JP4449582B2 - Image generation device - Google Patents
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Description
本発明は、画像生成効率を向上させる画像生成装置に関する。 The present invention relates to an image generation apparatus that improves image generation efficiency.
3次元空間におけるオブジェクトを構成するポリゴンの法線ベクトルと視点とのなす角度が90度未満のポリゴンを表ポリゴン、90度以上のポリゴンを裏ポリゴンとして、不透明オブジェクトの画像を生成する場合、表ポリゴンの奥行値及び輝度値をバッファに格納し、裏ポリゴンの処理を省略することにより画像生成効率を向上させる方法が知られている。また一方で、半透明オブジェクトの画像を生成する場合、先に裏ポリゴンの奥行値及び輝度値をバッファに格納し、次に表ポリゴンの奥行値及び輝度値をバッファに格納して陰面消去した画像を生成する方法が知られている。ここで、上述した表ポリゴン及び裏ポリゴンの判定にはポリゴンの法線ベクトルが用いられるため、法線ベクトルを計算する必要がある。法線ベクトルを計算して表ポリゴンと裏ポリゴンとの判定を行っている画像表示装置が下記の特許文献1に開示されている。なお、表ポリゴン及び裏ポリゴンについて図7を用いて説明する。図7には、ポリゴンaからgにより構成されるオブジェクト700と視点701とが示されている。図7に示すように、視点701とポリゴンaとを結ぶ視線702と、ポリゴンaの法線ベクトル703とのなす角度704は90度未満である。すなわち、ポリゴンaは表ポリゴンということになる。また、視点701とポリゴンbとを結ぶ視線705と、ポリゴンbの法線ベクトル706とのなす角度707は90度以上である。すなわち、ポリゴンbは裏ポリゴンということになる。このように、他のポリゴンについても同様に考えると、ポリゴンf及びポリゴンgは表ポリゴンであり、ポリゴンc、ポリゴンd、ポリゴンeは裏ポリゴンである。このようにして、表ポリゴンか裏ポリゴンかが判定されている。
しかしながら、特許文献1に開示されている技術のように、表ポリゴン及び裏ポリゴンの判定に用いられる法線ベクトルを計算することは、演算量を増大させてしまうという問題があった。
However, as in the technique disclosed in
本発明は、上記問題を解決するためのものであり、ポリゴンの法線ベクトルを計算することなく、ポリゴンの表裏判定を行うことができる画像生成装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to solve the above-described problem, and an object of the present invention is to provide an image generation apparatus capable of determining the front and back of a polygon without calculating the normal vector of the polygon.
上記目的を達成するために、本発明によれば、複数のポリゴンから構成されるオブジェクトの頂点の3次元座標における座標情報を少なくとも含むオブジェクト情報、及び前記オブジェクトに対する視点及び光源の前記3次元座標における座標情報を少なくとも含む環境情報を受信する受信手段と、前記受信手段で受信された前記オブジェクトの頂点の座標情報及び前記光源の座標情報を、前記視点の位置を原点とする視点座標に変換し、前記視点座標における前記オブジェクトの頂点の輝度値を計算し、前記視点座標に変換された前記オブジェクトの頂点の座標情報を透視座標に変換する第1の変換手段と、前記第1の変換手段で前記透視座標に変換された前記オブジェクトの描画範囲を決めるためのクリッピングを行うクリッピング手段と、前記クリッピング手段でクリッピングされた前記オブジェクトをXYZ座標系による3つの頂点を有するポリゴンに分割し、分割した前記ポリゴンを決められた描画範囲の隅を原点とするスクリーン座標に変換する第2の変換手段と、前記第2の変換手段により前記スクリーン座標に変換された前記ポリゴンの頂点のうちY座標を最小にする頂点が1つの場合に、前記Y座標を最小にする1つの頂点とそれ以外の各頂点とのY座標の増分に対するX座標の増分により表ポリゴンか裏ポリゴンかを判定する判定手段と、前記判定手段で表ポリゴンと判定された前記ポリゴンに対して、前記スクリーン座標における前記ポリゴンの頂点の座標情報に基づいて、前記ポリゴンの頂点に囲まれた内部の奥行値を算出し、計算された前記オブジェクトの頂点の輝度値を補間することにより前記ポリゴンの頂点に囲まれた内部の輝度値を算出する算出手段と、前記算出手段で算出された前記表ポリゴンの奥行値及び輝度値を記憶手段に格納する制御手段とを備える画像生成装置が提供される。 In order to achieve the above object, according to the present invention, object information including at least coordinate information in a three-dimensional coordinate of a vertex of an object composed of a plurality of polygons, and a viewpoint and a light source in the three-dimensional coordinate of the object Receiving means for receiving environment information including at least coordinate information; and converting the coordinate information of the vertex of the object and the coordinate information of the light source received by the receiving means into viewpoint coordinates having the viewpoint position as an origin, A first conversion unit that calculates a luminance value of the vertex of the object in the viewpoint coordinates, and converts coordinate information of the vertex of the object converted into the viewpoint coordinates into a perspective coordinate; and