JPH09120465A - ３ｄ映像を効率よくレンダリングする方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 予め選択された視点から物体または映像を表
示装置上に効率よくレンダリングする方法を提供する。 【解決手段】プロセッサは多角形のエッジ・ウォーキン
グによってスパン・データを決定し、スパン・データを
メモリ・コントローラに伝送する。それぞれの伝送がな
された後、メモリ・コントローラがレンダリング工程の
実行を引き継ぎ、テクスチャ・マップ・スペースのヴォ
クセル（ボリュウム画素）のスパンへの現スパンのマッ
ピングを開始する。次いでメモリ・コントローラがこの
スパンのためのカラーとテクスチャを検索し、スパンを
このようにレンダリングする。すなわち、スパンを表示
するか、または適当なメモリにこれを書き込む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明はコンピュータシステ
ムに３次元映像または物体を視覚化し表示することに関
し、より詳しくは３次元映像の表示を加速する新規な方
法および装置に関する。「視覚化」とは広義においては
（映像または物体の）３Ｄグラフィック・データのアク
セスから表示装置上の映像としてのデータをレンダリン
グするグラフィック表示システムによって取られる全て
の工程をいう。

【０００２】

【従来の技術】現在コンピュータシステムによって実行
される３Ｄデータを視覚化する方法には、三つの基本的
なタイプがある。すなわち、（１）幾何学的（多角形）
レンダリング（ワイヤ・フレームレンダリングのよう
な）；（２）ボリュウム・レンダリング；（３）幾何学
的レンダリングのある特性を典型的に含む３Ｄテクスチ
ュア・マッピングである。本発明は、特に従来のシステ
ムが利用可能である以上に急速なテクスチュア・マッピ
ングに向けられている。グラフィック視覚化の方法にお
ける広範な処理については、フォーリ，バン・ダム(Fol
ey, van Dam)他によるコンピュータ・グラフィックス−
−原理と実際（第２版、１９９０年アディソン・ウエズ
リィ(Addison Wesley)を参照するものとし、ここでは参
考文献として取り上げる。

【０００３】従来の装置において、プロセッサで実行さ
れるグラフィック装置は、コンピュータ・モニタまたは
他の表示装置ないしは出力装置で表示するために物体ま
たは映像を表わす３次元データを発生するものである。
３次元（３Ｄ）の幾何学的データは、典型的にはグラフ
ィックアプリケーションの制御の下でプロセッサ内で処
理される。システムがグラフィックス・アクセレレータ
を含んでいる場合、処理されたデータはモニタでレンダ
リングするためにグラフィック・アクセレレータに伝送
される。

【０００４】３Ｄテクスチュア・マッピングは、幾何学
的なレンダリングからのデータと立体的なレンダリング
からのボリュウム・データとを合成した中間的視覚化で
ある。ボリュウム・データでその最も簡単なものは、通
常「ヴォクセル(voxels)」といわれる一連の３Ｄ画素
（個別の色価）の組である。従来の３Ｄテクスチュア・
マッピングも任意に切断ないしクリッピングを組み合わ
せてヴォクセル・データ内に隠されている構造を見つけ
出すことができる。

【０００５】３次元におけるテクスチュア・マッピイン
グは、本来時間のかかる処理である。コンピュータのメ
イン・プロセッサまたは他のプロセッサを基本としたシ
ステムがレンダリング工程を実行するのに使用される場
合は、一般的にプロセッサが他の多くの操作や処理に使
用されるのでシステムの性能が大きく低下する。専用の
グラフィック・コントローラおよびアクセレレータが開
発され、レンダリング工程がスピードアップされたが、
概して非常に高価であり専用のグラフィック・モジュー
ルを備えた完全装備されたシステムにすることができな
い状態にある。

【０００６】現在使用されているあるシステムは、レン
ダリング／表示工程をスピードアップするために余分な
メモリ・コントローラを備えた専用の画素バス（画素デ
ータ用の特別のメモリ・バス）を使用しているが、これ
がためにコストが上り、システムが複雑になっている。

