JPH07254072A - テクスチャマッピング方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】簡単なハードウェア構成で、動画表示におい
て、紋様、材質感、凹凸感を容易に表現可能なテクスチ
ャマッピング方法及び装置を提供する。 【構成】テクスチャメモリ７には、表示物体表面をいく
つかの想定される方向から見た場合の複数のテクスチャ
データ（ＴＸ１〜ＴＸ４）を格納する。ＣＰＵ１からグ
ラフィックプロセサ４にこの表面形状やこの表面を見る
方向，テクスチャメモリ７でのテクスチャなどを指定す
る情報がコマンドとして供給されると、幾何演算器４１
はかかる情報からテクスチャメモリ７の読出し情報を形
成する。三角形発生器４２はこの読出し情報によって表
示物体表面の見る方向に対応したテクスチャデータをテ
クスチャメモリ７から読出し、テクスチャマッピングす
る。テクスチャマッピングされた物体表面の画像はフレ
ームメモリ５に記憶され、モニタ８で表示される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、三次元図形の表示に係
り、特に、紋様や材質感に加えて凹凸感を伴うリアルな
物体表面の表示を比較的小規模のハードウェアで高速に
行なうことができるテクスチャマッピング方法及び装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】特開平３−１３８７７９号公報に記載さ
れるように、従来から計算機支援設計における意匠上の
効果の確認などのためにテクスチャマッピングが用いら
れている。テクスチャマッピングとは、図形を細部まで
精密に定義して表示する代わりに、表示物体の表面を比
較的簡単な近似多面体で近似し、この表示物体の表面に
紋様や材質、凹凸などを表わす画像（これをテクスチャ
あるいはテクスチャマップという）を貼り付る（即ち、
マッピングする）ことにより、表示物体の表面に紋様や
材質感あるいは凹凸感を表わすようにした技術である。

【０００３】この方法では、表示物体を近似多面体で表
わすようにしているが、かかる多角形の表面にテクスチ
ャマッピングする場合には、次のような処理が行なわれ
る。まず、この多角形が光源によって照明されているも
のとして、この多角形の各頂点の輝度を、予め設定され
ている光源の位置と強度、物体の材質（従って、光の反
射係数）及び頂点の法線から計算して求める。また、多
角形内の各画素の輝度は、求められた頂点の輝度値から
補間より求める。このようにして、多角形の各点での輝
度が求められる。

【０００４】一方、テクスチャは濃淡や色によって表わ
される絵柄であって、このようなテクスチャの各点の濃
さや色は数値でもって対応づけられている。この数値を
テクスチャ値という。また、テクスチャはテクスチャ座
標系と称する座標系上で定義されており、テクスチャ内
の各位置はこのテクスチャ座標系での座標位置と一対一
に対応している。そして、このテクスチャ座標系での座
標位置には、この座標位置に対応するテクスチャの位置
での濃さや色の数値、即ち、テクスチャ値が記憶されて
いる。かかるテクスチャ値は、テクスチャデータとし
て、アドレスがテクスチャ座標系での座標位置に対応さ
せたメモリに格納される。このようにして、各種のテク
スチャをメモリに格納することができる。

【０００５】多角形の表面にテクスチャをマッピングす
るためには、まず、多角形の各頂点に対して、マッピン
グすべきテクスチャのテクスチャ座標系での座標位置が
設定される。つまり、テクスチャ座標系でのどの座標位
置を多角形の頂点に対応させるか決める。このように、
多角形の各頂点に対するテクスチャ座標系の座標位置が
決まると、多角形内の各画素に対するテクスチャ座標系
での座標位置が上記の求められた頂点の座標位置から補
間によって求められる。そして、このようにして得られ
た多角形の頂点を含む各点の座標位置を用いてメモリか
らテクスチャデータがアクセスされ、テクスチャデータ
は上記のようにして得られた対応する輝度値と混合され
てフレームメモリに書き込まれる。かかるフレームメモ
リのデータによってテクスチャマッピングされた多角形
が表示されることになる。

【０００６】また、特に物体の凹凸感を表現するため
に、従来、例えば白田耕作監訳 「最新３次元コンピュ
ータグラフィックス」（１９９１年 アスキー出版局
刊）ｐｐ．１４３〜１４６に記載されるように、本来の
物体表面の微小な凹凸に応じて近似多面体上の各部の法
線に方向の変化を与え、かかる法線に応じた輝度を求め
て表示するバンプマッピングが提案されている。

【０００７】さらに、意匠上の効果のため、金属等の表
面に規則的に細かなキズをつけ、見る方向により、輝き
が異なるように加工した物、例えばステレオセットのつ
まみなどがある。この表示を行うため下記方法が考案さ
れている。すなわち、見る方向により光の反射率および
屈折率が変化することを考慮し、見る方向により前記反
射率および屈折率の値を変更して表示するものである。
この方法をテクスチャマッピングに適用した方法、すな
わち、テクスチャデータの各画素毎に、上記変更のしか
たを指定し、この指定に従ってテクスチャデータの各画
素の値に変更を加えてマッピングを行い、表示する方法
が特開昭６３−２１３０７９号公報に開示されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、特開平３−
１３８７７９号公報に開示されている最も一般的なテク
スチャマッピングでは、図形の表面の細部の紋様や材質
感を表現することができ、静止した図形の表示の場合、
ある程度の凹凸感を得ることができる。しかし、動く物
体の表示や、静止した物体でも見る方向を変えるような
表示、即ち、動画表示を行なう場合においては、近似多
面体の表面に、即ち、平面上にテクスチャアマッピング
するため、その面の向きが変わっても、輝度計算によ
り、輝度が均一に変化する以外には、本来の物体に存在
する微小な凹凸による輝度の変化は起こらず、平板な表
現となってしまう。

【０００９】また、動画表示でバンプマッピングを適用
するためには、表面の向きが変化する毎に微細な部分の
輝度が法線の変化に応じて不均一に変化するようにしな
ければ、凹凸感が表現できない。しかし、このようにす
るためには、画素毎に輝度計算を行なう必要があり、現
在の通常のハードウェアでは、処理に時間がかかりすぎ
て動画表示を行なうことは非常に困難である。