Clipping means for performing clipping for determining a drawing range of the object converted into perspective coordinates The dividing the objects clipped by the clipping means into a polygon having three vertices by XYZ coordinate system, divided second conversion for converting a corner of the drawing range determined the polygon into screen coordinates of the origin And a vertex that minimizes the Y coordinate among the vertices of the polygon converted to the screen coordinates by the second conversion means, and one vertex that minimizes the Y coordinate and the other A determination means for determining whether the front polygon or the back polygon is based on an increase in the X coordinate with respect to an increase in the Y coordinate with respect to each vertex; and for the polygon determined as a front polygon by the determination means, Based on the vertex coordinate information, an inner depth value surrounded by the vertexes of the polygon is calculated, and the calculated object is calculated. A calculation detecting means that to calculate the luminance value of the internal surrounded by the vertices of the polygon by interpolating the intensity values of the vertices of the depth value and the luminance value of the table polygon calculated in the previous hexane detecting means An image generation apparatus is provided that includes control means for storing in a storage means.
本発明の画像生成装置は、上記構成を有し、ポリゴンの法線ベクトルを計算することなく、ポリゴンの表裏判定を行うことができる。 The image generation apparatus according to the present invention has the above-described configuration, and can perform front / back determination of a polygon without calculating a normal vector of the polygon.
以下、本発明の実施の形態について図1から図6を用いて説明する。図1は本発明の実施の形態に係る画像生成装置の構成を示す構成図である。図2(a)は本発明の実施の形態に係る画像生成装置における視点座標について説明するための図である。図2(b)は本発明の実施の形態に係る画像生成装置における透視座標について説明するための図である。図3は本発明の実施の形態に係る画像生成装置におけるスクリーン座標について説明するための図である。図4は本発明の実施の形態に係る画像生成装置におけるスクリーン座標に変換されたポリゴンを示す図である。図5は本発明の実施の形態に係る画像生成装置におけるポリゴンパラメータの算出について説明するためのフローチャートである。図6は本発明の実施の形態に係る画像生成装置における表ポリゴンと裏ポリゴンの中間の状態を示す図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration of an image generation apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2A is a diagram for explaining viewpoint coordinates in the image generation apparatus according to the embodiment of the present invention. FIG. 2B is a diagram for explaining perspective coordinates in the image generating apparatus according to the embodiment of the present invention. FIG. 3 is a diagram for explaining screen coordinates in the image generating apparatus according to the embodiment of the present invention. FIG. 4 is a diagram showing polygons converted into screen coordinates in the image generating apparatus according to the embodiment of the present invention. FIG. 5 is a flowchart for explaining calculation of polygon parameters in the image generating apparatus according to the embodiment of the present invention. FIG. 6 is a diagram showing an intermediate state between the front polygon and the back polygon in the image generating apparatus according to the embodiment of the present invention.
