JPH07101462B2 - コンピュータ・グラフィックス・システムにおける表示方法及び装置 - Google Patents
コンピュータ・グラフィックス・システムにおける表示方法及び装置Info
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- JPH07101462B2 JPH07101462B2 JP2269675A JP26967590A JPH07101462B2 JP H07101462 B2 JPH07101462 B2 JP H07101462B2 JP 2269675 A JP2269675 A JP 2269675A JP 26967590 A JP26967590 A JP 26967590A JP H07101462 B2 JPH07101462 B2 JP H07101462B2
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- Japan
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- polygon
- line
- range
- buffer
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- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T1/00—General purpose image data processing
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T15/00—3D [Three Dimensional] image rendering
- G06T15/10—Geometric effects
- G06T15/40—Hidden part removal
- G06T15/405—Hidden part removal using Z-buffer
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Geometry (AREA)
- Computer Graphics (AREA)
- Image Generation (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 この発明の全体的な目的は、コンピュータ・グラフィッ
クス・システムにおいて、Ｚバッファを含むグラフィッ
クス・アダプタを用いることにより、相互に交差する線
を有する複数のポリゴンを含むような、三次元の画像を
呈示可能にすることにある。概略的にいえば、グラフィ
ックス・アダプタにおいては、より詳細に後述されるよ
うに、不十分なデータのために、表面の線の一部が見え
なくってしまうことがある。
クス・システムにおいて、Ｚバッファを含むグラフィッ
クス・アダプタを用いることにより、相互に交差する線
を有する複数のポリゴンを含むような、三次元の画像を
呈示可能にすることにある。概略的にいえば、グラフィ
ックス・アダプタにおいては、より詳細に後述されるよ
うに、不十分なデータのために、表面の線の一部が見え
なくってしまうことがある。
B.従来の技術およびその課題 大部分のグラフィックス・アダプタに含まれているＺバ
ッファには、画素（ピクセル）の深度（depth）に関連
する値が蓄積されている。Ｚバッファは隠面消去を実現
するものである。即ち、アダプタが所定の１個のピクセ
ルを所定のカラーで塗ろうとしているとき、該Ｚバッフ
ァは、塗られるべきピクセルが、スクリーン上で現在表
示されているピクセよりも奥にあるかどうかをチェック
することができる。該塗られるべきピクセルの方が奥に
あるときには、アダプタは何もしない。そうでないとき
には、アダプタはピクセルを塗り、新しい深度値をもっ
て該Ｚバッファの更新をする。
ッファには、画素（ピクセル）の深度（depth）に関連
する値が蓄積されている。Ｚバッファは隠面消去を実現
するものである。即ち、アダプタが所定の１個のピクセ
ルを所定のカラーで塗ろうとしているとき、該Ｚバッフ
ァは、塗られるべきピクセルが、スクリーン上で現在表
示されているピクセよりも奥にあるかどうかをチェック
することができる。該塗られるべきピクセルの方が奥に
あるときには、アダプタは何もしない。そうでないとき
には、アダプタはピクセルを塗り、新しい深度値をもっ
て該Ｚバッファの更新をする。
問題があるのは、ある１個のポリゴンの表面上でライン
を塗ろうとするときである。数学的には、このラインと
表面とは同一の深度にある。即ち、表面とラインとは、
Ｚバッファ内に同一の値を蓄積させている。ラインのカ
ラーが所定のピクセルに対して塗られる反面、ポリゴン
表面カラーは別のピクセルに対して塗られることからエ
ラーが生じることになる。更に、ラインを塗るために用
いられるプロセスは、ある１個のディスプレイ上に設け
られる複数個のピクセルよりは正確なものである。より
詳細にいえば、ラインを塗るプロセスは、ライン上に正
確には含まれていないピクセルの使用を余儀なくされ
る。そして、ラインが存在する表面に対する法線が知ら
れていないために、このプロセスにおいてはオフ・ライ
ンにあるピクセルの深度を評価せねばならない。かくし
て、ラインの深度がポリゴン表面よりも深いとこのプロ
セスにより誤って評価されたときには、ラインのピクセ
ルは見えなくなくなることになる。
を塗ろうとするときである。数学的には、このラインと
表面とは同一の深度にある。即ち、表面とラインとは、
Ｚバッファ内に同一の値を蓄積させている。ラインのカ
ラーが所定のピクセルに対して塗られる反面、ポリゴン
表面カラーは別のピクセルに対して塗られることからエ
ラーが生じることになる。更に、ラインを塗るために用
いられるプロセスは、ある１個のディスプレイ上に設け
られる複数個のピクセルよりは正確なものである。より
詳細にいえば、ラインを塗るプロセスは、ライン上に正
確には含まれていないピクセルの使用を余儀なくされ
る。そして、ラインが存在する表面に対する法線が知ら
れていないために、このプロセスにおいてはオフ・ライ
ンにあるピクセルの深度を評価せねばならない。かくし
て、ラインの深度がポリゴン表面よりも深いとこのプロ
セスにより誤って評価されたときには、ラインのピクセ
ルは見えなくなくなることになる。
ここで注意すべきことは、現に用いられているグラフィ
