JPH0471082A - ３次元表示装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は３次元グラフィックス技法を用いて３次元物
体をＣＲＴデイスプレィなどの２次元画面上に表示する
３次元表示装置に関するものである。

［従来の技術］ 第５図は従来の３次元表示装置を示す制御フロー図であ
り９図において（５０１１は部品化されたそれぞれの３
次元オブジェクトが定義されて５するローカルなモデリ
ング座標系からよりグローバルなワールド座標系に変換
するモデリング変換部。

（５０２）はワールド座標系から視点を原点とする視点
座標系に変換する視野変換部、　（５０３）は視点座標
系から表示するために２次元座標系である透視座標系に
変換する透視変換部、　（５０４）は透視座標系から実
際の表示装置のデバイス座標またはウィンドウシステム
が持つ座標系に変換するビューボート変換部、　（５０
５）はデバイス座標系で与えられた図形データからシェ
ーディングを施し表示する色と輝度を生成するビクセル
生成部、　（５０６）は表示画面に直接対応するフレー
ムメモリ、　　（５０７）は隠面消去に用いるＺバッフ
ァ、　（５０８）はＺバッファアルゴリズムに従って２
値を扱う２値比較部。

（５０９）は実際にフレームメモリ（５０６）にビクセ
ルを描画するビクセル描画部、　（５１０１はビクセル
生成部（５０５）フレームメモリ（５０６）　Ｚバッフ
ァ（５０７）　　Ｚ値比較部（５０８）およびビクセル
生成部（５０９）からなる描画部である。

従来の３次元表示装置は上記のように構成され、３次元
オブジェクト・データは各種変換を通して画面に表示さ
れる。そして描画部（５１０）において３次元物体を３
次元らしく見せるために、隠面消去やシェーディングが
施される。そして隠面消去の方式として最も多く用いら
れている方式はハードウェア化が容易な２バッファ方式
である。

２バッファ方式はビクセル生成部（５０５）で生成され
たビクセルについてＺ値比較部が対応するＺバッファの
値を参照し、もしＺバッファの値が描画しようとするビ
クセルの２値よりも小さかったら何もせず、逆に大きか
ったらＺバッファ値を描画ビクセルのＺ値に書き換え、
さらにビクセル描画部（５０９）でフレームメモリ（５
０６）にビクセルを描画すると言うものである。そして
この手順で全ての３次元オブジェクトを描画すれば、必
ず手前の面しか表示しない隠面消去が実現できる。つま
りＺバッファとはその時点で最も手前のＺ座標のみを保
持する最近点バッファである。

なお、３次元画像を半透明表示するものとじて特開昭６
２−２１９０７５号、また、Ｚバ、ンファを用いたもの
として特開昭−２２３８８６号などが公知となっている
。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のように従来のＺバッファ方式ではＺバッファで最
も手前のＺ座標を保持するだけなので。

透明度がある曲面や物体の切断面の半透明表示をＺバッ
ファを用いた隠面法において実現することはできなかっ
た。この発明はかかる問題点を解決するためになされた
もので、Ｚバッファを用いたり１面消去法において高速
に物体の任意面による切断面（以下単に任意断面）を可
視状態、即ち任意断面より手前にある物体を半透明表示
することができ、また、物体の任意断面の前後を識別表
示することができる３次元表示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］ この発明の３次元表示装置は入力された物体な隠面消去
する場合参照される基準となる２座標値を保持するＺバ
ッファと、入力された物体を隠面消去する場合Ｚバッフ
ァの値とビクセル生成部で生成されたビクセルの７座標
値とを比較する２値比較部と、前記Ｚ値比較部の比較結
果に従ってフレームメモリにビクセルを描画するビクセ
ル描画部と９入力された物体の図形データが前記ビクセ
ル描画部に描画された後に入力される任意断面の図形デ
ータに基づきこの任意断面の領域に対応する第一の透過
率と任意断面のＺ座標値とＺバッファの値を比較してＺ
バッファの値が任意断面の２座標値より小さい値をもつ
領域に対応する第二の透過率と任意断面の２座標値と前
記Ｚバッファの値を比較してＺバッファの値が任意断面
のＺ座標値より大きい値をもつ領域に対応する第三の透
過率とのうち少なくとも１つの透過率を決定するととも
にこの決定された透過率に基づき前記領域を部分的に描
画させる描画情報をビクセル描画部に送る透過制御部と
を設けたものである。