まず、本発明の実施の形態に係る画像生成装置の構成について図1を用いて説明する。画像生成装置100は、シーンデータ受信部101、頂点処理ユニット102、画素処理ユニット103、記憶部104、画像出力部105から構成されている。シーンデータ受信部101は、複数のポリゴンから構成されるオブジェクトの頂点の3次元座標における座標情報を少なくとも含むオブジェクト情報、及びオブジェクトに対する視点及び光源の3次元座標における座標情報を少なくとも含む環境情報を受信する。図1中のシーンデータとは、上述したオブジェクト情報及び環境情報を言う。ここで、オブジェクト情報には、オブジェクトの頂点の3次元座標における座標情報の他に、オブジェクトの色を表す情報などが含まれていてもよい。また、環境情報には、視点及び光源の3次元座標における座標情報の他に、視点の向き、視野などの情報や光源の向き、色、種類といった情報などが含まれていてもよい。シーンデータ受信部101は、受信した情報を頂点処理ユニット102へ引き渡す。
First, the configuration of an image generation apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The
頂点処理ユニット102は、受信したオブジェクトの頂点の座標情報及び光源の座標情報を、視点の位置を原点とする視点座標に変換し、視点座標におけるオブジェクトの頂点の輝度値を計算し、視点座標に変換されたオブジェクトの頂点の座標情報を透視座標に更に変換する。なお、ここでは頂点処理ユニット102が頂点処理ユニット0〜3の4つから構成されているが、4つに限られるものではなく、1つであってもよい。また、オブジェクトの頂点の輝度値は、光源の色や位置に基づいて従来の手法により求める。ここで、上述した視点座標及び透視座標について図2(a)及び図2(b)を用いて説明する。図2(a)に示すように、視点座標は視点Oを原点とし、視線の向きがZ軸となるような座標系の座標である。また、視点Oにおける視野の範囲は、視点Oを基点とした直線OAE、直線OBF、直線OCG、直線ODHに囲まれた範囲である。オブジェクトは視点Oを原点とした際の座標情報で表現される。なお、視点Oから四角形ABCDの間に位置するオブジェクトは描画の対象にはならず、四角形ABCDと四角形EFGHとの間に位置するオブジェクトのみが描画の対象になる。また、透視座標は、図2(b)に示すように、四角形ABCDの中心を原点O'としたものである。
The
画素処理ユニット103は、透視座標に変換されたオブジェクトの描画範囲を決めるためのクリッピングを行う。なお、ここでは画素処理ユニット103が画素処理ユニット0〜3の4つから構成されているが、4つに限られるものではなく、1つであってもよい。クリッピングとは、画像を表示したり、図形を描画したりするときに、描画範囲をマスクすることを言う。画素処理ユニット103は、クリッピングされたオブジェクトをポリゴンに分割し、分割したポリゴンを決められた描画範囲の隅を原点とするスクリーン座標に変換する。ここで、スクリーン座標について図3を用いて説明する。図3に示すように、スクリーン座標は、上述した図2(b)の透視座標の原点O'を四角形ABCD(以下、スクリーンABCDとも言う)の隅にした座標系である。この場合のクリッピングされた描画範囲はスクリーンABCDの範囲である。また、画素処理ユニット103は、スクリーン座標に変換されたポリゴンが表ポリゴンであるか裏ポリゴンであるかを判定するためのポリゴンパラメータを算出する。
The
ここで、ポリゴンパラメータの算出方法について図4及び図5を用いて説明する。図4は、スクリーン座標に変換されたポリゴンを示す図である。ポリゴンの頂点は、V[0]、V[1]、V[2]であり、それぞれx、y、z座標と輝度値iとから構成されている。図4に示すようなポリゴンを対象としてポリゴンパラメータを算出する。具体的なポリゴンパラメータの算出のフローについては図5を用いて説明する。図5に示すように、画素処理ユニット103は、処理する頂点V[j]の頂点番号jを0に初期化し、スクリーン座標上のポリゴンの頂点におけるy座標の最小値ymini及び最大値ymaxをV[0]のy[0]の値に初期化し、ポリゴンパラメータlv及びrvの値を0に初期化する(ステップS501)。画素処理ユニット103は、jの値が3より小さいか否かを判断する(ステップS502)。
Here, a polygon parameter calculation method will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a diagram showing a polygon converted into screen coordinates. The vertices of the polygon are V [0], V [1], and V [2], and are composed of x, y, z coordinates and a luminance value i, respectively. Polygon parameters are calculated for a polygon as shown in FIG. A specific polygon parameter calculation flow will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 5, the
ステップS502において、jの値が3以上の場合には処理を終了する。一方、jの値が3より小さいと判断された場合、画素処理ユニット103は、y[j]とyminiとの値が等しいか否かを判断する(ステップS503)。等しくないと判断された場合、後述するステップS508へ進む。一方、等しいと判断された場合、画素処理ユニット103は、x[lv]がx[j]よりも大きいか否かを判断する(ステップS504)。x[lv]がx[j]以下と判断された場合、後述するステップS506へ進む。一方、x[lv]がx[j]よりも大きいと判断された場合、画素処理ユニット103は、lvにjを代入する(ステップS505)。
In step S502, when the value of j is 3 or more, the process ends. On the other hand, when it is determined that the value of j is smaller than 3, the
