JPH08212382A - Z−バッファタグメモリ構成 - Google Patents
Z−バッファタグメモリ構成Info
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- JPH08212382A JPH08212382A JP7278492A JP27849295A JPH08212382A JP H08212382 A JPH08212382 A JP H08212382A JP 7278492 A JP7278492 A JP 7278492A JP 27849295 A JP27849295 A JP 27849295A JP H08212382 A JPH08212382 A JP H08212382A
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Abstract
レームバッファ、及びZ−バッファを備えたコンピュー
タ制御画像システムに於けるZ−バッファのある部分を
クリアする方法及びシステムを提供する。 【解決手段】無効用ビット(Z−タグ)がZ−バッファ
中の各Z−バッファ要素に対して設定され、それに対応
するZ−バッファ要素が有効状態か無効状態かを決定す
る。無効用ビットはZ−バッファ中にあり、各無効用ビ
ットがそれに対応するZ−バッファ要素と同一ぺ−ジ内
にあるよう構成されている。Z−バッファクリアする部
分を無効にするため2進情報が無効用ビットに書き込ま
れる。さらに、必要に応じてメモリの使用を制限するた
め無効用ビットをアクセスすることを選択的に中断する
ことが可能である。
Description
次元表現を表示するビデオ表示装置に関し、より具体的
には、コンピュータ制御ビデオ表示システムに於けるZ
−バッファをクリアするための改良した方法及び装置に
関する。
表示するためコンピュータ制御のグラフィックス又はビ
デオ表示装置が用いられる。よく知られているように、
ビデオ表示システムは、グラフィック表示装置上のピク
セル位置の2次元アレーとして配列された複数のピクセ
ルを有し、各ピクセルはX座標及びY座標を持つ。また
フレームバッファ及びそれとは異なったZ−バッファを
備え、夫々は、複数のピクセル位置に対応した複数のメ
モリ位置を有している。フレームバッファは一般的には
ランダムアクセスメモリ(RAM)で、多くの場合ビデ
オランダムアクセスメモリ(VRAM)が用いられ、画
像中の各ピクセルに対するカラー及び強度をディジタル
表現したものを含む各ピクセル位置についての情報を格
納する。各フレームのピクセル情報がフレームバッファ
に書き込まれ、画像即ちフレームが作られ、それが順番
に表示されていく。
(RAM)で、一般的にはダイナミックランダムアクセ
スメモリ(DRAM)が用いらる。Z−バッファは、ビ
デオ表示装置上のある物体が他の物体の前にあるのか又
は後ろにあるのかを示す情報を含んでいる。この情報を
用いてビデオ表示システムは、ある物体が表示装置上で
隠れているのか或は見えているのかを判定することが可
能になる。通常、Z−バッファは、フレームバッファの
各ピクセルに対して1つの数を与える。この数はしばし
ば「Z」値と呼ばれ、スクリーン面に垂直なZ軸に沿っ
た方向の物体の奥行きを示す。Z−値を用いることによ
り第3次元の座標が与えられ、3次元的表現が実現する
のである。通常のビデオ表示システムでは、Z−値が小
さい時には、物体がオブザーバの近くにあることを示
し、逆にZ−値が大きい時には、物体がオブザーバから
遠くにあることを示す。一つのピクセル位置に対応して
複数の物体がある場合、大きなZ−値を持つ物体は、小
さなZ−値を持ち、従ってオブザーバの近くにある物体
により隠されている。
フレームバッファ及びZ−バッファを更新しなくてはな
らない。一般的に、フレームバッファ及びZ−バッファ
を更新する従来の手法は、ビデオ表示装置の全面を水平
ライン毎にラスタスキャンすることである。一つの水平
スキャンに対して一つのY座標が対応し、画像がスクリ
ーンの一方から他方へ描かれていくにつれてX座標が変
化する。表示される各ピクセル位置は、Z−バッファ及
びフレームバッファに夫々格納されている古いZ−値及
び古いピクセル値を持つであろう。各ピクセル位置に対
してZ−バッファの古いZ−値が現ピクセル位置のため
に読み込まれる。その現ピクセル位置に対して新しいZ
−値及びピクセル値がグラフィックスコントローラで計
算される。グラフィックスコントローラは、現ピクセル
位置に対して古いZ−値と新しいZ−値を比較し、現ピ
クセルがフレームバッファの既に格納されているピクセ
ルよりもオブザーバに近いかどうかを判定する。もし現
ピクセル位置の新しいピクセルがフレームバッファに格
納されているピクセルよりオブザーバに近い場合にはそ
のピクセル位置に対する新しいピクセル値がフレームバ
ッファに書き込まれる。もし新しいピクセルが隠れてい
る場合には、コントローラは、フレームバッファの古い
ピクセル値及びZ−バッファの古いZ−値をそのままに
して次のピクセル位置に進む。ある位置の新しいピクセ
ルが古いピクセルよりオブザーバに近い場合は、コント
ローラはZ−バッファに現ピクセル位置に対する新しい
Z−値を書き込む。このプロセスがスキャンラインに沿
った次のピクセルに対して繰り返される。先行技術によ
ってクリアするには、画面上のある領域をクリアする
時、それに対応するZ−バッファのクリアするよう選択
