JP4047387B2

JP4047387B2 - 立体画像ディスプレイ駆動装置

Info

Publication number: JP4047387B2
Application number: JP50036898A
Authority: JP
Inventors: カールヨセフウッド
Original assignee: Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1996-06-07
Filing date: 1997-05-29
Publication date: 2008-02-13
Anticipated expiration: 2017-05-29
Also published as: EP0843940B1; GB9611939D0; WO1997047142A3; DE69714551D1; US6023263A; DE69714551T2; EP0843940A2; WO1997047142A2; JPH11511316A

Description

本発明は、行及び列に配置したディスプレイ画素のアレイと、この画素のアレイの上に重畳され互いに平行に延在する細長状のレンチキュラー素子のアレイとを有し、このレンチキュラー素子のアレイを介してディスプレイ画素を見るようにしたディスプレイのような自動立体（オートステレオスコーピック）ディスプレイを駆動する装置に関するものである。
このような自動立体ディスプレイ装置の一例は、欧州特許出願公開第０６２５８６１号明細書に記載されており、この場合ＬＣＤ型の空間光変調器が、水平方向に延在する行及び垂直方向に延在する列として配置された多数の画素を有している。空間光変調器の上にはレンチキュラースクリーンが配置されており、レンチキュラーの半径は画素に対するスクリーンの位置と関連して選択され、異なる画素群による画像がディスプレイスクリーンに対し予め決められたある角度で見うるようにしている。２つの画像を立体対の形態で表示する場合には、視聴者は、左右の目が異なる画素群からの画像を受けて３次元画像を知覚しうるような位置のみを占める必要がある。
２つの３Ｄグラフィックスレンダラ（片方の目のビュポイント当たり１つのレンダラ）により立体ディスプレイの２つのチャネルを駆動するのは原理的に、１つの３Ｄグラフィックスレンダラを用いて２つの画像を合成する場合よりも優れている。この場合の利点は画質に関するものであり、疲労や吐き気に関連する副作用を回避することができる。しかし問題は価格であり、特に２つよりも多いビュー（視像）を考慮する場合価格が嵩む。１９９６年１月２７日〜２月２日に米国のサンノゼで開催された“Electronic Imaging”に関するＩＳ＆Ｔ／ＳＰＩＥ国際会議で与えられた論文“Multiview ３Ｄ−ＬＣＤ”（Cees van Berkel氏等著）に記載されるようなフィリップス社の３ＤＬＣＤは現在４ビュー装置として入手しうる。従来の構成では、画質が重要となる場合には４つのビューに４つの３Ｄグラフィックスレンダラを必要とする。
本発明の目的は、各ビュー当たりのレンダリングに要する費用の点で総費用を低減させたマルチビューディスプレイ装置を提供せんとするにある。
本発明は、マトリックスディスプレイパネルと結合されたＮ個の画像源を有する自動立体ディスプレイ装置であって、マトリックスディスプレイパネルは、行及び列方向で行及び列に延在し、且つ群に配置されたディスプレイエレメントのアレイを有しており、各群は行方向でＮ個の隣接するディスプレイエレメントを有しており、これらＮ個のディスプレイエレメントの各々はそれぞれ前記Ｎ個の画像源のうちの１つにより駆動され、Ｎは２よりも大きい数であり、マトリックスディスプレイパネルは更に複数の光ディレクタエレメントを有する光ディレクタ手段を具えており、光ディレクタエレメントの各々はそれぞれディスプレイエレメントの１つの群と関連してディスプレイエレメントの出力を互いに異なる角度方向に向けるようになっている自動立体ディスプレイ装置において、
Ｎ個の画像源のうちの少なくとも２つの画像源の各々が画像レンダリング装置を有し、この画像レンダリング装置は、対象物プリミティブデータを蓄積する関連の主メモリを有するホストプロセッサと、関連のディスプレイメモリを有する第１ディスプレイプロセッサとを具えており、ホストプロセッサは対象物プリミティブデータを第１ディスプレイプロセッサに供給する手段を有し、第１ディスプレイプロセッサは画素値の列とディスプレイメモリに適用するための画素アドレスとを対象物プリミティブデータから発生させる手段を有し、Ｎ個の画像源のうちの少なくとも１つが後処理値を有し、この後処理段は前記画像レンダリング装置のうちの１つと結合され且つこれにより発生される画像の画素値に水平方向のシフトを与えるように構成されていることを特徴とする。
