JPH05303651A - 画素情報処理方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は３次元画像を生成するシステムにお
いて陰面消去処理を行う画素情報処理方法および装置に
関し、高速に半透明物体の表示が可能な画素情報処理装
置を提供することを目的とする。 【構成】 各画素アドレスに対応して奥行き値とデータ
の集合をｎ個（ｎ＞１）保持することのできるバッファ
を持ち、与えられた画素アドレスに対応した奥行き値を
該画素アドレスに対応したバッファに保持されたｎ個の
奥行き値と比較し、ｎ＋１個のうちｎ個を選択し、それ
らの奥行き値に対応するデータと共にバッファに残して
ゆき、最終的にバッファに残ったデータに従って画像を
構成するようにしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は３次元画像を生成するシ
ステムにおいて陰面消去処理を行う画素情報処理方法お
よびその装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ワークステーションの普及、コン
ピュータアニメーションの用途拡大などに従って、３次
元画像生成システムにおける画像処理装置の一部が専用
ハード化されるなどして高速化が図られている。

【０００３】３次元画像生成の陰面消去アルゴリズムは
各種提案されており、特に、スキャンライン、Ｚバッフ
ァアルゴリズムに関しての専用ハード化が盛んである
（参考文献：コロナ社並列処理シリーズ１４「並列図形
処理」第３章、第５章）。

【０００４】以下図面を参照しながら、従来の画素情報
処理装置の一例について説明する。図５は隠れ面除去方
法にＺバッファ法を用いた、従来の画素情報処理装置の
構成を示すものである。図５において、５００は与えら
れた物体データおよび視点データ、５０１は与えられた
物体データから画像の画素アドレス５０２、画素データ
５０３、および奥行きデータ５０４を生成する画像生成
部、５０５は画素生成部５０１から入力された画素情報
に対して、奥行きバッファ５０７およびデータバッファ
５１０を利用して隠面消去処理を行なうバッファ更新
部、５０７は奥行きデータ５０８を格納する奥行きバッ
ファである。

【０００５】５１０は画素データ５０９を格納するデー
タバッファ、５０６は奥行きバッファ５０７およびデー
タバッファ５１０へ与える画素座標アドレス、５１１は
奥行きバッファ５０７およびデータバッファ５１０への
書き込み制御信号、５１２はデータバッファ５１０から
画素データ５１４を読み出して映像信号に変換して映像
信号５１５を出力する画像出力部、５１３は画像出力部
がデータバッファ５１０から順次画素データを読み出す
ための読み出しアドレスである。

【０００６】以上のように構成された従来の画素情報処
理装置の動作を以下に説明する。画像の１つのフレーム
を構成する物体のデータは、１フレーム毎に画像生成部
５０１に入力される。画像生成部５０１は、入力された
物体データをもとにして、各フレーム毎に設定された視
点から見た座標系に物体データの座標を変換し、クリッ
ピングと呼ばれる処理によって視野外にある物体または
その一部分を取り除き、最終的な出力映像信号の解像度
に応じたデバイス座標系と呼ばれる座標系に変換する。

【０００７】３次元コンピュータグラフィックスの場合
には、物体の前後関係である物体が他の物体の後ろに位
置して隠されて見えなくなる部分を除去するための隠れ
面除去という処理を行うために、奥行きに関する座標デ
ータ（奥行きデータと呼ぶものとする）を、表示スクリ
ーン上の通常の２次元座標データに加えて用いる。３次
元コンピュータグラフィックスでは、スクリーン上の座
標をＸ−Ｙ座標とし、スクリーンに垂直な奥行き方向の
座標をＺ座標にとることが一般的である。Ｚ座標は通
常、視点に近いほど値が小さくなるようにとる。以下に
おいても、Ｚ座標は視点に近いほど小さいものとして説
明する。

【０００８】次に、隠れ面除去の処理方法の一例とし
て、Ｚバッファ法を説明する。バッファ更新部５０５
は、まず各フレームの最初に、データバッファ５１０と
奥行きバッファ５０７を初期化する。初期化では、デー
タバッファ５１０には背景（無限遠）の色を示す画素デ
ータ５０９を、奥行きバッファ５０７には表現できるＺ
座標の最大値を奥行きデータ５０８として、書き込み制
御信号５１１を制御して書き込む。初期化の後、画像生
成部５０１は、各物体毎にその物体に対応する画素アド
レス５０２と画素データ５０３を計算によって求める。
このとき同時に、各画素データ５０３に対応する奥行き
データ５０４も求め、これらのデータをバッファ更新部
５０５に出力する。