された全ての位置に最大可能なZ−値を書き込むことに
よって行うのが一般的である。
Z−バッファを用いる前にZ−バッファをクリアする。
Z−バッファのある部分をクリアするには、従来の方法
では一般的に、クリアする領域のピクセル位置をまず決
定する。そして、従来のグラフィックス更新コントロー
ラは通常、クリアする各ラインの全てのピクセル位置に
対するZ−バッファに最大可能なZ−値を書き込む。し
かし、多くの先行技術のシステムでは普通、画面のある
領域をクリアするとき、Z−バッファのそれに対応する
領域をクリアする必要があるため遅延が生じる。例え
ば、1280x1024のピクセルを持ち、32ビット
の奥行きで64ビットメモリワードを有し、25MHz
でアクセスされるZ−バッファをクリアするには、上述
した従来のクリア法では、典型的には単にZ−バッファ
をクリアするだけで26msec以上のクリア時間が必
要になる。この時間は、リアルタイムで画像が描写可能
なシステムにとっては比較的長いものである。このよう
な長い時間では、30Hz又はそれ以上の全画面更新速
度は恐らく得られないであろう。
ー(Hannah)に付与された米国特許5,038,
297に開示されている。上記引用先行資料は参照する
ことにより本明細書の一部を成すものとする。ハナーの
方法は、全てのZ−値を実際にクリアする代わりに、フ
レームバッファに付随した複数のビットを採用しZ−バ
ッファ中のZ−値を無効にするのである。この無効用ビ
ットの各々は、典型的にはVRAMを用いて実現される
フレームバッファにある1ワードから取ったメモリの1
ビットからなっている。殆どの場合、フレームバッファ
は各ピクセルのカラー及び強度を書き込むために用いら
れる。しかし、ハナーの方法では、フレームバッファに
無効用ビットを付け加えるので、Z−バッファを無効に
するため、それ以外の方法では必要としないフレームバ
ッファの余分の読み込み動作が余儀なくされる。
デル(Dowdell)に付与された米国特許 5,3
01,263に開示されている。この特許も参照するこ
とにより本明細書に組み込まれているものとする。ダウ
デルの方法では、Z−値及び無効用ビットが各Z−バッ
ファアドレスに対するメモリに格納される。ダウデルの
無効用ビットは対応するZ−値メモリ位置に有効なZ−
値が格納されているかどうかを示す。さらに、ダウデル
の方法はグラフィックス画面の高速クリア中にZ−値を
高速更新する方法を提供するが、それではクリアされる
ピクセルに対応する無効用ビットが「1」にセットされ
る。高速更新が無効用ビットを用いて行えるかもしれな
いが、ダウデルの特許には無効用ビットのメモリ中での
最適構成に関する教示がなく、従って、さらに余分なメ
モリを必要とするかも知れない。
ファのある領域をより速くクリア若しくは無効にするよ
うに改良された方法及びシステムを提供することであ
る。
を効率よく構成しZ−バッファのある領域の値を無効に
し且つメモリの最適利用によって性能を向上させる方法
でZ−バッファの対応する領域を無効にするように改良
された方法を提供することである。
メージングシステムを用いた更新操作中にZ−バッファ
をクリアするためZ−バッファのある部分を無効にする
ためのより安価でより効率のよい方法およびシステムを
提供することも本発明の一つの目的である。
−バッファのある領域を無効にする方法およびシステム
で、その無効用ビットを必要に応じて選択的に使用した
り使用をやめたり出来るものを提供することも本発明の
もう一つの目的である。
ッファ、及びグラフィックスコントローラを備えたラス
タスキャンイメージングシステムに於けるZ−バッファ
のある部分をクリアする方法及びシステムを提供する。
Z−バッファは一連のZ−バッファ要素を含み、各Z−
バッファ要素は夫々のピクセルに関係づけられている。
Z−バッファは、複数のメモリページを含むページ構成
になったランダムアクセスメモリ(RAM)を有する。
当該方法は各Z−バッファ要素に対し1つの無効用ビッ
トを設定することが含まれており、各無効用ビットはそ
れに対応するZ−バッファ要素の有効状態又は無効状態
を決定する。複数の無効用ビットは、それに対応するZ
−バッファ要素と同一メモリページ内にあるよう構成さ
れている。その複数の無効用ビットに2進情報が書き込
まれるが、それによりそれに対応したクリアすべきZ−
バッファ要素を無効にする。
情報が格納され、もしそれに対応する無効用ビットが無
効となっていれば、予め定められたZ−値がそこにある
Z−値と置き替えられる。この予め定められた値は表示
のバックグランドを表すものが好ましい。もし対応する
無効用ビットが無効状態にセットされていれば、それに
対応するZ−バッファのZ−値はバックグランド表示情
報にセットされる。これ以外の場合、即ち無効用ビット
が有効状態にセットされている場合には、Z−値要素は
新しく取り出されたZ−値にセットされる。さらに、メ
モリの使用を制限するため必要に応じて無効用ビットへ
のアクセスを選択的に中断することも出来る。
ックス表示システムの概観的アーキテクチャが図1に示
されている。このグラフィックス表示システムには、グ
ラフィックス表示操作をコントロールするためのグラフ
ィックスプロセサ/コントローラ10が含まれている。
グラフィックスプロセサ/コントローラ10にスキャン
コンバータ/インタポレータ装置14及びCRT制御装
置12が含まれるのが好ましい。スキャンコンバータ/
