JPH04222071A

JPH04222071A - テキスチュア・マッピング方法及びその装置

Info

Publication number: JPH04222071A
Application number: JP3075740A
Authority: JP
Inventors: Ronald D Larson; ロナルド・ディー・ラーソン; Monish S Shah; モニッシュ・エス・シャー
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 1990-03-16
Filing date: 1991-03-15
Publication date: 1992-08-12
Also published as: US5222205A; DE69130132T2; EP0447227B1; EP0447227A2; EP0447227A3; DE69130132D1

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はコンピュータ・グラフィ
ックス・システムのフレーム・バッファ（ｆｒａｍｅ　
　ｂｕｆｆｅｒ）にグラフィックス要素（ｇｒａｐｈｉ
ｃ　　ｐｒｉｍｉｔｉｖｅｓ）を表現する方法と装置に
関する。さらに詳細には、本発明はコンピュータ・グラ
フィックス・フレーム・バッファ・システムにテクスチ
ュア・マッピングし、テキスチュア化された（ｔｅｘｔ
ｕｒｅｄ）グラフィックス要素を表示する方法と装置に
関する。

【０００２】

【従来技術とその問題点】コンピュータ・グラフィック
ス・ワークステーションは多様のアプリケーションのた
めの高度に詳細なグラフィックス・シミュレーションを
提供することができる。ＣＡＤやＣＡＭの分野に携わる
技術者や設計者は通常様々な計算タスクにグラフィック
ス・シミュレーションを利用している。したがって、コ
ンピュータ・グラフィックス・ワークステーション業界
は、グラフィックス・シミュレーションをより迅速かつ
詳細に行うことのできるより高性能のコンピュータ・グ
ラフィックス・ワークステーションの供給に力を入れて
きた。

【０００３】グラフィックス機能を有する最近のワーク
ステーションは一般に、グラフィックス操作を行うため
の「ウィンドウ」システムを利用している。この業界が
より高速で詳細なグラフィックス機能を提供することに
力を入れていることより、ワークステーション技術者は
ユーザのグラフィックス・ワークステーションとの対話
可能性を高度に維持する高性能なマルチ・ウィンドウ・
システム（ｍｕｌｔｉｐｌｅ　　ｗｉｎｄｏｗ　　ｓｙ
ｓｔｅｍ）の設計を目指してきた。

【０００４】このようなグラフィックス・システムにお
けるウィンドウ・システムの主な機能は、ユーザがワー
クステーションでの複数の処理に同時にアクセスするこ
とを可能にすることである。これらの処理はそれぞれ、
ワークステーション・ディスプレイ上での自己の領域を
介してユーザにインターフェースを提供する。その結果
、ユーザにとって生産性が向上する。それは、ユーザが
ワークステーション上に複数の処理を表示するマルチ・
ウィンドウによって、同時に１つ以上のタスクを管理す
ることができるためである。

【０００５】グラフィックス・システムでは、システム
のスクリーンにグラフィックス要素を「表現する（ｒｅ
ｎｄｅｒ）」、あるいは描くための構成（ｓｃｈｅｍｅ
）を必要とする。「グラフィックス要素」とは、多角形
のベクトル等のグラフィックス・ピクチャの基本構成要
素である。全てのグラフィックス・ピクチャは、これら
のグラフィックス要素の組み合わせによって形成される
。グラフィックス要素の表現を行うには多くの構成を利
用することができる。このような構成の１つに、ヒュー
レット・パッカード・カンパニー製のＴＵＲＢＯ　　Ｓ
ＲＸグラフィックス・システムに用いられている「スプ
ライン模様」構成がある。

【０００６】グラフィックス表現手順は、一般に、「フ
レーム・バッファ」と呼ばれるグラフィックス表現ハー
ドウエア内で行われる。フレーム・バッファは一般に複
数のビデオ・ランダム・アクセス・メモリ（ＶＲＡＭ）
コンピュータ・チップからなり、これは、スクリーン上
で追跡（ｔｒａｃｅ）される特定のグラフィックス要素
に対応するシステムの表示スクリーン上の画素起動（ａ
ｃｔｉｖａｔｉｏｎ）に関する情報が記憶されている。一般に、フレーム・バッファはすべての画素起動データ
を含み、グラフィックス・システムがワークステーショ
ンのスクリーン上でこの情報を追跡する準備ができるま
でこの情報を記憶している。フレーム・バッファは、一
般に、動的であり、それに記憶された情報がスクリーン
上に書き込まれるまで周期的にリフレッシュ（ｒｅｆｒ
ｅｓｈ）される。

【０００７】このように、コンピュータ・グラフィック
ス・システムはコンピュータ・メモリに記憶されたイメ
ージ表示を人間が容易に理解することのできるイメージ
表示に変換する。このイメージ表示は通常、ある範囲の
色光を放射するように誘導可能な画素要素の配列に分割
された陰極線管（ＣＲＴ）装置上に表示される。画素が
放射する特定の色光は、その「値」と呼ばれている。Ｃ
ＲＴ等のディスプレイ装置は通常、左から右、上から下
等のある決まった順序で画素を順次誘導し、このシーケ
ンスを１秒に５０回から７０回繰り返して画面をリフレ
ッシュされた状態に維持する。このように、画素の値を
この値が表示の誘導に用いられる時間の間に保持するた
めになんらかの機構が必要になる。フレーム・バッファ
は通常この「リフレッシュ」機能を提供するために用い
られる。

