JPH01255077A

JPH01255077A - 映像生成処理方式

Info

Publication number: JPH01255077A
Application number: JP8339288A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Hirota; 広田　克彦; Koichi Murakami; 公一村上
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1988-04-05
Filing date: 1988-04-05
Publication date: 1989-10-11
Anticipated expiration: 2012-10-15
Also published as: JP2662412B2

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】〔概要〕計算機システムにおいて、光線追跡法を用いることによ
り、三次元物体などの映像を高品質で生成する映像生成
処理方式に関し。

近隣光線の通過ボクセル経路を参考することにより、高
速にボクセル空間をトラバースし５ボクセル分割を用い
た光線追跡法による処理時間を短縮する手段を提供する
ことを目的とし。

少なくとも第１段階におけるボクセル経路の計算におい
てスクリーン上の画素を飛び飛びに処理するボクセルト
ラバース処理部と、計算されたボクセル経路を記憶する
通過ボクセル記憶部と、既に処理された画素の中間の画
素を処理するとき。

その両端における処理済み画素の通過ボクセル情報を比
較し、同一である場合に、その画素に対する光線のボク
セル経路の計算を省く制御を行う通過ボクセル比較処理
部とを備える。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、計算機システムにおいて、光線追跡法（レイ
トレーシング法）を用いることにより。

三次元物体などの映像を高品質で生成する映像生成処理
方式に関する。

光線追跡法により映像の生成を行うと１反射や透過、影
などを含む高品質な映像を生成することができるが、非
常に膨大な処理時間を必要とするため、その時間を短縮
する手段が望まれる。

〔従来の技術〕

第５図および第６図は光線追跡法におけるボクセル分割
を説明するための図である。

映像の生成にあたって用いる光線追跡法では。

スクリーン上の各画素を通る光線と物体との交差計算を
行い、その結果に基づいて、゛各画素の色彩や明度など
を決める。この処理には計算機による膨大な処理時間が
かかるが、その時間の約８割を。

光線と物体との交差計算の時間が占めている。そのため
、光線と交差しない物体との交差判定を省くごとが、高
速な映像生成を実現するために必要である。

そこで、第５図に示すように、三次元空間をメツシュ状
に分割し、各ザイコロ状の部分空間（これをボクセルと
いう）に対して、その中に含まれる物体を登録しておき
、映像生成時に光線が通過するボクセル内に含まれる物
体とだり交差計算を行うことにより、高速化を実現する
ことが行われている。

第６図は、ボクセル分割を二次元で表した例を示してお
り、２０はボクセル、２３は光線を表している。ボクセ
ル２０ａに、物体へが登録されているとすると、光線２
３が、ボクセル２０ａを通過することがわかったときに
、全登録れている物体Ａと光線２３との交差計算を行え
ばよい。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のようにボクセル分割を用いて光線追跡法を実現す
ることにより、処理時間の短縮が図られているが、それ
でもまだ、会話的に映像生成を行−３＝うＪ、うな場合には、処理時間が長過ぎるという問題が
ある。

従来方式では、スクリーン上の各画素から出る光線を、
それぞれ独立に処理しているために、近似する光線の類
似性を利用することができず、そのため、スクリーン上
の全画素についての処理が必要になる。例えば、スクリ
ーンサイズが、５１２Ｘ３８４画素であるとすると、全
部で約２０万画素分の光線についてボクセルトラバース
処理が必要になる。

本発明は上記問題点の解決を図り、近隣光線の通過ボク
セル経路を参考することにより、高速にボクセル空間を
１ヘラバースし、ボクセル分割を用いた光線追跡法によ
る処理時間を短縮する手段を提供することを目的として
いる。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は本発明の原理説明図である。

