JP4183082B2 - ３次元画像描画装置および３次元画像描画方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば携帯ゲーム機などのような携帯電子機器などに用いられ、その２次元表示画面上に３次元画像（３Ｄ画像）を描画する３次元画像描画装置および３次元画像描画方法に関する。

従来より、例えば携帯ゲーム機などの２次元表示画面上に３次元物体を描画する際に、画像は一般的にドット（画素）で構成されることから、そのエッジ部分がギザギザになり、表示品位が落ちるというエイリアシングと言われる現象が生じている。

このようなエイリアシングを減じてエッジをスムースにするアンチエイリアシング方法として、主に、スーパーサンプリング法とフィルタリング法とが用いられている。

スーパーサンプリング法とは、予め２次元表示画面のドットサイズに対して縦Ｎ倍×横Ｍ倍の画像を生成しておき、その後、Ｎ画素×Ｍ画素の色データをブレンディングして表示画像を得る方法である。

フィルタリング法とは、画像データにおける各ドットの色データ（目標データ）に対して、重み付けされた係数値を元に、その周囲のドットの色データとブレンディングして表示画像を得る方法である。このようなアンチエイリアシング方法は、例えば特許文献１にて詳細に提案されている。

３次元物体を２次元表示画面上に表示する際に、球や曲線などの３次元画像（３Ｄ画像）は、計算を容易にするために、例えば、多数の三角形や四角形を用いて表示（表現）される。この三角形や四角形は、ポリゴンと言われている。このポリゴンは、多数のドット（画素）によって構成されている。
特開平４−２３３０８６号公報

上記従来のスーパーサンプリング法では、エイリアシング除去性能は高いが、表示画面の画素数に対してＮ×Ｍ倍のメモリ容量が必要とされる。また、画像描画時間についても、Ｎ×Ｍ倍以上の時間が必要とされるため、処理に時間がかかってリアルタイム処理には適していない。

一方、上記従来のフィルタリング法では、スーパーサンプリング法に比べて処理に時間がかからないためリアルタイム処理に適しているものの、全体的に画像がぼやけてしまうため、画像表示品位が低くなるという問題がある。

本発明は、上記従来の問題を解決するもので、必要とされるメモリ容量がスーパーサンプリング法に比べて少なくかつ高速にエイリアシングを減じて、画像表示品位の高い３次元画像を生成できる３次元画像描画装置および３次元画像描画方法を提供することを目的とする。

本発明の３次元画像描画装置は、３次元物体を構成するポリゴンを２次元表示画面上に描画する３次元画像描画装置において、該２次元表示画面を構成する各画素の一部または全部がそれぞれ、視点から見て一番手前にある第一ポリゴンに属する場合に、該第一ポリゴンの情報に情報記憶手段の記憶内容を更新して隠面消去処理を行う隠面消去部と、該第一ポリゴンの一部情報として、該第一ポリゴンのエッジ上に各画素が位置するか否かを示すエッジ識別情報と、該第一ポリゴンの各画素に占める面積率とに基づいて、該第一ポリゴンの他の一部情報としての色情報から各画素の色情報を求め、これを画素データとして出力するブレンディング部とを備え、該ブレンディング部は、該第一ポリゴンのエッジ上に各画素が位置する場合に、該第一ポリゴンの色情報と、視点から見て二番目に手前にある第二ポリゴンの色情報とを混合して、該エッジ上の各画素の色情報を求め、これを画素データとして出力するものであり、そのことにより上記目的が達成される。

また、好ましくは、本発明の３次元画像描画装置における隠面消去部は、前記各画素がそれぞれ、前記第一ポリゴンに属しかつ、視点から見て二番目に手前にある第二ポリゴンに属する場合に、該第二ポリゴンに関する情報記憶手段の記憶内容を該第二ポリゴンの情報にさらに更新し、前記ブレンディング部は、該第一ポリゴンの一部情報として、前記エッジ識別情報と面積率とに基づいて、該第一ポリゴンの他の一部情報としての色情報と、該第二ポリゴンの一部情報としての色情報とを混合して各画素の色情報を求め、これを画素データとして出力する。

さらに、好ましくは、本発明の３次元画像描画装置における情報記憶手段は、前記第一ポリゴンの色情報を格納する第一カラー記憶手段と、該第一ポリゴンの奥行き値を格納する第一デプス記憶手段と、該第一ポリゴンのエッジ上に各画素が位置するか否かを示すエッジ識別情報を格納するエッジ識別情報記憶手段と、該第一ポリゴンの各画素に占める面積率を格納する混合係数記憶手段と、視点から見て二番目に手前にある第二ポリゴンの色情報を格納する第二カラー記憶手段と、該第二ポリゴンの奥行き値を格納する第二デプス記憶手段とを有し、前記隠面消去部は、該第一ポリゴンの情報として、該第一ポリゴンの色情報、該第一ポリゴンの奥行き値、該エッジ識別情報および面積率を求め、該第二ポリゴンの情報として、該第二ポリゴンの色情報および奥行き値を求める。