ディスプレイエレメントが偶数個である場合には、ディスプレイエレメントの中央の隣接対をそれぞれ画像レンダリング装置により駆動し、他の残りのディスプレイエレメントを後処理段により駆動するのが適している。
このようなマルチビューディスプレイの主たる視聴者は代表的に対話型の役割を奏するようにディスプレイの中心に位置し、２つの中央のビューにのみを見るようにすることが期待される。代表的に受動専用の役割しか奏しない他の視聴者は中心を外れて位置しうる。本発明によれば、２つの中央のビューを２つの３Ｄグラフィックスレンダラにより駆動し、他のビューを合成立体を用いて生ぜしめたビューから取り出すことにより、画質と価格との最適な組合わせを得ることができ、主たる視聴者が最良の座席にすわり、その側方の視聴者は画像のある劣化をこうむるも依然として３Ｄビューを見ることができる。
第１の後処理段の外側にある後処理段は、中央に向かって隣接する後処理段により発生された画素値に水平方向のシフトを与えることにより、これら外側にある後処理段の画素値を発生するように構成するのが適している。換言すれば、各後処理段はその画像を、隣接の後処理段により発生された画像に基づいて発生させる。或いはまた、多数のビューに対し適用すべきオフセットの大きさが問題を生ぜしめるおそれがあるが、後処理段のすべてを、最初のレンダリングされた画像の対から画像を発生するように構成することができる。
本発明の他の特徴及び利点は請求の範囲に記載されており、更に以下の図面に関する実施例の説明から明らかとなるであろう。図中、
図１は、本発明を具体化するマルチビューディスプレイ装置を示し、
図２は、水平方向に離間した２つのビューポイント間の視差のシフト効果を示す線図であり、
図３は、図２のビューポイントの各々から見た３つの重複する画像プリミティブを示し、
図４は、画像レンダリング及びテクスチュアマッピングハードウェアを有し、本発明に用いるのに適した立体ディスプレイ装置のブロック線図であり、
図５は、図４のマッピングハードウェアの奥行きキュー回路を線図的に示し、
図６は、図５の回路に適用しうる種々の奥行きキュー特性を示している。
本発明を具体化する立体視適用を図１に示す。この図１には４ビューディスプレイ装置７０が設けられている。このディスプレイ装置は重畳したレンチキュラースクリーン７４を有するＬＣＤスクリーン装置７２であり、個々のレンチキュラーアレイに対する４つの異なる画像源７６〜７９で駆動される画素配列はビューポイントＶ１〜Ｖ４でそれぞれ４つの画像源７６〜７９の１つからの画像を見ることができるようになっている。この種類の４ビューディスプレイは前述した論文“Multiview ３Ｄ−ＬＣＤ”（Cees van Berkel氏等著）に記載されている。
このようなマルチビューディスプレイの主たる視聴者は代表的に対話型の役割を奏するように図示のようにディスプレイの中心に位置し、その状態で２つの中央のビューＶ２及びＶ３によって与えられる立体画像のみを見るようにすることが期待される。代表的に受動専用の役割しか奏しない他の視聴者は中心を外れて位置しうる。画質と価格との最適な組合せを達成するために、中央の２つのビューＶ２，Ｖ３に対する画像源７７，７８を３Ｄグラフィックスレンダラとし、他のビュー、すなわ画像源７６，７９は単に、レンダラ７７，７８のうちの１つにそれぞれ結合され後に説明するように立体合成によりビューを発生する後処理段とする。従って、主たる視聴者は最良の画質のビューを見ることができ、一方、側方の視聴者はある画像の劣化をこうむる。４つよりも多いビューをディスプレイによって達成する場合には、複数の３Ｄグラフィックスレンダラと複数の合成立体プロセッサとの混成体を以って、例えば価格を廉価にするも画質を高めるようにマルチビューディスプレイを得ることにより装置を拡張し、高画質は中央のビューポイントに向って得られるか或いは予め決定した主たるビューポイントで得られるようにすることができる。