第１図において、１０はＣＰＵおよびメモリなどからな
る処理装置、１１は処理する画素を選択する画素選択処
理部、１２は光線がＩ・ラハースするボクセル経路を計
算するボクセルトラバース処理部、１３は光線が通過す
るボクセル経路を記ｔｅする通過ボクセル記憶部、１４
は処理済み画素の通過ボクセル情報を比較する通過ボク
セル比較処理部、１５は物体と光線との交差計算を行う
交差計算処理部、１６は交差計算の結果に従って映像を
生成する映像生成処理部、１７は磁気ディスク装置など
の外部記憶装置、１８はデイスプレィ。

２０はボクセル、２１はデイスプレィ画面に対応するス
クリーン、２２ば視点、２３ａ〜２３ｆは光線を表す。

ボクセル分割を用いる光線追跡法でｔ、よ、光線がとの
ボクセルを通過するかを、光線が進行していく過程にお
いて計算しなければならない。この処理をボクセルトラ
バース処理という。本発明では。

画素選択処理部１１は、最初にトラバース処理の対象と
なるスクリーン上の画素を、飛び飛びで選択する。ボク
セルトラバース処理部１２は９画素選択処理部１１が飛
び飛びで選択した各画素に対応する光線について２ボク
セル経路の計算を行う。

そして、計算結果である光線の通過ボクセル情報を１通
過ボクセル記憶部１３に格納する。

交差計算処理部１５は、ボクセルトラバース処理部Ｉ２
が求めたボクセル経路に従って、光線が交差する物体の
交差計算を行い、映像生成処理部１６は１その結果によ
り映像を生成する。生成された映像は、デイスプレィ１
８に表示される。または、その映像情報は、所定の外部
記憶装置１７に保存される。

第２段階以降には２画素選択処理部１１は、処理済み画
素の中間の画素を選択する。

通過ボクセル比較処理部１４ば１画素選択処理部１１に
よって選択された画素が、既に処理された画素の中間の
画素であるとき２通過ボクセル記憶部１３を参照して、
その中間の画素の両端における処理済み画素に対応する
通過ボクセル情報を比較し、それが同一であれば、その
画素に対する光線のボクセル経路の計算を省く制御を行
う。両端の画素の通過ボクセル情報が一致しない場合に
ば、ボクセルトラバース処理部１２により、ボクセルト
ラバース処理を行う。

〔作用〕

映像を生成するための光線追跡法では５１本１本の光線
について独立に計算できることが長所の１つとなってい
る。しかし１本発明は、この光線追跡法を用いるが、１
本１本の光線を完全に独立に扱うのではなく、逆に光線
間の類似性を利用するようにしている。

隣接する光線は、似たような振る舞いをするという性質
を持つ。そのため、ある光線でのボクセルトラバース処
理と、その隣接する光線でのボクセルトラバース処理は
、光線が同じボクセルを通過し、同じ計算内容となるこ
とが多々ある。本発明は、この点に着目したものである
。本発明によれば、このような同一のボクセルを通過す
る光線でのボクセルトラバース処理を省くことができる
ようになる。

例えば、第１図（ロ）に示すように、スクリ−ン２１に
おけるある画素を通る光線２３ａと、それから何個か離
れた画素を通る光線２３ｂとが。

すべて同じボクセル２０を通過するとき、その中間の画
素を通る光線２３Ｃも同じボクセル２０を通過すること
が明らかである。従って、光線２３Ｃに対するボクセル
経路の計算は、光＆？ｔ２３ａまたは光線２３ｂの通過
ボクセル情報を利用することにより、省略することがで
きる。

一方、第１図（ハ）に示すにように、先に計算した光線
２３ｄと光線２３ｅとの通過ボクセル情報が異なる場合
には、その間の画素を通る光線２３ｆについて、ボクセ
ル経路の計算を行う。

このように、近隣の光線が似た振る舞いをするという性
質を利用することにより９選択的にボクセルｉ・ラハー
ス処理をする光線を決定して、各光線で同一な計算をし
ていた無駄を省き、高速な映像を生成を実現することが
可能になる。

