体の内部に相当するか否かを判定し、
フレームメモリに記憶したデータとフェイスメモリに記
憶したデータとから画素の輝度を生成するよう構成した
ので、柔軟に画素の輝度を変更することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態で用いる三次元画像生成装置
の構成を示すブロック図である。

【図２】図１に示す三次元画像生成装置の処理手順を示
すフローチャートである。

【図３】第２の実施の形態で用いる三次元画像生成装置
の構成を示すブロック図である。

【図４】図３に示す三次元画像生成装置の処理手順を示
すフローチャートである。

【図５】図３に示す面処理装置の細部構成を示すブロッ
ク図である。

【図６】第３の実施の形態で用いる三次元画像生成装置
の構成を示すブロック図である。

【図７】図６に示す三次元画像生成装置の処理手順を示
すフローチャートである。

【図８】第４の実施の形態で用いる三次元画像生成装置
の構成を示すブロック図である。

【図９】図８に示す三次元画像生成装置の処理手順を示
すフローチャートである。

【図１０】図８に示す面処理装置の細部構成を示すブロ
ック図である。

【図１１】カウントアップ回路を用いた裏面カウンタの
一例を示す図である。

【図１２】ポリゴン物体の一例を示す図である。

【図１３】図１２に示すポリゴンに対して従来のクリッ
ピングを行った一例を示す図である。

【符号の説明】

１ フェイスレジスタ ２ フェイスメモリ ３ 面処理装置 ４ プロセッサ ５ ＩＤメモリ ６ Ｚバッファメモリ ７ フレームバッファメモリ ８ 表示装置 ９ ＩＤレジスタ １０ 面処理装置 ３１ ＩＤ別裏面輝度生成回路 ３２ 輝度選択回路 １４０ 裏面カウンタ １４１ カウント値ＦＩＦＯ １４２ 輝度値ＦＩＦＯ １４３ 輝度値ラインバッファ １４４ 輝度デルタ値／輝度初期値算出回路 １４５ 輝度生成回路 １４６ 面ラインバッファ １４７ 輝度切替回路

