JPH05290174A - 三次元モデルの構造を取扱うためのグラフィックス・ワークステーションおよびモデルの構造の三次元グラフィック画像を生ずる方法 - Google Patents

三次元モデルの構造を取扱うためのグラフィックス・ワークステーションおよびモデルの構造の三次元グラフィック画像を生ずる方法

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JPH05290174A
JPH05290174A JP4356435A JP35643592A JPH05290174A JP H05290174 A JPH05290174 A JP H05290174A JP 4356435 A JP4356435 A JP 4356435A JP 35643592 A JP35643592 A JP 35643592A JP H05290174 A JPH05290174 A JP H05290174A
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model
circuit
point
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dimensional
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JP4356435A
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English (en)
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Harvey Ellis Cline
ハーヴェイ・エリス・クライン
William Edward Lorensen
ウィリアム・エドワード・ロレンセン
Siegwalt Ludke
ジーグウォルト・リュドケ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T17/00—Three dimensional [3D] modelling, e.g. data description of 3D objects

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Graphics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Image Generation (AREA)
  • Processing Or Creating Images (AREA)
  • Apparatus For Radiation Diagnosis (AREA)

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 患者のモデルから所定の体積を除去でき、か
つモデルの残りの部分を表示できるグラフィックス・ワ
ークステーション用三次元表示装置を提供する。 【構成】 表示すべきモデル２の切断平面のセットを選
択するためにモデル切断入力装置４０を操作。表示する
ための領域選択のため、反転入力装置６２の利用可。モ
デルの三次元の向きを選択、スクリーン切断平面を選
択。入力装置４０，５０，６０，６２からパラメータを
用いて３Ｄモデルの選択された部分を取扱い表示する。
回転回路が点と法線表示リストを希望の向きに従って変
換。アンド回路が奥行きバッファと画像メモリ・バッフ
ァを更新できるようにする。モデルは従来の方法を用い
て可能であったものより、低性能のワークステーション
ではるかに速に切断、表示される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は三次元（または３Ｄ）グ
ラフィックス・ワークステーションに関するものであ
り、更に詳しくいえば、３Ｄモデルの切断面を中実とし
て表示する三次元グラフィックス・ワークステーション
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来のコンピュータ・グラフィック法
は、多角形モデルをワイヤフレームへまず変換すること
