JPH04101285A - 画像生成処理装置 - 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】 ［概　要］ 三次元物体のデータから、二次元スクリーンに投影した
画像を生成する処理に関し、 与えられた物体及び視点位置等のデータから、二次元投
影画像を高速に生成できる経済的な構成の画像生成処理
装置を目的とし、 三次元物体の形状を複数の所定の要素図形によって定義
する形状データと、所定の条件データとに基づいて、該
条件データで定められる指定の環境で指定の視点につい
ての、該三次元物体の所定の二次元投影画像を生成する
に際し、分配処理部と、複数の描画処理部と、画像合成
部と、画像表示部とを有し、該分配処理部は、該要素図
形を最小分割単位として該形状データを分割して、該分
割した形状データ及び該条件データを、各該描画処理部
に分配し、各該描画処理部は、フレームバッファ及びＺ
バッファを有し、該分配されたデータに基づいて生成す
る該二次元投影画像の画素データを該フレームバッファ
に格納し、各該画素に対応する物体の該視点からの距離
情報を該Ｚバッファに格納し、該画像合成部は、すべて
の該フレームバッファの対応する画素の該画素データか
ら、該Ｚバッファの該距離情報の比較によって定める１
画素データを選択し、該・画像表示部は、該画像合成部
で選択された画素データに従って、表示装置に画像を表
示するように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、三次元物体のデータから、二次元スクリーン
に投影した画像を生成するための画像生成処理装置に関
する。

〔従来の技術〕

複数の三次元物体の形状と材質の情報、及び照明、視点
、スクリーン等の条件情報等からなるモデルデータから
、それらの三次元物体の二次元スクリーンへの投影画像
を生成する処理では、公知のように各物体の形状を、そ
の表面をポリゴンと呼ぶ例えば三角形の要素図形で覆う
方法で近似し、これに視点からの遠近を表す距離情報そ
の他の情報を加えて処理することにより、指定のスクリ
ーンに投影した二次元画像を得る。

これを高速に処理する一方式として、多数の処理装置を
使用する並列処理システムがある。

このシステムでは、対象の空間を分割して各処理装置に
割り当て、各処理装置は与えられたモデルデータから、
割当空間に対応するデータを検索し、当該空間のみを分
担して処理し、共通に接続されたフレームバッファに、
分担処理した部分の画素データを出力する。従って処理
装置を増やして分担する処理を減少することにより、一
般に全体としての処理速度を上げることができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

前記のように画像生成の並列処理システムでは、各処理
装置が重複してモデルデータを持ち、そこから各自処理
装置に割り当てられた空間部分を検索して取り出さなけ
ればならない。このためにモデルデータが大きくなると
、各処理装置に大量のメモリを必要とし、且つ必要なデ
ータの検索に時間がかかって、総合した画像生成速度を
向上できないという問題がある。

本発明は、与えられた物体及び視点位置等のデータから
、二次元投影画像を高速に生成できる経済的な構成の画
像生成処理装置を目的とする。

〔課題を解決するための手段］ 第１図〜第３図は、本発明の構成を示すブロック図であ
る。

第１図は画像生成処理装置の構成であって、三次元物体
の形状を複数の所定の要素図形によって定義する形状デ
ータと、所定の条件データとからなるモデルデータｌに
基づいて、該条件データで定められる指定の環境で指定
の視点についての、該三次元物体の所定の二次元投影画
像を生成するに際し、分配処理部２と、複数の描画処理
部３と、画像合成部４と、画像表示部５とを有し、分配
処理部２は、該要素図形を最小分割単位として該形状デ
ータを分割して、該分割した形状データ及び該条件デー
タを、各描画処理部３に分配し、各描画処理部３は、フ
レームバッファ７及びＺバッファ６を有し、該分配され
たデータに基づいて生成する該二次元投影画像の画素デ
ータをフレームバッファ７に格納し、各該画素に対応す
る物体の該視点からの距離情報をＺバッファ６に格納し
、画像合成部４は、すべてのフレームバッファ７の対応
する画素の該画素データから、Ｚバッファ６の該距離情
報の比較によって定める１画素データを選択し、画像表
示部５は、画像合成部４で選択された画素データに従っ
て、表示装置に画像を表示する。

