JP3349871B2 - 画像処理装置 - Google Patents
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- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T15/00—3D [Three Dimensional] image rendering
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- G06T15/20—Perspective computation
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Computing Systems (AREA)
- Geometry (AREA)
- Computer Graphics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Image Generation (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、Ｚバッファ法を用
いて、隠面処理を行なう画像処理装置に関する。
いて、隠面処理を行なう画像処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】３次元グラフィック機能を実現する際に
必要な隠面処理方法として、従来、ＰＩＸＥＬ（Ｎｏ．
７３）、ｐ８８−８９に示す「Ｚバッファ法のアルゴリ
ズム」などのＺバッファ法を用いた方法が各種、提案さ
れている。この場合、ＰＩＸＥＬ（Ｎｏ．７３）、ｐ８
８−８９に示す「Ｚバッファ法のアルゴリズム」は、物
体（ポリゴン）をフレームバッファ上に描いていると
き、既に手前に物体があり、その物体に隠れてしまう場
合にはなにもせず、目に見える可能性がある場合に、フ
レームバッファの色を塗り替えていくという処理を各ピ
クセル毎に行なって、物体の３次元画像を作成すること
を基本としている。具体的には、図６に示す如く“バッ
ファの初期化処理”、“座標変換処理”、“クリッピン
グ処理”、“透視変換処理”、“スキャン変換処理”を
順次、行なって、物体の３次元画像を作成する。
必要な隠面処理方法として、従来、ＰＩＸＥＬ（Ｎｏ．
７３）、ｐ８８−８９に示す「Ｚバッファ法のアルゴリ
ズム」などのＺバッファ法を用いた方法が各種、提案さ
れている。この場合、ＰＩＸＥＬ（Ｎｏ．７３）、ｐ８
８−８９に示す「Ｚバッファ法のアルゴリズム」は、物
体（ポリゴン）をフレームバッファ上に描いていると
き、既に手前に物体があり、その物体に隠れてしまう場
合にはなにもせず、目に見える可能性がある場合に、フ
レームバッファの色を塗り替えていくという処理を各ピ
クセル毎に行なって、物体の３次元画像を作成すること
を基本としている。具体的には、図６に示す如く“バッ
ファの初期化処理”、“座標変換処理”、“クリッピン
グ処理”、“透視変換処理”、“スキャン変換処理”を
順次、行なって、物体の３次元画像を作成する。
【０００３】＜バッファの初期化処理＞バッファの初期化処理は、 各シーン（計算機の中に作っ
た風景）の背景となる色を決定するのに必要な処理であ
り、フレームバッファ内にある各ピクセルの色を黒、あ
るいはバックグラウンドの色に初期化するとともに、Ｚ
バッファに無限遠にあたる値を入れる。例えば、後述す
る「透視変換処理」で説明するように、奥行きの範囲が
“０”から“１”の間に正規化されている場合には、Ｚ
バッファの全アドレスに“１”を入れる。 ＜座標変換処理＞ また、座標変換処理は、シーンの各部分に各物体を配置
するのに必要な処理であり、シーン内に配置される各物
体を構成している各ポリゴンの頂点座標値、すなわち各
部品毎のローカルな座標系（モデリング座標系、ボディ
座標系と称される座標系）を回転、移動、縮小、拡大さ
せて、シーン全体の座標系（ワールド座標系）に変換し
た後、ワールド座標系で記述された各部品の座標を視点
座標系に変換して、シーンをある視点から眺めたときに
見える各物体のポリゴン座標値を作成する。
た風景）の背景となる色を決定するのに必要な処理であ
り、フレームバッファ内にある各ピクセルの色を黒、あ
るいはバックグラウンドの色に初期化するとともに、Ｚ
バッファに無限遠にあたる値を入れる。例えば、後述す
る「透視変換処理」で説明するように、奥行きの範囲が
“０”から“１”の間に正規化されている場合には、Ｚ
バッファの全アドレスに“１”を入れる。 ＜座標変換処理＞ また、座標変換処理は、シーンの各部分に各物体を配置
するのに必要な処理であり、シーン内に配置される各物
体を構成している各ポリゴンの頂点座標値、すなわち各
部品毎のローカルな座標系（モデリング座標系、ボディ
座標系と称される座標系）を回転、移動、縮小、拡大さ
せて、シーン全体の座標系（ワールド座標系）に変換し
た後、ワールド座標系で記述された各部品の座標を視点
座標系に変換して、シーンをある視点から眺めたときに
見える各物体のポリゴン座標値を作成する。
【０００４】＜クリッピング処理＞また、クリッピング
処理は、視点座標系に変換された各物体のポリゴン座標
値を視点座標系上に設定されたスクリーンに投影した
際、このスクリーンからはみ出してしまう部分（視点か
ら見えなくなってしまう部分）を切り捨てる処理であ
り、図７に示す如く上述した座標変換処理で得られたシ
ーン内にある各部品のポリゴン座標値のうち、視点から
見える範囲、すなわち６つのクリッピング平面で囲まれ
たビューボリュームと呼ばれる四角錐台の内部にあるポ
リゴン座標値を残して、他のポリゴン座標値をカットす
る。 ＜透視変換処理＞また、透視変換処理は、スクリーン上