によりそのモデルを表示する。ワイヤフレームというの
は多角形モデルの頂点を結ぶ線のネットワークである。
それからそのワイヤフレームは画像面へ投射される。頂
点画素の輝度を計算して中実の陰影をつけられた３Ｄモ
デルに類似する画像を生ずる。希望する画素における、
その輝度は、シミュレートされた入射光の方向に平行な
表面に垂直なベクトル成分に比例する。他の表面の後ろ
にある表面は隠される。見える表面だけを表示できるよ
うに、３Ｄ画像内の各画素の現在の奥行きを記憶するた
めに、記憶素子である奥行きバッファが通常用いられ
る。そのあとの画素の奥行きが、異なる表面からの画像
中の同じ場所における画素の現在の奥行きと比較され
る。より浅い画素に出会った時に奥行きバッファは更新
される。これについての詳細は、フォレイ（Ｆｏｌｅ
ｙ）およびバン・デム（Ｖａｎ Ｄｅｍ）著「対話型コ
ンピュータ・グラフィックスの基礎（Ｆｎｕｄａｍｅｎ
ｎｔａｌｓ ｏｆ Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ Ｃｏｍｐ
ｕｔｅｒ Ｇｒａｐｈｉｃｓ）」、アジソン・ウェズレ
イ・プレス（Ａｄｉｓｏｎ−Ｗｅｓｌｅｙ Ｐｒｅｓ
ｓ）、１９８２年、８章、２６７〜３１８ページを参照
されたい。モデルにおける構造を、種々の平面内で回転
させ、切断することにより取扱うことができる。モデル
を回転させるために４×４マトリックス式を乗ずること
による座標変換が用いられる。変換後に、変換されたモ
デルが表示される。
【０００３】従来のＣＡＤ／ＣＡＭ法により、または本
願出願人が所有する「立体の内部領域内に含まれている
表面構造の表示装置および方法（Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ
Ｍｅｔｈｏｄ Ｆｏｒ ｔｈｅ Ｄｉｓｐｌａｙ ｏ
ｆ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｃｏｎｔａ
ｉｎｅｄ Ｗｉｔｈｉｎ ｔｈｅ ＩｎｔｅｒｉｏｒＲ
ｅｇｉｏｎ ｏｆ ａ Ｓｏｌｉｄ Ｂｏｄｙ）」とい
う名称の米国特許第４，７１０，８７６号の「立方体マ
ーチング」法に記載されているようにボリューム・デー
タから多角形モデルを発生できる。磁気共鳴画像発生
（ＭＲＩ）、計算機体軸断層撮影（ＣＡＴ）、陽電子照
射断層撮影（ＰＥＴ），等のような画像発生装置からボ
リューム・データが得られる。
【０００４】別のモデル表示法が、本願出願人が所有す
る「立体の内部領域内に含まれている表面構造の表示の
ための立方体分割装置および方法（Ｄｉｖｉｄｉｎｇ
Ｃｕｂｅｓ Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ Ｆ
ｏｒ ｔｈｅ Ｄｉｓｐｌａｙ ｏｆ Ｓｕｒｆａｃｅ
Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｃｏｎｔａｉｎｅｄ Ｗｉｔｈ
ｉｎ ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｒｅｇｉｏｎ ｏｆ
ａ Ｓｏｌｉｄ Ｂｏｄｙ）」（「立方体分割」）と
いう名称の米国特許第４，７１９，５８５号に記載され
ている。この方法はボリューム・データで始まり、多角
形ではなくて、いくつかの点と、各点に関連する法線ベ
クトルとにより記述される表面を生ずる。「立方体分
割」法はボリューム医学データ内に含まれている表面を
表示するために用いられる。従来の方法で発生された画
像では、検査のためにユーザーがモデルの断面を切離
し、下側の表面を表示することができなかった。下側の
構造を現すためにモデルの断面を切離すことができるこ
とは、外科手術をシミュレートするために非常に有用で
あり、装置がモデルを迅速に処理して画像を表示できる
ならば特に有用である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、対象
のモデルから所定の部分を除去でき、かつモデルの残り
の部分を表示できるグラフィックス・ワークステーショ
ン用の三次元表示装置を得ることである。本発明の別の
目的は、低性能のワークステーションにより短い処理時
