JPH08123980A

JPH08123980A - 三次元図形描画装置

Info

Publication number: JPH08123980A
Application number: JP6256646A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Kawano; 威川野
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1994-10-21
Filing date: 1994-10-21
Publication date: 1996-05-17

Abstract

(57)【要約】【目的】小容量のメモリでｚバッファ・アルゴリズム
を実現する三次元描画装置を提供する。【構成】まず画素発生手段３の第１の奥行き情報出力
を変換手段４で変換関数を用いて圧縮し第２の奥行き情
報を出力とし、画素発生手段３の座標出力と一対一に対
応するｚバッファ２のメモリを読み出したものを第３の
奥行き情報出力とする。比較手段６は第２の奥行き情報
出力と第３の奥行き情報出力を比較し、第２の奥行き情
報出力が第３の奥行き情報出力より視点に近い位置を示
していた場合に限り、書き込み手段７は画素発生手段３
の座標出力と一対一に対応するフレームバッファ１のメ
モリに画素発生手段３の色情報出力を書き込み、書き込
み手段８はｚバッファ２のメモリに第２の奥行き情報を
書き込む。そうでない場合は書き込み手段７および書き
込み手段８は動作しない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、三次元図形表示装置に
関するもので、特に、隠面消去を実現するためのｚバッ
ファメモリを備えた三次元図形描画装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】コンピュータグラフィックスの分野で三
次元図形を表示する際に隠面消去を実現する単純なアル
ゴリズムとして、ｚバッファ・アルゴリズムが知られて
いる。このアルゴリズムをハードウェア化するために、
各画素ごとに専用のｚバッファメモリを備える三次元図
形描画装置が実用化されている。例えば「PROCEDURAL E
LEMENTS FOR COMPUTER GRAPHICS 」（ David F. Rogers
著、邦訳は、「実践コンピュータグラフィックス基礎
手続きと応用」山口富士夫監修、Ｐ．３２８）参照。

【０００３】ｚバッファ・アルゴリズムの最大の欠点は
大容量のメモリを必要とすることである。例えば、５１
２×５１２×２０ビットのｚバッファと５１２×５１２
×２４ビットプレーンのフレームバッファを構成する
と、合計で約１.５ＭＢになる。

【０００４】このメモリ容量を節約する方法として従来
は、（１）画面をいくつかに分割して処理を行なう方
法、（２）ディスプレイ装置のフレームメモリの半分を
ｚバッファとして用いる方法が知られている（「３次元
コンピュータグラフィックス」、中前栄八郎・西田友是
著、Ｐ．１２８）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな方法では、（１）では描画する物体を予め分割画面
ごとに分類しておかねばならず、前処理の時間だけ処理
時間が長くなる、（２）ではスクリーン上の半分しか表
示領域として使えず、残りの半分には無意味な画像が現
れる、といった問題点を有していた。