に投影される各部品のうち、視点に近い部品が大きく見
え、視点から遠い部品が小さく見えるようにパースをか
ける処理であり、Ｚバッファ法を使用して隠面処理を行
なうとき、下記の（１）式に示す４×４のマトリックス
を使用した演算を行なって、パラメータｘ、ｙ、ｚ、ｗ
を求めた後、さらに下記の（２）式に示す演算を行なっ
て、視点座標系で表現された各部品のポリゴン座標値を
透視座標系に変換する。
処理は、視点座標系に変換された各物体のポリゴン座標
値を視点座標系上に設定されたスクリーンに投影した
際、このスクリーンからはみ出してしまう部分（視点か
ら見えなくなってしまう部分）を切り捨てる処理であ
り、図７に示す如く上述した座標変換処理で得られたシ
ーン内にある各部品のポリゴン座標値のうち、視点から
見える範囲、すなわち６つのクリッピング平面で囲まれ
たビューボリュームと呼ばれる四角錐台の内部にあるポ
リゴン座標値を残して、他のポリゴン座標値をカットす
る。 ＜透視変換処理＞また、透視変換処理は、スクリーン上
に投影される各部品のうち、視点に近い部品が大きく見
え、視点から遠い部品が小さく見えるようにパースをか
ける処理であり、Ｚバッファ法を使用して隠面処理を行
なうとき、下記の（１）式に示す４×４のマトリックス
を使用した演算を行なって、パラメータｘ、ｙ、ｚ、ｗ
を求めた後、さらに下記の（２）式に示す演算を行なっ
て、視点座標系で表現された各部品のポリゴン座標値を
透視座標系に変換する。
【０００５】
【数１】 但し、ｘe ：視点座標系で表現されたポリゴンのＸ値 ｙe ：視点座標系で表現されたポリゴンのＹ値 ｚe ：視点座標系で表現されたポリゴンのＺ値 ｘs ：透視座標系で表現されたポリゴンのＸ値 ｙs ：透視座標系で表現されたポリゴンのＹ値 ｚs ：透視座標系で表現されたポリゴンのＺ値 Ａ ：定数 Ｂ ：定数 Ｃ ：定数 そして、視点からスクリーンまでの距離を“ｄ”とすれ
ば、前記（１）式中で使用される各定数は、通常、
ば、前記（１）式中で使用される各定数は、通常、
【０００６】
【数２】 となる。このとき、図８（ａ）に示す如く視点座標系上
に直線ａ、ｂがあり、これをＸＹだけ透視座標に変換す
ると、図８（ｂ）に示す如く直線が直線に、平面が平面
に写像されなくなり、前後関係が入れ替わってしまうた
め、前記（１）式によってＺの値をも透視座標に変換し
て、図８（ｃ）に示す如く直線が直線に、平面が平面に
写像されるようにしている。さらに、この透視座標に変
換する際、Ｚの値が手前の方で粗になり、奥の方で密に
なるため、結果として精度が悪くなってしまうことがあ
るため、精度を良くする必要があるときには、前記
（１）式で使用される各定数の値となる、前記（３）式
に示す値に代えて、次式に示す値を使用し、これによっ
てＺの値を“０”と、“１”との間に正規化し、ビュー
ボリュームの奥行き方向の範囲をなるべく狭くし、この
ような問題が発生しないようにしている。
に直線ａ、ｂがあり、これをＸＹだけ透視座標に変換す
ると、図８（ｂ）に示す如く直線が直線に、平面が平面
に写像されなくなり、前後関係が入れ替わってしまうた
め、前記（１）式によってＺの値をも透視座標に変換し
て、図８（ｃ）に示す如く直線が直線に、平面が平面に
写像されるようにしている。さらに、この透視座標に変
換する際、Ｚの値が手前の方で粗になり、奥の方で密に
なるため、結果として精度が悪くなってしまうことがあ
るため、精度を良くする必要があるときには、前記
（１）式で使用される各定数の値となる、前記（３）式
に示す値に代えて、次式に示す値を使用し、これによっ
てＺの値を“０”と、“１”との間に正規化し、ビュー
ボリュームの奥行き方向の範囲をなるべく狭くし、この
ような問題が発生しないようにしている。
【０００７】
【数３】 ＜スキャン変換処理＞また、スキャン変換処理は、各部
品のポリゴン座標値に対応するポリゴンエッジの情報に
基づき、ポリゴン内部を塗り潰して、物体を構成する各
ポリゴンの面を形成する処理であり、図９に示す如くポ
リゴンエッジを縦方向（Ｙ方向）と、横方向（Ｘ方向）
とに分けた２段階の処理で、面の塗り潰しを行なう。こ
の際、まず、エッジの両端の頂点の値をＹ値によって線
形に補間して、右側のエッジと、左側のエッジとを求
め、それぞれのエッジに対して、各スキャンライン（横
方向に並ぶピクセルの中心を通る直線）との交点上にあ
るピクセルのＸ値、Ｚ値を求めた後、各スキャンライン
上にある各ピクセルのうち、左のエッジのＸ値から右の
エッジのＸ値までの範囲にあるＸ値を持つピクセルを選
択し、左右のエッジのＺ値を補間して、選択したピクセ
ルのＺバッファ値を求めて隠面処理を行ないながら、シ
ェーディング計算によって前記ピクセルのフレームバッ
ファ色を求め、これを塗り潰す。
品のポリゴン座標値に対応するポリゴンエッジの情報に
基づき、ポリゴン内部を塗り潰して、物体を構成する各
ポリゴンの面を形成する処理であり、図９に示す如くポ
リゴンエッジを縦方向（Ｙ方向）と、横方向（Ｘ方向）
とに分けた２段階の処理で、面の塗り潰しを行なう。こ
の際、まず、エッジの両端の頂点の値をＹ値によって線
形に補間して、右側のエッジと、左側のエッジとを求
め、それぞれのエッジに対して、各スキャンライン（横
方向に並ぶピクセルの中心を通る直線）との交点上にあ
るピクセルのＸ値、Ｚ値を求めた後、各スキャンライン
上にある各ピクセルのうち、左のエッジのＸ値から右の
エッジのＸ値までの範囲にあるＸ値を持つピクセルを選
択し、左右のエッジのＺ値を補間して、選択したピクセ
ルのＺバッファ値を求めて隠面処理を行ないながら、シ
ェーディング計算によって前記ピクセルのフレームバッ
ファ色を求め、これを塗り潰す。
【０００８】そして、最後のピクセルを処理したとき、
フレームバッファに格納されている各ピクセルの色をラ