次に、画素処理ユニット103は、x[j]がx[rv]以上か否かを判断する(ステップS506)。x[j]がx[rv]より小さいと判断された場合、後述するステップS508へ進む。一方、x[j]がx[rv]以上と判断された場合、画素処理ユニット103は、rvにjを代入する(ステップS507)。次に、画素処理ユニット103は、y[j]がyminiより小さいか否かを判断する(ステップS508)。y[j]がymini以上と判断された場合、後述するステップS510へ進む。一方、y[j]がyminiより小さいと判断された場合、画素処理ユニット103は、yminiにy[j]を代入し、lv及びrvにjを代入する(ステップS509)。
Next, the
次に、画素処理ユニット103は、y[j]がymaxより大きいか否かを判断する(ステップS510)。y[j]がymax以下と判断された場合、後述するステップS512へ進む。一方、y[j]がymaxより大きいと判断された場合、画素処理ユニット103は、ymaxにy[j]を代入する(ステップS511)。次に、画素処理ユニット103は、jに1を加えたものを3で割り、その余りをnに代入し、頂点jに対応するスクリーン座標上のyの増分dyであるy[n]−y[j]を計算する(ステップS512)。
Next, the
次に、画素処理ユニット103は、dyが0でないか否かを判断する(ステップS513)。dyが0であると判断された場合、画素処理ユニット103は頂点jに対応するスクリーン座標上のxの増分dx[j]に0を代入する(ステップS515)。一方、dyが0でないと判断された場合、画素処理ユニット103は、dx[j]に(x[n]−x[j])/dyの値を代入する(ステップS514)。次に画素処理ユニット103は、jに1を加えたものを新たなjとする(ステップS516)。そして、ステップS502以降の処理を繰り返す。これにより、ポリゴンパラメータであるlv、rvが算出される。
Next, the
このように、ポリゴンパラメータlv及びrvが算出された後、以下の式(1)及び式(2)を満たす場合に裏ポリゴンと判定され、式(3)を満たす場合に表ポリゴンと裏ポリゴンの中間の状態と画素処理ユニット103に判断される。なお、式(2)における「%」は、余りの記号である。すなわち、式(2)の右辺は、(3+rv−1)を3で割った際の余りの値のdxということになる。また、表ポリゴンと裏ポリゴンの中間の状態とは、図6に示すように、ポリゴン600の面とxz平面とが平行になる状態を言う。
As described above, after the polygon parameters lv and rv are calculated, the following polygons (1) and (2) are determined to be back polygons. If the following expression (3) is satisfied, the front polygons and back polygons are determined. The intermediate state and the
x[lv]=x[rv]・・・(1) x [lv] = x [rv] (1)
dx[lv]>dx[(3+rv−1)%3]・・・(2) dx [lv]> dx [(3 + rv−1)% 3] (2)
ymini=ymax・・・(3) ymini = ymax (3)
不透明オブジェクトの場合、式(1)及び式(2)を満たすポリゴンや式(3)を満たすポリゴン、すなわち表ポリゴン以外のポリゴンに対しては、後述するスクリーン座標の奥行値及び輝度値の算出をしないため、画像生成の効率が向上する。 In the case of an opaque object, the depth value and brightness value of the screen coordinates to be described later are calculated for polygons satisfying Expression (1) and Expression (2) and polygons satisfying Expression (3), that is, polygons other than the front polygon. Therefore, the efficiency of image generation is improved.
ここで、スクリーン座標の奥行値及び輝度値の算出について説明する。画素処理ユニット103は、対象のポリゴンの頂点座標に基づいて、ポリゴンのスクリーン座標における傾きdz/dx及びdz/dyを求め、傾きと頂点座標に基づいてポリゴンの頂点に囲まれた内部の奥行値を算出する。また、画素処理ユニット103は、ポリゴンの頂点の輝度値に基づいて、ポリゴンの頂点に囲まれた内部の輝度値を算出する。そして画素処理ユニット103は、算出したスクリーン座標に対応する奥行値を記憶部104より読み出し、算出した奥行値と比較し、算出した奥行値が小さい場合、算出した奥行値及び輝度値を記憶部104に格納する。なお、奥行値及び輝度値の算出は、従来からの方法を用いることができるため詳細な説明は省略する。また、ポリゴンのスクリーン座標における傾きdz/dx及びdz/dyは、上述したポリゴンパラメータを算出する過程で算出しておいてもよい。
Here, calculation of the depth value and the luminance value of the screen coordinates will be described. The
画像出力部105は、記憶部104から読み出された輝度値に基づいて、画像を生成し、不図示の表示手段に画像を表示させる。なお、画像生成についても従来と同様の方法によって行われる。以上のように、本発明の画像生成装置によればポリゴンの法線ベクトルを計算することなく、ポリゴンの表裏判定を行うことができるため、画像生成の効率を向上させることができる。
The
本発明に係る画像生成装置は、ポリゴンの法線ベクトルを計算することなく、ポリゴンの表裏判定を行うことができるため、半透明オブジェクト及び不透明オブジェクトの画像生成効率を向上させる画像生成装置などに有用である。 The image generation apparatus according to the present invention can determine the front and back of a polygon without calculating the normal vector of the polygon, and thus is useful for an image generation apparatus that improves the image generation efficiency of semitransparent objects and opaque objects. It is.
