JPH0465780A

JPH0465780A - グラフィック・ディスプレイ装置

Info

Publication number: JPH0465780A
Application number: JP17846390A
Authority: JP
Inventors: Toshio Isobe; 磯部　俊夫; Masatake Toyoshima; 豊島　正剛
Original assignee: National Aerospace Laboratory of Japan
Current assignee: National Aerospace Laboratory of Japan
Priority date: 1990-07-05
Filing date: 1990-07-05
Publication date: 1992-03-02

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】［産業上の利用分野］この発明はグラフィック・デイスプレィ装買に関するも
のであり、特に、コンピュータ・クラフィックスにおい
て、数値化された３次元形状の物体のサーフェス・モデ
ルを陰影をともなって表示するための、グラフィック・
デイスプレィ装置に関するものである。

［従来の技術］従来のグラフィック・デイスプレィ装置におし）ては、
３次元形状の物体のサーフェス・モデルを陰影をともな
って表示することをハードウェア的に実行するものはな
く、適当なソフトウェアによって所要の演算処理を施し
、この演算処理の結果を用いて所望の表示をするのが通
常であった。

ところで、陰影が生じるのは、表示対象としてのモデル
が配置された空間に適当な光源があり、この光源からの
光によって当該モデルが照射されるときである。言うま
でもないことではあるが、光源からの光によってモデル
が照射されるときに、この光が届かない部分に陰影が生
じることになる。

前記のソフトウェアにおいて、表示対象としてのモデル
に陰影を付するための原理的に最も正確なアルゴリズム
のものは、いわゆるレイトレース法である。しかるに、
このレイトレース法の最大の欠点は、所望の１枚の画像
を描画するのに極めて多くの計算量を必要とすることで
ある。従って、現存の最高速のコンピュータを使用した
としても、その演算処理のために多くの時間を費やすこ
とになる。もつとも、前記のレイトレース法に依存しな
いアルゴリズムも幾つかあるけれども、これらもその演
算処理が相当に複雑であって、かなり多くの処理時間を
必要とするものである。

このために、従来のグラフィック・デイスプレィ装置に
おいては、−船釣に、陰影を付することなく対象のモデ
ルの表示がなされている。

［発明が解決しようとする課題］以上説明されたように、従来のグラフィック・デイスプ
レィ装置においては、３次元形状の物体のサーフェス、
モデルを、陰影をともなって表示することを、ハードウ
ェア的に実行するものは存在せず、適当なソフトウェア
によって所要の演算処理を施し、この演算処理の結果を
用ｐ１で所望の表示をするのが通常であったが、これで
は所要の演算処理のために極めて多くの時間を費やすこ
ととなり、その実用性が殆どないという問題点があった
。

この発明は、上記の問題点を解決するためになされたも
のであって、対象のモデルを表示するときに、陰影をと
もなう画像の描画を極めて高速に行うための陰影判定装
置を備えたグラフィック・デイスプレィ装置を得ること
を目的とする。

［課題を解決するための手段］この発明に係るグラフィック・デイスプレィ装置は：あ
る所定の３次元形状のモデルを対象として、その表面を
近似的な平面に分割し、この分割された平面に個別に付
された面番号と数値化された位置情報との組み合わせか
らなる、モデルを表示するための信号を供給する表示モ
デル信号供給源；上記モデルを第１の地点から見たとき
の分割平面に関する面番号および数値化された位置情報
について、所定の変換・サンプリングを施すための、第
１の変換マトリクスを備えた第１の座標変換・サンプリ
ング手段：上記モデルを第２の地点から見たときの分割
平面に関する面番号および数値化された位置情報につい
て、所定の変換・サンプリングを施すための、第２の変
換マトリクスを備えた第２の座標変換・サンプリング手
段；上記第１の座標変換・サンプリング手段で変換・サ
ンプリング処理が施された信号を格納するための第１の
デプス・アルゴリズム・バッファ；上記第２の座標変換
・サンプリング手段で変換・サンプリング処理が施され
た信号を格納するための第２のデプス・アルゴリズム・
バッファ；上記第１のデプス・アルゴリズム・バッファ
で読み取られた位置情報に対応する座標データを、上記
第２のデプス・アルゴリズム・バッファの座標系におけ
る座標データに変換するための、第３の変換マトリクス
を備えてなる座標変換器；上記第１のデプス・アルゴリ
ズム・バッファからの出力、および、上記第２のデプス
　アルゴリズム・バッファがらの出力に基づいて陰影の
当否に関する判定を行う判定器；および、上記各種の手
段の動作を適宜制御する制御器；を備えることを特徴と
するものである。