スタ方向に読み出し、これをＤ／Ａ変換回路（図示は省
略する）に供給して、ＣＲＴ（図示は省略する）上に画
面表示させる。ところで、このＰＩＸＥＬ（Ｎｏ．７
３）、ｐ８８−８９に示す「Ｚバッファ法のアルゴリズ
ム」などのＺバッファ法を用いた方法では、次に述べる
ような問題があった。まず、ＰＩＸＥＬ（Ｎｏ．７
３）、ｐ８８−８９に示す「Ｚバッファ法のアルゴリズ
ム」では、Ｚバッファ法を用いて隠面処理を行なう際、
直線を直線に、平面を平面に写像させるために、各ポリ
ゴンのＸ値、Ｙ値のみならず、Ｚ値に対しても、透視変
換を行なわなければならない。
フレームバッファに格納されている各ピクセルの色をラ
スタ方向に読み出し、これをＤ／Ａ変換回路（図示は省
略する）に供給して、ＣＲＴ（図示は省略する）上に画
面表示させる。ところで、このＰＩＸＥＬ（Ｎｏ．７
３）、ｐ８８−８９に示す「Ｚバッファ法のアルゴリズ
ム」などのＺバッファ法を用いた方法では、次に述べる
ような問題があった。まず、ＰＩＸＥＬ（Ｎｏ．７
３）、ｐ８８−８９に示す「Ｚバッファ法のアルゴリズ
ム」では、Ｚバッファ法を用いて隠面処理を行なう際、
直線を直線に、平面を平面に写像させるために、各ポリ
ゴンのＸ値、Ｙ値のみならず、Ｚ値に対しても、透視変
換を行なわなければならない。
【０００９】この際、前記（１）式、（２）式および
（４）式から明らかなように、次式に示すようにして、
Ｚ値を“０”と、“１”との間に正規化し、透視変換し
なければならない。
（４）式から明らかなように、次式に示すようにして、
Ｚ値を“０”と、“１”との間に正規化し、透視変換し
なければならない。
【００１０】
【数４】 但し、Ｚs ：透視座標上のＺ値 Ｚe ：視点座標上（視野座標上）のＺ値 Ｗ ：パラメータ ＣＺＦ：前方クリップ面のＺ値 ＣＺＢ：後方クリップ面のＺ値 しかしながら、レースもののゲームなどのように、前方
クリップ面の値ＣＺＦと、後方クリップ面の値ＣＺＢと
の距離が大きくなる場合には、図１０に示す如く各ポリ
ゴンのＺ値が視点から見て、手前側で大きく変化するも
のの、奥側ではほとんど変化しなくるため、視点から見
て、かなり手前側でしか、Ｚ値の比較を行なうことがで
きなくなる。
クリップ面の値ＣＺＦと、後方クリップ面の値ＣＺＢと
の距離が大きくなる場合には、図１０に示す如く各ポリ
ゴンのＺ値が視点から見て、手前側で大きく変化するも
のの、奥側ではほとんど変化しなくるため、視点から見
て、かなり手前側でしか、Ｚ値の比較を行なうことがで
きなくなる。
【００１１】そこで、このような問題を解決する方法と
して、Ｚ値に割り当てるビット数を多くして、視点から
見て奥側でも、Ｚ値の比較を容易にすることも考えられ
るが、このような方法では、Ｚバッファメモリの容量が
増えてしまうとう問題が発生する。そこで、このような
問題を解決する方法として、従来、特開平３−１５６６
８６号に示す「対数変換器付きＺバッファ回路」などが
提案されている。
して、Ｚ値に割り当てるビット数を多くして、視点から
見て奥側でも、Ｚ値の比較を容易にすることも考えられ
るが、このような方法では、Ｚバッファメモリの容量が
増えてしまうとう問題が発生する。そこで、このような
問題を解決する方法として、従来、特開平３−１５６６
８６号に示す「対数変換器付きＺバッファ回路」などが
提案されている。
【００１２】この特開平３−１５６６８６号に示す「対
数変換器付きＺバッファ回路」は、上述したスキャン変
換処理で行われるＺバッファを使用した隠面処理を行な
う際に、Ｚの値が手前の方で粗になり、奥の方で密にな
って、精度が悪くなってしまうという欠点を解消するた
めになされた提案であり、図１１に示す如く第１乗算器
１０１、加算器１０２、第２乗算器１０３によって構成
される対数変換部１０４によって各ピクセルのＺ値を対
数変換した後、これをＺバッファメモリ部１０５に供給
して、読み出しレジスタ１０６によってＺバッファメモ
リ１０７内から同じアドレスを持つピクセルのＺ値を読
み出させ、比較器１０８によってこれせ同一アドレスを
持つ各ピクセルのＺ値を比較させ、書込みレジスタ１０
９によって、これら各ピクセルのうち、Ｚ値が小さい方
のピクセルを残すことにより、視点から見える方のピク
セルを残す。
数変換器付きＺバッファ回路」は、上述したスキャン変
換処理で行われるＺバッファを使用した隠面処理を行な
う際に、Ｚの値が手前の方で粗になり、奥の方で密にな
って、精度が悪くなってしまうという欠点を解消するた
めになされた提案であり、図１１に示す如く第１乗算器
１０１、加算器１０２、第２乗算器１０３によって構成
される対数変換部１０４によって各ピクセルのＺ値を対
数変換した後、これをＺバッファメモリ部１０５に供給
して、読み出しレジスタ１０６によってＺバッファメモ
リ１０７内から同じアドレスを持つピクセルのＺ値を読
み出させ、比較器１０８によってこれせ同一アドレスを
持つ各ピクセルのＺ値を比較させ、書込みレジスタ１０
９によって、これら各ピクセルのうち、Ｚ値が小さい方
のピクセルを残すことにより、視点から見える方のピク
セルを残す。
【００１３】この際、対数変換部１０４によって、比較
対象となるピクセルのＺ値に対数特性を付与した後、Ｚ
バッファメモリ部１０５で同一アドレスを持つ各ピクセ
ルのＺ値を比較させるようにしているので、Ｚの値が本
来持っている特性、すなわち手前の方で粗になり、奥の
方で密になって、精度が悪くなるという特性を補償し、
これによって各ピクセル毎に付加されるＺ値のビット数
を少なくして、Ｚバッファメモリ１０７の容量を削減さ
せることができる。しかしながら、この方法は、対数特
性を利用して、図１０に示す如くＺ値の特性全体を粗に
するようにしているので、視点から奥の方であまり粗に