【０００７】従って、従来のシステムにおいては、コス
トを低くするか、アーキテクチャの性能を高くするかと
いうどちらに重点をおくかを選択する必要がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】システムはこれらの両
方の課題、すなわち、スピードと費用の点に答えられる
必要がある。理想的には低コストの汎用プロセッサを備
えた高性能の専用グラフィックモジュールを装備したシ
ステムが提供される。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、ユーザまたは
プログラムで選択された視点から物体または映像をレン
ダリングするためのシステムに向けられている。このシ
ステムは、プロセッサ、メモリ、表示装置および専用の
グラフィック・メモリ・コントローラを備えたアーキテ
クチャを使用している。このメモリ・コントローラは、
その独自の制御を従来、プロセッサによって処理されて
いた多数の操作に引き継ぐように構成されている。この
システムは、そのメモリ内に標準幾何学（モデル座標）
データ、テクスチャ・マップ・データを備えており、本
発明のレンダリング方法においてはプロセッサはモデル
座標データをテクチャ・マップ・データに合成して、モ
デル座標を装置座標、すなわち、表示装置上の領域に対
応する座標に変換する工程を実行する。このプロセッサ
はさらに従来のスパン、すなわち、最終的に表示装置上
の走査線として表示されるテクスチャ・マップの領域を
表わすベクトルを発生する。

【００１０】従って、プロセッサは、１回に１スパンの
スパン情報をメモリ・コントローラに伝送する。この各
スパンの伝送がなされた後、メモリ・コントローラがレ
ンダリング手順とマップの制御、現在のスパンをテクチ
ャ・マップ・スペースのヴォクセル（ボリュウム画素）
に引き継ぐ。次いで、各スパンが割当てられた色、テク
スチャ等を表示装置、あるいは、後ほど表示するために
ディスプレ・メモリまたは他のメモリにレンダリングす
る。

【００１１】ここでレンダリング制御はプロセッサに戻
され、プロセッサは次のスパン用のデータをメモリ・コ
ントローラに伝送し、テクスチャ・マッピングとレンダ
リングのためにメモリ・コントローラに制御内容が移送
される。この操作は、任意の多角形（物体に対する視点
を表わす）のためのスパンが全てレンダリングされるま
で繰り返される。他の多角形がある場合は、同じ方法で
実行される。

【００１２】プロセッサとメモリ・コントローラとの両
者間の制御の転送は、物体がレンダリングされるスピー
ドが大きく速められる。これは、プロセッサとメモリ・
コントローラが実行するそれぞれの機能が、特にこれら
の各装置に効率がよく、テクスチャ・マッピングおよび
レンダリング手順のメモリ・コントローラの動作が特に
コンピュータ集約的であり、もしこれが行なわれなけれ
ば多重割込みと性能の一般的低下によって抑制される他
の機能をプロセッサに実行させられるからである。

【００１３】処理はメイン・メモリ（またはキャシュ
（緩衝記憶装置））の一部をメモリ・コントローラの制
御を排他的にするように設定することにより効率的にな
され、これによってこの部分との間における、大量のグ
ラフィック・データのブロック転送が、プロセッサによ
る他のメモリ部分へのメモリ・アクセスを阻まない。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は本発明のコンピュータ・シ
ステム１００を示し、インテリジェント・メモリ・コン
トローラ（ＩＭＣ）１３０を含むメモリ・コントローラ
１２０を介してバス１４０に接続されたプロセッサ１１
０を備えている。プロセッサ１１０はワークステーショ
ンまたはパソコンに現在使用されているような従来のマ
イクロプロセッサでよく、メモリ・コントローラ１２０
は標準的なものであるが、後ほど説明する機能を有する
ＩＭＣを備えている。

【００１５】バス１４０にはさらに（ＤＲＡＭのよう
な）メイン・メモリ１５０または緩衝記憶装置（例えば
ＳＲＡＭ）が接続され、必ずしも必要ではないが、オペ
レーティング・システムによって隣接するメモリＣＭＥ
Ｍ１６０とシステム・メモリＳＹＭ１７０とに仕切られ
る。ＩＭＣ１３０はＣＭＥＭの部分を制御する専用ハー
ドウエアであるのが好ましく、また、例えばＳＰＡＲＣ
ステーション１０ＳＸグラフィック・テクノロジィの付
記Ａで、ホワイト・ペーパー（サン・マイクロシステム
ズ・インコーポレーテッド １９９３）に詳細に説明さ
れているサン・マイクロシステムズ・インコーポレーテ
ッドのＳＰＡＲＣステーション１０ＳＸメモリ・コント
ローラ・チップが利用できる。この論文に記述された基
本的なアーキテクチャおよびソフトウエア形態は、本発
明を実行するように適用されている。例えば、付記Ａか
ら分るように、ＩＭＣハードウエアはサン・マイクロシ
ステムズＳＳ１０ＳＸおよびＳＳ２０モデル・ワークス
テーションを備え、上述のシステムのマザー・ボードに
組み込まれている。これらのワークステーションは、本
発明ではいずれのハードウエア変形部材もなしに、適当
なプラットホームを提供する。だだし本発明の方法の工
程を実行するのに必要なソフトウエアを備えている必要
があるが、これは現在の知識で与えられている簡単な問
題である。