100 画像生成装置
101 シーンデータ受信部(受信手段)
102 頂点処理ユニット(第1の変換手段)
103 画素処理ユニット(クリッピング手段、第2の変換手段、算出手段、判定手段、制御手段)
104 記憶部(記憶手段)
105 画像出力部
600、a〜g ポリゴン
700 オブジェクト
701 視点
702、705 視線
703、706 法線ベクトル
704、707 視線と法線ベクトルのなす角度
DESCRIPTION OF
102 vertex processing unit (first conversion means)
103 pixel processing unit (clipping means, second conversion means, calculation detecting means, determining means, controlling means)
104 Storage section (storage means)
105
Claims (1)
前記受信手段で受信された前記オブジェクトの頂点の座標情報及び前記光源の座標情報を、前記視点の位置を原点とする視点座標に変換し、前記視点座標における前記オブジェクトの頂点の輝度値を計算し、前記視点座標に変換された前記オブジェクトの頂点の座標情報を透視座標に変換する第1の変換手段と、
前記第1の変換手段で前記透視座標に変換された前記オブジェクトの描画範囲を決めるためのクリッピングを行うクリッピング手段と、
前記クリッピング手段でクリッピングされた前記オブジェクトをXYZ座標系による3つの頂点を有するポリゴンに分割し、分割した前記ポリゴンを決められた描画範囲の隅を原点とするスクリーン座標に変換する第2の変換手段と、
前記第2の変換手段により前記スクリーン座標に変換された前記ポリゴンの頂点のうちY座標を最小にする頂点が1つの場合に、前記Y座標を最小にする1つの頂点とそれ以外の各頂点とのY座標の増分に対するX座標の増分により表ポリゴンか裏ポリゴンかを判定する判定手段と、
前記判定手段で表ポリゴンと判定された前記ポリゴンに対して、前記スクリーン座標における前記ポリゴンの頂点の座標情報に基づいて、前記ポリゴンの頂点に囲まれた内部の奥行値を算出し、計算された前記オブジェクトの頂点の輝度値を補間することにより前記ポリゴンの頂点に囲まれた内部の輝度値を算出する算出手段と、
前記算出手段で算出された前記表ポリゴンの奥行値及び輝度値を記憶手段に格納する制御手段とを、
備える画像生成装置。 Receiving means for receiving object information including at least coordinate information in the three-dimensional coordinates of vertices of an object composed of a plurality of polygons, and environment information including at least coordinate information in the three-dimensional coordinates of the viewpoint and light source for the object;
The coordinate information of the vertex of the object and the coordinate information of the light source received by the receiving means are converted into viewpoint coordinates with the viewpoint position as the origin, and a luminance value of the vertex of the object at the viewpoint coordinates is calculated. , First conversion means for converting the coordinate information of the vertices of the object converted into the viewpoint coordinates into perspective coordinates;
Clipping means for performing clipping for determining a drawing range of the object converted into the perspective coordinates by the first conversion means;
A second conversion unit configured to divide the object clipped by the clipping unit into polygons having three vertices in an XYZ coordinate system and convert the divided polygons to screen coordinates having a corner of a predetermined drawing range as an origin; When,
If there is one vertex that minimizes the Y coordinate among the vertices of the polygon converted to the screen coordinates by the second conversion means, one vertex that minimizes the Y coordinate and each other vertex Determining means for determining whether the front polygon or the back polygon is based on an increase in the X coordinate with respect to an increase in the Y coordinate ;
For the polygon determined to be a front polygon by the determination means, an internal depth value surrounded by the vertexes of the polygon is calculated based on the coordinate information of the vertexes of the polygon in the screen coordinates, and calculated. a calculation detecting means that to calculate the luminance value of the internal surrounded by the vertices of the polygon by interpolating the intensity values of the vertices of the object,
And control means for storing the depth value and the luminance value of the table polygon calculated in the previous hexane detecting means in the storage means,
An image generation apparatus.
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