ならず、Ｚ値の特性全体を粗にするという点で、十分な
ものではなかった。
対象となるピクセルのＺ値に対数特性を付与した後、Ｚ
バッファメモリ部１０５で同一アドレスを持つ各ピクセ
ルのＺ値を比較させるようにしているので、Ｚの値が本
来持っている特性、すなわち手前の方で粗になり、奥の
方で密になって、精度が悪くなるという特性を補償し、
これによって各ピクセル毎に付加されるＺ値のビット数
を少なくして、Ｚバッファメモリ１０７の容量を削減さ
せることができる。しかしながら、この方法は、対数特
性を利用して、図１０に示す如くＺ値の特性全体を粗に
するようにしているので、視点から奥の方であまり粗に
ならず、Ｚ値の特性全体を粗にするという点で、十分な
ものではなかった。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記に鑑みて
なされたものであり、Ｚ値のビット数を増やすことな
く、Ｚ値の値を全体的に粗にして、視点座標系で表現さ
れた各部品のポリゴン座標値を透視座標系に変換する
際、直線を直線に、平面を平面に正確に写像させること
ができ、これによってＺバッファメモリの容量を少なく
したまま、精度良く、かつ高速でＺ値の比較を行なうこ
とができる画像処理装置を提供することを目的としてい
る。
なされたものであり、Ｚ値のビット数を増やすことな
く、Ｚ値の値を全体的に粗にして、視点座標系で表現さ
れた各部品のポリゴン座標値を透視座標系に変換する
際、直線を直線に、平面を平面に正確に写像させること
ができ、これによってＺバッファメモリの容量を少なく
したまま、精度良く、かつ高速でＺ値の比較を行なうこ
とができる画像処理装置を提供することを目的としてい
る。
【００１５】
【課題を解決する為の手段】上記の目的を達成するため
に、本発明は、各部品の情報に基づき、座標変換処理、
透視変換処理、Ｚバッファ法による隠面処理を行い、各
シーンの３次元画像を作成する画像処理装置において、
座標変換後の視野座標上のＺ値座標をＺ方向に、視点
（原点）に近い方では間隔を狭く、遠い方では間隔を広
く分割して、複数の空間を作成し、これら各空間毎に、
Ｚ値を０と１の間に正規化して透視変換を行い、該透視
変換で正規化された各Ｚ値に空間番号を付加し、この空
間番号の付加されたＺ値を使用して隠面処理を行うこと
を特徴としている。
に、本発明は、各部品の情報に基づき、座標変換処理、
透視変換処理、Ｚバッファ法による隠面処理を行い、各
シーンの３次元画像を作成する画像処理装置において、
座標変換後の視野座標上のＺ値座標をＺ方向に、視点
（原点）に近い方では間隔を狭く、遠い方では間隔を広
く分割して、複数の空間を作成し、これら各空間毎に、
Ｚ値を０と１の間に正規化して透視変換を行い、該透視
変換で正規化された各Ｚ値に空間番号を付加し、この空
間番号の付加されたＺ値を使用して隠面処理を行うこと
を特徴としている。
【００１６】
【作用】本発明では、座標変換後の視野座標上のＺ値座
標をＺ方向に、視点（原点）に近い方では間隔を狭く、
遠い方では間隔を広く分割して、複数の空間を作成し、
これら各空間毎に、Ｚ値を０と１の間に正規化して透視
変換を行ない、この透視変換を行なう際に使用した空間
の番号を付加したＺ値を使用して隠面処理を行なうこと
により、Ｚ値のビット数を増やすことなく、Ｚ値の値を
全体的に粗にして、視点座標系で表現された各部品のポ
リゴン座標値を透視座標系に変換する際、直線を直線
に、平面を平面に正確に写像させ、これによってＺバッ
ファメモリの容量を少なくしたまま、精度良く、かつ高
速でＺ値の比較を行なう。
標をＺ方向に、視点（原点）に近い方では間隔を狭く、
遠い方では間隔を広く分割して、複数の空間を作成し、
これら各空間毎に、Ｚ値を０と１の間に正規化して透視
変換を行ない、この透視変換を行なう際に使用した空間
の番号を付加したＺ値を使用して隠面処理を行なうこと
により、Ｚ値のビット数を増やすことなく、Ｚ値の値を
全体的に粗にして、視点座標系で表現された各部品のポ
リゴン座標値を透視座標系に変換する際、直線を直線
に、平面を平面に正確に写像させ、これによってＺバッ
ファメモリの容量を少なくしたまま、精度良く、かつ高
速でＺ値の比較を行なう。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明を添付図面に示した
実施例により詳細に説明する。図１は本発明による画像
処理装置の一実施例を示すブロック図である。この図に
示す画像処理装置１は、幾何変換装置２と、隠面処理装
置３と、Ｚバッファメモリ４と、フレームメモリ５とを
備えており、シーンの内容を示すシーン情報およびシー
ンを構成する各部品の情報を取込み、これらの情報に基
づき、“バッファの初期化処理”、“座標変換処理”、
“クリッピング処理”、“透視変換処理”、“スキャン
変換処理”を順次、行なって、物体の３次元画像を作成
し、これをＤ／Ａ変換回路（図示は省略する）に供給し
て、ＣＲＴ（図示は省略する）上に表示させる。
実施例により詳細に説明する。図１は本発明による画像
処理装置の一実施例を示すブロック図である。この図に
示す画像処理装置１は、幾何変換装置２と、隠面処理装
置３と、Ｚバッファメモリ４と、フレームメモリ５とを
備えており、シーンの内容を示すシーン情報およびシー
ンを構成する各部品の情報を取込み、これらの情報に基
づき、“バッファの初期化処理”、“座標変換処理”、
“クリッピング処理”、“透視変換処理”、“スキャン
変換処理”を順次、行なって、物体の３次元画像を作成
し、これをＤ／Ａ変換回路（図示は省略する）に供給し
て、ＣＲＴ（図示は省略する）上に表示させる。
【００１８】幾何変換装置２はシーンの内容を示すシー
ン情報およびシーンを構成する各部品の情報を取込み、