さらに、好ましくは、本発明の３次元画像描画装置における隠面消去部は、前記ポリゴンの視点座標系に変換された端点情報と色情報とを含む図形データが入力され、前記各画素についてそれぞれ、該ポリゴンの端点情報から奥行き値を求め、該奥行き値に基づいて、前記各画素の一部または全部がそれぞれ、視点から見て一番手前にある第一ポリゴンに属するかまたは／および、視点から見て二番目に手前にある第二ポリゴンに属するかを判定するポリゴン判定手段を有する。

さらに、好ましくは、本発明の３次元画像描画装置における隠面消去部は、前記各画素の一部または全部がそれぞれ前記第一ポリゴンに属する場合には、前記第一ポリゴンの情報を元に、前記第一カラー記憶手段、第一デプス記憶手段、エッジ識別情報記憶手段、混合係数記憶手段、第二カラー記憶手段および第二デプス記憶手段の各記憶内容を更新する。

さらに、好ましくは、本発明の３次元画像描画装置における隠面消去部は、前記各画素がそれぞれ前記第一ポリゴンおよび第二ポリゴンに属する場合には、第二ポリゴンの情報を元に前記第二カラー記憶手段および第二デプス記憶手段の各記憶内容をさらに更新する。

さらに、好ましくは、本発明の３次元画像描画装置におけるブレンディング部は、前記エッジ識別情報記憶手段および混合係数記憶手段の各記憶内容に基づいて、該第一カラー記憶手段の記憶内容と該第二カラー記憶手段の記憶内容とを混合して各画素の色情報を求め、これを画像データとして出力する。

さらに、好ましくは、本発明の３次元画像描画装置における第一カラー記憶手段、第一デプス記憶手段、エッジ識別情報記憶手段、混合係数記憶手段、第二カラー記憶手段および第二デプス記憶手段はそれぞれ、前記表示画面における１ライン分の記憶容量を有し、前記隠面消去部およびブレンディング部は１画面の１ライン毎に処理を行う。

本発明の３次元画像描画方法は、３次元物体を構成するポリゴンを２次元表示画面上に描画する３次元画像描画方法において、該表示画面を構成する各画素について、視点から見て一番手前にある第一ポリゴンと視点から見て二番目に手前にある第二ポリゴンとの各情報の少なくともいずれかを求める第一ステップと、該第一ポリゴンのエッジ上に各画素が位置するか否かを示すエッジ識別情報と、該第一ポリゴンの各画素に占める面積率に基づいて、該第一ポリゴンの色情報と該第二ポリゴンの色情報とを混合して各画素の色情報を求め、これを画像データとして出力する第二ステップとを有し、該第二ステップは、該第一ポリゴンのエッジ上に各画素が位置する場合に、該第一ポリゴンの色情報と該第二ポリゴンの色情報とを混合して、該エッジ上の各画素の色情報を求め、これを画像データとして出力するものであり、そのことにより上記目的が達成される。

また、好ましくは、本発明の３次元画像描画方法における第一ステップは、前記ポリゴンの視点座標系に変換された端点情報と色情報とを含む図形データが入力されて、前記各画素について、前記ポリゴンの端点情報から奥行き値を求め、該奥行き値に基づいて、該第一ポリゴンの色情報と、該第一ポリゴンの奥行き値と、該第一ポリゴンのエッジ上に各画素が位置するか否かを示すエッジ識別情報と、該第一ポリゴンの各画素に占める面積率と、該第二ポリゴンの色情報と、該第二ポリゴンの奥行き値とを求める。

上記構成により、以下に、本発明の作用について説明する。

本発明にあっては、３次元物体を構成するポリゴンを２次元表示画面上に描画する際に、各画素について、所定の視点から見て、複数のポリゴンのうち、手前側にあるポリゴン（第一ポリゴン）と、所定の視点から見て第一ポリゴンの次に（奥側）にあるポリゴン（第二ポリゴン）の色に着目し、二つの色を混合（ブレンディング）した色によってエッジ部を表示させることにより、エッジのギザギザ感を目立たなくするアンチエイリアシング処理が行われる。

隠面消去部では、まず、３次元物体を構成するポリゴンの視点座標系に変換された端点情報と色情報とを含む図形データを用いて、各画素について、ポリゴンの端点情報から求めた奥行き値に基づいて、第一ポリゴンと第二ポリゴンとの各情報が求められて記憶手段に格納される。第一ポリゴンと第二ポリゴンとの各情報として、第一ポリゴンの色情報が第一カラー記憶手段に格納され、第一ポリゴンの奥行き値が第一デプス記憶手段に格納され、第一ポリゴンのエッジ上に各画素が位置するか否かがエッジ識別情報記憶手段に格納され、第一ポリゴンの各画素に占める面積率（混合係数）が混合係数記憶手段に格納される。また、第二ポリゴンの色情報が第二カラー記憶手段に格納され、第二ポリゴンの奥行き値が第二デプス記憶手段に格納される。

ブレンディング部では、第一ポリゴンのエッジ上に各画素が位置する場合に、混合係数に基づいて、第一ポリゴンの色情報と第二ポリゴンの色情報とが混合されて、各画素の色情報が求められる。