［作用］ この発明においては、−度隠面消去された３次元物体に
ついて任意断面の表示領域について、その手前の部分が
第一の透過率に従って曲面が部分的に描画されるので物
体が透けて表示され、また任意断面より近い他の領域に
関しては第二の透過率にしたがって曲面が部分的に描画
されるので物体が透けて表示され、また任意断面より遠
い領域に関して第三の透過率にしたがってこの面が部分
的に描画されるので物体が霞んで表示されるうち、少な
くとも１つの透過率に従った３次元表示装置が得られる
。

［発明の実施例］ 第１図はこの発明の一実施例を示す制御フロー図であり
、従来技術の説明と同一または相当部分は同一符号とし
説明を省略する。図において（１０１）はＺバッファの
値と描画する任意断面のＺ値を比較するＺ値比較部、　
（１０２）は任意断面のそれ自体の表示領域に対する透
過率を決定する断面透過率部、　（１０３）は任意の断
面より手前の物体の透過率を決定する前方透過率部、　
（１０４）は任意の断面より遠くの物体の透過率を決定
する後方透過率部、　　（１０５）は前記断面透過率部
（１０２）前方透過率部（１０３＋および後方透過率部
（１０４）の値により各領域の描画の透過制御を行なう
透過制御部。

（１０６）は物体または任意断面の表示に対応して切り
換えられるスイッチ部である。

次に動作を説明する。３次元オブジェクト・データは従
来の方式と全（同じに、モデリング変換部（５０１）　
、視野変換部（５０２）　、透視変換部（５０３）　。

ビューポート変換部（５０４）などの各種変換を通して
２次元デバイス座標系に変換される。そしてビクセル生
成部（５０５）がデバイス座標系で与えられた図形デー
タにシェーディングを施し９表示する色と輝度を生成す
る。さらに従来例で説明したように、Ｚバッファを用い
た隠面消去が施され、見える部分についてはビクセル描
画部（５０９］がフレームメモリ（５０６）にビクセル
生成部（５０５）が生成したビクセルを書き込み、リア
ルな３次元物体が表示される。

次に上記手順で表示された３次元物体を所望の面で切断
した任意断面の表示を想定する。ここでは説明を簡単に
するために、任意断面を３次元物体の視点座標系におけ
るｚ−ｙ平面による断面と仮定する。まず上位座標系か
らｘ−ｙ平面である断面が渡される。ここでの断面のデ
ータ形式は特に問わない。この断面は他の３次元物体と
同様に、モデリング変換（５０１）　、視野変換（５０
２）　、透視変換（５０３）　、ビューポート変換（５
０４１などの各種変換を通して２次元デバイス座標系に
変換される。次にビクセル生成部（５０５）がデバイス
座標系で与えられた断面データにシェーディングを施し
５表示する色と輝度を決定する。この例では対象断面が
ｘ−ｙ平面であるので断面全域において一定値となる。

Ｚ値比較部（１０１）はこの断面のＺ値（以下Ｚｐｉｘ
ｅｌとする）とＺバッファの該当アドレスのＺ値（以後
Ｚｂｕｆとする）と比較するのだが、ここで該当ビクセ
ルを３種類に分類することができる。

即ち、断面自体の表示領域、断面より手前の表示領域（
Ｚｐｉｘｅｌ　＞Ｚｂｕｆ）　、断面より遠（の表示領
域（Ｚｐｉｘｅｌ　＞Ｚｂｕｆ）の３領域である。

透過制御部（１０５）はＺ値比較部（１０１）により判
別される前記３領域についてそれぞれ描画処理するのだ
がこの手順を第２図及び第３図を併用して説明する。第
２図において（２０１）はワイヤフレーム表示図、　　
（２０２）は通常の２バッファ方式で隠面消去した表示
イメージである。第３図において（３０１）は前方仰域
、断面領域および後方領域による例を示す領域分割図、
　（３０２）は領域分割図（３０１＋を基に隠面消去し
た表示イメージ、　　（３０３）は断面領域のみによる
例を示す領域分割図。

（３０４）は領域分割図（３０３）を基に［」、面消去
した表示イメージ、　　ｆ３０５）は前方領域および後
方領域による例を示す領域分割図、　　（３０６）は領
域分割図（３０５）を基に隠面消去した表示イメージで
ある。

第２図及び第３図は６面の四角形からなる直方体と、視
点座標系におけるｘ−ｙ平面の断面の合計７つの平面デ
ータの各種表示イメージを示している。通常のＺバッフ
ァ方式を用いた鯛、面消去図＋２０２）では４面は隠面
消去され９手前の３面のみが表示されている。