〔実施例〕

第２図は本発明の一実施例による画素の選択例。

第３図は本発明の一実施例処理フロー、第４図は本発明
の一実施例に係るハソシュインデクス化説明図を示す。

第２図において、ＰＯＯ，ＰＬＯ，・・・、Ｐ５５゜・
・・は、それぞれスクリーン上の画素を表す。

本発明では、映像生成の第１段階として、スクリーン上
の画素のうち、いくつかおきの飛び飛びの画素に対して
、まず光線追跡法を適用して映像を生成する。すなわち
３例えば第２図（イ）に◎で示すように、３画素おきに
映像生成を行う。次に、第２段階として、第１段階で処
理した画素の中間の画素（ロ）Ｐ２Ｏ，・・・、ＰＯ２
，Ｐ２２゜・・・を、光線追跡法による処理対象として
選択する。

ここで２画素Ｐ２０を処理するとき、もし第１段階で処
理した画素ＰＯＯの光線と１画素Ｐ４０の光線とが、同
一のボクセルを通過すれば１画素Ｐ２０の光線について
、ボクセル経路を計算しなくても、これが９画素ＰＯＯ
またはＰ２Ｏの光線と同一のボクセルを通過することが
わかる。そこで２画素Ｐ００の光線と５画素Ｐ、４０の
光線との通過ボクセルを比較し、一致すれば２画素Ｐ２
０の光線に対するボクセルトラバース処理を省略する。

一致しなければ、２１１常のボクセル経路の計算を行う
。画素ＰＯ２についても同様に１画素Ｐ００の光線と２
画面ＰＯ４の光線の通過ボクセルを比較して、実際にホ
クセルトラハース処理を行うか否かを決定する。

第３段階では、第２図（イ）に△で示す画素Ｐ１０、Ｐ
２Ｏ，・・・を処理対象とする。画素１０を処理すると
き１画素Ｐ００の光線と２画素Ｐ２０の光線の通過ボク
セルを比較するが、既に、第１段階で処理した画素Ｐ０
０と画素Ｐ４０に対する光線の通過ボクセルが同一であ
ることがわかっている場合には２画素Ｐ２０につＡ、同
しことがわかり、同様に画素ＰＩＯに対するボクセルト
ラバース処理も省くことができる。

第３図６オ木発明の一実施例による処理の流れを示して
いる。以下の説明における■〜０は、第３図に示す処理
■〜０に対応する。

■　まず、第１段階で処理する画素（第２図に◎で示す
画素）の選択を行う。

■　処理■で３’Ａ択した個々の画素について１光線が
トラバースするボクセル経路を計算する。

■　処理■による計算結果を、第１図に示ず１ｆｆｌ遇
ボクセル記４．１部１３に記１ｑする。このボクセル経
路については、第４図により後述するように。

ハソシュインデクス化して、そのインデクス情報を記（
Ｑするようにしてもよい。

■　通過するボクセルに対して、あらかじめ登録されて
いる物体があれば、その物体と光線との交差計算を行う
。

■　交差計算の計算結果に基づいて１画素に対応する可
視点の映像を生成する。以」二の第１段階における処理
が終了したならば１次の第２段階の処理へ移る。

■　第２段階では処理する画素を、第１段階′ζ処理し
た画素の中間の画素（第２図に口で示す画素）とする。

■　次に、処理■で選択した画素の両端における既に計
算された画素のボクセル経路を比較する。

＝　１１　− これが同しである場合、処理［相］へ移る。

■　両端のボクセル経路が違う場合、処理■と同様に、
光線が１−ラハースするボクセル経路を計算する。

■　処理■による計算結果を、第１図に示す通過ボクセ
ル記４１部１３に記憶する。

［相］　処理■と同様に、物体の交差計算を行う。

■　交差計算の計算結果に基づいて２画素に対応する可
視点の映像を生成する。

［相］　処理■による判定によって５両端のボクセル経
路が同しであることがわかった場合、そのボクセル経路
を用いて、交差する物体の交差計算を行う。

０　交差計算の計算結果に基づいて、可視点での映像生
成を行う。以上の第２段階における処理が終了したなら
ば１次の第３段階の処理へ移り。

同様に処理を繰り返す。

この例では、第１段階の画素についての処理がすべて終
了してから、第２段階の画素についての処理へ進むよう
にしているが２例えば、第１段階における画素を２つ処
理した後、直ちに、その間の画素に対する第２段階の処
理、第３段階の処理。