間で表面モデルを処理するための方法および装置を得る
ことである。本発明の更に別の目的は、ＣＡＤ／ＣＡＭ
モデル、多角形モデルおよびボリューム・データ・モデ
ルを処理して、表示できるワークステーションを得るこ
とでる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】コンピュータ支援設計ま
たはボリューム・データからのモデルをカスタム加速器
回路の支援で取扱うことができるグラフィックス・ワー
クステーションは、モデルまたはボリューム・データを
点および法線表示リストへ変換する表面発生器を採用す
る。内部でモデルを切断するクリップ・ボックスと、ク
リップ・ボックスの内側領域と外側領域のいずれか表示
すべき領域と、モデルの三次元の向きと、ワークステー
ションのビュー領域を定めるスクリーン切断平面とをユ
ーザーは入力装置を用いて選択する。モデル・クリッピ
ング回路はクリップ・ボックスの内側の点を示す信号を
形成する。反転回路が希望の表示領域を入力装置から受
け、希望の領域がクリップ・ボックスの外側にある時は
モデル・クリッピング回路からの信号を反転する。回転
回路が点および法線表示リスト内の点および法線ベクト
ルを回転させ、各点における法線ベクトルの向きを基に
して陰影を決定する。スクリーン・クリッピング回路が
スクリーン切断平面により定められた領域内の点を決定
する。表示回路が、希望の表示領域内とスクリーン切断
平面内の多数の表面の三次元画像を表示する。ワークス
テーションは、低い性能のグラフィックス・ワークステ
ーションで１秒間当り数回の率でくり繰り返して陰影を
つけられた三次元立体表面としてモデルを表示でき、そ
れによりほぼ実時間の取扱いができるようにする。
【０００７】
【実施例】図１に、ＣＡＤ／ＤＡＭ装置により供給され
た多角形モデル、または陽電子放出断層撮影装置、計算
機体軸断層撮影装置、磁気共鳴画像発生装置等のよう
な、三次元画像発生のための装置から得たボリューム・
データから点および法線表示リストを作成するための表
面発生器２が示されている。点および法線表示リストは
点（ｘ，ｙ，ｚ）および各点に関連する法線ベクトル
（ｎx ，ｎy ，ｎz ）で構成される。その点および法線
表示リストは加速器ボード５の法線表示リスト・メモリ
２０に記憶される。
【０００８】加速器ボードの多くの素子は本願出願人が
所有する「立体の内部領域の表面構造を表示するためパ
イプライン化した並列回路アーキテクチャを用いる装置
および方法（Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ Ｅ
ｍｐｌｏｙｉｎｇ Ｐｉｐｅｌｉｎｅｄ Ｐａｒａｌｌ
ｅｌ Ｃｉｒｃｕｉｔ ＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅＦｏ
ｒ Ｄｉｓｐｌａｙｉｎｇ ｏｆ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｓ
ｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆ ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｒ
ｅｇｉｏｎ ｏｆ ａ Ｓｏｌｉｄ Ｂｏｄｙ）」とい
う名称の米国特許第４，９８５，８３４号における素子
に類似する。
【０００９】次に図１と図２を参照する。表示すべきモ
デル２のモデル切断平面２０６のセットを選択するため
にユーザーは対象物切断入力装置４０を操作する。それ
らのモデル切断平面２０６ははモデル・クリップ・ボッ
クス２０８を定める。それらの平面はＸ′，Ｙ′，Ｚ′
座標系（モデル空間）を基準にして定められ、モデル２
の回転中を通じてモデル２に関して一定に保たれる。表
示するための、クリップ・ボックスの内側または外側の
領域を選択するために、ユーザーは反転入力装置６２を
利用することもできる。ユーザーは向き入力装置５０を
作動させて空間内のモデル２の三次元の向きを選択し、
スクリーン切断平面入力装置６０を作動させてモデル２
を切断するためのスクリーン切断平面２１２を選択す
る。スクリーン切断平面２１２はモニタ・スクリーン２
