JPH0935084A

JPH0935084A - 画像情報処理装置及び画像情報処理方法

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Publication number: JPH0935084A
Application number: JP7184108A
Authority: JP
Inventors: Akio Oba; 章男大場
Original assignee: Sony Computer Entertainment Inc
Current assignee: Sony Interactive Entertainment Inc
Priority date: 1995-07-20
Filing date: 1995-07-20
Publication date: 1997-02-07
Anticipated expiration: 2015-07-20
Also published as: JP3649478B2; US5943057A

Abstract

(57)【要約】【課題】低いコストで、効率良く、高速に画像情報の
処理を行う演算器を用いて画像情報処理装置を構成す
る。【解決手段】命令及び画像情報は、メインバス６を介
して画像情報処理装置２のバスインターフェイスユニッ
ト１１に入力される。この後、命令は命令解釈部１２で
解釈された後に制御部１３に送られる。この制御部１３
によって、命令に基づいたマトリクス演算部２０での演
算処理が制御される。また、画像情報は、内部バス２５
₁を介して３つ１組でレジスタ部２１、２２に記憶され
た後、制御部１３からの制御により、レジスタ部２１、
２２から読み出されて演算部３０₁、３０₂、３０₃で演
算処理される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、３次元画像の画像
情報の処理を行う画像情報処理装置及び画像情報処理方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ゲーム機やパーソナルコンピュー
タあるいはグラフィックコンピュータ等で生成される画
像としては、３次元画像が増加している。

【０００３】この３次元画像は、表示する画像と同じ３
次元画像又は疑似的な３次元画像を生成して表示する。
この疑似的な３次元画像を生成する場合には、例えば、
表示する物体をいくつかの方向から見た画像を用意して
おき、視点の変化等に応じてこれらの複数画像の内から
１つを選択して表示したり、２次元の画像を奥行き方向
に重ねたりする。

【０００４】このようにして３次元画像を表示するに
は、大量の画像情報を用いて、大量の計算処理を高速に
行う必要がある。

【０００５】従って、上述の画像処理を行うために、専
用の演算器を用いている。この演算器としては、例え
ば、ディジタル・シグナル・プロセッサいわゆるＤＳＰ
やコプロセッサ等が用いられる。これらの演算器は、高
速な計算処理を行うことができるように、複数の演算素
子を備えたり、複数の命令をオーバラップさせながら信
号処理を行うパイプライン構造を備えたりして、画像情
報の並列処理を行うように構成されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述の演算
器を汎用的に設計する場合には、パイプライン構造をフ
レキシブルにする必要がある。これによって、演算器の
コストは高くなり、大きな並列処理を行うように演算器
を設計することは困難である。

【０００７】そこで、本発明は上述の実情に鑑み、低い
コストで、効率良く、高速に画像情報の処理を行うこと
ができる画像情報処理装置及び画像情報処理方法を提供
するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る画像情報処
理装置は、記憶手段に記憶される、複数の点から構成さ
れる物体の各点の３次元座標及び上記物体を照射する光
源に基づく３つ１組の複数の画像情報を用いて、演算手
段で上記物体の各点の２次元座標値及び表示情報を算出
するように、制御手段で制御することにより、３次元の
物体を２次元の画面に表示する際の２次元の画像情報を
生成する。

【０００９】また、本発明に係る画像情報処理方法は、
複数の点から構成される物体の各点の３次元座標及び上
記物体を照射する光源に基づく３つ１組の複数の画像情
報を用いて、上記物体の各点の２次元座標値及び表示情
報を算出するように制御することにより、３次元の物体
を２次元の画面に表示する際の２次元の画像情報を生成
する。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら説明する。図１には、本発明に
係る画像情報処理装置の概略的な構成図を示す。

【００１１】この画像情報処理装置は、複数の点から構
成される物体の各点の３次元座標及び上記物体を照射す
る光源に基づく複数の画像情報を３つ１組として記憶す
る記憶手段であるレジスタ部２１、２２と、上記レジス
タ部２１、２２に記憶される３つ１組の複数の画像情報
を用いて、上記物体の各点の２次元座標値及び表示情報
を算出する演算手段であるマトリクス演算部２０と、上
記３つ１組の画像情報を上記レジスタ部２１、２２に記
憶させ、上記レジスタ部２１、２２から上記記憶した３
つ１組の複数の画像情報を読み出して上記マトリクス演
算部２０で演算を行うように制御する制御手段である制
御部１３とを備えて成る。

【００１２】また、上記画像情報処理装置は、外部バス
であるメインバス６に接続されている。さらに、このメ
インバス６には、図２に示すように、中央処理装置であ
るＣＰＵ１、メインメモリ３、ラスタプロセッサ４が接
続された構成をもつことにより、画像生成装置が構成さ
れる。この画像生成装置において、画像情報処理装置
は、ＣＰＵ１のコプロセッサとして構成される。

【００１３】この画像生成装置では、動作プログラムや
外部から入力される操作等に基づいて、ＣＰＵ１及び画
像情報処理装置２に命令が送られる。ＣＰＵ１及び画像
情報処理装置２では、送られた命令を解釈して、この解
釈による処理動作を行う。このとき、上記命令が画像情
報処理装置２において画像情報の処理を行う命令である
ならば、ＣＰＵ１によって、メインメモリ３に記憶され
ている、物体を構成する複数の点の３次元座標や表示情
報等の画像情報が、メインバス６を介して画像情報処理
装置２に送られる。尚、物体を構成する複数の点の３次
元座標や表示情報等の画像情報については、後で詳細に
説明する。