【００１６】プロセッサは、従来の方法で接続された外
部キャシュ（Ｅキャシュ）１１５を普通有している。

【００１７】システム１００は、またディスク記憶装置
１８０、Ｉ／Ｏ装置１９０および表示装置２００または
モニタおよび（または）プリンターのような、データを
図式的に表わすことができる他の出力装置を備えてい
る。ディスク記憶装置１８０は別の方法として、ＲＡ
Ｍ、テープ、ＣＤ−ＲＯＭ等を含む揮発性または不揮発
性の大容量記憶媒体とすることも可能である。

【００１８】ネットワーク接続は従来のネットワーク・
ハードウエア２０５を介して行なわれる。部材１８０−
２０５は全て従来式であり、事情に応じてメイン・シス
テム・バスまたはメモリ・バスのような種々の形態でプ
ロセッサに接続できる。これらの周辺機器のための特定
バス接続は本発明に絶対的ではなく、付記Ａのアーキテ
クチャは望ましい形態（１７ページ、例えば図２．１の
ような）で教示されており、Ｓバス装置にはＩ／Ｏ機
器、ネットワーク接続部、大容量記憶装置等を含んでい
てもよい。これ以外の形態も使用可能である。

【００１９】本発明の次の説明は、主としてグラフィッ
ク・データをレンダリングし表示することに関している
が、効率、コストおよびスピードの同様の種類の問題が
ファイルとして記憶するためのグラフィック・データを
レンダリングする設定において生じる。すなわち、本発
明の特徴はレンダリングデータの目的と独立し、表示装
置、プリンタ、ポストクリプト(Postcript) ・ファイル
または他の種類のファイル、ネットワークにある他のプ
ロセッサ等であってもよい。従って、出力グラフィック
・データを「表示する」というこれらの説明は、所望の
処理または装置（表示装置、記憶装置等）へのグラフィ
ック・データの出力としても読み取らなければならず、
また、「レンダリングして表示する」または「表示器記
憶装置」は広い意味ではいずれの記憶媒体にも記憶する
ことを含んでおり、この媒体からはレンダリングされた
データが後ほど検索される。

【００２０】ユーザが３Ｄグラフィックを見たいと思う
一般的なセッティングにおいて、二つのタイプのデー
タ、すなわち、幾何学的データとテクスチュア・マップ
・データが大容量記憶装置１８０に記憶されている。幾
何学的データは「モデル座標空間」、すなわち、３次元
空間を表わす（通常ユークリッド）幾何学に関係し、こ
の空間で見られるべき映像または物体が規定される。こ
こに、「物体」レンダリングはアドレスされるが、その
内に一つまたはそれ以上の物体でのいずれもの３次元設
定をするように適用されることを理解する必要がある。

【００２１】例えば、図２において、モデル空間がｘ−
ｙ−ｚ座標系２１０によって表わされる。物体２２０は
大量記憶装置１８０に記憶された幾何学的データ・ファ
イル１８２により従来の方法で表わされる。この幾何学
的データ・ファイルは、グラフィック・コンピューティ
ングの分野で「頂点のリスト」とされるものである。こ
れは一般的に三角形のような多数の多角形を表わす形態
をとり、物体はこの多角形に前もってモザイク模様にレ
ンダリングされているからである。これらの三角形の頂
点は記憶され、その形態を発生する走査、ＣＡＤまたは
他のシステムの解像度の限界まで、さらに、得られた幾
何学的データ・ファイルを記憶するのに利用可能なディ
スク・スペースの大きさの限界まで物体の全体表示を構
成する。

【００２２】テクスチュア・マップ・データは、色、テ
クスチュアおよび物体を完全にレンダリングするのに必
要な他の必要事項に関する情報を含む記憶された物体を
表わす情報を含んでいる。テクスチャ・マップはデータ
・ファイル１８４として大容量記憶装置１８０に記憶さ
れる。グラフィック・コンピューティングの分野に使用
されるこの目的に適した従来のフォーマットが多数あ
る。例えば、vff （視覚／ボリュウムファイル・フォー
マット）またはobj, nff, wrl フォーマット等である。
未処理のシーケンシャル・バイト・フォーマットがこの
分野に幅広く使用されており、この分野ではヴォックス
・データがテクスチャ・マップ・キューブのために記憶
される。典型的には、データ・ヘッダが未処理のバイト
・データに追従されたデータ・キューブの寸法に関する
情報を含んでいる。出願人の業務用ＩＭＣを使用する形
態を特に実行するために、サン・マイクロシステムズ・
コンピュータ・カンパニによるプラットホーム・ノート
の１９９４年１１月、パートNo. 801-7287-10 改訂Ａ、
SPARC ステーション１０ＳＸおよびＳＰＡＲＣステーシ
ョン２０システム・コンフィグレーション・ガイド（サ
ン・マイクロシステムズ・インコーポレーテッド１９９
４）を参照する。

