JPH01200489A - 三次元図形の処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は三次元図形情報（この明細書では図形・画像
を含め図形という）を二次元の平面へ人間が理解し易い
ような形で表示する三次元図形の処理装置に関するもの
である。

「従来の技術」 三次元図形をブラウン管表示装置の表示面のような二次
元平面に表示する場合、図形に陰影を付けて表示したり
、隠面（線）除去（ｈｉｄｄｅｎ−ｓｕｒｆａｃｅ　ｅ
ｌｉｍｉｎａｔｉｏｎ）を施して人間が理解しやすい形
で表示する。

第６図は従来の装置の一例を示すブロック図で、図にお
いて（１）はグラフィックプロセッサ（以下ＧＰＵと略
記する＞、（２＞は図形データベース、（４）はフレー
ムバッファ（以下ＦＢと略記する）、（５）は表示装置
（以下ＣＲＴと略記すル）　、　（６０）はＺバッファ
である。

ＣＲＴ　（５）に表示すべき図形のデータは図形データ
ベース（２）に格納されている。例えば一つのポリゴン
（この場合、三次元内の一平面にある多辺形）をＣＲＴ
　（５）に表示する場合は、そのポリゴンの各頂点の座
標位置（ＣＲＴ（５）の表示面に直角な方向をＺ軸とす
るＸＹＺ直交座標に関する座標位置）と、そのポリゴン
を表示すべき輝度（Ｂ値、但しこの明細書でいうＢ値は
カラー表示の場合のカラー情報を含む）が格納されてい
る。ＧＰＵ（１）はこのような形のデータを図形データ
ベース（２）から入力し、このポリゴンを（正確に言え
ばこのポリゴンのＸＹ平面上への投影を）ラスタースキ
ャン方式でＣＲＴ　（５）に表示するＢ値を発生して、
これをＦＢ（４）に書き込む、ＦＢ（４）には各ピクセ
ル（ｐｉｘｅｌ　、最小単位画素）のＸＹ座標位置をア
ドレスとしてそのＢ値が書き込まれる。例えば、ポリゴ
ンの内部のＢ値がＢｌ（例え。

ば緑）、外部のＢ値が０（黒）とすれば、ポリゴン内の
ＸＹ座標位置にはＢ１が、ポリゴン外のＸＹ座標位置に
は０が書き込まれ、ＣＲＴ（５）には緑色で塗りつぶさ
れたポリゴンが表示される。

隠面除去の表示をするにはＧ　Ｐ　Ｕ　（１）において
Ｚバッファ（６０）のデータを参照してＦ　Ｂ　（４）
への書き込みを実行する。Ｚバッファ（６ｏ）にはＸＹ
座標位置をアドレスとしてＺ値が格納されている。

Ｇ　Ｐ　Ｕ　（１）においてポリゴンのＸＹ座標に対応
するＺ値を算出し、これをＺバッファ内の同一ＸＹ点の
Ｚ値と比較し後者の方が小さければ（但し左手座標系を
想定する。以下同じ）、このポリゴンのその部分は既に
Ｆ　Ｂ　（４）に格納されている他の図形の部分に隠れ
ていることを意味するので、ポリゴンのこの部分はＣＲ
Ｔ　（５）に表示してはならないことを示している。Ｚ
値の比較においてＺバッファ（６０）内のＺ値よりポリ
ゴン内のＺ値の方が小さいときだけ、その部分のポリゴ
ンのＢ値をＦＢ（４）に書き込み、ポリゴンのＺ値をＺ
バッファ（６０）に書き込む。

以上のような処理によって隠面除去の表示ができる。

「発明が解決しようとする課題」 以上のような従来の装置には、下記のような色々な問題
点がある。即ち、 （イ）ＦＢ（４）の内容は１フレームごとに更新され、
前のフレームのデータを利用することが出来ない。

例えば固定した背景の図形の前方で運動する図形を表示
したい場合、ＧＰＵ（１）は毎回、固定図形の生成処理
と運動図形の生成処理を行わねばならず、処理に長時間
を必要とする。