【００１０】特開昭６３−２１３０７９号公報に開示さ
れているテクスチャデータの異方性を考慮する方法は、
ミクロな凹凸によって、見る方向で見え方が変化するこ
とについては対応可能である。しかし、比較的大きな凹
凸で、物体表面の紋様自体が変化する場合には対応でき
ないため、凹凸感を表現することは難しく、質感表現の
範囲にとどまる。上記のテクスチャマッピングやバンプ
マッピングについて、ドライビングシミュレータを例に
挙げて更に説明する。

【００１１】ドライビングシミュレータは運転操作の訓
練等に用いられるものである。図１２に示されるような
表示装置８のスクリーン８０上に表示される景観（物体
３０を含む）を見ながら操作者が模擬的な運転操作機構
を操作すると、その操作に応じてスクリーン上の景観が
変化し、あたかも操作者が実際に自動車を運転している
かのような感覚を操作者に与えるものである。

【００１２】図１３は、自動車２０が物体３０の脇を通
り過ぎる場合を示している。自動車２０が位置Ｐ１から
位置Ｐ４まで移動するとき、運転者から見える物体３０
の外観はその位置に応じて変化するはずである。したが
って、自動車２０の位置に応じて図１２のスクリーン８
０上に表示される物体３０の部分の紋様を変化させれ
ば、ドライビングシミュレータを操作している操作者
は、より高い現実感を持つことができる。

【００１３】ところで、物体３０としては、例えば、ビ
ルディングの並びあるいはビルディングの壁面が考えら
れる。これらの表面には、図１３に示したように凹凸が
存在することが多い。ドライビングシミュレータの操作
者の操作に応じて、スクリーン８０上でこれらの凹凸が
変化することが望ましい。しかしながら、このような場
合、物体３０を高速に表示するため、１つの矩形に対し
て、ビルディングの並びあるいはビルディングの壁面を
表現する紋様をマッピングすることが多い。そのため、
上述したテクスチャマッピングは、静止した図形の表示
では凹凸感の表現に有効であるが、このような動画表示
の場合には、平板な表現しか得られない。

【００１４】また、これを補うために、上述したバンプ
マッピングが提案されているが、これは通常のハードウ
ェアでは処理に時間がかかりすぎ、満足できる現実感の
ある動画表示を得るには大規模なハードウェアを必要と
する。本発明の目的は、簡単なハードウェア構成で、動
画表示においても、紋様や材質感とともに凹凸感を容易
に表現することを可能にするテクスチャマッピング方法
及び装置を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】人間が凹凸感を感ずる１
つの大きな要素としては、物体が移動したり、物体に対
する視点が移動した場合、物体の表面の細部の紋樣が変
化したり、輝度が変化することによるものと考えられ
る。ここで、図２により、凹凸感と視点位置あるいは物
体の移動との関係をより具体的に説明する。図２（ａ）
は凹凸がある面を示すものであって、１００，１０１は
表面が平坦で等幅、当間隔で配置された凸部である。こ
こでは、これら凸面１００，１０１を明確に示すため
に、この面を若干左上方から見たものとしている。な
お、この面は正面から照明されているものとする。

【００１６】この面と光源との位置関係を固定として、
この面を左上方の方向Ｄ１からみると、図２（ｂ）に示
すように、凸部１００，１０１のあまり光が当らない左
側面１００ａ，１０１ａが見え、コーナを表わす縦方向
に延びた線分の間隔は等間隔ではない紋様になる。一
方、この面を正面上方の方向Ｄ２からみると、図２
（ｃ）に示すように、縦方向に等間隔の線分が並んでい
るように見える。また、この面を右上方の方向Ｄ３から
みると、図２（ｄ）に示すように、凸部１００，１０１
の右側面１００ｂ，１０１ｂが見え、縦方向の線分は等
間隔ではない。このように、物体に対して視点位置が変
わる毎に、凹凸に応じて紋様が変化する。これが、凹凸
感を生む要素の１つと考えられる。

【００１７】そこで、上記目的を達成するために、本発
明は、かかる考察に基づき、次のようにして動画可能な
凹凸感表示を実現するものである。即ち、テクスチャデ
ータの基になる実際の物体の表面、あるいはコンピュー
タグラフィックスなどで作成した物体表面を見る方向を
予めいくつか想定し、その方向毎に異なるテクスチャデ
ータを設け、物体の表示時に、この物体の表面を見る方
向に対応したテクスチャデータを１つ選択してマッピン
グする。

【００１８】さらに、テクスチャデータの選択処理時に
おいて、物体の表面を実際に見る方向が予め想定した方
向（以下、これを想定方向という）と一致しない場合に
は、これに近い複数個の想定方向に対するテクスチャデ
ータを選択し、これら選択されたテクスチャデータを実
際に見る方向とこれら想定方向との偏差から補間処理を
行ない、これによって得られたデータを実際に見る方向
に対するテクスチャデータとして、表示される物体表面
にマッピングしてもよい。

【００１９】

【作用】上記のようにテクスチャマッピングを施すこと
により、バンプマッピングを用いなくても、視点や表示
図形が移動すると、それに応じてテクスチャデータが変
化し、凹凸によるのと同じような紋様や輝度の変化を生
じて凹凸感を得ることができる。さらに、複数あるテク
スチャの内から１つのテクスチャを選択するだけなの
で、この処理はほとんど通常のテクスチャマッピングの
処理と同等の時間で行なうことができる。

【００２０】また、視点の移動や表示図形の移動によ
り、実際に見る方向に厳密に該当するテクスチャデータ
がない場合でも、これに近い複数の想定方向に対するテ
クスチャデータを補間処理してこの実際に見る方向に対
するテクスチャデータを得る。こうすれば、視線方向の
変化により、マッピングする該当テクスチャが切り替わ
り、急激に紋様、材質感、凹凸感が変化することはな
く、自然な画像表示が可能となる。

【００２１】

【実施例】以下、ドライビングシミュレータにおける本
発明になるテクスチャマッピング表示を例にとり、本発
明の実施例を図面を用いて説明する。図１は本発明によ
るテクスチャマッピング方法及び装置の一実施例を示す
ブロック図であって、１はＣＰＵ（中央処理ユニッ
ト）、２は主メモリ、３はシステムバス、４はグラフィ
ックプロセサ、４１は幾何演算器、４２は三角形発生
器、５はフレームメモリ、６はＺバッファ、７はテクス
チャメモリ、８はモニタ、２２は入力装置である。