【００２３】従来において、図３に示したように、テク
スチャ・マップ・スペース（「ヴォクセル・データ・セ
ットとも呼ぶ）が３Ｄユークリッド座標系３１０（相互
的に直交座標ｔ，ｕ，ｖ）として表わされる。物体２２
０はこのスペースで、物体をスライスすることを含めて
多数のユーザ選択可能な視点からこれを表わす必要のあ
る全ての情報として表わされている。典型的には、テク
スチャ・マップは例えば片側に２５６バイト、または約
１６メガバイトのデータであるデータの有効キューブと
して表わされる。

【００２４】幾何学的データ・ファイル１８２およびテ
クスチャ・マップ１８４を別々のデータ・ファイルとし
て図１に示す。両者は、単一のデータ・ファイルの異な
る部分として表わすこともできる。

【００２５】図２において、視覚面（または「スライス
平面」）２３０は、頂点P1-P2-P3および物体２２０と交
差する領域２４０とで規定される。スライス平面２３０
は物体２２０に対する視点を表わしている。この視点は
ワークステーション（マウス、すなわち、ユーザの入力
する指令により）で、ランニング・アプリケーションの
プロセスにより、あるいは他の適当な機構により、ハー
ドウエアまたはソフトウエアのいずれかでユーザによっ
て選択することができる。得られたレンダリンググラフ
ィック・データの出力（モニタ、出力ファイル、ネット
ワーク上のプロセッサ等）は、必要とされるプロセスに
よって決まる。典型的には、例えば、ワークステーショ
ンにいるユーザが、レンダリンググラフィック・データ
をモニタに表示させ、一方で実行アプリケーションがデ
ータをファイルに記憶させたい場合である（あるいはこ
れと逆の場合も同様に可能である）。

【００２６】スライス平面２３０が選択されると、域２
４０が表示装置２００に表示され、視覚面がいずれの所
望の位置または角度に移動、回転される。これはグラフ
ィック表示システムの分野においては「スライス抽出」
として知られており、その工程は現在のグラフィック表
示システムにおいて公知である。

【００２７】複雑な映像または物体の視点が従来のシス
テムで変化した場合に、プロセッサは、物体のどの部分
を表示させるべきかを決定し、また、どのテクスチャと
色とをレンダリングされるべき多角形に適用すべきかを
決定するのに相当な再計算を実行しなければならない。
プロセッサは通常（従来の）メモリ・コントローラを介
してシステム・メモリ内のデータ（またはネットワーク
・メイン・システム・メモリ、テープ・ドライブまたは
いずれ他の大容量記憶媒体、揮発性または不揮発性）に
アクセスし、次いでバスに対する裁定として待機し、他
の矛盾した点を解決し、最終的にデータを受信したとき
にその外部キャシュで可能な範囲までデータをロードす
る。これらは全て他の実行プロセスに匹敵し、また全シ
ステムの性能を阻む。

【００２８】本発明はレンダリングされるグラフィック
スの潜在的なスピードを多数の機構によって大きく増大
する。視点が変化する度にプロセッサにディスクからキ
ャシュにデータをリロードさせる代わりに、メモリのＣ
ＭＥＭ域１６０がこの目的に確保されている。このＣＭ
ＥＭ領域はＩＭＣ１２０の排他的制御下にあり、オペレ
ーティング・システム中で特定付けることができる。例
えば、出願人のＳＰＡＲＣステーション・ワークステー
ション中のＳＯＬＡＲＩＳオペレーティング・システム
の特徴がそのようになっていて、本発明を実行するのに
使用できる。（付記ＡおよびＥ参照。）ＳＯＬＡＲＩＳ
オペレーティング・システムは、ソフトウエア、また
は、ユーザあるいはプログラマーがＣＭＥＭとしてメモ
リ１５０のどのような容量の部分にも特定付けることが
できるように構成される。例えば、メモリ１５０が３２
ＭＢであれば、ＲＡＭの３２ＭＢまで（オペレーティン
グ・システムに対して必要とされる容量を差し引く）
が、ＣＭＥＭとして区分けするためにＩＭＣとして利用
可能である。この場合、ＣＭＥＭとＳＹＭとの総容量は
３２ＭＢに等しくなる。