【００１４】この画像情報処理装置２では、送られた命
令は、図１のバスインターフェイスユニット１１を介し
て命令解釈部１２に送られる。この命令解釈部１２で
は、バスインターフェイスユニット１２からの命令が、
どのような演算処理を行う命令であるのかが判別され
て、制御部１３に送られる。また、この画像情報処理装
置２には、ＣＰＵ１の制御により、メインバス６を介し
てメインメモリ３から読み出された３次元座標や表示情
報等の画像情報が送られている。この３次元座標や表示
情報等の画像情報は、バスインターフェイスユニット１
１からマトリクス演算部２０に送られる。

【００１５】ここで、このマトリクス演算部２０は、制
御部１３によって制御されるものである。この制御部１
３からの制御によって、上記マトリクス演算部２０に送
られる３次元座標や表示情報等の画像情報は、レジスタ
部２１、２２に記憶される。そして、制御部１３からの
制御によって、レジスタ部２１、２２に記憶された３次
元座標や表示情報等の画像情報が読み出され、この読み
出された３次元座標や表示情報等の画像情報は、上記内
部バス２５₁とパラレルな内部バス２５₂、２５₃を介し
て演算器３０₁、３０₂、３０₃に送られ、それぞれ演算
処理が行われる。これにより、３次元の物体を２次元の
画面に表示するときの、物体を構成する複数の点の２次
元座標値及び表示情報が算出される。

【００１６】さらに、この算出された２次元座標値及び
表示情報は、制御部１３からの制御により、内部バス２
５₁を介してバスインターフェイスユニット１１に送ら
れた後に、メインバス６を介して画像生成装置に送られ
る。この画像生成装置では、ＣＰＵ１の制御により、送
られた２次元座標値及び表示情報がラスタプロセッサ８
に送られる。このラスタプロセッサ８では、送られた物
体の２次元座標値及び表示情報を用いて、２次元の画面
に表示される３次元画像をビデオＲＡＭ９に描画して生
成する。この生成された３次元画像は、外部の２次元の
画面を備える表示装置において表示される。

【００１７】図２の画像情報処理装置では、物体を構成
する複数の点の３次元座標及び表示情報を３つ１組と
し、レジスタ部２１、２２に記憶する。このレジスタ部
２１、２２は、表１及び表２に示すものである。

【００１８】

【表１】

【００１９】

【表２】

【００２０】このように、表１及び表２に示す２つのレ
ジスタ群は、横の１行に３つのレジスタを持ち、これら
３つのレジスタの値が１組と成ったものが３列、即ち３
組から成る、３行３列（３×３）のマトリクスの構成を
とる。具体的には、表１に示すレジスタ部２１は３つの
レジスタ群ＭＴ₁、ＭＴ₂、ＭＴ₃から成り、各レジスタ
群ＭＴ₁、ＭＴ₂、ＭＴ₃をそれぞれ構成する９つのレジ
スタには、ベクトルの成分ではなく、スカラ値が記憶さ
れる。また、表２に示すレジスタ部２２は３つのレジス
タ群ＶＴ₁、ＶＴ₂、ＶＴ₃から成り、各レジスタ群Ｖ
Ｔ₁、ＶＴ₂、ＶＴ₃をそれぞれ構成する９つのレジスタ
には３つの３次元ベクトルの成分が記憶される。

【００２１】ここで、画像情報処理装置２における、２
次元の画面に表示される物体の画像の情報の処理につい
て具体的に説明する前に、本発明において物体を２次元
の画面に表示するための画像情報の基本的な演算処理に
ついて説明する。

【００２２】３次元を表す座標系には、３次元の物体そ
のものに関する形状や寸法を表現する物体座標系いわゆ
るローカル座標系、３次元の物体を空間に配置したとき
の物体の位置を示す世界座標系いわゆるワールド座標
系、及びスクリーン上に表示した３次元の物体を表現す
るための、視点を原点（０，０，０）とする視点座標系
いわゆるスクリーン座標系がある。ローカル座標系で表
された物体を画像として表示するには、３次元から２次
元への投影変換を行う。この投影変換は、３行３列（３
×３）の回転マトリクスによる乗算と３次元の平行移動
ベクトルの加算とにより実現する。

【００２３】また、スクリーン座標系において描画され
る３次元の物体は、基本図形である小さな多角形、いわ
ゆるポリゴンを用いて表示される。このポリゴンの形、
位置、向き、色、模様等が、画像を生成するための画像
データいわゆるポリゴンデータとして与えられる。ポリ
ゴンの形、位置、向きは、そのポリゴンの頂点の座標に
よって決まる。ここでは、説明を簡略化するために、ポ
リゴンを三角形として、以下に説明する。

【００２４】通常、図３のＡに示すように、物体１０１
を構成するポリゴンの各頂点の座標は、ローカル座標系
で表される。このローカル座標系で表される物体１０１
をスクリーン上に表示するためには、先ず、物体１０１
を表すローカル座標系における座標を、図３のＢのワー
ルド座標系における座標に変換する。ローカル座標系に
おける物体１０１の回転方向をＬＷとすると、物体１０
１の座標をローカル座標系からワールド座標系に変換す
るローカル／ワールド座標変換マトリクスは、以下の
（１）式により求められる。

【００２５】

【数１】

【００２６】この（１）式で求められるローカル／ワー
ルド座標変換マトリクスと、（ＴＬ_x,ＴＬ_y，ＴＬ_z）の
成分から成る位置のベクトルＴＬとを乗算する、以下の
（２）式により、物体１０１を表す座標は、図３のＡの
ローカル座標系から図３のＢのワールド座標系ＬＺに変
換される。