【０００８】フレーム・バッファは通常ＶＲＡＭのアレ
イとして実施されるため、それらはディスプレイ装置上
の画素位置にフレーム・バッファ上のｘ、ｙ座標が割り
当てられるようにビット・マッピングされる。単一のＶ
ＲＡＭ装置はディスプレイ装置上のイメージ全体の画素
位置に対応するすべてのｘ、ｙ座標を完全に記憶するの
に十分な記憶領域（ｓｔｏｒａｇｅ）を有することは稀
であり、したがって、一般に多数のＶＲＡＭが用いられ
る。ある特定のマッピング・アルゴリズムは、利用可能
なＶＲＡＭの種類、画素が表現される速度と比較したＶ
ＲＡＭのアクセス速度、特定のマッピングを支援するの
にどれだけのハードウエアを要するか等、様々な要因に
よって変わってくる。

【０００９】グラフィックス・ワークステーションとと
もに用いられる典型的なＣＲＴ装置は、「ラスタ・スキ
ャン」ディスプレイ装置である。典型的なラスタ・スキ
ャン・ディスプレイ装置は、平行線の組からなる画素の
、多数の平行でオーバーラップしないバンドからなるイ
メージを生成する。このようなシステムの一例としては
、米国特許４、６９５、７７２号に開示されたものがあ
る。この米国特許に開示されたラスタ・スキャン装置は
、タイル（ｔｉｌｅｓ）のアレイとして構成されている
。（２カラム、３６ラインを参照されたい。）

【００１
０】対応する複数の平行スキャン・ライン上のラスタ・
スキャン装置は、一般に、ＣＲＴ内の赤、同時イメージ
・データのための複数のビームを用いる。この多数のビ
ームは、一般に、ディスプレイＣＲＴの左側から右側に
書き込む。ＣＲＴをタイルに分割する（タイリング（ｔ
ｉｌｉｎｇ）と呼ばれるプロセス）のため、各タイルは
複数のスキャン・ラインに等しい深さからなり、特定数
の画素分の幅を有すると考えられる。その結果、グラフ
ィックス画素イメージはＣＲＴスクリーン上の電子ビー
ムの別個の掃引によって発生した、複数の平行な、オー
バーラップしない画素の平行ラインの組からなる。タイ
ルは一般に矩形で、縦列状（ｃｏｌｕｍｎａｒ）のある
数のタイルにより、イメージを複数の列（ｒｏｗｓ）を
有するアレイに構成する。（４カラム、１２〜２７ライ
ン参照。）

【００１１】合成ラスタ・イメージを表示した初期のグ
ラフィックス・システムは、迫真的なイメージを提供す
ることができず、多数の異なる複雑なグラフィックス図
形をモデル化することができなかった。これらの初期の
ラスタ・イメージに対する主な批判は、表面の極端な平
滑さであった。初期のラスタ・イメージには、物体にみ
られる、テクスチュア、隆起、傷、その他の実際の表面
の特徴が見られない。１９８６年１１月のＩＥＥＥ　　
Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　　ＧｒａｐｈｉｃｓａｎｄＡｐｐｌ
ｉｃａｔｉｏｎの、Ｖｏｌ．６，Ｎｏ．１１、５５−６
７ページ参照（Ａ　　Ｓｕｒｖｅｙ　　ｏｆ　　Ｔｅｘ
ｔｕｒｅ　　Ｍａｐｐｉｎｇ）。ラスタ・イメージを損
なってきたこの初期の問題に対する回答として、「テク
スチュア・マッピング」が実際の表面イメージの複雑さ
をモデル化するために開発された。当業者には周知のよ
うに、「テクスチュア・マッピング」は表面上に３次元
でマッピングを行う機能を意味する。テクスチュア・マ
ッピングは、物体の表面に見られる３次元的な細部を模
擬、表現の繁雑さなく、複雑さの外観を作り出す比較的
効率的な方法である。

【００１２】過去多くのパラメータがテクスチュア・マ
ッピングされてきた。その中には、表面の色、正反射、
垂直ベクトル摂動、屈折率（ｓｐｅｃｕｌａｒｉｔｙ）
、透明度、拡散反射、影、および局部座標系あるいは「
フレーム・マッピング」等がある。テクスチュア・マッ
ピングでは、「テクスチュア」として知られる源イメー
ジが３次元「オブジェクト（ｏｂｊｅｃｔ）」空間の表
面上にマッピングされる。次に３次元表面が、一般には
グラフィックス表示スクリーンである指定イメージにマ
ッピングされる。テクスチュア空間からスクリーン空間
へのマッピングは２つの段階にわけることができる。ま
ず、テクスチュア空間をオブジェクト空間にマッピング
する表面パラメータ化が行われ、それに続いて、遠近投
影でオブジェクト空間をスクリーン空間にマッピングす
る標準的なモデル化と視的（ｖｉｅｗｉｎｇ）変換が行
われる。次に、これらの２つのマッピングをたたみこみ
（ｃｏｎｖｏｌｖｅｄ）、２次元スクリーン空間マッピ
ングに対する全２次元テクスチュア空間を見い出し、中
間３次元空間は除去される。（上述の文献の５５ページ
参照。）