【００２９】ＩＭＣの制御下でのＣＭＥＭの使用はプロ
セッサの性能を大きく増大する。これは他にも色々理由
はあるが、とりわけプロセッサが一つのクロック・サイ
クルを基本にして全ての指令を実行し、一方ＩＭＣがグ
ラフィック・データをＣＭＥＭからメモリの他の部分
（例えばディスプレイＲＡＭ）に極めて迅速にブロック
移動できるからである。

【００３０】図４は本発明の方法４００の好ましい実施
例を示す。図４中の各ボックスはシステム・メモリ１７
０に指令として記憶されたプログラムまたはプログラム
・モジュールによって実行されるべき工程または一連の
ステップを表わしており、次に説明するようにプロセッ
サ１１０またはＩＭＣ１３０のいずれかによって実行可
能である。この種のプログラム・モジュールの創作は簡
単であり、本発明の教示にも与えられ、例えばＣ言語の
ような適当な従来のプログラム言語で実行できる。

【００３１】ボックス４１０において、ユーザの指示ま
たは実行プロセスでプロセッサが、グラフィック・デー
タをメモリにロードする指令を実行する。本実施例にお
いて、プロセッサがリクエストとしてこの指令をＩＭＣ
１３０に送り、幾何学的データ１８２とテクスチャ・マ
ップ１８４をＣＭＥＭ１８０にロードする。このように
プロセッサによって実行される他のプロセスに対向する
ものは何もなく、というよりはむしろＩＭＣがグラフィ
ック・データのローディングを引き継ぎ、これを直接Ｃ
ＭＥＭ１６０に移動させ、一方プロセッサがその実行中
のプロセスの実行を続行する。

【００３２】ボックス４２０において、プロセッサが幾
何学的データ（モデル座標スペースないしＭＣＳの）を
テクスチャ・マップ・データに結合する。この工程への
入力は頂点(x,y,z) のリストであり、出力はテクスチャ
・マップ・スペース中の適当なヴォクセルと相関する頂
点のリストである。すなわち、これらのヴォクセルはス
ライス平面２３０の頂点の３次元位置に対応している。
従って、図２、図３の例による結合操作への入力は、頂
点Ｐ1-Ｐ2-Ｐ3 、すなわち、(x1, y1, z1; x2,y2, z2;
x3, y3, z3) のモデル座標スペース中の座標リスト、ま
たは通常のベクトル表示中のリストである。

【数１】 結合操作自体は従来のものである。

【００３３】この結合操作後、得られたデータ構造はＰ
1-Ｐ2-Ｐ3 ＝(x1, y1, z1, t1, u1,v1; x2, y2, z2, t
2, u2, v2; x3, y3, z3, t3, u3, v3) の形態にあるベ
クトルである。

【数２】 すなわち、各頂点Ｐ1-Ｐ3 は、テクスチャ・マップ・ス
ペース中のそれ自体の単独のt-u-v 座標と相関（これと
結合）している。典型的に、ユーザ（またはプログラマ
ー）は、この結合情報、すなわち、モデル座標スペース
中の頂点とテクスチャ・マップ・スペース中の対応する
座標の頂点との間の関係を供給する。

【００３４】ボックス４３０において、プロセッサは三
つのポイントＰ1、Ｐ2 およびＰ3 のモデル座標をテーブ
ルで調べるか、または変換マトリックスを使用するよう
な従来の方法でこれらをスクリーン座標に変換する。次
いで、ボックス４４０において、プロセッサがこれも従
来の方法で目に見えない（潜在）領域を抜き出す。

【００３５】ボックス４４２において、次の多角形がレ
ンダリングのために選択される。操作工程に入る際に、
最初のこの種の多角形が現在の多角形として選択され
る。目下の例においては、ただ一つの多角形、すなわ
ち、三角形２３０が選ばれる。

【００３６】ボックス４４４において、プロセッサが
「エッジ・ウォーキング」としてこの分野で知られてい
る工程を実行する。この工程はスパンに関するデータを
決定する方法である。このスパンは概して物体に関する
「個別」データと呼ばれる。すなわち、これらのスパン
は連続した実生活の物体に近いだけである。

【００３７】エッジ・ウオーキング手順は従来のもので
あって、基本的にはｙ座標（スクリーン座標における）
で所定の規則正しい増分だけ三角形２３０のＰ1-Ｐ3 ま
でを走行し、スパンの左右のエッジに対する対応ｘ値の
各増分を補間することを含んでいる。この点から、左エ
ッジの交点に関するスパンの方向と長さが決定される
が、そのスパンでの第１画素（最も左側の画素）の(t,
u,v) の値も決定される。

【００３８】エッジ・ウオーキング操作は直線補間操作
を使用し、現スパンの左端の(tuv)座標を決定する。補
間が用いられるのはこの点が三角形の頂点の間に位置し
ているからである。