【０００９】バッファ更新部５０５は、入力された画素
アドレス５０２で指定される奥行きバッファ５０７内の
画素位置に格納されている奥行きデータ５０８を読み出
し、入力された奥行きデータ５０４と比較する。比較の
結果、格納されていた奥行きデータ５０８の方が大きい
場合（即ち、入力された画素の方が視点に近い場合）に
は、入力された画素データ５０３をデータバッファ５１
０の対応する位置に、入力された奥行きデータ５０４も
奥行きバッファ５０７の対応する位置に書き込み制御信
号５１１を制御して書き込む。

【００１０】また、比較の結果、格納されていた奥行き
データ５０８の方が小さい場合には、入力された画素デ
ータ５０３と奥行きデータ５０４はどこにも格納しな
い。なお、比較の結果が等しい場合は前記のいずれかの
一方に含める。この処理をすべての物体について終了し
たとき、データバッファ５１０に格納されているのが、
そのフレームの最終的な画像データである。

【００１１】このようにしてデータバッファ５１０に格
納された画像の画素データ５１４は画像出力部５１２に
よって、映像信号５１５の同期タイミングに合わせて順
次読み出しアドレス５１３をデータバッファ５１０に与
えることにより読み出され、映像信号５１５に変換され
て出力される。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな従来の構成では、各画素について１つのＺ値および
データの組が処理されるため、表示する物体が透過率を
持つ場合の表示が不可能であるという問題点を有してい
た。

【００１３】本発明は上記問題点に鑑み、高速に半透明
物体の表示が可能な画素情報処理装置を提供することを
目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達す
るため、本発明は各画素アドレスに対応して奥行き値と
データの集合をｎ個（ｎ＞１）保持できるバッファを持
ち、与えられた画素アドレスに対応した奥行き値を該画
素アドレスに対応したバッファに保持されたｎ個の奥行
き値と比較し、ｎ＋１個のうちｎ個を選択し、それらの
奥行き値に対応するデータと共にバッファに残してゆ
き、最終的にバッファに残ったデータに従って画像を構
成するようにしたものである。

【００１５】

【作用】本発明は上記した構成によって、画素アドレス
に対応した奥行き値およびデータの集合をｎ個（ｎ＞
１）保持することにより、最終的に手前からｎ個の画素
データを抽出できる。これらｎ個の画素データを透過率
に従って合成して出力画素データを求めれば容易に透過
率を持った物体を含む画像を得ることができることとな
る。

【００１６】

【実施例】以下本発明（請求項１）の画素情報処理方法
を用いた画素情報処理装置の一実施例について、図面を
参照しながら説明する。

【００１７】図１は本発明の第１の実施例を示す画素情
報処理装置の構成図、図３は本実施例の画素情報処理方
法のフローチャートである。

【００１８】図１において、１００は与えられた物体デ
ータおよび視点データ、１０１は与えられた物体データ
および視点データから画像の画素アドレス１０２、画素
データ１０３、および奥行きデータ１０４を生成する画
像生成部であり、従来例と同様の動作を行なう。１０５
は画像生成部１０１から入力された画素情報に対して、
データバッファＡ１１２、奥行きバッファＡ１１３、デ
ータバッファＢ１１４および奥行きバッファＢ１１５を
利用して隠面消去処理を行なうバッファ更新部、１１２
はＡ組の画素データ１０７を格納するデータバッファ
Ａ、１１３はＡ組の奥行きデータ１０８を格納する奥行
きバッファＡ、１１４はＢ組の画素データ１０７を格納
するデータバッファＢ、１１５はＢ組の奥行きデータ１
０９を格納する奥行きバッファＢである。