これにより、各画素は、第一ポリゴンのエッジ部において、エッジ識別情報と画素に対する面積率に基づいて第一ポリゴンの色情報と第二ポリゴンの色情報とが混合されて表示されるので、フィルタリング法を用いた場合のように画像がぼけるのを抑制できる。また、混合される色情報は、各画素について第一ポリゴンの色情報と第二ポリゴンの色情報の二つであるので、従来のスーパーサンプリング法のように大容量の記憶容量および長い処理時間は不要であり、高速にアンチエイリアシング処理を行うことができる。

また、第一カラー記憶手段、第一デプス記憶手段、エッジ識別情報記憶手段、混合係数記憶手段、第二カラー記憶手段および第二デプス記憶手段として、表示画面における１ライン分の容量を設けて、隠面消去部およびブレンディング部によって、１画面の１ライン毎に処理を行わせることもできる。これにより、必要となるメモリ量を更にわずかとすることができるため、例えば携帯ゲーム機などの携帯電子機器などに本発明の３次元画像描画装置を容易に搭載可能となる。

本発明によれば、３次元物体を構成するポリゴンの視点座標系に変換された端点情報と色情報とを含む図形データが入力されて、ポリゴンの奥行き値に基づいて隠面消去処理が行われて、各画素について、視点から見て一番手前にある第一ポリゴンと視点から見て二番目に手前にある第二ポリゴンとの各情報が求められ、第一ポリゴンの色情報、エッジ識別情報および画素に対する面積率と、第二ポリゴンの色情報を記憶手段に格納させる。第一ポリゴンのエッジ識別情報と画素に対する面積率に基づいて、第一ポリゴンの色情報と第二ポリゴンの色情報とをブレンディングすることによって、エイリアシングが少ない画像を描画させることができる。したがって、従来技術であるスーパーサンプリング法のように大量の記憶領域や処理時間を必要とすることなく、また、他の従来技術であるフィルタリング法のように全体がぼけた画像になることもなく、アンチエイリアシング処理を行うことができる。

以下に、本発明の３次元画像描画装置および３次元画像描画方法の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の３次元画像描画装置の一実施形態における要部構成を示すブロック図である。

図１において、３次元画像描画装置１０は、隠面消去回路で構成される隠面消去部１、ブレンディング回路で構成されるブレンディング部２、第一カラー記憶手段としての第一カラーバッファ３、第一デプス記憶手段としての第一デプスバッファ４、エッジ識別情報記憶手段としてのエッジ識別バッファ５、混合係数記憶手段としての混合係数バッファ６、第二カラー記憶手段としての第二カラーバッファ７および、第二デプス記憶手段としての第二デプスバッファ８を有し、３次元物体を構成するポリゴンを２次元表示画面上に描画する。これらの各バッファ３〜８により情報記憶手段が構成されている。

隠面消去部１は、３次元物体を構成するポリゴンの視点座標系に変換された端点情報および色情報を含む入力図形データに基づいて、該表示画面を構成する各画素について、３次元物体を構成するポリゴンの端点情報から奥行き値を求め、この奥行き値に基づいて、視点から見て一番手前にある第一ポリゴンと二番目に手前にある第二ポリゴンとを求めて、該第一ポリゴンの情報を元に該第一カラーバッファ３、第一デプスバッファ４、エッジ識別バッファ５および混合係数バッファ６の各データを更新し、第二ポリゴンの情報を元に第二カラーバッファ７および第二デプスバッファ８の各データを更新する。ここで、隠面消去処理とは、本発明の３次元画像描画装置１０において、視点から見て一番手前にあるポリゴン（第一ポリゴン）の裏側にあるポリゴン（第二ポリゴン）の情報を隠面消去する処理である。

即ち、隠面消去部１は、奥行き値に基づいて、各画素の一部または全部がそれぞれ、視点から見て一番手前にある第一ポリゴンに属するかまたは／および、視点から見て二番目に手前にある第二ポリゴンに属するかを判定するポリゴン判定手段（図示せず）を有している。また、隠面消去部１は、各画素の一部または全部がそれぞれ第一ポリゴンに属する場合には、第一ポリゴンの情報を元に、第一カラーバッファ３、第一デプスバッファ４、エッジ識別バッファ５、混合係数バッファ６、第二カラーバッファ７および第二デプスバッファ８の各記憶内容を更新する記憶内容更新手段（図示せず）を有している。さらに、隠面消去部１は、各画素がそれぞれ第一ポリゴンおよび第二ポリゴンに属する場合には、第二ポリゴンの情報を元に第二カラーバッファ７および第二デプスバッファ８の各記憶内容をさらに更新する記憶内容更新手段（図示せず）を有している。

ブレンディング部２は、上記隠面消去処理が行われた後のエッジ識別バッファ５および混合係数バッファ６の各データに基づいて、第一ポリゴンのエッジ部分において、第一ポリゴンの色情報と第二ポリゴンの色情報とをブレンディングして各画素の色情報を求め、エイリアシングが低減された画像データを出力する。