ックス・アダプタについてのハードウエア設計またはマ
イクロコードに対する相当な変更をすることにより、あ
る１個の法線を任意のオフ・ラインにあるピクセルと関
連付けさせることができるということである。しかしな
がら、これらの変更においては、レトロフィットが必要
とされたり、または、各グラフィックス・アダプタにつ
いてのマイクロコードの再プログラミングが必要とされ
たりするが、これは極めて時間がかかり、また、コスト
の高いプロセスである。従って、これらのエラーに起因
する問題には、これを解決するためのソフトウエアを用
意することが極めて望ましいことになる。
ックス・アダプタについてのハードウエア設計またはマ
イクロコードに対する相当な変更をすることにより、あ
る１個の法線を任意のオフ・ラインにあるピクセルと関
連付けさせることができるということである。しかしな
がら、これらの変更においては、レトロフィットが必要
とされたり、または、各グラフィックス・アダプタにつ
いてのマイクロコードの再プログラミングが必要とされ
たりするが、これは極めて時間がかかり、また、コスト
の高いプロセスである。従って、これらのエラーに起因
する問題には、これを解決するためのソフトウエアを用
意することが極めて望ましいことになる。
C.課題を解決するための手段 先行の技術とは対照的に、この発明で提供される方法に
よれば、ポリゴン表面がより深く見えるようにラインと
該ポリゴン表面との間の関係を設定し、これによって該
ラインが可視的である（即ち、塗られている）ことを許
容するようにされる。一般的に、標準的なＺバッファ
は、−２＊＊23から２＊＊23−１までの、可能なレンジ
の深度値を有している。これらの深度値は、その値が大
きければ大きい程、スクリーンまたはディスプレイに対
する深さが大きくなるような特性のものである。従っ
て、ポリゴン表面ではなくラインの方が塗られることを
確実にするために、双方が等しい数学的な深度を有して
いるときには、該ポリゴンは該ラインよりも深いと考え
られ、これにより、グラフィックス・アダプタによるオ
ーバライトがなされる。このときには、当該ポリゴン上
にある１個のラインがあるものと考えられる。ポリゴン
表面に関連する深度値がラインの深度値よりも大きい、
または深いような特性を常に持たせることにより、この
発明によってこの目的を達成することができる。この目
的が達成されるのは次のことによってである。即ち、ポ
リゴン表面に対する法線の関数として、オフセット量ま
たはシフト量を各ポリゴン毎に１回だけ計算することに
より、そして、全部のラインに対して用いられる出力レ
ンジに関して塗られた、ポリゴンに対するアダプタの出
力Ｚバッファ・レンジを調整することにより、上記の目
的が達成される。例えば、その法線がスクリーンから直
接指向しているようにポリゴンの方位が規定されている
ときには、そのシフトが最小にされる。しかしながら、
該ポリゴンがその側部またはエッジ上（edge−on）に実
質的に指向されているときには、そのオフセットが大き
くて、その発明のライン描画部分に含まれているような
深度の評価プロセスにおいて生じる、より大きいエラー
を補償するようにされる。
よれば、ポリゴン表面がより深く見えるようにラインと
該ポリゴン表面との間の関係を設定し、これによって該
ラインが可視的である（即ち、塗られている）ことを許
容するようにされる。一般的に、標準的なＺバッファ
は、−２＊＊23から２＊＊23−１までの、可能なレンジ
の深度値を有している。これらの深度値は、その値が大
きければ大きい程、スクリーンまたはディスプレイに対
する深さが大きくなるような特性のものである。従っ
て、ポリゴン表面ではなくラインの方が塗られることを
確実にするために、双方が等しい数学的な深度を有して
いるときには、該ポリゴンは該ラインよりも深いと考え
られ、これにより、グラフィックス・アダプタによるオ
ーバライトがなされる。このときには、当該ポリゴン上
にある１個のラインがあるものと考えられる。ポリゴン
表面に関連する深度値がラインの深度値よりも大きい、
または深いような特性を常に持たせることにより、この
発明によってこの目的を達成することができる。この目
的が達成されるのは次のことによってである。即ち、ポ
リゴン表面に対する法線の関数として、オフセット量ま
たはシフト量を各ポリゴン毎に１回だけ計算することに
より、そして、全部のラインに対して用いられる出力レ
ンジに関して塗られた、ポリゴンに対するアダプタの出
力Ｚバッファ・レンジを調整することにより、上記の目
的が達成される。例えば、その法線がスクリーンから直
接指向しているようにポリゴンの方位が規定されている
ときには、そのシフトが最小にされる。しかしながら、
該ポリゴンがその側部またはエッジ上（edge−on）に実
質的に指向されているときには、そのオフセットが大き
くて、その発明のライン描画部分に含まれているような
深度の評価プロセスにおいて生じる、より大きいエラー
を補償するようにされる。
ここで注意されるべきことは、ポリゴンを描く際のＺバ
ッファの調節の効果としては、該ポリゴンの出現に変化
がないということである。可能性のある例外は、キュー
イグ（cueing）に基づくカラーの重要度の低い変化（例
えば、全体で256個からのカラー強度の１レベルであ
り、これは人の目によっては識別されない）であり、ま
たは、ポリゴン表面とこれに関する任意の非率面状のラ
インとの交点における分離したピクセルのエラーであ
る。これらの理由のために、Ｚバッファの調節をできる
だけ小さく維持することが重要である。
ッファの調節の効果としては、該ポリゴンの出現に変化
がないということである。可能性のある例外は、キュー
イグ（cueing）に基づくカラーの重要度の低い変化（例
えば、全体で256個からのカラー強度の１レベルであ
り、これは人の目によっては識別されない）であり、ま
たは、ポリゴン表面とこれに関する任意の非率面状のラ
インとの交点における分離したピクセルのエラーであ
る。これらの理由のために、Ｚバッファの調節をできる
だけ小さく維持することが重要である。
D.実施例 ポリゴンの表面におけるラインがグラフィックス・シス
テムのユーザにとって常に可視であることを確実にする
ために、該グラフィックスの環境におけるシステムおよ
び方法が提供される。Ｚバッファ処理がなされる環境に
おいて、その中に含まれている深度値のレンジは、ディ
スプレイ・スクリーン表面に最も近いと考えられる、全