【０００６】そこで本発明の目的は、上記問題点に鑑
み、通常20ビット程度必要なｚバッファのサイズを半減
し、小容量のメモリでｚバッファ・アルゴリズムを実現
する三次元図形描画装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明は、ｚバッファに格納されている画素の奥行
き情報と新たに描画を試みようとしている画素の奥行き
情報とを比較し、視点により近い方の奥行き情報を有す
る画素をフレームバッファへ格納することにより隠面消
去処理を行なう三次元図形描画装置において、画素のｘ
ｙ座標と一対一に対応したメモリからなり、画素の色情
報を格納するフレームバッファと、画素のｘｙ座標と一
対一に対応したメモリからなり、画素の奥行き情報を格
納するｚバッファと、画素の色情報とｘｙ座標とｚ座標
を発生し、色情報を色情報出力、ｘｙ座標を座標出力、
ｚ座標を第１の奥行き情報出力とする画素発生手段と、
画素発生手段の第１の奥行き情報出力を入力とし、入力
を変換関数z'＝f(z)によって変換しビット数を減少させ
たものを第２の奥行き情報出力とする変換手段と、画素
発生手段の座標出力を入力とし、ｚバッファから入力と
一対一に対応するメモリに格納されている奥行き情報を
読み出して第３の奥行き情報出力として出力する読み出
し手段と、変換手段の第２の奥行き情報手段と読み出し
手段の第３の奥行き情報出力とを入力とし、変換手段の
第２の奥行き情報出力が読み出し手段の第３の奥行き情
報出力よりも視点に近い位置を示している場合に有効
を、そうでない場合には無効を出力する比較手段と、比
較手段の出力と画素発生手段の色情報出力と画素発生手
段の座標出力とを入力とし、比較手段の出力が有効の時
に限り画素発生手段の座標出力と一対一に対応するフレ
ームバッファのメモリへ画素発生手段の色情報出力を書
き込む第１の書き込み手段と、比較手段の出力と変換手
段の第２の奥行き情報出力と画素発生手段の座標出力と
を入力とし、比較手段の出力が有効の時に限り画素発生
手段の座標出力と一対一に対応するｚバッファのメモリ
へ変換手段の第２の奥行き情報出力を書き込む第２の書
き込み手段とを備える。

【０００８】上記変換関数に関して以下のものを用いる
とよい。（１）平方根関数を用いる。

【０００９】（２）変換関数を折れ線で近似する。（３）変換関数に対数関数を用いる。

【００１０】（４）変換関数の一部分が直線z'=zである
ものを用いる。

【００１１】

【作用】本発明は上記した構成によって、まず画素発生
手段が描画図形を構成する画素を発生させ、画素の色情
報を色情報出力、ｘｙ座標を座標出力、ｚ座標を第１の
奥行き情報出力とする。変換手段は第１の奥行き情報出
力を変換関数によって変換・圧縮し第２の奥行き情報出
力とする。読み出し手段は座標出力に一対一に対応する
ｚバッファのメモリを読み出し、第３の奥行き情報出力
とする。比較手段は第２の奥行き情報出力と第３の奥行
き情報出力とを比較し、第２の奥行き情報出力の方が第
３の奥行き情報出力よりも視点に近い位置を示している
ならば有効を、そうでなければ無効を出力する。比較手
段が有効を出力している場合、第１の書き込み手段は座
標出力に一対一に対応するフレームバッファのメモリに
色情報を書き込み、第２の書き込み手段は座標出力に一
対一に対応するｚバッファのメモリに第２の奥行き情報
出力を書き込む。比較手段が無効を出力している場合、
第１の書き込み手段と第２の書き込み手段は何も行なわ
ない。

【００１２】本発明では、変換前の奥行き情報の大小関
係を保存する変換関数を用いることにより奥行き情報を
圧縮したままｚバッファ・アルゴリズムが行なえる。ま
た、奥行き情報を圧縮することでバッファ容量を削減し
た三次元描画装置を構成する事が可能となる。

【００１３】第２の発明では、変換関数に平方根関数を
用いる。n≧mの関係にある非負整数n,mについて平方根
√n,√mを求めると、大小関係は元のまま、整数部の桁
数がほぼ半分に減少する。上記の原理により、変換関数
に平方根関数を用いることで、ｚバッファ容量を半減さ
せつつｚバッファ・アルゴリズムを実現する三次元描画
装置を構成することが可能となる。

【００１４】第３の発明では、変換関数を折れ線で近似
する。変換関数を具現化する方法としては、式通りにリ
アルタイムに演算する方法の他に、反復演算によって近
似解の誤差を小さくしていく方法や、予め演算結果を表
にして持っておく方法などがある。しかし、関数によっ
てはこれらの方法を用いるとハードウェア量が大きくな
り、ｚバッファの削減効果を相殺してしまうものがあ
る。しかしながら変換関数は画素の前後関係が保存され
る範囲内では精度をさほど要求されない。そこで、変換
関数を折れ線近似することにより変換手段の構成を簡素
化してハードウェア量の増大を抑え、且つ、ｚバッファ
容量を抑えたｚバッファ・アルゴリズムを実現する三次
元描画装置を構成することが可能となる。

