JPH05282464A

JPH05282464A - ３次元コンピュータグラフィクスにおける描画方法

Info

Publication number: JPH05282464A
Application number: JP4082185A
Authority: JP
Inventors: Noriko Kudo; 法子工藤; Hiromichi Iwase; 洋道岩瀬
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1992-04-03
Filing date: 1992-04-03
Publication date: 1993-10-29

Abstract

(57)【要約】【目的】３次元コンピュータグラフィクスにける描画
方法に関し，パイプラインにより高速描画する方法を提
供する。【構成】基本図形を概略構成レベルから詳細構成レベ
ルまで段階的に複数のレベルに分けて構成し，各点の輝
度を計算する輝度計算部５と，レベル毎の各点の輝度に
基づいてレベル毎に輝度比較値を算出する輝度比較値算
出部９と，輝度閾値を保持する輝度閾値保持部１１とを
備え，輝度比較値と輝度閾値を比較する輝度比較値比較
部１０とを備え，図形描画に際し，計算部７は概略レベ
ルを表示するレベルのデータから細部を表示するレベル
の順にレベル単位に順次入力し，輝度を算出し，輝度比
較値算出部９はレベル単位の輝度に基づいて輝度比較値
を算出し，輝度比較値比較部１０は輝度比較値と輝度閾
値を比較し，輝度平均値が閾値よりも小さいレベル以降
のレベルのデータは読み捨てる構成を持つ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，３次元コンピュータグ
ラフィクスにける描画方法に関する。３次元コンピュー
タグラフィクスにおいては写実感のある画像を高速度に
描画する方法が必要とされる。特に，シミュレーション
において３次元コンピュータグラフィクスを用いる場合
には，リアルタイムに写実性のある描画をする技術が要
求されている。

【０００２】本発明は，３次元画像をパイプラインによ
り高速描画する方法を提供する。

【０００３】

【従来の技術】図５は従来の３次元コンピュータグラフ
ィクスの描画方法を示す。図において，（Ａ）は基本図
形格納部であって，描画対象物を構成する基本図形を各
頂点データ（それぞれの基本図形毎に定められるモデリ
ング座標値，色，法線ベクトル）を格納するものであ
る。１０１，１０２，１０３はそれぞれ描画対象物の基
本図形１，基本図形２，基本図形３である。基本図形１
（１０１）は頂点ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈより
なり，それぞれモデリング座標が設定されている。また
面ａｂｃｄ等の各面には面の向きを表す法線ベクトルが
設定されている。同様に，基本図形２（１０２），基本
図形３（１０３）はそれぞれの頂点ｉ，ｊ，ｋ，ｌ，
ｍ，ｎおよび頂点ｎ，ｏ，ｐにモデリング座標およびそ
れぞれの各面に法線ベクトルが設定されている。

【０００４】（Ｂ）はモデリング変換を表し，プログラ
ムに従って図（Ａ）の基本図形１，基本図形２，基本図
形３のモデリング座標の図形を描画する領域の世界座標
に変換し，対象物１０４を構成することを表す。

【０００５】基本図形１（１０１）の頂点ａ，ｂ，ｃ，
ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈのモデリング座標をそれぞれ世界座
標系における頂点ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈの世
界座標に変換し，基本図形２（１０２）の頂点ｉ，ｊ，
ｋ，ｌ，ｍのモデリング座標をそれぞれ，世界座標系に
おける頂点ｉ，ａ，ｂ，ｃ，ｄの世界座標に変換し，基
本図形３（１０３）の頂点ｎ，ｏ，ｐのモデリング座標
をそれぞれ世界座標系における頂点ｎ，ｐ，ｆおよび頂
点ｎ，ｅ，ｆの世界座標に変換した結果を表す。

【０００６】（Ｃ）は輝度・色計算を表す。輝度・色計
算はモデリング変換の結果世界座標に変換された描画図
形の各頂点に対して，各頂点に色データを対応付けると
ともに，光源情報（光源位置）をもとに輝度計算を行い
輝度を対応づける。

【０００７】（Ｄ）はビュー変換を表す。ビュー変換
は，世界座標の座標軸の回転と平行移動によりＺ軸を視
線の方向に合わせ，視点より対象物を見た場合に映され
る対象物の座標（正規化投影座標）を算出する。

【０００８】（Ｅ）はクリッピング，ワークステーショ
ン変換であって，ビュー変換により得られた正規化投影
座標の描画からディスプレイに表示する領域をクリップ
し，ワークステーションにおける装置座標に変換する。