【００１３】グラフィックス要素テクスチュア・マッピ
ングを達成するために多くの構成が採用されている。こ
のような構成の１つとして、「ピラミッド型パラメトリ
クス」構成があり、これらは位置（Ｕ，Ｖ）と直径（Ｄ
）の連続的な関数を出力するフィルター技術を利用した
ピラミッド型イメージの３線内挿（ｔｒｉｌｉｎｅａｒ
　　ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ）を利用している。（１９８４年発行の「Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　　Ｇｒａｐｈ
ｉｃｓ（ＰＲＯＣ．ＳＩＧＧＲＡＰＨ８３）のＶｏｌ．
１７，Ｎｏ．３，２１３−２２２ページ参照（Ｐｙｒａ
ｍｉｄａｌＰａｒａｍｅｔｒｉｃｓ）。）ピラミッド型
パラメトリクス構成には２つのレベルのマッピングされ
たピラミッド・テクスチュア・マップへの２線内挿（ｂ
ｉｌｉｎｅａｒ　　ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ）と２
つのレベルの間の線形（ｌｉｎｅａｒ）内挿が含まれる
。３線内挿を実行する際に用いるフィルタはスクリーン
画素あたり８画素のアクセスと７つの定数の一定コスト
を有する。テクスチュア・マッピングを行うために、イ
メージ・ピラミッドを構成する方形ボックス・フィルタ
（ｓｑａｒｅ　　ｂｏｘ　　ｆｉｌｔｅｒ）が用いられ
るが、ガウス・フィルタを用いることも可能である。（
前述のＩＥＥＥ　　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　　Ｇｒａｐｈｉ
ｃｓａｎｄ　　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓに掲載される
論文の６３ページを参照されたい。）

【００１４】ピラミッド型パラメトリクスについての論
文のなかで、著者は「ＭＩＰ」マップの概念を紹介して
いる。これは、関連のアドレス指定スケームを伴った２
次元パラメータ機能のための特定のフォーマットである
。「ＭＩＰ」という頭字語は「小さいところにたくさん
のもの」という意味の「ｍｕｌｔｕｍ　　ｉｎ　　ｐａ
ｒｖｏ」というラテン語の語句から来ている。ＭＩＰマ
ップは、フィルタをかける前のマップ間で内挿を行うこ
とによってテクスチュア・マップ中の画素値の２線内挿
を補い、また、たくさんの画素を小さいところに圧縮す
るのに用いることができる。

【００１５】ＭＩＰマッピングは、一般に、表現される
特定の各画素に対してテクスチュア・マップ中にある領
域にわたって連続的なたたみこみを実行する他のテクス
チュアリング・アルゴリズムより高い速度を提供する。ＭＩＰマップは、一般に、Ｕ、Ｖ、Ｄの３つの座標で指
標される。ＵとＶはマップに対する空間座標であり、Ｄ
は異なるレベルのＭＩＰマップ・ピラミッドの指標と内
挿に用いられる変数である。

【００１６】ＭＩＰマップは、テクスチュアを２つのフ
ァクタに圧縮するため、テクスチュア・マッピングにお
いて高速の解決策を提供する。まず、元のテクスチュア
のフィルタリングは、ＭＩＰマップが始めに作成される
ときに行なわれる。次に、長さが２つの画素の累乗であ
る１組の方形ボックス・フィルタを線形内挿を行ない、
すべてのフィルタが近似されるように、異なるレベルの
ＭＩＰマップを混合する（ｂｌｅｎｄ）ことによって、
後続のフィルタリングが近似される。ＭＩＰマッピング
は、サンプルを計算するためのフィルタがかけられる領
域から独立した固定のオーバーヘッド（ｏｖｅｒｈｅａ
ｄ）を伴う。

【００１７】ＭＩＰマップ・メモリ機構（ｏｒｇａｎｉ
ｚａｔｉｏｎ）はテクスチュア・マッピングにおいて望
ましい速度結果を達成する。これは、異なる、プリフィ
ルタされたマップ中の対応するポイントを入力（Ｕ，Ｖ
）座標対の２値シフト（ｂｉｎａｒｙ　　ｓｈｉｆｔ）
によって容易にアドレス指定することができるためであ
る。ＭＩＰマップを生成するためのルーチンは単純なボ
ックスあるいは「フーリエ」ウィンドウ・プリフィルタ
リングと、それに続く各マップ内の画素の２線内挿、お
よび一般にピラミッドの垂直座標であるＤの各値に対す
る２つのマップ間の線形内挿に基づく。しかし、ＭＩＰ
マップはボックスあるいはフーリエ・ウィンドウを使用
するため、ＭＩＰマップを利用することによってテクス
チュア・マップの精度を大きく犠牲にする。ボックス・
ウィンドウは対称であるため、マップの各プリフィルタ
・レベルはｘおよびｙ方向に等しくフィルタがかけられ
る。

【００１８】当業者には周知の通り、Ｄの値の選択によ
ってぼけ（ｂｌｕｒｒｉｎｇ）の代わりにエイリアシン
グ（異名）が起こる。エイリアシングは、小さいあるい
は大きく湾曲した物体がラスタ・スキャンを横切るよう
に移動した際、起こる。これは、それらの表面の法線が
サンプリング・グリッドと不規則に（ｅｒｒａｔｉｃａ
ｌｌｙ）交わるためである。ぼけはシステムの解像度が
特定のテクスチュアを表示するに十分高くないときに起
こる。Ｄの値の選択によってぼけの代わりにエイリアシ
ング現象が起こる。このようにグラフィックス・システ
ムにおいて、エイリアシングとぼけを許容可能なものに
するためにバランスをとらなければならない。しかし、
ボックスあるいはフーリエ・ウィンドウを用いたＭＩＰ
マップではテクスチュア・マップにおける画素の投影は
対称から逸脱するため、これはほとんど不可能となる。したがって、ＭＩＰマップは、グラフィックス・フレー
ム・バッファ・システムにおいてグラフィックス要素を
効率的に、正確に、そして高速にテクスチュア・マッピ
ングを行うという従来からの要望を満足するものはなか
った。