体的な容量の75％にセットされる。次いで、ラインは、
Ｚバッファの深度値のこの75％のセット内に描かれる。
次に、デバイスの座標系におけるポリゴンへの法線に基
づいて、シフトの計算がなされる。これに次いで、この
シフトが、Ｚバッファの深度値の先にセットされた75％
のレンジに加算される。次に、先にセットされたレンジ
にシフトを加算したものに等しい深度において、ポリゴ
ンが描かれる。かくして、ラインは常に可視であるが、
その理由は、その表面に含まれているラインよりも該ポ
リゴンの表面の方が深いと、グラフィックス・アダプタ
によって常に考えられているからである。
テムのユーザにとって常に可視であることを確実にする
ために、該グラフィックスの環境におけるシステムおよ
び方法が提供される。Ｚバッファ処理がなされる環境に
おいて、その中に含まれている深度値のレンジは、ディ
スプレイ・スクリーン表面に最も近いと考えられる、全
体的な容量の75％にセットされる。次いで、ラインは、
Ｚバッファの深度値のこの75％のセット内に描かれる。
次に、デバイスの座標系におけるポリゴンへの法線に基
づいて、シフトの計算がなされる。これに次いで、この
シフトが、Ｚバッファの深度値の先にセットされた75％
のレンジに加算される。次に、先にセットされたレンジ
にシフトを加算したものに等しい深度において、ポリゴ
ンが描かれる。かくして、ラインは常に可視であるが、
その理由は、その表面に含まれているラインよりも該ポ
リゴンの表面の方が深いと、グラフィックス・アダプタ
によって常に考えられているからである。
第１図を参照すると、この発明のプロセスを用いるシス
テムがブロック図の形式で示されている。ユーザ・ソフ
トウエア・プログラム10に含まれているサブルーチン・
ライブラリ12は、グラフィックスのユーザにより特定プ
ログラムの適用の要求を許容するものである。ユーザ・
ソフトウエア10は、その表面に含まれたラインを有する
ポリゴンを描くための、実際の要求を付与する。この発
明は該ユーザ・ソフトウエア10に含まれていて、参照数
字14をもって表されている。ここでのプロセスによれ
ば、ポリゴンの表面とラインとが数学的に等しい深さに
あると考えられるという事実のために、生起されるエラ
ーのいかんに拘わらず、ポリゴンの表面上に含まれてい
るラインが可視であることが許容される。参照数字16で
表されているジオメトリ・マイクロコードは、サブルー
チン・ライブラリ12からの情報（マトリクス、モデリン
グ座標の頂点等の情報であって、考えられているポリゴ
ンの表面およびラインに関するもの）を受け入れるもの
である。このジオメトリ・マイクロコード16は、次い
で、受け入れたポリゴンおよびラインの情報をデバイス
の座標系の値に変換させる。この変換は“世界座標系
（world coordinates）”を効率的にマッピングするも
のであって、デバイスに依存する座標系内に、観察者
（viewer）の目から見えるようにディスプレイされる座
標系である。デバイスの座標系によれば、ディスプレイ
環境の関数として、ポリゴン表面およびラインの投影を
する。即ち、デバイスの座標系は、スクリーン表面領域
やＺバッファの深度値のような、使用されている実際の
ディスプレイ・ハードウエアに関連している。次いで、
このデバイスの座標系はラスタ・マイクロコード18に供
給されるが、このラスタ・マイクロコード18は、サブル
ーチン・ライブラリ12およびユーザ・プログラム10から
の情報および命令（インストラクション）をも受け入れ
るのである。このラスタ・マイクロコード18において
は、該座標系およびライブラリ12からの情報を用いて、
各ピクセルに対するカラー（r,g,b）値およびＺバッフ
ァの深度を決定する。ここでのラスタ・マイクロコード
18およびジオメトリ・マイクロコード16の使用は、シリ
コン・グラフィックス社（Silicon Graphics,Inc.）に
よって製造されているワークステーションで例示される
ようなコンセプト（concept）に関連している。概略的
にいえば、ジオメトリ・マイクロコードは、頂点（vert
ex）をディスプレイ・デバイスの座標系内に変換するハ
ードウエア／ファームウエアの部分であり、また、ラス
タ・マイクロコードは、蓄積デバイスまたはディスプレ
イ・デバイスのビット平面に対してカラーおよびＺバッ
ファの値を正確にロードするために、ポリゴンの内側で
の内挿をするハードウエア／ファームウエアの部分であ
る。フレーム・バッファ20は、各ピクセルに対するr,g,
b値について、実際の割り当ておよび蓄積をするもので
ある。ここで注意されるべきことは、各ピクセルに対す
るカラー化（r,g,b）値が、該当のピクセルに対するＺ
バッファに含まれているデータに従って計算されるとい
うことである。従って、r,g,b値だけがディスプレイ・
マイクロコードおよびハードウエア22に伝送され、これ
らの値はアナログ電圧信号に変換されて、CRTのような
スクリーン24上にディスプレイできるようにされる。こ
の発明によれば、ラスタ・マイクロコード18に加えられ
た情報および命令（インストラクション）の処理がなさ
れ、ラインおよびポリゴン表面に対応するピクセルに対
するr,g,b値がスクリーン24上でディスプレイされて、
該ラインが常に可視であるようにされる。
テムがブロック図の形式で示されている。ユーザ・ソフ
トウエア・プログラム10に含まれているサブルーチン・
ライブラリ12は、グラフィックスのユーザにより特定プ
ログラムの適用の要求を許容するものである。ユーザ・
ソフトウエア10は、その表面に含まれたラインを有する
ポリゴンを描くための、実際の要求を付与する。この発
明は該ユーザ・ソフトウエア10に含まれていて、参照数
字14をもって表されている。ここでのプロセスによれ
ば、ポリゴンの表面とラインとが数学的に等しい深さに
あると考えられるという事実のために、生起されるエラ
ーのいかんに拘わらず、ポリゴンの表面上に含まれてい
るラインが可視であることが許容される。参照数字16で
表されているジオメトリ・マイクロコードは、サブルー
チン・ライブラリ12からの情報（マトリクス、モデリン
グ座標の頂点等の情報であって、考えられているポリゴ
ンの表面およびラインに関するもの）を受け入れるもの
である。このジオメトリ・マイクロコード16は、次い
で、受け入れたポリゴンおよびラインの情報をデバイス
の座標系の値に変換させる。この変換は“世界座標系