【００２７】

【数２】

【００２８】このように、３次元内での物体の運動及び
位置は、行列とベクトルとのセットで表現する。

【００２９】次に、図３のＢのワールド座標系ＬＺをス
クリーン座標系ＷＺに変換する。このとき、ワールド座
標系における物体１０１の回転方向をＷＳとすると、物
体１０１の座標をワールド座標系からスクリーン座標系
に変換するワールド／スクリーン座標変換マトリクス
は、以下の（３）式により求められる。

【００３０】

【数３】

【００３１】この（３）式で求められるワールド／スク
リーン座標変換マトリクスと、（ＴＷ_x,ＴＷ_y，ＴＷ_z）
の成分から成る位置のベクトルＴＷとを乗算する、以下
の（４）式により、物体１０１を表す座標は、図３のＢ
のワールド座標系ＷＺからスクリーン座標系ＷＺに変換
される。このスクリーン座標系ＷＺを拡大したものを図
３のＣに示す。

【００３２】

【数４】

【００３３】ここで、図３のＣ（ａ）は、スクリーン座
標系の斜視図であり、図３のＣ（ｂ）は、スクリーン座
標系の上面図である。この図３のＣ（ｂ）では、原点で
ある視点を例えばＱとするとき、この視点Ｑからの物体
１０１の距離をｈとしている。この距離ｈの位置に、図
３のＤに示すスクリーンが配置される。

【００３４】ここで、ローカル座標系からスクリーン座
標系への変換における物体１０１を構成するポリゴンの
回転マトリクスは、Ｘ、Ｙ、Ｚの各方向への回転に基づ
き、（１）、（３）式により求められる２つの座標変換
マトリクスを乗算する、以下の（５）式により得られ
る。

【００３５】

【数５】

【００３６】また、ローカル座標系からワールド座標系
に変換されるときの視点の座標を（ＴＬ_x，ＴＬ_y，ＴＬ
_z）の成分から成るベクトルＴＬ、ワールド座標系から
スクリーン座標系に変換されるときの視点の座標を（Ｔ
Ｗ_x，ＴＷ_y，ＴＷ_z）の成分から成るベクトルＴＷとす
るときに、ローカル座標系からスクリーン座標系への変
換における物体１０１を構成するポリゴンの各点の視点
の座標のベクトルをＴｒをすると、この視点の座標のベ
クトルＴｒの成分は、（３）式で求められるワールド／
スクリーン座標変換マトリクスにベクトルＴＬを乗算し
て、ベクトルＴＷを加算する、以下の（６）式により得
られる。

【００３７】

【数６】

【００３８】これにより、例えば物体１０１を構成する
ポリゴンの３頂点をＶ₀、Ｖ₁、Ｖ₂として、これら３頂
点の３次元の頂点座標を（ＶＸ_n，ＶＹ_n，ＶＺ_n）とす
ると、（５）式により求められる回転マトリクスに点Ｖ
の頂点座標を乗算し、（６）式により求められる視点の
座標ベクトルＴｒを加算する、以下の（７）式により、
物体１０１を構成する点をローカル座標系からスクリー
ン座標系に変換した３次元座標値が得られる。

【００３９】

【数７】

【００４０】この（７）式で得られる３次元座標値は、
物体がスクリーン座標系でどういう３次元の位置にある
かを示すものである。また、ｎは変数であり、後述する
ように、０〜２までの値を取る。

【００４１】さらに、（７）式で得られた３次元座標値
を用いて、（８）、（９）式に示す演算により、３次元
から２次元への透視変換を行う。即ち、図３のＤの２次
元のスクリーンに投影される物体の２次元における座標
値を求める。

【００４２】

【数８】

【００４３】尚、（８）、（９）式に用いられる値ＯＦ
Ｘ、ＯＦＹは、２次元の座標で、位置が移動したときの
Ｘ方向及びＹ方向のオフセット値をそれぞれ表す。

【００４４】このように、物体を構成する複数の点につ
いて、３行３列（３×３）のマトリクスの３次元座標値
を用いて、２次元のスクリーンに投影する２次元座標値
を求める座標計算を行い、これにより求めた複数の２次
元座標値を図３のＤのスクリーン上に配置することによ
り、図３のＥの２次元座標系に、物体１０１の３次元画
像を生成して表示することができる。

【００４５】また、実際の物体は面で構成されており、
この面の明るさは、光源からの光線の当たり具合によっ
て変化する。この面への光線の当たり具合、即ち３次元
の物体に光を当てたときにできる陰影は、光源や物体の
位置移動に応じて逐次計算して求め、この計算結果を用
いて面の明るさを変化させる必要がある。この面の陰影
を計算する計算方法は光源計算と呼ばれ、この光源計算
を行うことで、物体を立体的に見せることができる。

【００４６】この光源計算には種々の方法があるが、こ
の実施の形態の画像情報処理装置では、フラットシェー
ディング、グーローシェーディング、及びデプスキュー
イングの３つの方法を用いている。フラットシェーディ
ングは、ポリゴン毎に１個の法線ベクトルを割り当て、
光源ベクトルとの内積によってそのポリゴンの色や明る
さを決める方法であり、グーローシェーディングは、ポ
リゴンの頂点毎に法線ベクトルを割り当て、光源ベクト
ルとの内積によってその頂点の色や明るさを決定し、さ
らに、その色や明るさを内挿することにより、滑らかな
階調をポリゴンの中に作る方法であり、デプスキューイ
ングは、視点からの距離によって色や明るさを変化させ
る方法である。このデプスキューイングは、遠方の色を
決めておき、この遠方の色に溶け込んでいく効果を出
す。また、このデプスキューイングによって、物体が視
点から遠ざかるにつれて、物体の色や明るさを背景色に
近付けるようにすることにより、大気による光の減衰、
いわゆるフォグ効果を得ることも可能である。