【００２２】同図において、ＣＰＵ１は、操作者（図示
しない）によって操作される入力装置２２からの入力に
応じたテクスチャマッピングを施した三次元図形表示の
ために、図形データの管理やグラフィックプロセサ４の
起動などシステム全体の制御を行なう。主メモリ２は、
図形データを記憶するほか、表示制御のためのプログラ
ムを保持する。ＣＰＵ１とグラフィックプロセサ４とは
システムバス３を介して接続されている。グラフィック
プロセサ４はＣＰＵ１からの描画コマンドにより表示処
理を実行するものであって、座標変換など幾何演算処理
を行なう幾何演算器４１とフレームメモリ５上にテクス
チャマッピングされた三角形を描画する三角形発生器４
２とから構成されている。

【００２３】フレームメモリ５上に作成された物体の画
像がモニタ８に送られて表示される。Ｚバッファ６は、
画面上他の図形によって隠される部分の表示を抑止する
隠面消去のために用いられる。テクスチャメモリ７に
は、表示物体の表面を予め想定された各方向（即ち、想
定方向）から見た場合のこれら各方向毎のテクスチャデ
ータが記憶されている。入力装置２２は、ドライビング
シミュレータに対する操作者の操作、すなわち、模擬的
なハンドル、ブレーキおよびアクセル操作をＣＰＵ１が
解読可能なデータに変換して、ＣＰＵ１あるいは主メモ
リ２に送り込む。

【００２４】ここで、ＣＰＵ１からグラフィックプロセ
サ４に送られる三角形定義情報についての一般的な説明
を図３〜図５により行う。

【００２５】図３は三角形の定義の方法を示すものであ
って、三角形は、一般に、図形を定義する座標系である
モデリング座標系上において、各頂点の座標値（ｘj，
ｙj，ｚj）、各頂点での法線（ｎxj，ｎyj，ｎzj）、テ
クスチャ座標系での各頂点の座標値（ｓj，ｔj）、面法
線ベクトルＮ及びテクスチャアップベクトルＵで定義さ
れる。但し、上記ｊは１，２，３のいずれかである。こ
こで、三角形の各頂点Ｖ1，Ｖ2，Ｖ3は夫々、図示する
ように、モデリング座標系上において、 Ｖ1（ｘ1，ｙ1，ｚ1，ｎx1，ｎy1，ｎz1，ｓ1，ｔ1） Ｖ2（ｘ2，ｙ2，ｚ2，ｎx2，ｎy2，ｎz2，ｓ2，ｔ2） Ｖ3（ｘ3，ｙ3，ｚ3，ｎx3，ｎy3，ｎz3，ｓ3，ｔ3） と表わされ、これに面法線ベクトルＮ及びテクスチャア
ップベクトルＵが設定されて三角形が定義される。ここ
で、テクスチャアップベクトルＵは、マッピングされる
テクスチャの上の方向を表わすベクトルである。なお、
面法線ベクトルＮは三角形の各頂点から、テクスチャア
ップベクトルＵは頂点の座標およびテクスチャ座標から
算出することもできる。

【００２６】図４はテクスチャ座標系を示すものであ
る。ここでは市松模様のテクスチャの例を示している。
図３に示した三角形にかかるテクスチャをマッピングす
る場合のテクスチャに対する三角形の位置関係も示して
いる。テクスチャ座標系は直交するｓ，ｔ座標軸の２次
元座標系であり、このテクスチャ座標系でのテクスチャ
の定義域は、０≦ｓ≦１．０，０≦ｔ≦１．０であっ
て、正規化された２次元空間である。

【００２７】テクスチャ座標系での三角形の位置は、図
３で説明したこの三角形の各頂点のテクスチャ座標系で
の座標値（ｓj，ｔj）で決まり（ここで、ｓjはｓ座標
軸方向の値、ｔjはｔ座標軸方向の値であって、０≦ｓj
及びｔj≦１．０）、三角形の各頂点の座標値Ｖ1（ｓ
1，ｔ1），Ｖ2（ｓ2，ｔ2），Ｖ3（ｓ3，ｔ3）によっ
て、図４に示すように、テクスチャ座標系での三角形の
位置が決まる。換言すると、この三角形には、その範囲
内の市松模様のテクスチャがマッピングされることにな
る。なお、この三角形のテクスチャアップベクトルＵの
方向は、テクスチャ座標系のｔ座標軸の方向に一致す
る。

【００２８】なお、ここでは、対象の表示図形を三角形
とするが、一般に、表示物体は近似多面体で表現され、
多角形は三角形に分割することが可能であるから、三角
形に限定して説明しても一般性は失わない。表示図形が
多角形の場合には、前処理としてこれを三角形に分割
し、夫々の三角形について同様の処理を行なえばよい。
また、テクスチャマッピング表示処理を実行するために
は、表示物体の表面の材質の情報（即ち、光の反射係数
や透明度などの属性情報）や使用テクスチャデータが必
要となるが、これは既に指定されているものとする。

【００２９】図５（ａ）から図５（ｄ）は図２に示した
凹凸がある物体３０を図１３の自動車２０の位置Ｐ１〜
Ｐ４から見たときの物体表面の紋様を示すものである。
図５（ａ）から図５（ｄ）での上部は物体表面の横断面
図であり、下部はこの物体表面を水平面上にある中抜き
矢印の方向から見たときの、それぞれのテクスチャＴＸ
１〜ＴＸ４を示している。

【００３０】図５（ａ）は自動車の位置Ｐ１から運転者
が見た場合、すなわち、物体３０の表面を左方約４５度
の方向から見た場合のテクスチャデータＴＸ１を示し、
２つの凸部１００，１０１の左側の側面１００ａ，１０
１ａがハッチングして示すように他の部分と異なって見
えることになる。図５（ｂ）は自動車位置Ｐ２から見た
場合、すなわち、同じ物体３０の表面を左方約２５度の
方向から見た場合のテクスチャデータＴＸ２を示し、こ
の場合も、図５（ａ）に比べて少ないが、２つの凸部１
００，１０１の左側の側面１００ａ，１０１ａがハッチ
ングして示すように他の部分と異なって見えることにな
る。