以下の説明から明らかなように、本発明は通常のレンダラとスクリーンスペース３Ｄグラフィックスレンダラとの双方を用いうる。通常のレンダラは、レンダリングするプリミティブ（代表的に三角形）がフレームバッファに順次に書込まれ、最終画像のいかなる画素もそれ自体いかなる時にも書込むことができるレンダラである。スクリーンスペースレンダラはスクリーンをタイルと称するＭ×Ｎ個の画素の小領域に分割し、これには、Ｍをスクリーンの幅としＮを１画素としたいわゆる走査線レンダラを含む。スクリーンスペースレンダラは各タイルに対し、どのプリミティブが当該タイルに寄与するか（すなわち当該タイルによって重複されるか）を決定し、テクスチュアイング処理のようなレンダリング処理を実行し、当該タイルに対する画素値をフレームバッファに書込む。
通常のレンダラ又はスクリーンスペースレンダラは、例えばAddison・Wesleyにより1990年に発行された本“Computer Graphics:Principes and Practice”（James D. Foley氏等著）の第２版（ISBN 0-201-12110-7）の第668〜672頁に記載されているような通常のバッファ法を用いて各スクリーン又はタイルにプリミティブをレンダリングするために奥行きの整列を実行しうる。各画素におけるレンダリング用の最短近接可視プリミティブを、従って出力すべき画素の色を推論するのにｚバッファアルゴリズムが用いられる。スクリーンスペースレンダラは各タイルに対して１個のｚバッファを確保すれば足りるのに対し、通常のレンダラはスクリーンに対し１個のｚバッファを確保する必要がある。
本発明で述べるレンダリング技術は通常のレンダラとスクリーンスペースレンダラとの双方に等しく適用しうるも、スクリーンスペースレンダラを用いる方がそのｚバッファを小型にしうるという点で好ましい。又、上述した技術は通常のｚバッファを用いるレンダラにも限定されない。すなわち、上述した技術は、これらのレンダリング用のプリミティブの特性を（ある方法で）合成して最終の画素の色及び奥行きを決定しうるようにするために、各画素に衝突するレンダリング用のプリミティブの幾つか又は全てを蓄積するレンダラにも適用しうる。この合成を後の解析において最短近接不透明画素情報として考慮することができる。
図２は、適切には立体対を以って構成しうるビューポイント（視点）Ｖ１及びＶ２の対に対し通常の技術ではギャップを生ぜしめる視差効果を示す線図である。視聴者が３Ｄバーチャル環境の２Ｄ変換バージョンを見ているスクリーンを１０で示してあり、このスクリーンの右側の領域が画像領域内の見かけの奥行き（ｚ方向）を表わしている。３つの画像のプリミティブを１２，１４及び１６で示しており、図面を簡単とするために、これら３つのプリミティブのすべてが互いに平行で垂直な平面体であるものと仮定する。奥行き値ｚが最も小さい（従って視聴者に最も近い）プリミティブ１２が半透明であり、他の２つの後方のプリミティブ１４，１６が不透明であるものと仮定する。
それぞれのビューポイントＶ１及びＶ２からの３つのプリミティブのビュー（視像）を図３に示す。これらの画像は以下の問題、すなわち、右目（Ｖ１）に対する画像は完全にレンダリングされるが、左目に対する画像は後処理により発生され、ｘ方向のシフトがプリミティブ１６の領域を覆わない個所でギャップＧがＶ２画像中に現れ、Ｖ１画像データのｚバッファリング中にこのデータがプリミティブ１４の不透明表面により隠かされものとして廃棄されてしまうという問題を示している。視差のシフトにより半透明プリミティブ１２に現われる可能性のある他のギャップ領域をＧ′で示す。ギャップが現われるかどうかは、双方のプリミティブによる色に対する合成値を保つか否か、或いは２つのプリミティブ１２及び１４に対するデータをＧ′領域に対し別に蓄積するか否かに依存する。レンダラは代表的に最短近接不透明プリミティブの奥行きを確保するも、スクリーンスペースレンダラは特に前述した不透明のプリミティブの前方にある半透明の又は部分的に覆われたプリミティブの奥行きのような関連情報を確保することができる。レンダラは代表的に最短近接不透明プリミティブ１４の後方のプリミティブ１６のようなプリミティブを廃棄する。