［作用］この発明においては、対象とする表示モデルの分割平面
に関するデータを受は入れた後で、余り多くの時間を要
することなく、前記のデータに関連する全画素における
陰影の要否の判定をすることができる。

［実施例コ第１図は、この発明の一実施例を示すブロック図である
。この第１図において、（１）は表示対象としての３次
元形状のサーフェス・モデルに対応する信号の供給源、
即ち表示モデル信号供給源である。ここで対象とされる
モデルは、幾っがの近似的に平面とみることができる分
割表面の集合として定義されるものである。そして、こ
れらの分割表面はそれぞれに対応の数値化（該当の分割
表面を記述する座標データを作成すること）がなされて
おり、また、例えば、１．２、・・・Ｎのような付番（
分割表面番号を付すること）がなされているものである
。

（２）および（３）は第１、第２の座標変換・サンプリ
ング手段であって、表示モデル信号供給源（１）からの
座標データに所定の座標変換操作を施すとともに、後続
の第１、第２のデプス・アルゴリズム・バッファ（４）
、（５）での格納（即ち、デプス・バッファ・アルゴリ
ズムに基づくバッファ処理操作を施すこと）のためにサ
ンプリング操作を施すものである。

（６）は座標変換器であって、第１のデプス・アルゴリ
ズム・バッファ（４）から読み取られた座標データを、
第２のデプス・アルゴリズム・バッファ（５）における
座標系に変換するためのものである。　（７）は判定器
であって、双方のデプス・アルゴリズム　バッファ（４
）および（５）から読み取られた分割表面番号が一致し
ているか否かの判定をするためのものである。

そして、（８）は制御器であって、上記のように構成さ
れる実施例装置を全体的に制御するためのものである。

ところで、通常のグラフィック・デイスプレィ装置にお
いては、表示モデル信号供給源（１）から供給されるデ
ータの視点から見える面のみをデイスプレィ上に表示す
るようにされている。そして、この見える面のみをデイ
スプレィ上に表示させる隠面処理としては、いわゆるデ
プス（Ｚ）アルゴリズム・バッファを適用した装置が実
用化されている。このような装置については、例えば、
国内雑誌「日経エレクトロニクス、　１９８４年６月４
日号における論文“図形の変更や視点の移動をホストと
は独立に処理するグラフィック・デイスプレィ装置”等
で説明されている。この発明の実施例装置においても、
基本的には、このデプス（Ｚ）アルゴリズム・バッファ
が用いられている。

次に、上記のような構成の実施例装置の各機能部の動作
について説明する。

第１のデプス・アルゴリズム・バッファ（４）は、光源
から離れたある所定の視点から見たときの可視的な画素
のデータを格納する機能を果たすようにされる。また、
第２のデプス・アルゴリズム・バッファ（５）は、光源
の位置と視点の位置とが合致したときに、可視的な画素
のデータを格納する機能を果たすようにされる。

ここでのバッファは、整数値Ｘ、Ｙによる２次元アドレ
ス（Ｘ、Ｙ）が付されていて、このアドレスに区画の近
似的平面における２値および面番号Ｎの書き込み、読み
取りができるようにされている０通常、この種のバッフ
ァの２次元アドレス（Ｘ、Ｙ）は、グラフィック・デイ
スプレィ装置の画面における座標（ｘ、ｙ）の画素に対
応するものである。

第１の座標変換・サンプリング手段（２）は、表示モデ
ル信号供給源（１）がら供給される近似的な平面として
の分割表面に関するデータを受は入れて、後続の第１の
デプス・アルゴリズム・バ・ンファ（４）における２次
元アドレスの座標系に適合するように座標変換を施し、
かつ、分割表面上のｘ、ｙ座標が整数となるような点を
サンプリングするためのものである。即ち、第１の座標
変換・サンプリング手段（２）に供給された各分割表面
毎のデータは、３次元形状のモデルに関する３次元座標
値（χ、Ｙ、ｚ）に関するデータおよび面番号Ｎに関す
るデータの列として、この第１の座標変換・サンプリン
グ手段（２）から出力されることになる。なお、ここに
、Ｘ、Ｙは第１のデプス・アルゴリズム・バッファ（４
）における２次元アドレスの範囲の整数値である。とこ
ろで、このような座標変換およびサンプリング操作の技
術は確立されたものであって、先に掲げられた公知文献
でも説明されている。そして、このような座標変換はあ
る所定の座標変換行列として表現されるものであり、前
記第１の座標変換・サンプリング手段（２）に予め与え
られている座標変換行列は（Ａ）として表されている。