【００３１】図５（ｃ）は自動車位置Ｐ３から見た場
合、すなわち、同じ物体３０の表面を正面から見た場合
のテクスチャデータＴＸ３を示し、２つの凸部１００，
１０１の側面は見えない。図５（ｄ）は自動車位置Ｐ４
から見た場合、すなわち、同じ物体３０の表面を右方約
２５度の方向から見た場合のテクスチャデータＴＸ４を
示し、２つの凸部１００，１０１の右側の側面１００
ｂ，１０１ｂがハッチングして示すように他の部分と異
なって見えることになる。このように、同じ物体表面で
あっても、視線の方向が変化するとともにテクスチャも
変化する。

【００３２】さて、図３に示した三角形定義情報は、図
１において、描画コマンドの形でＣＰＵ１からグラフィ
ックプロセサ４に送られる。グラフィックプロセサ４で
は、幾何演算器４１において、図６に示す処理が行なわ
れる。即ち、まず、三角形の頂点の座標、法線ベクト
ル、面法線ベクトルＮ及びテクスチャアップベクトルＵ
を視点座標系に変換し（ステップ２００）、表示範囲外
の図形を切り取るクリッピングを行なう（ステップ２０
１）。次に、光源の位置と強度、三角形の頂点の法線及
び表示物体の表面の光の反射係数により、各頂点の輝度
（即ち、シェーディング輝度）Ｒj，Ｇj，Ｂjを計算す
る（ステップ２０２）。なお、この輝度計算は、三次元
グラフィックスでは一般に行われている事項であり、本
発明に直接関係しないので詳細な説明は省略する。

【００３３】次に、対象となるこの三角形を見る方向
（視線の方向）に適したテクスチャデータをテクスチャ
メモリ７から選択する（ステップ２０３）。この選択処
理の詳細を図７（ａ）および図７（ｂ）を用いて説明す
る。なお、説明を理解しやすくするため、図５（ａ）〜
図５（ｄ）に示すテクスチャデータＴＸ１〜ＴＸ４の１
つが丸ごと選択され物体３０の表面、すなわち、１つの
矩形にマッピングされるものとする。

【００３４】図７（ａ）において、テクスチャデータ管
理テーブル１０には、予め想定された方向から見たテク
スチャデータＴＸ１〜ＴＸ４のテクスチャメモリ７上で
の格納位置を示すデータが保持管理されている。図７
（ｂ）に示すように、テクスチャメモリ７の格納領域は
Ｓ，Ｔ座標系で表わされる。テクスチャデータＴＸ１〜
ＴＸ４の各々は、このＳ，Ｔ座標系内における、各テク
スチャデータの左下隅の座標（Ｓo，Ｔo）とその大きさ
（ΔＳ，ΔＴ）を格納領域位置を示すデータとして、テ
クスチャデータ管理テーブル１０内の該当行に格納され
ている。

【００３５】但し、かかる領域は、実際には、テクスチ
ャメモリ７内のアドレスの範囲を表わしている。ここで
は、４種類のテクスチャデータＴＸ１〜ＴＸ４がテクス
チャメモリ７内に格納されている。図７（ａ）における
テクチャデータ管理テーブル１０において、例えば、テ
クスチャデータＴＸ１の場合は、Ｓo，Ｔo，ΔＳおよび
ΔＴの値として，それぞれ、０、Ｔm，ＳmおよびＴmが
保持管理されている。

【００３６】また、テクスチャメモリ７には、一種類の
物体３０の表面を様々な方向からみた紋様を表わすテク
スチャＴＸ１〜ＴＸ４のみが記憶されていると仮定して
いる。しかし、他の紋様のテクスチャデータを記憶して
おいてもよいことは当然である。

【００３７】かかるテクチャデータ管理テーブル１０で
のデータは、図７（ａ）に示すようなレジスタ内のディ
スプレスメント１１によりアクセスすることができる。
このディスプレスメント１１は視点座標系に変換された
面法線Ｎを８ビットの精度で表現した情報Ｎxであっ
て、テクスチャデータ管理テーブル１０には、このディ
スプレスメント１１の値をアドレスとして、各アドレス
にディスプレスメント１１の値に対応する上記のデータ
（Ｓo，Ｔo，ΔＳ，ΔＴ）が保持管理されている。従っ
て、このディスプレイスメント１１でもってテクスチャ
データ管理テーブル１０をアクセスすればよい。

【００３８】この例では、ディスプレイスメント１１は
“０１０１１０１０”、すなわち、自動車位置Ｐ１での
面法線のｘ成分Ｎxであって、この値により、ポインタ
テーブル１２を参照して、テクスチャデータ管理テーブ
ル１０のエントリ番号（ＥＰＴ）、すなわち２を得る。
これから、ＥＰＴが２の場合に対応するテクスチャデー
タＴＸ１の位置、すなわち、（Ｓo，Ｔo，ΔＳ，ΔＴ）
の値（０，Ｔm，Ｓm，Ｔm）が得られる。ここで、Ｓmは
テクスチャメモリ７内のデータの仮想領域の横方向、す
なわち、Ｓ軸方向の長さの半分を、Ｔmは同じく縦方
向、すなわち、Ｔ軸方向の長さの半分の値を示す。

【００３９】このようにして、物体３０の表面を構成す
る各三角形の面の向き（即ち、視線の方向）も含めて、
テクスチャメモリ７から所定のテクスチャデータ（ここ
ではＴＸ１）を読み出すことができる。

【００４０】図６のステップ２０３では、さらに、テク
スチャデータ管理テーブル１０から得られた（Ｓo，Ｔ
o，ΔＳ，ΔＴ）の値からテクスチャメモリ７のＳ，Ｔ
座標系での三角形の各頂点の座標位置を計算する。い
ま、ｊ番目（但し、ｊ＝１，２，３）の頂点の０から
１．０に正規化されたテクスチャ座標系（ｓ，ｔ）での
座標位置を（ｓj，ｔj）とすると、テクスチャメモリ７
上での座標系であるＳ，Ｔ座標系でのこの頂点の座標位
置（Ｓj，Ｔj）は、 Ｓj＝Ｓo＋ｓj＊ΔＳ ………（１） Ｔj＝Ｔo＋ｔj＊ΔＴ ………（２） で表わされる。但し、＊は乗算を示すものである。この
ようにして、テクスチャメモリ７のＳ，Ｔ座標系におい
て、テクスチャに対する三角形の位置関係が決まる。