５０およびＸ，Ｙ，Ｚ座標系（ワークステーション空
間）に関して固定されたままにされるが、モデル２が回
転させられるにつれてそのモデルに対して変化する。入
力装置４０、５０、６０、６２からのパラメータを用い
て３Ｄモデルの選択された部分を取扱い、表示する。
【００１０】モデル・クリッピング回路７０は入力装置
４０からモデル・クリップ・ボックス２０８パラメータ
を受け、表示リスト・メモリ２０内の各点（ｘ，ｙ，
ｚ）を比較して、それがモデル・クリップ・ボックス２
０８内にあるかどうかを判定する。点（ｘ，ｙ，ｚ）が
モデル・クリップ・ボックス２０８内にあるとすると、
モデル・クリッピング回路７０と反転回路１７０を接続
するボックス化された線と呼ばれる線８０がモデル・ク
リッピング回路７０によって「高く」セットされる。こ
れは点（ｘ，ｙ，ｚ）が現在クリップ・ボックスの内側
にあることを示す。反転入力回路１７０は選択された領
域のパラメータも反転入力装置６２から受け、選択線２
０４に沿ってそれを送る。クリップ・ボックスの内側が
選択されたとすると、選択線２０４へ送られた信号はボ
ックス化された信号と同じである。クリップ・ボックス
の内側が選択されないとすると、反転回路１７０は、線
８０を介して受けた信号とは論理的に逆である信号を発
生して「高い」信号を「低い」信号へ変化させ、および
「低い」信号を「高い」信号へ変化させる。
【００１１】回転回路１３０が向き入力装置５０から向
き入力パラメータを受け、４×４変換マトリックスを形
成する。点（ｘ，ｙ，ｚ）と法線ベクトル（ｎx ，ｎ
y ，ｎz ）が回転回路１３０により変換されて、変換さ
れた点（ｘ′，ｙ′，ｚ′）１４０と画像に陰影をつけ
るために用いられる画素輝度を生ずる。回転回路１３０
は各点（ｘ，ｙ，ｚ）と法線ベクトル（ｎx ，ｎy ，ｎ
z ）を次の式に従って変換する。
【００１２】ｘ′＝ｍ11ｘ＋ｍ12ｙ＋ｍ13ｚ＋ｍ14 ｙ′＝ｍ21ｘ＋ｍ22ｙ＋ｍ23ｚ＋ｍ24 ｚ′＝ｍ31ｘ＋ｍ32ｙ＋ｍ33ｚ＋ｍ34 ｎｍｌ＝ｍ41ｎx ＋ｍ42ｎy ＋ｍ43ｎz
【００１３】ここに「ｍ11・・・ｍ43」はモデルを向
け、移動させるために計算されたマトリックス要素、ｐ
ｉｘは表面に陰影をつけるために用いられる現在の計算
された画素輝度である。（マトリックス要素ｍ44は０で
ある。）回転回路１３０は回転させられた座標（ｘ′，
ｙ′）をアドレスバス９０に沿って奥行きバッファ・メ
モリ１８０と画像バッファ・メモリ１９０へ送る。座標
（ｘ′，ｙ′）は両方のメモリのアドレスとして用いら
れる。回転回路１３０は値ｐｉｘもバス１３５に沿って
画像バッファ・メモリ１９０へ送る。
【００１４】スクリーン・クリッピング回路１５０はス
クリーン切断平面２１２を入力装置６０から受け、モデ
ル・クリップ・ボックス２０８に類似するスクリーン・
クリップ・ボックス２１４を形成する。しかしそれはモ
ニタ・スクリーン２５０に関して静止している。変換さ
れた点（ｘ′，ｙ′，ｚ′）１４０はワークステーショ
ンの空間内のスクリーン・クリップ・ボックス２１４と
比較される。点（ｘ′，ｙ′，ｚ′）１４０がスクリー
ン・クリップ・ボックス２１４内にあるとすると、スク
リーン・クリッピング回路１５０をアンド回路２２０へ
接続する線１６０がスクリーン・クリッピング回路１５
０により「高く」セットされる。
【００１５】表示回路７が、希望領域内の変換された点
から形成された画像を露出する表面を表示する。その画
像は立体物に類似する。その物体の外面を見ることがで
き、その外面の後ろにある表面は隠されている。表示回
路は奥行きバッファ・メモリ１８０と、アンド回路２２
０と、画像バッファ・メモリ１９０と、比較回路２１０
とで構成される。比較回路２１０は奥行き座標ｚ′を回
転回路１３０からバス２００を介して受け、その奥行き
座標ｚ′を奥行きバッファ・メモリ１８０のアドレス
（ｘ′，ｙ′）にある現在の値と比較する。現在の点
（ｘ′，ｙ′，ｚ′）にある奥行きｚ′が、奥行きバッ
ファ・メモリ１８０のアドレス（ｘ′，ｙ′）に記憶さ
れている以前の奥行きより、見る人に近いとすると、比
較回路２１０はアンド回路２２０へ接続されている線２
０２を「高く」セットする。