【００４７】この実施の形態の画像情報処理装置では、
３つの光源を用い、これら３つの光源による値を一緒に
計算することにより、色の値を求める。

【００４８】例えば、図４に示すように、赤、緑、青の
各成分から成る３原色によって、（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の固有
の色をもつ物体１０２に対して、光源Ｌ₁、Ｌ₂、Ｌ₃か
らの光線が照射されているとする。これらの光源Ｌ₁、
Ｌ₂、Ｌ₃は、それぞれ方向及び色の成分から成る。光源
Ｌ₁の方向のベクトルは（Ｌ_1x，Ｌ_1y，Ｌ_1z）、色は
（ＬＲ₁，ＬＧ₁，ＬＢ₁）で表され、光源Ｌ₂の方向のベ
クトルは（Ｌ_2x，Ｌ_2y，Ｌ_2z）、色は（ＬＲ₂，ＬＧ₂，
ＬＢ₂）で表され、光源Ｌ₃の方向のベクトルは（Ｌ_3x，
Ｌ_3y，Ｌ_3z）、色は（ＬＲ₃，ＬＧ₃，ＬＢ₃）で表され
る。

【００４９】ここで、３つの光源Ｌ₁、Ｌ₂、Ｌ₃の色を
表す座標マトリクスは、この３つの光源の方向のベクト
ルのマトリクスと、（１）式で得られるローカル／ワー
ルド座標変換マトリクスとを乗算する、以下の（１０）
式で求められる。

【００５０】

【数９】

【００５１】この３つの光源Ｌ₁、Ｌ₂、Ｌ₃の色を表す
座標マトリクスは、各光源の平行光線の方向を示すもの
である。

【００５２】さらに、物体１０２に予め決められた法線
のベクトルをＮとし、この法線ベクトルＮの成分を（Ｎ
_x，Ｎ_y，Ｎ_z）とすると、（１０）式で得られる３つの
光源Ｌ₁、Ｌ₂、Ｌ₃の色を表す座標マトリクスに法線ベ
クトルＮの成分を乗算する、以下の（１１）式により、
３つの光源の内積値を求める。

【００５３】

【数１０】

【００５４】ここで、以下の（１２）式に示すように、
３つの光源Ｌ₁、Ｌ₂、Ｌ₃の色の成分の座標マトリクス
に（１１）式で得られる３つの光源の内積値を乗算し
て、物体１０２の（ＲＢＫ，ＧＢＫ，ＢＢＫ）の成分か
ら成る周辺光ＢＫを加算することにより、３つの光源Ｌ
₁、Ｌ₂、Ｌ₃の光線の色ＬＴを求める。

【００５５】

【数１１】

【００５６】尚、（１２）式において、（１１）式で得
られる３つの光源の内積値の代わりに、上記内積値の各
成分をｍ乗した値を用いる、以下の（１３）式により、
物体の材質に応じた近似計算を行う。具体的には、例え
ば金属光沢のような、最も光の強い領域が狭いときの光
線の色ＬＴを求めることができる。

【００５７】

【数１２】

【００５８】そして、（１２）式で得られる３つの光源
Ｌ₁、Ｌ₂、Ｌ₃に基づく光線の色ＬＴに物体を構成する
三角形のポリゴンの各点の色の成分（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を乗
算した値と、一番遠方の色ＦＣの成分（ＲＦＣ，ＧＦ
Ｃ，ＢＦＣ）とを用いて内挿計算を行う、以下の（１
４）式により、点Ｐにおける深さの変化による色の変化
の値の成分（Ｒ_n，Ｇ_n，Ｂ_n）を求めることができる。

【００５９】

【数１３】

【００６０】深さの変化による色の変化の値の成分（Ｒ
_n，Ｇ_n，Ｂ_n）は線形で求めてもよいが、（１４）式で
は、非線形近似するように、視点からの距離の関数であ
るパラメータＰ_nを用いている。このパラメータＰ_nは、
以下の（１５）式により求める。

【００６１】

【数１４】

【００６２】尚、上記（１４）式において、値ＤＱＡ、
ＤＱＢは、深さの変化により変化する定数であり、深さ
が一定のときの３次元画像を表示するときには一定値を
もつ。

【００６３】上述のように、物体を構成する複数の点の
３次元座標及び表示情報を用いて演算処理を行うことに
より、２次元の画面に３次元の物体を表示するための物
体を構成する複数のポリゴンの各点の２次元座標値及び
表示情報、即ち明るさの情報である色情報を得ることが
できる。

【００６４】尚、（３）式の演算は、表示する場面毎に
行い、（１）、（５）、（６）及び（１０）式の演算
は、表示する物体毎に行い、（７）、（８）、（９）、
（１１）、（１２）、（１３）、（１４）及び（１５）
式の演算は、物体を構成するポリゴン毎に行う。

【００６５】また、上述の演算は、ポリゴンの各頂点に
ついてそれぞれ行われるものであり、用いている変数ｎ
は、ポリゴンの各頂点を示す値が代入される。この実施
の形態ではポリゴンは三角形であるので、３つの頂点を
示す０〜２の内のいずれかの値が代入される。

