JPH04275687A - 模擬視界装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、コンピュータを用い
て仮定された三次元の情景を指定された視点から見た二
次元画像として表示を行なうための模擬視界装置に関し
、表示のちらつきを防ぐことができるものである。

【０００２】

【従来の技術】図１１は従来の模擬視界装置の構成を示
すブロック図である。この装置では視覚対象物を多角形
、多角面及び光点の組合わせとして数値モデル化して模
擬する。図１１において、模擬視界用ホストコンピュー
タ１は、仮定された三次元の情景に含まれる全ての視覚
対象物の位置、面を構成する頂点の位置、色彩等の情報
を記憶する。たとえば飛行機シミュレータの場合、飛行
機の方向、高さ、パイロットの視点位置等の視点情報に
したがって、その視界内の視覚対象物を選択し、後述す
る幾何計算装置に送ることおよび幾何計算装置で用いる
座標変換のためのマトリクスの計算を行なう。

【０００３】幾何計算装置２は模擬視界用ホストコンピ
ュータ１から送られた視覚対象物に対して視点との位置
関係にしたがって視点に近い順に優先順位を付す。その
視覚対象物の、指定された視点から見た透視図の計算、
指定された光源で照らされたときの各面の明るさ、かす
み具合の計算、視覚対象物を規定する多面体の稜の透視
図上の線（エッジ）が視覚対象物の輪郭を表わすものか
否かの計算、等の幾何計算を行なう。

【０００４】エッジリストメモリ３は、透視図を構成す
るエッジの情報を記憶する。この記憶は、スキャンライ
ン毎に、スキャンライン上にエッジの上端が存在するか
否かについて行なわれる。エッジの上端が存在する場合
は、エッジ上端（発端）のスキャンライン番号ＱＳ、エ
ッジ下端（終端）のスキャンライン番号ＱＥ、エッジ上
端の水平方向位置ＰＳ、エッジ下端の水平方向位置ＰＥ
、エッジの傾きΔＰ、エッジの上端の明るさＩ、エッジ
の明るさの垂直方向の変化率ｄＩｑ、エッジの右側の面
の色Ｃ、エッジが対象物の輪郭線であるか否かの符号Ｅ
／Ｉ、模擬視界用ホストコンピュータＮ１で計算された
優先順位ＯＢＪ、その他、上端を共有するエッジについ
てのその記憶位置情報ＣＨＡＩＮ等が、記憶される。

【０００５】エッジ走査線交点計算回路４１は表示装置
１１のＣＲＴが１スキャンする間に、次のスキャンライ
ン上の画像情報すなわち交点情報を時分割で、エッジリ
ストメモリ３の情報と前回のスキャンラインの交点情報
から逐次的に計算している。すなわち、ソート回路５１
から出力するＱ番目のスキャンラインと各エッジとの交
点と情報ＱＥ、ＰＥ、ΔＰ、Ｉ、ｄＩｑ、Ｃ、Ｅ／Ｉ、
ＯＢＪからＱ＋１番目のスキャンラインと各エッジの交
点Ｐの情報を計算し、ソート回路Ｎ５に送る。これをさ
らに詳しく説明すると、図１２のように、それぞれのエ
ッジについてＱ＝ＱＳの成り立つエッジがあるかどうか
を調べて、そのエッジをエッジリストメモリ３から読み
出す。そして、ＰＳの値をメモリにストアする。次に、
Ｑ＝ＱＳ＋１となったとき、前のラインのＰＳの値を読
み出し、同時にすでに幾何計算装置２で計算されてある
ΔＰの値を読み出す。次に、ＰＳ＋ΔＰの計算を行ない
、メモリにストアするとともに、ソート回路５に送る。 このとき、交点Ｐがあるときは有効データとしてそれに
ＥＮＢフラグを付加する。

【０００６】ソート回路５１は後の隠顕処理を可能とす
るためにスキャンライン上の交点Ｐをスキャンラインの
左から右へ順に並べ変える機能を有する。エッジ走査線
交点計算回路４１から出力されるＰは、すでに以前に入
力されたＰと全て順次比較され、順次小さい順に並ぶよ
うにする。例えば、図１２のＱ＝ＱＳ＋２のラインにか
かっている全てのエッジデータをＰの小さい順に並べか
える。情報ＱＥ、ＰＥ、Ｉ、ｄＩｑ、Ｃ、Ｅ／Ｉ、ＯＢ
Ｊは、交点Ｐと対になっており、上記並び変えた順に読
み出される。