【００１６】アンド回路２２０は、線１６０、２０２、
２０４が全て「高い」ことを検出した時に、奥行きバッ
ファ・メモリ１８０と画像バッファ・メモリ１９０へ結
合されている「更新」線２２５を「高く」セットして、
画素輝度ｐｉｘを画像バッファ・メモリのアドレス
（ｘ′，ｙ′）に記憶させる。更新線２２５が「高く」
セットされると、奥行きｚ′は奥行きバッファ・メモリ
のアドレス（ｘ′，ｙ′）に記憶させられ、それによっ
てアドレス（ｘ′，ｙ′）にある現在の奥行きを更新す
る。モデル内の全ての点が処理された後で、画像バッフ
ァ・メモリは陰影をつけられた画像としてモニタ２５０
に表示される。
【００１７】図３に、図１の反転回路１７０が詳しく示
されている。排他的「オア」回路３２がボックス化され
た線８０により図１のモデル・クリッピング回路７０へ
結合される。排他的「オア」回路３２は線６４により図
１の反転入力装置６２へも結合される。線６４が「高
く」、線８０が「低い」時は、排他的「オア」回路３２
は線３４を「低く」セットする。線６４が「高い」とい
うことは、クリップ・ボックスの外側の領域を表示する
ためにユーザーが選択したことを示す。線８０が「高
い」ということは、処理されている点（ｘ′，ｙ′，
ｚ′）がクリップ・ボックスの内側にあることを意味す
る。したがって、線３４が「低い」ということは、この
点（ｘ′，ｙ′，ｚ′）が表示されず、ユーザーの入力
に一致する。画素発生器回路３６が線２０４へ信号を供
給する。その信号は線３４を介して受けた信号に類似す
る。画素発生器回路３６はその信号をアンド回路２２０
へ送る。
【００１８】図４にはクリップ・ボックス２０８と交差
しているモデル表面２が示されている。モデル２とクリ
ップ・ボックス２０８の間で交差している表面が領域４
２０として示されている。本発明はクリップ・ボックス
２０８の内側の露出された表面の点だけを表示でき、ま
たはクリップ・ボックス２０８の内側の表面の点を除い
て、クリップ・ボックス２０８の外側の表面の点４１０
を表示できる。
【００１９】図５では、クリップ・ボックスの外側の表
面の点４１０が表示され、モデルの表面のクリップ・ボ
ックスがモデル表面と交差している場所に孔５３０が残
されている。クリップ・ボックスの外側にあるが、モデ
ル２の内側にある構造５３２は孔５３０の内側の構造と
して見ることができる。これにより、モデルの内側を見
るために、ボックス領域をモデルから切離し、それによ
りモデル２に対して行われる外科手術においても見られ
るような、図４の表面４２０の除去をシミュレートする
手段が得られる。図６は、実際のデータを用いて顔から
ある領域を除去した後の頭の画像を示す。
【００２０】図７と図８は本発明に従って三次元画像を
発生するために採用された方法の流れ図を構成する。そ
れらの図において、「Ａ」が互いに接続され、「Ｂ」が
互いに接続される。この方法はステップ７０２で始ま
る。ステップ７０４において、モデルを点および法線表
示フォーマットへ変換する。ステップ７０６においてユ
ーザーは見る領域を選択し、ステップ７０８においてモ
デルの向きを選択する。ステップ７１０において、選択
されたモデルの向きに従ってモデルを回転し、変換され
た点（ｘ′，ｙ′，ｚ′）のセットを形成する。ステッ
プ７１２において、見る角度に平行な点（ｘ，ｙ，ｚ）
における法線ベクトルの成分である画素輝度値ｐｉｘを
計算する。ステップ７１４において、ユーザーは、表示
すべきモデル部分を含むクリップ・ボックスを選択す
る。それから、ステップ７１６において、ユーザーはク
リップ・ボックスの内側、あるいはクリップ・ボックス
の外側の領域を選択する。ステップ７１８において、点
（ｘ，ｙ，ｚ）がクリップ・ボックスの内側にあると判
定されたとすると、ステップ７２０においてボックス化
された線を「高く」セットし、点（ｘ，ｙ，ｚ）がクリ
ップ・ボックスの内側に無いと判定されると、ステップ
７２２においてボックス化された線を「低く」セットす
る。ステップ７２４において、クリップ・ボックスの内
側を表示のために選択したとすると、ステップ７２６に
おいて、選択線と呼ばれる線をボックス化された線と同
じ論理値へセットする。クリップ・ボックスの外側の領