【００１９】

【発明の目的】本発明の目的は、上述の従来からの要望
を満足する、フレーム・バッファ・グラフィックス・シ
ステムにおけるグラフィックス要素のテクスチュア・マ
ッピングのための方法と装置を提供することにある。

【００２０】

【発明の概要】本発明は、上述のＭＩＰマップの改良で
あり、エイリアシングとぼけの問題を大幅に低減し、グ
ラフィックス要素の正確なテクスチュア・マップを得る
ためのハードウエアによる解決を提供する。

【００２１】本発明では、フレーム・バッファ・グラフ
ィックス・システムにおいてグラフィックス要素をテク
スチュア・マッピングする方法を提供する。これは、あ
る表面について原テクスチュア・マップを２次元で決定
するステップ、原テクスチュア・マップをフレーム・バ
ッファに記憶するステップ、非対称フィルタを用いて２
次元で原テクスチュア・マップを個別にサンプリングし
、テクスチュアの複数のバージョンを構築し、テクスチ
ュア画素をフレーム・バッファ・グラフィックス・シス
テム内のディスプレイ装置にアドレス指定するステップ
、テクスチュア画素をフレーム・バッファ上の矩形領域
にマッピングするステップ、およびテクスチュア・グラ
フィックス要素をディスプレイ装置上に表示するステッ
プからなる。

【００２２】さらに、本発明では、グラフィックス要素
をテクスチュア・マッピングする装置を提供する。これ
はグラフィックス要素に対応する画素値データを記憶す
るフレーム・バッファ手段、グラフィックス要素に関し
て２次元で原テクスチュア・マップを決定するための、
フレーム・バッファ手段とインターフェースされた決定
手段、原テクスチュア・マップを個別に２次元でサンプ
リングし、テクスチュアの複数のバージョンを作成し、
テクスチュア画素値データでフレーム・バッファ手段を
アドレス指定する、決定手段とインターフェースされた
非対称フィルタリング手段、テクスチュア画素を原テク
スチュア・マップ中の矩形領域にアドレス指定する、フ
レーム・バッファ手段とインターフェースされたマッピ
ング手段、およびテクスチュア画素値データを表示する
、フレーム・バッファ手段とインターフェースされた表
示手段からなる。

【００２３】

【発明の実施例】本願明細書に添付された図面において
、同一の機能を有する構成素子は、同一参照番号は付し
ている。図１では、フレーム・バッファ・グラフィック
ス・システム１０を示す。ホスト・プロセッサ２０は、
一般に、高性能ＣＰＵ、キャッシュ・メモリ、システム
・メモリ、およびバス・アダプタから構成されている。ホスト・プロセッサ２０は、様々なグラフィックス・ラ
イブラリを用いるグラフィックス・システムのオペレー
ティング・システムを実行する。

【００２４】ホスト・プロセッサ２０は、テクスチュア
を含む命令やデータを、走査変換器３０にインターフェ
ースする変換エンジン（ｔｒａｎｓｆｏｒｍ　　ｅｎｇ
ｉｎｅ）４０に伝送する。変換エンジン３０はマイクロ
コード化されていることが好ましく、視覚変換（ｖｉｅ
ｗｉｎｇ　　ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）、照明の計算、クリ
ッピング、ラジオシティ（ｒａｄｉｏｓｉｔｙ）、その
他のグラフィックス機能といった通常のタスクを実行す
る。グラフィックス要素のラスタ化は走査変換器３０によっ
て行われる。本実施例では、走査変換器３０は、カラー
・テクスチュア内挿器（ＣＴＩ）５０およびＺ内挿器６
０からなる。ＣＴＩは、たとえば赤、緑、青（ＲＧＢ）
の正反射および拡散パラメータ、アルファ（ＸＹ）パラ
メータ、テクスチュア・パラメータ等の多数の画素パラ
メータを同時に内挿するが、Ｚ内挿器はｘ、ｙ、ｚの値
だけを内挿する。

【００２５】ＣＴＩ５０およびＺＩ６０によるラスタ化
が行われた後、画素キャッシュ／演算論理ユニット（Ａ
ＬＵ）７０が、以前にフレーム・バッファ８０に記憶さ
せたデータを用いて、ガンマ補正、ディザーリング、Ｚ
比較、画素の色値の混合を実施する。好適な一実施例で
は、フレーム・バッファ８０は、一般に、デュアル・ポ
ート・ビデオ・ランダム・アクセス・メモリ（ＶＲＡＭ
）チップからなる。シリアル・ポート９０は、ラスタ表
示の更新を提供し、ランダム・ポート１００はフレーム
・バッファ８０にリフレッシュされた画素データを提供
する。

【００２６】また他の実施例では、フレーム・バッファ
８０は、２０４８画素の２４の面から構成される。一般
に、赤、緑、青の面が８面ずつある。オフスクリーン・
フレーム・バッファは、テクスチュアの記憶、フォント
の記憶、保持ラスタの記憶、グラフィックス・パイプラ
イン１０のウィンドウによって用いられる情報に使用さ
れる。