【００３９】例えば、図５において、走査線２３１はテ
クスチャ・マップ・スペースの座標(t,u) に投射されて
描かれる（多角形の残りの部分は明瞭にする目的で省略
している）。Ｐ3 とＰ1 は頂点で、Ｐ.intは図３のＰ.l
eft になり、または、概してＰ2 とＰ1 間の点は典型的
にはスパンの左端を表わす。（ｖ座標（図５ではページ
外にある）は図示の目的で一定であると仮定している
が、普通はそうではなく、特に、図２、図３の例のよう
にはならない。）

【００４０】線分Ｐ3 −Ｐ1 に沿った各中間点Ｐ.intに
つき、テクスチャ・マップ・スペース中の対応するｔ−
およびｕ−値を決定するのは簡単な問題であり、線形補
間の問題で簡単である。例えば、次のようにして実行で
きる。長さ（Ｐ.int- Ｐ3 ）が走査長さ（Ｐ1-Ｐ3 ）で
割り算され、比Ｒが得られる。Ｐ3(例えば、(t1,u1)お
よびＰ1(t.r.u.r)に対応するt-/u- 座標が決定される。
t-/u- 座標(t.int,u.int) を、また、いずれの中間点
Ｐ.intに対応するテクスチャ・マップ・アドレスを決定
するために、次式が使用できる； t.int ＝Ｒ^*(t.r-t.l) （式３） u.int ＝Ｒ^*(u.r-u.l) （式４） これは３次元に簡単に一般式化でき、すなわち、z.int
＝Ｒ^*(z.r-z.l)（式５）が得られる。この方法におい
て、全てのテクスチャ・マップ・スペース座標（および
テクスチャ・マップ・アドレス）は、入力走査線のちょ
うどエンドポイントの(x,y,z) 座標から導出できる。

【００４１】従って、エッジ・ウオーキングの結果（す
なわち、工程４４４の一つの反復）が現在のスパン；関
連する始点（メモリに記憶された予め規定されたテーブ
ルから決定された左側交点に対するスクリーン座標中の
ｘ，ｙ値）；ベクトル情報（長さと方向を含む）および
各スパンの最も左側の点に対する(tuv) 座標のために発
生される。ベクトルの「長さ」はスパンの幅に対応し、
表示装置に画素として表わされる。工程４４４の実行の
終わりにおいて、一つの新しい（すなわち、現在の）ス
パンのデータが発生される。

【００４２】上述のエッジ・ウオーキング走査は有効な
一方法であるが、他の適当な方法も使用できる。すなわ
ち、重要なのはマップに対するようなやり方で組織化さ
れた幾何学をテクスチャ・マップに適用し、物体への視
点が表示装置上でレンダリングされるようになされるこ
とである。

【００４３】上述の説明に加えて、工程４４４におい
て、プロセッサがさらにテクスチャ・マップ・スペース
の現在の走査線の３Ｄスロープを決定する。スパン２３
１のような任意のスパンにつき、どの(tuv) 値が左側交
点Ｐ.left と右側交点Ｐ.rightに対する(xyz) スクリー
ン座標系値に対応しているかを決定する。(t vs. x) の
変化率が計算されるのを始め、(u vs. x) および(v vs.
x) も次のようにして計算される：

【数３】 ここに、x.right はテクスチャ・マップ・スペースにマ
ップされたＰ.rightのｘ−座標、t.right はＰ.rightの
ｔ−座標で、この式中で他の(tuv) および(xyz)値につ
いてアナログ的に規定されている。

【００４４】これらΔt/Δx 、Δu/Δx およびΔv/Δx
値は、テクスチャ・マップ・スペースの任意のスパンの
３Ｄスロープを表わしている。

【００４５】ボックス４４６において、新しいスパンが
現スパンとして選択される。このスパンはスライス平面
２３０と（スクリーン座標の）走査線の交点とからな
る。このスパンは図２、図３において線２３１−２３５
として表わされる。これらの線は典型的には表示された
物体または映像当たり何百本もあるが、明瞭にする目的
で図２−３では４本のみを示してある。これらの特徴は
コンピュータ・グラフィックスの分野では周知である。
従って、図２、図３において、スパン２３１−２３５は
最終的には表示装置を横切る水平走査線に対応する。

【００４６】ボックス４５０において、プロセッサ１１
０は現スパンの情報（左エッジ交点、ベクトル−−方向
と長さ−−データおよび３Ｄスロープを含む）をテクス
チャ・マップの物理的アドレスに沿ってＩＭＣ１３０に
伝送する。