域が表示のために選択されたとすると、ステップ７２８
において、選択線をボックス化された線の論理値とは逆
の論理値へセットする。ステップ７３０において、スク
リーン切断平面により定められるスクリーンを見る領域
内に点（ｘ′，ｙ′，ｚ′）があると判定されたとする
と、ステップ７３２においてスクリーン・クリッピング
回路を「高く」セットし、その点がその領域内に無いと
判定されたとすると、ステップ７３４においてスクリー
ン・クリッピング回路を「低く」セットする。ステップ
７３６において、場所（ｘ′，ｙ′）に記憶されている
奥行きがｚ′座標より深いと判定されたとすると、ステ
ップ７３８において、奥行き線と呼ばれる線を「高く」
セットし、その奥行きがｚ′座標より浅いと判定された
とすると、ステップ７４０において、奥行き線と呼ばれ
る線を「低く」セットする。ステップ７４２において、
ボックス化された線の値と、選択線の値と、奥行き線の
値とが全て「高い」かどうかの判定を行う。それらの値
が全て「高い」とすると、ステップ７４４において値
ｚ′を場所（ｘ′，ｙ′）に記憶されている奥行きに代
え、ステップ７４６において画素輝度値ｐｉｘを場所
（ｘ′，ｙ′）を表すスクリーン場所に表示する。ステ
ップ７４２において比較されている線のいずれか１本が
「低い」とすると、ステップ７４４と７４６は実行せ
ず、ステップ７４８において処理を続行する。ステップ
７４８において、点の必ずしも全てが処理されていない
とすると、ステップ７５０において次の点を選択し、ス
テップ７１８において処理を続行する。全ての点が処理
されているとすると、ステップ７５２において処理は終
わる。
【００２１】以上の動作の結果として、選択された見る
角度から見た時に他の表面により不明瞭にされない表面
が、除去された表面の後ろにある構造上の点とともに表
示されるような画像が発生される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の装置の簡単にしたブロック図である。
【図２】モデル・クリップ・ボックスとスクリーン・ク
リップ・ボックスを交差させる、表示すべきモデルの図
である。
【図３】本発明の反転回路の簡単にしたブロック図であ
る。
【図４】本発明に従ってクリップ・ボックスの表面とモ
デル表面の交差を示す図である。
【図５】本発明に従って除去されたクリップ・ボックス
内の表面とモデルの表面を示す図である。
【図６】患者の除去された顔の領域を示す、本発明に従
って発生されたモデルの表面の一部グラフィック像を示
す図である。
【図７】本発明に従って三次元画像を発生する方法を示
す流れ図の一部である。
【図８】本発明に従って三次元画像を発生する方法を示
す、図７の流れ図に続く流れ図の一部である。
【符号の説明】
２ 表面発生器 ５ 加速器ボード ２０ 点および法線表示リスト・メモリ ３５ 排他的オア回路 ３６ 画素発生器回路 ４０ モデル切断平面入力装置 ５０ モデルの向き入力装置 ６０ ワークステーションビュー入力装置 ７０ モデル・クリッピング回路 １３０ 回転回路 １５０ スクリーン・クリッピング回路 １７０ 反転回路 １８０ 奥行きバッファ・メモリ １９０ 画像バッファ・メモリ ２１０ 比較回路 ２２０ アンド回路 ２５０ モニタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウィリアム・エドワード・ロレンセン アメリカ合衆国 12019 ニューヨーク 州・ボールストン レイク・ハースサイド ドライブ・14 (72)発明者 ジーグウォルト・リュドケ アメリカ合衆国 12302 ニューヨーク 州・スコシア・ダウン ドライブ・10

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ａ）点および法線表示リスト・メモリ
    と、 ｂ）モデルの表面からの表面点（ｘ，ｙ，ｚ）のセット
    と法線ベクトル（ｎx，ｎy ，ｎz ）のセットで構成さ
    れている点および法線表示リストを形成し、かつその表
    示リストを点および法線表示リスト・メモリに記憶する
    表面発生器と、 ｃ）モデル・クリップ・ボックスを定めるモデル切断平
