JPH081665B2 - カラー・イメージ処理システム及び方法 - Google Patents
カラー・イメージ処理システム及び方法Info
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- JPH081665B2 JPH081665B2 JP3016898A JP1689891A JPH081665B2 JP H081665 B2 JPH081665 B2 JP H081665B2 JP 3016898 A JP3016898 A JP 3016898A JP 1689891 A JP1689891 A JP 1689891A JP H081665 B2 JPH081665 B2 JP H081665B2
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- 239000003086 colorant Substances 0.000 claims description 4
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 claims description 2
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- 239000000872 buffer Substances 0.000 description 4
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 102100021662 Baculoviral IAP repeat-containing protein 3 Human genes 0.000 description 1
- 101000896224 Homo sapiens Baculoviral IAP repeat-containing protein 3 Proteins 0.000 description 1
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-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
- G06F17/10—Complex mathematical operations
- G06F17/17—Function evaluation by approximation methods, e.g. inter- or extrapolation, smoothing, least mean square method
- G06F17/175—Function evaluation by approximation methods, e.g. inter- or extrapolation, smoothing, least mean square method of multidimensional data
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、一般的にはコンピュ
ータ・グラフィクスの分野に関し、特にカラー・イメー
ジをディスプレイ・ハードウェアに表示する方法及びス
テップに関する。
ータ・グラフィクスの分野に関し、特にカラー・イメー
ジをディスプレイ・ハードウェアに表示する方法及びス
テップに関する。
【０００２】
【従来の技術】スクリーン（ハードウェア）に含まれる
各画素（ピクセル）にカラー値（Ｒ、Ｇ、Ｂ）をセット
する方法は、“ジオメトリのレンダリング”と“イメー
ジの表示”の２つに分けられる。“ジオメトリのレンダ
リング”は、スクリーンに表示されるオブジェクトを多
角形で表現する方法である。このような多角形の頂点に
対応するカラー値は、レンダリングごとに実行されるラ
イティング演算（または照明演算）によって求められ
る。これらのカラー値が、レンダリングごとに選ばれた
ピクセルに与えられて頂点が表示される。他のピクセル
には、“シェーディング”によってカラー値が与えられ
る。“シェーディング”は、“ジオメトリのレンダリン
グ”時に、多角形を成すピクセルの残りの部分を塗りつ
ぶすプロセスである。これらのピクセルのカラー値は、
多角形の頂点についての既知のデータを基に計算され
る。シェーディングの方法に“Gouraudシェーディン
グ”がある。この方法では、頂点のカラー値のカラー補
間が行われ、多角形の残りのピクセルのカラー値が得ら
れる。カラー補間を伴わないシェーディング法もある。
“ジオメトリのレンダリング”とは対照的に、“イメー
ジ”と呼ばれるカラー値のアレイを基にピクセルを塗り
つぶすだけで、カラー値をピクセルに与えることができ
る。この場合、ディスプレイ（ハードウェア）に表現さ
れるオブジェクトまたは多角形には、確立したものはな
い。このようなイメージは、カメラや、“レイ・トレー
シング”など、カラー値の計算プロセスなどから得られ
たものである。“レイ・トレーシング”は、ピクセルの
カラー値を計算する、演算集約的な方法である。こうし
たイメージ処理演算の実行にはコンピュータ・システム
の中央処理装置（ＣＰＵ）が用いられるのが通常であ
る。この種の従来からのシステムでは、ＣＰＵは、ディ
スプレイ・スクリーン上のすべてのピクセルに対して、
すべてのイメージ処理（レイ・トレーシング）演算を順
次に実行する。レイ・トレーシングの詳細については、
Andrew S. Glassnerの“An Overview of Ray Tracing”
を参照されたい。一般にはイメージ処理演算、中でもレ
イ・トレーシングは、かなり時間がかかり、表示対象の
スクリーンの記述によるが、カラー・イメージ処理を終
えるのに数時間あるいは数日かかることもある。イメー
ジの計算と表示の組み合わせは“カラー・イメージ処
理”とも呼ばれる。
各画素（ピクセル）にカラー値（Ｒ、Ｇ、Ｂ）をセット
する方法は、“ジオメトリのレンダリング”と“イメー
ジの表示”の２つに分けられる。“ジオメトリのレンダ
リング”は、スクリーンに表示されるオブジェクトを多
角形で表現する方法である。このような多角形の頂点に
対応するカラー値は、レンダリングごとに実行されるラ