【００２７】他の実施例では、グラフィックス・システ
ム１０は、パイプラインに沿って設けられた種々のハー
ドウエアがグラフィックス要素に複雑なグラフィックス
操作を実施するパイプライン・アーキテクチャである。ホスト・プロセッサ２０は、さらに、１２０に示すパイ
プライン・バイパスに沿って画素キャッシュ／ＡＬＵ７
０にインターフェースされている。フレーム・バッファ
８０のＶＲＡＭアレーの出力は、カラー・マップを駆動
し、カラー・マップはラスタ表示１１０内のデジタル／
アナログ変換器を駆動する。

【００２８】他の実施例では、画素キャッシュ／ＡＬＵ
７０、フレームバッファ８０およびアドレス発生器（図
示せず）を本発明にしたがって提供されるテクスチュア
・マッピングに用いられるフレーム・バッファ・サブシ
ステムを形成する。多くの種類のテクスチュアをホスト
・プロセッサ２０で記述、記憶することができる。好適
な一実施例では、少なくとも１６のテクスチュアを同時
に定義することができる。使用される特定のテクスチュ
アは、ホスト・プロセッサ２０からグラフィックス・パ
イプラインに沿ってフレーム・バッファ８０にダウンロ
ードしなければならない。ホスト・プロセッサは、一般
に、フレーム・バッファを管理し、伝送されるテクスチ
ュアの数を最小化するように設計されている。

【００２９】各頂点に与えられた（Ｕ、Ｖ）の値は、一
般に、要素（ｐｒｉｍｉｔｉｖｅ）上に表現すべきテク
スチュアの部分を記述する。好適な実施例では、テクス
チュアに対するウィンドウ・ビュー・ポート動作を記述
することによって定義される変換（ｔｒａｎｓｆｏｒｍ
ａｔｉｏｎ）が行われる。この変換は、（ＵＶ）空間を
テクスチュアの指標に実際に用いられる（Ｓ，Ｔ）空間
へのマッピングを定義する。このマッピングには単一の
要素について可能な繰り返しの数に関してほとんど制限
がない、あるいはまったく制限がないことが好ましい。このように、ユーザにとっては、テクスチュアは、Ｕお
よびＶで無限にくり返すものという幻想がある。ウィン
ドウが一般にフレーム・バッファに表現される本発明の
実施例では、テクスチュア・マッピングはここでは（Ｓ
，Ｔ）空間内で達成される。

【００３０】前述のフレーム・バッファ・サブシステム
は、アドレス発生器が各画素のテクスチュアのアドレス
を計算することができるように、ＣＴＩ５０からのＳ、
Ｔ、ＬｎΔＳ、およびＬｎΔＴを用いる。遠近補正ＲＧ
Ｂｄｉｆｆｕｓｅ　およびＲＧＢｓｐｅｃｕｌａｒもま
たＣＴＩ５０によって生成され、画素キャッシュ／ＡＬ
Ｕ７０にダウンロードされる。さらに他の好適な実施例
では、画素キャッシュ／ＡＬＵ７０は光源データを特定
のテクスチュアの色と結合して、イメージ画素色値を形
成し、フレーム・バッファ８０に表現するためにイメー
ジ・データを貯蔵（ｃａｃｈｅｓ）する。フレーム・バ
ッファ・サブシステムによって用いられるこれらの４つ
の値は、本発明にしたがって提供される特定のテクスチ
ュア・アドレスおよびマップを形成し、この特定のテク
スチュア・アドレスおよびマップはエイリアシングとぼ
けを最適化し、グラフィックス・フレーム・バッファ・
システムにおけるテクスチュア・マッピングに対して、
効率的で高速なハードウエアによる解決を提供する。

【００３１】本発明にしたがって提供されるグラフィッ
クス・テクスチュアをよりよく理解するために、図２Ａ
および図２Ｂに、前述の「Ｐｙｒａｍｉｄａｌ　　Ｐａ
ｒａｍｅｔｒｉｃｓ」の論文で説明されている従来のＭ
ＩＰマップを示す。図２Ａでは１３０にカラーのＭＩＰ
マップを示す。イメージは赤、緑、青の成分（図中のＲ
、Ｇ、Ｂ）に正別されている。各成分の連続的なフィル
タリング、サンプル・ダウンされた（ｄｏｗｎ−ｓａｍ
ｐｌｅｄ）バージョンが一連の小さくなっていくイメー
ジとして、原イメージの上、あるいは左に例示され、そ
れらの各イメージは、その親の半分の線形寸法と１／４
のサンプル数を有する。このようにサンプル・ダウンさ
れたバージョンを１４０に示す。１５０には、続いて４
で割ることによってフレーム・バッファを３つの成分間
で等しく区分することを示し、理論的には１つの使用さ
れない画素が左上隅に残っている。このように、従来の
ＭＩＰマップにおいては、画像はマップの左上隅へ小さ
くなり、各イメージは平均すると前のはるかに大きな画
像より小さくなる。

【００３２】図２Ｂは３つの座標Ｕ、Ｖ、Ｄにしたがっ
て１６０に示すＭＩＰマップ指標を示す。（Ｕ、Ｖ）座
標系は１７０に示すマップのフィルタされたバージョン
のそれぞれに重ねられる。１８０に示す変数「Ｄ」はピ
ラミッドを形成する異なるレベルのＭＩＰマップを指標
、内挿するのに用いられる変数である。「Ｕ」および「
Ｖ」はマップの空間座標である。