    面を選択する第１の入力装置と、 ｄ）前記モデルの構造の三次元の向きを定める第２の入
    力装置と、 ｅ）スクリーン切断平面を定める第３の入力装置と、 ｆ）前記第１の入力装置へ結合され、点（ｘ，ｙ，ｚ）
    が第１の入力装置により定められたモデル・クリップ・
    ボックス内にあるとき可視信号を発生するモデル・クリ
    ッピング回路と、 ｇ）モデル・クリップ・ボックスの内側または外側にあ
    る表示すべき領域を選択する第４の入力装置と、 ｈ）この第４の入力装置へ結合され、モデル・クリップ
    ・ボックスの外側の領域が表示のために選択された時に
    可視信号（？？？）を反転する反転回路と、 ｉ）前記第２の入力装置へ結合され、表示リスト内の各
    点（ｘ，ｙ，ｚ）および法線ベクトル（ｎx ，ｎy ，ｎ
    z ）を、アドレス（ｘ′，ｙ′）と奥行きｚ′および法
    線ベクトル値ｐｉｘを有する変換された点（ｘ′，
    ｙ′，ｚ′）へ、第２の入力装置により供給される三次
    元の向きに従って変換する回転回路と、 ｊ）前記第３の入力装置へ結合され、変換された点
    （ｘ′，ｙ′，ｚ′）が第３の入力装置により供給され
    たスクリーン切断平面により定められた領域内にあるこ
    とを示す信号を発生するようにされたスクリーン・クリ
    ッピング回路と、 ｋ）反転回路と、スクリーン・クリッピング回路および
    回転回路により発生された信号に応答し、変換された点
    （ｘ′，ｙ′，ｚ′）および信号ｐｉｘ から多数の表
    面の三次元（３Ｄ）画像を形成するようにされた表示回
    路と、 ｌ）３Ｄ画像を表示する表示モニタと、を備える三次元
    モデルの構造を取扱うためのグラフィックス・ワークス
    テーション。
  2. 【請求項２】 請求項１記載のグラフィックス・ワーク
    ステーションにおいて、表示回路は、 ａ）回転回路へ結合され、回転回路からアドレス
    （ｘ′，ｙ′）を受け、そのアドレス（ｘ′，ｙ′）に
    奥行きを記憶する奥行きバッファ・メモリと、 ｂ）回転回路と奥行きバッファ・メモリへ結合され、奥
    行きバッファ・メモリのアドレス（ｘ′，ｙ′）に記憶
    されている奥行きを回転回路により供給された奥行き
    ｚ′と比較し、奥行きｚ′が、奥行きバッファ・メモリ
    に記憶されている現在の奥行きよりもユーザーにより近
    いかどうかを示す信号を生じ、奥行きｚ′がユーザーに
    近いとすると、奥行きｚ′を奥行きバッファ・メモリの
    アドレス（ｘ′，ｙ′）へ送るようにされた比較回路
    と、 ｃ）入力端子が反転回路とスクリーン・クリッピング回
    路へそれぞれ結合され、出力端子が前記奥行きバッファ
    ・メモリへ結合され、モデル切断平面により定められた
    領域とスクリーン切断平面により定められた領域内に点
    （ｘ′，ｙ′，ｚ′）がある時、および奥行きバッファ
    ・メモリのアドレス（ｘ′，ｙ′）にある奥行きより浅
    い奥行きｚ′を有することを示す信号を発生することに
    より、奥行きバッファ・メモリを更新するようにされた
    アンド回路と、 ｄ）回転回路とアンド回路へ結合され、表示モニタの各
    点に対応するアドレスを有し、アドレス（ｘ′，ｙ′）
    と画素輝度ｐｉｘを示す値を受けるようにされ、更に、
    アンド回路により発生された更新信号を受け、かつアド
    レス（ｘ′，ｙ′）に値ｐｉｘ を記憶して、モニタで
    表示する画像を生ずる画像バッファ・メモリと、を備え
    るグラフィックス・ワークステーション。
  3. 【請求項３】 請求項１記載のグラフィックス・ワーク
    ステーションにおいて、三次元画像形成装置が結合さ
    れ、前記表面を定めるためのボリューム・データを供給
    するために、陽電子放出断層撮影装置と、磁気共鳴画像
    形成装置と、計算機軸断層撮影装置と、三次元超音波装
    置と、三次元レーダ装置とで構成された群の１つを備え
    るグラフィックス・ワークステーション。
  4. 【請求項４】 請求項１記載のグラフィックス・ワーク
