JPH03185578A - ソリッドモデルの断面表示処理方法 - 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】

〔概要〕 ソリッドモデルの断面表示を実現するためのソリッドモ
デルの断面表示処理方法に関し、セクショニングＺバッ
ファを用いずにソリッドモデルの断面表示を可能とする
ことを目的とし、世界座標系上で指定された切断面をク
リッピング処理が可能となる位置まで回転する第１の処
理過程と、回転された切断面を基準にしてクリッピング
処理を実行することで、切断面より視点側に位置する図
形要素を除去する第２の処理過程と、第１の処理過程に
よる回転を元に戻しつつ、デバイス座標系への座標変換
を実行する第３の処理過程と、指定されたビューポート
を基単にしてクリッピング処理を実行することで、ビュ
ーポートの枠外の図形要素を除去する第４の処理過程と
、除去されなかった図形要素の内の最も視点側に位置す
る図形要素を特定して表示していく第５の処理過程とを
備えるよう構成する。 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ソリッドモデルの断面表示を実現するための
ソリッドモデルの断面表示処理方法に関し、特に、セク
ショニングＺバッファを必要としないでソリッドモデル
の断面表示を可能とするソリッドモデルの断面表示処理
方法に関するものである。 ソリッドモデル表示処理装置においては、表示するソリ
ッドモデルの内部構造を確認できるようにするために、
任意の平面でカットしたときの断面を表示するためのセ
クショニング手ＩＮを備えることになる。このセクショ
ニング手段は、切断面を３次元で定義して、視点から見
て切断面の後ろに位置してかつ他の図形要素よりも前に
位置する図形要素のみを表示することによって、ソリッ
ドモデルの内部構造を表示していくことになる。このセ
クショニング手段の実装は、ソリッドモデル表示処理装
置のハードウェア規模が大きくならないような構成によ
り実現していくことが望まれている。 〔従来の技術〕 従来のソリッドモデル表示処理装置では、ソリッドモデ
ルの書画処理を実行するｉｎ処理部が、デバイス座標系
上で表される切断面の形状を格納するセクショニング２
バツフアと、それまでに書画した最も視点側に位置する
図形要素の座標値を格納するＺバッファとを備えるよう
構成していた。 そして、このように構成されるｌ１ｉｉ処理部が、デバ
イス座標系に座標変換されてクリッピングされたソリッ
ドモデルの各図形要素を描画していく際に、描画しよう
とする画素の座標値が視点側から見てセクショニング２
バツフアの２座標値よりも後方でかつ２バツフアの座標
値よりも前方にあるものを特定して、その特定した画素
のみの座標値をフレームバッファに書き込んでいくこと
で、ソリッドモデルの断面表示を実現していくという方
法を採っていた。 すなわち、２次元の例で説明するならば、第６１１（ａ
）に示すように、セクショニング２バツフアの管理する
２座標値よりも後方で、かつ２バツフアの管理する２座
標値よりも前方にある図形要素を特定してその座標値を
フレームバッファに格納していくことで、ソリッドモデ
ルの断面表示を実現していくという方法を採っていたの
である。 ここで、第６図（ａ）にあっては、第６図（ｂ）に示す
ように、視線方向が２軸方向となることを想定している
。

【発明が解決しようとする課題】

確かに、この従来技術によれば、複数の断面によるソリ
ッドモデルの切断表示が可能にあるという利点はあるも
のの、切断面の画素の座標位置情報と奥行情報とを管理
する大きなメモリ容量のセクショニング２バツフアが必
要となることから、ソリッドモデル表示処理装置のハー
ドウェア規模が大きくなってしまうという問題点がある
とともに、セクショニング２バツフアの複雑な制御処理
を実行するための手段を具備していく必要があるという
問題点があった。 本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、セ
クショニングＺバッファを用いずにソリッドモデルの断
面表示を可能とする新たなソリッドモデルの断面表示処
理方法を提供することで、従来技術が有していたこのよ
うな問題点の解決を図ることを目的とするものである。 〔課題を解決するための手段〕 第１図は本発明の原理構成図である。 図中、ＰＩは第１の処理過程、Ｐ２は第２の処理過程、