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−24784（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−26181（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−35883（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−128265（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−266821（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−167049（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−69163（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−3695（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−187083（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−239372（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−81584（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G06T 15/40 200 G06T 15/50 200 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ポリゴンからなる三次元物体をクリッピ
   ングして三次元画像を生成する三次元画像生成方法にお
   いて、 クリッピングされた三次元物体に対するフレームメモリ
   に格納する画素のデータが、前記三次元物体の内部に相
   当するか否かを判定する第１の工程と、 前記画素が三次元物体の内部であると判定された場合に
   は、該画素の位置に対応する前記フレームメモリのメモ
   リ領域に、物体内部に該当する部位を示す所定の輝度で
   ある裏面輝度を格納する第２の工程と、 を具備し、 視点に近い面でクリッピングされた前記三次元物体の切
   り口の内部を前記固定の裏面輝度により物体内部を可視
   化せずに物体を視点に近い面で切り取ったように塗りつ
   ぶすことを特徴とする三次元画像生成方法。
2. 【請求項２】 前記第１の工程は、視点に対して図形の
   裏表を示す面データに基づいて、前記画素が三次元物体
   の内部であるか否かを判定することを特徴とする請求項
   １記載の三次元画像生成方法。
3. 【請求項３】 前記第２の工程は、複数の異なる三次元
   物体が存在する場合に、クリッピングされた三次元物体
   にそれぞれ対応する異なる前記裏面輝度を前記フレーム
   メモリに格納することを特徴とする請求項１記載の三次
   元画像生成方法。
4. 【請求項４】 ポリゴンからなる三次元物体をクリッピ
   ングして三次元画像を生成するプログラムを格納する記
   録媒体であって、 視点に近い面でクリッピングする際に前記三次元物体の
   切り口を塗りつぶすために用い、且つ物体内部に該当す
   る部位を示す所定の輝度である裏面輝度を示す輝度デー
   タと、 クリッピングされた三次元物体に対するフレームメモリ
   に格納する画素のデータが、前記三次元物体の内部であ
   るか否かを判定し、前記画素が三次元物体の内部である
   と判定された場合には、該画素の位置に対応する前記フ
   レームメモリのメモリ領域に前記輝度データを格納し
   て、視点に近い面でクリッピングされた前記三次元物体
   の切り口の内部を前記固定の裏面輝度により物体内部を
   可視化せずに物体を視点に近い面で切り取ったように塗
   りつぶすプログラムと、 を格納したことを特徴とする記録媒体。
5. 【請求項５】 前記プログラムは、視点に対して図形の
   裏表を示す面データに基づいて、前記画素が三次元物体
   の内部であるか否かを判定することを特徴とする請求項
   ４記載の記録媒体。
6. 【請求項６】 前記輝度データは、三次元物体ごとに異
   なる裏面輝度を有し、前記プログラムは、複数の三次元
   物体が存在する場合に、クリッピングされた三次元物体
   にそれぞれ対応する裏面輝度を前記フレームメモリに格
   納することを特徴とする請求項４記載の記録媒体。
7. 【請求項７】 ポリゴンからなる三次元物体をクリッピ
   ングして三次元画像を生成し、生成した三次元画像を表
   示部に表示する三次元画像生成装置において、 前記表示部に表示する三次元画像の各画素の輝度を格納
   するフレームメモリと、 クリッピングされた三次元物体に対する前記フレームメ
   モリに格納する画素のデータが前記三次元物体の内部で
   あるか否かを判定する判定手段と、 前記判定手段が前記画素を三次元物体の内部と判定した
   場合には、該画素の位置に対応する前記フレームメモリ
   のメモリ領域に物体内部に該当する部位を示す所定の輝
   度である裏面輝度を格納する格納手段と、 を具備し、 視点に近い面でクリッピングされた前記三次元物体の切
   り口の内部を前記固定の裏面輝度により物体内部を可視
   化せずに物体を視点に近い面で切り取ったように塗りつ
   ぶすことを特徴とする三次元画像生成装置。
8. 【請求項８】 図形の裏表を表す面データを一時記憶す
   るフェイスメモリをさらに具備し、 前記判定手段は、前記フェイスメモリに一時記憶した面
   データに基づいて、前記フレームメモリに格納する画素
   が前記三次元物体の内部であるか否かを判定することを
   特徴とする請求項７記載の三次元画像生成装置。
9. 【請求項９】 複数の三次元物体の識別情報と裏面輝度
   とを記憶する裏面輝度記憶手段をさらに具備し、 前記格納手段は、前記判定手段が前記画素を三次元物体
   の内部と判定した場合には、該三次元物体の識別情報に
   対応する前記裏面輝度記憶手段に記憶した裏面輝度で前
   記フレームメモリに格納することを特徴とする請求項７
   記載の三次元画像生成装置。
10. 【請求項１０】 ポリゴンからなる三次元物体をクリッ
    ピングして三次元画像を生成し、生成した三次元画像を
    表示部に表示する三次元画像生成装置において、 前記表示部に表示する三次元画像の各画素の輝度を格納
    するフレームメモリと、 視点に対して図形の裏表を表す面データを一時記憶する
    フェイスメモリと、 クリッピングされた三次元物体に対する前記フレームメ
    モリに格納する画素のデータが、前記三次元物体の内部
    であるか否かを判定する判定手段と、 前記判定手段が前記画素を三次元物体の内部と判定した
    場合には、該画素における体内部に該当する部位を示す
    所定の輝度である裏面輝度を、前記フレームメモリに記
    憶したデータと前記フェイスメモリに記憶したデータと
    から生成し、視点に近い面でクリッピングされた前記三
    次元物体の切り口の内部を前記固定の裏面輝度により物
    体内部を可視化せずに物体を視点に近い面で切り取った
    ように塗りつぶす面処理手段と、 を具備することを特徴とする三次元画像生成装置。
11. 【請求項１１】 前記面処理手段は、三次元物体の切り口の内部を前記裏面輝度で塗りつぶす
    裏面処理に要する画素数をライン毎にカウントする裏面
    カウンタと、 前記裏面カウンタが行った画素のカウント値と裏面処理
    の最後の輝度値とを記憶する記憶手段と、各画素の 面データと輝度データとをライン毎に記憶する
    ラインバッファと、前記記憶手段と前記ラインバッファの出力値から、ライ
    ン毎に 裏面輝度の輝度デルタ値及び輝度初期値を以下の
    式によって算出し、前記ラインバッファが記憶する面デ
    ータが「表」から「裏」になったときに、輝度初期値を
    裏面輝度として出力し、該面データが「裏」である間、
    裏面輝度に輝度デルタ値を加算し続けて裏面輝度として
    出力する算出手段と、前記ラインバッファに記憶されている面データが「表」
    である場合には輝度データを出力し、「裏」である場合
    には裏面輝度データを出力する輝度切換手段 と、 を具備することを特徴とする請求項１０記載の三次元画
    像生成装置。輝度デルタ値＝（記憶手段出力の裏面処理最後の輝度値
    −ラインバッファ出力の輝度データ）÷記憶手段出力の
    カウント値 輝度初期値＝記憶手段出力の裏面処理最後の輝度値＋輝
    度デルタ値