    ステーションにおいて、前記表面を定めるために多角形
    および法線ベクトルで構成された従来のコンピュータ支
    援設計／コンピュータ支援製造（ＣＡＤ／ＣＡＭ）を含
    むグラフィックス・ワークステーション。
  5. 【請求項５】 請求項１記載のグラフィックス・ワーク
    ステーションにおいて、反転回路は、 ａ）第４の入力装置から信号を受け、クリップ・ボック
    スの内側またはクリップ・ボックスの外側であるとして
    選択された領域を定め、 ｂ）モデル・クリッピング回路から可視信号を受け、 ｃ）選択された領域がクリップ・ボックスの外側であれ
    ば可視信号の論理的に逆である信号を形成し、選択され
    た領域がクリップ・ボックスの内側であれば可視信号と
    同じである信号を形成することにより、可視信号を反転
    するグラフィックス・ワークステーション。
  6. 【請求項６】 ａ）モデルを表面点のセットにより定め
    られる表面へ変換する過程と、 ｂ）スクリーン・ビューイング領域を選択する過程と、 ｃ）モデルの向きを選択する過程と、 ｄ）変換された点（ｘ′，ｙ′，ｚ′）を得るために前
    記モデルを選択されたモデルの向きへ回転させる過程
    と、 ｅ）可視表面点（ｘ′，ｙ′，ｚ′）において、選択さ
    れた見る角度に平行である法線ベクトル（ｎx ，ｎy ，
    ｎz ）の成分を決定し、その成分の値を表す信号ｐｉｘ
    を形成する過程と、 ｆ）モデル・クリップ・ボックスを定める過程と、 ｇ）表示すべき患者の領域として、モデル・クリップ・
    ボックスの内側の領域、または外側の領域を選択する過
    程と、 ｈ）各変換された点（ｘ′，ｙ′，ｚ′）が選択された
    スクリーンを見る領域内にあるかどうかを判定する過程
    と、 ｉ）各変換された点（ｘ′，ｙ′，ｚ′）がモデルの選
    択されたスクリーン領域内にあるかどうかを判定する過
    程と、 ｊ）各変換された点（ｘ′，ｙ′，ｚ′）のｚ′座標が
    場所（ｘ′，ｙ′）に記憶されている奥行きより大きい
    かどうかを判定する過程と、 ｋ）選択されたスクリーンを見る領域内とモデルの選択
    された領域内にあり、かつ場所（ｘ′，ｙ′）に保管さ
    れている最後の奥行きより大きいｚ′座標を有する各変
    換された点（ｘ′，ｙ′，ｚ′）に対して、 １．ｚ′を奥行きとして場所（ｘ′，ｙ′）に保管する
    過程と、 ２．画像を発生するように、画素の輝度ｐｉｘを場所
    （ｘ′，ｙ′）に対応するスクリーン場所に表示する過
    程と、を実行する過程と、備える、モデル内の構造の三
    次元グラフィック画像を発生する方法。
  7. 【請求項７】 請求項６記載の三次元グラフィック画像
    を発生する方法において、前記モデルを表面へ変換する
    過程は「立方体分割」法を実施する過程を備える表面モ
    デルの三次元グラフィック画像を発生する方法。
  8. 【請求項８】 請求項６記載の表面モデルの三次元グラ
    フィック画像を発生する方法において、前記モデルを表
    面へ変換する過程は、 ａ）多角形モデル・フォーマットでモデルを受ける過程
    と、 ｂ）多角形モデルを点および法線データのセットへ変換
    する過程と、を備える三次元グラフィック画像を発生す
    る方法。
  9. 【請求項９】 請求項６記載の三次元グラフィック画像
    を発生する方法において、前記モデルを表面へ変換する
    過程は、 ａ）三次元ボリューム・データのセットを受ける過程
    と、 ｂ）前記表面を定める点および法線データのセットを生
    ずるために「立方体マーチング」法を実施する過程と、
    を備える三次元グラフィック画像を発生する方法。
JP4356435A 1991-12-23 1992-12-22 三次元モデルの構造を取扱うためのグラフィックス・ワークステーションおよびモデルの構造の三次元グラフィック画像を生ずる方法 Pending JPH05290174A (ja)

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