（world coordinates）”を効率的にマッピングするも
のであって、デバイスに依存する座標系内に、観察者
（viewer）の目から見えるようにディスプレイされる座
標系である。デバイスの座標系によれば、ディスプレイ
環境の関数として、ポリゴン表面およびラインの投影を
する。即ち、デバイスの座標系は、スクリーン表面領域
やＺバッファの深度値のような、使用されている実際の
ディスプレイ・ハードウエアに関連している。次いで、
このデバイスの座標系はラスタ・マイクロコード18に供
給されるが、このラスタ・マイクロコード18は、サブル
ーチン・ライブラリ12およびユーザ・プログラム10から
の情報および命令（インストラクション）をも受け入れ
るのである。このラスタ・マイクロコード18において
は、該座標系およびライブラリ12からの情報を用いて、
各ピクセルに対するカラー（r,g,b）値およびＺバッフ
ァの深度を決定する。ここでのラスタ・マイクロコード
18およびジオメトリ・マイクロコード16の使用は、シリ
コン・グラフィックス社（Silicon Graphics,Inc.）に
よって製造されているワークステーションで例示される
ようなコンセプト（concept）に関連している。概略的
にいえば、ジオメトリ・マイクロコードは、頂点（vert
ex）をディスプレイ・デバイスの座標系内に変換するハ
ードウエア／ファームウエアの部分であり、また、ラス
タ・マイクロコードは、蓄積デバイスまたはディスプレ
イ・デバイスのビット平面に対してカラーおよびＺバッ
ファの値を正確にロードするために、ポリゴンの内側で
の内挿をするハードウエア／ファームウエアの部分であ
る。フレーム・バッファ20は、各ピクセルに対するr,g,
b値について、実際の割り当ておよび蓄積をするもので
ある。ここで注意されるべきことは、各ピクセルに対す
るカラー化（r,g,b）値が、該当のピクセルに対するＺ
バッファに含まれているデータに従って計算されるとい
うことである。従って、r,g,b値だけがディスプレイ・
マイクロコードおよびハードウエア22に伝送され、これ
らの値はアナログ電圧信号に変換されて、CRTのような
スクリーン24上にディスプレイできるようにされる。こ
の発明によれば、ラスタ・マイクロコード18に加えられ
た情報および命令（インストラクション）の処理がなさ
れ、ラインおよびポリゴン表面に対応するピクセルに対
するr,g,b値がスクリーン24上でディスプレイされて、
該ラインが常に可視であるようにされる。
第２図は、この発明のプロセスを表すフローチャートで
あり、ここのステップ１において該プロセスが開始され
る。ステップ２においては、ラインまたはポリゴンのい
ずれが始めに描かれるかの決定がなされる。ステップ２
において、始めにラインが描かれるものとされたときに
は、次のステップ2aにおいて、Ｚバッファの値が特定の
レンジにセットされる。一般的には、Ｚバッファは大方
のグラフィックス・アダプタに含まれているが、これは
単なる蓄積デバイスであって、各ピクセルに関する深度
値を記録できるものである。Ｚバッファは、通常、隠さ
れた表面を除去するために使用される。即ち、スクリー
ン内で、ある第１のラインの方がある対応のライン（こ
れには同じピクセルの幾つかが含まれている）よりも深
く見えているときには、この深い方のラインに対応する
ピクセルは無視される。かくして、観察者に近い側のラ
インが（ディスプレイの表面で）示されることになる。
24ビットの容量を有するＺバッファが多く用いられる
が、これに付与される値のレンジは、−２＊＊23から
（２＊＊23）−１までである。ステップ2aにおいては、
Ｚバッファ値のこのレンジが、（全体的なレンジの75％
であるような）深度値の全体的なレンジのあるパーセン
テージにセットされる。必要とされる全てにＺバッファ
のレンジをセットすることは、レジスタ内に一対の値を
セットすることであるが、これに次いでこれらの値はラ
スタ化マイクロコード18によって用いられる。
あり、ここのステップ１において該プロセスが開始され
る。ステップ２においては、ラインまたはポリゴンのい
ずれが始めに描かれるかの決定がなされる。ステップ２
において、始めにラインが描かれるものとされたときに
は、次のステップ2aにおいて、Ｚバッファの値が特定の
レンジにセットされる。一般的には、Ｚバッファは大方
のグラフィックス・アダプタに含まれているが、これは
単なる蓄積デバイスであって、各ピクセルに関する深度
値を記録できるものである。Ｚバッファは、通常、隠さ
れた表面を除去するために使用される。即ち、スクリー
ン内で、ある第１のラインの方がある対応のライン（こ
れには同じピクセルの幾つかが含まれている）よりも深
く見えているときには、この深い方のラインに対応する
ピクセルは無視される。かくして、観察者に近い側のラ
インが（ディスプレイの表面で）示されることになる。
24ビットの容量を有するＺバッファが多く用いられる
が、これに付与される値のレンジは、−２＊＊23から
（２＊＊23）−１までである。ステップ2aにおいては、
Ｚバッファ値のこのレンジが、（全体的なレンジの75％
であるような）深度値の全体的なレンジのあるパーセン
テージにセットされる。必要とされる全てにＺバッファ
のレンジをセットすることは、レジスタ内に一対の値を
セットすることであるが、これに次いでこれらの値はラ
スタ化マイクロコード18によって用いられる。
かくして、デフォルトのレンジは、−２＊＊23から（２
＊＊22）−１までのものとして計算される（一般的に、
Ｚバッファの構成は、最大の正の値の方が、スクリーン
の表面内で深くなり、または、遠くなるようにされてい
る）。このために、ステップ2aにおいては、Ｚバッファ
の深度値のレンジが、スクリーン表面に最も近いと考え
られる値の75％までの効果的な限定がなされる。次のス
テップ2bにおいては、最も近い75％に先にセットされた
Ｚバッファ値のレンジ内でラインが描かれる（該ライン
に対応するピクセルが塗られる）。これは比較的簡単な
タスク（作業）であるが、この理由は、Ｚバッファ値の
任意のサブセットに対してマッピングされるラインの特
定をプログラムによって行うことができるためである。
従って、スクリーン表面に最も近いＺバッファの部分に
対して、ラインが常に描かれることになる。即ち、この
ラインに対して可能性のある最深点は、Ｚバッファの最
大深度値の75％のところにある。
＊＊22）−１までのものとして計算される（一般的に、