第一カラーバッファ３には視点から見て一番手前にある第一ポリゴンの色情報が格納される。

第一デプスバッファ４には第一ポリゴンの奥行き値が格納される。

エッジ識別バッファ５には第一ポリゴンのエッジ上に各画素が位置するか否かを示すエッジ識別情報が格納される。

混合係数バッファ６には第一ポリゴンの各画素に占める面積率が格納される。

第二カラーバッファ７には視点から見て二番目に手前にある第二ポリゴンの色情報が格納される。

第二デプスバッファ８には第二ポリゴンの奥行き値が格納される。

図２および図３は、二つのポリゴンＡＢＣとポリゴンＤＥＦとを描画した場合について、隠面消去部１による隠面消去処理の各過程を説明するための図である。

図２（ａ）は一つ目のポリゴンＡＢＣを図１の隠面消去部１で処理したときの第一カラーバッファ３の値、図２（ｂ）は一つ目のポリゴンＡＢＣを図１の隠面消去部１で処理したときの第二カラーバッファ７の値、図２（ｃ）は一つ目のポリゴンＡＢＣを図１の隠面消去部１で処理したときのエッジ識別情報バッファ５の値、さらに、図２（ｄ）は一つ目のポリゴンＡＢＣを図１の隠面消去部１で処理したときの混合係数バッファ６の値を示している。

即ち、第一カラーバッファ３には、図２（ａ）に示すように、ポリゴンＡＢＣに含まれる各画素に対応してポリゴンＡＢＣの色情報が格納され、ポリゴンＡＢＣに含まれない画素には、初期化された色情報が格納される。第二カラーバッファ７には、図２（ｂ）に示すように、初期化された色情報のみが格納されている。これらの図において、色情報が格納されている画素にハッチングが施されている。

図２（ｃ）に示すように、エッジ識別情報バッファ５には、ポリゴンＡＢＣのエッジ上に位置する画素に「１」が格納され、それ以外の画素には「０」が格納されている。また、図２（ｄ）に示すように、混合係数バッファ６には、ポリゴンＡＢＣに含まれる各画素にポリゴンが占める面積率が１００％（黒色）〜０％（白色）として格納されている。

図２のように処理された状態から、さらに二つ目のポリゴンＤＥＦを隠面消去部１で処理した一例を図３に示す。図３のポリゴンＤＥＦ（第二ポリゴン）はポリゴンＡＢＣ（第一ポリゴン）よりも視点から見て手前に位置するものとする。このとき、ポリゴンＡＢＣとポリゴンＤＥＦとが重なる領域では、視点から見て一番手前にあるポリゴンＤＥＦの色情報が図３（ａ）に示す第一カラーバッファ３に格納され、視点から見て二番目に手前（裏側）にあるポリゴンＡＢＣの色情報は図３（ｂ）に示す第二カラーバッファ７に格納される。また、図３（ｃ）および図３（ｄ）に示すエッジ識別バッファ５と混合係数バッファ６についても、それぞれ視点から見て一番手前にあるポリゴンの情報がそれぞれ格納される。

即ち、図３（ａ）では、図２のように処理された状態から、さらに二つ目のポリゴンＤＥＦを隠面消去部１で処理したときの第一カラーバッファ３の値、図３（ｂ）では、図２のように処理された状態から、さらに二つ目のポリゴンＤＥＦを隠面消去部１で処理したときの第二カラーバッファ７の値、図３（ｃ）では、図２のように処理された状態から、さらに二つ目のポリゴンＤＥＦを隠面消去部１で処理したときのエッジ識別情報バッファ５の値、さらに、図３（ｄ）では、図２のように処理された状態から、さらに二つ目のポリゴンＤＥＦを隠面消去部１で処理したときの混合係数バッファ６の値を示している。

以上のようにして、隠面消去部１によって各面消去処理が行われた後、次に、ブレンディング部２によってエッジ識別情報バッファ５の値および混合係数バッファ６の値に基づいて第一カラーバッファ３の色情報と第二カラーバッファ７の色情報とがブレンディングされると、図４に示すようなブレンディング部２によるブレンディング処理の結果画像が得られる。

次に、図５〜図７のフローチャートを参照しながら、隠面消去部１の動作についてさらに詳細に説明する。

図５は、図１の隠面消去部１によって実行される隠面消去処理と各種ポリゴン情報記憶処理の概要を説明するためのフローチャートである。

図５に示すように、まず、ステップＳ１では、各バッファ３〜８がそれぞれ初期化される。各バッファ３〜８の初期化処理はそれぞれ、各バッファ３〜８において、各画素に対応する情報が記憶される領域の全てに対して、指定された値を書き込むことによって行われる。

例えば第一カラーバッファ３および第二カラーバッファ７は、予め設定されたある所定の色情報によって初期化される。これらの所定の各色情報は、通常、白色や黒色であることが多い。また、第一デプスバッファ４および第二デプスバッファ８は、予め設定されたある奥行き値情報によって初期化される。これらの奥行き値情報は、通常、最大の奥行き値であることが多い。

また、エッジ識別バッファ５は「０」によって初期化され、混合係数バッファ６も「０」によって初期化される。なお、本実施形態において、エッジ識別バッファ５の各画素に対応する値は「０」または「１」であり、「０」は視点から見て一番手前にある第一ポリゴンのエッジが対応する各画素部に位置していないことを示し、「１」は視点から見て一番手前にあるポリゴンのエッジが対応する各画素部に位置していることを示すものとする。また、混合係数バッファ６の各画素に対応する値は「０」〜「１００」であり、視点から見て一番手前のポリゴンが対応する各画素部に占める面積率を示すものとする。