【０００７】図２のような図形をスキャンして得たデー
タをソートによって並べ変えた例を図１３によって説明
する。図２のように表示される画像の性質として、スキ
ャンラインによって表示されるエッジの数は、かなり違
ってくる。図１３では、エッジの少ないスキャンライン
Ａと、エッジの多いスキャンラインＢとは、ＣＲＴの水
平同期信号と同期して同じ時間をかけて処理を行なって
おり、その長さはＣＲＴの一ライン分に相当している。 図１３に示した×印のデータは、前のラインまでエッジ
を示すデータとしてＥＮＢフラグが立っていたが、現在
のラインではエッジがなくＥＮＢフラグの立っていない
データすなわち無効なデータであり、これもＰの値の小
さい順に並んでいる。図１４に示すようにＱ＝ＱＥまで
は、ＰＳにΔＰが順次加算されるが、Ｑ＝ＱＥ＋１では
、エッジのデータは不要になる。したがって、ＥＮＢフ
ラグは落とされて、不要なデータということがわかる。

【０００８】Ｘ−グラジェント計算回路６１は、ソート
回路５１の出力から、優先順位ＯＢＪを用いて同一優先
順位ＯＢＪを検出し、そのＸ方向すなわち水平方向の明
るさ、かすみの程度の変化率ｄＩＰ，ｄＦｐを計算する
。

【０００９】隠顕処理回路７１は、視点により近い視覚
対象物がより遠方の視覚対象物の一部または全部を遮る
場合、遮られた部分の表示装置への表示の除去するもの
である。Ｘ−グラジェント計算回路６１で計算された１
画素分毎の色、明るさ、かすみの程度は、スキャンライ
ンにしたがって隠顕処理回路７１に入力する。１つのス
キャンラインについて、入力した１画素分が属する視覚
対象物の面が重なる場合、優先順位にしたがって、その
画素を除去するか残すかする。

【００１０】ビデオ信号発生装置８は隠顕処理回路７１
から出力される信号を基にビデオ信号を発生し、表示装
置１１でこれをカラー表示する。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】従来の模擬視界装置は
、計算するスキャンラインと表示のためのスキャンライ
ンが１対１に対応していた。このため、視覚対象物を構
成する多角形は、一画素単位の解像度で計算され、表示
されるので、斜め線などは、図１５のように階段状のぎ
ざぎざでしか表示することができなかった。また、小さ
な多角形の表示についても、図１６（ａ）のように視覚
対象がスキャンラインに交差した状態から図１６（ｂ）
のように移動した場合、スキャンラインの間に入り込ん
だものはスキャンラインと交差しないので表示できず、
同じ物体であっても表示されたり表示されなかったりす
ることがあった。

【００１２】この発明が解決しようとする課題は、表示
するスキャンラインに対し実質上の解像度を上げ、１画
素単位で画素の色及び輝度の計算を行なっていることか
ら生じる斜め線の階段状表示や小さな物体のちらつきを
緩和することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
、この発明に係る模擬視界装置は、仮定された三次元の
情景を指定された視点から見た二次元画像として表示を
行なうために、他を遮る可能性の高い順に優先順位が付
与された視覚対象物であって指定された視点から見える
範囲の物の選択、およびスクリーン上への変換を行なう
幾何計算装置と、幾何計算装置出力に基づいてビデオ信
号を発生するビデオ信号発生装置とを有する模擬視界装
置において、幾何計算装置出力に基づいて、第１スキャ
ンラインとそれらの間に設定した第２スキャンラインと
の各々に、各スキャンラインと視覚対象物のスクリーン
上の透視図形との交点の位置を計算するエッジ走査線交
点計算回路と、エッジ走査線交点計算回路で計算した交
点に関して優先順位にしたがって隠顕処理を行なう隠顕
処理回路と、隠顕処理回路出力を各スキャンライン群毎
に記憶する第１および第２のメモリと、第１および第２
のメモリ出力毎のビデオ信号を発生する第１および第２
のビデオ信号発生装置と、第１および第２のビデオ信号
発生装置のビデオ信号を混合する混合回路とを備え、第
１スキャンラインと第２スキャンラインとのビデオ信号
を混合して表示することを特徴とするものである。

【００１４】

【作用】第１スキャンラインと第２スキャンラインとで
隠顕処理まで行なう。第１スキャンラインは従来のスキ
ャンラインに相当し、第２スキャンラインは第１スキャ
ンラインの間に設定してある。各々のスキャンラインで
処理されたデータは、第１スキャンラインのみの処理に
比較して２倍の精度で行なわれることになり、第１及び
第２のメモリに記憶された後、ビデオ信号作成に用いら
れる。各スキャンラインに対応したビデオ信号は、混合
回路で混合される。