【００４７】ボックス４６０において、ＩＭＣは現スパ
ンの実際のテクスチャ・マッピング、すなわち、現走査
のテクスチャ・マップ・スペースへの投影を実行し、ス
パン上の各点に対するヴォクセル・データを決定する。
ＩＭＣは次の方法で任意のスパンの各(xyz) 値に対する
(tuv) 値を決定できる。Ｐ.left に対する(tuv) 値は、
ボックス４５０のＩＭＣに入力として与えられる。この
ＩＭＣがこの値のペア(tuv,xyz) を記憶し、次のｘ−増
分、すなわち、現スパン上の現画素の右側から次の画素
に対応する(tuv) 値を計算する。一つの計算当たり一度
に（ｘ−値の一つの増分）一画素進行する。

【００４８】上述したような各ｘ−値増分において、式
６の三つのスロープ値を用いて現画素に対する対応する
(tuv) 値が決定される。三つに基づく（これを具体化す
る）付加的な工程があり、極めて速く処理され、(xyz)
値が対応する各(tuv) 値が前述のテーブルで見つけるこ
とができるよりもより速く、また、分割が実行されるよ
りもさらに速く実行される。従って、マッピング処理は
ＩＭＣによって効果的に処理される。

【００４９】ボックス４７０において、ＩＭＣが合成(t
uv) 値から線形メモリ・アドレスを作表（テーブルで調
べる）することによって現スパンの終点と中間点のカラ
ー／テクスチャを検索する。すなわち、テクスチャ・マ
ップの各座標点が、これら各点を表わすように表示され
る画素のカラーと光強度に関連する値を有している。各
座標はテクスチャ・マップ１８４中のアドレスで記憶さ
れた実際のＲＧＢ（またはＣＹＭあるいは他のフォーマ
ット）値の形態にあるか、あるいはテーブルに対するポ
インターないしアドレスであるか、または色価を決定す
る工程であってもよい。この種の工程はシェーディング
（色を漸次変化させる）処理となる。テーブルが参考に
される場合は、実際の色価はテーブル・エントリーに記
憶することも可能である。多数のバリエーションが可能
であり、特定の処理をするデザイナによって選択され
る。

【００５０】ボックス４８０において、現走査線がＩＭ
Ｃによってレンダリングされる。すなわち、ディスプレ
イ・メモリ（例えばＶＲＡＭまたはディスプレイ・バッ
ファ）に書き込まれ、ディスプレイに直接出力され、プ
リントのためにスプールし、ファイルまたはこれと同様
のものに書き込まれる。工程の制御はここでＩＭＣから
プロセッサに転送される。

【００５１】ボックス４９０において、プロセッサがこ
の多角形でレンダリングされるべき他のスパンがあるか
否かを決定する。図２−３の例において、該方法が工程
４４６に進行して、スパン２３２を表わすデータに工程
４４６−４８０を実行し、次いでスパン２３３−２３５
に同様の工程を実行する。

【００５２】一度全三角形２３０がボックス４４２−４
９０における工程によって処理されると、ボックス５０
０においてプロセッサが、レンダリングされるべき映像
ないし視野内に他の多角形（例えば、三角形）があるか
否かを決定する。もしある場合は、この方法が工程４４
２に進行し、もしなければこの方法は工程５１０に進行
して、そこでレンダリングするために（例えば、ユーザ
によって、または、プログラム実行工程によって）他の
視野ないし幾何学構造が選択されたかどうかをプロセッ
サが決定する。もしある場合には、この方法がボックス
４１０に進行して工程を改めて開始し、もしそうでなけ
ればこの方法がボックス５２０で停止される。

【００５３】以上の説明から分るように、適切な使用は
プロセッサとＩＭＣ両者によってなされ、両者間の往復
制御を通してそれぞれが最も効率的なようにこれらの工
程を実行する。従って、テクスチャ・マッピング、ヴォ
クセル・データの検索およびレンダリング工程（ボック
ス４６０−４８０）が全て平衡してＩＭＣによって最も
効率的に実行され、プロセッサを他のタスクから自由に
する。ＩＭＣによる専用のＣＭＥＭの使用はこのような
実行を可能にし、プロセッサはメモリとの往復バスによ
る集中的グラフィック計算あるいは大量のデータ伝送の
いずれかによって拘束されることはない。

【００５４】しかし、プロセッサが実行する工程は、そ
れを実行するのに効率的でＩＭＣには適していない。従
って、３Ｄグラフィックレンダリングの高い効率は、ア
ーキテクチャがそう複雑でなく、専用の画素バスまたは
他の専用のハードウエアを必要としないがプロセッサと
知的メモリ・コントローラ間を通過させる制御方法によ
る便宜により達成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による装置のブロック図を示す図。