【００４１】次に、図６において、上記三角形の各頂点
の座標位置をモニタ８（図１）の画面に対応した座標系
であるデバイス座標系の座標位置（Ｘj，Ｙj，Ｚj）に
変換し、三角形のかかる頂点の座標位置（Ｘj，Ｙj，Ｚ
j）、テクスチャメモリ７のＳ，Ｔ座標系での座標位置
（Ｓj，Ｔj）及び先に求めた輝度（Ｒj，Ｇj，Ｂj）を
三角形発生器４２（図１）に送り、三角形を描画させる
（ステップ２０４）。なお、以上の処理を行なう幾何演
算器４１としては、マイクロプロセサやメモリ、浮動小
数点演算器、これらを制御するソフトウェアでもって構
成することができる。

【００４２】図１における三角形発生器４２は、幾何演
算器４１からの上記パラメータを取り込み、フレームメ
モリ５上にテクスチャマッピングされた三角形を描画す
る。ここで、図８により、三角形発生器４２の一具体例
について説明する。但し、同図において、４２ａは座標
・輝度発生部４２ａ、４２ｂは輝度合成部、４２ｃはフ
レームメモリ書込部である。

【００４３】座標・輝度発生部４２ａでは、幾何演算器
４１から供給される三角形の各頂点のデバイス座標系で
の座標位置（Ｘj，Ｙj，Ｚj）、テクスチャメモリ７の
Ｓ，Ｔ座標系での座標位置（Ｓj，Ｔj）及び輝度（Ｒ
j，Ｇj，Ｂj）が補間処理されることにより、この三角
形内部の各画素のデバイス座標系での座標位置（Ｘp，
Ｙp，Ｚp）、Ｓ，Ｔ座標系での座標位置（Ｓp，Ｔp）及
びシェーディング輝度（Ｒsp，Ｇsp，Ｂsp）が順次生成
される（但し、これらの座標位置やシェーディング輝度
は、三角形の各頂点のものも含む）。座標位置（Ｘp，
Ｙp，Ｚp）はフレームメモリ書込部４２ｃに、座標位置
（Ｓp，Ｔp）はテクスチャメモリ７（図１）に、シェー
ディング輝度（Ｒsp，Ｇsp，Ｂsp）は輝度合成部４２ｂ
に夫々送られる。

【００４４】座標・輝度発生部４２ａからの上記の座標
位置（Ｓp，Ｔp）により、テクスチャメモリ７からテク
スチャ輝度（Ｒtp，Ｇtp，Ｂtp）が読み出され、輝度合
成部４２ｂに供給される。この輝度合成部４２ｂでは、
シェーディング輝度（Ｒsp，Ｇsp，Ｂsp）とテクスチャ
輝度（Ｒtp，Ｇtp，Ｂtp）とが下記の式で示されるよう
に合成され、画素の輝度（Ｒp，Ｇp，Ｂp）が得られ
る。

【００４５】 Ｒp＝Ｒsp＊Ｒtp ………（３） Ｇp＝Ｇsp＊Ｇtp ………（４） Ｂp＝Ｂsp＊Ｂtp ………（５） このようにして得られた輝度（Ｒp，Ｇp，Ｂp）は、フ
レームメモリ書込部４２ｃに送られる。

【００４６】フレームメモリ書込部４２ｃでは、座標・
輝度発生部４２ａから順次の画素のデバイス座標系での
座標位置（Ｘp，Ｙp，Ｚp）が供給されるとともに、供
給された座標位置（Ｘp，Ｙp，Ｚp）の画素に対する輝
度（Ｒp，Ｇp，Ｂp）が輝度合成部４２ｂから供給さ
れ、この画素に対してＺバッファ６（図１）に記憶され
ているＺ値と座標・輝度発生部４２ａより送られたＺｐ
値とを比較し、処理中の画素の方が視点側、即ち、手前
にある場合には、供給された上記の輝度（Ｒp，Ｇp，Ｂ
p）をフレームメモリ５（図１）に書き込み、Ｚバッフ
ァ６のＺ値をこのＺp値に更新する。処理中の画素の方
が奥側の場合、これらの処理は行なわない。これによ
り、他の図形によって隠れる部分が表示されないように
する。

【００４７】なお、座標・輝度発生部４２ａの処理の詳
細、即ち、三角形の内部画素の座標位置を頂点の座標位
置からの補間処理によって得る方法については、フォー
リ著、“コンピュータグラフィックス：プリンシパル
アンド プラクティス 第２版”、アディソン−ウェス
リ パブリッシング カンパニ インク刊、１９９０年
、第１８章第７節（Foley, "Computer Graphics :
Principles and Practice second edition" Add
ison- Wesley Publishing Company Inc発行（199
0）, Chapter 18.7 )に開示されている。

【００４８】このようにして、図１２に示すようにモニ
タ８のスクリーン８０上には、４５度左斜めから見た紋
様、すなわち、テクスチャデータＴＸ１の表示が得られ
る。ここで注意しておきたいのは、モニタ８上の物体３
０は平板状の領域であって、この上にマッピングしたテ
クスチャの紋様によって凹凸感を出していることであ
る。

【００４９】ところで、以上の説明では、テクスチャメ
モリ７からは、予め準備されているテクスチャデータの
うちで視点方向に最も近い想定方向に対するテクスチャ
データが選択される。しかし、このようにすると、視点
の移動や物体移動により、あるテクスチャデータから他
のテクスチャデータに急激に切り替わることになり、テ
クスチャ輝度に不連続な部分が生じて不自然な表示画像
が発生する。

【００５０】これを防止するためには、視点の方向に最
も近い複数個の想定方向に対するテスクチャデータを選
択し、これらテクスチャデータを視点方向とこれら複数
の想定方向との偏差に応じて補間処理し、視点方向に対
するテクスチャデータを求めるようにすればよい。これ
により、表示物体の表面での輝度が連続したものとな
り、良好な表示画像が得られる。以下、このための処理
について説明する。