イティング演算（または照明演算）によって求められ
る。これらのカラー値が、レンダリングごとに選ばれた
ピクセルに与えられて頂点が表示される。他のピクセル
には、“シェーディング”によってカラー値が与えられ
る。“シェーディング”は、“ジオメトリのレンダリン
グ”時に、多角形を成すピクセルの残りの部分を塗りつ
ぶすプロセスである。これらのピクセルのカラー値は、
多角形の頂点についての既知のデータを基に計算され
る。シェーディングの方法に“Gouraudシェーディン
グ”がある。この方法では、頂点のカラー値のカラー補
間が行われ、多角形の残りのピクセルのカラー値が得ら
れる。カラー補間を伴わないシェーディング法もある。
“ジオメトリのレンダリング”とは対照的に、“イメー
ジ”と呼ばれるカラー値のアレイを基にピクセルを塗り
つぶすだけで、カラー値をピクセルに与えることができ
る。この場合、ディスプレイ（ハードウェア）に表現さ
れるオブジェクトまたは多角形には、確立したものはな
い。このようなイメージは、カメラや、“レイ・トレー
シング”など、カラー値の計算プロセスなどから得られ
たものである。“レイ・トレーシング”は、ピクセルの
カラー値を計算する、演算集約的な方法である。こうし
たイメージ処理演算の実行にはコンピュータ・システム
の中央処理装置（ＣＰＵ）が用いられるのが通常であ
る。この種の従来からのシステムでは、ＣＰＵは、ディ
スプレイ・スクリーン上のすべてのピクセルに対して、
すべてのイメージ処理（レイ・トレーシング）演算を順
次に実行する。レイ・トレーシングの詳細については、
Andrew S. Glassnerの“An Overview of Ray Tracing”
を参照されたい。一般にはイメージ処理演算、中でもレ
イ・トレーシングは、かなり時間がかかり、表示対象の
スクリーンの記述によるが、カラー・イメージ処理を終
えるのに数時間あるいは数日かかることもある。イメー
ジの計算と表示の組み合わせは“カラー・イメージ処
理”とも呼ばれる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】一般に、現在利用でき
るコンピュータ・ディスプレイ・アダプタのハードウェ
ア・デバイスは、Gouraud シェーディングを含めたジオ
メトリ・レンダリングを実行できる。Gouraud シェーデ
ィングは、カラー・イメージ処理やレイ・トレーシング
とは無関係なグラフィクス処理方式である。Gouraud シ
ェーディングは、カラー補間を通して実現されるので、
このようなディスプレイ・アダプタはカラー補間に対応
している。この発明は、このカラー補間機能を利用し
て、従来からのGouraud シェーディングの標準的な用途
では考慮されていない目標を達成しようとするものであ
る。
るコンピュータ・ディスプレイ・アダプタのハードウェ
ア・デバイスは、Gouraud シェーディングを含めたジオ
メトリ・レンダリングを実行できる。Gouraud シェーデ
ィングは、カラー・イメージ処理やレイ・トレーシング
とは無関係なグラフィクス処理方式である。Gouraud シ
ェーディングは、カラー補間を通して実現されるので、
このようなディスプレイ・アダプタはカラー補間に対応
している。この発明は、このカラー補間機能を利用し
て、従来からのGouraud シェーディングの標準的な用途
では考慮されていない目標を達成しようとするものであ
る。
【０００４】ＣＰＵがレイ・トレーシング計算を行って
いる間、他のコンピュータ・グラフィクス関連ハードウ
ェアはアイドル状態にあり、ＣＵＰの処理の終了を待っ
ている。そのため、このアイドル状態のグラフィクス・
ハードウェアの機能を、システムＣＰＵによって実行さ
れる処理とあわせて活用することによって、コンピュー
タ・グラフィクス・システムの効率を最適化することが
強く望まれる。
いる間、他のコンピュータ・グラフィクス関連ハードウ
ェアはアイドル状態にあり、ＣＵＰの処理の終了を待っ
ている。そのため、このアイドル状態のグラフィクス・
ハードウェアの機能を、システムＣＰＵによって実行さ
れる処理とあわせて活用することによって、コンピュー
タ・グラフィクス・システムの効率を最適化することが
強く望まれる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この発明は、ディスプレ
イ・アダプタに含まれるマイクロプロセサを使用して、
カラー・イメージ処理の間にシステムＣＰＵにかかる処
理負荷の一部を軽減させるものである。すなわち、カラ
ー・イメージ処理を行うコンピュータ・グラフィクス・
システムを高速化するために、ディスプレイ・ハードウ
ェアのカラー補間機能を利用する。
イ・アダプタに含まれるマイクロプロセサを使用して、
カラー・イメージ処理の間にシステムＣＰＵにかかる処
理負荷の一部を軽減させるものである。すなわち、カラ
ー・イメージ処理を行うコンピュータ・グラフィクス・
システムを高速化するために、ディスプレイ・ハードウ
ェアのカラー補間機能を利用する。
【０００６】システムＣＰＵは、初めに、カラー・イメ
ージ処理（レイ・トレーシングなど）を、所定の複数の
ピクセルに対して実行する。そのときＣＰＵは、各ピク
セルの（Ｒ、Ｇ、Ｂ）値をディスプレイ・アダプタ（ハ
ードウェア）のプロセサに転送する。カラー値の、ハー
ドウェアに対する表現（すなわちＣＰＵとディスプレイ
・アダプタとの通信）は、方法として“ジオメトリ・レ
ンダリング”は用いられないとしても、Gouraud シェー
ディングの対象となる多角形の形をとる。ディスプレイ
・アダプタ・プロセサは、ピクセルのカラー値を受信し
た後、カラー・イメージのピクセルによって縁取られた
ジオメトリック・フィギュアに含まれるすべてのピクセ
ルについてカラー補間を行う。
ージ処理（レイ・トレーシングなど）を、所定の複数の
ピクセルに対して実行する。そのときＣＰＵは、各ピク
セルの（Ｒ、Ｇ、Ｂ）値をディスプレイ・アダプタ（ハ
ードウェア）のプロセサに転送する。カラー値の、ハー
ドウェアに対する表現（すなわちＣＰＵとディスプレイ
・アダプタとの通信）は、方法として“ジオメトリ・レ
ンダリング”は用いられないとしても、Gouraud シェー