この欠陥を無くすために、図１の回路におけるレンダラ７８及び７９として用いるための立体画像発生装置は各画素に対し最短近接不透明プリミティブの直後にあるプリミティブに関する情報を確保する。この情報を以後、最短近接オクルーデッド（occluded:妨害された）画素情報と称する。実際上は、最短近接可視画素に対してばかりではなく、最短近接オクルーデッド画素に対してもｚバッファが確保され。従って、最短近接不透明画素に相当する画素（例えばプリミティブ１４の左側エッジ）が合成立体画像の発生中左又は右にシフトされると、（プリミティブ１６の以前に隠された部分に対する）最短近接オクルーデッド画素情報が得られてシフトにより生ぜしめられたギャップに入れられる。最短近接オクルーデッド画素情報は代表的に実際のシーン内容に相当し、従って充填されたギャップは画像のその他の部分に著るしい相関関係にあり、それ自体存在価値のあるものである。
オクルーデッド画素を確保するのは通常のレンダラにとって費用が嵩むものである（しかし禁止されるものではない）。その理由は、実際に、各フレームに対し、２つの全スクリーン用ｚバッファと２つの全スクリーン用フレームバッファとを確保する必要がある為である。スクリーンスペースレンダラは各画素当り数個のレンダリング用プリミティブに対する奥行き情報を予め確保しておくことができ、従って最短近接オクルーデッド画素の確保を比較的廉価に行なうことができる。各画素に対する奥行き及び色情報の２組を所定のタイルにおける画素に対してのみ保持すれば足り、これはスクリーン上のすべての画素に対し上述した２組を確保する価格に比べて可成り廉価となる。
スループットを実時間処理に対し確保するためには、通常のレンダラはオクルーデッド画素を必ずテクスチュアイングし且つ照明（明暗化）する必要があり、従ってそのスループットに損失はないが、フレームバッファ書込み段で行なわれるｚバッファ奥行き整列（ソーティング）を通常と同じ速さで２度行なう必要がある。スクリーンスペースレンダラはテクスチュアイング及び照明の前に奥行き整列を行なう為、奥行き整列中及びその後のそのスループットを２倍にする必要があるが、このようにしない場合のオクルーデッド画素は依然としてテクスチュアイング又は照明する必要がない。
図４は、走査線型立体視レンダリング及びディスプレイ装置を示すブロック線図である。キーボード２１及びトラックボール入力装置２３がユーザから中央処理装置（ＣＰＵ）２５に入力を与える。ジョイスティック、デジタル方式タブレット又はマウスのような他の入力装置を用いることもできる。対象物や、テクスチュアマッピングにより対象物の表面に適用すべき写真画像もカメラ１９のようなビデオ源から入力させることもできる。
ＣＰＵ２５はバス１８を経てディスク貯蔵部２０、ＲＯＭ２２及び主メモリ（ＭＲＡＭ）２４に接続されている。磁気フロッピーディスク、ハードディスク及び／又は光メモリディスクを入れることのできるディスク貯蔵部はデータ（例えば画像又は３Ｄモデルデータ）を蓄積するのに用いられ、このデータを想起及び操作して新たな画像を所望通りに発生させることができる。このようなデータには、前の入力セッションからのユーザの作業及び／又は商業的に発生されたデータを含めることができ、これらを例えば教育又は娯楽のためのコンピュータシミュレーション又は対話型計算機援用設計（ＣＡＤ）に用いることができる。３Ｄ対象物をモデリングするために、上述したデータは一般に２次元画像の形態ではなく多角形モデルデータとして蓄積される。この場合、データは、代表的に３Ｄ“対象物”スペースにおいて多角形面（プリミティブ）の群に分割された対象物を含む３Ｄモデルに相当する。モデルにおける各対象物に対するデータは、対象物を形成するすべての多角形の位置及び特性を与えるリストを有しており、このリストは多角形の頂点の相対位置や多角形面の色又は透明度を含んでいる。他のシステムでは、プリミティブは当該分野で既知のように曲面パッチを有することができる。既知のように、テクスチュアを表面上にマッピングするように特定して、シーンを形成するプリミティブの数を増大させることなくディテールを表すようにすることができる。テクスチュアマップは、例えば（以下に説明するように）画素の色を規定しうる、或いは反射度又は表面法線方向のような他の量を変調しうる変調の２Ｄパターンを規定するテクスチュアエレメント（texel）の蓄積された２Ｄアレイである。これらのテクスチュアマップはディスク貯蔵部２０内に蓄積しておくこともでき、これらのマップを所望に応じ想起する。
ＣＰＵ２５やシステムの他の構成素子が対象物スペース内の３Ｄモデル“ワールド”を、適用によって決定しうる或いはユーザによって制御しうる第１ビューポイント（視点）から（“視聴者”スペースにおける）ユーザのための第１の２次元ビューに変換する。以下に説明するように、後処理により第２ビューを発生させ、第１及び第２ビューを以って（図１に示すような）自動立体ディスプレイスクリーン又はＶＲ型ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）３４上に表示するための立体対を構成する。