【００６６】次に、マトリクス演算器４で用いられる複
数の命令について説明する。

【００６７】表３には、スカラ値及びベクトル値の処理
を行う命令を示し、表４には、座標計算処理の命令を示
し、表５には、色及び光源計算処理の命令を示す。

【００６８】

【表３】

【００６９】

【表４】

【００７０】

【表５】

【００７１】具体的には、表３の命令ＣＭ₁は、（１
０）式に示す演算、即ち行列とベクトルとを乗算する演
算命令であり、命令ＣＭ₂は、（１）、（３）、（５）
式に示す演算、即ち行列と行列とを乗算する演算命令で
ある。また、表４の命令ＣＴ₁は、（６）、（７）式に
示す演算、即ち座標変換を行う演算命令であり、命令Ｃ
Ｔ₂は、（８）、（９）、（１５）式に示す演算、即ち
透視変換を行う演算命令であり、命令ＣＴ₃は、命令Ｃ
Ｔ₁及び命令ＣＴ₂をまとめて行う命令である。また、表
５の命令ＣＬ₁は、（１１）式に示す演算、即ち光源と
法線との内積計算を行う演算命令であり、命令ＣＬ
₂は、（１２）、（１３）式に示す演算を行う演算命令
であり、命令ＣＬ₃は、（１４）式に示す演算、即ち遠
方色と近接色との内挿計算を行う演算命令であり、命令
ＣＬ₄は、命令ＣＬ₁、ＣＬ₂、ＣＬ₃、ＣＬ₄をまとめて
行う命令である。

【００７２】尚、上記命令ＣＭ₁において、変数ｉには
スカラ値のマトリクスＭＴ₁〜ＭＴ₃に対応するように、
１〜３の内のいずれかの値が代入され、変数ｊにはベク
トル値のマトリクスＶＴ₁〜ＶＴ₃に対応するように、１
〜３の内のいずれかの値が代入される。また、求められ
る３つの値Ｖ_oＸ_n、Ｖ_oＹ_n、Ｖ_oＺ_nの変数ｏ、ｎは、三
角形のポリゴンの３つの頂点を示す０〜２の内のいずれ
かの値が代入される。

【００７３】また、上記命令ＣＭ₂においても、上記命
令ＣＭ₁と同様に、変数ｉ及び変数ｊには１〜３の内の
いずれかの値が代入され、求められる３つの値Ｍ_oＸ_n、
Ｍ_oＹ_n、Ｍ_oＺ_nの変数ｏ、ｎには０〜２の内のいずれか
の値が代入される。

【００７４】また、上述の全ての命令は、単一に実行す
る場合と、三角形のポリゴンの３頂点について一度にま
とめて３回実行する場合とがあり、命令を一度に３回実
行するときには、変数ｎには三角形のポリゴンの３つの
頂点を示す０〜２の値がそれぞれ代入されて命令が実行
される。

【００７５】図１のマトリクス演算部２０には、上述の
演算を行うためのデータが、内部バス２５₁を介してレ
ジスタ群の各レジスタにそれぞれに送られて記憶され
る。ここで、上記レジスタ部２１、２２内の各レジスタ
群ＭＴ₁、ＭＴ₂、ＭＴ₃、ＶＴ₁、ＶＴ₂、ＶＴ₃を構成す
る各レジスタには、決められたデータを記憶するように
割り付けられている。この決められたデータとは、メイ
ンメモリ３に記憶されているデータがＣＰＵ１の制御に
よって読み出されるデータや、この読み出されたデータ
を用いて演算処理を行った後のデータである。

【００７６】具体的に、ポリゴンを構成する各点につい
ての座標計算を行うときの各レジスタへのデータの割り
付けを表６に示す。

【００７７】

【表６】

【００７８】レジスタ群ＭＴ₁の各レジスタには、
（５）式で求める回転マトリクスのスカラ値が割り付け
られ、レジスタ群ＭＴ₂の各レジスタには、（６）式で
求める平行移動ベクトルＴｒの各成分と、２次元のオフ
セット値ＯＦＸ、ＯＦＹと、値ＤＱＡ、ＤＱＢと、距離
ｈの値とが割り付けられ、レジスタ群ＶＴ₁の各レジス
タには、三角形から成るポリゴンの３頂点Ｖ₀、Ｖ₁、Ｖ
₂のベクトル値が割り付けられ、レジスタ群ＶＴ₂の各レ
ジスタには、上記ポリゴンの３頂点Ｖ₀、Ｖ₁、Ｖ₂につ
いて（７）式で求めるスクリーン座標系の３次元座標値
が割り付けられ、レジスタ群ＶＴ₃の各レジスタには、
上記ポリゴンの３頂点Ｖ₀、Ｖ₁、Ｖ₂について（８）、
（９）、（１５）式で求める２次元座標値及びパラメー
タＰ_nが割り付けられる。

【００７９】尚、レジスタ群ＭＴ₁の各レジスタに記憶
される上記回転マトリクスのスカラ値は、命令ＣＭ₂に
より、（１）式で求めるローカル／ワールド座標変換マ
トリクスと、（３）式で求めるワールド／スクリーン座
標変換マトリクスとの乗算で求められる値である。ま
た、（１）式で求めるローカル／ワールド座標変換マト
リクス及び（３）式で求めるワールド／スクリーン座標
変換マトリクスも、命令ＣＭ₂によって求められるもの
である。よって、このマトリクス演算器２０によって、
先ず、ローカル／ワールド座標変換マトリクス及びワー
ルド／スクリーン座標変換マトリクスを命令ＣＭ₂によ
ってそれぞれ算出し、次に、上記算出されたローカル／
ワールド座標変換マトリクス及びワールド／スクリーン
座標変換マトリクスを乗算して算出される回転マトリク
スのスカラ値が、レジスタ群ＭＴ₁の各レジスタに記憶
される。