【００１５】

【実施例】図１は本発明に係る模擬視界装置の一実施例
の機能ブロック図である。図１において、模擬視界用ホ
ストコンピュータ１、幾何計算装置２、エッジリストメ
モリ３、ビデオ信号発生装置、表示装置１１は従来のも
のとして説明した図１１と同等物である。

【００１６】可変エッジ走査線交点計算回路４は、エッ
ジ走査線交点計算回路４１、タイミングフラグジェネレ
ータ４２、スキャンラインカウンタ４３、タイミングジ
ェネレータ４４から構成される。

【００１７】エッジ走査線交点計算回路４１は、スキャ
ンラインカウンタ４３で設定されたスキャンラインとエ
ッジとの交点（インターセクション）の座標値を計算す
る。

【００１８】タイミングフラグジェネレータ４２では、
従来の処理タイミングが表示装置１１の水平同期信号と
同期していたのに対し、これと非同期で処理を行なうた
めに、表示装置１１の左はじのエッジデータと右はじの
エッジデータを検出し（例えば図２のスキャンラインＡ
のａ１，ａ２と、スキャンラインＢのｂ１，ｂ２）、こ
れに表示装置１１の水平同期信号に対応するＦフラグお
よびＬフラグを付与する（図３）。

【００１９】スキャンラインカウンタ４３は、従来のス
キャンラインを第１スキャンラインＳＬ１とし、その間
に第２のスキャンラインＳＬ２を設定する。これを図４
に示す。なお、図中ＩＳはインターセクションである。 また、タイミングフラグジェネレータ４２からのＦフラ
グによりＱ＝０，Ｑ＝０．５，Ｑ＝１，Ｑ＝１．５，…
のようにインクリメントされる。処理はこの順に、第１
スキャンラインＳＬ１、第２スキャンラインＳＬ２が交
互に行なわれる。

【００２０】タイミングジェネレータ４４はタイミング
フラグジェネレータ４２により生成されたフラグＦによ
って、自己の中に有するタイミング回路（図示しない）
を起動する。このタイミング回路は、Ｆフラグによって
Ｑ＝０（すなわち、表示装置１１を構成するＣＲＴの一
番上）から順次インクリメントされ、ＣＲＴの一番下ま
でカウントする。なお、このとき、Ｆフラグは表示装置
１１の水平同期信号とは非同期である。

【００２１】可変ソート回路５は、ソート回路５１とタ
イミングジェネレータ５２から構成される。ソート回路
５１は従来のものと同様に、エッジ走査線交点計算回路
４１から出力されたインターセクションデータをソート
するが、従来のものと異なり、本発明では有効なデータ
が先にソートされる。ここで有効なデータとは、従来の
技術で説明したように、スキャンラインがある値Ｑをと
った場合、そのＱ上に存在しているエッジをいう。また
、有効なデータがソートされた後は、無効なデータが出
力される。

【００２２】可変Ｘ−グラジェント回路６は、Ｘ−グラ
ジェント計算回路６１とタイミングジェネレータ６２よ
り構成される。Ｘ−グラジェント計算回路６１は従来の
ものと同様である。タイミングジェネレータ６２はデー
タに付与されたタイミングフラグにより、Ｘ−グラジェ
ント計算回路６１を起動する。

【００２３】可変隠顕処理回路７は、隠顕処理回路７１
とタイミングジェネレータ７２から構成される。隠顕処
理回路７１は従来のものと同様である。タイミングジェ
ネレータ７２はデータに付与されたタイミングフラグに
より隠顕処理回路７１を起動する。

【００２４】第１のラインメモリ８１と第２のラインメ
モリ８２はそれぞれＦＩＦＯメモリで構成され、それぞ
れ第１スキャンラインと第２スキャンラインのインタセ
クションデータを保持する。ラインメモリ８１，８２の
書き込みは非同期に行なわれるが、読み出しは表示装置
１１のＣＲＴの水平同期信号に同期して行なわれる。こ
の２つのラインメモリ８１，８２によりＣＲＴと非同期
に計算されて来たデータは、ＣＲＴの走査と同期したタ
イミングでビデオ信号発生装置９１，９２へ送られる。

【００２５】混合回路１０は、第１スキャンラインのビ
デオ信号発生装置９１と第２スキャンラインのビデオ信
号発生装置９２のそれぞれで計算された画素を混合する
。

【００２６】次に本発明の動作を図２の表示を例にして
説明する。図２のように表示される画像の性質として、
スキャンラインによって表示されるエッジの数は、かな
り違ってくる。本発明では、図３に示したように、基本
的には、有効なデータのみ処理し、処理時間を有効デー
タ長により可変することで、実行的な処理能力を上げる
。これにより従来のスキャンラインを第１スキャンライ
ンとし、その間に第２スキャンラインを設定し（図４）
、表示するスキャンラインはこれら第１、第２スキャン
ラインのデータの平均をとることで、実効的な解像度を
上げている。