これらの情報に基づき、“バッファの初期化処理”、
“座標変換処理”、“クリッピング処理”、“透視変換
処理”を行なう装置であり、透視変換処理を行なうと
き、図２に示す如く視野座標上にあるＺ値座標をＺ方向
に、視点（原点）に近い方では間隔を狭く、遠い方では
間隔を広く複数に分割し、図３に示す如くこれら各分割
領域（空間）毎に、Ｚ値を０と１の間に正規化して、各
物体を構成するポリゴンのＺ値を求める。
ン情報およびシーンを構成する各部品の情報を取込み、
これらの情報に基づき、“バッファの初期化処理”、
“座標変換処理”、“クリッピング処理”、“透視変換
処理”を行なう装置であり、透視変換処理を行なうと
き、図２に示す如く視野座標上にあるＺ値座標をＺ方向
に、視点（原点）に近い方では間隔を狭く、遠い方では
間隔を広く複数に分割し、図３に示す如くこれら各分割
領域（空間）毎に、Ｚ値を０と１の間に正規化して、各
物体を構成するポリゴンのＺ値を求める。
【００１９】この際、Ｚ方向を４分割する場合には、一
番手前の空間（第０空間）では、前記（５）式におい
て、前方クリップ面の値ＣＺＦとして、元の値をそのま
ま使用し、また後方クリップ面の値ＣＺＢとして、この
第０空間の最大値を使用した演算を行なって、透視変換
を行なう。また、第０空間の奥側にある第１空間では、
前記（５）式において、前方クリップ面の値ＣＺＦとし
て、この第１空間の最小値を使用し、また後方クリップ
面の値ＣＺＢとして、この第１空間の最大値を使用した
演算を行なって、透視変換を行なう。
番手前の空間（第０空間）では、前記（５）式におい
て、前方クリップ面の値ＣＺＦとして、元の値をそのま
ま使用し、また後方クリップ面の値ＣＺＢとして、この
第０空間の最大値を使用した演算を行なって、透視変換
を行なう。また、第０空間の奥側にある第１空間では、
前記（５）式において、前方クリップ面の値ＣＺＦとし
て、この第１空間の最小値を使用し、また後方クリップ
面の値ＣＺＢとして、この第１空間の最大値を使用した
演算を行なって、透視変換を行なう。
【００２０】以下、同様に、第１空間の奥側にある第２
空間、第３空間では、前記（５）式において、前方クリ
ップ面の値ＣＺＦとして、これら第２空間、第３空間の
最小値を使用し、また後方クリップ面の値ＣＺＢとし
て、これら第２空間、第３空間の最大値を使用した演算
を行なって、透視変換を行なう。そして、この透視変換
処理で正規化された各Ｚ値の上位ビット側に、図４に示
す如く空間番号を付加して、どの空間で正規化したかを
示すことにより、図５に示す如く視野座標上のＺ値と、
透視変換後のＺ値とを対応させることができる。この結
果、この図５に示す視野座標上のＺ値と透視変換後のＺ
値との関係と、図１０に示す視野座標上のＺ値と透視変
換後のＺ値との関係とを比較すれば分かるように、視点
から奥側にあるポリゴンについても、Ｚ値を粗にするこ
とができ、Ｚ値の比較を容易にすることができる。
空間、第３空間では、前記（５）式において、前方クリ
ップ面の値ＣＺＦとして、これら第２空間、第３空間の
最小値を使用し、また後方クリップ面の値ＣＺＢとし
て、これら第２空間、第３空間の最大値を使用した演算
を行なって、透視変換を行なう。そして、この透視変換
処理で正規化された各Ｚ値の上位ビット側に、図４に示
す如く空間番号を付加して、どの空間で正規化したかを
示すことにより、図５に示す如く視野座標上のＺ値と、
透視変換後のＺ値とを対応させることができる。この結
果、この図５に示す視野座標上のＺ値と透視変換後のＺ
値との関係と、図１０に示す視野座標上のＺ値と透視変
換後のＺ値との関係とを比較すれば分かるように、視点
から奥側にあるポリゴンについても、Ｚ値を粗にするこ
とができ、Ｚ値の比較を容易にすることができる。
【００２１】また、隠面処理装置３は、前記幾何変換装
置２で得られた透視変換後のポリゴン座標を取込み、Ｚ
バッファメモリ４を使用したＺバッファ法で前記ポリゴ
ン座標の隠面処理を行ない、この隠面処理結果に基づ
き、前記フレームメモリ５内に画像を作成する装置であ
り、前記幾何変換装置２から出力される各物体のピクセ
ル情報を取り込み、これら各ピクセルのアドレスをキー
として、Ｚバッファメモリ５内に格納されている同一ア
ドレスを持つ各ピクセルのＺ値を読み出しながら、これ
ら同一アドレスを持つ各ピクセルのＺ値を比較し、Ｚ値
が小さい方のピクセル、すなわち視点から見て手前側の
ピクセルを選択し、このピクセルのＺ値をＺバッファメ
モリ４の同一アドレスに書き込むとともに、前記フレー
ムメモリ５の前記同一アドレスに前記ピクセルの色を書
き込む。
置２で得られた透視変換後のポリゴン座標を取込み、Ｚ
バッファメモリ４を使用したＺバッファ法で前記ポリゴ
ン座標の隠面処理を行ない、この隠面処理結果に基づ
き、前記フレームメモリ５内に画像を作成する装置であ
り、前記幾何変換装置２から出力される各物体のピクセ
ル情報を取り込み、これら各ピクセルのアドレスをキー
として、Ｚバッファメモリ５内に格納されている同一ア
ドレスを持つ各ピクセルのＺ値を読み出しながら、これ
ら同一アドレスを持つ各ピクセルのＺ値を比較し、Ｚ値
が小さい方のピクセル、すなわち視点から見て手前側の
ピクセルを選択し、このピクセルのＺ値をＺバッファメ
モリ４の同一アドレスに書き込むとともに、前記フレー
ムメモリ５の前記同一アドレスに前記ピクセルの色を書
き込む。
【００２２】Ｚバッファメモリ４は、前記隠面処理装置
３で行われるＺバッファ法の作業エリアとなるメモリで
あり、前記隠面処理装置３から読み出し指令が出力され
たとき、この読み出し指令で指定されたアドレス上にあ
るピクセルのＺ値を読み出し、これを前記隠面処理装置
３に供給し、またこの隠面処理装置３から書込み指令が
出力されたとき、この書込み指令とともに出力されるピ