（Ｉ７）ポインティング・デバイスを用いてＣＲ７表示
面から指示して、指示した図形だけをビックしようとす
るような場合、その処理に長時間を必要とする。

（ハ）第６図に示すように情報の流れがＧＰＵ−ＦＢ＝
ＣＲＴと一方通行になっているのでマン・マシン・イン
タフェースとしての機能を欠く等の問題がある。

この発明が解決しようとする課題は上述の問題点のない
三次元図形の処理装置を得ることである。

［課題を解決するための手段」 この発明ではＺバッファを拡張して拡張Ｚバッファ（以
下、拡張２バツフアをＶＦと略記する）とし、Ｚ値のほ
かにＮ値（色相・名前情報をＮ値とする）或はＮ値及び
Ｂ値を保持させ、このＶＦとＦＢへの書き込みを制御す
る干渉演算器（以下ＩＰＵと略記する）を設けた。

「作用」 ＩＰＵとＶＦからの読みだしデータとにより、ＦＢ及び
ＶＦへの書き込みにおいて多様な制御が可能になり、か
つ、ＩＰＵから上位プロセッサへ割り込みをかけて、マ
ン・マシン・インタフェースとして機能できるようにな
った。

「実施例」 以下、この発明の実施例を図面を用いて説明する。第１
図はこの発明の一実施例を示すブロック図で、図におい
て第６図と同一符号は同一または相当部分を示し、（３
）はＩＰＵ（干渉演算器）、（６）はＶＦ（拡張Ｚバッ
ファ）である。第２図は第１図のＶ　Ｆ　（６）の−例
を示す説明図で、図に示す例ではＸＹ座標点に相当する
アドレスはＸアドレスが２０４８アドレス、Ｙアドレス
が１０２４アドレスであり、各アドレス位置には１６ビ
ツトのＺ値が書き込まれ、Ｎ値とＢ値は使用目的に応じ
て１６ビツトが配分される。またＢ値に割り当てられる
ビット数がＯ（すなわちＢ値は記憶しない）の場合もあ
る。

第３図は第１図のＩ　Ｐ　Ｕ　（３）の−例を示すブロ
ック図で、第１図と同一符号は同一部分を示し、（３１
）は比較制御部、（３２）はマスク制御部、（３３）は
ルック・アップ・テーブル（以下ＬＵＴと略記する）で
ある。マスク制御部（３２）はマスクメモリ（図示せず
）を持ち、このマスクメモリにはＶ　Ｆ　（６）及びＦ
　Ｂ　（４）への書き込みを禁止すべきアドレスが記憶
されており、Ｇ　Ｐ　Ｕ　（１）から送られてくるピク
セルのＸＹ座標がこのマスクメモリのアドレスに一致す
るときは、比較制御部（３１）における比較の結果いか
んによらず、マスク制御部（３２）によりＶ　Ｆ　（６
）及びＦ　Ｂ　（４）への書き込みを禁止する。Ｌ　Ｕ
　Ｔ　（３３）はＧ　Ｐ　ｔＪ　（１）または上位プロ
セッサからＧ　Ｐ　Ｕ　（１）を経て送られてくるＮ値
及びＢ値をＦ　Ｂ　（４）に書き込むＢ値に変換する変
換テーブルで、例えばＲＡＭから構成される。

第４図は第１図のＩ　Ｐ　Ｕ　（３）の他の例を示すブ
ロック図で、図において第１図と同一符号は同一部分を
示し、（３５）はＺレジスタ、（３６）はＮレジス−夕
である。Ｚレジスタ（３５）には任意のＺ（ｉｌｉＺｉ
を、Ｎレジスタ（３６）には任意のＮ１１ｆｆＮｉを設
定することが出来る。Ｇ　Ｐ　Ｕ　（１）から入力する
Ｚ値、Ｎ値をそれぞれＺｄ、Ｎｄとし、Ｖ　Ｆ　（６）
から読み出されるＺ値、Ｎ値をそれぞれＺｖ、Ｎｖとす
ればＩ　Ｐ　Ｕ　（３）は、例えばＺｄ−Ｚｉ−Ｚｖの
３値の関係から多様な制御をすることが出来る。