【０００９】以上の処理は基本図形の頂点のみの描画処
理であって，描かれた図形は頂点のみにより構成されて
いるものである。図示はされていないが，以後，基本図
形の頂点データに基づいて，稜線を算出し，さらに面の
色付けを行い，Ｚ値を参照して隠面消去を行う等のドッ
ト展開処理を行う。そして，ドット展開されたデータを
ディスプレイ表示する。

【００１０】図６は従来の３次元コンピュータグラフィ
クスの描画装置構成を示す。図 (a)は描画装置である。
図において，１０９は入力データであって，基本図形毎
の世界座標における配置，視点，光源の位置等よりなる
ものである。１１０は基本図形格納部であって，描画に
必要な基本図形（例えば，家，自動車等の図形）を格納
するものである。１１１はモデリング変換部であって，
基本図形のモデリング座標を世界座標に変換するもので
ある。１１２は輝度計算部であって，世界座標に変換さ
れた描画各頂点の輝度を算出し対応付けるとともに色を
対応付けるものである。１１２’は光源の位置を表す光
源情報保持部である。１１３はビュー変換部あって，視
点の位置に基づいて，世界座標を正規化投影座標に変換
するものである。１１３’は視点の位置を保持する視点
情報保持部である。１１４はクリップ部であって，ディ
スプレイに表示する範囲であるクリップ境界領域内の部
分を切り出すものである。

【００１１】１１５はワークステーション変換部であっ
て，ワークステーションのディスプレイに表示するため
正規化投影座標を装置座標に変換するものである。１１
６はドット展開部であって，装置座標に変換され描画さ
れた基本図形の各頂点データ（座標値，色，法線ベクト
ル等）に基づいて稜線描画，面の色付け，隠面消去等の
処理を行うドット展開を行うものである。このときＺバ
ッファ１１７を参照して，ドットのＺ値（各基本図形の
頂点と視点を結ぶ軸上での相対的位置関係を表す値であ
って，視点からの奥行きを表す）を参照し，新たに入力
された頂点データが同じ座標に既に展開されている座標
の頂点より手前にあればフレームバッファ１１７’に新
たな頂点データを書き込む。そして，その頂点のＺバッ
ファ１１７の値を更新する。１１７はＺバッファであっ
て，ドット毎にＺ値を保持するものである。１１７’は
フレームバッファであって，ディスプレイ表示する描画
データが展開されるものである。１１８は基本図形変更
部であって，視点からの距離に基づいて，適切な基本図
形に変更するものである。１１９は表示部（ＣＲＴ）で
あって，フレームバッファに展開された描画データをデ
ィスプレイに画像表示するものである。

【００１２】図 (b)は，家の基本図形の例を示す。１２
０は遠景の家を描画する場合の基本図形の例である。デ
ータ量を削減するため遠景にある家は図示のように直方
体で概略的に描画する。基本図形は図示のように基本要
素Ａ，基本要素Ｂ，基本要素Ｃのように多角形（ポリゴ
ン）に分解してデータを格納する。

【００１３】１２１は中間距離にある家の基本図形の例
である。１２２は近景の家の基本図形の例である。近景
の場合には精密に描写する必要があるので，図示のよう
に煙突，窓のように詳細に描写するため，近景の基本図
形は遠景のものよりデータ量が多くなる。

【００１４】図 (a)の構成における基本図形変更部１１
８の動作を説明する。例えば，家の基本図形として，図
(b)の１２２近景の家が指定された場合について考え
る。

【００１５】モデリング変換部１１１は入力データに基
づいて，基本図形のモデリング座標を世界座標に変換す
る。そして，輝度計算部１１２は光源情報に基づいて，
基本図形の各点の輝度を算出する。さらに，視点の位置
データに基づいて，各基本図形の視点からの距離情報
（Ｚ値）を算出する。その結果，例えば，家が遠景にあ
ることが判定されると基本図形変更部１１８は基本図形
格納部１１０より遠景の家の基本図形を選択し直し，モ
デリング変換部１１１に入力する。そして，モデリング
変換部１１１は近景の家に置き換えられた遠景の家の基
本図形を世界座標に変換し，以後，輝度計算，ビュー変
換，クリップ，ワークステーション変換，フレームバッ
ファへのドット展開を行って描画をディスプレイ表示す
る。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】従来の３次元コンピュ
ータグラフィクスの描画方法では，データを減らす手段
として，視点からの距離に応じて異なる図形を処理して
いた。その場合には，ビュー変換後に，基本図形の視点
からの距離がわかるので，ビュー変換後に距離に応じた
基本図形を選択し，再度入力しなおさなければならなか
った。そのため，図６ (a)のようなパイプラインの装置
構成では，データを一度逆方向に流さなければならず，
パイプラインが止まってしまい，高速処理をすることが
できなかった。また，データ量を削減するために，同じ
モチーフ（家，車等の描写要素）に対してデータ量の異
なる種類の基本図形を用意しなければならなかった。