クセルのＺ値を指定されたアドレスに書込む。
３で行われるＺバッファ法の作業エリアとなるメモリで
あり、前記隠面処理装置３から読み出し指令が出力され
たとき、この読み出し指令で指定されたアドレス上にあ
るピクセルのＺ値を読み出し、これを前記隠面処理装置
３に供給し、またこの隠面処理装置３から書込み指令が
出力されたとき、この書込み指令とともに出力されるピ
クセルのＺ値を指定されたアドレスに書込む。
【００２３】フレームメモリ５は、１画面分の容量を持
つデュアルポートメモリやシングルポートメモリなどに
よって構成されており、前記隠面処理装置３から出力さ
れる各ピクセルの情報（例えば、色情報など）を取り込
んで、これを指定されたアドレスに記憶するとともに、
出力指令が供給されたとき、記憶している各ピクセル情
報をラスタ方向に読み出し、これをＤ／Ａ変換回路に供
給して、ＣＲＴ上に画面表示させる。
つデュアルポートメモリやシングルポートメモリなどに
よって構成されており、前記隠面処理装置３から出力さ
れる各ピクセルの情報（例えば、色情報など）を取り込
んで、これを指定されたアドレスに記憶するとともに、
出力指令が供給されたとき、記憶している各ピクセル情
報をラスタ方向に読み出し、これをＤ／Ａ変換回路に供
給して、ＣＲＴ上に画面表示させる。
【００２４】このように、幾何変換装置２によってシー
ン情報や各部品の情報を取込み、座標変換処理後、透視
変換処理を行なうとき、図２に示す如く、視野座標上に
あるＺ値座標をＺ方向に、視点（原点）に近い方では間
隔を狭く、遠い方では間隔を広く複数に分割し、図３に
示す如く、これら各分割領域（空間）毎に、Ｚ値を０と
１の間に正規化して、各物体を構成するポリゴンのＺ値
を求めるようにしたので、図５に示す如く視点の手前側
にあるＺ値のみならず、視点から奥側にあるＺ値をも粗
にすることができ、これによってＺ値のビット数を増や
すことなく、各ポリゴンのＺ値を全体的に粗にして、視
点座標系で表現された各部品のポリゴン座標値を透視座
標系に変換する際、直線を直線に、平面を平面に正確に
写像させることができる。この結果、Ｚバッファメモリ
４の容量を少なくしたまま、精度良く、かつ高速でＺ値
の比較を行なうことができる。
ン情報や各部品の情報を取込み、座標変換処理後、透視
変換処理を行なうとき、図２に示す如く、視野座標上に
あるＺ値座標をＺ方向に、視点（原点）に近い方では間
隔を狭く、遠い方では間隔を広く複数に分割し、図３に
示す如く、これら各分割領域（空間）毎に、Ｚ値を０と
１の間に正規化して、各物体を構成するポリゴンのＺ値
を求めるようにしたので、図５に示す如く視点の手前側
にあるＺ値のみならず、視点から奥側にあるＺ値をも粗
にすることができ、これによってＺ値のビット数を増や
すことなく、各ポリゴンのＺ値を全体的に粗にして、視
点座標系で表現された各部品のポリゴン座標値を透視座
標系に変換する際、直線を直線に、平面を平面に正確に
写像させることができる。この結果、Ｚバッファメモリ
４の容量を少なくしたまま、精度良く、かつ高速でＺ値
の比較を行なうことができる。
【００２５】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、請
求項１では、Ｚ値のビット数を増やすことなく、Ｚ値の
値を全体的に粗にして、視点座標系で表現された各部品
のポリゴン座標値を透視座標系に変換する際、直線を直
線に、平面を平面に正確に写像させることができ、これ
によってＺバッファメモリの容量を少なくしたまま、精
度良く、かつ高速でＺ値の比較を行なうことができる。
求項１では、Ｚ値のビット数を増やすことなく、Ｚ値の
値を全体的に粗にして、視点座標系で表現された各部品
のポリゴン座標値を透視座標系に変換する際、直線を直
線に、平面を平面に正確に写像させることができ、これ
によってＺバッファメモリの容量を少なくしたまま、精
度良く、かつ高速でＺ値の比較を行なうことができる。
【図１】本発明による画像処理装置の一実施例を示すブ
ロック図である。
ロック図である。
【図２】図１に示す幾何変換装置で行われる透視変換処
理の際、使用されるＺ値座標の分割例を示す模式図であ
る。
理の際、使用されるＺ値座標の分割例を示す模式図であ
る。
【図３】図２に示すＺ値座標の分割処理で得られる視野
座標上のＺ値と、透視変換後のＺ値との関係例を示すグ
ラフである。
座標上のＺ値と、透視変換後のＺ値との関係例を示すグ
ラフである。
【図４】図３に示すグラフによって変換されたＺ値デー
タのフォーマット例を示す模式図である。
タのフォーマット例を示す模式図である。
【図５】図２に示すＺ値座標の分割処理で得られる視野
座標上のＺ値と、透視変換後のＺ値との関係例を示すグ
ラフと、図４に示すＺ値データのフォーマットとを加味
した視野座標上のＺ値と、透視変換後のＺ値との関係例
を示すグラフである。
座標上のＺ値と、透視変換後のＺ値との関係例を示すグ
ラフと、図４に示すＺ値データのフォーマットとを加味
した視野座標上のＺ値と、透視変換後のＺ値との関係例
を示すグラフである。
【図６】ＰＩＸＥＬ（Ｎｏ．７３）、ｐ８８−８９に示
す「Ｚバッファ法のアルゴリズム」で開示されている物
体の３次元画像作成時のアルゴリズムを示す図である。
す「Ｚバッファ法のアルゴリズム」で開示されている物
体の３次元画像作成時のアルゴリズムを示す図である。
【図７】図６に示すアルゴリズムのクリッピング処理で
使用されるビューボリュームの一例を示す模式図であ
る。
使用されるビューボリュームの一例を示す模式図であ
る。
【図８】(a) (b) 及び(c) は図６に示すアルゴリズムの
透視変換処理で行われるＺ値の変換理由を示す模式図で
ある。
透視変換処理で行われるＺ値の変換理由を示す模式図で
ある。