次に、ステップＳ２で、全てのポリゴンの画素について、隠面消去処理を終了したか否かが判別される。隠面消去処理が終了していないポリゴンの画素について、ステップＳ３の処理に進んで、各ポリゴンに対して隠面消去処理を行い、全てのポリゴンの画素について、隠面消去処理を終了していれば、隠面消去処理を終了する。

図６は、図５の各ポリゴンの隠面消去処理において、上記ステップＳ３で実行される処理を説明するためのフローチャートである。以下、図６に従って、一つのポリゴンに対する隠面消去処理動作を説明する。

図６に示すように、まず、ステップＳ１１では、現在、着目しているポリゴンｐの端点情報から、ポリゴンｐ内部に含まれる画素が求められる。

次に、ステップＳ１２では、求められた画素の全てについて、ポリゴンｐ内部に含まれる各画素の隠面消去処理が終了されたか否かが判別される。ポリゴンｐ内部に含まれる各画素について、隠面消去処理が終了していなければステップＳ１３の処理に進み、その隠面消去処理が終了していれば、現在着目しているポリゴンｐに対する隠面消去処理が終了する。

このような一つのポリゴン（現在着目しているポリゴンｐ）に含まれる一つの画素に対する隠面消去処理（図６のステップＳ１３）について図７に従って詳細に説明する。

図７は、図６に示す一つのポリゴンの隠面消去処理動作（図６のステップＳ１３）で実行される処理を詳細に説明するためのフローチャートである。

図７に示すように、まず、ステップＳ２１では、現在着目しているポリゴンｐに含まれる一つの画素（ｘ，ｙ）における上記ポリゴンｐの奥行き値ｐｚ（ｘ，ｙ）を求める。これは、例えばポリゴンｐの端点情報である各端点のＸＹＺ座標を元に、その画素（ｘ，ｙ）のｚを線形補間によって算出する。

次に、ステップＳ２２では、上記画素（ｘ，ｙ）に対応する第一デプスバッファ４の奥行き値ｚ１（ｘ，ｙ）が求められる。ステップＳ２３では、ポリゴンｐに含まれる一つの画素（ｘ，ｙ）における上記ポリゴンｐの奥行き値ｐｚ（ｘ，ｙ）と、求めた第一デプスバッファ４の奥行き値ｚ１（ｘ，ｙ）とが比較される。ここで、ｐｚ（ｘ，ｙ）がｚ１（ｘ，ｙ）以下であれば、上記画素（ｘ，ｙ）にとって上記ポリゴンｐが現時点において視点から一番手前にあるポリゴンであるので、ステップＳ２４〜Ｓ２９の各処理が実行される。

具体的には、ステップＳ２４，Ｓ２５において、上記画素（ｘ，ｙ）に対応する第二カラーバッファ７の色情報ｃ２（ｘ，ｙ）と第二デプスバッファ８の奥行き値ｚ２（ｘ，ｙ）とにそれぞれ、第一カラーバッファ３の色情報ｃ１（ｘ，ｙ）と第一デプスバッファ４の奥行き値ｚ１（ｘ，ｙ）とが代入される。この処理により、上記画素（ｘ，ｙ）にとって、上記ポリゴンｐを描画する直前の時点において視点から見て一番手前にあるポリゴンの色情報と奥行き値とが、現時点において視点から見て二番目に手前にあるポリゴンの色情報と奥行き値とになるのである。

さらに、ステップＳ２６では、上記画素（ｘ，ｙ）における上記ポリゴンｐの色情報ｐｃ（ｘ，ｙ）、上記ポリゴンｐのエッジ部分に上記画素（ｘ，ｙ）が位置するか否かというエッジ識別情報ｐｅ（ｘ，ｙ）、上記ポリゴンｐが上記画素（ｘ，ｙ）に占める面積率ｐａ（ｘ，ｙ）が求められる。

さらに、ステップＳ２７〜Ｓ２９では、上記画素（ｘ，ｙ）に対応する第一デプスバッファ４の奥行き値ｚ１（ｘ，ｙ）、第一カラーバッファ３の色情報ｃ１（ｘ，ｙ）、エッジ識別バッファ５のエッジ識別情報ｅ（ｘ，ｙ）および混合係数バッファ６の混合係数ａ（ｘ，ｙ）にそれぞれ、上記ポリゴンｐの上記画素（ｘ，ｙ）における奥行き値ｐｚ（ｘ，ｙ）、色情報ｐｃ（ｘ，ｙ）、エッジ識別情報ｐｅ（ｘ，ｙ）および面積率ｐａ（ｘ，ｙ）が代入される。

上記ステップＳ２４〜Ｓ２９までの一連の処理により、それまで、視点から見て一番手前にあるポリゴンのデータであったものが、視点から見て二番目に手前にあるポリゴンのデータとなり、新たに視点から見て一番手前にあるポリゴンのデータ領域が上記ポリゴンｐのデータによって置き換えられる。

なお、上記画素（ｘ，ｙ）における上記ポリゴンｐのエッジ識別情報ｐｅ（ｘ，ｙ）の値は、上記画素（ｘ，ｙ）に上記ポリゴンｐのエッジが位置していない場合は「０」、位置している場合は「１」の値である。