ディングの対象となる多角形の形をとる。ディスプレイ
・アダプタ・プロセサは、ピクセルのカラー値を受信し
た後、カラー・イメージのピクセルによって縁取られた
ジオメトリック・フィギュアに含まれるすべてのピクセ
ルについてカラー補間を行う。
【０００７】
【実施例】コンピュータ・グラフィクス分野において、
ライティング計算を実行したいときは、ＩＢＭ ２７８
１（高性能３Ｄカラー・グラフィクス・プロセサ）など
の３次元（３Ｄ）ディスプレイ・アダプタ（ハードウェ
ア・デバイス）１６を使用する。この３Ｄライティング
・ハードウェアには、シェーディング専用部が含まれ
る。普通、このシェーディング・ハードウェアは、先に
述べたようにGouraud シェーディングをサポートする
が、本発明の適用範囲では、カラー補間法を採用した他
のシェーディング・ハードウェアも考慮されている。シ
ェーディング・ハードウェアは、通常のライティング処
理の間に、表示されたイメージに求められるライティン
グを実現するためのシステムＣＰＵを支援するハードウ
ェアとして用いられる。この発明は、非ライティング計
算のとき、特にレイ・トレーシングなどのカラー・イメ
ージ処理の間に、このハードウェア支援機能を利用す
る。
ライティング計算を実行したいときは、ＩＢＭ ２７８
１（高性能３Ｄカラー・グラフィクス・プロセサ）など
の３次元（３Ｄ）ディスプレイ・アダプタ（ハードウェ
ア・デバイス）１６を使用する。この３Ｄライティング
・ハードウェアには、シェーディング専用部が含まれ
る。普通、このシェーディング・ハードウェアは、先に
述べたようにGouraud シェーディングをサポートする
が、本発明の適用範囲では、カラー補間法を採用した他
のシェーディング・ハードウェアも考慮されている。シ
ェーディング・ハードウェアは、通常のライティング処
理の間に、表示されたイメージに求められるライティン
グを実現するためのシステムＣＰＵを支援するハードウ
ェアとして用いられる。この発明は、非ライティング計
算のとき、特にレイ・トレーシングなどのカラー・イメ
ージ処理の間に、このハードウェア支援機能を利用す
る。
【０００８】図１は、本発明を実施できるシステムのブ
ロック図である。ディスプレイ１０（ＣＲＴなど）に、
複数の画素（ピクセル）を参照符号１、２、３、４、
５、６、７、８、９、１１、１３及びＮで示した。ディ
スプレイ・アダプタ１６（代表的なものはジオメトリ・
レンダリングに用いられる）は、シェーディング・プロ
セサ１２と他のすべての関連ハードウェア１４を含む。
このハードウェアには、バッファ（フレーム・バッファ
など）、ウィンドウ・バッファ、Ｚバッファなどを追加
できる。システムＣＰＵ１８は、レイ・トレーシングな
どすべてのカラー・イメージ処理を実行する。システム
・メイン・メモリ２０も図１に示した。この発明は、あ
らゆるタイプのカラー・イメージ処理アプリケーション
に適しているが、ここで主として取り上げる方法はレイ
・トレーシングである。
ロック図である。ディスプレイ１０（ＣＲＴなど）に、
複数の画素（ピクセル）を参照符号１、２、３、４、
５、６、７、８、９、１１、１３及びＮで示した。ディ
スプレイ・アダプタ１６（代表的なものはジオメトリ・
レンダリングに用いられる）は、シェーディング・プロ
セサ１２と他のすべての関連ハードウェア１４を含む。
このハードウェアには、バッファ（フレーム・バッファ
など）、ウィンドウ・バッファ、Ｚバッファなどを追加
できる。システムＣＰＵ１８は、レイ・トレーシングな
どすべてのカラー・イメージ処理を実行する。システム
・メイン・メモリ２０も図１に示した。この発明は、あ
らゆるタイプのカラー・イメージ処理アプリケーション
に適しているが、ここで主として取り上げる方法はレイ
・トレーシングである。
【０００９】アプリケーション・プログラム・インタフ
ェース（ＡＰＩ）２２は、従来のものと同様、バス２６
を介して、ジオメトリ・レンダリングの実行を３Ｄライ
ティング・ディスプレイ・アダプタ１６に指示する。こ
の機能には、光源の位置と帰結の判定及びシェーディン
グを行うための表面のカラー補間も追加できる。ただ従
来のシステムでは、ＣＰＵ１８は、ジオメトリ・レンダ
リングのときにカラー・イメージ処理を実行しない。ま
た、ＣＰＵ１８によってカラー・イメージ処理が行われ
ている間に、従来のシステムではジオメトリ・レンダリ
ングを実行できない。
ェース（ＡＰＩ）２２は、従来のものと同様、バス２６
を介して、ジオメトリ・レンダリングの実行を３Ｄライ
ティング・ディスプレイ・アダプタ１６に指示する。こ
の機能には、光源の位置と帰結の判定及びシェーディン
グを行うための表面のカラー補間も追加できる。ただ従
来のシステムでは、ＣＰＵ１８は、ジオメトリ・レンダ
リングのときにカラー・イメージ処理を実行しない。ま
た、ＣＰＵ１８によってカラー・イメージ処理が行われ
ている間に、従来のシステムではジオメトリ・レンダリ
ングを実行できない。
【００１０】レイ・トレーシング環境でカラー・イメー
ジ処理を行うために、最初にシーン（画面）の記述がメ
イン・メモリ２０に格納される。シーン記述はテキスト
形式か、または表示対象のシーンの英数字表現である。
たとえばシーン記述には、全オブジェクトのジオメトリ
ック記述及びカラー（Ｒ、Ｇ、Ｂ）値と表面のタイプが
含まれる。また、各オブジェクトの性質、すなわちオブ
ジェクトが透明であるか半透明であるか反射面であるか
などもシーン記述に含まれる。
ジ処理を行うために、最初にシーン（画面）の記述がメ
イン・メモリ２０に格納される。シーン記述はテキスト
形式か、または表示対象のシーンの英数字表現である。
たとえばシーン記述には、全オブジェクトのジオメトリ
ック記述及びカラー（Ｒ、Ｇ、Ｂ）値と表面のタイプが
含まれる。また、各オブジェクトの性質、すなわちオブ
ジェクトが透明であるか半透明であるか反射面であるか
などもシーン記述に含まれる。
【００１１】アプリケーション・プログラムのユーザ
は、レイ・トレーシング処理を具体化した後、ＡＰＩ２
２とバス２３を介して、ディスプレイ１０上の各ピクセ
ルに対して一連のベクトル（光線）計算を実行すること
をシステムＣＰＵに指示する。システムＣＰＵ１８は、
ピクセル１から処理を開始し、そのピクセルの直前の視