第５図は第４図に示すＩＰＵ（３）の応用例を説明する
説明図で、図中（ａ）で示す中空円筒はＧＰ　Ｕ　（１
）が発生した図形、（ｂ）はＺレジスタ（３５）に記憶
されるＺ値（Ｚｉとする）である。Ｚ値一定の条件はＺ
軸に直角な平面となる。（ｃ）はＶ　Ｆ　（６）に書き
込まれている図形である。中空円筒（ａ）のＺｄの内、
Ｚｄ＞Ｚｉの部分と図形（Ｃ）とを隠面除去方式で表示
すれば図形（ｄ）を得て、これをＶ　Ｆ　（６）とＦ　
Ｂ　（４）に書き込み、ＣＲＴ　（５）に表示すること
が出来る。Ｖ　Ｆ　（６）の図形が（ｅ）に示すもので
あった場合はＶＦ（６）。

Ｆ　Ｂ　（４）に書き込まれる図形は（ｆ）に示すよう
になる。

ＩＰＵ（３）には又、比較の結果からＧ　Ｐ　Ｕ　（１
）や更に上位のプロセッサに割り込みをかける機能を持
たせている。例えば第４図の構成において、Ｚｄ＝Ｚｖ
、Ｎｖ＝Ｎｉ、Ｚｄ＝ＺｖでかつＮｖ＝ＮｉなどＧ　Ｐ
　Ｕ　（１）に対する割り込みの条件を自由に設定する
ことが出来る。更によたＩＰＵ（３）がＶ　Ｆ　（６）
のＮ値及びＢ値をＦ　Ｂ　（４）のＢ値として書き込む
ときにＦ　Ｂ　（４）の書き込み場所のＸＹ値にオフセ
ット値を指定することが出来る。

以下この発明の応用例について説明する。

（い）、アニメーション的な図形表示の場合、静止した
背景の図形の前方で運動する図形を表示する場合、まず
背景の図形をＦ　Ｂ　（４）とＶ　Ｆ　（６）の両方に
書き込んでおく。次に運動する図形の第１番目の図形を
Ｖ　Ｆ　（６）の内容と比較しながらＦＢ（４）に書き
込んで行く。この場合、Ｖ　Ｆ　（６）への書き込みは
行わすｖ　Ｆ　（６）には背景の図形がそのまま残るよ
うにしておく。続いて、運動する図形の第２番目の図形
をＶ　Ｆ　（４）の内容と比較しながらＦ　Ｂ　（４）
に書き込んで行く。このとき、第１番目の図形が存在し
第２番目の図形が存在しないピクセルでは、第２番目の
図形とＶ　Ｆ　（６）との比較の結果Ｖ　Ｆ　（６）に
記憶されている背景の図形がＦ　Ｂ　（４）に書き込ま
れ第１番目の図形は消去される。このようにして、簡単
な処理で静止背景の前方に運動する図形を表示すること
ができる。

（ろ）１図形処理の分野において、ＣＲＴ　（５）上に
表示されている図形をオペレータがポインティング・デ
バイスで指示して、どの図形が指示されたかを機械に認
識させることは、マン・マシン・コミュニケーション上
しばしば用いられる機能でありピック等と呼ばれている
が、これはＶ　Ｆ　（６）にＮ値を書き込んでおけば、
ポインティング・デバイスによって指示されたＸＹ座標
をアドレスとしてＶ　Ｆ　（６）を読み出し直ちにその
図形のＮ値を知ることができる。

（は）、三次元で現された図形と図形とが干渉するかど
うかの検査はＣＡ　Ｄ　（ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ａｉｄｅ
ｄｄｅｓｉｇｎ）において必要とされる検査である。従
来の装置ではこの検査のため大量のデータ処理を必要と
したが、この発明によるとＶ　Ｆ　（６）とＩＰＵ（３
）とを使用し、ＩＰＵ（３）の比較結果に従って上位プ
ロセッサに割り込みをかけることができるので、比較的
少量のデータ処理で高速に処理することが出来る。例え
ば、ロボットのアームが色々の位置に移動するとき、ロ
ボット自身の他の部分とぶつからないか、他の物体と干
渉しないか等を検査するリアルタイム・シミュレーショ
ンをこの発明の装置で実施することが出来る。