一方、ステップＳ２３において、ポリゴンｐに含まれる画素（ｘ，ｙ）における上記ポリゴンｐの奥行き値ｐｚ（ｘ，ｙ）が、上記画素（ｘ，ｙ）に対応する第一デプスバッファ４の奥行き値ｚ１（ｘ，ｙ）よりも大きい場合には、ステップＳ３１において上記画素（ｘ，ｙ）に対応する第二デプスバッファ８の奥行き値ｚ２（ｘ，ｙ）が求められる。ステップＳ３２でｐｚ（ｘ，ｙ）とｚ２（ｘ，ｙ）とが比較される。ここで、ｐｚ（ｘ，ｙ）がｚ２（ｘ，ｙ）以下であれば、上記画素（ｘ，ｙ）にとって上記ポリゴンｐが現時点において視点から二番目に手前にあるポリゴンであるので、ステップＳ３３，Ｓ３４の処理が実行される。

具体的には、ステップＳ３３，Ｓ３４では、上記画素（ｘ，ｙ）における上記ポリゴンｐの色情報ｐｃ（ｘ，ｙ）が設けられ、上記画素（ｘ，ｙ）に対応する第二デプスバッファ８の奥行き値ｚ２（ｘ，ｙ）と第二カラーバッファ７の色情報ｃ２（ｘ，ｙ）とに、それぞれ上記ポリゴンｐの上記画素（ｘ，ｙ）における奥行き値ｐｚ（ｘ，ｙ）と色情報ｐｃ（ｘ，ｙ）とが代入される。この処理により、視点から見て二番目に手前にあるポリゴンのデータ領域が上記ポリゴンｐのデータによって置き換えられる。

なお、ステップＳ３２において、ｐｚ（ｘ，ｙ）がｚ２（ｘ，ｙ）より大きい場合には、上記ポリゴンｐは、上記画素（ｘ，ｙ）において視点から見て二番目よりもさらに奥にあるポリゴンであるということなので、各バッファへの代入は行われず、上記画素（ｘ，ｙ）において上記ポリゴンｐに対する隠面消去処理が終了する。

次に、図８および図９のフローチャートを参照しながら、ブレンディング部２の動作についてさらに詳細に説明する。

図８は、図１のブレンディング部２によって実行されるブレンディング処理の概要を説明するためのフローチャートである。

図８に示すように、まず、ステップＳ４１では、全ての画素についてブレンディング処理が終了したか否かが判別される。全ての画素についてブレンディング処理が終了していなければステップＳ４２の各画素のブレンディング処理に進み、全ての画素についてブレンディング処理が終了していればブレンディング処理は終了する。

ここで、一つの画素に対するブランディング処理動作（図８のステップＳ４２）の詳細について図９に従って説明する。

図９は、図８のブレンディング処理動作（ステップＳ４２）で実行される処理を詳細に説明するためのフローチャートである。

図９に示すように、まず、ステップＳ５１では、現在着目している画素（ｘ，ｙ）のエッジ識別情報ｅ（ｘ，ｙ）が求められ、ステップＳ５２でエッジ識別情報ｅ（ｘ，ｙ）の値が「１」か否かが判別される。「１」である場合には、上記画素（ｘ，ｙ）に視点から見て一番手前のポリゴンのエッジが位置しているため、ステップＳ５３〜Ｓ５５の各処理が順次行われる。

具体的には、ステップＳ５３で上記画素（ｘ，ｙ）の混合係数ａ（ｘ，ｙ）が求められ、ステップＳ５４で上記画素（ｘ，ｙ）の第一カラーバッファ３の色情報ｃ１（ｘ，ｙ）と、第二カラーバッファ７の色情報ｃ２（ｘ，ｙ）とが求められる。

さらに、ステップＳ５５において、上記二つの色情報ｃ１（ｘ，ｙ）と色情報ｃ２（ｘ，ｙ）が上記混合係数ａ（ｘ，ｙ）によってブレンディングされ、そのブレンディングされた値が結果画像（例えば図４）の色情報として出力される。ブレンディングは、｛ｃ１（ｘ，ｙ）×ａ（ｘ，ｙ）＋ｃ２（ｘ，ｙ）×（１００−ａ（ｘ，ｙ））｝／１００の計算式によって行われる。

上記混合係数ａ（ｘ，ｙ）は、視点から見て一番手前にある第一ポリゴンが上記画素（ｘ，ｙ）に占める面積率であるので、視点から見て一番手前にある第一ポリゴンの色情報を表す上記ｃ１（ｘ，ｙ）と視点から見て二番目に手前（その裏側）にある第二ポリゴンの色情報を表す上記ｃ２（ｘ，ｙ）とを上記混合係数ａ（ｘ，ｙ）でブレンディングすることによって、より自然なエイリアシングを減じた画像を得ることができる。

一方、ステップＳ５２で上記エッジ識別情報ｅ（ｘ，ｙ）が「１」でない場合には、ステップＳ５６およびステップＳ５７の処理が行われる。

具体的には、ステップＳ５６で上記画素（ｘ，ｙ）における第一カラーバッファ３の色情報ｃ１（ｘ，ｙ）が求められ、ステップＳ５７でｃ１（ｘ，ｙ）が結果画像（例えば図４）の色情報として出力される。