本実施例では全表示領域についてＺバッファを参照し、
左上点から順に１ドツトずつ走査するものである。２値
比較部（１０１１は走査されたｌビクセルずつＺ値の比
較を行なう。比較の結果は前に述べたように３種類であ
り図で示せば領域分割図（３０１）である。次に透過制
御部（１０５）が曲面データの間引き描画を行うのだが
、この３種類の領域によってそれぞれ異なる三つの透過
率を適用して間引き描画を行なう。即ち領域分割図（３
０１）で示した断面領域に対する断面透過率、前方領域
に対する前方透過率、そして後方領域に対する後方透過
率である。透過率の扱いはインプリメントに依存するが
９本実施例では光が物体を透過する割合と定義し１例え
ば透過率２５％とは光の２５％が透過することを意味す
る。そして２５％の時はフレームメモリ４ピクセルに対
し１ビクセルを描画、即ち縦横当倍として２×２ピクセ
ルに１ビクセルを上書きすることになる。この透過制御
の方法は種々考えられる。マスクパターンを用いて描画
すれば容易に実現できる。マスクパターンは大きくすれ
ばするほど精度が向上するがここでは一例として４×４
ビクセルのマスクパターンで説明する。

第４図は４ｘ４ビクセルのマスクパターンの例である。

図において黒丸部をＯ（描画部６）。

それ以外を１　（描画不可）とする。図では左上から１
／１６　（６％）、　２／１６Ｆ１３％）、　３７１６
（１９％）、・・・１６７１６（１００％）まで１６段
階、さらに何も書かない０％を入れれば１７段階の透過
率に対応するマスクパターンが得られる。該当ビクセル
とマスクパターンの対応について４×４のマスクパター
ンを４×４の行列に例えてビクセルのＸ座標を４で割っ
たあまりに１を足した値を行列の列、ビクセルのＸ座標
を４で割った余りに１を足した値を行列の行とすること
で判断できる。あとはそのマスクパターンの値がＯの時
だけ描画すれば良い。例として透過率２５％でビクセル
座標（３２３，４３７１のビットにビクセルを書くか否
かの決定法について示す。マスクパターンは透過率２５
％なので第４図における右上のマスクパターンを用いる
。さらに３２３／４の余りは３で１を足して４列目、　
４３７／４の余りは１で１を足して２行目となり、その
値はＯなので描画する。また与えられた透過率が中間値
の場合は当１７段階の透過率に丸めれば良い。

透過制御部は以上に述べたように与えられた透過率に従
って間引きを行なうのだが、第３図の断面積領域につい
ては断面透過率、前方領域ｆ２ｐｉｘｅｌ　＞　Ｚｂｕ
ｆ）については前方透過率そして後方領域（Ｚｐｉｘｅ
ｌ　＜２ｂｕｆ）について後方透過率を適用して描画す
る場合はビクセル描画部（５０９）に描画を依頼する。

また第３図の＋３０３）　、　（３０４）は断面透過率
のみを指定した時の表示イメージである。

以上の説明では任意断面図として切断面が与えられたが
９本発明においては本来の３次元オブジェクトと独立に
曲面を定義することも極めて簡単に実現することができ
る。なぜならＺ値比較部（ｌｏｔ）はＺバッファでの座
標系で動作するものなので、この座標系で曲面を定義で
きさえすれば良いからである。この場合３次元物体の断
面を計算することは困難なので第３図の（３０５）　、
　（３０６）で示すような後方透過率と前方透過率のみ
が適用される。この方法を用いれば任意の２平面に対し
て手前の部分と後ろの部分の判別が容易に見分けること
ができる。

以上のようにこの実施例では断面透過率を第１の透過率
とし、前方透過率を第２の透過率とし。

後方透過率とした３つの透過率に対応させて説明したが
、この発明はこれらの透過率を全て備えるだけでなく、
上記透過率のうち少なくとも、２つのまたは１つの透過
率を用いた縮退構成も可能であり、更に３つの透過率を
備えた構成としながら、必要に応じて選択的にどれかの
透過率に切り替えて組合せ使用することもできる。

また、この実施例ではピクセル描画部は物体と任意断面
とで共用した例を示したが、制御を簡単にするため各々
別々に専用のピクセル描画部をもってもよい。

また、この実施例のビクセル生成部にするシェーディン
グは色と輝度を用いているが、これは−例であって、こ
の発明は色または輝度の一方を用いたものであっても同
様に適用できる。

