JPH09511083A - コンピューターグラフィックスにおける３−ｄ表現 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 視る方向に面する表面を連続する表面を表す走査線シーケンスへと解析する工程、各視点に関してそれらの表面の深さ値をチェックする工程、そして最も先頭の表面の後ろにあるそれらの物体又は表面を表現することなく捨てる工程を含む、２−Ｄ画像を表現する方法。これは、ほとんどの３−Ｄ情景が隣接する面より成る連続した表面から構築される面を探査することによって、面のリストを管理し処理する作業の量を減じるところの走査線アルゴリズムを拡張する効果を有する。

Description

【発明の詳細な説明】 コンピューターグラフィックスにおける３−Ｄ表現 本発明は３−Ｄコンピューターグラフィックスに関する。 コンピューターのために３−Ｄ画像に関する情報を２−Ｄ投影図に変換するた めにはどの物体がみえていてどの物体が他の物体により隠されているかの評価を 必要とする。これをなすにおいては、物体の全ての表面（サーフェイス）をそれ らの面の座標によって定義される、より小さな多角形、しばしば三角形の平坦な 面（フェイス）に分解して解析することが通常である。アニメーション（例えば コンピューターゲーム）用の画像はリアルタイム即ち正確に滑らかな動きの印象 を与えるような速度で生じさせられる必要がある。 現行の技術は次のとおりである。 Ｚ−バッファ−深さ値がそれぞれの画像ピクセル毎に保持される。スクリーン 中のそれぞれの面が表現（レンダリング）され、そしてそれぞれのピクセルで新 たな深さ値が既に画像中にあるものと比較される。新しい深さ値が古いものより も観察者により近いならば、その画像ピクセルと深さが更新される。 ペインターズ・アルゴリズム−スクリーン中のそれぞれの面が画像へ表現され 、、その面は「最も遠い」から「最も近い」順序で巡視（ｖｉｓｉｔ）される。 この順序はランタイムで面をソートすることによって、又はオフラインで計算さ れたバイナリーの空間分割を用いることによって、発生されてよい。 走査線のＺバッファ−画像が走査線順序で走査される。それぞれの走査線が処 理されるに従って、この走査線を横切る面が活性リスト中に保持される。走査線 中のピクセルに対応する１組の深さ値が保持される。それぞれ現在の活性な面に 対して、現在の走査線を横切るセクションが表現される。それぞれのピクセルで 、深さ試験がなされて、そして画像ピクセルは新しいピクセルがより近いとき更 新のみされる。 走査線−画像が走査線順序で走査される。それぞれの走査線が処理されるに従 って、この走査線を横切る面が活性リスト中に保持される。活性リスト中の面は それらが横切る第１の走査線ピクセルにより水平軸に沿ってソートされる。この ソートされたリストは次いで処理されて最も前面にある面のセクションを発生す る。これらの可視セクションのそれぞれは次いで出力画像へ表現される。 これらの技術は種々の欠点を受けている。 Ｚ−バッファ−画像ピクセル毎に深さ値を保持するために大きな量のメモリが 消費される。それがおおい隠されているかどうかを見出すのにピクセル毎に試験 が実行される。 ペインターズ・アルゴリズム−完全に正確なソーティングは時間を浪費する。 近似のソートが使用できるがしかしこれは可視的人工物へ通ずる。３−Ｄスクリ ーンの一部又は全てを不変化にする犠牲にして、バイナリー空間分割をソーティ ングを加速するのに用いられうる。 走査線Ｚバッファ−活性リストを保持するために余分な作業が必要である。 上記全ての技術は、画像ピクセルの値がそのピクセルをおおう面毎に一度につ き数回発生させられるという問題を有している。その「最も近い」値のみが出力 画像へ生かされるであろう。ピクセルの色を発生させるのに必要な複雑な計算が ある場合には、この余分な作業が全処理時間のかなりの部分の量となりうる。 走査線−活性な面のリストを保持し、そしてソートするのに余分な作業が必要 である。 本発明は処理パワーを節約しながら処理を高速化するよう意図された新規な技 術を提供する。 本発明はカメラに面する表面を解析して、連続する表面を表す走査線シーケン スに変換する工程、それらの各表面の深さ値をチェックする工程、そして最も先 頭の表面の後ろにあるそれらの物体又は表面を表現（レンダリング）することな く捨てる工程とを含む２−Ｄ画像を表現する方法を提供する。 これは、ほとんどの３−Ｄのスクリーンが隣接する面より成る連続した表面か ら構築されているという事実を探査することによって、面のリストを管理し処理 する作業の量を減じるために走査線アルゴリズムを拡張する効果を有する。 更に本発明は、ここに開示される方法によって画像を表現するための画像発生 装置をも含むものである。この装置は上記により開示される方法の各工程を実行 するために必要な手段を含み、そしてハードウエアまたはソフトウエア又はそれ らの組合せの形に形成されるものであってよい。これらの手段はここの開示から 、当業者に明瞭なものとなろう。 本発明が完全に理解されるために、本技術の一層詳細な実施例を以下に記載す る。 ３−Ｄのスクリーンはそれぞれの物体毎に、頂点（複数）、それぞれ２つの頂 点を接続するエッジ（複数）及び１組の接線されたエッジ内に形成される面を定 義する座標を用いて表現される一連の面（いっしょになって表面を構築する）を 定義することによって完全に表現される。 第１の工程としては、カメラがその面の前面に又は背面にあるかを検査するた めに一つの面が試験される。