【００１７】本発明は，同じモチーフに対して，データ
量の異なる基本図形を用意することなく，しかもパイプ
ライン処理を止めることがなく，適切なデータ量で描画
される３次元コンピュータグラフィクスの描画方法を提
供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は，モチーフに対
して異なる種類の基本図形を用意することなく，基本図
形を概略構成から詳細構成までのレベルに分解し，レベ
ル単位にデータを構成して格納するようにした。そし
て，描画処理において，概略構成のレベルから順次詳細
構成のレベルへレベル単位にデータ入力するようにす
る。また，データを減らす手段として距離を指標とする
と，視点からの距離が近くても物体の色が暗い場合には
詳細は見えないので，不適当な基本図形を用意してしま
うので輝度に基づいて入力される最終レベルを制御する
ことにより，バイプライン処理を止めることなく，適切
なデータ量の基本図形が得られるようにした。

【００１９】図１は，本発明の基本構成を示す。図にお
いて，１は入力データであって，基本図形の種類と配
置，視点の位置，光源の位置等の入力データを表す。２
は基本図形格納部であって，基本図形を，例えば家のモ
デルであれば，家の壁により構成される本体部分，家の
屋根の部分，家の窓，煙突等，詳細部分等に家の概略描
写から詳細描写まで段階的に分解し，それぞれレベル単
位に格納するものである。例えば，レベル１は家の本体
部分，レベル２は屋根，レベル３（図２参照）は煙突，
窓等である。図において，ＥＯＤ１，ＥＯＤ２，ＥＯＤ
Ｋはそれぞれ，レベル１，レベル２，レベルＫのデータ
の区切りを表す。ＥＯＤは基本図形のデータの終了を表
す。

【００２０】３は座標変換部(1) （モデリング変換部）
であって，入力データ１に基づいて，基本図形格納部２
の基本図形を取り出し，モデリング座標を世界座標に変
換するものである。４は光源情報保持部であって，太
陽，照明等の光源の位置を表すデータを保持するもので
ある。５は輝度計算部，６はデータ読み捨て部であっ
て，レベル単位に計算部に入力するレベルのデータを指
示されたレベル以降のものについては読み捨てる処理を
行うものである。７は計算部であって，基本図形の頂点
毎に輝度を計算するものである。８は輝度比較判定部で
あって，レベル毎の輝度比較値を閾値と比較し，データ
の読み捨て指示を行うものである。９はレベルの輝度比
較値算出部であって，レベルのデータに基づいてレベル
毎の輝度比較値（輝度の平均値等）を算出するものであ
る。１０は輝度比較値比較部であって，輝度比較値を閾
値と比較するものである。１１は輝度閾値保持部であっ
て，予め定めた輝度閾値を保持するものである。１２は
データ読み捨て指示部であって，例えば，レベルＫの輝
度比較値が輝度閾値より小さくなった場合，レベルＫ以
降の基本図形のデータに読み捨て指示を与えるものであ
る。１３は後続処理部であって，ビュー変換等の後続処
理を行う部分を表す。１４は図形出力部であって，ディ
スプレイ等の描画図形を出力するものである。

【００２１】

【作用】図２は基本構成の動作説明図である。図２にお
いて， (a)は家の基本図形の例であって，次に説明する
レベル１，レベル２，レベル３のデータに分解されてレ
ベル単位に順次入力されるものである。

【００２２】(b)はレベル１の部分であって，遠景の家
を表す場合に用いられるものである。各レベルの図形は
多角形の基本要素（ポリゴン）により構成される。図示
の例では，基本要素（ポリゴン）Ａ，基本要素Ｂ，基本
要素Ｃにより構成されるものである。 (c)はレベル２の
部分であって，家の屋根部分のみのデータであり，その
右側の図に示されるようにレベル１とレベル２により中
距離の情景にある家を表す場合に用いる。 (d)はレベル
３であって，家の煙突と窓部分であり，その右側に示さ
れるように，レベル１，レベル２，レベル３により近景
の家を表す場合に用いるものである。