・・・を行い、その後、隣の第１段階の画素に対する処
理、第２段階の画素に対する処理、・・というように、
処理を進めていくようにしてもよい。

ボクセル分割をしたときに、各ボクセルにば２例えば第
４図（イ）に示すように、ボクセル識別子ｉｄが付けら
れる。各画素の光線に対する通過ボクセルを記ｔａする
場合には、このボクセル識別子ｉｄのリストを記憶する
か、これを例えば第４図（ロ）に示すように、ハソシュ
インテクス化して記憶することにより、記１ａ領域の削
減と比較判定処理の高速化を図ることができる。

このハソシュインデクス化は１次のように行う。

第４図（イ）に示す光線２３の通過ボクセルは。

ボクセル識別子ｉｄが、　　１．　１１．　１．２．・
・・のボクセルである。そごで２　この各ボクセル識別
子ｉｄの値に対し、第４図（ロ）に示すハツシュ処理部
４０により、所定のハツシュ関数ｆを適用し。

ハツシュ値り、を求める。そのハツシュ値り、をインデ
クスとする所定の領域に２通過ボクセルを表すボクセル
識別子リストを格納する。なお、ハツシュ値り、の衝突
が生した場合には、他の空き領域に、新しいボクセル識
別子リストを設定し。

他のハツシュ値を与え２ハツシユ値り、の領域からポイ
ントするなどの衝突処理を行う。

このように２通過ボクセル情報をハソシュインデクス化
して記憶すると、各光線ごとに記憶する情報が少なくて
済み、また通過ボクセルの異同の判定も９個々のホクセ
ル識別子を比較することなく、インデクスの比較だけで
できるようになり。

情報の照合時間を短縮することができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、高品質な映像を生成できる光線追
跡法には、処理時間が膨大になるという欠点があるが１
本発明によれば、その処理時間を短縮することができ、
会話的な映像生成システムの実現に一歩近づくことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理説明図。第２図は本発明の一実施例による画素の選択例。第３図は本発明の一実施例処理フロー。第４図は本発明の一実施例に係るハソシュインデクス化
説明図。第５図および第６図は光線追跡法におけるボクセル分割
を説明するための図を示す。図中、１０は処理装置、１１は画素選択処理部。１２はボクセルトラバース処理部５１３は通過ボクセル
記憶部、１４は通過ボクセル比較処理部。１５は交差計算処理部、１６は映像生成処理部。１７は外部記憶装置、１８はデイスプレィ、２０はボク
セル、２１はスクリーン、２２は視点、２３ａ〜２３ｆ
は光線を表す。

Claims

【特許請求の範囲】空間をボクセル分割して、光線が通過するボクセルを求
め、光線と物体との交差計算を行う光線追跡法を用いた
映像生成処理方式において、少なくとも第１段階におけ
るボクセル経路の計算においてスクリーン上の画素を飛
び飛びに処理するボクセルトラバース処理部（１２）と
、計算されたボクセル経路を記憶する通過ボクセル記憶
部（１３）と、既に処理された画素の中間の画素を処理するとき、その
両端における処理済み画素の通過ボクセル情報を比較し
、同一である場合に、その画素に対する光線のボクセル
経路の計算を省く制御を行う通過ボクセル比較処理部（
１４）とを備えたことを特徴とする映像生成処理方式。