【００２７】有効なデータのみ優先的に処理するコント
ロールは、主に可変ソート回路５にて行なわれる。有効
なデータには、エッジ走査線交点計算回路４１でＥＮＢ
フラグが立てられるている。この様子を図５に示す。Ｅ
ＮＢフラグをＭＳＢとし、以下に有効なデータすなわち
インターセクションの座標値（Ｐ値）を表示する。スキ
ャンラインの始めと最後のデータには、図３に示すよう
に、Ｆフラグ（ＦＩＲＳＴフラグ）と、Ｌフラグ（ＬＡ
ＳＴフラグ）がつけられている。

【００２８】可変ソート回路５からの出力は、次段の可
変Ｘ−グラジェント回路６に入力されると同時に、次の
スキャンラインとの交点を計算するため、可変エッジ走
査線交点計算回路４へ入力される。可変Ｘ−グラジェン
ト回路６に入力されたデータのうち、ラインの最初のデ
ータであるＦフラグのあるデータでハードウェアをイニ
シャライズし、以下、従来のものと同様の計算を行なう
。

【００２９】一方、可変エッジ走査線交点計算回路４に
送り返されたデータは、次のスキャンラインとの交点を
計算するのに用いられる。次のスキャンラインとの交点
は、現在の値に、そのエッジの持つ傾きを加算すること
により、得られる。第２スキャンラインの座標値は、傾
きを１／２して加えればよい。

【００３０】可変エッジ走査線交点計算回路４は、可変
ソート回路５からＦフラグの立ったエッジがきたところ
で、スキャンラインカウンタ４３をインクリメントし、
スキャンが切り換わったとして計算を始める。ここでは
、エッジが有効であるかどうかの判断も同時に行なう。

【００３１】この様子を、図６、図７に示す。いま、ｎ
ライン目のソートが終了したとする。可変エッジ走査線
計算回路４には、ｎ１，ｎ２，ｎ３，ｎ４，ｎ５，ｎ６
の順でエッジデータが入力される。ｎ１には、Ｆフラグ
が立っているため、スキャンラインカウンタ４３がｎか
らｎ＋１／２にインクリメントされる。

【００３２】次に、各エッジの傾きを加算して、ｎ＋１
／２における座標値を求める。ｎ１，ｎ４はｎ＋１／２
においては有効でないので、省かれる。新たにｎ＋１／
２のスキャンラインから有効になるｍ５，ｍ６，ｍ７が
入力される。この場合、無効となったｎ１，ｎ２の空き
にｍ５，ｍ６が入り、ｍ７はｎライン目の有効データの
最後のｎ６の後に挿入され、同時にＬフラグも移動する
。

【００３３】このようにして、ｍ５，ｍ１，ｍ２，ｍ６
，ｍ３，ｍ４，ｍ７の順に可変エッジ走査線交点計算回
路４から出力され、可変ソート回路５に入力される。可
変ソート回路５ではＦフラグの立っているｍ５のデータ
を受け取った後、ソートを開始する。ソート開始後、一
定時間でソートは終了し、ｍ１，ｍ２，ｍ３，ｍ４，ｍ
５，ｍ６，ｍ７の順にソートされたデータは再び可変エ
ッジ走査線交点計算回路４へ入力され、同様の処理を繰
り返す。図６中ａ，ｂはｎ＋１／２で無効となるエッジ
、ｒ，ｓ，ｔは新たに始まるエッジである。

【００３４】可変Ｘ−グラジェント回路７および可変隠
顕処理回路８では、Ｆフラグの立っているデータを基準
にハードウェアをイニシャライズする。すなわち、Ｆフ
ラグに同期してそのスキャンラインについての動作を開
始する。これらのＸ−グラジェント回路７１と隠顕処理
回路８１の動作は、Ｆフラグと同期する点を除いて、従
来のものと同様である。

【００３５】可変隠顕処理回路７から出力されたデータ
は、ラインメモリ８１，８２に入力される。この様子を
図８に示す。ラインメモリ８１，８２はそれぞれ第１ス
キャンライン、第２スキャンラインから入力されたデー
タをバッファリングする。ここで、一時ストアされたデ
ータは、表示装置１１と同期したタイミングでそれぞれ
独立したビデオ信号発生装置９１，９２へ送られる。ビ
デオ信号発生装置９１，９２はラインメモリ８１，８２
から出力される信号を基にビデオ信号を発生する。