【００１５】第４の発明では、変換関数に対数関数を用
いる。奥行き情報を圧縮するということは、ｚ座標の少
なくとも一部分について精度を落すということである。
つまり、複数のｚ値をひとつの値で代表させるというこ
とに他ならない。従って、圧縮した奥行き情報を元にｚ
バッファ・アルゴリズムを用いると、本来ならば描画さ
れるはずだった画素が描画されずに捨てられてしまう可
能性が生じる。このようなイレギュラーの発生確率は、
ｚ座標精度が低い部分ほど高くなる。従って、三次元描
画においては遠方の物体ほど描画面積が小さいという特
性を利用し、視点近傍ではｚ座標精度を高くして出来る
限り正確な奥行き情報比較を行ない、遠方ではｚ座標精
度を低くして奥行き情報の圧縮率を稼ぐのが望ましい。

【００１６】通常、視点からの距離が二倍になれば、ｘ
座標方向あるいはｙ座標方向の見かけのサイズは1/2に
なる。距離が三倍なら1/3、四倍なら1/4…と、距離と見
かけのサイズは反比例する。そこで、ｚ座標方向につい
ても視点からの距離に反比例して精度を落していく。つ
まり、視点からの距離がn倍になるとｚ座標の精度が1/n
となるような関数を変換関数として用いる。この条件を
満たす関数は1/zをzで積分したもの、つまりf(z)=log
(z)である。本発明では変換関数にf(z)=k・log(z)を用
いることにより、奥行き情報を圧縮して行なうｚバッフ
ァ・アルゴリズムでの描画のイレギュラーを最小限に抑
えつつ、ｚバッファ容量をも抑えた三次元描画装置を構
成することが可能となる。

【００１７】第５の発明では、変換関数の一部分が直線
z'=zであるものを用いる。三次元空間内の物体を描画す
るとき、遠方にある物体はより近傍にある物体によって
隠蔽される。つまり、隠蔽される遠方の物体よりも、隠
蔽する近傍の物体にイレギュラーが発生する方が問題が
ある。そこで、視点近傍については奥行き情報の圧縮を
行なわず、遠方の奥行き情報のみ圧縮を行なうことによ
り、より正確なｚバッファ・アルゴリズムを実現しつ
つ、同時にｚバッファの削減をも実現する三次元描画装
置の構成を可能とする。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の一実施例の三次元図形描画装
置について、図面を参照しながら説明する。

【００１９】（実施例１）図１は本発明の第１の実施例
における三次元図形描画装置のブロック図、図２は同実
施例で用いられる変換関数のグラフである。

【００２０】図１において、１は画素のｘｙ座標と一対
一に対応した（例えばｘｙ座標をアドレスとした）メモ
リからなり画素の色情報を格納するフレームバッファで
ある。２は画素のｘｙ座標と一対一に対応した（例えば
ｘｙ座標をアドレスとした）メモリからなり画素の奥行
き情報を格納するｚバッファである。３は画素を発生
し、画素の色を色情報出力、ｘｙ座標を座標出力、ｚ座
標を第１の奥行き情報出力とする、例えばＣＰＵから成
る画素発生手段である。

【００２１】４は、画素発生手段３の第１の奥行き情報
出力を入力とし、入力を変換関数z'＝f(z)によって変換
しビット数を減少させたものを第２の奥行き情報出力と
する変換手段である。５は、画素発生手段３の座標出力
を入力とし、ｚバッファ２から入力と一対一に対応する
メモリに格納されている奥行き情報を読み出して第３の
奥行き情報出力として出力する読み出し手段である。６
は、変換手段４の第２の奥行き情報信号と読み出し手段
５の第３の奥行き情報出力とを入力とし、変換手段４の
第２の奥行き情報出力が読み出し手段５の第３の奥行き
情報出力よりも視点に近い位置を示している場合に有効
を、そうでない場合には無効を出力する比較手段であ
る。