インタポレータ装置14は、線や三角形のような高水準
グラフィックスプリミティブをピクセル操作に変換する
回路を含んでいる。CRT制御装置12は陰極線管(C
RT)グラフィックスモニタのような表示装置の操作を
制御する。しかし、制御装置12は使用しているCR
T、液晶、又は他のグラフィックス表示装置等のグラフ
ィックス表示装置の規格に準じなくてはならない。さら
に、グラフィックスプロセサ/コントローラ10は、第
1のインタフェース16及び第2のインタフェース18
を含むが、後述するように、これらを通してグラフィッ
クスプロセサ/コントローラ10は他のハードウエア装
置と接続することが可能になる。
0が第1のインタフェース16を通してシステム入出力
又はメモリバス26に接続されているのが望ましい。次
に、システム入出力又はメモリバス26はホストの中央
処理装置(CPU)28に操作上接続されている。CP
U28は入手可能な多くの処理装置で、例えば、インテ
ル(Intel Corporation)が製造販売
しているモデル486又はペンティアム(Pentiu
m)(586)マイクロプロセサのようなものがある。
CPU28及びシステム入出力又はメモリバス26がメ
モリ及び処理機能を果たすことになる。さらに、ジオメ
トリプロセサ32がグラフィックスプロセサ/コントロ
ーラ10及びシステム入出力又はメモリバス26に接続
され、ジオメトリ処理機能を高速化するオプションとし
て用いられる。そのような機能にはジオメトリ変換、透
視変換、及び3Dクリッピング等が含まれる。
インタフェース18を通してグラフィックスプロセサ/
コントローラ10に接続されたZ−バッファ20があ
る。Z−バッファ20はランダムアクセスメモリ(RA
M)で実現されるが、ダイナミックランダムアクセスメ
モリ(DRAM)を用いるのが好ましい。或は、Z−バ
ッファ20をビデオRAM(VRAM)でインプリメン
トしてもよい。Z−バッファ20にはZ−値と共にここ
ではZ−タグとも呼ぶそれに対応した無効用ビットが格
納されている。グラフィックス表示システムはさらにフ
レームバッファ22も含む。フレームバッファ22もま
た第2のインタフェース18を通してグラフィックスプ
ロセサ/コントローラ10に接続されている。フレーム
バッファ22もRAMでインプリメントされるが、ビデ
オランダムアクセスメモリ(VRAM)を用いるのが好
ましい。しかし、フレームバッファ22はDRAMを用
いても実現出来る。Z−バッファ20及びフレームバッ
ファ22は双方とも2つの通信バスを通して第2のイン
タフェースに接続されているが、1つのバスはアドレス
と制御情報用で、他のバスはデータ情報を取り扱う。Z
−バッファ20及びフレームバッファ22の各々が1つ
又は複数のDRAM及びVRAMチップに組み込めるこ
とは当業者には自明であろう。さらに、複数のメモリを
グループとしてまとめてアドレス指定し1つのメモリと
して取り扱ってもよい。また、Z−バッファ20及びフ
レームバッファ22を単一のメモリバス、及び/又は、
メモリチップのセットを共用する方法で実現することも
可能であろう。
ムアクセスメモリのディジタルからアナログへのコンバ
ータ(RAM DAC)及び関連回路24に接続されて
いる。RAM DAC24はまたCRT制御装置12に
接続され垂直及び水平のブランキング信号及び同期信号
を受信するように構成されている。RAM DAC24
の出力はグラフィックス表示モニタ30に接続されてい
るが、この表示モニタとしては陰極線管(CRT)、液
晶表示装置、又は他の既知のグラフィックス表示装置等
がある。RAM DAC24、フレームバッファ22、
及びグラフィックスプロセサ/コントローラ10の夫々
は、さらにクロックライン25を経てクロック信号を受
け取り、グラフィックス処理操作のタイミングが正しく
行われるようにする。
はスタンドアローンのグラフィックスシステムとして使
用してもよいし、或は、リアルタイムのグラフィックス
画像処理が行える高性能のワークステーションに組み込
んでもよい。グラフィックスプロセサ/コントローラ1
0が行うグラフィックス表示操作の一つには、グラフィ
ックス表示モニタ30の各ピクセルに対するZ−バッフ
ァ20及びフレームバッファ22の更新がある。グラフ
ィックスプロセサ/コントローラ10のようなグラフィ
ックス制御装置は当業者によく知られている。また、グ
ラフィックスプロセサ/コントローラ10が行うように
決められた処理操作のいくつかまたはすべてをホストC
PU28又は他のリモート処理装置がその代わりに行う
ことが出来ることも理解すべきであろう。
プロセサ/コントローラ10は通常当業者によく知られ
た3段階の更新操作を行う。第1段階では、グラフィッ
クスプロセサ/コントローラ10は、現ピクセル位置に
対するZ−バッファの古いZ−値を読み込む。新しいZ
−値及びピクセル値がグラフィックスプロセサ/コント
ローラ10で計算される。次に、グラフィックスプロセ
サ/コントローラ10は、Z−バッファから読み込んだ
古いZ−値を現ピクセル位置に対して計算された新しい
Z−値と比較し、現ピクセル値がフレームバッファに格
納されている古いピクセル値に比べてオブザーバに近い
かどうかを判定する。最後に、現ピクセル位置に対する
新ピクセルがフレームバッファ22に既に格納されてい
るピクセルよりもオブザーバに近い場合は新しいピクセ
ル値がフレームバッファ22に書き込まれる。そうでな
い場合には、グラフィックスプロセサ/コントローラ1