点から、イメージ面のピクセルを経てシーンへ至る光線
をさかのぼってトレースする。たとえば光線１（ピクセ
ル１に対応）が、最初に海面と交わることが分かった場
合、光線１と海面との交点でライティング計算が行わ
れ、ＣＰＵ１８が、計算で求められたシェードでピクセ
ル１をカラー化する。この例では、浮動小数点ベクトル
計算がＣＰＵ１８によって何度も実行される。さらに、
ピクセルＮにおいて、対応するシーン記述が、球状鏡面
などの凸面反射オブジェクトであれば、レイ・トレーシ
ング計算には、視点からピクセルＮを経て反射面との交
点に至る最初の光線に沿ったバック・トレースが含ま
れ、反射角が計算されて反射光線が生成され、そこでこ
の光線がトレースされて、それとオブジェクトとの最も
近い交点が求められる。このような反射光線は、非反射
オブジェクトとの交点が検出されるまで生成されトレー
スされる。非反射オブジェクトとの交点においては、光
源との交点からの光線である影光線が生成される。この
光線に介在する交点すなわち他のオブジェクトとの交点
が検出されると、その第１交点は、影であることが分か
り、ＣＰＵ１８によって行われたライティング計算が調
整される。この交点でのライティング計算が終わると、
ピクセルＮは、求められたシェードでカラー化される。
ここで分かるように、シーン記述における反射オブジェ
クトの個数により、ＣＰＵ１８によって実行される計算
が相当な時間を要し、負荷の大きなものになり得る。シ
ーン記述がＣＲＴディスプレイ１０に完全に表示される
まで、数時間あるいは数日もかかることも少なくない。
これほど時間がかかれば、コンピュータ・グラフィクス
・システムのユーザにかなりの負担がかかる。たとえ
ば、コンピュータ・グラフィクス・アニメーション・シ
ステムのユーザは、実際に対象シーンが表示され、シー
ン記述に手を加える必要があるかどうかを判定するの
に、一日中待たなければならないこともある。ここで
は、ディスプレイ・アダプタ１６が、上述のライティン
グ・ハードウェア／プロセサ１２（ディスプレイ・アダ
プタ１６のうちシェーディング・ハードウェアの部分）
を代表することに注意されたい。
は、レイ・トレーシング処理を具体化した後、ＡＰＩ２
２とバス２３を介して、ディスプレイ１０上の各ピクセ
ルに対して一連のベクトル（光線）計算を実行すること
をシステムＣＰＵに指示する。システムＣＰＵ１８は、
ピクセル１から処理を開始し、そのピクセルの直前の視
点から、イメージ面のピクセルを経てシーンへ至る光線
をさかのぼってトレースする。たとえば光線１（ピクセ
ル１に対応）が、最初に海面と交わることが分かった場
合、光線１と海面との交点でライティング計算が行わ
れ、ＣＰＵ１８が、計算で求められたシェードでピクセ
ル１をカラー化する。この例では、浮動小数点ベクトル
計算がＣＰＵ１８によって何度も実行される。さらに、
ピクセルＮにおいて、対応するシーン記述が、球状鏡面
などの凸面反射オブジェクトであれば、レイ・トレーシ
ング計算には、視点からピクセルＮを経て反射面との交
点に至る最初の光線に沿ったバック・トレースが含ま
れ、反射角が計算されて反射光線が生成され、そこでこ
の光線がトレースされて、それとオブジェクトとの最も
近い交点が求められる。このような反射光線は、非反射
オブジェクトとの交点が検出されるまで生成されトレー
スされる。非反射オブジェクトとの交点においては、光
源との交点からの光線である影光線が生成される。この
光線に介在する交点すなわち他のオブジェクトとの交点
が検出されると、その第１交点は、影であることが分か
り、ＣＰＵ１８によって行われたライティング計算が調
整される。この交点でのライティング計算が終わると、
ピクセルＮは、求められたシェードでカラー化される。
ここで分かるように、シーン記述における反射オブジェ
クトの個数により、ＣＰＵ１８によって実行される計算
が相当な時間を要し、負荷の大きなものになり得る。シ
ーン記述がＣＲＴディスプレイ１０に完全に表示される
まで、数時間あるいは数日もかかることも少なくない。
これほど時間がかかれば、コンピュータ・グラフィクス
・システムのユーザにかなりの負担がかかる。たとえ
ば、コンピュータ・グラフィクス・アニメーション・シ
ステムのユーザは、実際に対象シーンが表示され、シー
ン記述に手を加える必要があるかどうかを判定するの
に、一日中待たなければならないこともある。ここで
は、ディスプレイ・アダプタ１６が、上述のライティン
グ・ハードウェア／プロセサ１２（ディスプレイ・アダ
プタ１６のうちシェーディング・ハードウェアの部分）
を代表することに注意されたい。
【００１２】ＣＰＵ１８は、レイ・トレーシング計算を
終えた後、バス２４を介して、当該ピクセルについて求
められたカラーをディスプレイ１０に転送する。ここで
もディスプレイ・アダプタ１６は、レイ・トレーシング
計算の間、シェーディング・プロセサ１２を含めてアイ
ドル状態である。この発明は、レンダリングを高速にす
るか、またはカラー・イメージ処理を効率よく実行する
ために、シェーディング・プロセサ１２を利用して、レ
イ・トレーシングにかけられたピクセルの一部のカラー
補間を通して、イメージのピクセルを部分的にカラー化
する。
終えた後、バス２４を介して、当該ピクセルについて求
められたカラーをディスプレイ１０に転送する。ここで
もディスプレイ・アダプタ１６は、レイ・トレーシング
計算の間、シェーディング・プロセサ１２を含めてアイ
ドル状態である。この発明は、レンダリングを高速にす
るか、またはカラー・イメージ処理を効率よく実行する
ために、シェーディング・プロセサ１２を利用して、レ
イ・トレーシングにかけられたピクセルの一部のカラー
補間を通して、イメージのピクセルを部分的にカラー化
する。
【００１３】多くのディスプレイ・アダプタが（上述の
３Ｄライティング・ハードウェア１６を含めて）、多角
形を塗りつぶして（カラー化して）ディスプレイ１０に
表示できる。ＣＰＵ１８は、典型的なカラー・イメージ
処理条件下では、個々のピクセルを、アプリケーション
・プログラムによって指定されたとおりに解像し、直接
ＣＲＴディスプレイ１０に送って表示する。しかしアダ
プタ１６は、シェーディング・プロセサ１２を通して、