【００２３】図２を参照し，図１の構成の動作を説明す
る。座標変換部(1) （モデリング変換部）３は，入力で
指定された基本図形のレベル１のデータを読み出す（図
２ (b)のデータ）。データ読み捨て部６はレベル１のデ
ータは読み捨てることなく，レベル１のデータは計算部
７に入力される。そして，計算部７は光源情報保持部４
の光源情報を参照して，レベル１の各頂点データの輝度
を算出する。

【００２４】輝度比較値算出部９は，計算部７の算出し
たレベル１の各頂点の輝度を入力し，例えば輝度の平均
値を算出し輝度比較値とする。算出された輝度比較値は
輝度比較値比較部１０に入力され，ユーザが予め定めた
輝度閾値と比較する。その結果，レベル１の輝度比較値
が閾値より小さければ，データ読み捨て指示部１２はレ
ベル２以降のデータの読み捨てを指示する。そして，デ
ータ読み捨て部６はレベル２以降のデータを読み捨て，
レベル１のデータのみが後続処理部に転送され，データ
処理され，レベル１の図形がディスプレイ表示される。

【００２５】また，レベル１の輝度比較値が閾値より大
きければ，レベル２のデータ（図２(c)のデータ）が，
輝度計算部５に入力される。そして，計算部７は輝度を
算出し，輝度比較値算出部９はレベル２の輝度比較値を
算出する。輝度比較値比較部１０はレベル２の輝度比較
値と輝度閾値を比較する。その結果，輝度比較値が閾値
より小さければ，データ読み捨て指示部１２はデータ読
み捨て部６に，レベル３以降のデータの読み捨てを指示
する。データ読み捨て部６はレベル３以降のデータを読
み捨てる。レベル２の輝度比較値が輝度閾値より大きけ
れば，計算部７に次のレベル３のデータが読み出され
る。

【００２６】以後，同様の処理により，例えば，レベル
Ｋまでのデータが読み出され，その輝度比較値が閾値よ
り小さければ，それ以降のレベルのデータは読み捨てら
れる。

【００２７】基本図形の最後のレベルＮに対して，レベ
ル（Ｎ−１）までの輝度比較値が全て閾値より大きけれ
ば，最後のレベルＮまでのデータが読み出され，輝度計
算されて，後続処理部でデータ処理され，図形出力部１
４でディスプレイ表示される。

【００２８】輝度比較値としては，平均値以外に最大値
等様々に選択できる。本発明によれば，レベル１から順
次に詳細な描写データのレベルのデータを読み出す過程
において，詳細なデータを必要としない暗い部分では，
自動的に詳細レベルの描写データは読み捨てられるの
で，パイプライン処理を止めることなく，無駄なデータ
を省略することができ，処理が高速化される。

【００２９】

【実施例】図３は本発明の実施例構成を示す。図におい
て，２０は座標変換部(1) であって，モデリング変換を
行うものである。２１は基本図形格納部，２２は光源情
報保持部，２３は輝度計算部，２４はデータ読み捨て部
であって，データ読み捨てスイッチ２９（後述）のスイ
ッチデータが「１」の時，データの読み捨て処理を行
い，スイッチデータが「０」のとき続くレベルのデータ
を入力するものである。２５は輝度比較判定部，２６は
輝度比較値算出部であって，レベル毎の輝度の平均値を
算出するものである。２７は輝度閾値保持部であって，
作成者が予め設定した輝度閾値を保持するものである。
２８は輝度比較値比較部であって，輝度比較値算出部２
６の算出したレベル毎の輝度平均値（輝度比較値）と輝
度閾値保持部２７の保持する輝度閾値を比較するもので
ある。２９はデータ読み捨てスイッチであって，輝度比
較値比較部２８の比較結果，レベルの輝度平均値が閾値
以下であれば，読み捨てスイッチをオン（値「１」をセ
ット）とし，閾値以上であれば，読み捨てスイッチをオ
フ（値「０」をセット）とするものである。

【００３０】３０は座標変換部(2) であって，ビュー変
換を行うものである。３０’は視点情報保持部である。
３１はクリップ部，３２は座標変換部(3) であって，正
規化投影座標変換を行うものである。３３はドット展開
部，３４はＺバッファ，３５はフレームバッファ，３６
（ＣＲＴ）はディスプレイである。