Ｚバッファの構成は、最大の正の値の方が、スクリーン
の表面内で深くなり、または、遠くなるようにされてい
る）。このために、ステップ2aにおいては、Ｚバッファ
の深度値のレンジが、スクリーン表面に最も近いと考え
られる値の75％までの効果的な限定がなされる。次のス
テップ2bにおいては、最も近い75％に先にセットされた
Ｚバッファ値のレンジ内でラインが描かれる（該ライン
に対応するピクセルが塗られる）。これは比較的簡単な
タスク（作業）であるが、この理由は、Ｚバッファ値の
任意のサブセットに対してマッピングされるラインの特
定をプログラムによって行うことができるためである。
従って、スクリーン表面に最も近いＺバッファの部分に
対して、ラインが常に描かれることになる。即ち、この
ラインに対して可能性のある最深点は、Ｚバッファの最
大深度値の75％のところにある。
ステップ３においては、ポリゴン表面上の任意の３個の
同一直線上にはない点をとり、また、そのクロス・プロ
ダクト（cross product）をとることにより、該当のポ
リゴンに対する法線が計算される。これらの点について
のデカルト座標はユーザ・ソフトウエア10によって知ら
れているために、該当の表面に対する法線を決定するこ
とは、比較的簡単な操作である。
同一直線上にはない点をとり、また、そのクロス・プロ
ダクト（cross product）をとることにより、該当のポ
リゴンに対する法線が計算される。これらの点について
のデカルト座標はユーザ・ソフトウエア10によって知ら
れているために、該当の表面に対する法線を決定するこ
とは、比較的簡単な操作である。
ステップ３で決定された法線の座標は、次のステップ４
において、デバイスの座標内にマッピングされる。デバ
イスの座標はデバイスに存在する座標系に関連してお
り、通常は、該デバイスのディスプレイ・スペースを表
すために用いられる。従って、デバイスの座標に対して
マッピングされている計算された法線は、その上にライ
ンが描かれているある特定のポリゴン表面にというより
は、用いられている特定のディスプレイ・システムにお
けるグラフィック・アダプタ、および、ディスプレイさ
れている全体的なシーンに関連しているものである。第
１図に関して前述されたように、デバイスの座標に対す
る法線のマッピングは、ジオメトリ・マイクロコード1
6、および、観察および／または投影マトリクスの逆置
換（inversetranspose）を用いて達成される。
において、デバイスの座標内にマッピングされる。デバ
イスの座標はデバイスに存在する座標系に関連してお
り、通常は、該デバイスのディスプレイ・スペースを表
すために用いられる。従って、デバイスの座標に対して
マッピングされている計算された法線は、その上にライ
ンが描かれているある特定のポリゴン表面にというより
は、用いられている特定のディスプレイ・システムにお
けるグラフィック・アダプタ、および、ディスプレイさ
れている全体的なシーンに関連しているものである。第
１図に関して前述されたように、デバイスの座標に対す
る法線のマッピングは、ジオメトリ・マイクロコード1
6、および、観察および／または投影マトリクスの逆置
換（inversetranspose）を用いて達成される。
次に、ステップ５および5aにおいて、ポリゴンの表面お
よびラインに対応する深度値の間のシフト量またはオフ
セットの計算がなされる。このシフトの計算は次の表現
を用いてなされるが、これは、ポリゴンの表面に対して
計算された法線と、該ポリゴンの表面からディスプレイ
24の観察者またはユーザの目に向かって走るベクトル
（このベクトルは、デバイスの座標においてＺ軸に対し
て平行であるから、計算が相当に簡単化される）との間
の角度の正接である。
よびラインに対応する深度値の間のシフト量またはオフ
セットの計算がなされる。このシフトの計算は次の表現
を用いてなされるが、これは、ポリゴンの表面に対して
計算された法線と、該ポリゴンの表面からディスプレイ
24の観察者またはユーザの目に向かって走るベクトル
（このベクトルは、デバイスの座標においてＺ軸に対し
て平行であるから、計算が相当に簡単化される）との間
の角度の正接である。
上記の正接表現のx,y,z値は、ステップ４において決定
されるように、デバイスの座標の法線を構成する部分で
ある。この計算された表現は同調係数（tuning constan
t）Ｋで乗算（ステップ5a）されて、実際のシフトがも
たらされる。同調係数を用いることの目的は、24ビット
の（２＊＊24の異なる可能性のある値）を有するＺバッ
ファと、スクリーン上の（典型的には、スクリーン表面
に沿ってＸ軸またはＹ軸において、２＊＊11以上の値を
持たない）ピクセルとの間で、分解能または詳細部につ
いての異なるレベルを補償することである。係数Ｋが最
小化するものは、小さすぎるシフト（ポリゴンにより実
質的に適合される“エッジ・オン（edge on）”で示さ
れるライン部分は不可視のことがある）、または、大き
すぎるシフト（ディスプレイされるカラーは、深度キュ
ーイング（cueing）を考慮して僅かにずらせることがで
きる。典型的には、いずれのエラーであっても、裸眼で
は識別されない256個のカラー強度からの１レベルに限
定される）から生じる可能性のある任意のエラーであ
る。
されるように、デバイスの座標の法線を構成する部分で
ある。この計算された表現は同調係数（tuning constan
t）Ｋで乗算（ステップ5a）されて、実際のシフトがも
たらされる。同調係数を用いることの目的は、24ビット
の（２＊＊24の異なる可能性のある値）を有するＺバッ
ファと、スクリーン上の（典型的には、スクリーン表面
に沿ってＸ軸またはＹ軸において、２＊＊11以上の値を
持たない）ピクセルとの間で、分解能または詳細部につ
いての異なるレベルを補償することである。係数Ｋが最
小化するものは、小さすぎるシフト（ポリゴンにより実
質的に適合される“エッジ・オン（edge on）”で示さ
れるライン部分は不可視のことがある）、または、大き
すぎるシフト（ディスプレイされるカラーは、深度キュ
ーイング（cueing）を考慮して僅かにずらせることがで
きる。典型的には、いずれのエラーであっても、裸眼で
は識別されない256個のカラー強度からの１レベルに限
定される）から生じる可能性のある任意のエラーであ
る。
大きすぎるシフトのときには、ポリゴンと非平面上のラ