同様にして、第２の座標変換・サンプリング手段（３）
も、表示モデル信号供給源（１）から供給される近似的
な平面としての分割表面に関するデータを受は入れて、
後続の第２のデプス・アルゴリズム・バッファ（５）に
おける２次元アドレスの座標系に適合するように座標変
換を施し、かつ、分割表面上のｘ、ｙ座標が整数となる
ような点をサンプリングするためのものである。そして
、この第２の座標変換・サンプリング手段（３）に予め
与えられている座標変換行列は（Ｂ）として表されてい
る。

表示の対象としての全分割表面に関するデータが、表示
モデル信号供給源（１）から第１の座標変換・サンプリ
ング手段（２）に供給された後で、第１のデプス・アル
ゴリズム・バッファ（４）における各アドレスには、視
点から見たときに可視にされるモデル上の分割表面表面
番号Ｎおよび前記視点からの距離２が格納され、また、
第２のデプス・アルゴリズム・バッファ（５）における
各アドレスには、光源から見たときに可視にされるモデ
ル上の分割表面表面番号Ｎおよび視点からの距離２が格
納される。

第２図は、上記実施例によって表示されるモデル、視点
および光源の相互の関連性についての説明図である。こ
の第２図において、（２１）は表示されるべきモデル（
表示対象物）であって、単位長辺を有する立方体である
。（２２）はこのモデル（２１）を見る視点であり、ま
た、（２３）はモデル（２１）を照射する光源である。

そして、（２４）は陰影であって、光源（２３）で照射
されたときにモデル（２１）によって形成されるもので
ある。

いま、３次元空間（ｘ、ｙ、ｚ）内で、モデル（２１）
の重心位置が（０，０，０，０，１，５）であり、それ
ぞれの辺がＸ軸、ｙ軸、２軸に平行になるように置かれ
ているものとする。そして、視点（２２）の位置は（−
５０，０，−５０，０，５０，０）であり、光源（２３
）の位置は（−２０，０，２０，０，５０，０）である
ものとする。

第３図は、上記実施例によって表示されるモデルに関す
る説明図である。この中の第３図（ａ）で示されている
ように、モデルとしての立方体（２１）は６個の分割平
面（ａ　、ｂ　、ｃ　、ｄ　、ｅ　、ｆ　）を有するも
のとして表現することができる。ここで、このモデル（
２１）を、前記第２図のような相互の位ｉ！間係をもっ
て視点（２２）から見たとすると、第３図（ｂ）に示さ
れているように、前記６個の分割平面（ａ、ｂ、ｃ、ｄ
、ｅ、ｆ）の中の３個の分割平面（ａ、ｂ、ｅ）を見る
ことができる。このとき、第１のデプス・アルゴリズム
・バッファ（４）には、前記３個の分割平面（ａ、ｂ、
ｅ）に対応するデータが格納されることになる。また、
前記モデル（２１）を光源（２３）の位置から見たとす
ると、第３図（ｃ）に示されているように、前記６個の
分割平面（ａ　、ｂ　、ｃ　、ｄ　、ｅ　、ｆ　）の中
の３個の分割平面（ａ、ｄ、ｅ）を見ることができる。

このとき、第２のデプス・アルゴリズム・バッファ（５
）には、前記３個の分割平面（ａ＋　ｄ＋　ｅ）に対応
するデータが格納されることになる。

上記のデータ格納がなされた後で、まず、第１のデプス
・アルゴリズム・バッファ（４）からのデータが全て読
み出される。即ち、ある所定のアドレス（Ｘ、Ｙ）を当
該箱１のデプス・アルゴリズム・バッファ（４）に与え
ると、このアドレスに対応する画素に表示されるモデル
（２１）上の点の２値と分割平面番号Ｎとが読み出され
て、座標変換器（６）に入力される。この座標変換器（
６）には座標変換行列（Ｂ　）（Ａ　）−’が予め与え
られている。なお、（Ａ）−’は第２の座標変換・サン
プリング手段（２）における行列（Ａ）の逆行列である
。従って、第１のデプス・アルゴリズム・バッファ（４
）から読み出された座標値（Ｘ、Ｙ、ｚ）は、前記の座
標変換器（６）において、第２のデプス・アルゴリズム
・バッファ（５）に対する座標系の座標値（Ｘ−’、Ｙ
’　、　ｚ　’　）または（Ｉ　Ｘ、Ｉ　Ｙ＞に変換さ
れる６第１のデプス・アルゴリズム・バッファ（４）の
座標系の座標値（Ｘ、Ｙ、ｚ）に対応するモデル（２１
）上の点は、当然、視点（２２）から可視の状態にある
。ところで、この点が光源（２３）の位置からも可視の
状態にあるとすれば、座像変換器（６）において変換さ
れた座標値（Ｘ’、Ｙ’、ｚ’）は、第２のデプス・ア
ルゴリズム・バッファ（５）にも格納されていることに
なる。即ち、この第２のデプスアルゴリズム・バッファ
（５）のアドレス（Ｘ“、Ｙｏ）には、第１のデプス・
アルゴリズム・バッファ（４）のアドレス（Ｘ、Ｙ）に
おけると同一の分割平面番号が格納されていなければな
らない。