【図９】図６に示すアルゴリズムのスキャン変換処理で
行われる塗り潰し動作例を示す模式図である。
行われる塗り潰し動作例を示す模式図である。
【図１０】図６に示すアルゴリズムの透視変換処理で行
われるＺ値の変換処理で得られる視野座標上のＺ値と、
透視変換後のＺ値との関係例を示すグラフである。
われるＺ値の変換処理で得られる視野座標上のＺ値と、
透視変換後のＺ値との関係例を示すグラフである。
【図１１】特開平３−１５６６８６号に示す「対数変換
器付きＺバッファ回路」の概要を示すブロック図であ
る。
器付きＺバッファ回路」の概要を示すブロック図であ
る。
１ 画像処理装置 ２ 幾何変換装置 ３ 隠面処理装置 ４ Ｚバッファメモリ ５ フレームメモリ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G06T 15/40 200 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (1)
- 【請求項１】 各部品の情報に基づき、座標変換処理、
透視変換処理、Ｚバッファ法による隠面処理を行い、各
シーンの３次元画像を作成する画像処理装置において、 座標変換後の視野座標上のＺ値座標をＺ方向に、視点
（原点）に近い方では間隔を狭く、遠い方では間隔を広
く分割して、複数の空間を作成し、これら各空間毎に、
Ｚ値を０と１の間に正規化して透視変換を行い、該透視
変換で正規化された各Ｚ値に空間番号を付加し、 前記空間番号の付加されたＺ値を使用して隠面処理を行
うことを特徴とする画像処理装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19708095A JP3349871B2 (ja) | 1995-07-10 | 1995-07-10 | 画像処理装置 |
| US08/676,556 US5923332A (en) | 1995-07-10 | 1996-07-08 | Image processing device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19708095A JP3349871B2 (ja) | 1995-07-10 | 1995-07-10 | 画像処理装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0927045A JPH0927045A (ja) | 1997-01-28 |
| JP3349871B2 true JP3349871B2 (ja) | 2002-11-25 |
Family
ID=16368393
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19708095A Expired - Fee Related JP3349871B2 (ja) | 1995-07-10 | 1995-07-10 | 画像処理装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5923332A (ja) |
| JP (1) | JP3349871B2 (ja) |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2239279C (en) * | 1997-06-02 | 2002-04-23 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Image generating apparatus and method |
| US6211884B1 (en) * | 1998-11-12 | 2001-04-03 | Mitsubishi Electric Research Laboratories, Inc | Incrementally calculated cut-plane region for viewing a portion of a volume data set in real-time |
| US6618048B1 (en) | 1999-10-28 | 2003-09-09 | Nintendo Co., Ltd. | 3D graphics rendering system for performing Z value clamping in near-Z range to maximize scene resolution of visually important Z components |
| US6717577B1 (en) | 1999-10-28 | 2004-04-06 | Nintendo Co., Ltd. | Vertex cache for 3D computer graphics |
| US6972760B2 (en) * | 2000-03-30 | 2005-12-06 | S3 Graphics Co., Ltd. | Area and span based Z-buffer |
| US6707458B1 (en) | 2000-08-23 | 2004-03-16 | Nintendo Co., Ltd. | Method and apparatus for texture tiling in a graphics system |
| US7196710B1 (en) | 2000-08-23 | 2007-03-27 | Nintendo Co., Ltd. | Method and apparatus for buffering graphics data in a graphics system |