【００３１】図４は本発明のデータ読み捨て処理のフロ
ーである。図 (a)はデータ読み捨て処理部，輝度比較判
定部のフロー，図 (b)は本発明の基本図形のデータ構成
を示す。

【００３２】基本図形は，図 (b)に示すようにヘッダ
（基本図形の番号等），レベル毎の複数のポリゴン（基
本要素），データの区切り符号（ＥＯＤデータ１，ＥＯ
Ｄデータ２等）により構成され，最終レベルは終了符号
ＥＯＤで基本図形のデータの終了を表す。

【００３３】図 (a)により，本発明のデータ読み捨て処
理のフローを説明する。必要に応じて図３を参照する。
図示の括弧番号に従って説明する。

【００３４】(1) 輝度比較値算出部２６は，レベルｎ
の輝度比較値（平均値）を算出する（ｎの初期値はｎ＝
１）。データ読み捨てスイッチの初期値はオフ
（「０」）としておく。

【００３５】(2) 輝度比較値比較部２８は，輝度比較
値と輝度閾値を比較し，輝度比較値が輝度閾値より小さ
ければ，(3) に進み，輝度比較値が輝度閾値より大きけ
れば(4) に進む。

【００３６】(3) 輝度比較値が閾値より小さければ，
データ読み捨てスイッチ２９をオン（値「１」）とし，
データ読み捨て部２４は，データ読み捨てスイッチ２９
の値が「１」であることによりレベルｎ以降のデータを
読み捨てる。

【００３７】(4) 輝度比較値が閾値より大きいけれ
ば，データ読み捨てスイッチはオフ（値「０」）のまま
とし，データ読み捨て部２４は，データ読み捨てスイッ
チ２９の値が「０」であることにより，次のレベル（ｎ
＋１）のデータを読み取る。

【００３８】(5) レベル（ｎ＋１）の区切りを表す符号
が基本図形の最終符号ＥＯＤであるかどうかを判定し，
ＥＯＤでなければ(1) 以降の処理を繰り返す。ＥＯＤで
あれば処理を終了する。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば，同じモチーフに対し
て，データ量の異なる基本図形を複数用意する必要がな
い。しかも，パイプライン処理を止めることなく適切な
データ量の基本図形が得られる。

【００４０】そのため，本発明によれば，３次元コンピ
ュータグラフィクスの描画処理を高速化することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本構成を示す図である。

【図２】本発明の基本構成の説明図である。

【図３】本発明の実施例構成を示す図である。

【図４】本発明のデータ読み捨て処理のフローを示す図
である。

【図５】従来の３次元コンピュータグラフィクスの描画
方法を示す図である。

【図６】従来の３次元コンピュータグラフィクスの描画
装置構成を示す図である。

【符号の説明】

１：入力データ２：基本図形格納部３：座標変換部(1) （モデリング変換部）４：光源情報保持部５：輝度計算部６：データ読み捨て部７：計算部８：輝度比較判定部９：輝度比較値算出部１０：輝度比較値比較部１１：輝度閾値保持部１２：データ読み捨て指示部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】コンピュータにより３次元画像を描画す
る方法において，描画対象物を構成する要素である基本
図形の概略構成を表示するレベルから細部を表示するレ
ベルに段階的に複数レベルに分けてデータを構成し，基
本図形をレベル単位に格納する基本図形格納部(2) と，
基本図形の各頂点の輝度を計算する輝度計算部（5)と，
基本図形のレベル毎の各頂点の輝度に基づいてレベル毎
に定められる輝度比較値を算出する輝度比較値算出部
(9) と，輝度閾値を保持する輝度閾値保持部(11)とを備
え，輝度比較値と輝度閾値を比較する輝度比較値比較部
(10)とを備え，基本図形の各レベルのデータから基本図
形を構成するに際し，輝度計算部(5)は概略レベルを表
示するデータから細部を表示する順にレベル単位に順次
入力して，輝度を算出し，輝度比較値算出部(9)はレベ
ル単位に輝度比較値を算出し，輝度比較値比較部(10)は
輝度比較値と輝度閾値を比較し，輝度平均値が閾値より
も小さいレベル以降のレベルのデータは読み捨て，読み
取られたレベルのデータにより基本図形を構成すること
を特徴とする３次元コンピュータグラフィクスにおける
描画方法。
【請求項２】請求項１において，輝度比較値算出部
(9) はレベルの各点の輝度に基づいての輝度平均値を算
出し，輝度平均値を輝度比較値とすることを特徴とする
３次元コンピュータグラフィクスにおける描画方法。