【００２２】７は、比較手段６の出力と画素発生手段３
の色情報出力と画素発生手段３の座標出力とを入力と
し、比較手段６の出力が有効の時に限り画素発生手段３
の座標出力と一対一に対応するフレームバッファ１のメ
モリへ画素発生手段３の色情報出力を書き込む書き込み
手段である。８は、比較手段６の出力と変換手段４の第
２の奥行き情報出力と画素発生手段３の座標出力とを入
力とし、比較手段６の出力が有効の時に限り画素発生手
段３の座標出力と一対一に対応するｚバッファ２のメモ
リへ変換手段４の第２の奥行き情報出力を書き込む書き
込み手段である。

【００２３】以上のように構成された三次元図形描画装
置について、以下図１を用いてその動作を説明する。た
だし、ここでは画素発生手段３が発生するｚ座標を20ビ
ットの非負整数、ｚバッファのデータサイズを10ビッ
ト、視点のｚ座標を0、変換関数をf(z)=√zとし、フレ
ームバッファは背景色で初期化されており、ｚバッファ
は1023で初期化されているとする。

【００２４】まず画素発生手段３が描画図形を構成する
画素を発生させ、色とｘｙ座標とｚ座標とを出力する。
発生した画素の色が赤、ｘｙ座標が(0,0)、ｚ座標が655
36であったとすると、色情報出力は赤、座標出力は(0,
0)、第１の奥行き情報出力は65536となる。変換手段４
は画素発生手段３の第１の奥行き情報出力を変換関数f
(z)=√zにより変換して第２の奥行き情報出力とする。
第２の奥行き情報出力は256となる。読み出し手段５は
画素発生手段３の第１の奥行き情報出力が示す座標(0,
0)に対応するｚバッファ２のメモリから奥行き情報を読
み出し、第３の奥行き情報出力とする。第３の奥行き情
報出力は1023となる。

【００２５】比較手段６は変換手段４の第２の奥行き情
報出力と読み出し手段５の第３の奥行き情報出力とを比
較し、第２の奥行き情報出力が第３の奥行き情報出力よ
りも視点に近いと判断した場合には有効を出力し、そう
でない場合は無効を出力する。第２の奥行き情報出力は
256、第３の奥行き情報出力は1023なので、比較手段６
の出力は有効となる。

【００２６】書き込み手段７は、比較手段６の出力が有
効を示しているのでフレームバッファ１の座標(0,0)に
対応するメモリへ赤を書き込む。書き込み手段８も書き
込み手段７と同様に書き込みを行なう。つまりｚバッフ
ァ２の座標の座標(0,0)に対応するメモリへ第２の奥行
き情報出力の256を書き込む。

【００２７】続いて画素発生手段３が、色が青でｘｙ座
標が(0,0)、ｚ座標が90000の画素を発生したとする。す
ると第２の奥行き情報出力は300、第３の奥行き情報出
力は256となるため、比較手段６の出力は無効を示し、
書き込み手段７および書き込み手段８は書き込みを行な
わない。つまり陰面消去が行なわれる。

【００２８】以下、画素発生手段３が画素を発生する毎
に同様の処理が行なわれ、最も視点に近い画素のみを残
して画素が上書きされていく。

【００２９】以上のように、本実施例によれば、変換関
数をf(z)=√zとすることにより、20ビットのｚ値を10ビ
ットに圧縮し、ｚバッファ容量を50%削減した三次元描
画装置を提供することができる。

【００３０】なお上記の例はｘｙ座標が(0,0)の場合に
ついて説明されているが、他の座標においても全く同様
の動作が行なわれる。

【００３１】（実施例２）以下本発明の第２の実施例に
ついて図面を参照しながら説明する。

【００３２】図３は本発明の第２の実施例を示す三次元
図形描画装置の変換手段の変換関数を表したものであ
る。図２と異なるのは、変換関数を折れ線で近似した点
である。図４は本発明の第２の実施例を示す三次元図形
描画装置のブロック図である。図４において、図１と同
一の機能を有するものには同一の符号を付してその詳細
な説明を省略する。