Ｐ３は第３の処理過程、Ｐ４は第４の処理過程、Ｐ５は
第５の処理過程を表している。 第１の処理過程Ｐ１では、世界座標系上で指定される切
断面がクリッピング処理の基準面となるＸＹ平面、Ｘｚ
平面、ＹＺ平面の内のいずれか１つの平面に平行となる
べく座標系の回転処理を実行する。 第２の処理過程Ｐ２では、第１の処理過程ＰＩに従って
回転された切断面を基準にしてクリッピング処理を実行
することで、切断面より視点側に位置する図形要素を除
去する処理を実行する。 第３の処理過程Ｐ３では、第１の処理過程Ｐ１による回
転を元に戻すとともに、視点側の図形要素の除去された
ソリッドモデルを視線方向の座標系をなすデバイス座標
系へと座標変換する処理を実行する。 第４の処理過程Ｐ４では、デバイス座標系上で指定され
るビニ−ポートを基準にしてビューポートの枠外の図形
要素を除去する処理を実行する。 第５の処理過程Ｐ５では、第２及び第４の処理過程Ｐ２
．Ｐ４で除去されなかった図形要素の内の最も視点側に
位置する図形要素を特定して表示していく処理を実行す
る。 〔作用〕 本発明では、第１図（イ）に示すように、ソリッドモデ
ルに対して世界座標系に従う切断面が指定されることに
なると、第１の処理過程Ｐ１で、世界座標系の原点から
その切断面に対して垂直に引かれたベクトルが例えばＺ
軸と一敗するように世界座標系を回転していくことで、
切断面がクリッピング処理の基準面として可能となるＸ
Ｙ平面と平行となるように処理する。この第１の処理過
程Ｐ１の処理により、第１図（ロ）に示すように、切断
面がＸＹ平面と平行となる位置にセットされることにな
る。 次に、第２の処理過程Ｐ２で、回転された切断面を基準
にしてクリッピング処理を実行することで、切断面より
視点側に位置する図形要素を除去するよう処理する。こ
の第２の処理過程Ｐ２の処理により、第１図（ロ）中の
■で示す図形要素が第１図（ハ）に示すように除去され
ることになる。 続いて、第３の処理過程Ｐ３で、第１の処理過程ＰＩに
よる回転角度を逆に回転していくことでソリッドモデル
を元の角度状態に戻すとともに、その視点側の図形要素
の除去されたソリッドモデルを世界座標系から視線方向
の座標系をなすデバイス座標系へと座標変換するよう処
理する。この第３の処理過程Ｐ３の処理により、第１図
（ニ）に示すように、視点側の図形要素の除去されたソ
リッドモデルがデバイス座標系へと変換されることにな
る。 続いて、第４の処理過程Ｐ４で、デバイス座標系上で指
定されるビューポートを基準にしてビューボートの枠外
の図形要素を除去するよう処理する。この第４の処理過
程Ｐ４の処理により、第１図（ホ）に示すように、ビュ
ーポートの枠外の図形要素が除去されることになる。 続いて、第５の処理過程Ｐ５で、今までの処理により除
去されなかった図形要素の内の最も視点側に位置する図
形要素を特定して表示していくよう処理する。この第５
の処理過程Ｐ５の処理により、第１図（ホ）中の■で示
す図形要素が第１図（へ）に示すように除去されて、切
断面から見たソリッドモデルの断面形状の表示が実現さ
れることになる。 このように、本発明によれば、クリッピング処理を２段
槽底にして、最初のクリッピング処理に従って視点側の
図形要素を除去してしまうようにしたことから、描画処
理の段階でセクシッニング２バッファを用いて視点側の
図形要素を除去していく処理が不要となることになり、
これから、セクショニングＺバッファを具備する必要が
なくなるのである。 〔実施例〕 以下、実施例に従って本発明の詳細な説明する。 第２図に、本発明を具備するソリッドモデル表示処理装
置の一実施例を図示する０図中、１は表示データメモリ
、２は表示データ管理部、３は座標変換部４とクリッピ
ング処理部５とから構成される幾何処理部、６は構面管
理部、７は共有メモリ部、８はＦＩＦＯバッファ、９は
面塗部１０とＤＤＡＩＩと描画制御部１２とから構成さ
れる描画処理部、１３はＺバッファ、１４はフレームバ
ッファ、１５は表示部である。 表示データメモリ１には、ソリッドモデルを構成する情
報（モデルを構成する面の頂点の座標値・各面の色情報
等）、視線方向により規定されるデバイス座標系への座
標変換を指定する座標変換行列Ｔ、デバイス座標系で指
定されるクリッピング境界情報（ビューポート情報）及
び世界座標系で指定される切断面情報等が図形表示プロ
グラムとして管理されることになる。この図形表示プロ