そこで、このようなことの正否を判定するために、第２
のデプス・アルゴリズム・バッファ（５）のアドレス（
Ｘ“、Ｙｏ）に格納されている面番号が読み出される。

ただし、座標変換器（６）で変換されたＸ’、Ｙ’は整
数値ではないので、これらに最も近い整数値Ｉ　Ｘ、Ｉ
　Ｙのアドレス（Ｉ　Ｘ、Ｉ　Ｙ）を求める。このため
に、第１のデプス・アルゴリズム・バッファ（４）のア
ドレス（Ｘ、Ｙ）に対応するモデル上の座標系の点と、
第２のデプス・アルゴリズム・バッファ（５）のアドレ
ス（ＩＸ、ＩＹ）に対応するモデル上の座標系の点とは
一致しないことになる。しかしながら、第２のデプス・
アルゴリズム・バッファ（５）の領域をある程度大きく
することにより、近似的に表示モデル信号供給源（１）
での信号に対応するモデル座標系の点とほぼ同じである
と見なすことができる。そこで、第２のデプス・アルゴ
リズム・バッファ（５）のアドレス（ＩＸ、ＩＹ）にお
ける面番号Ｎ゛が読み出されることになる。

かくして、第１のデプス・アルゴリズム・バッファ（４
）から読み出された分割平面番号Ｎと、第２のデプス・
アルゴリズム・バッファ（５）から読み出された分割平
面番号Ｎ°とが、それぞれに、判定器（７）に加えられ
る。この判定器（７）においては、両者の同一性のいか
んが判定されて、その結果に対応する出力が得られる。

即ち、Ｎ＝Ｎ’であると判定されたときには、第２のデ
プス　アルゴリズム・バッファ（５）の所定のアドレス
に対応する表示ピクセルには、光源（２３）からの光が
照射されているものとする。これに対して、ＮＵＮ’で
あると判定されたときには、第２のデプス・アルゴリズ
ム・バッファ（５）の所定のアドレスに対応する表示ピ
クセルには、光源（２３）からの光が照射されていない
ものとする。第３図（ｄ）は、上記のような判定の結果
として、所要の陰影が付された状態を例示するものであ
る。なお、この第３図（ｄ）において、平面（ｂ）には
光が照射されておらず、従って他に比べて暗い状態にさ
れている。また、図形（ｂ゛）はモデル（２１）に所定
の照射がなされているときに、所与の面に生成される陰
影部である。

適当なコンピュータで構成することができる制御器（８
）は、前述された表示モデル信号供給源（１）ないし判
定器（７）の諸手段の動作を制御するためのものである
。まず、この制御器（８）の制御下で、対象とするモデ
ル（２１）を表示するための視点（２２）および光源（
２３）の位置に応じた所定の変換行列が、第１、第２座
標変換・サンプリング手段（２）、（３）および座標変
換器（６）に対して与えられる０次に、表示モデル信号
供給源（１）からのモデルの分割平面に対応する信号が
、前記制御器〈８）からの所定のタイミングをもって、
第１、第２座標変換・サンプリング手段（２）、（３）
に対して与えられる。そして、前記モデルの全分割平面
に対応する信号の印加が終了すると、第１のデプス・ア
ルゴリズム・バッファ（４）に対して、その全アドレス
を順次加えていく。

ところで、この制御器（８）から前記第１のデプス・ア
ルゴリズム・バッファ（４）に対して加えられるアドレ
ス（Ｘ、Ｙ）と判定器（７）における出力が、この発明
の実施例装置で得られる結果となる。即ち、このアドレ
ス（Ｘ、Ｙ）に対応する表示画素において、光源（２３
）から光が照射されているか否かの判定結果が得られる
ことになる。そして、この判定結果としての所定のデー
タは表示処理装置（図示されない）に向けて送られるこ
とになる。