【図２】 モデル座標スペース中の３Ｄ物体のスライス
平面視点を示す図。

【図３】 図２の物体と視覚平面を３Ｄテクスチャ・マ
ップ・スペースで示す図。

【図４】 本発明の方法のフローチャートを示す図。

【図５】 スパンを生ぜしめるための本発明の補間操作
を示す図。

【符号の説明】

１１０ プロセッサ、１２０ インテリジェント・メモ
リ・コントローラ １４０ バス、１５０ メモリ

フロントページの続き (72)発明者 ヤコブ・カーメン アメリカ合衆国 95014 カリフォルニア 州・カパチーノ・グリーンウッド ドライ ブ・19334

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 物体の形状に対応し、プロセッサとこの
   プロセッサに接続されたメモリとメモリ・コントローラ
   とを有するコンピュータシステムに接続された表示装置
   のためのデータをレンダリングする方法において、メモ
   リが少なくとも一つの多角形で表わされたビューポイン
   ト・データと、物体を表わすテクスチュア・マップ・デ
   ータを記憶する方法であって、 （１）プロセッサにおいて、前記多角形にわたる複数の
   スパンのための前記多角形のためにスパンデータを発生
   する工程と； （２）現在の前記スパンに関する前記スパンデータをプ
   ロセッサからメモリ・コントローラに伝送する工程と； （３）メモリ・コントローラにおいて、前記現スパンデ
   ータを前記テクスチュア・マップ・データにマッピング
   する工程と； （４）前記現スパンデータをメモリ・コントローラによ
   ってレンダリングする工程と； （５）前記複数のスパン全てがレンダリングされるまで
   工程２−４を繰り返す工程と；からなることを特徴とす
   るデータをレンダリングする方法。
2. 【請求項２】 プロセッサとこのプロセッサに接続され
   たメモリとメモリ・コントローラとを有するコンピュー
   タシステムに接続された表示装置のために物体を表わす
   データをレンダリングする方法において、前記メモリが
   前記物体に対する形状を表わすビューポイント・データ
   と物体自体を表わすテクチュア・マップ・データとを記
   憶する方法であって、 （１）プロセッサ内でビューポイント・データに対応す
   る個別データを発生する工程と； （２）メモリ・コントローラにおいて個別データに対応
   するテクチュア・マップ・データを発生し、テクスチュ
   ア・マップデータセットをレンダリングする工程と； （３）メモリ・コントローラによってテクスチュア・マ
   ップ・データセットを発生する工程と；からなることを
   特徴とする物体を表わすデータをレンダリングする方
   法。
3. 【請求項３】 プロセッサとこのプロセッサに接続され
   たメモリとメモリ・コントローラとを有するコンピュー
   タシステムに接続された表示装置のために物体の形状に
   対応してデータをレンダリングする装置において、前記
   メモリが前記物体に対する形状を表わすビューポイント
   ・データと物体自体を表わすテクチュア・マップ・デー
   タとを記憶し、前記メモリがプログラム・モジュールを
   さらに記憶する装置であって、 前記プロセッサにおいて前記ビューポイント・データに
   対応する個別データを発生するように成形されたレンダ
   リングモジュールと；前記メモリ・コントローラ内で個
   別データに対応するテクスチュア・マップ・データを発
   生するように成形されたマッピング・モジュールと；前
   記メモリ・コントローラによってテクスチュア・マップ
   ・データセットをレンダリングするように成形されたレ
   ンダリングモジュールと；からなることを特徴とする物
   体の形状に対応するデータをレンダリングする装置。
4. 【請求項４】 物体の形状に対応するデータをレンダリ
   ングするコンピュータ・システムであって、 プロセッサと；前記プロセッサに接続され、前記物体の
   形態を表わす形状データと物体自体を表わすテクスチュ
   ア・マップ・データとを記憶し、さらに、前記レンダリ
   ング操作に関連する機能を実行するように成形されたプ
   ログラム・モジュールを記憶する記憶装置と；前記プロ
   セッサにおいて前記ビューポイント・データに対応する
   個別データを発生するように成形されたレンダリングモ
   ジュールと；前記メモリ・コントローラにおいて個別デ
   ータに対応するテクスチュア・マップ・データを発生す
   るように成形されたマッピング・モジュールと；前記メ
   モリ・コントローラによってテクスチュア・マップ・デ
   ータセットをレンダリングするように成形されたレンダ
   リングモジュールと；からなることを特徴とする物体の
   形状に対応するデータをレンダリングするコンピュータ
   システム。