グラムは、以下に詳述するように、最初に、座標変換行
列Ｔとビューボートと切断面とを設定し、続いて、図形
要素の描画を指示するよう処理することになる。具体的
には、四角錐の図形を表示する場合には、第３図に示す
ように、三角形状面■。 の色指標の指定、面■゛の描画、三角形状面■°の色指
標の指定、面■゛の描画というように処理していくこと
でソリッドモデルの表示を実行することになる。 表示データ管理部２は、第１の処理ステップとして、先
ず最初に、この表示データメモリｌから切断面情報（世
界座標系の原点からその切断面に垂直に引かれるベクト
ル（ａ、ｂ、ｃ）により表現されている）を読み出し、
次に、下式に従って、第１の座標変換を実行するための
座標変換行列Ｔ１を算出するとともに、この算出した座
標変換行列Ｔ１をＦＩＦＯバッファ８軽由で座標変換部
４のレジスタＲ１に設定する処理を実行する。 但し、 Ｓ　２−　ａ　／（ａ　”＋　ｃ　”）””Ｃ２＝　Ｃ
／　（ａ　”＋（ｔ）ｔｚｔＣＩ−（ａ”＋ｃ重）””
／（ａ”＋ｂ”＋ｃ”）””Ｓ　ｌ　＝ｂ／（ａ”＋ｂ
”＋ｃ”）””この座標変換行列ＴＩは、第４−図に示
すように、Ｘ軸及びＹ軸を中心にして回転させることで
、切断面に引かれる法線ベクトル（ａ　＋　ｂ　＋　ｃ
　）を２軸に一致するように座標変換することを意味し
ている。このように、座標変換することで、切断面が世
界座標系のｘＹ平面と平行にセットされることになって
、この切断面をクリッピング処理の基準面として用いる
ことができるようになる。 座標変換行列Ｔ１を算出すると、表示データ管理部２は
、続いて、算出した座標変換行列ＴＩと切断面の法線ベ
クトル（ａ、ｂ、ｃ）の同次座標表現である（ａ＋ｋｌ
＋ｃ＋１）’　（但し、ｔは縦行列を表す）とのマトリ
クスを演算することで、切断面のＺ軸上の座標位置を算
出する。そして、この算出したＺＩ！標値を第１の座標
変換に連動して実行されることになる第１のクリッピン
グ処理のＺ座標の上限値として決定するとともに、十〇
をＺ座標の下限値として決定し、かつ、±のをその第１
のクリッピング処理のＸＹ座標の上下限値として決定し
て、ＦＩＦＯバッファ８経出でこれらの上下限値をクリ
ッピング処理部５のレジスタｒ、に設定する処理を実行
して第１の処理ステップを終了する。 次に、表示データ管理部２は、第２の処理ステップとし
て、先ず最初に、表示データメモリ１から座標変換行列
Ｔを読み出し、次に、下式に従って、第２の座標変換を
実行するための座標変換行列Ｔ２を算出するとともに、
この算出した座標変換行列Ｔ２をＦＩＦＯバシファ８経
出で座標変換部４のレジスタＲ８に設定する処理を実行
する。 Ｔ２−ＴＸ’［’ｌ−１ この座標変換行列Ｔ２は、座標変換行列ＴＩにより回転
されることになる座標系を元の角度状態に戻すとともに
、座標変換行列Ｔの座標変換により規定されるデバイス
座標系への座標変換を実行することを意味している。 座標変換行列Ｔ２を算出すると、表示データ管還部２は
、続いて、表示データメモリｌからビューポート情報を
読み出して、そのビューポート情報が指定するところの
クリッピング処理の上下限値を第２の座標変換に連動し
て実行されることになる第２のクリッピング処理の上下
限値として決定して、ＦＩＦＯバッファ８経出でクリッ
ピング処理部５のレジスタｒｔに設定する処理を実行し
て第２の処理ステップを終了する。 このようにして、第１及び第２の処理ステップが終了す
ると、続いて、表示データ管理部２は、第３の処理ステ
ップとして、表示データメモリｌからソリッドモデルの
図形要素データを順次読み出し、第１の座標変換及び第
１のクリッピング処理（以下、第１の処理という）を行
うことを指示する処理フラグを付して、その読み出して
いく図形要素データをＦＩＦＯバッファ８経出で幾何処
理部３に転送するよう処理する。 表示データ管理部２からこの第１の処理の処理フラグの
付された図形要素データが送られてくると、幾何処理部
３の座標変換部４は、レジスタＲ１に格納されている座
標変換行列ＴＩに従って第１の座標変換処理を実行する
とともに、それに続いて、クリッピング処理部５は、レ
ジスタｒ、に格納されているクリッピング枠に従って第
１のクリッピング処理を実行する。上述したように、こ
の第１の座標変換処理により、ソリッドモデルの切断面
が２軸と垂直になるよう座標変換される。続いて実行さ