［発明の効果］ この発明に係る３次元表示装置は、入力された物体を隠
面消去する場合参照される基準となるＺ座標値を保持す
るＺバッファと、入力された物体を隠面消去する場合Ｚ
バッファの値と前記ビクセル生成部で生成されたビクセ
ルの２座標値とを比較する２値比較部と、前記２値比較
部の比較結果に従ってフレームメモリにビクセルを描画
するビクセル描画部と、前記入力された物体の図形デー
タが前記ビクセル描画部に描画された後に入力される任
意断面の図形データに基づきこの任意断面の領域に対応
する第一の透過率と前記任意断面図の２座標値と前記Ｚ
バッファの値を比較してＺバッファの値が前記任意断面
のＺ座標値より小さい値をもつ領域に対応する第二の透
過率と前記任意断面のＺ座標値と前記Ｚバッファの値を
比較してＺバッファの値が前記任意断面の２座標値より
大きい値をもつ領域に対応する第三の透過率とのうち少
なくとも１つの透過率を決定するとともにこの決定され
た透過率に基づき前記領域を部分的に描画させる描画情
報をビクセル描画部に送る透過制御とを設けたので、物
体の任意断面を可視状態、即ち任意断面より手前にある
物体を半透明表示することができ、また、物体の任意断
面の前後を識別表示することができる３次元表示装置が
得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す制御フロー図、第２
図は３次元物体の元データと従来の表示イメージを示す
図、第３図はこの発明による３次元物体イメージ図、第
４図はこの発明の一実施例で用いるマスクパターンを示
す図、第５図は従来の３次元表示装置の制御フロー図で
ある。 （１０１）　（５０８）は２値比較部、　（１０２）は
断面透過率部、　　（１０３１は前方透過率部、　　（
１０４）は後方透過率部、　（１０５）は透過制御部、
　（１０６）はスイッチ部。 （２０１）はワイヤフレーム表示図、　（２０２）は通
常のＺバッファ方式で隠面消去した表示イメージ。 （３０１）は本発明による領域分割図、　（３０２）は
領域分割図（３０１１を基に隠面消去した表示イメージ
。 ｆ３０３）は本発明による別の領域分割図、　　（３０
４）は領域分割図（・３０３）を基に隠面消去した表示
イメージ、　　（３０５）は本発明によるさらに別の領
域分割図、　　（３０６）は領域分割図（３０５１を基
に１、面消去した表示イメージ、　ｆ５０１）はモデリ
ング変換部。 （５０２）は視野変換部、　　（５０３）は透視変換部
。 （５０４）はビューポート変換部、　　ｆ５０５）はビ
クセル生成部、　（５０６）はフレームメモリ、　（５
０７）はＺバッファ、　　［５０９）はビクセル描画部
、　　（５１０）は描画部。 なお１図中、同一符号は同一または相当部分を示す。 第１図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）入力された物体または任意断面の図形データに基
   づきシェーデングを施し表示する色または輝度を生成す
   るピクセル生成部と、前記入力された物体を隠面消去す
   る場合参照される基準となるＺ座標値を保持するＺバッ
   ファと、前記入力された物体を隠面消去する場合前記Ｚ
   バッファの値と前記ピクセル生成部で生成されたピクセ
   ルのＺ座標とを比較するＺ値比較部と、前記Ｚ比較部の
   比較結果に従ってフレームメモリにピクセルを描画する
   ピクセル描画部と、前記入力された物体の図形データが
   前記ピクセル描画部に描画された後に入力される任意断
   面の図形データに基づきこの任意断面の領域に対応する
   第一の透過率と前記任意断面のＺ座標値と前記Ｚバッフ
   ァの値を比較してＺバッファの値が前記任意断面のＺ座
   標値より小さい値をもつ領域に対応する第二の透過率と
   前記任意断面のＺ座標値と前記Ｚバッファの値を比較し
   てＺバッファの値が前記任意断面のＺ座標値より大きい
   値をもつ領域に対応する第三の透過率とのうち少なくと
   も１つの透過率を決定するとともにこの決定された透過
   率に基づき前記領域を部分的に描画させる描画情報をピ
   クセル描画部に送る透過制御部とを備えたことを特徴と
   する３次元表示装置。
2. （２）前記透過制御部は各透過率で決められた間引き描
   画するマスクパターンを備えたことを特徴とする請求項
   １記載の３次元表示装置。