もしその面がカメラの背後にあるなら、当該面は、 その物体の後ろにありカメラから離れていると判断され無視されることができる 。 次の工程ではカメラに面している全ての面を順番に検査する。例えばペンで一 度それぞれの面のエッジを周回し、そうすることによってそれぞれのエッジ上を 何回通過したかを示す回数の数を記憶する。ゼロから始めて物体の影（シルエッ ト）のエッジを通過すると１のカウントを蓄積すると共に２つの面の間のエッジ を通過したときは２をカウントする。さらにそれぞれのエッジはどの面がエッジ の右側又は左側にあるのか示すためにマークされる。 この情報を用いて、それぞれの走査線毎に２つのリストが構築される。第１の リストはその走査線上で活性となるこれらの可視シルエットのエッジを同定し、 第２のリストは活性となる他の全てのエッジを同定する。 さて情景は走査線により順番に考慮される。活性な表面に関する（即ち、連続 した複数の面により構成される）第３のリストが調製される。それぞれの新しい 左側のシルエットのエッジが走査線上で活性となるに従って、活性な表面が記録 される。他の活性なエッジが第２のリストから記録されるに従って、このエッジ が今やそれらの隣にあることを示すという情報が、隣接する面を更新することに よって、第３のリスト中の既存の活性表面の１つに加えられる。こうして、それ ぞれの活性表面（深さを考慮せずに）は、左側のシルエットのエッジから始まっ て、次いで右側のエッジに到達するまでエッジと面との間の隣接関係を追うこと によって列挙される。 この表面の活性のリストは今や可視セグメントを見出すために処理される。走 査線は分解されて一連の処理データ群（ｒｕｎｓ）（表面の左側又は右側のエッ ジにより分離されるピクセルの群）となる。これらの群（ｒｕｎｓ）は順番に列 挙される。この処理の間に当該群（ｒｕｎｓ）に亘る表面の活性のリストは、保 持され最も近い深さによってソートされる。 １つの群（ｒｕｎ）に対するリスト中に表面がないならば、走査線のセクショ ンはスクリーンの色である。 第１の表面の最も遠い深さが同一リスト上のいかなる他の面における最も近い 深さよりも大きいならば、表面が表現され、そして次の工程が処理される。 この技術は、幾らか余計のメモリを必要とするけれども、連結された面のシー ケンスにより形成される表面全体を受容することに基づいて、スクリーンのおお い隠された部分のバルク削除の実行を可能にする。 この様にして、単純な走査線技術よりも著しく少ない処理で十分である。 あえてこの単純化された処理をしない情景の複雑な領域、例えば深さが重複す る２又はそれ以上の表面を１つの群（ｒｕｎ）が有するところがある。これは、 スクリーンのその様な領域は従来の技術により一層細かく処理されることを必要 とするだろう。これらの領域は普通よりも余分の処理を必要とし、そしてより遅 いのであろうがしかし、一般的にはそれ等はスクリーンの小部分であって大部分 についての節約が一層大きい。 本出願が優先権を主張する英国特許出願第９４０６５０９．１号及び本出願に 添付の要約がここに参考として取り込まれる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．視る方向に面する表面を連続する表面を表す走査線シーケンスへと解析する 工程、各視点に関してそれぞれの表面の深さ値をチェックする工程、そして最も 先頭の表面の後ろにあるそれらの物体又は表面を表現することなく捨てる工程を 含む、２−Ｄ画像を表現する方法。 ２．画像の１又は各物体の複数の頂点の座標及びそれぞれ２つの頂点を接続する 複数のエッジの複数の座標を得て、そして１組の接続されているエッジ群内での 複数の面を定義し、該複数の面によって１又はそれ以上の表面を形成する工程を 含む請求項１の方法。 ３．それぞれの面を試験して視る方向に関してその面が視点の前面又は背後にあ るかを決定し、そして視点の背後にあるそれぞれの面を無視する工程を含む請求 項２の方法。 ４．線毎に画像データを走査して各走査線に関して第１及び第２リストを発生す る工程を含んでおり、該第１のリストはその走査線上て活性となる物体のエッジ で可視シルエットのエッジを同定し、該第２のリストは活性となる他の全てのエ ッジを同定するものである請求項２又は３の方法。 ５．走査線に沿って走査する間に１番に到達された物体のシルエットのエッジを 第１のシルエットのエッジであると同定する請求項４の方法。 ６．それぞれ新しい第１シルエットエッジが走査線上で活性となるに従って活性 な面を記録する工程によって第３の活性面リストを発生し、他の活性エッジが第 ２のリストから記録されるに従って、隣接する面を更新することによりそれぞれ の該他の活性エッジを第３のリスト中の既存の活性面の１つへ関連付けることに より当該エッジが現在その隣にあることを示す工程を含む請求項５の方法。 ７．走査線を処理データ群（ｒｕｎ）に分割することにより活性な面のリストを 処理して可視セグメントを見出し、そして視点に関して最も近い深さで処理デー タ群（ｒｕｎ）に広がる活性な面のリストをソートするために処理データ群（ｒ ｕｎ）を列挙する工程を含む請求項６の方法。 ８．処理データ群（ｒｕｎ）に対するリスト中に面がないときに走査線の関連す るセクションに対して背景の画像又は色を発生する工程を含む請求項７の方法。 ９．第１の面の持つとも遠い深さがリストの他のどの面の最も近い深さよりも大 きいとき、その面が表現されて次の一連の処理データ群（ｒｕｎ）が処理される 請求項７又は８の方法。 10．請求項１−９のいずれか１項の方法により２−Ｄ画像を表現するよう動作す る画像発生装置。