0は次のピクセル位置に進み、この位置に関する3段階
更新操作を繰り返す。
重バッファリング構成を採用し望ましい3次元画像処理
を行う。この構成では、フレームバッファ22は、フロ
ントバッファとバックバッファを切り替え異なった画面
を表示する。現画像をフロントバッファに格納している
ので、バックバッファは、Z−バッファをそれに対応す
る無効用ビットを通して無効にすることにより消去され
る。その後、画像はバックバッファに描かれそして表示
される。
ームバッファ22に接続されたグラフィックスプロセサ
/コントローラ10の第2インタフェース18が詳しく
示されている。インタフェース18には、多くの入力が
なされるが、大部分は、グラフィックスプロセサ/コン
トローラ10又はホストCPU28のソフトウェアで生
成されたものである。これらの入力には、Zアドレス入
力48,バックグランドZ−値入力50、及び補間Zデ
ータ入力52等がある。それに加えて、他の入力とし
て、Z−タグアドレス入力54、Z−タグイネーブル入
力55、補間カラー値入力56、及びフレームバッファ
アドレス入力58等がある。これらの入力は、処理さ
れ、Z−バッファ20及びフレームバッファ22の制御
やそれらに情報を送るのに用いられる。
(MUX)46が含まれているが、これには、Z−アド
レス入力48及びZ−タグアドレス入力54が入力さ
れ、Z−バッファインタフェース論理回路45に出力す
る。Z比較計算論理回路42も含まれているが、これ
は、バックグランドZ−値入力50、補間Zデータ入力
52、及びZ−バッファインタフェース論理回路45の
出力を入力とする。Z比較計算論理回路42は、Z−バ
ッファから得られた現Z−値と新しいZ−値を比較し、
それからZ比較出力43を出力する。Z比較出力43は
コントロールステートマシン57に送られ現ピクセルを
描くかどうかの判定が行われる。
バッファ38を含む。Z−タグデータバッファ38の入
力にはタグバッファ比較論理回路36の出力が接続され
ている。そしてバッファ比較論理回路36はZ−タグバ
ッファアドレスメモリ34に接続されている。Z−タグ
バッファアドレスメモリ34にはZ−タグアドレス入力
54が入力され、比較論理回路36に出力する。タグバ
ッファ比較論理回路36はタグバッファアドレスメモリ
34の出力とZ−タグアドレス入力54の最上位のいく
つかのビットを比較し、選択されたZ−タグ(即ち無効
用ビット)がタグバッファ38にあるかどうかを判定す
る。それに対応して比較論理回路36はZ−タグデータ
バッファ38に出力を出す。Z−タグデータバッファ3
8は比較論理回路36の出力とZ−タグアドレス入力5
4とを比較し、それに応答してZ−タグ有効出力信号3
9を出力する。Z−タグ有効出力信号39はコントロー
ルステートマシン57に送られ現無効用ビットが有効か
無効かを判定する。
較出力43とタグ有効出力39を受け取る他にZ−タグ
イネーブル入力55が入力される。Z−タグイネーブル
入力55は、Z−タグ無効用ビット操作がイネーブルか
ディスエーブルかを決定する。これにより、ユーザがZ
−タグイネーブル入力55を正しく選択するとZ−タグ
操作をディスエーブルにすることが可能になる。Z−タ
グイネーブル入力55を「オフ」と設定し、Z−タグ操
作をディスエーブルにすることにより、与えられたメモ
リサイズに対しより高い分解能のZ−バッファを実現さ
せることが出来る。これによりユーザ或はシステムが分
解能と性能に関して動的にトレードオフすることが可能
になる。3D−システム、特にパーソナルコンピュータ
(PC)産業で現在及び将来これを利用するのは、特に
有利である。コントロールステートマシン57は、ステ
ートマシン入力により生成された情報を含み且つ以後の
処理操作に用いられる制御出力59を生成する。
ルチプレクサ44を含むが、それはZ比較計算論理回路
42からの出力及びZ−タグデータバッファ38の出力
が入力される。マルチプレクサ44の出力はZ−バッフ
ァインタフェース論理回路45の出力に接続されてい
る。アドレス及び制御用の片方向バス21がZ−バッフ
ァインタフェース論理回路45とZ−バッファメモリ2
0の間を結び、Z−バッファメモリ20にアドレス及び
制御信号を供給する。さらに、Z−バッファインタフェ
ース論理回路45とZ−バッファメモリ20間がデータ
ワード通信のために64ビットの双方向データ通信バス
23で結ばれている。
18に含まれており補間カラー値入力56が入力され
る。また、カラー計算論理回路40は互いに反対向きの
一対の片方向バスを介してフレームバッファインタフェ
ース論理回路47につながれ、それによりフレームバッ
ファインタフェース論理回路47に新しいデータを書込
み、逆に現存のフレームバッファデータをカラー計算論
理回路40に書き込む。フレームバッファインタフェー
ス論理回路47にはさらにフレームバッファアドレス入
力58が入力される。アドレス及び制御用の片方向バス
27がフレームバッファインタフェース論理回路47と
フレームバッファメモリ22とをつなぎ、アドレス及び
制御情報をフレームバッファメモリ22に供給する。さ
らに、フレームバッファインタフェース論理回路47と
フレームバッファメモリ22間がデータワード通信のた
めに64ビット双方向データ通信バス29で結ばれてい
る。
リ20に格納された情報の配列がページ構成されたDR
AMで実現した線形データ構造に従って示されている。
Z−バッファメモリ20は、連続的なビット位置列に格