【００３６】第１スキャンラインと第２スキャンライン
のそれぞれの画素データは、混合回路１０へ送られる。 ここでは、対応する画素どうしのデータを加算し、混合
して表示装置１１へ送る。

【００３７】例えば、斜線を表示する場合、従来では図
１５のようにぎざぎざで表示されたが、表示の２倍の精
度で計算し、色を混合しているから、図９のように、稜
線のぎざぎざがゆるやかに表示される。

【００３８】また、小さな多角形の表示についても、従
来のものでは図Ｌ（ａ）から同図（ｂ）のように移動し
た場合、スキャンラインの間に入り込んだものはスキャ
ンラインと交差せず、表示できなかったが、本発明では
図１０（ａ），（ｂ）のように第１スキャンラインまた
は第２スキャンラインのいずれかと交差させることがで
き、表示対象の移動によるちらつきを少なくすることが
できる。

【００３９】

【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
エッジの少ないスキャンラインの処理時間を有効に利用
することで、従来のものより２倍の処理が可能となる。 これにより、計算上の解像度を２倍することができ、斜
めの線のぎざぎざを緩和し、小さな表示対象物のちらつ
きを減らすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る模擬視界装置の一実施例の機能ブ
ロック図である。

【図２】本発明の動作を説明する表示例の図である。

【図３】本発明によるソートの処理タイミングを説明す
る図である。

【図４】本発明による計算上の第１スキャンラインと第
２スキャンラインを説明する図である。

【図５】本発明により有効なデータにＥＮＢフラグが立
てられることを示す図である。

【図６】本発明によるスキャンとエッジとの交点計算を
説明する図である。

【図７】本発明によるスキャンとエッジとの交点の処理
を説明する図である。

【図８】本発明によるラインメモリの書き込み、読み出
しを説明するタイミング図である。

【図９】本発明による斜め線の表示例を説明する図であ
る。

【図１０】本発明による小多角形の表示を説明する図で
あり、図１０（ａ）は小多角形がある位置にある場合の
図、図１０（ｂ）はわずかに移動したときの図である。

【図１１】従来の模擬視界装置の機能ブロック図である
。

【図１２】従来の技術によるスキャンとエッジとの交点
計算を説明する図である。

【図１３】従来の技術によるソートの処理タイミングを
説明する図である。

【図１４】従来のソートの処理を説明する図である。

【図１５】従来の技術による斜め線の表示例を説明する
図である。

【図１６】従来の技術による小多角形の表示を説明する
図であり、図１６（ａ）は小多角形がある位置にある場
合の図、図１６（ｂ）はわずかに移動したときの図であ
る。

【符号の説明】

１　　　　　　　　　　　　　　模擬視界用ホストコン
ピュータ２　　　　　　　　　　　　　　幾何計算装置
３　　　　　　　　　　　　　　エッジリストメモリ４
１　　　　　　　　　　　　可変エッジ走査線交点計算
回路５１　　　　　　　　　　　　ソート回路６１　　
　　　　　　　　　　Ｘ−グラジェント計算回路７１　
　　　　　　　　　　　隠顕処理回路８１，８２　　　
　　　ラインメモリ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】仮定された三次元の情景を指定された視点
   から見た二次元画像として表示を行なうために、他を遮
   る可能性の高い順に優先順位が付与された視覚対象物で
   あって指定された視点から見える範囲の物の選択、およ
   びスクリーン上への変換を行なう幾何計算装置と、幾何
   計算装置出力に基づいてビデオ信号を発生するビデオ信
   号発生装置とを有する模擬視界装置において、幾何計算
   装置出力に基づいて、第１スキャンラインとそれらの間
   に設定した第２スキャンラインとの各々に、各スキャン
   ラインと視覚対象物のスクリーン上の透視図形との交点
   の位置を計算するエッジ走査線交点計算回路と、エッジ
   走査線交点計算回路で計算した交点に関して優先順位に
   したがって隠顕処理を行なう隠顕処理回路と、隠顕処理
   回路出力を各スキャンライン群毎に記憶する第１および
   第２のメモリと、第１および第２のメモリ出力毎のビデ
   オ信号を発生する第１および第２のビデオ信号発生装置
   と、第１および第２のビデオ信号発生装置のビデオ信号
   を混合する混合回路とを備え、第１スキャンラインと第
   ２スキャンラインとのビデオ信号を混合して表示するこ
   とを特徴とする模擬視界装置。