上記エッジ識別情報ｅ（ｘ，ｙ）が「１」でない場合とは、上記画素（ｘ，ｙ）に視点から見て一番手前にある第一ポリゴンのエッジが位置していないということであるので、視点から見て一番手前にある第一ポリゴンの色情報である上記ｃ１（ｘ，ｙ）が結果画像の色情報とされることによって、エッジ部以外の画素について、ぼけた画像になることはない。

以上により、本実施形態によれば、３次元画像描画装置１０には、その表示画面を構成する各画素について、視点から見て一番手前にある第一ポリゴンの色情報を格納する第一カラーバッファ３と、その奥行き値を格納する第一デプスバッファ４と、エッジ識別情報を格納するエッジ識別バッファ５と、面積率を格納する混合係数バッファ６と、視点から見て二番目に手前（裏側）にある第二ポリゴンの色情報を格納する第二カラーバッファ７と、その奥行き値を格納する第二デプスバッファ８と、各画素について第一ポリゴンと第二ポリゴンを求めて各バッファ３〜８の各データを更新する隠面消去部１と、エッジ識別バッファ５および混合係数バッファ６の各データに基づいて、第一カラーバッファ３のデータと第二カラーバッファ７のデータとを混合して各画素の色情報を求めるブレンディング部２とを有している。

これによって、３次元物体を構成するポリゴンの視点座標系に変換された端点情報と色情報とを含む図形データが入力されて、ポリゴンの奥行き値に基づいて隠面消去処理が行われて、各画素について、視点から見て一番手前にある第一ポリゴンと、視点から見て二番目に手前（裏側）にある第二ポリゴンとが求められ、第一ポリゴンの色情報、エッジ識別情報および画素に対する面積率、第二ポリゴンの色情報を各バッファに格納させる。第一ポリゴンのエッジ識別情報と画素に対する面積率に基づいて、第一ポリゴンの色情報と第二ポリゴンの色情報とをブレンディングすることによって、エイリアシングが少ない画像を描画させることができる。したがって、従来技術であるスーパーパンプリング法のように大量の記憶領域や処理時間を必要とすることなく、また、他の従来技術であるフィルタリング法のように全体がぼけた画像になることもなく、アンチエイリアシング処理を行うことができる。

なお、本実施形態において、第一カラーバッファ３、第一デプスバッファ４、エッジ識別情報バッファ５、混合係数バッファ６、第二カラーバッファ７および第二デプスバッファ８として、それぞれ表示画面の１ライン分の容量を設けて、隠面消去部１とブレンディング部２とによって１ライン毎に処理を行わせることも可能である。このように各バッファ３〜８に１ライン分の容量しか設けない場合には、必要とする記憶容量が少なくなるため、携帯ゲーム機などのような携帯電子機器に本発明の３次元画像描画装置１０を搭載することも容易になる。

例えば携帯ゲーム機などのような携帯電子機器の２次元表示画面上に３次元画像を描画する３次元画像描画装置および３次元画像描画方法の分野において、必要とされるメモリ容量がスーパーサンプリング法に比べて少なくかつ高速にエイリアシングを減じて、画像品位の高い３次元画像を生成できる。

本発明の３次元画像描画装置の一実施形態における要部構成を示すブロック図である。 （ａ）〜（ｄ）は本発明の隠面消去処理動作過程の一例を示す図である。 （ａ）〜（ｄ）は本発明の隠面消去処理動作過程の一例を示す図である。 本発明のブレンディング処理動作過程の一例を示すための図である。 図１の隠面消去部１によって実行される隠面消去処理と各種ポリゴン情報記憶処理の概要を説明するためのフローチャートである。 図５に示す隠面消去処理動作において、上記ステップＳ３で実行される処理を説明するためのフローチャートである。 図６に示す一つのポリゴンの隠面消去処理動作（図３のステップＳ１３）で実行される処理を説明するためのフローチャートである。 図１のブレンディング部によって実行されるブレンディング処理の概要を説明するためのフローチャートである。 図８に示すブレンディング処理動作（ステップＳ４２）で実行される処理を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１ 隠面消去部
２ ブレンディング部
３ 第一カラーバッファ
４ 第一デプスバッファ
５ エッジ識別バッファ
６ 混合係数バッファ
７ 第二カラーバッファ
８ 第二デプスバッファ
１０ ３次元画像描画装置

Claims (10)