上述した変換は、変換、回転、透視投影を実行する幾何変換により行なわれ、一般には頂点座標の行列乗算により行なわれるものであり、ＣＰＵ２５は各プリミティブ又は各頂点に基づいてクリッピング及び照明すなわち明暗（lighting）計算を行なうこともできる。ＲＯＭ２２及びＭＲＡＭ２４はＣＰＵ２５に対するプログラムメモリ及び作業スペースを構成しており、ＣＰＵ２５を援助してすべてのしかし最も簡単なモデルを２次元のシーンに変換するのに要する多数の演算を実行するために特別な処理用のハードウェア２６を設けることができる。このハードウェア２６は標準の演算回路を有するようにするか、或いはより一層パワフルな、顧客の仕様に沿って形成した又はプログラム可能なデジタル信号処理用集積回路を有するようにでき、このハードウェア２６はバス１８を経てＣＰＵ２５に接続することができる。ハードウェア２６の特性は例えば速度、解像度、シーン当たりのプリミティブの数等に対してシステムの条件に依存している。
ＣＰＵ２５の出力端（バス１８を介する）と対のうちの左側画像に対するディスプレイメモリ（ＶＲＡＭＬ）３０の入力端との間にはディスプレイ処理ユニット（ＤＰＵ）２８が接続されている。ディスプレイメモリ３０は画素データ（ＣＯＬＬ）をラスタ走査フォーマットで蓄積する。画素データＣＯＬＬには代表的に、各画素に対し所望の画素の赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）成分に相当する３つの８ビット値（合計で２４ビット）を含めることができる。他の例では、より少ない又はより多いビットを与えることができ、又はこれらビットを用いて色を異なる成分（例えばＹＵＶ）によって規定することができること当業者にとって明らかである。
ＤＰＵ２８では、プリミティブを“走査変換”し、最終の左側画像を一時に１ラインづつ左側ディスプレイメモリ３０内に入れうるようにする。走査変換は、画像全体をディスプレイへの出力のために走査するのと同様に、各プリミティブが覆う画素を行順序に且つ画素順序に書込む処理である。
ＤＰＵ２８は第１走査線バッファ６０、第２走査線バッファ６２及び第３走査線バッファ６４に結合され、第１走査線バッファ６０は画素に寄与する各プリミティブの相対ｚ値に基づいて隠れた表面の除去を達成する。プリミティブ画素は“被覆”されている為、すなわち奥行きの短い不透明画素は第１走査線バッファ６０内のその個所に書込まれる為、変位したプリミティブ画素は第２走査線バッファ６２内の対応する位置にコピーされる。当該走査線に対応するすべてのプリミティブが考慮されると、バッファ６０内の画素値が単にＶＲＡＭＬ３０の対応するラインに読出される。バッファ６２内の画素値は各画素位置における第１オクルーデッドプリミティブに対する値を表わす。
対のうちの右側画像を発生させるために、バッファ６０及び６２内の画素値に、個々の画素のそれぞれの奥行き値によって決定される量だけｘ方向のシフトを与え、次にこれらの値をバッファ６４内の新たな位置に入れる。前述したように、この位置に、より近い不透明画素が既に存在しない場合のみ値を入れることができる為、バッファ６２からの大部分の値は棄却されてバッファ６０からの値を選ぶも、視差のシフトが（図３におけるような）ギャップに導入される場合には、第１オクルーデッドプリミティブに対する必要な画素値は一般にバッファ６２から与えられる。
すべての値がバッファ６４内に書込まれると、得られる内容はシフトされた右側画像における対応するラインに対する正しい画素値を有し、データは第２ディスプレイメモリ６６（ＶＲＡＭＲ）に直接書込まれる。
タイミングユニット（ビデオコントローラ）３２は、２つのＶＲＡＭＬ３０及びＶＲＡＭＲ６６内の画素データをＨＭＤ３４内のそれぞれのディスプレイスクリーンのラスタ走査と同期してアドレスする読出アドレス信号ＸＤ及びＹＤを発生する。これらのアドレス信号に応答してＶＲＡＭＬ３０及びＶＲＡＭＲ６６内の位置が行順序及び列順序で走査され、それぞれのカラー値ＣＯＬＤＬ及びＣＯＬＤＲを読出し、これらカラー値をディスプレイ変換器３６，６８に供給し、これら変換器は画素データＣＯＬＤＬ及びＣＯＬＤＲを、ＨＭＤ３４に供給するための適切な形態の信号に変換し、このＨＭＤ３４はタイミングユニット３２からタイミング信号（ＳＹＮＣ）をも受ける。構成素子３０，３２，３６，６６，６８の形態及び／又は動作は異なるディスプレイ装置、例えば自動立体ディスプレイに対し変えることができること容易に理解しうるであろう。