【００３３】図４において、４１は、画素発生手段の第
１の奥行き情報出力を入力とし、入力を２進数表現する
のに必要且つ充分なビット数の２分の１を越えない最大
の整数を桁数出力とする計数手段である。４２は、画素
発生手段の第１の奥行き情報出力と計数手段の桁数出力
とを入力とし、画素発生手段の第１の奥行き情報出力を
２進数表現したものを計数手段の桁数出力の示すビット
数だけ下位ビット方向にシフトして下位ビットを切り捨
てて第２の奥行き情報出力とするシフト手段である。

【００３４】以上のように構成された三次元描画装置に
ついて、以下その動作を説明する。ただし、ここでは画
素発生手段３が発生するｚ座標を20ビットの非負整数、
ｚバッファのデータサイズを10ビット、視点のｚ座標を
0、折れ線近似する元の変換関数をf(z)=√zとし、フレ
ームバッファは背景色で初期化されており、ｚバッファ
は1023で初期化されているとする。

【００３５】まず画素発生手段３が、色が赤でｘｙ座標
が(0,0)、ｚ座標が65536の画素を発生したとする。する
と第１の奥行き情報は65536となる。計数手段４１は、
画素発生手段３の第１の奥行き情報出力を入力とし、入
力を２進数表現するのに必要且つ充分なビット数の２分
の１を越えない整数を桁数出力とする。65536を２進数
表現すると17ビットになるので、桁数出力は8となる。
シフト手段４２は、画素発生手段３の第１の奥行き情報
出力と計数手段４１の桁数出力とを入力とし、画素発生
手段３の第１の奥行き情報出力を２進数表現したものを
計数手段４１の桁数出力の示すビット数だけ下位ビット
方向にシフトして下位ビットを切り捨て第２の奥行き情
報出力とする。第１の奥行き情報出力を２進数で表した
ものが10000 0000 0000 0000で、桁数出力が8なので、
第２の奥行き情報出力は256となる。

【００３６】一方読み出し手段５がｚバッファから奥行
き情報を読み出すと1023が得られるので、比較手段６の
出力は有効となる。書き込み手段７は、比較手段６の出
力が有効を示しているのでフレームバッファ１の座標
(0,0)に対応するメモリへ赤を書き込む。書き込み手段
８も書き込み手段７と同様に書き込みを行なう。つまり
ｚバッファ２の座標の座標(0,0)に対応するメモリへ256
を書き込む。

【００３７】続いて画素発生手段３が、色が青でｘｙ座
標が(0,0)、ｚ座標が90000の画素を発生したとする。す
ると第２の奥行き情報出力は300、第３の奥行き情報出
力は256となるため、比較手段６の出力は無効を示し、
書き込み手段７および書き込み手段８は書き込みを行な
わない。つまり陰面消去が行なわれる。

【００３８】以下、画素発生手段３が画素を発生する毎
に同様の処理が行なわれ、最も視点に近い画素のみを残
して画素が上書きされていく。

【００３９】以上のように、本実施例によれば、元の変
換関数をf(z)=√zとし、この変換関数を折れ線近似する
ことにより、変換手段のハードウェア量を抑えつつ、20
ビットのｚ値を10ビットに圧縮し、ｚバッファ容量を50
%削減した三次元描画装置を提供することができる。

【００４０】なお上記の例はｘｙ座標が(0,0)の場合に
ついてのみ説明されているが、他の座標においても全く
同様の動作が行なわれる。

【００４１】（実施例３）以下本発明の第３の実施例に
ついて図面を参照しながら説明する。

【００４２】図５は本発明の第３の実施例を示す三次元
図形描画装置の変換手段の変換関数を表したものであ
る。本実施例において、ブロック図は実施例１の図１を
用いて、その詳細な説明を省略する。