又、第２図の画像合成部４は、１組以上の選択処理部１
０を有し、各選択処理部１ｏは、比較器１１と、第１及
び第２の選択器１２．１３を有し、所定の複数の前記描
画処理部３と接続し、比較器１１は、該接続する描画処
理部３のＺバッファ６から読み出す対応する画素ごとの
距離情報を比較して、所定の最近値の該距離情報を保持
する該Ｚバッファを指定する選択情報を出力し、第１の
選択器１２は、該選択情報で定まるＺバッファ６から読
み出した該距離情報を出力し、第２の選択器１３は、該
選択情報で定まるＺバッファ６に対応するフレームバッ
ファ７から読み出す前記画素データを出力し、画像合成
部４は、選択処理部１０の出力する該距離情報によって
、該出力する画素データの１個を選択する。なお、選択
処理部１０を階層状に設け、上位階層の選択処理部１０
は、下位階層の複数の選択処理部１０の出力する前記距
離情報及び画素データを入力として、該距離情報及び画
素データを選択し出力するようにしてもよい。

又、第３図の画像合成部４は、複数の選択処理部２０を
有し、各選択処理部２０は各前記描画処理部３と接続し
、比較器２１と、第１及び第２の選択器２２．２３を有
し、選択処理部２０は相互に順次直列に接続し、該直列
接続の最前段の選択処理部２０は前段に描画処理部３を
接続し、最後段の選択処理部２０は前記画像表示部５に
接続し、比較器２１は、該接続する描画処理部３の前記
Ｚバッファ６から読み出す前記距離情報と、前段から受
け取る該距離情報とを比較して、所定の最近値の該距離
情報を保持する側を指定する選択情報を出力し、第１の
選択器２２は、該選択情報で定まる該距離情報を選択し
て後段へ出力し、第２の選択器２３は、該接続する描画
処理部３の前記フレームバッファから読み出す前記画素
データと、前段から受け取る該画素データとのうち、該
選択情報で定まる該距離情報に対応する該画素データを
選択して後段へ出力し、最後段の選択処理部２０の出力
する該画素データを画像合成部４の出力とする。

〔作　用〕

本発明の画像生成処理装置により、各描画処理部は、空
間を切り分けて分担するのでなく、一つの物体としてま
とめて定義された物体ごと、あるいはそれを分割しても
、最小限ポリゴンを単位として分割して分担し、それぞ
れが個別に持つフレームバッファに、分担した物体等に
ついて生成した全画像の画素データを格納し、それを画
像合成部がＺバッファの距離情報を参照して合成する。

従って、各描画処理部が分担部分に該当するデータを検
索する必要が無く、又物体等を定義するデータは分担し
た物体又はその部分の要素図形群のデータのみを持てば
よく、経済的な構成で並列処理による高速化を得ること
ができる。

〔実施例〕

第１図において、モデルデータ１の三次元物体を定義す
る形状データは、各物体ごとにその表面をポリゴンであ
る要素図形で近似したデータからなり、その他に要すれ
ば各物体の材質を指定するデータ等が加わる。又条件デ
ータとして、照明、スクリーン及び視点位置等のデータ
が与えられている。

分配処理部２は、上記のモデルデータ１から形状データ
等の物体を定義するデータを、例えば成るべく物体単位
に分け、必要な場合には物体を分割して要素図形群に分
けて、それらの分割した形状データと条件データを各描
画処理部３に配布して画像生成処理を起動する。

各描画処理部３は配布されたデータについて画像生成を
実行するが、この処理は単一の処理装置で通常行なわれ
る画像生成処理でよく、分担した物体等についてスクリ
ーン全画面にわたる画像が、それぞれの描画処理部３で
個別に生成され、生成された画素データがフレームバッ
ファ７に格納され、各画素について視点からの遠近を識
別できるように定める距離情報がＺバッファ６に格納さ
れる。

次に画像合成部４は、各描画処理部３のＺバッファ６か
ら同じ画素位置、即ち各Ｚバッファ６の同じアドレスの
距離情報を読み出して、距離情報を比較し、視点に最も
近いことを示す、例えば最も小さい値の距離情報を決定
すると、その距離情報を読み出した描画処理部３の、フ
レームバッファ７の同じアドレスにある画素データを、
表示すべき画素データとして画像表示部５に渡す。

この処理をＺバッファ６の所要領域の全アドレスについ
て順次実行することにより、画面全体の画素データを決
定し、画像表示部５によって表示される。

画像合成部４が第２図の構成の場合には、画像合成部４
は２個以上の適当な個数の描画処理部３ごとに対応する
選択処理部１０を持ち、各選択処理部１０には比較器１
１と選択器１２．１３を設ける。このようにして、画像
合成部４のアドレス発生器１６からすべての描画処理部
３にアドレスを送って、すべてのＺバッファ６及びフレ
ームバッファ７から同じアドレス、即ち同じ画素位置に
関する情報を読み出させる。

各選択処理部１０ではＺバッファから読み出した距離情
報を比較器１１で比較して、最小の距離情報が入力され
ている比較器１１の入力端子番号を示す情報を出力する
。

選択器１２と選択器１３は、比較器１１の出力を制御入
力として、各選択器の入力端子に入力された情報から、
制御入力で示す入力端子番号の入力を選択的に出力する
ように構成し、選択器１２の入力端子にはＺバッファ６
から読み出した距離情報、選択器１３にはフレームバッ
ファ７から読み出しだ画素データを、比較器１１の入力
端子と同し配列で入力し、それから選択した出力をそれ
ぞれレジスタ１４と１５に設定する。

アドレス発生器１６から送るアドレスを先頭番地から順
次進めて、各アドレスごとに以上の処理を繰り返すこと
により、所定の描画処理部３の生成した各画素情報の中
で、視点に最も近い位置にある像の距離情報と画素デー
タが、各画素位置ごとにレジスタ１４．１５に設定され
る。

１個の選択処理部１０で、すべての描画処理部３を処理
するように構成した場合には、レジスタ１５に得られた
画素データを、そのまま画像合成部４の出力として画像
表示部５に渡せばよい。又、２個以上の選択処理部１０
に分けて処理する場合には、各選択処理部１０のレジス
タ１４に得られる距離情報を比較して、最小の距離情報
を保持する選択処理部１０のレジスタ１５の内容を画像
合成部４の出力とする。第４図は、そのために選択処理
部１０を階層状に接続して、選択する構成である。

画像合成部４が第３図の構成の場合には、各描画処理部
３に対して選択処理部２０を設け、Ｚバッファ６及びフ
レームバッファ７の出力を接続し、選択処理部２０相互
を図示のように直列に接続する。

但し先頭の選択処理部２０には、もう１個の描画処理部
３のＺバッファ６及びフレームバッファ７の出力を接続
し、従ってこの描画処理部３に対応する選択処理部２０
は設けない。又２番目以降の選択処理部２０は各々順次
段数の増加した遅延器２５及び２６を介してＺバッファ
６及びフレームバッファ７の出力を受け取る。

このようにして、例えば前記第２図の場合と同様にアド
レス発生器２４から次々にアドレスを発生して全描画処
理部３へ一斉に送り、各Ｚバッファ６及びフレームバッ
ファ７を読み出す。

先頭の選択処理部２０では、前記により両Ｚバッファ６
から読み出された距離情報を比較器２１で比較して小さ
い方を選択する制御出力を選択器２２及び２３に送るこ
とにより、選択器２２から小さい方の距離情報を出力し
、選択器２３からその距離情報に対応する画素データを
出力して、両出力を次段に接続する選択処理部２０に送
る。なお、各選択処理部の選択器２２及び２３は、１段
分の適当な遅延を持たせて出力を次段へ渡すようにする
。

第２段以降の各選択処理部２０は、前段から受け取る距
離情報及び画素データと、描画処理部３から読み出すそ
れらの情報とを前記と同様に処理して、距離情報の小さ
い方の情報を次段へ出力し、最終段の選択処理部２０の
選択器２３の出力が画像合成部４の出力として画像表示
部５へ渡る。

〔発明の効果〕

以上の説明か°ら明らかなように本発明によれば、与え
られた三次元物体及び視点位置等のデータから、二次元
スクリーンに投影した二次元投影画像を高速に生成でき
る経済的な構成が得られるという著しい工業的効果があ
る。

ブロック図、 第３図は本発明の画像合成部の第２の構成を示すフ゛ロ
ンク図、 第４図は画像合成部の構成例を示すブロック図である。

図において、 ■はモデルデータ、　　　２は分配処理部、３は描画処
理部、　　　４は画像合成部、５は画像表示部、　　　
６はＺバッファ、７はフレームバッファ、１０．２０は
選択処理部、１１．２１は比較器、　　　１２．１３．
２２．２３は選択器、１４．１５はレジスタ、　　１６
．２４はアドレス発生器を示す。

１−一〜＼ −〕＼

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロック図、第２図は本発
明の画像合成部の第１の構成を示す本発明の構成を示す
ブロック図 本発明の画像合成部の第１の構成例を示すプロンク図第
２図 面像合成部の構成例を示すブロック同 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、三次元物体の形状を複数の所定の要素図形によって
   定義する形状データ（１）と、所定の条件データとに基
   づいて、該条件データで定められる指定の環境で指定の
   視点についての、該三次元物体の所定の二次元投影画像
   を生成するに際し、分配処理部（２）と、複数の描画処
   理部（３）と、画像合成部（４）と、画像表示部（５）
   とを有し、該分配処理部（２）は、該要素図形を最小分
   割単位として該形状データを分割して、該分割した形状
   データ及び該条件データを、各該描画処理部（３）に分
   配し、 各該描画処理部（３）は、フレームバッファ（７）及び
   Ｚバッファ（６）を有し、該分配されたデータに基づい
   て生成する該二次元投影画像の画素データを該フレーム
   バッファに格納し、各該画素に対応する物体の該視点か
   らの距離情報を該Ｚバッファに格納し、 該画像合成部（４）は、すべての該フレームバッファ（
   ７）の対応する画素の該画素データから、該Ｚバッファ
   （６）の該距離情報の比較によって定める１画素データ
   を選択し、 該画像表示部（５）は、該画像合成部（４）で選択され
   た画素データに従って、表示装置に画像を表示するよう
   に構成されていることを特徴とする画像生成処理装置。 ２、前記画像合成部（４）は、１組以上の選択処理部（
   １０）を有し、 各該選択処理部（１０）は、比較器（１１）と、第１及
   び第２の選択器（１２、１３）を有し、所定の複数の前
   記描画処理部（３）と接続し、 該比較器（１１）は、該接続する描画処理部（３）の前
   記Ｚバッファ（６）から読み出す対応する画素ごとの距
   離情報を比較して、所定の最近値の該距離情報を保持す
   る該Ｚバッファを指定する選択情報を出力し、 第１の選択器（１２）は、該選択情報で定まる該Ｚバッ
   ファから読み出した該距離情報を出力し、第２の選択器
   （１３）は、該選択情報で定まる該Ｚバッファに対応す
   る前記フレームバッファから読み出す前記画素データを
   出力し、 該画像合成部（４）は、該選択処理部（１０）の出力す
   る該距離情報によって、該出力する画素データの１個を
   選択する、請求項１記載の画像生成処理装置。 ３、前記選択処理部（１０）を階層状に設け、上位階層
   の該選択処理部は、下位階層の複数の該選択処理部の出
   力する前記距離情報及び画素データを入力として、該距
   離情報及び画素データを選択し出力する、請求項２記載
   の画像生成処理装置。 ４、前記画像合成部（４）は、複数の選択処理部（２０
   ）を有し、 各該選択処理部（２０）は各前記描画処理部（３）と接
   続し、比較器（２１）と、第１及び第２の選択器（２２
   、２３）を有し、 該選択処理部（２０）は相互に順次直列に接続し、該直
   列接続の最前段の該選択処理部は前段に該描画処理部（
   ３）を接続し、最後段の該選択処理部は前記画像表示部
   （５）に接続し、 該比較器（２１）は、該接続する描画処理部（３）の前
   記Ｚバッファ（６）から読み出す前記距離情報と、前段
   から受け取る該距離情報とを比較して、所定の最近値の
   該距離情報を保持する側を指定する選択情報を出力し、 第１の選択器（２２）は、該選択情報で定まる該距離情
   報を選択して後段へ出力し、 第２の選択器（２３）は、該接続する描画処理部の前記
   フレームバッファから読み出す前記画素データと、前段
   から受け取る該画素データとのうち、該選択情報で定ま
   る該距離情報に対応する該画素データを選択して後段へ
   出力し、 最後段の該選択処理部（２０）の出力する該画素データ
   を該画像合成部（４）の出力とする、請求項１記載の画
   像生成処理装置。