【００５１】いま、視点方向に最も近い２つの想定方向
に対するテクスチャデータのテクスチャ輝度を（Ｒｔ
1，Ｇｔ1，Ｂｔ1）、（Ｒｔ2，Ｇｔ2，Ｂｔ2）とし、こ
れら２つの想定方向の角度差に対するこれら２つの想定
方向のうちの一方と視点方向の角度差との比を補間係数
をαとすると、視点方向に対するテクスチャデータのテ
クスチュア輝度（Ｒｔ，Ｇｔ，Ｂｔ）は、 Ｒｔ＝αＲｔ1＋（１ーα）Ｒｔ2 ………（６） Ｇｔ＝αＧｔ1＋（１ーα）Ｇｔ2 ………（７） Ｂｔ＝αＢｔ1＋（１ーα）Ｂｔ2 ………（８） として求められる。

【００５２】このようすると、視点や表示物体が移動し
た場合、表示物体の表面上の紋様が急激に変化すること
はない。これらの処理は、グラフィックプロセサ４の幾
何演算器４１と三角形発生器４２の処理の一部を変更す
ることによって可能である。以下、この処理について説
明する。

【００５３】幾何演算器４１は、図６におけるステップ
２０３において、視点方向に最も近い想定方向に対する
複数個のテクスチャデータを求めるのであるが、これ
は、図９に示すように、図７に示した方法にポインタテ
ーブル１２に、ディスプレスメント１１に対応する最も
近い２つのテクスチャデータを示すポインタと補間係数
αとを保持することにより実現する。即ち、まず、ディ
スプレスメント１１でポインタテーブル１２をアクセス
し、ディスプレスメント１１で設定されている視点の方
向に最も近い２つの想定方向に対するテクスチャデータ
管理テーブル１０のエントリへのポインタＰ１，Ｐ２と
補間係数αとを求める。このポインタＰ１，Ｐ２によっ
てテクスチャデータ管理テーブル１０のアクセスが行な
われ、視点の方向に最も近いこれら２つの想定方向夫々
に対するテクスチャデータが得られる。

【００５４】図９の８ビットで表現されるディスプレイ
スメント１１が”０１００１０００”、すなわち、図１
３に示した自動車位置Ｐ１とＰ２との中間の場合、ポイ
ンタテーブル１２からテクスチャデータ管理テーブル１
０のエントリ番号（この場合“３”と“２”）と補間係
数α（この場合“０．５”）とが得られる。さらに、テ
クスチャデータ管理テーブル１０から２つのテクスチャ
データ（この場合ＴＸ１とＴＸ２）が選択されることに
なる。これらテクスチャデータから、上記のように、テ
クスチャメモリ７のＳ，Ｔ座標系での座標位置（Ｓ１，
Ｔ１）及び（Ｓ２，Ｔ２）を求めることができる。

【００５５】１つの三角形の頂点のデバイス座標系での
座標位置、シェーディング輝度に加えて、上記処理で求
めた２組のＳ，Ｔ座標系での座標位置と補間係数αが三
角形発生器４２に送られる。図６のステップ２０４で
は、三角形発生器４２により、次のような処理が行なわ
れる。

【００５６】即ち、図８において、座標・輝度発生部４
２ａは、供給された上記のパラメータから、１つの三角
形に対して、三角形内部の各画素のデバイス座標系での
座標位置、Ｓ，Ｔ座標系での座標位置、シェーディング
輝度を生成し、デバイス座標系での座標位置をフレーム
メモリ書込み部４２ｃに、Ｓ，Ｔ座標系での座標位置を
テクスチャメモリ７（図１）に、シェーディング輝度と
補間係数αを輝度合成部４２ｂに夫々供給する。輝度合
成部４２ｂでは、Ｓ，Ｔ座標系での座標位置によってテ
クスチャメモリ７から読み出される２組のテクスチャ輝
度を取り込み、これら２組のテクスチャ輝度と補間係数
αとで上記の式（６）〜（８）の補間処理演算を行なっ
て視線方向に対するテクスチャデータのテクスチャ輝度
を求める。

【００５７】こうして得られたテクスチャ輝度は、上記
の式（３）〜（５）に従ってシェーディング輝度と合成
され、以下、先に説明したように処理される。このよう
にして、図１０に示したように、テクスチャデータＴＸ
１とテクスチャデータＴＸ２とを合成し、合成されたテ
クスチャデータＴＸｉをマッピングしても、近似的な表
示を得ることができる。これによると、凸部の側面の部
分が、テクスチャデータＴＸ２での凸部のハッチングで
示す側面部分の外側に、テクスチャデータＴＸ１で広く
なっている部分が輝度が弱められて描かれ、本来の凸部
の側面部分の幅のように見えることになる。

【００５８】いま、図１３で示した視点位置の変化は、
視点座標系での表示物体の面法線のＸ成分のみで表現可
能であり、従って、ディスプレイスメント１１として、
面法線のＸ成分を用いた。視点位置の変化の方向が特定
出来ない場合は、図１１（ａ）に示すように、ディスプ
レイスメント１１として、面法線Ｎおよびテクスチャア
ップベクトルＵのＸＹＺ成分を所定の精度のビット数で
表現したものとし、ポインタテーブル１２にて、テクス
チャデータ管理テーブル１０のエントリ番号ＥＰＴに変
換するようにすればよい。また、図１１（ｂ）に示した
ように、横Ｓmax、縦Ｔmaxの大きさのテクスチャメモリ
７上においてテクスチャデータは左下隅の位置（Ｓi，
Ｔi）と横および縦の長さ（ΔＳi，ΔＴi）を指定する
ことにより、先に述べた４種類のテクスチャデータだけ
でなく、これ以上の種類のテクスチャデータを保持する
ことが出来る。

【００５９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
表示物体の表面の向きにより、その向きに該当するテク
スチャデータを従来方法でマッピングするだけですむ。
そのため、簡単なハードウェアを用いても従来のテクス
チャマッピングとほぼ同等の処理時間で処理することが
できる。このために、動画表示時、表示物体の微細な部
分の輝度が変化し、凹凸感を表現することができる。