インとの相互作用において、単一のピクセル・エラーが
生じるということも注意される。この交差においては、
ポリゴンの表面に関する明らかな動きにより、ラインの
僅かに多くのものが可視にされる。その発明に関して
は、4096の同調係数値が用いられて、良好な結果が付与
されることが見出された。この値はフル・スクリーン・
イメージ（full−screen image）上で用いられた。より
小さい領域内でディスプレイされるイメージに対して
は、分解能のレベルにおける不釣り合いがより大きいこ
とから、より大きい同調係数が好適である。24ビットの
Ｚバッファに対する良好な結果を得るべく、広いレンジ
の係数が決定された。従って、この発明の範囲から外れ
ることなく、合理的な結果を生じる任意の同調係数値Ｋ
を用いることができる。
インとの相互作用において、単一のピクセル・エラーが
生じるということも注意される。この交差においては、
ポリゴンの表面に関する明らかな動きにより、ラインの
僅かに多くのものが可視にされる。その発明に関して
は、4096の同調係数値が用いられて、良好な結果が付与
されることが見出された。この値はフル・スクリーン・
イメージ（full−screen image）上で用いられた。より
小さい領域内でディスプレイされるイメージに対して
は、分解能のレベルにおける不釣り合いがより大きいこ
とから、より大きい同調係数が好適である。24ビットの
Ｚバッファに対する良好な結果を得るべく、広いレンジ
の係数が決定された。従って、この発明の範囲から外れ
ることなく、合理的な結果を生じる任意の同調係数値Ｋ
を用いることができる。
ステップ６において、（係数Ｋによって乗算された正接
表現として）計算されたシフトが、ステップ2aでセット
されたＺバッファのレンジの25％よりも大きいかどうか
が決定される。そうであるときには、この発明のプロセ
スによれば、Ｚバッファのレンジを−２＊＊22から（２
＊＊23）−１までセットする（ステップ10）ことによ
り、該Ｚバッファのレンジの25％までのシフトに限定さ
れる。計算されたシフトが25％より小さいか、これに等
しいときには、ステップ７において、ポリゴンに対する
Ｚバッファのレンジが−２＊＊23＋シフトから２＊＊22
＋（シフト−１）までにセットされる。このシフトは、
ポリゴンの表面上に描くことができる任意のラインの深
度値と、該ポリゴンの表面の実効的な深度値との間の差
である。25％より大きいいずれのシフトもＺバッファの
レンジに対して無効の値をもたらすことから、該シフト
値は25％に制限されねばならない。かくして、ポリゴン
の表面はラインよりも大きくＺバッファの深度値を有す
るように強制されていて、先に描かれたラインが常に可
視であること、および、該ポリゴンの表面がこのライン
より深いと常に考えられることが確実にされる。
表現として）計算されたシフトが、ステップ2aでセット
されたＺバッファのレンジの25％よりも大きいかどうか
が決定される。そうであるときには、この発明のプロセ
スによれば、Ｚバッファのレンジを−２＊＊22から（２
＊＊23）−１までセットする（ステップ10）ことによ
り、該Ｚバッファのレンジの25％までのシフトに限定さ
れる。計算されたシフトが25％より小さいか、これに等
しいときには、ステップ７において、ポリゴンに対する
Ｚバッファのレンジが−２＊＊23＋シフトから２＊＊22
＋（シフト−１）までにセットされる。このシフトは、
ポリゴンの表面上に描くことができる任意のラインの深
度値と、該ポリゴンの表面の実効的な深度値との間の差
である。25％より大きいいずれのシフトもＺバッファの
レンジに対して無効の値をもたらすことから、該シフト
値は25％に制限されねばならない。かくして、ポリゴン
の表面はラインよりも大きくＺバッファの深度値を有す
るように強制されていて、先に描かれたラインが常に可
視であること、および、該ポリゴンの表面がこのライン
より深いと常に考えられることが確実にされる。
ステップ８においては、ポリゴンがラインより深いとは
考えられず、また、ラインのピクセルに対応するピクセ
ルを有していないときには、ポリゴンの該当の部分のピ
クセルの描画または塗布がなされる。ここで、ポリゴン
およびラインの双方が描かれていることから、この発明
のプロセスによれば、ステップ９において、処理をすべ
き残りのグラフィックス・プログラムの存否が決定され
る。プログラムが存在するときには、プロセスがステッ
プ２に戻されて、処理を要求しているものはラインまた
はポリゴンのいずれであるかが決定される。処理をすべ
きグラフィックス・プログラムが残っているときには、
プロセスが継続してステップ11に至り、作業が終了す
る。
考えられず、また、ラインのピクセルに対応するピクセ
ルを有していないときには、ポリゴンの該当の部分のピ
クセルの描画または塗布がなされる。ここで、ポリゴン
およびラインの双方が描かれていることから、この発明
のプロセスによれば、ステップ９において、処理をすべ
き残りのグラフィックス・プログラムの存否が決定され
る。プログラムが存在するときには、プロセスがステッ
プ２に戻されて、処理を要求しているものはラインまた
はポリゴンのいずれであるかが決定される。処理をすべ
きグラフィックス・プログラムが残っているときには、
プロセスが継続してステップ11に至り、作業が終了す
る。
第３図を参照すると、一対のポリゴン26、28が、デカル
ト座標系の中で示されている。更に、ポリゴン26の表面
上に存在するものとして、ライン30が示されている。該
ライン30は、ポリゴン26または28のいずれかとコントラ
ストをなすカラーで描くように意図されている。ここ
で、第２図および第３図を参照しながら、この発明の一
例について説明する。まず、簡略化のために、Ｚバッフ
ァは1000（０−999）個の深度値の容量を有するものと
する。ステップ１でプロセスが開始され、ステップ２で
ラインまたはポリゴンが処理されているかどうかが決定
される。そして、次のステップ2aにおいては、スクリー
ンの表面に最も近い全体的な容量（０−749レンジの深
度値）の（この例では）75％まで、Ｚバッファのレンジ
がセットされる。次いで、ステップ2bにおいて、ライン
30がこのレンジに描き込まれる。ステップ３ではデカル
ト座標系における平面（ポリゴン）26に対する法線が計
算され、そして、ステップ４ではこの法線がデバイスの
座標中にマッピングされる。
ト座標系の中で示されている。更に、ポリゴン26の表面