Gouraud シェーディングなどの補間法によって多角形を
カラー化できる。一般にこれらの多角形は、正方形、四
角形、三角形、台形などの単純な多角形である。そこ
で、この発明は、ディスプレイ・アダプタ（ハードウェ
ア）１６のこの機能を利用して、単純な多角形のカラー
補間を行う。
３Ｄライティング・ハードウェア１６を含めて）、多角
形を塗りつぶして（カラー化して）ディスプレイ１０に
表示できる。ＣＰＵ１８は、典型的なカラー・イメージ
処理条件下では、個々のピクセルを、アプリケーション
・プログラムによって指定されたとおりに解像し、直接
ＣＲＴディスプレイ１０に送って表示する。しかしアダ
プタ１６は、シェーディング・プロセサ１２を通して、
Gouraud シェーディングなどの補間法によって多角形を
カラー化できる。一般にこれらの多角形は、正方形、四
角形、三角形、台形などの単純な多角形である。そこ
で、この発明は、ディスプレイ・アダプタ（ハードウェ
ア）１６のこの機能を利用して、単純な多角形のカラー
補間を行う。
【００１４】具体的には、図１のコンピュータ・グラフ
ィクス・システムのユーザが、カラー・イメージ化また
はレイ・トレーシングの対象となるピクセルの個数（ま
たは割合）を、それらの間のカラー補間が実行される前
に決定する。たとえばユーザは、ピクセルを１つおきに
レイ・トレーシングにかけたいとすると、ピクセル１、
３、５、７が順次レイ・トレーシング計算にかけられ
る。ＣＰＵ１８によるこの４回の計算が終わると、各々
のカラー値が、バス２８を介して、ディスプレイ・アダ
プタ１６のシェーディング・プロセサ１２に引き渡され
る。この例のピクセル１、３、５、７は正方形の境界で
あり、ディスプレイ・アダプタ１６によって塗りつぶせ
る多角形である。したがってＣＰＵ１８は、そこでシー
ン記述の別の部分（ピクセル３、５、１１、１３によて
縁取られる部分など）のレイ・トレーシングを続けるこ
とができる。その間、ディスプレイ・アダプタ１６のシ
ェーディング・プロセサ１２は、ピクセル１、３、５、
７の、レイ・トレーシングの済んだ既知のカラーを基
に、ピクセル２、４、６、８、９のカラーを補間する。
ここから明らかなように、本発明によれば、グラフィク
ス・システム内の、レイ・トレーシングにかけられたイ
メージのレンダリングが大幅に高速化される。すなわち
図１のピクセル１ないし９のうち、実際にレイ・トレー
シングにかけられるのは１、３、５、７の４つのピクセ
ルだけであり、２、３、６、８、９の５つのピクセルは
別のプロセサによってカラー化される。ここで注意して
おきたいが、ユーザは、レイ・トレーシングの対象とす
るピクセルの個数と構成を選択できる。端的な例を挙げ
ると、ディスプレイ１０の、角の４つのピクセルは、こ
のスクリーンの、カラー補間された残りのピクセルでレ
イ・トレーシング処理ができる。もう１つの端的な例で
は、ディスプレイ１０のピクセルの行列に沿った全ピク
セルのうちかなりの部分でレイ・トレーシングが可能に
なる（詳細は後で図３により説明）。２ピクセルにつき
１つをレイ・トレーシングにかければ、最終的にレイ・
トレーシング計算の対象となるのは全ピクセルの２５％
にすぎない。上述のように、ピクセルを１つおきにレイ
・トレーシングにかけることで、レンダリングは大幅に
高速化され、解像度の低下はごくわずかですむ。解像度
のわずかな低下は、レンダリングの高速化によって無視
できる。
ィクス・システムのユーザが、カラー・イメージ化また
はレイ・トレーシングの対象となるピクセルの個数（ま
たは割合）を、それらの間のカラー補間が実行される前
に決定する。たとえばユーザは、ピクセルを１つおきに
レイ・トレーシングにかけたいとすると、ピクセル１、
３、５、７が順次レイ・トレーシング計算にかけられ
る。ＣＰＵ１８によるこの４回の計算が終わると、各々
のカラー値が、バス２８を介して、ディスプレイ・アダ
プタ１６のシェーディング・プロセサ１２に引き渡され
る。この例のピクセル１、３、５、７は正方形の境界で
あり、ディスプレイ・アダプタ１６によって塗りつぶせ
る多角形である。したがってＣＰＵ１８は、そこでシー
ン記述の別の部分（ピクセル３、５、１１、１３によて
縁取られる部分など）のレイ・トレーシングを続けるこ
とができる。その間、ディスプレイ・アダプタ１６のシ
ェーディング・プロセサ１２は、ピクセル１、３、５、
７の、レイ・トレーシングの済んだ既知のカラーを基
に、ピクセル２、４、６、８、９のカラーを補間する。
ここから明らかなように、本発明によれば、グラフィク
ス・システム内の、レイ・トレーシングにかけられたイ
メージのレンダリングが大幅に高速化される。すなわち
図１のピクセル１ないし９のうち、実際にレイ・トレー
シングにかけられるのは１、３、５、７の４つのピクセ
ルだけであり、２、３、６、８、９の５つのピクセルは
別のプロセサによってカラー化される。ここで注意して
おきたいが、ユーザは、レイ・トレーシングの対象とす
るピクセルの個数と構成を選択できる。端的な例を挙げ
ると、ディスプレイ１０の、角の４つのピクセルは、こ
のスクリーンの、カラー補間された残りのピクセルでレ
イ・トレーシング処理ができる。もう１つの端的な例で
は、ディスプレイ１０のピクセルの行列に沿った全ピク
セルのうちかなりの部分でレイ・トレーシングが可能に
なる（詳細は後で図３により説明）。２ピクセルにつき
１つをレイ・トレーシングにかければ、最終的にレイ・
トレーシング計算の対象となるのは全ピクセルの２５％
にすぎない。上述のように、ピクセルを１つおきにレイ
・トレーシングにかけることで、レンダリングは大幅に
高速化され、解像度の低下はごくわずかですむ。解像度
のわずかな低下は、レンダリングの高速化によって無視
できる。
【００１５】図２は、本発明により、シェーディング・
プロセサ１２の機能を起動・利用するステップのフロー
チャートである。
プロセサ１２の機能を起動・利用するステップのフロー
チャートである。
【００１６】ステップ１では、コンピュータ・グラフィ
クス・システムのユーザによって、当該ハードウェア利
用法が適用される。次に、ユーザか、おそらくはアプリ
ケーション・プログラムにより、レイ・トレーシングの