納された2進情報を保持する複数のメモリページ60を
有する。メモリページ60はページ0からページMAX
までの範囲に亘りZ−バッファメモリ位置に格納された
Z−値情報を与える。そこで示されている例に従うと、
各Z−バッファワードは64ビットの2進情報を含み、
また各64ビットのZ−バッファワードは1つ又はそれ
以上のZ−値を保持し(典型的には2−4のZ−値)、
各Z−値は物体のその位置での奥行きを表している。本
発明によれば、各ページ60は、さらに、ここではZ−
タグと呼ばれる複数の無効用ビットを含むが、これらは
同じメモリページ内にあるZ−値に対応している。
スタ配列データ構造に従ってDRAM Z−バッファメ
モリ20に情報を書き込んだりそれから読み込んだりす
る。DRAMメモリは、通常、一度に1ページ分のデー
タがアドレス指定され、続いて次のページにあるデータ
がアドレス指定されることによりアクセスされる。従っ
て、Z−値及びそれに対応する無効用ビット(Zピクセ
ル及びZ−タグ)はページ0に対してアクセスされスキ
ャンされる。ページ0で求められる情報が完了すると、
ページ1で求められるZピクセル及びZ−タグ情報がア
クセスされスキャンされる。このラスタスキャンが線形
データ構造に対し線形に列毎に続けられる。
に、図5に示すように矩形タイル型データ配列法を用い
ることも出来る。この矩形タイル型データ配列法に従う
と、DRAMメモリは、Z−バッファDRAMの予め定
められた矩形部分即ちブロックをアドレス指定すること
によりアクセスされる。最初の矩形ブロックのアドレス
とスキャンが完了すると、次の予め定められた矩形ブロ
ックがアドレス指定されスキャンされる。そしてそれが
次々と続けられる。図5に示すように、或るスキャン領
域としてページ0からページ3の全て又はその一部をス
キャンし、続いて次のスキャン領域としてページ4から
ページ7に移る。矩形タイル型データ配列法は当業者に
は周知の方法でありここで詳しく述べる必要はない。し
かし、各情報ページ60がスキャンしている一部のピク
セルに対応するZ−値を含むこと、さらに、或るペ−ジ
にあるZ−値に対応する無効用ビット(Z−タグ)を含
むことは理解出来るであろう。
モリページM(60M)に格納された2進情報の構成を
示している。ページ60Mは2進情報を格納するための
有限のビット位置列を含んでいる。ビット位置は64ビ
ットワード毎にまとめられ、1ワードが4つの16ビッ
トの位置62から出来ている。メモリ位置62aのよう
な各メモリ位置に、対応するピクセル位置の16ビット
のZ−値が格納される。この配列によれば、最初のメモ
リ領域62aはピクセル#1のZ−値を格納する。この
16ビットのZ−値は、ピクセル#1のあるフレーム中
の物体の奥行きを表している。次のメモリ領域62bは
次のピクセル#2に対応する16ビットのZ−値を格納
する。あるページ60Mのメモリ領域62はそのページ
の最後のピクセル位置Nまで続く。従って、メモリペー
ジMの最後のメモリ領域62nは、同様に、ピクセル#
Nに対応する16ビットのZ−値を格納する。
を示し説明したが、本発明の精神を逸脱することなく異
なった大きさのメモリ位置を用いることが出来る。実用
の点からいうとその場合、24ビット又は32ビットの
Z−値格納位置を用いるのが望ましい。さらに、グラフ
ィックス画像システムは64ビットのデータ処理構成に
関連して示され説明された、従って、夫々16ビットの
Z−値を持つ合計4つのメモリ位置62が64ビットの
1ワードを構成する。しかし、当業者には自明のよう
に、本発明に於いて種々の異なった大きさのワードを用
いてもよい。
0の各ページ60はさらに複数の無効用ビット(Z−タ
グ)を含む。Z−タグはいくつかの64ビットワード中
に一括して格納されるのが好ましく、各Z−タグには、
対応するZ−バッファ位置62の有効性の状態を示す1
ビットが含まれる。典型的には、もしZ−タグが論理
「0」であればそれに対応するZ−バッファ位置62は
無効状態に保持される。また、もしZ−タグが論理
「1」であればそれに対応するZ−バッファ位置62は
有効状態に保持される。しかし、論理を反対にして、論
理「0」が有効状態を表し論理「1」が無効状態を表す
ようにしてもよい。一般的に、Z−バッファ62に格納
されたZ−値を使用するには、それが有効状態に保持さ
れなくてはならない。
ている。各Z−タグワードはB0からB63の64ビッ
トの位置を含む。最初のZ−タグ64aには無効用ビッ
ト(Z−タグ1)を格納するための第1ビット位置B0
がある。この無効用ビットは、ピクセル#1に対するZ
−バッファ領域62aが有効状態にあるのか無効状態に
あるのかを表す。同様に、ビット位置B1は、ピクセル
#2に対する次のZ−バッファ領域62bが有効状態に
あるのか無効状態にあるのかを表している。同様に、B
3からB63に至るビット位置は、夫々ピクセル#3か
らピクセル#63に対応するZ−値メモリ領域の無効用
ビット(Z−タグ3からZ−タグ64)を与える。次ぎ
の、即ち、第2のZ−タグワード64bは同様にB0か
らB63の64ビットの位置を含むが、これらの位置
は、対応するメモリページにある夫々ピクセル#65か
らピクセル#128に対応したZ−値メモリ領域の無効
用ビット(Z−タグ65からZ−タグ128)を与え
る。
4の数は、そのページが含むピクセル数によって異な
る。これは、本発明では、あるページのあるピクセル位