【００３３】同様に図２Ａにおいても、図２Ｂに示した
指標ではイメージがマップ１９０の左上隅に小さくなっ
ていき左上隅に単一の使用されていない画素が残ること
を示す。図２Ａおよび図２Ｂに示した従来のＭＩＰマッ
プには、方形ボックス・フィルタが用いられているため
、各成分のサンプル・ダウンされたバージョンはそれぞ
れその親の方形の対称なバージョンである。前述したよ
うに、ピラミッドの異なるレベルを指標、内挿するため
のＤの値の選択によって、エイリアシングとぼけとの妥
協が行われ、これは従来のＭＩＰマップでは、画素投影
テクスチュア・マップは対称でないために最適化できな
い。図２Ａおよび図２Ｂに示した従来のＭＩＰマップで
は広範囲なアプリケーションに適用することができ、テ
クスチュアされたグラフィックス要素の最適なエイリア
シングとぼけを与えるテクスチュア・マップに対する当
該技術における長年の要望に応えることができない。

【００３４】本発明によれば、ＭＩＰマップは原テクス
チュア（ｏｒｉｇｉｎａｌ　　ｔｅｘｔｕｒｅ）をフィ
ルタにかけるための２の累乗の高さと幅を有する対称な
ボックス・フィルタを用いて生成する。このようにして
、テクスチュアされた画素をフレーム・バッファの矩形
領域にマッピングすることができる。これによって、１
次元のみに沿ってフィルタリングが必要である場合に表
面上のテクスチュアリングより正確なマッピングが可能
となる。本発明にしたがって提供されるテクスチュア・
マップは、ここでは矩形（ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ）Ｍ
ＩＰマップであることにより「ＲＩＰ」マップと定義す
る。

【００３５】本発明では、ＳおよびＴ次元に個別にサン
プル・ダウンした複数のテクスチュア・マップから構成
される。原テクスチュア・マップはこれら２つの各次元
でフィルタリングし、２の累乗でサンプル・ダウンする
。原テクスチュア・マップの大きさを２ｎ　×２ｍ　と
仮定すると、ＲＩＰマップは（ｎ＋１）×（ｍ＋１）の
マップを備えることとなる。これら各マップは、原テク
スチュア・マップのサンプル・ダウンされたバージョン
である。サンプル・ダウンされたテクスチュア・マップ
はそれぞれ予め計算され、フレーム・バッファ上のＶＲ
ＡＭに記憶される。これには、フレーム・バッファにＲ
ＩＰマップ全体を記憶するために原テクスチュア・マッ
プ・メモリの４倍が必要である。

【００３６】図３では、２００に本発明より得られる提
供されるＲＩＰマップを示す。原テクスチュア・マップ
２１０はＲＩＰマップ２００の左上隅にＳおよびＴ座標
で示す。Ｓ方向には、矩形に（ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ
ｌｙ）ボックス・フィルタリングされた２Ｘのサンプル
・ダウンされたテクスチュア・マップを２２０に示す。同様に、２３０にＳ方向の４Ｘのサンプル・ダウンされ
たテクスチュア・マップを示す。Ｓ方向のサンプル・ダ
ウンされたテクスチュア・マップはそれぞれその親の半
分の長さである。同様に、２４０にＴ方向の２Ｘのサン
プル・ダウンされたテクスチュア・マップを示す。Ｔ方
向のサンプル・ダウンされたテクスチュア・マップはそ
れぞれその親の半分の高さである。サンプル・ダウンさ
れたマップはすべて、ＲＩＰマップ２００の右下隅２５
０に単一の使用されない画素が残るまで矩形にボックス
・フィルタリングする。このようにしてテクスチュアさ
れた画素をフレーム・バッファの矩形領域にマッピンク
することができ、これによりテクスチュア・グラフィッ
クス要素のエイリアシングとぼけを最適化する。

【００３７】フィルタリングされたマップは、テクスチ
ュア・アドレスの計算が簡単化されるようにオフスクリ
ーン・メモリ内に構成される。しかし、ＲＩＰマップは
原テクスチュア・マッピングの４倍のメモリを要するた
め、好適な一実施例では原テクスチュアの記憶のみを必
要し、いかなるフィルタリングされたマップも要しない
ポイント・サンプル・モードを別に設けることもできる
。これによって、フレーム・バッファ上で利用可能な空
間が限定されるとき、より大きいテクスチュアを用いる
ことが可能になるが、イメージの質はエイリアシングが
増加することによって犠牲となる。

【００３８】図４は、ＲＩＰマップのアドレス指定手順
のフローチャートを示し、２６０から開始する。ＲＩＰ
マップにテクスチュア・アドレスを生成するために４つ
の値が必要であるため、ステップ２７０で各テクスチュ
アについてＳ、Ｔ、ｌｏｇ２　ΔＳ、ｌｏｇ２　ΔＴの
４つの値を得る。（Ｓ、Ｔ）値は、スクリーン空間内の
画素の中心のテクスチュア座標として定義される。勾配
値は画素によって覆われるテクスチュア空間内の領域の
近似値である。好適な一実施例では、ｌｏｇ２　ΔＳ、
ｌｏｇ２　ΔＴを用いてＲＩＰマップ生成を助けている
。

【００３９】ステップ２８０で開始する図４の残りのス
テップは、Ｓテクスチュア値のためのＲＩＰマップ・ア
ドレスの計算、すなわちＳ方向のサンプル・ダウンを示
す。本実施例では、６４の値を有するテクスチュアに対
して、Ｓの値はステップ２８０でテクスチュアの大きさ
まで切り捨てられる。これは特定の表面上に繰り返すテ
クスチュアを用いる際に特に有用である。ＳおよびＴが
テクスチュアの大きさを超えることを可能にし、次にＳ
およびＴの値を切り捨てることによってテクスチュアが
繰り返される。このようにして、テクスチュアの１コピ
ーだけがフレーム・バッファに記憶される。