【００４３】以上のように構成された三次元描画装置に
ついて、以下その動作を説明する。ただし、ここでは画
素発生手段３が発生するｚ座標を20ビットの非負整数、
ｚバッファのデータサイズを10ビット、視点のｚ座標を
0、変換関数をf(z)=51.2×log2(z)として小数点以下を
切捨てるものとし、フレームバッファは背景色で初期化
されており、ｚバッファは1023で初期化されているとす
る。

【００４４】まず画素発生手段３が描画図形を構成する
画素を発生させ、色とｘｙ座標とｚ座標とを出力する。
発生した画素の色が赤、ｘｙ座標が(0,0)、ｚ座標が655
36であったとすると、色情報出力は赤、座標出力は(0,
0)、第１の奥行き情報出力は65536となる。変換手段４
は画素発生手段３の第１の奥行き情報出力を変換関数f
(z)=51.2×log2(z)により変換して第２の奥行き情報出
力とする。第２の奥行き情報出力は819となる。読み出
し手段５は画素発生手段３の第１の奥行き情報出力が示
す座標(0,0)に対応するｚバッファ２のメモリから奥行
き情報を読み出し、第３の奥行き情報出力とする。第３
の奥行き情報出力は1023となる。

【００４５】比較手段６は変換手段４の第２の奥行き情
報出力と読み出し手段５の第３の奥行き情報出力とを比
較し、第２の奥行き情報出力が第３の奥行き情報出力よ
りも視点に近いと判断した場合には有効を出力し、そう
でない場合は無効を出力する。第２の奥行き情報出力は
256、第３の奥行き情報出力は1023なので、比較手段６
の出力は有効となる。

【００４６】書き込み手段７は、比較手段６の出力が有
効を示しているのでフレームバッファ１の座標(0,0)に
対応するメモリへ赤を書き込む。書き込み手段８も書き
込み手段７と同様に書き込みを行なう。つまりｚバッフ
ァ２の座標の座標(0,0)に対応するメモリへ第２の奥行
き情報出力の819を書き込む。

【００４７】続いて画素発生手段３が、色が青でｘｙ座
標が(0,0)、ｚ座標が90000の画素を発生したとする。す
ると第２の奥行き情報出力は842、第３の奥行き情報出
力は819となるため、比較手段６の出力は無効を示す。
従って書き込み手段７および書き込み手段８は書き込み
を行なわない。つまり陰面消去が行なわれる。

【００４８】以下、画素発生手段３が画素を発生する毎
に同様の処理が行なわれ、最も視点に近い画素のみを残
して画素が上書きされていく。

【００４９】以上のように、本実施例によれば、変換関
数をf(z)=51.2×log(z)とすることにより、奥行き情報
を圧縮して行なうｚバッファ・アルゴリズムでの描画の
イレギュラーを最小限に抑えつつ、20ビットのｚ値を10
ビットに圧縮してｚバッファ容量を50%削減した三次元
描画装置を提供することができる。

【００５０】なお上記の例はｘｙ座標が(0,0)の場合に
ついて説明されているが、他の座標においても全く同様
の動作が行なわれる。

【００５１】（実施例４）以下本発明の第４の実施例に
ついて図面を参照しながら説明する。

【００５２】図６は本発明の第４の実施例を示す三次元
図形描画装置の変換手段の変換関数を表したものであ
る。本実施例において、ブロック図は実施例１の図１を
用いて、その詳細な説明を省略する。

【００５３】以上のように構成された三次元描画装置に
ついて、以下その動作を説明する。ただし、ここでは画
素発生手段３が発生するｚ座標を20ビットの非負整数、
ｚバッファのデータサイズを10ビット、視点のｚ座標を
0、変換関数をz＜64のときはf(z)=z、z≧64のときはf
(z)=56+√(0.89z)とし、フレームバッファは背景色で初
期化されており、ｚバッファは1023で初期化されている
とする。