【００１９】１０６はデータバッファＡ１１２、奥行き
バッファＡ１１３、データバッファＢ１１４および奥行
きバッファＢ１１５へ与える画素座標アドレス、１１０
はデータバッファＡ１１２および奥行きバッファＡ１１
３への書き込み制御信号、１１１はデータバッファＢ１
１４および奥行きバッファＢ１１５への書き込み制御信
号、１１６はデータバッファＡ１１２およびデータバッ
ファＢ１１４から画素データＡ１１８および画素データ
Ｂ１１９を読み出して映像信号に変換して映像信号１２
０を出力する画像出力部、１１７は画像出力部１１６が
データバッファＡ１１２およびデータバッファＢ１１４
から順次画素データを読み出すための読み出しアドレス
である。

【００２０】次に本実施例の画素情報処理方法について
図３を参照しながら説明する。まず、奥行きバッファと
データバッファのペアｎ組を初期化する（３０１）。奥
行きバッファに書き込む奥行きデータとしては表現でき
るＺ座標の最大値を、データバッファに書き込む画素デ
ータとしては背景を示すデータを書き込む。次にフレー
ム処理が終了したかどうか調べ（３０２）、終了なら画
像出力（３０９）に移る。

【００２１】判断３０２でフレーム処理が終了していな
い場合、画素アドレス、奥行きデータと画素データを含
む画素情報を取り込む（３０３）。さらに、ｎ組の奥行
きバッファ内の画素アドレスで指定される奥行きデータ
を読み出す（３０４）。続いて、ｎ組の奥行きバッファ
から取り出したｎ個の奥行きデータと処理３０３で取り
込んだ奥行きデータの合計ｎ＋１個の奥行きデータから
最大のものを選択する（３０５）。

【００２２】処理３０５で選択された奥行きデータが、
今回取り込んだものであれば奥行きバッファおよびデー
タバッファを更新する必要はなく、次の画素情報の処理
（３０２）に移る（３０６）。処理３０６で今回取り込
んだもの以上の奥行き値があれば、その最大のもののバ
ッファ番号をｍとする（３０７）。さらに、ｍ番の奥行
きバッファおよびデータバッファ内の画素アドレスで指
定される画素位置に、ｍ番めの書き込み制御信号を制御
して今回取り込んだ奥行きデータおよび画素データを書
き込み（３０８）、次に、処理３０２に移る。

【００２３】処理３０９では、各画素座標についてｎ組
のデータバッファ内に残っている最終的なｎ個の画素デ
ータにしたがって加算平均することにより半透明処理を
行ない該画素座標の最終画素データを求める。さらに、
処理３１０ではフレーム内の全画素について処理３０９
を繰り返し、最終画像を出力する。

【００２４】以上のように本実施例によれば、Ｚバッフ
ァ法による隠面消去処理において奥行きバッファとデー
タバッファを複数組保持することにより、容易に半透明
処理を行なうことができる。

【００２５】なお、本実施例では奥行きバッファおよび
データバッファの組を２組として開示しているが、ｎ
（ｎは３以上の整数）組の場合でも同様の動作である。

【００２６】また、本実施例ではフレーム単位での処理
を開示しているが、処理単位領域の大きさは限定される
ものではなくフレームを小領域に分割し、その単位で処
理を行なうこともできる。

【００２７】また、本実施例では、奥行きバッファおよ
びデータバッファの初期化において一定のデータを書き
込む処理を開示しているが、初期化処理はこれに限定さ
れるものではなく、例えば、各画素ごとに有効フラグを
持たせその無効化のみを行なっておいて後の処理におい
ては、有効でないデータについては特定のデータと置き
換えて処理することもできる。

【００２８】以下本発明（請求項２）の画素情報処理方
法を用いた画素情報処理装置の一実施例について、図面
を参照しながら説明する。

【００２９】図２は本発明の第２の実施例を示す画素情
報処理装置の構成図、図４は本実施例の画素情報処理方
法のフローチャートである。

【００３０】図２において、２００は与えられた物体デ
ータおよび視点データ、２０１は与えられた物体データ
から画像の画素アドレス２０２、透過率を含む画素デー
タ２０３、および奥行きデータ２０４を生成する画像生
成部であり、従来例の処理に加えて透過率演算の処理を
行なう。２０５は画素生成部２０１から入力された画素
情報に対して、データバッファＡ２１２、奥行きバッフ
ァＡ２１３、データバッファＢ２１４および奥行きバッ
ファＢ２１５を利用して隠面消去処理を行なうバッファ
更新部、２１２はＡ組の画素データ２０７を格納するデ
ータバッファＡ、２１３はＡ組の奥行きデータ２０８を
格納する奥行きバッファＡ、２１４はＢ組の画素データ
２０７を格納するデータバッファＢ、２１５はＢ組の奥
行きデータ２０９を格納する奥行きバッファＢである。