置に対応するZ−値メモリ領域62とそれに対応する無
効用ビットとが同一ページにあることを必要とするから
である。従ってZ−値バッファ領域62及びそれに対応
する無効用ビットは同一ページ内で読み込まれまたスキ
ャンされる。これはZ−バッファをクリアするのに必要
な時間を短縮しZ−バッファをクリアする効率を高め
る。
を、線形スキャン法で示された以下の例に基づいて説明
する。Z−バッファ20のメモリワードの幅を64ビッ
トと仮定すると、Z−バッファ20のZピクセル及びZ
−タグの線形アドレシング(X,Y)は以下のアドレス
計算で実行される。
依存するが、このZABaseは、メモリでZ−バッフ
ァの原点であり、そのDRAMページの開始メモリワー
ドとラインアップすることが必要である。ZABase
変数は、そのスキャンラインに対するY座標と、あるス
キャンラインのZピクセルと次に高いスキャンラインの
Zピクセルとの間の位置の変化であるワードアドレスス
テップZA Y Stepとの積に加算される。さら
に、Zpixel(address)には、X座標と、
Zピクセルと1ピクセルだけ大きなXを持つその隣のZ
ピクセルとの間の位置の変化であるワードアドレスステ
ップZA X Stepとの積が加算される。
Y Stepとの積にZABaseを加えたものが含ま
れる。しかし、Z−タグアドレスにはさらにZ Tag
Offset値及び6ビットだけ右にシフトしたX座
標が加算される。Z Tag Offset値は、Z−バ
ッファDRAMページの起点とそのページにあるZ−タ
グの起点間の差である。あるZ−タグビットに対するア
ドレスを特定するには、そのX座標と16進法値3Fと
の論理積が取られる。従って、あるZ−タグビットはZ
−タグアドレス内にあるかも知れない。Z−バッファ中
のZ−タグの原点はさらにZTag Baseにより定
義される。
の例で用いられるパラメータをまとめたものである。表
中のいくつかの数字をいじってあるスキャンラインのZ
pixelの数を増やすことが出来るだろう。
−タグアドレス並びにZ−タグビットに対して線形スキ
ャン法に従って与えられる。各メモリページに512メ
モリワードがあり、1つのスキャンラインに対して19
20ピクセルを割当て(1メモリページ)、そしてZピ
クセルが16ビットの奥行きを持つ(1ワードに対して
4Zピクセル)と仮定すると、Zピクセル及びZ−タグ
アドレスの公式は次のように変換される。
けるピクセル数を考慮に入れている。そのようにして、
ZA Y Step、ZA X Step、及びZTa
g Offsetの値がその公式に挿入されそこに示さ
れるように定義されている。上述の要件はある与えられ
た例に対しては実際より必要以上に制限的になっている
かも知れない。
−バッファ構成を置き換えるように拡張することが出来
るが、それは2つの他の方法で実現できる。一つの代替
法は2つ以上のスキャンライン(Y)を1ページ中に入
れてしまうものであろう。また他の代替法は1つのスキ
ャンラインに対し2つ以上のページを用いることであろ
う。これら2つの拡張では以下に示すように、一般的に
余分な計算が必要となる。
とする場合について以下に説明する。しかし、これらの
拡張を他の因子、特に2のべきに基づく因子、に対して
も適用できるようにさらに拡張可能するのは容易であ
る。また、2のべきが用いられる時には乗算又は除算の
代わりにシフティングのような計算の簡易化を行うこと
が出来る。ある場合には、乗算の代わりに、マルチプレ
クサ(図示していない)を用いて2つの可能なオフセッ
トから1つを選択してもよい。あるピクセルのアドレス
を生成するのに、その近傍のピクセルのアドレスが与え
られている時には増分的計算法を用いることも出来る。
るZ−タグの拡張線形マッピングは以下の2つの方法の
いずれかで実現することが可能である。一つの方法は、
両方のスキャンラインのZ−値データが一つにパックさ
れまた両方のスキャンラインのZ−タグも同様に一つに
パックされる。これから次のアドレス計算が可能にな
る。
は、各スキャンラインに対してZ−値データ及びZ−タ
グデータが一つにパックされる。これは次のアドレス計
算を与える。
び奇数の別々のZABase及びZATag変数に対し
て単純化することが出来る。1つのスキャンラインに対
して複数のページを用いる第2の手法に従ってもこの機
構を拡張することが可能である。以下の例は一本のスキ
ャンラインに対して2ページを用いるものであるが、計
算は幾分複雑化している。
pixelの数の1/2。
を行うとき増分計算を行うべきである。増分計算の例を
以下に示す。
すべきであり、メモリアドレスが必要な時には最下位の
(lsb’s)6桁を切り捨てるべきである。これは、
ワードアドレスを増分するかしないかを示す6ビットの
アップ/ダウンカウンタの代わりをする。カウンタを用
いるのはインプリメンテーションとして勿論一つの可能
性であるが、余分の論理回路が必要となる。Z−タグア
ドレスの計算は次のようになるであろう。
形タイル型メモリ構成にも適用出来るように変更するこ
とが可能であろう。これは、図5に関連して先に述べた
矩形タイル法を考慮して行うことが出来るであろう。
アするためのグラフィックスイメージングシステムの操
作を図8及び図9に関連して説明する。図8によれば、
ステップ66でプログラムに入り、ステップ68に進
み、第1のZ−タグ及びZピクセルのアドレスを計算す
る。次にテストブロック70でZ−タグがタグバッファ