【００８０】次に、座標計算を行う際の具体的な演算処
理について説明する。

【００８１】ポリゴンを構成する点の座標計算を行うに
は、（７）式の演算を行って、レジスタ群ＶＴ₂の各レ
ジスタに３次元座標値を記憶した後に、（８）式の演算
を行うことにより、点の２次元座標値が算出される。こ
れらの値が、レジスタ群ＶＴ₃の各ベクトルに記憶され
る。

【００８２】先ず、レジスタ群ＭＴ₁の回転マトリクス
とレジスタ群ＶＴ₁のベクトル値とを乗算する際には、
レジスタ群ＭＴ₁に記憶された回転マトリクスのスカラ
値は、１行毎に、３つのデータを記憶することができる
レジスタ３２₁、３２₂、３２₃にそれぞれ送られて記憶
される。即ち、レジスタＭ₁₁₁、Ｍ₁₁₂、Ｍ₁₁₃に記憶さ
れるデータはレジスタ３２₁に順次記憶され、レジスタ
Ｍ₁₂₁、Ｍ₁₂₂、Ｍ₁₂₃に記憶されるデータはレジスタ３
２₂に順次記憶され、レジスタＭ₁₃₁、Ｍ₁₃₂、Ｍ₁₃₃に記
憶されるデータはレジスタ３２₃に順次記憶される。そ
して、上記レジスタ３２₁、３２₂、３２₃にそれぞれ記
憶されたデータは、１番目のデータから乗算器３４₁、
３４₂、３４₃にそれぞれ送られる。

【００８３】ここで、レジスタ群ＶＴ₁に記憶された、
１列のデータは、演算器３０₁、３０₂、３０₃の乗算器
３４₁、３４₂、３４₃に順次送られる。即ち、レジスタ
群ＶＴ₁の１番目の列のレジスタＶ₁Ｘ₀のデータが乗算
器３４₁、３４₂、３４₃にそれぞれ送られて、乗算器３
４₁、３４₂、３４₃において、それぞれ送られた２つの
データの乗算が行われる。これらの乗算結果は、加減算
器３５₁、３５₂、３５₃にそれぞれ送られるが、この時
点では、乗算器３４₁、３４₂、３４₃で以前に乗算が行
われていないので、上記乗算器３４₁、３４₂、３４₃か
らの乗算結果はそのままセレクタ３３₁、３３₂、３３₃
に送られる。

【００８４】次に、レジスタ群ＶＴ₁の１番目の列のレ
ジスタＶ₁Ｘ₁のデータが乗算器３４₁、３４₂、３４₃に
それぞれ送られて、レジスタ群ＭＴ₁の１行目の２番目
のデータＭ₁₁₂、Ｍ₁₂₂、Ｍ₁₃₂とそれぞれ乗算される。
これらの乗算結果は、加減算器３５₁、３５₂、３５₃に
それぞれ送られて、上記セレクタ３３₁、３３₂、３３₃
を介して送られる上記演算結果に加算される。これらの
加算結果は、セレクタ３３₁、３３₂、３３₃にそれぞれ
送られる。

【００８５】さらに、レジスタ群ＶＴ₁の１番目の列の
レジスタＶ₁Ｘ₂のデータが乗算器３４₁、３４₂、３４₃
にそれぞれ送られて、レジスタ群ＭＴ₁の１行目の３番
目のデータＭ₁₁₃、Ｍ₁₂₃、Ｍ₁₃₃とそれぞれ乗算され
る。これらの乗算結果は、加減算器３５₁、３５₂、３５
₃にそれぞれ送られて、上記セレクタ３３₁、３３₂、３
３₃を介して送られる上記演算結果に加算される。

【００８６】この後、（７）式に示すように、レジスタ
群ＶＴ₂に記憶されているデータに、ベクトル値Ｔｒ
Ｘ、ＴｒＹ、ＴｒＺが、それぞれ加算される。このと
き、ベクトル値ＴｒＸ、ＴｒＹ、ＴｒＺは、それぞれレ
ジスタ３１₁、３１₂、３１₃に記憶されており、これら
の３つのベクトル値は、レジスタ３１₁、３１₂、３１₃
からセレクタ３３₁、３３₂、３３₃によって加減算器３
５₁、３５₂、３５₃にそれぞれ送られて、上記加減算器
３５₁、３５₂、３５₃での演算結果にさらに加算され
る。これらの加減算器３５₁、３５₂、３５₃での演算結
果、即ちベクトル値ＳＳＸ₀、ＳＳＸ₁、ＳＳＸ₂は、内
部バス２５₁を介してレジスタ群ＶＴ₂のレジスタＶ
₁Ｘ₀、Ｖ₁Ｘ₁、Ｖ₁Ｘ₂にそれぞれ記憶される。

【００８７】また、同様にして、レジスタ群ＭＴ₁の他
の２行のデータとレジスタ群ＶＴ₂の他の２列のデータ
との演算結果、即ちベクトル値ＳＳＹ₀、ＳＳＹ₁、ＳＳ
Ｙ₂、ＳＺ₀、ＳＺ₁、ＳＺ₂も求められて、レジスタ群Ｖ
Ｔ₂のレジスタＶ₂Ｙ₀、Ｖ₂Ｙ₁、Ｖ₂Ｙ₂、Ｖ₂Ｚ₀、Ｖ₂Ｚ
₁、Ｖ₂Ｚ₂にそれぞれ記憶される。