【００３１】２０６はデータバッファＡ２１２、奥行き
バッファＡ２１３、データバッファＢ２１４および奥行
きバッファＢ２１５へ与える画素座標アドレス、２１０
はデータバッファＡ２１２および奥行きバッファＡ２１
３への書き込み制御信号、２１１はデータバッファＢ２
１４および奥行きバッファＢ２１５への書き込み制御信
号、２１６は奥行きバッファＡ２１３および奥行きバッ
ファＢ２１５から読み出した奥行きデータＡ２２１およ
び奥行きデータＢ２２２と、データバッファＡ２１２お
よびデータバッファＢ２１４から読み出した画素データ
Ａ２１８および画素データＢ２１９に含まれる透過率と
にしたがって画素の透過演算処理を行ない、映像信号に
変換して映像信号２２０を出力する透過処理出力部、２
１７は透過処理出力部２１６がデータバッファＡ２１
２、データバッファＢ２１４、奥行きバッファＡ２１３
および奥行きバッファＢ２１５から順次画素データおよ
び奥行きデータを読み出すための読み出しアドレスであ
る。

【００３２】次に本実施例の画素情報処理方法について
図４を参照しながら説明する。まず、奥行きバッファと
データバッファのペアｎ組を初期化する（４０１）。奥
行きバッファに書き込む奥行きデータとしては表現でき
るＺ座標の最大値を、データバッファに書き込む画素デ
ータとしては背景を示すデータを書き込む。次に、フレ
ーム処理が終了したかどうか調べ（４０２）、終了なら
画像出力（４０９）に移る。フレーム処理が終了してい
ない場合は、画素アドレス、奥行きデータと画素データ
を含む画素情報を取り込む（４０３）。

【００３３】さらに、ｎ組の奥行きバッファ内の画素ア
ドレスで指定される奥行きデータを読み出し（４０
４）、続いて、ｎ組の奥行きバッファから取り出したｎ
個の奥行きデータと処理４０３で取り込んだ奥行きデー
タの合計ｎ＋１個の奥行きデータから最大のものを選択
する（４０５）。処理４０５で選択された奥行きデータ
が、今回取り込んだものであれば奥行きバッファおよび
データバッファを更新する必要はなく、次の画素情報の
処理（４０２）に移る（４０６）。

【００３４】処理４０５で選択された奥行きデータが、
今回取り込んだもの以上の奥行き値があれば、その最大
のもののバッファ番号をｍとする（４０７）。次に、ｍ
番の奥行きバッファおよびデータバッファ内の画素アド
レスで指定される画素位置に、ｍ番めの書き込み制御信
号を制御して今回取り込んだ奥行きデータおよび画素デ
ータを書き込み（４０８）、処理４０２に移る。

【００３５】処理４０９では、各画素座標についてｎ組
のデータバッファ内に残っている最終的なｎ個の画素デ
ータを、対応する奥行きバッファ内の奥行きデータにし
たがってソーティングすることにより、奥行きデータの
大きな順に並べ替える。また、次の処理４１０では、奥
行きデータの大きな順に、画素データ内の透過率および
画素データによって求められる画素値を用いて、 （新しい背景画素値）＝（透過率）×（背景画素値）＋
（１−（透過率））×（画素値） の演算を行なってゆくことにより物体ごとに透過率が異
なる場合の半透明処理を行ない該画素座標の最終画素値
を求める。次に、フレーム出力処理が最終かどうか判断
し（４１１）、フレーム内の全画素について処理４０
９、４１０を繰り返し、最終画像を出力する。

【００３６】以上のように本実施例によれば、Ｚバッフ
ァ法による隠面消去処理において奥行きバッファとデー
タバッファを複数組保持し、画素データの一部に透過率
を保持することにより容易に物体ごとに透過率が異なる
場合の半透明処理を行なうことができる。