【００５４】まず画素発生手段３が描画図形を構成する
画素を発生させ、色とｘｙ座標とｚ座標とを出力する。
発生した画素の色が赤、ｘｙ座標が(0,0)、ｚ座標が32
であったとすると、色情報出力は赤、座標出力は(0,
0)、第１の奥行き情報出力は32となる。変換手段４は画
素発生手段３の第１の奥行き情報出力を変換関数f(z)に
より変換して第２の奥行き情報出力とする。第１の奥行
き情報出力は32なので、第２の奥行き情報出力は32とな
る。

【００５５】読み出し手段５は画素発生手段３の第１の
奥行き情報出力が示す座標(0,0)に対応するｚバッファ
２のメモリから奥行き情報を読み出し、第３の奥行き情
報出力とする。第３の奥行き情報出力は1023となる。比
較手段６は変換手段４の第２の奥行き情報出力と読み出
し手段５の第３の奥行き情報出力とを比較し、第２の奥
行き情報出力が第３の奥行き情報出力よりも視点に近い
と判断した場合には有効を出力し、そうでない場合は無
効を出力する。第２の奥行き情報出力は32、第３の奥行
き情報出力は1023なので、比較手段６の出力は有効とな
る。

【００５６】書き込み手段７は、比較手段６の出力が有
効を示しているのでフレームバッファ１の座標(0,0)に
対応するメモリへ色情報出力の赤を書き込む。書き込み
手段８も書き込み手段７と同様に書き込みを行なう。つ
まりｚバッファ２の座標の座標(0,0)に対応するメモリ
へ第２の奥行き情報出力の32を書き込む。

【００５７】続いて画素発生手段３が、色が青でｘｙ座
標が(0,0)、ｚ座標が90000の画素を発生したとする。す
ると第２の奥行き情報出力は339、第３の奥行き情報出
力は32となるため、比較手段６の出力は無効を示す。従
って書き込み手段７および書き込み手段８は書き込みを
行なわない。つまり陰面消去が行なわれる。

【００５８】以下、画素発生手段３が画素を発生する毎
に同様の処理が行なわれ、最も視点に近い画素のみを残
して画素が上書きされていく。

【００５９】以上のように、zが視点近傍の時には奥行
き情報を圧縮せず、zが遠方のときのみ圧縮することに
より、より正確なｚバッファ・アルゴリズムを実現しつ
つ、ｚバッファの50%削減をも実現する三次元描画装置
を提供することができる。

【００６０】なお上記の例はｘｙ座標が(0,0)の場合に
ついて説明されているが、他の座標においても全く同様
の動作が行なわれる。

【００６１】なお、上記実施例１〜４は、一部分に傾き
ゼロの領域がない変換関数を用いたが、変換手段の変換
関数の一部分が傾き０である（例えば、変換関数z'=f
(z)をz軸方向にシフトする）ものを用いると以下の点で
有効である。三次元空間内の物体を描画するとき、画素
は三次元空間に均一に分布しているわけではなく、局所
的に偏在していると考えることができる。つまり、物体
の存在する部分と存在しない部分の二つに分類すること
ができる。そこで、奥行き情報を圧縮する場合、物体の
存在しないｚ座標領域を予め切り捨ててから圧縮すると
圧縮効率の向上が期待できる。そこで、予め物体が存在
しないと判明しているｚ座標領域について、その領域に
相当する部分の傾きがゼロである変換関数を用いること
により奥行き情報の高圧縮率を実現し、ｚバッファを大
幅に削減した三次元描画装置の構成を可能とする。

【００６２】

【発明の効果】以上のように、本発明は図形データの奥
行き情報を変換関数を用いて変換しビット長を圧縮する
手段を設けることにより、小容量のメモリでｚバッファ
・アルゴリズムを実現する三次元図形表示装置を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における三次元図形表示
装置のブロック図