【００６０】さらに、視線方向に最も近い複数の想定方
向に対するテクスチャデータを補間処理によって得て、
その値をマッピングすることができる。したがって、視
点や表示物体が移動した場合でも、自然に滑らかに紋様
が変化し、急激に紋様が変わることはない。自然な動画
表示が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるテクスチャマッピング方法及び装
置の一実施例を示すブロック図である。

【図２】凹凸面の視点位置の変化による見え方の変化の
例を示す図である。

【図３】三角形の定義方法の説明図である。

【図４】テクスチャ座標系での三角形の位置を説明する
ための図である。

【図５】テクスチャデータの一例を示す図である。

【図６】図１における幾何演算器の処理動作を示すフロ
ーチャートである。

【図７】図６におけるステップ２０３の処理を説明する
ための図である。

【図８】図１における三角形発生器の一具体例を示すブ
ロック図である。

【図９】補間処理を行なう場合の図６におけるステップ
２０３の処理を説明するための図である。

【図１０】テクスチャデータの補間の一具体例を示す図
である。

【図１１】視点方向が複雑に変化する場合の図６のステ
ップ２０３の処理を説明するための図である。

【図１２】ドライビングシミュレータの表示画面の例を
示す図である。

【図１３】視線方向の変化に応じた物体の表面の変化を
説明するための図。

【符号の説明】

１…ＣＰＵ、２…主メモリ、３…システムバス、４…グ
ラフィックプロセサ、５…フレームメモリ、６…Ｚバッ
ファ、７…テクスチャメモリ、８…モニタ、２２…入力
装置、１０…テクスチャデータ管理テーブル、１１…デ
ィスプレイスメント、１２…ポインタテーブル、４２ａ
…座標・輝度発生部、４２ｂ…輝度合成部、４２ｃ…フ
レームメモリ書込部。