対象となるピクセルの割合が決定される。この割合は、
全ピクセルのうちごくわずかな部分から１００％にまで
及び、１００％の場合は本発明は適用されない。先に示
したとおり、約２５％であれば、良好な解像度が得ら
れ、イメージ処理の大幅な高速化が可能なことが確認さ
れている。ステップ３では、レイ・トレーシングにかけ
られたピクセルの構成が指定され、それがディスプレイ
・アダプタ１６に送られて塗りつぶしが行われる。すな
わちレイ・トレーシングの終わったピクセルの構成は、
正方形、円形、四角形、台形などの多角形と指定され
る。こうしてレイ・トレーシングにかけられ、多角形に
構成されたピクセル相互間の領域（ピクセル）をディス
プレイ・アダプタによって塗りつぶすことができる。
クス・システムのユーザによって、当該ハードウェア利
用法が適用される。次に、ユーザか、おそらくはアプリ
ケーション・プログラムにより、レイ・トレーシングの
対象となるピクセルの割合が決定される。この割合は、
全ピクセルのうちごくわずかな部分から１００％にまで
及び、１００％の場合は本発明は適用されない。先に示
したとおり、約２５％であれば、良好な解像度が得ら
れ、イメージ処理の大幅な高速化が可能なことが確認さ
れている。ステップ３では、レイ・トレーシングにかけ
られたピクセルの構成が指定され、それがディスプレイ
・アダプタ１６に送られて塗りつぶしが行われる。すな
わちレイ・トレーシングの終わったピクセルの構成は、
正方形、円形、四角形、台形などの多角形と指定され
る。こうしてレイ・トレーシングにかけられ、多角形に
構成されたピクセル相互間の領域（ピクセル）をディス
プレイ・アダプタによって塗りつぶすことができる。
【００１７】実際のレイ・トレーシング計算は、次に、
コンピュータ・グラフィクス・システムのＣＰＵ１８に
よって実行される（ステップ４）。ステップ５では、こ
れらレイ・トレーシングにかけられたピクセルのカラー
値と構成が、ＣＰＵ１８からバス２８を介してディスプ
レイ・アダプタ１６に転送される。ステップ５ではま
た、シェーディング・プロセサ１２が、レイ・トレーシ
ングにかけられたピクセル相互間にあるピクセルを塗り
つぶし（カラー補間）、レイ・トレーシングにかけら
れ、カラー補間されたピクセルを、塗りつぶされた多角
形としてディスプレイ１０に表示する。ステップ６で
は、レイ・トレーシング対象のピクセルの割合（ステッ
プ２で決定）が実際にレイ・トレーシングにかけられた
かどうかが判定される。そのとおりであれば、本発明の
方法はステップ７に進んで終了する。しかし、レイ・ト
レーシング対象のピクセルが残っていれば、プロセスは
ステップ４に戻り、そこで追加のレイ・トレーシングが
実行される。また、ステップ７では、本発明のプロセス
が終了するが、ＣＰＵ１８は、先にカラー補間されたピ
クセルのレイ・トレーシングとカラー・イメージ化を継
続できる。
コンピュータ・グラフィクス・システムのＣＰＵ１８に
よって実行される（ステップ４）。ステップ５では、こ
れらレイ・トレーシングにかけられたピクセルのカラー
値と構成が、ＣＰＵ１８からバス２８を介してディスプ
レイ・アダプタ１６に転送される。ステップ５ではま
た、シェーディング・プロセサ１２が、レイ・トレーシ
ングにかけられたピクセル相互間にあるピクセルを塗り
つぶし（カラー補間）、レイ・トレーシングにかけら
れ、カラー補間されたピクセルを、塗りつぶされた多角
形としてディスプレイ１０に表示する。ステップ６で
は、レイ・トレーシング対象のピクセルの割合（ステッ
プ２で決定）が実際にレイ・トレーシングにかけられた
かどうかが判定される。そのとおりであれば、本発明の
方法はステップ７に進んで終了する。しかし、レイ・ト
レーシング対象のピクセルが残っていれば、プロセスは
ステップ４に戻り、そこで追加のレイ・トレーシングが
実行される。また、ステップ７では、本発明のプロセス
が終了するが、ＣＰＵ１８は、先にカラー補間されたピ
クセルのレイ・トレーシングとカラー・イメージ化を継
続できる。
【００１８】図３は、ディスプレイ１０のピクセルのも
う１つの構成を示す。ドット（○）は、カラー・イメー
ジ・ピクセルを、Ｘはカラー補間ピクセルをあらわす。
図３の構成をとる場合、ＣＰＵ１８は、ピクセルをディ
スプレイ１０の第１行（行０）に沿って１つおきにカラ
ー・イメージ化する（ピクセル０、２、４、６、８、１
０、１２．．．）。ＣＰＵ１８は次に、行２のピクセル
０、２についてレイ・トレーシングを行い、それによっ
て多角形（この場合は正方形）が行０のピクセル０、２
と行２のピクセル０、２によって縁取られる。この多角
形は次に、シェーディング・プロセサ１２に転送され、
行０のピクセル１、行１のピクセル０、１、２、及び行
２のピクセル１の値が、プロセサ１２によってカラー補
間される。ピクセルのこの正方形のブロックＡがＣＲＴ
ディスプレイ１０に表示される。
う１つの構成を示す。ドット（○）は、カラー・イメー
ジ・ピクセルを、Ｘはカラー補間ピクセルをあらわす。
図３の構成をとる場合、ＣＰＵ１８は、ピクセルをディ
スプレイ１０の第１行（行０）に沿って１つおきにカラ
ー・イメージ化する（ピクセル０、２、４、６、８、１
０、１２．．．）。ＣＰＵ１８は次に、行２のピクセル
０、２についてレイ・トレーシングを行い、それによっ
て多角形（この場合は正方形）が行０のピクセル０、２
と行２のピクセル０、２によって縁取られる。この多角
形は次に、シェーディング・プロセサ１２に転送され、
行０のピクセル１、行１のピクセル０、１、２、及び行
２のピクセル１の値が、プロセサ１２によってカラー補
間される。ピクセルのこの正方形のブロックＡがＣＲＴ
ディスプレイ１０に表示される。
【００１９】ピクセルの第１ブロックＡの表示と同時
に、ＣＰＵ１８が行２のピクセル４をカラー・イメージ
化し、これは、残りの３つの境界ピクセルが先にレイ・
トレーシングにかけられているので、もう１つの正方形
となる。この第２ブロックＢは次に、シェーディング・
プロセサ１２によってカラー補間され、行０のピクセル
３、行１のピクセル３、４、及び行２のピクセル３の値
が求められる。ここから分かるように、行２のピクセル
４など、別のピクセルを１つレイ・トレーシングにかけ