にあるかどうかをチェックする。もしなければ、ステッ
プ72で変更したZ−タグをメモリに書き戻し、新しい
Z−タグメモリワードを取り出し、その新しいZ−タグ
メモリワードをタグバッファに入れる。そのZ−タグが
タグバッファにあるときは、テストブロック74はその
Z−タグが無効かどうかをチェックする。もしZ−タグ
が無効でない時には、ステップ76でZ−バッファから
Z−ピクセルを取り出し現Z−値として用いステップ8
0に進む。もしタグが無効であれば、ステップ78は、
現Z−値を、Zバックグランドレジスタの値またはある
固定値に設定する。
を更新するための既定のZ操作及び計算を行う。一般的
に、これらのZ操作及び計算には現Z−値の読み出し及
びそれと補間したZ−値との比較が含まれる。それに加
え、もしその補間されたZ−値が現Z−値より小さいと
きには、その補間されたZ−値はZ−バッファにロード
される。そうでないときには、より近くにあることを示
す現Z−値がZ−バッファにロードされる。その後、ス
テップ82ではそのZ−値がZ−バッファに書き戻さ
れ、Z−タグビットが有効にセットされ、最後にステッ
プ84からプログラムを終了する。
で始まり、メモリのZ−タグワードのアドレス及びマス
クをステップ88に従って計算する。テストブロック9
0でそのZ−タグワード中の全てのZ−タグがクリアさ
れているかどうかをチェックする。もし全てのタグがク
リアされていればプログラムはステップ94に進む。も
し全てのタグがクリアされていなければ、ステップ92
でZ−タグワードが読まれステップ94に進む。ステッ
プ94はクリアされるべきピクセルに関係したワード中
の全てのZ−タグをクリアする。ステップ93は変更し
たZ−タグワードをメモリに書き戻す。その後、テスト
ブロック96はメモリページの最後のZ−タグを探す。
もしメモリページ内の最後のZ−タグであれば、ステッ
プ98に進み、次のZ−タグに行き、プログラムの最初
に戻る。もしメモリページ内の最後のZ−タグであれ
ば、テストブロック100はこれが最後のメモリページ
かどうかをチェックする。もし最後のページであれば、
プログラムはステップ104に進み終了する。もし最後
のページでなければステップ102に進み次にクリアす
べきページに進みその後プログラムの最初に戻る。
リングが可能になり、全体的なグラフィックス表示シス
テムの性能向上を達成する。例えば、1280x102
4ピクセルを取り扱うフレームバッファ及び64ビット
の1ワードで40nsecの書込速度を備えた従来のグ
ラフィックス表示システムがZ−バッファ20の各ワー
ドをクリアするとする。この従来の方法では、16ビッ
トワードに対しては約13.1msecのZ−バッファ
クリアリング時間が必要であり、32ビットワードに対
しては約26.2msecが必要である。しかし、本発
明の無効用ビットを用いると、Z−バッファをクリアす
るのにZ−タグのみをクリアすればよいので、この例の
場合、約0.82msecのクリア時間が必要なだけで
ある。従って、本発明によりはるかに高速のクリア時間
が得られ、さらにZ−バッファ20内のZ−タグを効率
よく構成することもできるようになる。
ックスイメージングシステムは、効率よい方法でメモリ
を最適に利用するZ−バッファを高速でクリア出来ると
いう利点を有する。これは、特に高速フレーム速度を必
要とする場合、Z−バッファのある部分を更新するため
に用いる時特に有利となる。従って、Z−バッファクリ
アリングが高速になるため描画性能が向上し、しかもメ
モリの量及び必要なメモリバンド幅を最小に押さえるこ
とが出来るのである。ここでは特別な例を説明したが、
そのような例は制限にはならないことを付け加える。例
えば、異なった大きさのZ−バッファ位置やZ−タグワ
ードを用いてもよい。
が、以下の特許請求で規定される以外はそれらの例によ
って制限されるものではない。その理由は、当業者にと
って、この明細書及び図を調べることにより他の変形例
を本発明の精神から逸脱することなく作り得ることが明
らかであるからである。
ムで用いられるグラフィックス表示システムのアーキテ
クチャを示すシステムブロックダイアグラムである。
トローラで用いられるインタフェース装置の論理構成を
示すブロックダイアグラムである。
ムで、本発明によるZ−バッファの情報配列を表す。
バッファの情報配列を表す。
した他のZ−バッファの情報配列を表す。
配列を示す。
情報の配列を示す。
作を示すフローダイアグラムである。
作を示すフローダイアグラムである。
Claims (16)
- 【請求項1】ピクセル列、フレームバッファ、グラフィ
ックスコントローラを備えたイメージングシステムにお
いてZ−バッファの一部をクリアする方法で、前記Z−
バッファは複数のメモリページを持つページ構成された
ランダムアクセスメモリ(RAM)及びZ−バッファ要
素列を有し、各Z−バッファ要素は夫々のピクセルに対
応付けられており、 前記Z−バッファ要素の各々にZ−値を格納し、 複数の無効用ビットを設定し、前記無効用ビットの各々
は対応するZ−バッファ要素の有効状態又は無効状態を
決定し、 前記複数の無効用ビットの各々がその対応するZ−バッ
ファ要素と同一ページにあるように該複数の無効用ビッ
トを構成し、そしてZ−バッファのクリアする部分に対
するZ−バッファ要素を無効にするよう該複数の無効用
ビットのその部分に2進情報を書き込む、 ステップを有することを特徴とする Z−バッファの一