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】表示されるべき物体の表面に関する形状の
   幾何学的情報および該表面の模様を指定するテクスチャ
   データと、表示される状況を設定するために仮想的に与
   えられる該物体に対する視点の情報とをもとに座標変換
   を施し、該テクスチャデータを表示されるべき該表面に
   マッピングすることにより、該表面の細部を表現する三
   次元図形表示において、 テクスチャデータのもとになる物体あるいは仮想的に生
   成される物体の表面の向きを予め種々想定し、想定され
   る該向き毎にテクスチャデータを設定し、表示される該
   物体の表面の実際の向きに対応する該想定される向きの
   テクスチャデータを選択し、選択された該テクスチャデ
   ータを該表面にマッピングすることを特徴とするテクス
   チャマッピング方法。
2. 【請求項２】請求項１記載のテクスチャマッピング方法
   において、 表示される前記物体表面の実際の向きに対応したテクス
   チャデータがない場合には、該実際の向きに最も近い複
   数の前記想定される向きのテクスチャデータを選択し、
   該実際の向きとこれに最も近い該複数の向きとの偏差に
   応じて選択された該テクスチャデータを補間処理するこ
   とにより該実際の向きに対するテクスチャデータを求
   め、得られた該テクスチャデータを前記表面にマッピン
   グすることを特徴とするテクスチャマッピング方法。
3. 【請求項３】表示されるべき物体の表面に関する形状の
   幾何学的情報および該表面の模様を指定するテクスチャ
   データと、表示される状況を設定するために仮想的に与
   えられる該物体に対する視点の情報とをもとに座標変換
   を施し、該テクスチャデータを表示される該表面にマッ
   ピングすることにより、該表面の細部を表現する三次元
   図形表示において、 該表示される物体表面の向きが種々想定され、該向き毎
   に設定されるテクスチャデータを保持する記憶装置と、 該物体の表示時、表示される該表面の実際の向きに対応
   した該想定される向きのテクスチャデータを該記憶装置
   から選択する選択機構と、 該選択機構によって選択された該テクスチャデータを表
   示される該表面にマッピングした画像を生成する図形生
   成手段とを含むことを特徴とするテクスチャマッピング
   装置。
4. 【請求項４】請求項３記載のテクスチャマッピング装置
   において、 表示されるべき前記物体の表面の実際の向きに対応した
   テクスチャデータがない場合には、該実際の向きに最も
   近い複数の前記想定される向きのテクスチャデータを選
   択し、該実際の向きとこれに最も近い該複数の向きとの
   偏差に応じて選択された該テクスチャデータを補間処理
   し、これにより、該実際の向きに対するテクスチャデー
   タを求める補間装置を設け、 該補間装置によって得られた該テクスチャデータを前記
   表面にマッピングすることを特徴とするテクスチャマッ
   ピング装置。
5. 【請求項５】表示されるべき物体の表面に関する形状の
   幾何学的情報および該表面の模様を指定するテクスチャ
   データと、表示される状況を設定するために仮想的に与
   えられる該物体に対する視点の情報とをもとに座標変換
   を施し、該テクスチャデータを表示される該表面にマッ
   ピングすることにより、該表面の細部を表現する三次元
   図形表示において、 複数のテクスチャデータとこれらを補間する補間係数の
   指定を受け、これらに基づく補間処理を実行して実際の
   向きに対するテクスチャデータを得、得られた該テクス
   チャデータを該表面にマッピングした画像を生成する図
   形生成手段を含むことを特徴とするテクスチャマッピン
   グ装置。
6. 【請求項６】表示すべき物体の表面に関する形状の幾何
   学的情報および該表面の模様を決定するテクスチャデー
   タを、表示装置の表示画面上での該物体の姿勢に適合さ
   せて該表示画面上の該物体の占める領域にマッピングす
   ることにより、該物体の表面の細部を表現するテクスチ
   ャマッピング方法であって、 複数の所定方向から見た前記物体の表面に関する複数の
   テクスチャデータを予めテクスチャメモリに記憶し、 中央処理ユニットに入力される情報に基づいて、前記表
   示画面上の前記物体の姿勢を決定し、該姿勢を示すコマ
   ンドを該中央処理ユニットからグラフィックプロセサへ
   送り、 前記グラフィックプロセサにおいて、受け取ったコマン
   ドに基づいて、前記テクスチャメモリに記憶されたテク
   スチャデータの中から適切な少なくとも１つのテクスチ
   ャデータを選択し、これを用いて前記表示画面上の前記
   物体の占める領域にマッピングすることを特徴とするテ
   クスチャマッピング方法。
7. 【請求項７】請求項６記載のテクスチャマッピング方法
   において、 前記グラフィックプロセサは、前記物体の姿勢を表わす
   ディスプレイスメントの値とそれに対応する１つのテク
   スチャデータとの対応関係を記憶するテクスチャデータ
   管理テーブルを含み、 前記マッピングするステップにおいて、前記グラフィッ
   クプロセサは前記テクスチャデータ管理テーブルにディ
   スプレイスメント値を与えることにより、１つのテクス
   チャデータを読み出し、これを用いて前記表示画面上の
   前記物体の占める領域にマッピングすることを特徴とす
   るテクスチャマッピング方法。
8. 【請求項８】請求項６記載のテクスチャマッピング方法
   において、 前記グラフィックプロセサは、前記物体の姿勢を表わす
   ディスプレイスメントの値とそれに対応する複数のテク
   スチャデータとの対応関係を記憶するテクスチャデータ
   管理テーブルを含み、 前記マッピングするステップにおいて、前記グラフィッ
   クプロセサは前記テクスチャデータ管理テーブルにディ
   スプレイスメント値を与えることにより、複数のテクス
   チャデータを読み出し、該読み出したテクスチャデータ
   に補間処理を行って新たなテクスチャデータを得て、こ
   れを用いて前記表示画面上の前記物体の占める領域にマ
   ッピングすることを特徴とするテクスチャマッピング方
   法。
9. 【請求項９】請求項８記載のテクスチャマッピング方法
   において、 前記テクスチャデータ管理テーブルは、前記物体の姿勢
   を表わすディスプレイスメントの値とそれに対応する複
   数のテクスチャデータと該複数のテクスチャデータに対
   する補間係数との対応関係を記憶し、 前記マッピングするステップにおいて、前記グラフィッ
   クプロセサは、前記テクスチャデータ管理テーブルから
   読み出した複数のテクスチャデータに対して、読み出し
   た補間係数を用いて補間処理を行うことを特徴とするテ
   クスチャマッピング方法。
10. 【請求項１０】表示すべき物体の表面に関する幾何学的
    情報および該表面の紋様を決定するテクスチャデータ
    を、表示装置の表示画面上での該物体の姿勢に適合させ
    て該表示画面上の該物体の占める領域にマッピングする
    ことにより、該物体の表面の細部を表現するテクスチャ
    マッピング装置であって、 複数の所定方向から見た前記物体の表面に関する複数の
    テクスチャデータを予め記憶しておくテクスチャメモリ
    と、 入力される情報に基づいて、前記表示画面上の前記物体
    の姿勢を決定し、該姿勢を示すコマンドを発行する中央
    処理ユニットと、 前記中央処理ユニットに接続され、受け取ったコマンド
    に応答して、前記テクスチャメモリに記憶されたテクス
    チャデータの中から適切な少なくとも１つのテクスチャ
    データを選択し、これを用いて前記表示画面上の前記物
    体の占める領域にマッピングするグラフィックプロセサ
    とを備えたことを特徴とするテクスチャマッピング装
    置。
11. 【請求項１１】請求項１０記載のテクスチャマッピング
    装置において、 前記グラフィックプロセサは、前記物体の姿勢を表わす
    ディスプレイスメントの値とそれに対応する１つのテク
    スチャデータとの対応関係を記憶するテクスチャデータ
    管理テーブルを含み、 前記グラフィックプロセサは、前記テクスチャデータ管
    理テーブルにディスプレイスメント値を与えることによ
    り、１つのテクスチャデータを読み出し、これを用いて
    前記表示画面上の前記物体の占める領域にマッピングす
    ることを特徴とするテクスチャマッピング装置。
12. 【請求項１２】請求項１０記載のテクスチャマッピング
    装置において、 前記グラフィックプロセサは、前記物体の姿勢を表わす
    ディスプレイスメントの値とそれに対応する複数のテク
    スチャデータとの対応関係を記憶するテクスチャデータ
    管理テーブルを含み、 前記グラフィックプロセサは、前記テクスチャデータ管
    理テーブルにディスプレイスメント値を与えることによ
    り、複数のテクスチャデータを読み出し、該読み出した
    テクスチャデータに補間処理を行って新たなテクスチャ
    データを得て、これを用いて前記表示画面上の前記物体
    の占める領域にマッピングすることを特徴とするテクス
    チャマッピング装置。
13. 【請求項１３】請求項１２記載のテクスチャマッピング
    装置において、 前記テクスチャデータ管理テーブルは、前記物体の姿勢
    を表わすディスプレスメント値とそれに対応する複数の
    テクスチャデータと該複数のテクスチャデータに対する
    補間係数との対応関係を記憶し、 前記グラフィックプロセサは、前記テクスチャデータ管
    理テーブルから読み出した複数のテクスチャデータに対
    して、読み出した補間係数を用いて補間処理を行うこと
    を特徴とするテクスチャマッピング装置。
14. 【請求項１４】表示画面上に景観を表示する表示装置
    と、 操作者による模擬的なハンドル操作、ブレーキ操作およ
    びアクセル操作を少なくとも表わす入力情報を受け、該
    入力情報を示す信号を発生する入力装置と、 入力装置からの入力情報に基づいて、前記表示画面上に
    表示された景観中の物体の姿勢を決定し、該姿勢を示す
    コマンドを発行する中央処理ユニットと、 前記表示画面上に表示すべき前記物体を複数の所定方向
    から見た場合の表面に関する幾何学的情報および該表面
    の紋様を決定する複数のテクスチャデータを予め記憶し
    ておくテクスチャメモリと、 前記中央処理ユニットに接続され、受け取ったコマンド
    に応答して、前記テクスチャメモリに記憶されたテクス
    チャデータの中から適切な少なくとも１つのテクスチャ
    データを選択し、これを用いて前記表示画面上の前記物
    体の占める領域にマッピングするグラフィックプロセサ
    とを備えたことを特徴とするドライビングシミュレー
    タ。