れる第１のクリッピング処理では、座標変換後の図形要
素とこの切断面により規定されるクリッピング枠とを比
較して、Ｚ座標値が切断面と２座標下限値との間の値を
とる頂点、すなわち切断面より視点側に位置する頂点を
除去するとともに、それ以外の頂点、すなわち切断面よ
り視点の反対側に位置する頂点についてはそのまま残す
よう処理し、更に、除去される頂点と残される頂点との
間を結ぶ辺が切断面と交差するときにはその交点を算出
して新たな頂点を発生させていくことで、切断面で切断
される図形要素の形状を求めるよう処理する。このよう
にして、第１の処理を終了すると、幾何処理部３は、第
１の処理の処理フラグを付したまま処理した図形要素デ
ータを次段の描画管理部６に転送するよう処理する。 幾何処理部３から第１の処理の処理フラグの付されてい
る図形要素データが送られてくると、描画管理部６は、
その送られてくる図形要素データを共有メモリ部７に書
き込むとともに、表示データ管理部２に対して、第２の
座標変換及び第２のクリッピング処理（以下、第２の処
理という）の実行依頼を通知するよう処理する。 このｒｉｍ管理部６−からの第２の処理の実行依頼通知
を受は取ると、表示データ管理部２は、第３の処理ステ
ップとして実行している表示データメモリ１から幾何処
理部３への図形要素データの転送処理の完了を確認して
から、第４の処理ステップとして、共有メモリ部７から
第１の処理の施された図形要素データを順次読み出し、
第２の処理を行うことを指示する処理フラグを付して、
その読み出していく図形要素データをＦＩＦＯバッファ
８軽由で幾何処理部３に転送するよう処理する。 表示データ管理部２からこの第２の処理の処理フラグの
付された図形要素データが送られてくると、幾何処理部
３の座標変換部４は、今度はレジスタＲ８に格納されて
いる座標変換行列Ｔ２に従って第２の座標変換処理を実
行するとともに、それに続いて、クリッピング処理部５
は、今度はレジスタｒ、に格納されているクリッピング
枠（ビューポートを指定している）に従って第２のクリ
ッピング処理を実行する。上述したように、この第２の
座標変換処理により、第１の座標変換処理により回転さ
れることになる座標系を元の状態に戻しつつ、視線方向
の座標系であるデバイス座標系への座標変換が実行され
る。 続いて実行される第２のクリッピング処理では、座標変
換後の図形要素とピユーポートとを比較して、ビューポ
ートの左右、上下、前後の６面の夫々に対して上述の第
１のクリッピング処理と同様のクリッピング処理を実行
していくことで、図形要素の形状をビニ−ポートの枠内
に収まるように変換する。すなわち、第５図（ａ）に示
すように、ソリッドモデルＭがビューポートＶよりはみ
出ているときには、先ず最初に、第５図（ｂ）に示すよ
うに、ビニ−ポートＶの左右、上下、前後の６面に対し
てソリッドモデルＭの頂点Ｐ、、Ｐ□・・・の内外判定
を行い、次に、第５図（ｃ）に示すように、ビューポー
トとの交点を算出し、続いて、第５図（ｄ）に示すよう
に、新頂点を発生することで、ビニ−ポートｖに収まる
べくソリッドモデルＭを刈り込んでいくのである。 このようにして、第２の処理を終了すると、幾何処理部
３は、第２の処理の処理フラグを付したまま処理した図
形要素データを次段の描画管理部６に転送するよう処理
する。 幾何処理部３から第２の処理の処理フラグの付されてい
る図形要素データが送られてくると、描画管理部６は、
今度は共有メモリ部７には書き込まないで、その送られ
てくる図形要素データをそのまま描画処理部９に転送し
ていくよう処理する。 このようにして、第１及び第２の処理によりクリッピン
グされたソリッドモデルの図形要素データが描画処理部
９に転送されていくことになる。 描画管理部６からクリッピングされた図形要素データを
受は取ると、描画処理部９の面塗部ｌＯは、転送されて
くる図形要素の頂点データから図形を内実するベクトル
列を発生し、続いて、ＤＤＡ（ディジタル・ディファレ
ンシャル・アナライザ）１１は、面塗部１０により発生
されたベクトル列の両端情報から３次元の画素単位の画
像データを生成してｔｉ百制御部１２に渡すよう処理す
る。 この描画制御部１２には、例えば１０２４　Ｘ　１０２
４　Ｘ８ビツトのメモリ容量をもつＺバッファ１３とフ
レームバッファ１４とが接続されるよう構成されている
。このＺバッファ１３は、それまでにｔｉｉ＊制御部１
２がフレームバッファ１４に書き込んだ最も視点側に位