上に存在するものとして、ライン30が示されている。該
ライン30は、ポリゴン26または28のいずれかとコントラ
ストをなすカラーで描くように意図されている。ここ
で、第２図および第３図を参照しながら、この発明の一
例について説明する。まず、簡略化のために、Ｚバッフ
ァは1000（０−999）個の深度値の容量を有するものと
する。ステップ１でプロセスが開始され、ステップ２で
ラインまたはポリゴンが処理されているかどうかが決定
される。そして、次のステップ2aにおいては、スクリー
ンの表面に最も近い全体的な容量（０−749レンジの深
度値）の（この例では）75％まで、Ｚバッファのレンジ
がセットされる。次いで、ステップ2bにおいて、ライン
30がこのレンジに描き込まれる。ステップ３ではデカル
ト座標系における平面（ポリゴン）26に対する法線が計
算され、そして、ステップ４ではこの法線がデバイスの
座標中にマッピングされる。
次いで、ステップ５および5aにおいて、Ｚバッファのシ
フト量が計算される。正接の表現がステップ５で計算さ
れ、そして、係数Ｋによる乗算がステップ5aでなされ
る。その例での目的のために、シフト＝15であるとす
る。ステップ６では、このシフトがＺバッファの容量の
25％よりも大きいかどうかが決定される。それが大きい
ときには、シフトは25％に等しくセットされる（ステッ
プ10）。ただし、この場合においては、15はＺバッファ
のレンジ（1000）の25％よりも小である。従って、プロ
セスはステップ７まで継続され、ここで、ポリゴン26に
対するＺバッファのレンジがセットされる。この例のた
めに、ポリゴンのＺバッファのレンジは０＋15から749
＋15であり、ポリゴン26がどのようにして15から764ま
でのレンジにおけるＺバッファの深度値を常に有してい
るかを認めることができる。これらの値は、Ｚバッファ
の深度値のレンジ（０−749）よりも深いレンジ（15−7
64）内にある。その結果として、ライン30と交差してい
るポリゴン26の部分は、ディスプレイにおいて、より深
いものとして常に観察されており、かくして、r,g,b値
を決定するときには、ラスタ・マイクロコード18によっ
て無視される。ステップ８ではポリゴン26が描かれ、そ
して、ステップ９では任意の他のグラフィックス・プロ
グラムの処理が必要であるかどうかの決定がなされる。
この場合には、プロセスの操作が完了し、この発明のプ
ロセスはステップ11で終了する。
フト量が計算される。正接の表現がステップ５で計算さ
れ、そして、係数Ｋによる乗算がステップ5aでなされ
る。その例での目的のために、シフト＝15であるとす
る。ステップ６では、このシフトがＺバッファの容量の
25％よりも大きいかどうかが決定される。それが大きい
ときには、シフトは25％に等しくセットされる（ステッ
プ10）。ただし、この場合においては、15はＺバッファ
のレンジ（1000）の25％よりも小である。従って、プロ
セスはステップ７まで継続され、ここで、ポリゴン26に
対するＺバッファのレンジがセットされる。この例のた
めに、ポリゴンのＺバッファのレンジは０＋15から749
＋15であり、ポリゴン26がどのようにして15から764ま
でのレンジにおけるＺバッファの深度値を常に有してい
るかを認めることができる。これらの値は、Ｚバッファ
の深度値のレンジ（０−749）よりも深いレンジ（15−7
64）内にある。その結果として、ライン30と交差してい
るポリゴン26の部分は、ディスプレイにおいて、より深
いものとして常に観察されており、かくして、r,g,b値
を決定するときには、ラスタ・マイクロコード18によっ
て無視される。ステップ８ではポリゴン26が描かれ、そ
して、ステップ９では任意の他のグラフィックス・プロ
グラムの処理が必要であるかどうかの決定がなされる。
この場合には、プロセスの操作が完了し、この発明のプ
ロセスはステップ11で終了する。
ある所定の実施例の開示および説明がなされたけれど
も、ここで理解されるべきことは、付記されている特許
請求の範囲から逸脱することなく、多くの変更および修
正ができるということである。
も、ここで理解されるべきことは、付記されている特許
請求の範囲から逸脱することなく、多くの変更および修
正ができるということである。
第１図は、この発明によるＺバッファの調節プロセスを
用いるシステムのブロック図である。 第２図は、この発明のプロセスを表すフローチャート図
である。 第３図は、その表面の上に描かれたラインを有する、デ
カルト座標系におけるポリゴンの描画図である。 10はユーザ・ソフトウエア、 12はサブルーチン・ライブラリ、 16はジオメトリ・マイクロコード、 18はラスタ・マイクロコード、 20はフレーム・バッファ、 22はディスプレイ・マイクロコード／ハードウエア、 24はスクリーン（CRT）。
用いるシステムのブロック図である。 第２図は、この発明のプロセスを表すフローチャート図
である。 第３図は、その表面の上に描かれたラインを有する、デ
カルト座標系におけるポリゴンの描画図である。 10はユーザ・ソフトウエア、 12はサブルーチン・ライブラリ、 16はジオメトリ・マイクロコード、 18はラスタ・マイクロコード、 20はフレーム・バッファ、 22はディスプレイ・マイクロコード／ハードウエア、 24はスクリーン（CRT）。
Claims (8)
- 【請求項１】ポリゴン及びその表面上のラインに関連す
る深度値を記憶するＺバッファとディスプレイとを有す
るコンピュータ・グラフィックス・システムにおいて、
前記ラインを表面上に有する前記ポリゴンを三次元的に
表示する方法であって、 全深度値に対して所定のパーセンテージを有する深度値
のレンジをセットするステップと、 セットされたレンジ内で前記ラインを描くステップと、 前記ポリゴンの表面に対する法線と、前記ディスプレイ
に垂直なベクトルとの間の角度に応じたシフト量だけ、
前記Ｚバッファ内で前記レンジをシフトするステップ
と、 シフトされたレンジ内で前記ラインよりも大きな深度値
を有するポリゴンを描くステップと、 を含む表示方法。 - 【請求項２】前記シフトするステップが、 前記ポリゴンの表面に対する法線を計算するステップ
と、 計算した法線の座標を前記ディスプレイに応じた座標に
マッピングするステップと、 前記シフト量を前記角度の正接の関数として計算するス
テップと、 計算したシフト量が所定の値を越えた場合には該シフト