部をクリアする方法。 - 【請求項2】前記Z−バッファの各ページに対してペー
ジ構成されたダイナミックRAM(DRAM)から一列
のデータをスキャンするステップをさらに有することを
特徴とする請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】前記Z−バッファの各ページに対してペー
ジ構成されたダイナミックRAM(DRAM)から一ブ
ロックのデータをスキャンするステップをさらに有する
ことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 【請求項4】もし対応する無効用ビットが無効になって
いれば該Z−バッファ中の既存のZ−値を予め定められ
たZ値に置き換えるステップをさらに有することを特徴
とする請求項1に記載の方法。 - 【請求項5】前記予め定められた値がバックグランド表
示情報を表すことを特徴とする請求項4に記載の方法。 - 【請求項6】必要に応じてメモリの使用を制限するため
無効用ビットをアクセスすることを選択的に中断するス
テップを有することを特徴とする請求項1に記載の方
法。 - 【請求項7】ピクセル列、フレームバッファ、グラフィ
ックスコントローラを備えたラスタスキャン画像システ
ムに於けるZ−バッファの一部をクリアする方法で、前
記Z−バッファは複数のメモリページを持つページ構成
されたランダムアクセスメモリ(RAM)を有し、また
各メモリページはZ−バッファ要素列を有し、さらに各
要素は夫々のピクセルに対応付けられており、 第1の複数の情報ビットを該Z−バッファ要素の各々に
格納し、前記第1の複数の情報ビットの各々はそれに対
応するZ−バッファ要素のZ−値を表し、 複数の無効用ビットを設定し、前記無効用ビットの各々
が該Z−バッファ要素の一つに対応し、それにより前記
無効用ビットの各々が該対応するZ−バッファ要素の有
効状態又は無効状態を決定し、 該複数の無効用ビットを、前記無効用ビットの各々に対
応するZ−バッファ要素と同一ページにあるように構成
し、 Z−バッファのクリアする部分に対するZ−バッファ要
素を無効にするよう該複数の無効用ビットのその部分に
2進情報を書き込み、 もし対応する無効用ビットが無効になっていれば該Z−
バッファ中の既存のZ−値を予め定められたZ値に置き
換えるステップを有することを特徴とするZ−バッファ
の一部をクリアする方法。 - 【請求項8】前記予め定められた値がバックグランド表
示情報を表すことを特徴とする請求項7に記載の方法。 - 【請求項9】必要に応じてメモリの使用を制限するため
無効用ビットをアクセスすることを選択的に中断するス
テップを有することを特徴とする請求項7に記載の方
法。 - 【請求項10】ランダムアクセスメモリ(RAM)を有
するZ−バッファメモリの一部をクリアするのに用いる
複数の無効用ビットを設定し構成する方法で、 前記Z−バッファの複数のメモリページを与え、各ペー
ジは対応するピクセルに対するZ−値を格納するZ−バ
ッファ要素を含み、 複数の無効用ビットを設定し、前記無効用ビットの各々
が対応するZ−バッファ要素の有効状態又は無効状態を
決定し、 前記無効用ビットの各々に2進情報を書込み、 前記無効用ビットの各々及びそれに対応するZ−バッフ
ァ要素が同一ページにあるように前記無効用ビットを構
成し、 前記無効用ビットをチェックし、もし無効用ビットが無
効になっていれば該Z−バッファ中の対応する既存のZ
−値を予め定められたZ値に置き換える、ステップを有
することを特徴とする複数の無効用ビットを設定し構成
する方法。 - 【請求項11】前記予め定められた値がバックグランド
表示情報を表すことを特徴とする請求項10に記載の方
法。 - 【請求項12】必要に応じてメモリの使用を制限するた
め無効用ビットをアクセスすることを選択的に中断する
ステップを有することを特徴とする請求項10に記載の
方法。 - 【請求項13】前記ページ構成されたランダムアクセス
メモリRAM(RAM)はダイナミックRAM(DRA
M)を備えることを特徴とする請求項10に記載の方
法。 - 【請求項14】イメージング素子において Z−バッフ
ァの一部をクリアするシステムで、 1つのピクセル列と、 1つのフレームバッファと、 1つのグラフィックスコントローラと、 複数のメモリページを持ちページ構成されたランダムア
クセスメモリ(RAM)を有し、各メモリページは対応
するピクセルセットに対するZ−値を格納するための複
数のZ−バッファ要素を有するZ−バッファと、 各Z−バッファ要素に対して設定された1つの無効用ビ
ットで、各無効用ビットはそれに対応するZ−バッファ
要素が有効状態にあるか又は無効状態にあるかを決定
し、前記各無効用ビットはそれに対応するZ−バッファ
要素と同一ページにあり、従って同一メモリページでス
キャンされた無効用ビットに対応してそれに対応するZ
−バッファが有効又は無効になる単一の無効用ビット
を、 を有することを特徴とするZ−バッファの一部をクリア
するシステム。 - 【請求項15】前記Z−バッファはダイナミックRAM
(DRAM)を備えることを特徴とする請求項14に記
載のシステム。 - 【請求項16】必要に応じてメモリの使用を制限するた
め前記無効用ビットをアクセスすることを選択的に中断
する手段を有することを特徴とする請求項14に記載の
システム。
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