なお、上記された実施例においては、光源を単一のもの
として、これに対するバッファも１個だけである場合に
ついての説明がなされたけれども、これに限らず、所要
個数のバッファを設けておき、これに対応する個数の光
源に基づく陰影の判定をすることもできる。

［発明の効果］以上説明されたように、この発明に係るグラフィック・
デイスプレィ装置は：ある所定の３次元形状のモデルを
対象として、その表面を近似的な平面に分割し、この分
割された平面に個別に付された面番号と数値化された位
置情報との組み合わせからなる、モデルを表示するため
の信号を供給する表示モデル信号供給源；上記モデルを
第１の地点から見たときの分割平面に関する面番号およ
び数値化された位置情報について、所定の変換・サンプ
リングを施すための、第１の変換マトリクスを備えた第
１の座標変換・サンプリング手段：上記モデルを第２の
地点から見たときの分割平面に関する面番号および数値
化された位置情報について、所定の変換・サンプリング
を施すための、第２の変換マトリクスを備えた第２の座
標変換・サンプリング手段；上記第１の座標変換・サン
プリング手段で変換・サンプリング処理が施された信号
を格納するための第１のデプス・アルゴリズム・バッフ
ァ；上記第２の座標変換・サンプリング手段で変換・サ
ンプリング処理が施された信号を格納するための第２の
デプス・アルゴリズム・バッファ；上記第１のデプス・
アルゴリズム・バッファで読み取られた位置情報に対応
する座標データを、上記第２のデプス・アルゴリズム・
バッファの座榎系における座標データに変換するための
、第３の変換マトリクスを備えてなる座標変換器；上記
第１のデプス・アルゴリズム・バッファからの出力、お
よび、上記第２のデプス・アルゴリズム・バッファから
の出力に基づいて陰影の当否に関する判定を行う判定器
；および、上記各種の手段の動作を適宜制御する制御器
；からなるものであって、対象とする表示モデルの分割
平面に関するデータを受は入れた後で、余り多くの時間
を要することなく、前記のデータに関連する全画素にお
ける陰影の要否の判定をすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例であるグラフィック・デ
イスプレィ装置を示すブロック図、第２図は、上記実施
例によって表示されるモデル、視点および光源の相互の
関連性についての説明図、第３図は、上記実施例によっ
て表示されるモデルに関する説明図である。（１）は表示モデル信号供給源、（２）、（３）は第１、第２座標変換・サンプリング手
段、（４）、（５）は第１、第２デプス・アルゴリズム・バ
ッファ、（６）は座標変換器、（７）は判定器、（８）は制御器。禁２図図（ａ）（ｂ）（Ｃ）（ｄ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ある所定の３次元形状のモデルを対象として、そ
の表面を近似的な平面に分割し、この分割された平面に
個別に付された面番号と数値化された位置情報との組み
合わせからなる、モデルを表示するための信号を供給す
る表示モデル信号供給源；上記モデルを第１の地点から見たときの分割平面に関す
る面番号および数値化された位置情報について、所定の
変換・サンプリングを施すための、第１の変換マトリク
スを備えた第１の座標変換・サンプリング手段；上記モデルを第２の地点から見たときの分割平面に関す
る面番号および数値化された位置情報について、所定の
変換・サンプリングを施すための、第２の変換マトリク
スを備えた第２の座標変換・サンプリング手段；上記第１の座標変換・サンプリング手段で変換・サンプ
リング処理が施された信号を格納するための第１のデプ
ス・アルゴリズム・バッファ；上記第２の座標変換・サンプリング手段で変換・サンプ
リング処理が施された信号を格納するための第２のデプ
ス・アルゴリズム・バッファ；上記第１のデプス・アルゴリズム・バッファで読み取ら
れた位置情報に対応する座標データを、上記第２のデプ
ス・アルゴリズム・バッファの座標系における座標デー
タに変換するための、第３の変換マトリクスを備えてな
る座標変換器；上記第１のデプス・アルゴリズム・バッファからの出力
、および、上記第２のデプス・アルゴリズム・バッファ
からの出力に基づいて陰影の当否に関する判定を行う判
定器；および、上記各種の手段の動作を適宜制御する制
御器；を備えることを特徴とするグラフィック・ディスプレイ
装置。