【００４０】ステップ２８０の切り捨ては、テクスチュ
アからオーバーフローする上位ビットをクリアすること
によっておこなわれる。ＲＩＰマップ・アドレス生成の
次のステップ２９０では、使用するマップ、すなわち原
マップ、あるいは複数のサンプル・ダウンされたバージ
ョンのどれを使用すべきかを決定する。ステップ３００
でデータをＳ方向にシフトするＬｎΔＳを用いて原マッ
プ、あるいはマップのサンプル・ダウンされたバージョ
ンを使用すべきかを選択した後、Ｓの値を「１（ｏｎｅ
ｓ）」をシフトする。「１」は切り捨て後のＳ値の最上
位ビットの１ビット左から始まるＳの値にシフトする。この結果、ステップ３１０で最終マスクを適用して、ス
テップ３００で設定した上位ビットがクリアした、切り
捨てたデータ・ワードを得る。好適な一実施例では、こ
の変更されたＳの値はＲＩＰマップへのオフセットとな
る。

【００４１】ステップ３２０でＭＩＰマップへのオフセ
ットが原マップに加え、テクスチュア値のフレーム・バ
ッファ・アドレスを形成する。好ましくは、ステップ３
３０で最後のテクスチュアがグラフィックス要素に加え
られたかどうかを決定する。最後のテクスチュアがグラ
フィックス要素に加えた場合、グラフィックス要素はス
テップ３４０でＣＲＴディスプレイ装置へトレースされ
、３５０で処理が終わる。しかし、最後のテクスチュア
がグラフィックス要素に加えられていない場合、ステッ
プ３６０で次のテクスチュアを得、ステップ２７０で処
理が再び開始される。

【００４２】本発明では、矩形ボックス・フィルタを用
いてＲＩＰマップの前処理フィルタリングが達成される
。上述したように、ＲＩＰマップは原マップをＳおよび
Ｔ次元内で２の累乗で個別に繰り返しサンプル・ダウン
することによって生成する。本実施例では、０≦Ｔ＜サ
イズ１、０≦Ｓ≦サイズ１、１＝０、１、２、３…、Ｓ
＝０、２、４…のときＳテクスチュア・マップにおいて
２回サンプル・ダウンすると、２回サンプル・ダウンし
たＲＩＰマップは次の式より決定される。

【数１】ＲＩＰ〔Ｔ〕〔サイズ＋Ｉ〕＝（ＲＩＰ〔Ｔ〕
〔Ｓ〕＋ＲＩＰ〔Ｔ〕〔Ｓ＋１〕）÷２

【００４３】上
述の式１によって「サイズ×サイズ」アレーが一方向に
サンプル・ダウンされる。一般的なサイズは、２進値で
、たとえば１６、３２、６４である。Ｔ値は、この寸法
は現在サンプル・ダウンされていないため１だけ増加さ
れ、Ｓはゼロから「サイズ」へ２だけ進む。原マップか
ら生成された２つのエントリを平均化し、Ｓが「サイズ
」と等しいことよりで始まる新たなマップ位置に記憶さ
せる。

【００４４】４Ｘのダウン・サンプルしたマップを発生
するルーチンは上記のルーチンと同様である。４Ｘサン
プル・ダウンしたマップは所与の境界条件が同じである
場合、次の式で見いだすことができる。

【００４５】

【数２】ＲＩＰ〔Ｔ〕〔サイズ＋（サイズ÷２）＋Ｉ〕
＝（ＲＩＰ〔Ｔ〕〔Ｓ〕＋ＲＩＰ〔Ｔ〕〔Ｓ＋１〕＋（
ＲＩＰ〔Ｔ〕〔Ｓ＋２〕＋ＲＩＰ〔Ｔ〕〔Ｓ＋３〕）÷
４ＲＩＰマップの４Ｘサンプル・ダウンしたテクスチュ
ア・マップに関しては、値はサイズ＋サイズ÷２および
Ｓ＝０、４、８、１２、１６から始まるように記憶され
る。

【００４６】同様に、式２によって得られる４つの値を
平均化する。繰り返しサンプル・ダウンは、上記の２つ
の例と同様の式を構成することによって他のサンプル・
ダウンされたテクスチュア・マップについても達成する
ことができる。すべてのサンプル・ダウンされたテクス
チュア・マップに対する前処理フィルタリングは最適な
エイリアシングとぼけを供給する矩形ボックス・フィル
タで達成することができる。

【００４７】ＲＩＰマップが作成されると、図４に示す
方法で見い出された計算されたアドレスでフレーム・バ
ッファにアクセスすることによってサンプリングする。そして、テクスチュアの色データは、画素キャッシュ／
ＡＬＵに読み込まれ、光源色データと結合される。テク
スチュア・マップから得られるデータは、物体の赤、緑
、青の色値である。これらの値は、各画素に対して予想
される内挿光源色データと結合する。光源色データの拡
散成分と正反射成分をそれぞれＣＴＩで個別に内挿する
。これらのテクスチュア値を拡散成分と正反射成分に結
合して、グラフィックス要素に対する完全なテクスチュ
アを得ることができる。