画素値ＣＯＬは、プリミティブの基本表面色が対象物の表面の属性（例えば透明度、拡散反射度、鏡面反射度）や３Ｄ環境の属性（例えば光源の形状及び位置）を写実的に考慮するように変調されるようにして発生される。この変調のあるものはプリミティブデータが入れられたパラメータから算術的に発生させ、例えば曲面をシミレートするように平滑に変化するシェーディング（陰影）を生じるようにすることができる。しかし、より細かい変調を生ぜしめ且つ奥行きキューを画像に導入するのを容易にするために、マッピングハードウェアを設け、予めテクスチュアメモリ４１内に蓄積された予め決定されたパターンに基づいた変調値ＭＯＤを生じるようにする。
この目的のために、ＤＰＵ２８がテクスチュア座標Ｕ及びＶの対を画素（ディスプレイ）座標Ｘ及びＹの各対に対し発生させ、変調パターンがプリミティブ表面上にマッピングされ、幾何変換をテクスチュアスペースから対象物スペース内に且つ対象物スペースから視聴者（ディスプレイ）スペース内に実行するようにする。テクスチュアイングはバッファ６０，６２による整列後に行なって、明確にオクルージョン（妨害）されたプリミティブ領域をレンダリングする無駄を回避することに注意すべきである。
テクスチュア座標Ｕ及びＶは後に説明するようにしてマッピングハードウェア内で処理され、テクスチュアメモリ４１に供給され、変調値ＭＯＤが、アドレスされている各画素位置Ｘ，Ｙに対し得られるようにする。一般的には、値ＭＯＤがたとえカラー値であっても、これらの値をＤＰＵ２８内で写実的な照明すなわち明暗効果を考慮するように修正する必要がある。より一般的な場合には、変調値ＭＯＤをＤＰＵ２８内で他のパラメータと一緒に用いて画素値ＣＯＬＬ及びＣＯＬＲをあまり直接的でなく修正するようにする。
テクスチュアメモリ４１内で表されるテクスチュアエレメントは一般にディスプレイの画素に１対１で対応せず、特にプリミティブを距離で示し従ってテクスチュアを極めて少数の画素上にマッピングする場合には、簡単な二次抽出法を用いた場合に生じるであろうエイリアシング効果を回避するのに空間フィルタリングが必要となる。
実時間の動画像を合成する必要がある装置では一般化されたフィルタを経済的に適用できないことが知られており、これに対する通常の解決策は、所定のパターンに対し数個の２Ｄアレイ（以後“マップ”と称する）を蓄積し、各マップは順次に小さくなり且つ順次に低解像度となるようにプレフィルタリングされるようにすることである。従ってＤＰＵ２８は使用する適切なマップを決定するのにレベル座標Ｌを生ぜしめる必要があるだけである。コンパクトな蓄積及びテクスチュアエレメント値に対する高速アクセスのためには、マップを２のべき乗の寸法を有する正方形に選択し“ＭＩＰ（multum in parvo）マップ”技術に応じて正方形のテクスチュアメモリ内に蓄積することができる。
図４は、テクスチュアメモリ４１内にＭＩＰマップとして蓄積されたテクスチュアピラミッドの色成分Ｒ，Ｇ及びＢを示している。最大（最高解像度）マップ（Ｌ＝０）は例えば５１２×５１２個のテクスチュアエレメントを有することができ、Ｌ＝１のマップは２５６×２５６個のテクスチュアエレメントを有し、以下各マップが１つのテクスチュアエレメントとなるＬ＝９まで降下する。例示のために、各テクスチュアエレメント値がＲ，Ｇ及びＢの色成分の各々に対し８ビット値を有するものと仮定すると、テクスチュアメモリ４１の全体の寸法は１メガバイトとなる。
テクスチュアエレメント値は、ＣＰＵ１４によってバス１８及びメモリ４１の書込ポート４３を介してレンダリングする前にメモリ４１内に蓄積しておく。各テクスチュアエレメント値を読出す場合、ＤＰＵ２８が２Ｄ座標対を発生する。この座標対の各座標（Ｕ，Ｖ）は少なくとも長さ９ビットの整数部を有する。これと同時にＤＰＵ２８がレベル座標Ｌを発生し、このレベル座標Ｌは、奥行きキュー回路４０による修正を条件として、テクスチュアメモリ４１の読出アドレスポート４４及び４５にそれぞれ供給するための物理座標Ｕ′及びＶ′を“仮想”座標Ｕ及びＶから発生させるのに用いられる。メモリ４１は各物理座標対Ｕ′，Ｖ′に応答して、アドレスされたテクスチュアエレメントのＲ，Ｇ及びＢ成分を（２４ビットの）読出ポート４６を経て発生させる。