| US6811489B1 (en) | 2000-08-23 | 2004-11-02 | Nintendo Co., Ltd. | Controller interface for a graphics system |
| US7538772B1 (en) | 2000-08-23 | 2009-05-26 | Nintendo Co., Ltd. | Graphics processing system with enhanced memory controller |
| US6636214B1 (en) | 2000-08-23 | 2003-10-21 | Nintendo Co., Ltd. | Method and apparatus for dynamically reconfiguring the order of hidden surface processing based on rendering mode |
| US6700586B1 (en) | 2000-08-23 | 2004-03-02 | Nintendo Co., Ltd. | Low cost graphics with stitching processing hardware support for skeletal animation |
| US7576748B2 (en) | 2000-11-28 | 2009-08-18 | Nintendo Co. Ltd. | Graphics system with embedded frame butter having reconfigurable pixel formats |
| JP2007066045A (ja) * | 2005-08-31 | 2007-03-15 | Hitachi Ltd | シミュレーション装置 |
| JPWO2013105157A1 (ja) | 2012-01-13 | 2015-05-11 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 画像生成装置、画像生成方法、画像生成プログラムおよび集積回路 |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4658247A (en) * | 1984-07-30 | 1987-04-14 | Cornell Research Foundation, Inc. | Pipelined, line buffered real-time color graphics display system |
| JPH0754551B2 (ja) * | 1986-09-24 | 1995-06-07 | ダイキン工業株式会社 | 多角形ぬりつぶし装置 |
| US5249264A (en) * | 1988-11-14 | 1993-09-28 | International Business Machines Corporation | Image display method and apparatus |
| JPH03156686A (ja) * | 1989-11-15 | 1991-07-04 | Mitsubishi Precision Co Ltd | 対数変換器付きｚバッファ回路 |
| US5220646A (en) * | 1990-04-30 | 1993-06-15 | International Business Machines Corporation | Single pass hidden line removal using z-buffers |
| JPH06309425A (ja) * | 1990-10-12 | 1994-11-04 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | グラフィックディスプレイ装置及び方法 |
| US5307450A (en) * | 1991-02-19 | 1994-04-26 | Silicon Graphics, Inc. | Z-subdivision for improved texture mapping |
| US5293467A (en) * | 1991-04-03 | 1994-03-08 | Buchner Gregory C | Method for resolving priority between a calligraphically-displayed point feature and both raster-displayed faces and other calligraphically-displayed point features in a CIG system |
| JPH05298456A (ja) * | 1992-04-22 | 1993-11-12 | Mitsubishi Electric Corp | テクスチャ・マッピング方式 |
| JPH06110655A (ja) * | 1992-09-29 | 1994-04-22 | Ricoh Co Ltd | ソート処理装置 |
-
1995
- 1995-07-10 JP JP19708095A patent/JP3349871B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1996
- 1996-07-08 US US08/676,556 patent/US5923332A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5923332A (en) | 1999-07-13 |
| JPH0927045A (ja) | 1997-01-28 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |