JPH0417082A - グラフィック表示装置における画素情報蓄積方式 - 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】 〔目　次〕 概要 産業上の利用分野 従来の技術と発明が解決しようとする課題課題を解決す
るための手段 作用 実施例 発明の効果 〔概要〕 三次元図形を表示する際に、奥行き方向の値（Ｚ値）を
格納したＺバッファと、各画素に対応する図形番号を格
納したＰバッファと、色の値を格納したフレームバッフ
ァＩを使用するグラフィック表示装置において画素情報
を蓄積する方式に関し、 使用者の三次元図形に対する操作が行われたときに、高
速に表示することを目的とし、入力された全て・の図形
について、表示に必要な幾何計算を行い、画素に展開し
た各図形のＺ値・図形番号・色の情報をＺ値の小さい順
に、それぞれ、上記Ｚバッファと、Ｐバッファと、フレ
ームバッファＩとに、リスト構造の形式で蓄積しておき
、表示されている三次元図形の特定の図形を操作した際
、該操作された図形に対してのみ表示に必要な幾何計算
を行い、それ以外の図形は、上記Ｚバッファと、Ｐバッ
ファと、フレームバッファ■とに蓄積された画素情報を
用いるように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、三次元図形を表示する際に、奥行き方向の値
（Ｚ値）を格納したＺバッファと、各画素に対応する図
形番号を格納したＰバッファと、色の値を格納したフレ
ームバッファ■を使用するグラフィック表示装置におい
て、該画素情報を蓄積して高速に表示する技術に関する
。

近年、コンピュータによる三次元画像の生成が、各種の
分野に広く普及している。一般に、使用者が、デイスプ
レィに表示された三次元図形を操作する際に、より高速
にデイスプレィに表示する技術が要求されている。

〔従来の技術と発明が解決しようとする課題〕第３図は
、従来のグラフィック表示装置における画素情報蓄積方
式を説明する図である。

先ず、（ａ）図に示したように、図形入力装置１からの
使用者の入力情報（端点座標５色情報等）に基づき、入
力データ解釈部２では、図形データベース３から必要な
図形モデルを読みだし、幾何計算部４において座標変換
・色計算などを行う。

その結果は、ディジタル微分解析器（ＯＤＡ）　５でド
ツト展開され、隠面消去部６において今、入ってきた画
素のＺ値（Ｚｉｎ）と、Ｚバッファ７に書かれているＺ
値を比較して、咳入ってきたＺ値の方が手前ならばＺバ
ッファ７における該当画素のＺ値を上記Ｚｉｎに更新し
、Ｐバッファ８の該当画素に物体番号（これをＰ値とい
う）を、フレームバッファＩ　９の該当画素に色値を書
き込む。

この表示技術は、三次元図形の立体感を表現するために
、奥行き情報（Ｚ値）を用いて、一番手前の図形のみを
表示する公知の技術（Ｚバッファ隠面消去法）である。

表示部１１は、フレームバッファ■９の画素の色を読み
込んでデイスプレィに画像を表示する。

この方法では、使用者が表示部１１のグラフィックデイ
スプレィに表示されている竺次元図形を操作（例えば、
移動５回転、縮小、拡大等）する場合、Ｚバッファ７、
　　Ｐバッファ８．フレームバッファ■　９の、それぞ
れが各画素について一個の図形データ　（現在表示され
ている、一番手前の図形データ）しか持っていないため
、該操作に伴う新たな入力情報に基づいて隠面消去を行
うためには、もう−度全ての図形モデルを図形データベ
ース３から読み出し、幾何計算部４において計算しなお
さなければいけない。

従って、操作性の問題と３表示部度が著しく悪くなると
いう問題があった。

これを改善する方法として、第３図（ｂ）のような幾何
計算後の図形データを保持する図形記憶メモリ　１２を
持つグラフィック表示装置が考えられている。

この方法によると、表示性能のネックとなっていた大量
の図形データを図形データベース３から転送する処理を
不要にし、表示の高速化が図られる利点が得られる。

然し、表示部１１のグラフィックデイスプレィに表示さ
れている三次元図形を操作する際に、Ｚバッファ７、　
　Ｐバッファ８１　　フレームバッファＩ９では、各画
素に゛ついて一個の図形データ　（現在表示されている
、一番手前の図形テーク）しか持っていないたという点
は改善されていないため、該操作されない図形データを
、該図形記憶メモリ１２から読み出し、新たに幾何計算
された図形データとともに、ディジクル微分解析器（Ｄ
ＤＡ）　５に転送し、Ｚバッファ隠面消去を行わなけれ
ばいけないという問題が残る。

従って、ディジタル微分解析器（ＤＤＡ）　５でのドツ
ト展開、及び、Ｚバッファ隠面消去を、操作対象外の、
本来Ｚバッファ隠面消去の不要な箇所も重複して行うの
で、三次元図形の表示のネックとなり、使用者とグラフ
ィックデイスプレィ間のインターフェースを悪化させて
いた。

本発明は上記従来の欠点に鑑み、三次元図形を表示する
際に、奥行き方向の値（Ｚ値）を格納したＺバッファと
、各画素に対応する図形番号を格納したＰバッファと、
色の値を格納したフレームバッファ■を使用するグラフ
ィック表示装置において、幾何計算後の全ての図形デー
タを画素単位で、効率良く保持することにより、使用者
の三次元図形に対する操作において、高速な表示を行う
ことができる画素情報蓄積方式を提供することを目的と
するものである。

［課題を解決するだめの手段〕 第１図は、本発明の原理図であり、（ａ）は原理構成図
形であり、（ｂ）は画素情報の蓄積方式を示している。

上記の問題点は下記の如くに構成されたグラフィック表
示装置における画素情報蓄積方式によって解決される。

（１）三次元図形を表示する際に、奥行き方向の値（Ｚ
値）を格納したＺバッファ７０と、各画素に対応する図
形番号を格納したＰバッファ８０と、色の値を格納した
フレームバッファＩ　　９０を使用するグラフィック表
示装置において、 入力された全ての図形について、表示に必要な幾何計算
を行い、画素に展開した各図形のＺ値・図形番号・色の
情報をＺ値の小さい順に、それぞれ、上記Ｚバッファ７
０と、Ｐバッファ８０とフレームバッファＩ　　９０と
に蓄積するように構成する。

（２）上記グラフィック表示装置において、上記Ｚバッ
ファ７０．Ｐバッファ８０．および、フレームバッファ
Ｉ　　９０のデータ構造がリスト構造をとり、各画素の
メモリ長が可変長であるように構成する。

（３）上記グラフィック表示装置において、表示されて
いる三次元図形の特定の図形を操作した際、該操作され
た図形に対してのみ表示に必要な幾何計算を行い、それ
以外の図形は、上記Ｚバッファ７０と　Ｐバッファ８０
と、フレームバッファＩ９０とに蓄積された画素情報を
用いるように構成する。

〔作用〕

先ず、第１図（ａ）のディジタル微分解析器（ＯＤＡ）
５では、入力される図形データを画素列に分解する。画
素情報蓄積部６０では展開された画素のＺ値とＺバッフ
ァ７０に記憶されているＺ値と大きさを比較し、適当な
場所にそのＺ値を書き込み、Ｚ値の順序に従い、Ｐ値・
色値もそれぞれＰバ・ソファ８０．フレームバツフアＩ
　　９０に書き込む。

このとき、本発明のＺバッファ７０．Ｐバッファ８帆フ
レームバッファＩ　９０での画素情報は、第１図（ｂ）
のようにリスト構造の形で蓄積されるものとする。

従来、それぞれのメモリでは画素単位でＺ値が一番手前
の図形データのものしか保持されでいなかった。しかも
、１６ビツト、３２ピツＩ・とか、画素単位の情報が固
定長のものかはとんとであった。

然し、本発明では、全ての図形テークを効率良く保持す
るために、メモリをリスト構造とし、画素あたりの長さ
を可変長とする。即ち、１画素あたりの長さは画素ｉに
現れる図形データの数ｎによって決まる。

従って、入力された全ての図形データが画素単位で保持
されているので、使用者が三次元図形を操作した場合、
操作された図形のみに幾何計算とドツト展開を行い、他
の図形データは、該Ｚバッファ７０．Ｐバッファ８０．
フレームバッファＩ　　９０に蓄積されている画素情報
を用いることで、高速に、グラフィックデイスプレィに
表示することができる。

又、Ｚバッファ隠面消去を行う為に、該入力されドツト
展開された図形データの画素のＺ値と、すでにＺバッフ
ァ７０に、リスト構造の形で蓄積されているＺ値のうち
、一番手前のものから順に大きさを比較して、自分の方
が等しいか、或いは、小さくなった時、その場所に画素
の各情報を挿入する（実際には、ポインタの張り替え）
ので、複雑な計算をすることなく、それぞれの図形デー
タをＺ値の順に並べることができる。

従って、使用者が表示されている図形に対して操作を加
えた場合でも、その時までに使用者によって入力された
図形データが、Ｚバッファ７０　Ｐバッファ８０．フレ
ームバッファＩ　９０に蓄積されているので、該操作に
伴う隠面処理も、従来方式のように、図形データベース
、或いは、図形記憶メモリをアクセスする必要がなく、
単に、Ｚバッファ７０．Ｐバッファ８０．フレームバッ
ファＴ　　９０のリスト構造のポインタの入れ換えだけ
で事足り、操作結果を高速に表示することができる効果
がある。

〔実施例］ 以下本発明の実施例を図面によって詳述する。

前述の第１図は本発明の原理図であり、第２図は本発明
の一実施例を示した図であり、（ａ）は全体構成図であ
り、（ｂ）は画素情報蓄積部の詳細図であり、（ｃｌ）
〜（ｃ３）は通常モードにおける画素情報の蓄積例を示
し、（ｄｌ）〜（ｄ５）は再操作モードにおける画素情
報の蓄積例を示している。

本発明においては、使用者によって入力された全ての図
形のＺ値１図形番号３色の情報を、Ｚ値の小さい順にリ
スト構造の形式で、Ｚバッファ７０、Ｐバッファ８帆フ
レームバッファＴ　９０にＨ積しておき、グラフィック
デイスプレィに表示されている画像の特定の図形に対し
て操作が加えられたとき、該リスト構造のＺバッファ７
０．　Ｐバッファ８０．フレームバッファＩ　９０の画
素情報を更新（ポインタの入れ換え）して表示する手段
が本発明を実施するのに必要な手段である。面、全図を
通して同じ符号は同じ対象物を示している。

以下、第１図を参照しながら、第２図によって、本発明
の画素情報蓄積方式を説明する。

先ず、本発明のグラフィック表示装置は、（ａ）図に示
したように、図形入力装置１．入力データ解釈部２５図
形のデータベース３．幾何計算部４ディジタル微分解析
器（以下、ＯＤＡ　という）５１画素情報蓄積部６０．
Ｚバッファ７０．　Ｐバッファ８゜フレームバファ■９
０．フレームバッファｎ１ｏ、表示部１１で構成される
。

図形入力装置１では、使用者によって表示部１１のグラ
フィックデイスプレィに表示する３次元図形の情報（端
点座標４色値等）が入力される。

入力データ解釈部２では、図形データベース３の管理、
及び、グラフィック表示装置全体の制御を行う。

図形要素の表示にあったでは、図形データベース３に蓄
えられた図形リストを読めだしては次段、即ち、幾何計
算部４に転送する。

又、使用者がグラフィックデイスプレィを見ながら図形
を再操作する場合、入力モードを通常モードから再操作
モードにして、操作対象の図形データのみを図形データ
ベース３から読み出し、幾何計算部４に転送する。

幾何計算部４は、座標変換・色計算・クリップの３つの
処理を行う。

ＤＤＡ　５では、入ってきた図形の頂点データを画素列
に分解する。

画素情報蓄積部６０は、Ｚ値の大きさに従い、Ｚバッフ
ァ７０　　・Ｐバッファ８０　　・フレームバッファＩ
　　９０に対して画素情報（Ｚ値・図形番号・色値）を
、入力された図形データのすべてについて記憶させ、Ｚ
値が一番小さい画素の色値をフレームバッファｌｌｌ０
に書き込むことで、表示部１１のグラフインクデイスプ
レィに、該入力された三次元画像を表示させる。

（ｂ）図は、上記画素情報蓄積部６０の詳細図である。

Ｚ値比較部６０１において、今、入ってきた画素のＺ値
（Ｚｉｎとする）と、Ｚバッファ７０に記憶されている
Ｚ値を比較する。このときＺバッファ７０から、Ｚ値が
小さいものから順に読み出すものとする。この読み出し
順に比較していき、Ｚ　ｉｎの値が比較するＺ値より等
しいか、あるいは小さくなったところで、その位置（リ
スト構造の位置）を記憶する。

入力データモード判定部６０２では、今、入力された画
素の入力モードが通常モードか、あるいは再操作モード
かを判定する。入力データモートが通常モードの場合、
画素情報更新部６０４において、上記Ｚ値比較部６０１
で記憶されたＺ値の挿入位置をもとに、金入力された画
素のＺ値（Ｚｉ。）・図形番号・色値を、それぞれ、Ｚ
バッファ７０．Ｐバッファ８０．フレームバッファＩ　
　９０に新たに記憶する。

又、入力データモードが再操作モードの場合、新たに、
操作対象の図形データを入力する為、すでに同じ物体番
号の画素情報が各メモリに存在することになることから
、Ｐ値比較部６０３において、Ｐバッファ８０の中で、
今、入力された画素の図形番号と同じ図形番号を探して
いき、見つかったところで、その位置（座標位置）を削
除情報として記憶する。

画素情報更新部６０４において、上記Ｚ値比較部６０１
で記憶されたＺバッファ７０の新たなＺ値の挿入位置と
、上記Ｐ値比較部６０３で記憶されたＰバッファ８０の
削除情報（座標情報）をもとに、各メモリの内容を更新
する。

表示部１１では、フレームバッファ１１１０に、フレー
ムバッファＩ　　９０の先頭に位置している画素情報、
即ち、該画素の色（Ｉ、。）を読み込んでグラフィック
デイスプレィに画像を表示する。

（ｃｌ）〜（ｃ３）図は本発明による各メモリにおける
画素情報蓄積の実施例である。本図は、入力データモー
ドが通常モードの場合を示している。

現在、各メモリの内容は（ｃｌ）図の様になっている。

図中の記号を説明すると、例えば、Ｚ、。は画素番号（
画素位置）がｉで図形番号がＯを示している。

各メモリはリスト構造であり、個々のデータは、画素情
報（Ｚ値・図形番号・色）と５次のデータへのポインタ
・アドレスからできている。その順序はＺ値の大小で決
まる。

（ｃ２）図に示したように、入力値Ｚ　ｉｎとＺバッフ
ァ７０の蓄積値（Ｚ、。＋’Ｚｉｌ＋　〜）を順に比較
していき、Ｚ　ｉｎの値が比較するＺ値より等しいか、
或いは、小さくなったところでＺ、、、のひとっ手前の
データつまり、この場合、Ｚ□の示すポインタ・アドレ
スが７１．、をポイントするように書き換え、Ｚｌ、、
のポインタ・アドレスが７１゜を示すようにする。その
結果、（ｃ３）図の様になる。

このように、本発明の場合、使用者が図形データを入力
すると、そのＺ値に応じて、その図形の画素情報が、単
に、リスト構造のＺバッファ７０゜Ｐバッファ８０．フ
レームバッファＩ　　９０の対応位置に挿入されるだけ
で、該入力された図形のグラフィックデイスプレィ面上
で、最も表面にある部分が表示部１１のグラフィックデ
イスプレィに表示されるように動作する。

（ｄｌ）〜（ｄ５）図は、入力データモードが再操作モ
ードの場合を示している。現在、各メモリの内容は（ｄ
ｌ）図の様になっている。

通常モードと同様に入力値ＺＺ□とＺバッファ７０の蓄
積値を順に比較しき、Ｚ゛、１の値が比較するＺ値より
等しいか、或いは、小さくなったところで画素情報を更
新すると、（ｄ３）図のように同一の図形番号は“の情
報が、各メモリ内に存在してしまう。

そのため、（ｄ４）図のようにＰ値比較部６０３におい
て、入力値の図形番号“１゛と同じものをさがしていき
、みつかったところで、その位置（座標）を削除情報と
して記憶する。

前述の画素情報更新部６０４において、上記Ｚ値比較部
６０１とＰ値比較部６０３での情報、即ち、Ｚ値比較部
６０１の情報は、図形操作の為に新たに入力された図形
の画素情報（挿入位置情報）であり、Ｐ値比較部６０３
での情報は、該新たに入力された図形と同じ図形番号が
記憶されている画素情報（画素位置情報）をもとに各メ
モリを更新する。

即ち、上記Ｚ値比較部６０１とＰ値比較部６０３での情
報に基づいて、Ｚバッファ７帆Ｐバッファ８０、フレー
ムバッファＩ　　９０中の、リスト構造で記憶されてる
画素情報の中から操作前の画素情報を削除するのである
。

（ｃ１３）　、　（ｄ５）図は、ある画素ｉに着目した
とき、前の画素情報（、Ｚｉ、）　と、操作の為に新た
に入力された画素情報（Ｚ’ｉ＋）　との両方が記憶さ
れている画素の場合の更新動作を示している。

本発明においては、Ｐ値比較部６０３での画素位置情報
（新規入力画素と同じ図形番号の画素の座標情報）に基
づいて、Ｚ値比較部６０１の挿入位置情報（新たに入力
された画素の挿入位置情報）に対応する画素以外の、同
じ図形番号の画素情報のみを削除するわけである。

従って、新たに入力された画素の図形番号と同じ図形番
号′１゛に対して、上記Ｐ値比較部〔ｊ０３で記憶され
ている座標の画素の内、上記画素ｉとは別の画素ｊにお
いては、前の画素情報（Ｚ、ｉ、）のみが、Ｚバッファ
７０に記憶されており、更に、別の画素ｋにおいては、
該新たに入力された画素情報（ｚ’ｂ＋）のみが上記Ｚ
値比較部６０１で記憶している挿入位置の所に存在して
いることから、画素情報（Ｚｉｐ）は削除対象とし、画
素情報（Ｚ’□１）は削除対象外とすることができる。

このようにして２、再操作−Ｅ−ドにおいてば、Ｚ値比
較部６０１と、Ｐ値仕較部６０３ての情報に基づいて、
Ｚバッファ７０．Ｐパンノア８帆フレームバッファ１９
０が更新される。

このように、本発明においては、使用者によって人力さ
れた全ての図形のＺ値２図形番号１色の情報を、Ｚ（ｉ
ｔ！の小さい順にリスト構造の形式で、Ｚ　／＜　ン’
７ア７０．　Ｐバ・ソファ８０．フレームハ′・ンファ
１　９０に蓄積し７ておき、グラフインクデイスプレィ
に表示されている画像の特定の図形乙こ対して操作力稍
１１えられたとき、該リスト構造のＺバッフアゴ９ ７０、Ｐバッファ８０．フレームバッファｒ　　９０の
画素情報を更新（ポインタの入れ換え）することでＺバ
ッファ隠面処理を行い、この結果、Ｚバッファ７０のリ
スト構造の先頭にある画素に対応するＰ値５色値は、そ
れぞれ、Ｐバッファ８０．フレームバッファＩ　９０の
リスＩ・構造の先頭に格納されているので、該フレーム
バッファＩ　　９０のリスト構造の先頭にある画素情報
をフレームバッファ■１０に格納して表示するようにし
た所に特徴がある。

［発明の効果〕 以上、詳細に説明したように、本発明のグラフィ・ンク
表示装置における画素情報蓄積方式は、三次元図形を表
示する際に、奥行き方向の値（Ｚ値）を格納したＺバッ
ファと、各画素に対応する図形番号を格納したＰバッフ
ァと、色の値を格納したフレームバッファ■を使用する
グラフィック表示装置において、入力された全ての図形
について、表示に必要な幾何計算を行い、画素に展開し
た各図形のＺ値・図形番号・色の情報をＺ値の小さい順
に、それぞれ、上記Ｚバッファと　Ｐバッファと、フレ
ームバッファ１とに、リスＩ・構造の形式で蓄積してお
き、表示されている三次元図形の特定の図形を操作した
際、該操作された図形に対してのみ表示に必要な幾何計
算を行い、それ以外の図形は、上記Ｚバッファと５　Ｐ
バッファと、フレームバッファＩとに蓄積された画素情
報を用いるようにしたものであるので、入力された図形
データ全てについて画素単位でその情報を蓄積している
ことから、使用者の図形操作に対する結果をより高速に
デイスプレィに表示することが可能である。又、画素情
報を蓄積する際にメモリがリスト構造であるため、効率
よくデータを記憶することができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理図 第２図は本発明の一実施例を示した画 筆３図は従来のグラフィック表示装置における画素情報
蓄積方式を説明する図。 である。 図面において、 １は図形入力装置、　　２ば入力データ解釈部。 ３は図形データベース、４ば幾何計算部。 ５はディジタル微分解析器（ＤＤＡ）。 ６は隠面消去部。 ７．７０ばＺバッファ、　　　８．８０はＰバッファ。 ９．９０はフレームバッファ１ １０はフレームバッファ■。 １１は表示部、１２ば図形記憶メモリ。 ６０は画素情報蓄積部、６０１はＺ値比較部６０２は入
力データモード判定部。 ６０３はＰ値比較部、６０４は画素情報更新部Ｚ　１１
＋　Ｚ　ｉ２＋　〜はＺ値。 Ｐ工１．Ｐ工２．〜は図形番号。 １　ｉ＋＋　Ｉ　ｉ２＋　〜は色値

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）三次元図形を表示する際に、奥行き方向の値（Ｚ
   値）を格納したＺバッファ（７０）と、各画素に対応す
   る図形番号を格納したＰバッファ（８０）と、色の値を
   格納したフレームバッファＩ（９０）を使用するグラフ
   ィック表示装置において、 入力された全ての図形について、表示に必要な幾何計算
   を行い、画素に展開した各図形のＺ値・図形番号・色の
   情報をＺ値の小さい順に、それぞれ、上記Ｚバッファ（
   ７０）と、Ｐバッファ（８０）と、フレームバッファＩ
   （９０）とに蓄積することを特徴とするグラフィック表
   示装置における画素情報蓄積方式。
2. （２）上記グラフィック表示装置において、上記Ｚバッ
   ファ（７０）、Ｐバッファ（８０）、および、フレーム
   バッファＩ（９０）のデータ構造がリスト構造をとり、
   各画素のメモリ長が可変長であることを特徴とする請求
   項１に記載のグラフィック表示装置における画素情報蓄
   積方式。
3. （３）上記グラフィック表示装置において、表示されて
   いる三次元図形の特定の図形を操作した際、該操作され
   た図形に対してのみ表示に必要な幾何計算を行い、それ
   以外の図形は、上記Ｚバッファ（７０）と、Ｐバッファ
   （８０）と、フレームバッファＩ（９０）とに蓄積され
   た画素情報を用いることを特徴とする請求項１に記載の
   グラフィック表示装置における画素情報蓄積方式。