メモリ４１内のＭＩＰマップの２次元２進木構造のために、必要とする物理座標Ｕ′及びＶ′を２進シフト回路４７及び４８の対により簡単に発生させることができ、シフト回路はレベル座標Ｌにより規定された位置数だけ座標をそれぞれ右にシフトさせる。特に、Ｌ＝０が最高レベルを表す場合、レベル０のマップにおける所定のテクスチュアエレメントに相当するアドレスをレベルＬのマップにおける対応するテクスチュアエレメントの物理アドレスに変換することができ、これはＵ及びＶ座標をＬ個の位置だけ右にシフトさせ、各座標を２Ｌだけ有効にスケールダウンさせることにより達成される。非修正レベル座標Ｌはプリミティブデータの一部としてＤＰＵ２８に供給することができるも、マッピングに透視を考慮する必要がある場合には、レベル座標ＬはＤＰＵ内でＸ，Ｙに対するＵ，Ｖの偏導関数に依存させて各画素に基づいて発生させるのがより好ましい。
図４では、奥行きキュー回路４０を、ＤＰＵ２８に結合された個別のユニットとして示してあるが、その機能をＤＰＵ内のソフトウェアで同様に実行しうることができること明らかである。この回路４０は図５に線図的に示すように、非修正レベル座標Ｌ、焦点奥行きＦ及び画素奥行きＺに対する入力端を有する。焦点奥行きＦは、視聴者が焦点を合わせようとしている２Ｄディスプレイ画像内のみかけの奥行きを特定する。Ｆの値は固定とすることも、或いは特定の適用分野で必要とするように、適用制御に基づいて又はユーザ入力に応答して可変とすることもできる。画素奥行きは表示画像の各画素に対し、発生されたディスプレイ座標Ｘ及びＹと同期して供給されるもので、３Ｄワールドモデルの２Ｄディスプレイ画像への変換中にＤＰＵ２８により生ぜしめられる。
算術段８０は画素奥行き及び焦点奥行き間の分離度の関数として出力値ＦＳを生じ、この値が加算回路８２において非修正レベル座標Ｌに加えられ、修正された座標レベルＬ′を生じる。加算回路の出力側にはリミッタ段８４を設け、修正された座標Ｌ′がテクスチュアメモリ４１により維持されるレベルの範囲内に入るようにするのが適している。算術段８０によって行なわれる特定の関数は、図６に分離度（Ｆ−Ｚ）に対するＦＳのグラフにＡ，Ｂ及びＣで例示するように所望の奥行きキュー特性に応じて変えることができる。一般的な特性は、焦点奥行きＦにある又は焦点奥行きＦの近くにある画素奥行きに対し、ＦＳの値が零でＬ′＝Ｌとなり、これらの画素が“適切な”テクスチュア解像度を有するも、テクスチュアは他の奥行きではブラーイング状態になる特性である。
マッピングハードウェアがピラミッド型データ構造の２つのマップレベル間の補間によりテクスチュア値を発生させる補間器（図示せず）を有する場合には、例Ａ及びＢで示すようにＬ′を非整数値にすることができる（例Ａ及びＢはテクスチュメモリに対するＬの最大値に達した際のリミッタ段８４の効果をも示している）。Ｌ（従ってＬ′）の整数値のみが維持される場合には、ＦＳも同様に例Ｃで示すように整数値となるように強制される。
当業者にとっては上述したところからその他の変形を行なうことができること明らかである。このような変形には自動立体ディスプレイ装置及びその部品で既に知られている他の特徴を含めることができ、これらの他の特徴は前述した特徴の代わりに又はこれに加えて用いることができる。

Claims

マトリックスディスプレイパネルと結合されたＮ個の画像源を有する自動立体ディスプレイ装置であって、マトリックスディスプレイパネルは、行及び列方向で行及び列に延在し、且つ群に配置されたディスプレイエレメントのアレイを有しており、各群は行方向でＮ個の隣接するディスプレイエレメントを有しており、これらＮ個のディスプレイエレメントの各々はそれぞれ前記Ｎ個の画像源のうちの１つにより駆動され、Ｎは２よりも大きい数であり、マトリックスディスプレイパネルは更に複数の光ディレクタエレメントを有する光ディレクタ手段を具えており、光ディレクタエレメントの各々はそれぞれディスプレイエレメントの１つの群と関連してディスプレイエレメントの出力を互いに異なる角度方向に向けるようになっている自動立体ディスプレイ装置において、
Ｎ個の画像源のうちの少なくとも２つの画像源の各々が画像レンダリング装置を有し、この画像レンダリング装置は、対象物プリミティブデータを蓄積する関連の主メモリを有するホストプロセッサと、関連のディスプレイメモリを有する第１ディスプレイプロセッサとを具えており、ホストプロセッサは対象物プリミティブデータを第１ディスプレイプロセッサに供給する手段を有し、第１ディスプレイプロセッサは画素値の列とディスプレイメモリに適用するための画素アドレスとを対象物プリミティブデータから発生させる手段を有し、Ｎ個の画像源のうちの少なくとも１つが後処理値を有し、この後処理段は前記画像レンダリング装置のうちの１つと結合され且つこれにより発生される画像の画素値に水平方向のシフトを与えるように構成されていることを特徴とする自動立体ディスプレイ装置。