【００８８】このようにして、三角形のポリゴンを構成
する３点について、（７）式のスクリーン座標系の３次
元座標値が求められる。

【００８９】ここで、演算結果の内のベクトル値Ｓ
Ｚ₀、ＳＺ₁、ＳＺ₂は、割算器２３にも順次送られる。
また、レジスタ２４にはレジスタ群ＭＴ₂のレジスタＭ
₂₃₁に記憶されている距離ｈの値が送られて記憶されて
おり、上記割算器２３では、上記レジスタ２４からの距
離ｈの値を、ベクトル値ＳＺ₀で割算する。この演算結
果は、内部バス２５₃及びレジスタ３２₁、３２₂、３２₃
を介して乗算器３４₁、３４₂、３４₃にそれぞれ送られ
る。

【００９０】また、これらの乗算器３４₁、３４₂、３４
₃には、レジスタ群ＶＴ₂に記憶されているベクトル値Ｓ
ＳＸ₀、ＳＳＸ₁、ＳＳＸ₂が内部バス２５₂を介して送ら
れることにより、割算器２３からの割算結果とベクトル
値ＳＳＸ₀、ＳＳＸ₁、ＳＳＸ₂との乗算がそれぞれ行わ
れる。これらの乗算結果は、加減算器３５₁、３５₂、３
５₃にそれぞれ送られる。

【００９１】さらに、レジスタ群ＭＴ₂のレジスタＭ₂₂₁
に記憶されている値ＯＦＸが内部バス２５₃を介してレ
ジスタ３１₁、３１₂、３１₃にそれぞれ記憶されてお
り、この値ＯＦＸがセレクタ３３₁、３３₂、３３₃を介
して加減算器３５₁、３５₂、３５₃にそれぞれ送られ、
乗算器３４₁、３４₂、３４₃からの乗算結果に加算され
る。これにより、これらの加減算器３５₁、３５₂、３５
₃からは、三角形のポリゴンを構成する３点のＸ方向の
２次元座標値ＳＸ₀、ＳＸ₁、ＳＸ₂がそれぞれ出力され
て、レジスタ群ＶＴ₃のレジスタＶ₃Ｘ₀、Ｖ₃Ｘ₁、Ｖ₃Ｘ
₂に記憶される。同様にして、三角形のポリゴンを構成
する３点のＹ方向の２次元座標値ＳＹ₀、ＳＹ₁、Ｓ
Ｙ₂、及びパラメータＰ₀、Ｐ₁、Ｐ₂が求められて、レジ
スタ群ＶＴ₃のレジスタＶ₃Ｙ₀、Ｖ₃Ｙ₁、Ｖ₃Ｙ₂、Ｖ₃Ｚ
₀、Ｖ₃Ｚ₁、Ｖ₃Ｚ₂にそれぞれ記憶される。

【００９２】また、光源計算を行うときの各レジスタへ
のデータの割り付けを表７に示す。

【００９３】

【表７】

【００９４】レジスタ群ＭＴ₁の各レジスタには、（１
０）式で求める３つの光源Ｌ₁、Ｌ₂、Ｌ₃の色を表す座
標マトリクスが割り付けられ、レジスタ群ＭＴ₂の各レ
ジスタには、（１２）式で用いる３つの光源Ｌ₁、Ｌ₂、
Ｌ₃の色の成分の座標マトリクスが割り付けられ、レジ
スタ群ＭＴ₃の各レジスタには、（１２）、（１３）、
又は（１４）式で用いる色の成分（Ｒ，Ｇ，Ｂ）、周辺
光ＢＫの成分（ＲＢＫ，ＧＢＫ，ＢＢＫ）、及び一番遠
方の色ＦＣの成分（ＲＦＣ，ＧＦＣ，ＢＦＣ）が割り付
けられ、レジスタ群ＶＴ₁の各レジスタには、（１１）
式で用いる予め決められた法線の各ベクトル値が割り付
けられる。

【００９５】これらの値の内で、レジスタ群ＭＴ₁及び
レジスタ群ＶＴ₁の各レジスタの値を用いて、演算器３
０₁、３０₂、３０₃で（１１）式の演算処理を行い、レ
ジスタ群ＶＴ₂の各レジスタに、３つの光源の内積値を
記憶する。

【００９６】この後、上記レジスタ群ＶＴ₂に記憶した
内積値、レジスタ群ＭＴ₂の各レジスタに記憶されてい
る３つの光源Ｌ₁、Ｌ₂、Ｌ₃の色の成分の座標マトリク
ス、及びレジスタ群ＭＴ₃に記憶されている周辺光ＢＫ
の成分（ＲＢＫ，ＧＢＫ，ＢＢＫ）を用いて、演算器３
０₁、３０₂、３０₃で（１２）又は（１３）式の演算処
理を行い、３つの光源Ｌ₁、Ｌ₂、Ｌ₃の光線の色ＬＴの
各成分を求め、これらの値をレジスタ群ＶＴ₂の各レジ
スタに記憶する。

【００９７】さらに、上記レジスタ群ＶＴ₂に記憶した
３つの光源Ｌ₁、Ｌ₂、Ｌ₃の光線の色ＬＴの各成分、レ
ジスタ群ＭＴ₃に記憶されている色の成分（Ｒ，Ｇ，
Ｂ）、一番遠方の色ＦＣの成分（ＲＦＣ，ＧＦＣ，ＢＦ
Ｃ）、及びパラメータＰ_nを用いて、演算器３０₁、３０
₂、３０₃で（１４）式の演算処理を行い、深さの変化に
よる色の変化の値の成分（Ｒ_n，Ｇ_n，Ｂ_n）を求め、こ
れらの値をレジスタ群ＶＴ₂の各レジスタに記憶する。