1. ３次元物体を構成するポリゴンを２次元表示画面上に描画する３次元画像描画装置において、
   該２次元表示画面を構成する各画素の一部または全部がそれぞれ、視点から見て一番手前にある第一ポリゴンに属する場合に、該第一ポリゴンの情報に情報記憶手段の記憶内容を更新して隠面消去処理を行う隠面消去部と、
   該第一ポリゴンの一部情報として、該第一ポリゴンのエッジ上に各画素が位置するか否かを示すエッジ識別情報と、該第一ポリゴンの各画素に占める面積率とに基づいて、該第一ポリゴンの他の一部情報としての色情報から各画素の色情報を求め、これを画素データとして出力するブレンディング部とを備え、
   該ブレンディング部は、該第一ポリゴンのエッジ上に各画素が位置する場合に、該第一ポリゴンの色情報と、視点から見て二番目に手前にある第二ポリゴンの色情報とを混合して、該エッジ上の各画素の色情報を求め、これを画素データとして出力する３次元画像描画装置。
2. 前記隠面消去部は、前記各画素がそれぞれ、前記第一ポリゴンに属しかつ、視点から見て二番目に手前にある第二ポリゴンに属する場合に、該第二ポリゴンに関する情報記憶手段の記憶内容を該第二ポリゴンの情報にさらに更新し、
   前記ブレンディング部は、該第一ポリゴンの一部情報として、前記エッジ識別情報と面積率とに基づいて、該第一ポリゴンの他の一部情報としての色情報と、該第二ポリゴンの一部情報としての色情報とを混合して各画素の色情報を求め、これを画素データとして出力する請求項１に記載の３次元画像描画装置。
3. 前記情報記憶手段は、前記第一ポリゴンの色情報を格納する第一カラー記憶手段と、該第一ポリゴンの奥行き値を格納する第一デプス記憶手段と、該第一ポリゴンのエッジ上に各画素が位置するか否かを示すエッジ識別情報を格納するエッジ識別情報記憶手段と、該第一ポリゴンの各画素に占める面積率を格納する混合係数記憶手段と、視点から見て二番目に手前にある第二ポリゴンの色情報を格納する第二カラー記憶手段と、該第二ポリゴンの奥行き値を格納する第二デプス記憶手段とを有し、
   前記隠面消去部は、該第一ポリゴンの情報として、該第一ポリゴンの色情報、該第一ポリゴンの奥行き値、該エッジ識別情報および面積率を求め、該第二ポリゴンの情報として、該第二ポリゴンの色情報および奥行き値を求める請求項２に記載の３次元画像描画装置
   。
4. 前記隠面消去部は、前記ポリゴンの視点座標系に変換された端点情報と色情報とを含む図形データが入力され、前記各画素についてそれぞれ、該ポリゴンの端点情報から奥行き値を求め、該奥行き値に基づいて、前記各画素の一部または全部がそれぞれ、視点から見て一番手前にある第一ポリゴンに属するかまたは／および、視点から見て二番目に手前にある第二ポリゴンに属するかを判定するポリゴン判定手段を有する請求項２に記載の３次元画像描画装置。
5. 前記隠面消去部は、前記各画素の一部または全部がそれぞれ前記第一ポリゴンに属する場合には、前記第一ポリゴンの情報を元に、前記第一カラー記憶手段、第一デプス記憶手段、エッジ識別情報記憶手段、混合係数記憶手段、第二カラー記憶手段および第二デプス記憶手段の各記憶内容を更新する請求項３または４に記載の３次元画像描画装置。
6. 前記隠面消去部は、前記各画素がそれぞれ前記第一ポリゴンおよび第二ポリゴンに属する場合には、第二ポリゴンの情報を元に前記第二カラー記憶手段および第二デプス記憶手段の各記憶内容をさらに更新する請求項５に記載の３次元画像描画装置。
7. 前記ブレンディング部は、前記エッジ識別情報記憶手段および混合係数記憶手段の各記憶内容に基づいて、該第一カラー記憶手段の記憶内容と該第二カラー記憶手段の記憶内容とを混合して各画素の色情報を求め、これを画像データとして出力する請求項６に記載の３次元画像描画装置。
8. 前記第一カラー記憶手段、第一デプス記憶手段、エッジ識別情報記憶手段、混合係数記憶手段、第二カラー記憶手段および第二デプス記憶手段はそれぞれ、前記表示画面における１ライン分の記憶容量を有し、前記隠面消去部およびブレンディング部は１画面の１ライン毎に処理を行う請求項３に記載の３次元画像描画装置。
9. ３次元物体を構成するポリゴンを２次元表示画面上に描画する３次元画像描画方法において、
   該表示画面を構成する各画素について、視点から見て一番手前にある第一ポリゴンと視点から見て二番目に手前にある第二ポリゴンとの各情報の少なくともいずれかを求める第一ステップと、
   該第一ポリゴンのエッジ上に各画素が位置するか否かを示すエッジ識別情報と、該第一ポリゴンの各画素に占める面積率に基づいて、該第一ポリゴンの色情報と該第二ポリゴンの色情報とを混合して各画素の色情報を求め、これを画像データとして出力する第二ステップとを有し、
   該第二ステップは、該第一ポリゴンのエッジ上に各画素が位置する場合に、該第一ポリゴンの色情報と該第二ポリゴンの色情報とを混合して、該エッジ上の各画素の色情報を求め、これを画像データとして出力する３次元画像描画方法。
10. 前記第一ステップは、前記ポリゴンの視点座標系に変換された端点情報と色情報とを含む図形データが入力されて、前記各画素について、前記ポリゴンの端点情報から奥行き値を求め、該奥行き値に基づいて、該第一ポリゴンの色情報と、該第一ポリゴンの奥行き値と、該第一ポリゴンのエッジ上に各画素が位置するか否かを示すエッジ識別情報と、該第一ポリゴンの各画素に占める面積率と、該第二ポリゴンの色情報と、該第二ポリゴンの奥行き値とを求める請求項９に記載の３次元画像描画方法。