請求の範囲１に記載の自動立体ディスプレイ装置において、Ｎ＝２（Ｍ＋１）及びＭ＝１，２，３・・・等とし、ディスプレイエレメントのうちの中央の隣接対がそれぞれの画像レンダリング装置により駆動され、残りのディスプレイエレメントが後処理段により駆動されるようになっていることを特徴とする自動立体ディスプレイ装置。
請求の範囲２に記載の自動立体ディスプレイ装置において、第１の後処理段の外側の後処理段は、中央に向かって隣接する後処理段により発生される画素値に水平方向のシフトを与えることによりそれぞれの画素値を発生するようになっていることを特徴とする自動立体ディスプレイ装置。
請求の範囲１に記載の自動立体ディスプレイ装置において、画像レンダリング装置のディスプレイプロセッサが、プリミティブデータを整列させて第１の２Ｄ画像の各画素当り最短接近不透明プリミティブを選択し、選択した画素データを第１のディスプレイメモリに書込み、より大きな奥行きを有する棄却された画素プリミティブデータを出力するように構成された第１のｚバッファを具えており、これに接続された後処理段が、
第１のｚバッファからの出力された棄却された画素プリミティブデータを受けるように結合され、受けたデータから各画素当りの最短近接不透明プリミティブを選択するように構成された第２のｚバッファと、
第１及び第２のｚバッファで選択された画素プリミティブデータの座標に、各画素当り当該画素の奥行き値によって決定される量だけ、前記２次元のうちの１つの次元における位置的オフセットを与えるように構成した位置オフセット手段と、
この位置オフセット手段からシフトした画素プリミティブデータを受けて各画素当りの優先寄与度を選択し、選択した画素データを第２のディスプレイメモリに書込むように結合された第３のｚバッファと
を具えていることを特徴とする自動立体ディスプレイ装置。
請求の範囲４に記載の自動立体ディスプレイ装置において、画像レンダリング装置に対し、前記ホストプロセッサに関連する主メモリが更に対象物プリミティブテクスチュアの定義を保持し、前記ディスプレイプロセッサがテクスチュアメモリを有し、
前記ホストプロセッサが更に、レベル座標のそれぞれの値により規定された解像度の少なくとも２つのレベルで所定の２Ｄ変調パターンを表わすテクスチュアエレメント値の複数の２Ｄアレイを有するテクスチュアエレメント値の少なくとも１つのピラミッド型又は部分ピラミッド型アレイをテクスチュアメモリ内に蓄積する手段を有しており、
対象物プリミティブデータをディスプレイプロセッサに供給する前記の手段が、テクスチュアメモリ内のピラミッド型アレイ内に蓄積されたテクスチュアエレメント値に応じて変調のパターンを対象物プリミティブに与える必要があるという指示を有しており、
ディスプレイプロセッサは更に、少なくとも第１のディスプレイメモリに適用するための画素アドレスの列と、各々が関連のレベル座標を有する複数の２Ｄテクスチュア座標対の対応する列とを対象物プリミティブデータから発生させて、関連のレベル座標により規定される解像度のレベルで対象物プリミティブ上に、蓄積された変調パターンのマッピングを行なうようにする手段と、
各々の前記の関連のレベル座標に対するオフセットを発生させ、且つ受けた座標対と、関連のレベル座標とこれに対し発生されたオフセットとの合計とから前記テクスチュアメモリアドレスを発生させるように動作しうる手段と、
焦点奥行き値を受ける入力端とを具え、
オフセットを発生させるように動作しうる前記手段は、受けた焦点奥行き値により決定される大きさをそれぞれ有する前記オフセットを発生するように構成されていることを特徴とする自動立体ディスプレイ装置。
請求の範囲５に記載の自動立体ディスプレイ装置において、この自動立体ディスプレイ装置が更に、前記ホストプロセッサに結合されたユーザ可動作入力手段を有し、前記ホストプロセッサは、前記入力手段からの信号に応じて前記焦点奥行き値を発生させるとともに、この焦点奥行き値を変え且つこの焦点奥行き値を前記又は各ディスプレイプロセッサに出力するように構成されていることを特徴とする自動立体ディスプレイ装置。