置する画像データの座標情報を管理し、一方、フレーム
バッファ１４は、表示部１５に表示する画像データを管
理するよう構成されている。 描画制御部１２は、ＤＤＡＩＩから３次元の画像データ
の座標情報（Ｘ　＋　７　ｒ　Ｚ　）を受は取ると、Ｚ
バッファ１３からこの（ｘ、ｙ）アドレスの指定するＺ
座標値を読み出し、この読み出した２座標値が受は取っ
た画像データの２座標値である２値よりも小さい・か否
かを判断して、小さいときはフレームバッファ１４の（
ｘ、ｙ）アト・レスにその２値を奥行情報として書き込
むとともに、Ｚバッファ１３の（ｘ、ｙ）アドレスのＺ
座標値をその大きな値をもつ２値に更新するよう処理す
る。 一方、Ｚバッファ１３から読み出したＺ座標値が受は取
った画像データの２値よりも大きいときには、フレーム
バッファ１４への書込処理及び２パフフア１３への更新
処理は実行しないよう処理する。この描画制御部１２の
処理に従って、２バツフア１３には、それまでにフレー
ムバッファ１４に書き込まれた最も手前（ｚ値の大きい
もの）の図形の奥行情報、すなわち最も視点側に位置す
る画像データの奥行情報が格納されていくことになり、
視点側から見えない面のフレームバッフｙ１４への書込
処理が抑制されることになる。これにより、表示部１５
には、見える筈の面だけのソリッドモデルの断面表示を
実現することになる。 このように、本発明を用いることで、従来技術が必要と
したセクショニング２バツフアを用いずに、ソリッドモ
デルの断面表示が可能となるのである。 図示実施例について説明したが、本発明はこれに限定さ
れるものではない０例えば、切断面の回転処理は、その
法線ベクトルが世界座標系の２袖に一致するもので説明
したが、これに限られるものではなくて、世界座標系の
Ｘ輪やＹ柚に一致するように処理することも可能である
。 〔発明の効果〕 以上説明したように、本発明によれば、大きなメモリ容
量を必要とするセクショニング２バフフアを用いずに、
ソリッドモデルの断面表示が可能となる。これから、ソ
リッドモデル表示処理装置のハードウェアが従来よりも
小規模なものにできるようになるとともに、セクショニ
ング２バツフアを備えることで必要とされていた複雑な
制御処理も行わなくて済むことになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理構成図、 第２図は本発明の一実施例、 第３図は表示データメモリ部に管理される図形表示プロ
グラムの説明図、 第４図は座標変換行列ＴＩの実行する座標変換内容の説
明図、 第５図は第２のクリッピング処理の説明図、第６図は従
来技術の説明図である。 図中、ｌは表示データメモリ、２は表示データ管理部、
３は幾何処理部、４は座標変換部、５はクリッピング処
理部、６は描画管理部、７は共有メモリ部、８はＦＩＦ
Ｏバッファ、９は描画処理部、ｌＯは面塗部、１１はＤ
ＤＡ、１２は描画制御部、１３はＺバッファ、１４はフ
レームバッファ、１５は表示部である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ソリッドモデルを世界座標系から視線方向のデバイス座
   標系に座標変換してビューポートによるクリッピング処
   理を施し、このクリッピングされたソリッドモデルに対
   して、視点側からみて切断面の後ろに位置してかつ他の
   図形要素よりも前に位置する図形要素を特定して表示し
   ていくことで、ソリッドモデルの断面表示を実行するソ
   リッドモデルの断面表示処理方法において、 世界座標系上で指定された切断面をクリッピング処理が
   可能となる位置まで回転する第１の処理過程（Ｐ１）と
   、 回転された切断面を基準にしてクリッピング処理を実行
   することで、切断面より視点側に位置する図形要素を除
   去する第２の処理過程（Ｐ２）と、第１の処理過程（Ｐ
   １）による回転を元に戻すとともに、デバイス座標系へ
   の座標変換を実行する第３の処理過程（Ｐ３）と、 指定されたビューポートを基準にしてクリッピング処理
   を実行することで、ビューポートの枠外の図形要素を除
   去する第４の処理過程（Ｐ４）と、除去されなかった図
   形要素の内の最も視点側に位置する図形要素を特定して
   表示していく第５の処理過程（Ｐ５）とを備えることを
   、 特徴とするソリッドモデルの断面表示処理方法。