【００９８】即ち、光源計算においては、３つの光源を
用いて物体の色の変化の値の成分を求める。

【００９９】このように、上述の画像情報処理装置にお
ける画像情報の処理手順は、図５のフローチャートに示
すものとなる。

【０１００】先ず、ステップＳ１で、物体に対する視点
を決め、フィールドレベルとして、物体を構成する複数
のポリゴンについて、（３）式によりワールド／スクリ
ーン座標変換マトリクスをそれぞれ算出する。

【０１０１】次に、ステップＳ２で、オブジェクトレベ
ルとして、上記各ポリゴンについて、（１）式によりロ
ーカル／ワールド座標変換マトリクスを算出する。そし
て、各ポリゴンについて、上記ワールド／スクリーン座
標変換マトリクス及びローカル／ワールド座標変換マト
リクスを用いて、（５）式の上記物体の座標系をローカ
ル座標系からスクリーン座標系に変換するための回転マ
トリクス、（６）式の視点の座標マトリクス、及び（１
０）式の３つの光源の色の座標マトリクスをそれぞれ算
出する。

【０１０２】この後、ステップＳ３で、ポリゴンレベル
として、（７）式により上記各ポリゴンについて、ロー
カル座標系からスクリーン座標系に変換した３次元座標
値を算出する。そして、（８）、（９）式により２次元
への透視変換を行う。これにより得られた、３次元の物
体を構成する複数のポリゴンの各点についての２次元座
標値を２次元の画面に描画することにより、３次元の物
体を２次元の面に表示することができる。

【０１０３】また、このときに、（１５）式のパラメー
タＰ_nを上記複数のポリゴンの各点について求める。そ
して、（１１）式の３つの光源を用いたときの内積値を
算出して、さらに、（１２）又は（１３）式の光線の色
を算出した後に、（１４）式により上記各ポリゴン又は
それらの各頂点毎の深さの変化による色の変化の値を算
出する。この深さの変化による色の変化の値により、物
体の色を決定する。

【０１０４】尚、この画像情報処理装置は、コプロセッ
サに限られるものではなく、独立して処理を行うディジ
タルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）として構成してもよ
い。

【０１０５】

【発明の効果】以上の説明からも明かなように、本発明
に係る画像情報処理装置及び画像情報処理方法は、記憶
される、複数の点から構成される物体の各点の３次元座
標及び上記物体に照射される３つの光源に基づく３つ１
組の複数の画像情報を用いて、上記物体の各点の２次元
座標値及び色情報を算出するように制御することによ
り、命令を３回実行するために、３並列の演算器を用い
たパイプライン構成とし、マイクロプログラムいわゆる
シーケンサを使用して、３つ１組の画像情報を用いる演
算処理を行うので、効率的で高速なパイプライン処理や
並列演算処理を行うことができる。また、ハードウェア
の構成を小さくすることができるので、ハードウェアの
コストを削減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る画像情報処理装置の概略的な構成
図である。

【図２】画像生成装置の概略的な構成図である。

【図３】座標変換を説明するための図である。

【図４】光源を説明するための図である。

【図５】本発明に係る画像情報処理方法による画像情報
の処理手順のフローチャートである。

【符号の説明】

１ＣＰＵ２画像情報処理装置６メインバス１１バスインターフェイスユニット１２命令解釈部１３制御部２０マトリクス演算部２１、２２レジスタ部２３割算器２４レジスタ２５₁、２５₂、２５₃ 内部バス３０₁、３０₂、３０₃ 演算器３１₁、３１₂、３１₃、３２₁、３２₂、３２₃ レジスタ３３₁、３３₂、３３₃ セレクタ３４₁、３４₂、３４₃ 乗算器３５₁、３５₂、３５₃ 加減算器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の点から構成される物体の各点の３
次元座標及び上記物体を照射する光源に基づく複数の画
像情報を３つ１組として記憶する記憶手段と、上記記憶手段に記憶される３つ１組の複数の画像情報を
用いて、上記物体の各点の２次元座標値及び表示情報を
算出する演算手段と、上記３つ１組の複数の画像情報を上記記憶手段に記憶さ
せ、上記記憶手段から上記３つ１組の複数の画像情報を
読み出して上記演算手段で演算を行うように制御する制
御手段とを備えて成ることを特徴とする画像情報処理装
置。
【請求項２】上記３つ１組の画像情報は、３行３列の
マトリクスとして構成されるか、又は３つの３次元ベク
トルから成る３行３列のベクトルセットとして構成され
ることを特徴とする請求項１記載の画像情報処理装置。
【請求項３】上記光源は３つであり、上記表示情報は
Ｒ、Ｇ、Ｂの各成分から成ることを特徴とする請求項１
記載の画像情報処理装置。
【請求項４】上記演算手段では、上記３つ１組の複数
の画像情報を用いて、３つの処理を同時に行うことを特
徴とする請求項１記載の画像情報処理装置。
【請求項５】複数の点から構成される物体の各点の３
次元座標及び上記物体を照射する光源に基づく複数の画
像情報を３つ１組として記憶し、上記記憶される３つ１組の複数の画像情報を用いて、上
記物体の各点の２次元座標値及び表示情報を算出するこ
とを特徴とする画像情報処理方法。
【請求項６】上記３つ１組の画像情報は、３行３列の
マトリクスとして構成されるか、又は３つの３次元ベク
トルから成る３行３列のベクトルセットとして構成され
ることを特徴とする請求項５記載の画像情報処理方法。
【請求項７】上記光源は３つであり、上記表示情報は
Ｒ、Ｇ、Ｂの各成分から成ることを特徴とする請求項５
記載の画像情報処理方法。
【請求項８】上記３つ１組の画像情報を用いて、３つ
の処理を同時に行うことを特徴とする請求項５記載の画
像情報処理方法。