量を該所定の値に制限するステップと、 前記シフト量を前記レンジ内の角深度値に加算するステ
ップと、 を含む請求項１に記載の表示方法。 - 【請求項３】前記角度の正接に所定の係数を乗じること
によって前記シフト量を計算する、請求項２に記載の表
示方法。 - 【請求項４】前記シフト量を前記Ｚバッファのレンジの
所定のパーセンテージに制限する請求項２に記載の表示
方法。 - 【請求項５】表面上にラインを有するポリゴンを三次元
的に表示するコンピュータ・グラフィックス・システム
であって、 前記ポリゴン及び前記ラインに関連する深度値を記憶す
るＺバッファと、 前記Ｚバッファ内において全深度値に対して所定のパー
センテージを有する深度値のレンジをセットする手段
と、 前記レンジ内で前記ラインを描く手段と、 前記ポリゴンの表面に対する法線と、前記ディスプレイ
に垂直なベクトルとの間の角度に応じたシフト量だけ、
前記Ｚバッファ内で前記レンジをシフトする手段と、 シフトされたレンジ内で前記ラインよりも大きな深度値
を有するポリゴンを描く手段と、 を含むシステム。 - 【請求項６】前記シフトする手段が、 前記ポリゴンの表面に対する法線を計算する手段と 計算した法線の座標を前記ディスプレイに応じた座標に
マッピングする手段と、 前記シフト量を前記角度の正接の関数として計算する手
段と、 計算したシフト量が所定の値を越えた場合には該シフト
量を該所定の値に制限する手段と、 前記シフト量を前記レンジ内の各深度値に加算する手段
と、 を含む請求項５に記載のシステム。 - 【請求項７】前記角度の正接に所定の係数を生じること
によって前記シフト量を計算する、請求項６に記載のシ
ステム。 - 【請求項８】前記シフト量を前記Ｚバッファのレンジの
所定のパーセンテージに制限する請求項６に記載のシス
テム。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US439902 | 1989-11-21 | ||
| US07/439,902 US5245700A (en) | 1989-11-21 | 1989-11-21 | Adjustment of z-buffer values for lines on the surface of a polygon |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03176785A JPH03176785A (ja) | 1991-07-31 |
| JPH07101462B2 true JPH07101462B2 (ja) | 1995-11-01 |
Family
ID=23746607
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2269675A Expired - Fee Related JPH07101462B2 (ja) | 1989-11-21 | 1990-10-09 | コンピュータ・グラフィックス・システムにおける表示方法及び装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5245700A (ja) |
| EP (1) | EP0429285A3 (ja) |
| JP (1) | JPH07101462B2 (ja) |
| KR (1) | KR940007905B1 (ja) |
| CN (1) | CN1039366C (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| JPH07118025B2 (ja) * | 1990-06-29 | 1995-12-18 | インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレイション | コンピュータ・グラフィックス処理方法及びシステム |
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| US5920325A (en) * | 1996-11-20 | 1999-07-06 | International Business Machines Corporation | Prioritization of background display during animation |
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| KR102443203B1 (ko) | 2015-10-27 | 2022-09-15 | 삼성전자주식회사 | 전자 장치 운용 방법 및 이를 지원하는 전자 장치 |
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1989
- 1989-11-21 US US07/439,902 patent/US5245700A/en not_active Expired - Lifetime
-
1990
- 1990-10-09 JP JP2269675A patent/JPH07101462B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1990-10-30 KR KR1019900017467A patent/KR940007905B1/ko not_active IP Right Cessation
- 1990-11-12 CN CN90109079A patent/CN1039366C/zh not_active Expired - Fee Related
- 1990-11-20 EP EP19900312589 patent/EP0429285A3/en not_active Ceased
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR940007905B1 (ko) | 1994-08-27 |
| CN1051255A (zh) | 1991-05-08 |
| EP0429285A3 (en) | 1993-03-24 |
| US5245700A (en) | 1993-09-14 |
| EP0429285A2 (en) | 1991-05-29 |
| KR910010287A (ko) | 1991-06-29 |
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