「発明の効果」 以上のようにこの発明によれば、Ｚバッファを拡張し、
これらの処理のための専用のプロセッサ（ＩＰＵ）を設
けるという簡単な回路付加によって、三次元図形の処理
上色々の有効な処理方法を得ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示すブロック図、第２図
は第１図のＶＦ（拡張Ｚバッファ）の−例を示す説明図
。第３図、第４図はそれぞれ第１図のＩＰＵ（干渉演算
器）の−例を示すブロック図、第５図は第４図に示すＩ
ＰＵの応用例を示す説明図、第６図は従来の装置の一例
を示すブロック図。 （１）はＧＰＵ　（グラフィックロセッサ）　、（２）
は図形データベース、（３）はＩＰＵ（干渉演算器）、
（４）はＦＢ（フレームバッファ’）　、（５）はＣＲ
Ｔ（表示装置）　、（６）はＶＦ（拡張Ｚバッファ）、
（３２）はマスク制御部、（３３）はＬＵＴ　（ルック
アップテーブル）　、（３５）はＺレジスタ、（３６）
はＮレジスタ。 なお、各図中同一符号は同一部分を示すものと←２０４
８− Ｘ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、図形データを格納する図形データベースと、この図
   形データベースから読み出した図形データを基にして表
   示装置の表示面に直角な方向をＺ軸とするＸＹＺ直交座
   標に関し当該図形（図形・画像を含み図形という）を構
   成する各ピクセル（最小単位画素）についてそのＸＹ座
   標点のＺの値（以下Ｚ値という）と輝度情報（以下Ｂ値
   という）とを決定するグラフィックプロセッサと、ＸＹ
   座標点の情報をアドレスとしてＺ値を記憶するＺバッフ
   ァと、ＸＹ座標点の情報をアドレスとしてＢ値を記憶す
   るフレームバッファと、上記グラフィックプロセッサで
   決定したＺ値を上記Ｚバッファ内の同一ＸＹ座標位置に
   おけるＺ値と比較し、この比較の結果に従い上記Ｚバッ
   ファ及び上記フレームバッファの内容を更新する手段と
   、上記フレームバッファの内容を表示装置に表示する手
   段とを有する三次元図形の処理装置において、 上記ＺバッファのＺ値の他に色相・名前情報（以下Ｎ値
   という）、またはＮ値及びＢ値も記憶する拡張Ｚバッフ
   ァと、上記グラフィックプロセッサと上記フレームバッ
   ファとの間に挿入され、上記グラフィックプロセッサの
   出力を上記拡張Ｚバッファの内容を参照して処理し、こ
   の処理結果に従って上記フレームバッファの内容及び上
   記拡張Ｚバッファの内容を更新し、かつ上位プロセッサ
   に対し割り込みをかける干渉演算器とを備えたことを特
   徴とする三次元図形の処理装置。 ２、請求項第１項記載の三次元図形の処理装置において
   、上記干渉演算器は、任意のＺ値及び任意のＮ値を設定
   することが出来るＺレジスタ及びＮレジスタを備え、上
   記Ｚレジスタの内容及び上記Ｎレジスタの内容を、上記
   グラフィックプロセッサからのデータを処理する場合に
   参照することを特徴とする三次元図形の処理装置。 ３、請求項第１項記載の三次元図形の処理装置において
   、上記干渉演算器は、上記フレームバッファ及び上記拡
   張Ｚバッフアへの書き込みを禁止するアドレスを記憶す
   るマスクメモリを備え、上記マスクメモリの内容に従っ
   て上記フレームバッファ及び上記拡張Ｚバッフアへの書
   き込みを禁止することを特徴とする三次元図形の処理装
   置。 ４、請求項第１項記載の三次元図形の処理装置において
   、上記干渉演算器は、上記拡張Ｚバッファの指定された
   ＸＹ座標点のＮ値及びＢ値の内容を指定されたオフセッ
   トを加えたＸＹ座標点の上記フレームバッファに書き込
   む手段を備えたことを特徴とする三次元図形の処理装置
   。 ５、請求項第１項記載の三次元図形の処理装置において
   、上記干渉演算器は、上記グラフィックプロセッサ又は
   その上位プロセッサから上記グラフィックプロセッサを
   経て入力されるＮ値及びＢ値を、上記フレームバッファ
   に書き込むＢ値に変換するルック・アップ・テーブルを
   備えたことを特徴とする三次元図形の処理装置。