【００４８】以上、フレーム・バッファ・コンピュータ
・グラフィックス・システムにおけるテクスチュア・グ
ラフィックスを生成する方法と装置の一実施例を説示し
た。本発明に係る好適な一実施例を詳述したが、当業者
には本発明の精神と範囲から離れることなく変更が可能
であることは明らかである。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によりエイ
アシング及びぼけを最適化し、より鮮明なイメージを得
るためのテキスチュア・マッピングを実施することが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を用いたグラフィックス・シ
ステムのブロック図。

【図２Ａ】従来のＭＩＰテキスチュア・マッピング方法
を説明するための図。

【図２Ｂ】従来のＭＩＰテキスチュア・マッピング方法
を説明するための図。

【図３】本発明の一実施例であるテキスチュア・マッピ
ング方法を説明するための図。

【図４】本発明の一実施例であるテキスチュア・マッピ
ング方法を示すフローチャート。

【符号の説明】

１０：フレーム・バッファ・グラフィックス・システム
２０：ホスト・プロセッサ３０：走査変換器４０：変換エンジン８０：フレーム・バッファ１１０：ラスタ・ディスプレイ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】次の（イ）から（ホ）より成るフレーム・
バッファ・グラフィックス・システムにおけるグラフィ
ックス要素のテクスチュア・マッピング方法。（イ）表面に対する原テキスチュア・マップを２次元で
決定し、（ロ）前記原テキスチュア・マップをフレーム・バッフ
ァに記憶させ、（ハ）非対称フィルタを用いて２次元で前記原テキスチ
ュア・マップを独立にサンプリングし、複数バージョン
のテキスチュアを構成し、前記フレーム・バッファ・グ
ラフィックス・システム内のディスプレイ上にテキスチ
ュア画素をアドレスし、（ニ）前記フレーム・バッファの領域上に前記テキスチ
ュア画素をマッピングし、（ホ）前記ディスプレイ上にテキスチュア・グラフィッ
クス要素を表示する。
【請求項２】請求項１のテキスチュア・マッピング方法
において、前記非対称フィルタは矩形フィルタであるこ
とを特徴とするテキスチュア・マッピング方法。
【請求項３】請求項２のテキスチュア・マッピング方法
において、前記サンプリングするステップ（ハ）は前記
原テキスチュア・マップを２次元でサンプリング・ダウ
ンするステップより成り、前記矩形フィルタは、２の累
乗の高さ及び幅を有し、原テキスチュア・マップをフィ
ルタリングすることを特徴とするテキスチュア・マッピ
ング方法。
【請求項４】請求項３のテキスチュア・マッピング方法
において、前記原テキスチュア・マップは次の関係を持
つサイズであることを特徴とするテキスチュア・マッピ
ング方法。サイズ＝２ｎ　×２ｍ　ここで、ｎ、ｍは整数で各々原テキスチュア・マップの
高さ及び幅を定義する。
【請求項５】請求項４のテキスチュア・マッピング方法
において、サンプル・ダウンしたテキスチュア・マップ
は（ｎ＋１）×（ｍ＋１）個存在することを特徴とする
テキスチュア・マッピング方法。
【請求項６】請求項５のテキスチュア・マッピング方法
において、マッピング・ステップ（ニ）はフレーム・バ
ッファ上の矩形領域にテキスチュア画素をマッピングす
ることを特徴とするテキスチュア・マッピング方法。
【請求項７】請求項６のテキスチュア・マッピング方法
において、ディスプレイはラスタ・スキャン、ディスプ
レイであることを特徴とするテキスチュア・マッピング
方法。
【請求項８】次の（イ）から（ヘ）より成るグラフィッ
ク・システムにおいて表面上にテキスチュアをマッピン
グするテキスチュア・マッピング方法。（イ）表面に対する原テキスチュア・マップを２次元で
決定し、（ロ）前記原テキスチュア・マップをグラフィックス・
システム内のフレーム・バッファ中に記憶させ、（ハ）
前記原テキスチュア・マップに少なくとも１つの非対称
フィルタを適用し、表面に対する第２の２次元テキスチ
ュア・マップを決定し、（ニ）前記第２テキスチュア・マップを前記フレーム・
バッファ内に記憶させ、（ホ）前記原テキスチュア・マップと前記第２テキスチ
ュア・マップ間を３次元で線形内挿を行ない、３次元で
連続的なテキスチュア表面マップを決定し、（ヘ）前記
グラフィックス・システム内のラスタ・スキャン・ディ
スプレイ上に前記テキスチュア表面を表示する。
【請求項９】請求項８のテキスチュア・マッピング方法
において、前記非対称フィルタは矩形ボックス・フィル
タであることを特徴とするテキスチュア・マッピング方
法。
【請求項１０】グラフィックス要素に対応する画素値デ
ータを記憶するフレーム・バッファ手段と、前記フレー
ム・バッファ手段とインターフェースし、グラフィック
要素に対して２次元で原テキスチュア・マップを決定す
る手段と、前記決定手段とインターフェースし、複数の
バージョン・テキスチュアを構成し、前記テキスチュア
画素値データと共に前記フレーム・バッファをアドレス
するための前記原テキスチュア・マップを独立に２次元
でサンプリングするための非対称フィルタ手段と、前記
フレーム・バッファとインターフェースし、前記原テキ
スチュア・マップ内の矩形領域上にテキスチュア画素を
アドレスするマッピング手段と、前記フレーム・バッフ
ァとインターフェースし、前記テキスチュア画素値デー
タを表示する表示手段とから成ることを特徴とするテキ
スチュア・マッピング装置。