【００３７】なお、本実施例では奥行きバッファおよび
データバッファの組を２組として開示しているが、ｎ
（ｎは３以上の整数）組の場合でも同様の動作である。

【００３８】また、本実施例ではフレーム単位での処理
を開示しているが、処理単位領域の大きさは限定される
ものではなくフレームを小領域に分割し、その単位で処
理を行なうこともできる。

【００３９】また、本実施例では、奥行きバッファおよ
びデータバッファの初期化において一定のデータを書き
込む処理を開示しているが、初期化処理はこれに限定さ
れるものではなく、例えば、各画素ごとに有効フラグを
持たせ、その無効化のみを行なっておいて後の処理にお
いては、有効でないデータについては特定のデータと置
き換えて処理することもできる。

【００４０】

【発明の効果】以上のように本発明は、Ｚバッファ法に
よる隠面消去処理において奥行きバッファとデータバッ
ファの組を複数保持することにより、最終的に手前から
ｎ個の奥行きデータおよび画素データを抽出でき、その
ｎ個の画素データを合成して出力画素データを求めるこ
とにより、半透明物体の表示が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における画素情報処理装
置の構成図

【図２】本発明第２の実施例における画素情報処理装置
の構成図

【図３】第１の実施例における画素情報処理方法のフロ
ーチャート

【図４】第２の実施例における画素情報処理方法のフロ
ーチャート

【図５】従来の画素情報処理装置の構成図

【符号の説明】

１０１ 画像生成部 １０５ バッファ更新部 １１２ データバッファＡ １１３ 奥行きバッファＡ １１４ データバッファＢ １１５ 奥行きバッファＢ １１６ 画像出力部 ２０１ 画像生成部 ２０５ バッファ更新部 ２１２ データバッファＡ ２１３ 奥行きバッファＡ ２１４ データバッファＢ ２１５ 奥行きバッファＢ ２１６ 画像出力部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】各画素アドレスに対応して奥行き値と画素
   データの集合をｎ個（ｎ＞１）保持することのできるバ
   ッファを持ち、与えられた画素アドレスに対応した奥行
   き値を該画素アドレスに対応したバッファに保持された
   ｎ個の奥行き値と比較し、ｎ＋１個のうちｎ個を選択
   し、それらの奥行き値に対応する画素データと共にバッ
   ファに残してゆき、最終的にバッファに残った画素デー
   タに従って画像を構成する画素情報処理方法。
2. 【請求項２】奥行き値に対応した画素データの一部とし
   て、透過率を保持し、最終的にバッファに残った画素デ
   ータによって得られた画素を透過率に従って合成して画
   像を構成する請求項１記載の画素情報処理方法。
3. 【請求項３】画素アドレスとそれに対応した少なくとも
   奥行き値を含む画素情報を出力する画像生成部と、各画
   素アドレスに対応して奥行き値と画素データの集合をｎ
   組（ｎ＞１）保持することのできる奥行きバッファおよ
   びデータバッファと、上記画素生成部より出力した画素
   アドレスに対応した上記奥行きバッファ内のｎ個の奥行
   き値を読み出し上記画素生成部の出力した奥行き値と比
   較し合計ｎ＋１個の奥行き値からｎ個を選択し、それら
   の奥行き値に対応する画素データと共に上記奥行きバッ
   ファおよびデータバッファに書き戻すバッファ更新部
   と、上記データバッファの内容を表示するための画素出
   力部とを備えてなる画素情報処理装置。
4. 【請求項４】画素アドレスとそれに対応した少なくとも
   奥行き値と透過率を含む画素情報を出力する画像生成部
   と、各画素アドレスに対応して奥行き値と透過率を含む
   画素データの集合をｎ組（ｎ＞１）保持することのでき
   る奥行きバッファおよびデータバッファと、上記画素生
   成部より出力した画素アドレスに対応した上記奥行きバ
   ッファ内のｎ個の奥行き値を読み出し上記画素生成部の
   出力した奥行き値と比較しｎ＋１個の奥行き値からｎ個
   を選択し、それらの奥行き値に対応する透過率を含む画
   素データと共に上記奥行きバッファおよびデータバッフ
   ァに書き戻すバッファ更新部と、上記データバッファの
   内容を表示するためにｎ組の奥行き値と透過率を含む画
   素データから画素値を演算して出力する透過処理出力部
   とを備えてなる画素情報処理装置。