【図２】同実施例における変換関数のグラフ

【図３】本発明の第２の実施例における変換関数のグラ
フ

【図４】同実施例における三次元図形描画装置のブロッ
ク図

【図５】本発明の第３の実施例における変換関数のグラ
フ

【図６】本発明の第４の実施例における変換関数のグラ
フ

【符号の説明】

１フレームバッファ２ｚバッファ３画素発生手段４変換手段４１計数手段４２シフト手段５読み出し手段６比較手段７第１の書き込み手段８第２の書き込み手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フレームバッファに格納されている画素の
奥行き情報と、新たに描画を試みようとしている画素の
奥行き情報とを比較し、視点により近い方の奥行き情報
を有する画素をフレームバッファへ格納することにより
隠面消去処理を行なう三次元図形描画装置において、画素のｘｙ座標と一対一に対応したメモリからなり画素
の色情報を格納するフレームバッファと、画素のｘｙ座標と一対一に対応したメモリからなり画素
の奥行き情報を格納するｚバッファと、画素の色情報とｘｙ座標とｚ座標を発生し、色情報を色
情報出力、ｘｙ座標を座標出力、ｚ座標を第１の奥行き
情報出力とする画素発生手段と、前記画素発生手段の第１の奥行き情報出力を入力とし、
入力を変換関数z'=f(z)によって変換しビット数を減少
させたものを第２の奥行き情報出力とする変換手段と、前記画素発生手段の座標出力を入力とし、前記ｚバッフ
ァから入力と一対一に対応するメモリに格納されている
奥行き情報を読み出し第３の奥行き情報出力とする読み
出し手段と、前記変換手段の第２の奥行き情報出力と前記読み出し手
段の第３の奥行き情報出力とを入力とし、前記変換手段
の第２の奥行き情報出力が前記読み出し手段の第３の奥
行き情報出力よりも視点に近い位置を示している場合に
有効を、そうでない場合に無効を出力する比較手段と、前記比較手段の出力と前記画素発生手段の色情報出力と
前記画素発生手段の座標出力とを入力とし、前記比較手
段の出力が有効の時に限り前記画素発生手段の座標出力
と一対一に対応する前記フレームバッファのメモリへ前
記画素発生手段の色情報出力を書き込む第１の書き込み
手段と、前記比較手段の出力と前記変換手段の第２の奥行き情報
出力と前記画素発生手段の座標出力とを入力とし、前記
比較手段の出力が有効の時に限り前記画素発生手段の座
標出力と一対一に対応する前記ｚバッファのメモリへ前
記変換手段の第２の奥行き情報出力を書き込む第２の書
き込み手段とを有する三次元図形描画装置。
【請求項２】前記変換手段の変換関数が下に凸でなく且
つ単調増加である請求項１記載の三次元図形描画装置。
【請求項３】前記変換手段の変換関数が平方根関数であ
る請求項２記載の三次元図形描画装置。
【請求項４】前記変換手段が折れ線近似手段からなる請
求項１記載の三次元図形描画装置。
【請求項５】前記変換手段が、前記画素発生手段の第１の奥行き情報出力を入力とし、
入力を２進数表現するのに必要且つ充分なビット数の２
分の１を越えない最大の整数を桁数出力とする計数手段
と、前記画素発生手段の第１の奥行き情報出力と前記計数手
段の桁数出力とを入力とし、前記画素発生手段の第１の
奥行き情報出力を２進数表現したものを前記計数手段の
桁数出力の示すビット数だけ下位ビット方向にシフトし
て下位ビットを切り捨て第２の奥行き情報出力とするシ
フト手段からなる請求項４記載の三次元図形描画装置。
【請求項６】前記変換手段の変換関数が対数である請求
項１記載の三次元図形描画装置。
【請求項７】前記変換手段の変換関数を近似計算によっ
て求めることによって前記変換手段を構成するためのハ
ードウェア量を削減した請求項１記載の三次元図形描画
装置。
【請求項８】前記変換手段の変換関数の一部分が直線z'
=zである請求項１記載の三次元図形描画装置。