ることで、４つのピクセルをカラー補間できる。さら
に、行２のピクセル６をイメージ化すれば、別の４つの
ピクセルがカラー補間できることも分かる。このよう
に、プロセサ１２を、カラー・イメージ処理を支援する
ハードウェアとして用いることによって、代表的なＣＲ
Ｔに表示される数千個のピクセルをカラー・イメージ化
及びカラー補間して、他の場合には表示するのに数時間
あるいは数日もかかるような複雑なシーンを表示するこ
とができる。
に、ＣＰＵ１８が行２のピクセル４をカラー・イメージ
化し、これは、残りの３つの境界ピクセルが先にレイ・
トレーシングにかけられているので、もう１つの正方形
となる。この第２ブロックＢは次に、シェーディング・
プロセサ１２によってカラー補間され、行０のピクセル
３、行１のピクセル３、４、及び行２のピクセル３の値
が求められる。ここから分かるように、行２のピクセル
４など、別のピクセルを１つレイ・トレーシングにかけ
ることで、４つのピクセルをカラー補間できる。さら
に、行２のピクセル６をイメージ化すれば、別の４つの
ピクセルがカラー補間できることも分かる。このよう
に、プロセサ１２を、カラー・イメージ処理を支援する
ハードウェアとして用いることによって、代表的なＣＲ
Ｔに表示される数千個のピクセルをカラー・イメージ化
及びカラー補間して、他の場合には表示するのに数時間
あるいは数日もかかるような複雑なシーンを表示するこ
とができる。
【００２０】
【発明の効果】この発明によれば、ディスプレイ・アダ
プタに含まれるマイクロプロセサを使用して、カラー・
イメージ処理の間にシステムＣＰＵにかかる処理負荷の
一部を軽減することができる。すなわち本発明は、カラ
ー・イメージ処理を行うコンピュータ・グラフィクス・
システムを高速化するために、ディスプレイ・ハードウ
ェアのカラー補間機能を利用する。また、与えられたス
クリーンに対して実行すべき計算の量が大幅に低減す
る。計算量の低減により、画面のカラー・イメージ化が
大幅に高速化される。
プタに含まれるマイクロプロセサを使用して、カラー・
イメージ処理の間にシステムＣＰＵにかかる処理負荷の
一部を軽減することができる。すなわち本発明は、カラ
ー・イメージ処理を行うコンピュータ・グラフィクス・
システムを高速化するために、ディスプレイ・ハードウ
ェアのカラー補間機能を利用する。また、与えられたス
クリーンに対して実行すべき計算の量が大幅に低減す
る。計算量の低減により、画面のカラー・イメージ化が
大幅に高速化される。
【図１】本発明によって用いられる要素を示すブロック
図である。
図である。
【図２】本発明により、ディスプレイ・アダプタ（ハー
ドウェア）の機能を実現するステップを示すフローチャ
ートの図である。
ドウェア）の機能を実現するステップを示すフローチャ
ートの図である。
【図３】本発明を採用したシステムによってカラー補間
できるピクセル及びカラー・イメージ化できるピクセル
を表示するディスプレイの一部を示す図である。
できるピクセル及びカラー・イメージ化できるピクセル
を表示するディスプレイの一部を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｎ 1/46 (72)発明者 ジェフリー・アレン・ウィルキンス アメリカ合衆国テキサス州オースチン、リ チャード・ウォーカー・ブールバード 14313番地 (56)参考文献 特開 昭63−16898（ＪＰ，Ａ)
Claims (16)
- 【請求項１】ピクセルのカラー値を補間することによっ
てカラー・イメージ処理を行なう方法であって、 カラー・イメージ化の対象となるべき全部のピクセルの
うちから一部のピクセルの個数を決定するステップと、 上記決定された個数に含まれるピクセルの各々について
カラー値を計算するステップと、 上記計算されたカラー値に基づき、カラー・イメージ化
の対象となるべきであるが上記決定された個数には含ま
れない残りのピクセルの各々についてカラー値を補間す
るステップとを含み、 上記カラー値を計算するステップと上記カラー値を補間
するステップとの少なくとも一部が、並行して処理可能
である、 カラー・イメージ処理方法。 - 【請求項２】上記カラー値を補間するステップが、Gour
aud(グーロー)シェーディングを用いて実行される、 請求項１に記載のカラー・イメージ処理方法。 - 【請求項３】上記計算するステップが、ＣＰＵによって
実行され、上記補間するステップが、該ＣＰＵとは別の
ディスプレイ・アダプタによって実行される、 請求項１に記載のカラー・イメージ処理方法。 - 【請求項４】上記決定するステップがさらに、決定され
た個数のピクセルの一部について多角形を指定するステ
ップを含む、 請求項１に記載のカラー・イメージ処理方法。 - 【請求項５】上記補間するステップがさらに、上記指定
された多角形に含まれるピクセルのみについてカラー値
を割り当てるステップを含む、 請求項４に記載のカラー・イメージ処理方法。 - 【請求項６】上記補間するステップがさらに、 上記指定された多角形に含まれるピクセルのみについて
カラー値を補間するステップと、 上記指定された多角形に含まれるカラー・イメージ化さ
れたピクセルとカラー補間されたピクセルとを表示する
ステップとを含む、 請求項５に記載のカラー・イメージ処理方法。 - 【請求項７】上記カラー値を計算するステップが、レイ
・トレーシング処理をするステップを含む、 請求項１、２、３、４、５または６の何れかに記載のカ
ラー・イメージ処理方法。 - 【請求項８】ピクセルのカラー値を補間することによっ
てカラー・イメージ処理を行なう方法であって、 カラー・イメージ化の対象となるべき全部のピクセルの
うちから一部のピクセルの個数を決定するステップと、 上記決定された個数に含まれるピクセルの各々について
カラー値を計算するステップと、 上記決定された個数のピクセルの一部について、上記カ
ラー値が計算されたピクセルが境界となる多角形を指定
するステップと、 上記計算されたカラー値に基づき、カラー・イメージ化
の対象となるべきであるが上記決定された個数には含ま
れない残りのピクセルの各々についてカラー値を補間す
るステップと、 上記指定された多角形に含まれるカラー・イメージ化さ
れたピクセルとカラー補間されたピクセルとを表示する
ステップとを含み、 上記カラー値を計算するステップと上記カラー値を補間
するステップとの少なくとも一部が、並行して処理可能
である、 カラー・イメージ処理方法。 - 【請求項９】ピクセルのカラー値を補間することによっ
てカラー・イメージ処理を行なうシステムであって、 カラー・イメージ化の対象となるべき全部のピクセルの
うちから一部のピクセルの個数を決定する手段と、 上記決定された個数に含まれるピクセルの各々について
カラー値を計算する手段と、 上記計算されたカラー値に基づき、カラー・イメージ化
の対象となるべきであるが上記決定された個数には含ま
れない残りのピクセルの各々についてカラー値を補間す
る手段とを含み、 上記カラー値を計算する手段の実行と上記カラー値を補
間する手段の実行との少なくとも一部が、並行して処理
可能である、 カラー・イメージ処理システム。 - 【請求項１０】上記カラー値を補間する手段が、Gourau
d(グーロー)シェーディングを用いて処理可能である、 請求項９に記載のカラー・イメージ処理システム。 - 【請求項１１】上記補間する手段が、カラー補間を実行
可能なディスプレイ・ハードウエアを起動する手段を含
む、 請求項９に記載のカラー・イメージ処理システム。 - 【請求項１２】上記決定する手段が、決定された個数の
ピクセルの一部について多角形を指定する第２の決定手
段を含む、 請求項９に記載のカラー・イメージ処理システム。 - 【請求項１３】上記補間する手段がさらに、上記指定さ
れた多角形に含まれるピクセルのみについてカラー値を
割り当てる手段を含む、 請求項１２に記載のカラー・イメージ処理システム。 - 【請求項１４】上記補間する手段がさらに、 上記指定された多角形に含まれるピクセルのみについて
カラー値を補間する第２の補間手段と、 上記指定された多角形に含まれるカラー・イメージ化さ
れたピクセルとカラー補間されたピクセルとを表示する
手段とを含む、 請求項１３に記載のカラー・イメージ処理システム。 - 【請求項１５】上記カラー値を計算する手段が、レイ・
トレーシング処理をする手段を含む、 請求項９、１０、１１、１２、１３または１４の何れか
に記載のカラー・イメージ処理システム。 - 【請求項１６】ピクセルのカラー値を補間することによ
ってカラー・イメージ処理を行なうシステムであって、 カラー・イメージ化の対象となるべき全部のピクセルの
うちから一部のピクセルの個数を決定する手段と、 上記決定された個数に含まれるピクセルの各々について
カラー値を計算する手段と、 上記決定された個数のピクセルの一部について、上記カ
ラー値が計算されたピクセルが境界となる多角形を指定
する手段と、 カラー補間を実行可能なディスプレイ・ハードウエアを
起動して、上記計算されたカラー値に基づき、カラー・
イメージ化の対象となるべきであるが上記決定された個
数には含まれない残りのピクセルの各々についてカラー
値を補間する手段と、 上記指定された多角形に含まれるカラー・イメージ化さ
れたピクセルとカラー補間されたピクセルとを表示する
手段とを含み、 上記カラー値を計算する手段の実行と上記カラー値を補
間する手段の実行との少なくとも一部が、並行して処理
可能である、 カラー・イメージ処理システム。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US480190 | 1990-02-13 | ||
| US07/480,190 US5138699A (en) | 1990-02-13 | 1990-02-13 | Hardware utilization of color interpolation capability in a color imaging system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04213779A JPH04213779A (ja) | 1992-08-04 |
| JPH081665B2 true JPH081665B2 (ja) | 1996-01-10 |
Family
ID=23907006
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3016898A Expired - Fee Related JPH081665B2 (ja) | 1990-02-13 | 1991-01-18 | カラー・イメージ処理システム及び方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5138699A (ja) |
| EP (1) | EP0442682B1 (ja) |
| JP (1) | JPH081665B2 (ja) |
| DE (1) | DE69130127T2 (ja) |
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-
1991
- 1991-01-18 JP JP3016898A patent/JPH081665B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1991-02-11 DE DE69130127T patent/DE69130127T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1991-02-11 EP EP91301074A patent/EP0442682B1/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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| EP0442682A3 (en) | 1993-03-17 |
| JPH04213779A (ja) | 1992-08-04 |
| DE69130127T2 (de) | 1999-05-27 |
| DE69130127D1 (de) | 1998-10-15 |
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