JPH09511599A - ３−ｄコンピュータ・グラフィックのための高速透視テクスチャ・マッピング - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 予め用意されたテクスチャ・マップを、ディスプレイ上で透視的に見られるベき対象物の平らな表面にテクスチャ・マッピングすることを備える、ディスプレイ上に両像を描くコンピュータ・グラフィック・情報の処理方法において、テクスチャ・マップされるべき各表面は一定ｚ（深さ）座標の観念的な線（ｚ−線）に沿って走査されてそれらの線の終端座標を決定し、それに対して予め用意されたテクスチャ・マップのテクスチャ値が透視のための変形なしにマップされることができる。

Description

【発明の詳細な説明】 ３−Ｄコンピュータ・グラフィックのための高速透視テクスチャ・マッピング 技術分野 本発明は３−Ｄコンピュータ・グラフィックのため平面テクスチャ・マッピン グに関する。 背景技術 これは予め格納された又は発生された画像を、その物体がディスプレイ上で透 視的に見られる場合の、３−Ｄ物体の表面に適用する作業である。投影された画 像は透視的に描かれなけばならない。これをリアルタイムに、即ち、特にしばし ば充分な計算力を持っていないコンピュータゲームのために、アニメーションが スムースに生じるように見えるように、行うことは困難である。この主題の詳細 はVince，Addison-Wesley(1992)による“3-D Computer Animation”に見出すこ とができる。 現在使用されている技術は次の２つのカテゴリに分割される：（ａ）表現され るべきポリゴンのすべての画素のテクスチャ座標を明示的に計算するもの−これ は各画素で遂行されるべきある計算、特に少なくとも１つの割り算動作、を含む ；そして（ｂ）ポリゴンの各水平スパンの縁でのみテクスチャ座標を評価し、次 いでリニアな内挿スキーム（又はなんらかの他の近似形態）を用いて中間画素の それらの値を近似をするもの。 上記カテゴリ（ａ）に属する技術は、最小のもの以外のすべてのポリゴンを描 かなければならないので、カテゴリ（ｂ）のものよりも、より長い実行時間を要 する。このため、それらは専用のハードウエアを使用しないかぎり、リアルタイ ム描画システムには不適切である。 他方で、カテゴリ（ｂ）における実行時間の減少は、テクスチャの投影に生じ る精度の損失により相殺される。これらの技術を用いて描画されるポリゴンがク ローズアップで見られると、受け入れることができない程度にテクスチャの劣化 が見られるであろう。 提案された解決は、ポリゴンを、水平走査線に沿ってではなく、一定ｚ座標の 線を表す、注意深く選ばれた角度の線に沿って走査し変換することである。 発明の開示 したがって、本発明は、予め用意されたテクスチャ・マップを、ディスプレイ 上で透視的に見られるべき対象物の平らな表面にテクスチャ・マッピングするこ とを備える、ディスプレイ上に画像を描くコンピュータ・グラフィック・情報の 処理方法において、テクスチャ・マップされるべき各表面は一定ｚ（深さ）座標 の観念的（ノーショナル）線（ｚ−線）に沿って走査されてそれらの線の終端座 標を決定し、それに対して予め用意されたテクスチャ・マップのテクスチャ値が 透視のための変形なしにマップされることがてきることを特徴とするコンピュー タ・グラフィック・情報の処理方法を提案する。 発明を実施する為の最良の形態 本発明を完全に理解するために、本発明の技術の１例を図面を参照して説明す る。 図Ｔ１はｕ−ｖ座標空間が格子線で示されているテクスチャ・マップからテク スチャで描かれるべき平面ポリゴンの輪郭線を示す。視覚空間座標に関して、一 定のｚの平面を考える。ポリゴンそれ自体の平面がこの平面に平行に横たわって いない限り、その２つの平面は一定のｚの線と交差するであろう。そのような平 面の集合は、ここでｚ−線と称する平行線の集合を生じる。 そのようなｚ−線の集合は図Ｔ２にその例のポリゴンについて示されている。 １つのz-線に沿うポリゴン上にマップされたテクスチャに対しては、すべての点 が同じｚ座標を持っているので、透視的な短縮はない。ｚ−線はしたがって、１ つはｕ−ｖ空間内の線を内の線をトラックするためであり、１つはそれがマップ するスクリーン画素を得るためである、２つのＤＤＡを用いて描かれることがで きる。ｚ−線に対して明示的に計算されるテクスチャ座標は、そのｚ−線の端点 におけるもののみである。 全体のポリゴンを描く方法はしたがって水平走査線の考えを捨てて、その代わ りｚ−線（複数）に平行に描くことである。特定のポリゴンについては、視覚座 標におけるｚ−線の勾配はポリゴンの平面の式と投影の幾何学形状の知識から計 算できる。 我々は、これらの角度のある線を描く場合に、ポリゴンを各画素に書くための 注意をただ１回だけすることを確実化しなければならない。これを可能にするス キームは図Ｔ３に示されている。代表的なｚ−線を作り上げる画素（複数）は標 準ブレセンハム・ライン・ドロウ(Bresenham line-draw)から得られる。残りの ｚ−線は、代表的ｚ−線が水平に対して４５°より小の場合はその線を画素の適 当な数だけ垂直に移し、その線が４５°以上であれば水平に移すことにより生成 される。 最後に、テクスチャ牢標は描かれた各ｚ−線の開始と終了に対して評価されな ければならない。これは、新たな座標が要求される毎に明示的に行われるか、Ｕ 及びＶの各々の分子と分母が両スクリーン座標でリニアであるという事実を用い ることにより、行われ、したがって走査の変換が進むとインクリメンタリに維持 できる。 ポリゴンをこの方法で描画する場合に、問題に遭遇する。単純な水平走査を用 いて描かれた凸状のポリゴンについて、各スパンは画素の連続ブロックからなる 。これは必ずしもｚ−線走査を用いて描かれた凸状のポリゴンの場合に限らない 。図Ｔ４はポリゴンの縁とｚ−線がほぼ等しい勾配をもち、ポリゴンの内部に横 たわる特定のｚ−線上の画素の集合が破線を形成している。これは２つの整数近 似プロセス、即ち、ポリゴンの縁を形成するもの、及びｚ−線を生成するもの、 の間の干渉の結果である。次の２つのアプローチが取られ得る： （ｉ）近似ポリゴン輪郭線が以下の観察から得られる： ｚ−線パターンにおけるすべてのｚ−線コラム（ロー）が垂直（水平）にシフ トして代表的ｚ−線が水平（垂直）になると、元のポリゴン輪郭線は新たなもの にマップされ、その新たなのものは限定的な解像ドロップアウトにより導入され た加工物（アーティファクト）であるにもかかわらず、元のものを単に垂直に（ 水平に）裁断したものである。走査変換は次いで、この新たに裁断されたポリ ゴンを通常の水平（垂直）走査により観念的（ノーショナリ）に描くことにより 、そして出力段階で画素のコラム（ロー）上で逆シフトを行うことにより、進行 する。この逆シフトは加工物の同一タイプを導入するので、この結果は所望のポ リゴンに対する近似にすぎない。 （ｉｉ）正確なポリゴン輪郭線は以下のようにして得られる： 先ず、実際のポリゴンの画素当たりのビットのマスクが標準水平走査を用いて 生成される。このマスクは次いでそのマスク上でコラム（ロー）シフトを行うこ とにより、垂直に（水平に）裁断される。裁断されたマスクは次いで、ｚ−線に 沿うテクスチャの出力を制御するために使用される。これにより、ビット・マス クを裁断し読むことを犠牲にして、所望のポリゴンが生成される。しかしながら 、実際には、全体のポリゴンに対してマスクを格納する必要はない。ｚ−線が水 平に対して４５°より小さい角度で横たわっていると仮定すると（代替の場合は 類似の取扱を有する）、マスクを生成する代わりに、走査変換プロセスが用いら れてバケツの集合を満たす。各バケツは１つのｚ−線に対応しており、そのｚ− 線上でコラムがポリゴンの内部から外側へ又ははその逆に向かうすべての画素コ ラムのスクリーンｘ座標を含む。こうしてエントリ対が、ポリゴンによりカバー された両素コラムの部分の上部及び底部のために作成される（凸状輪郭線に対し ては１つより多い対があり得る）。バケツのアレイを生成すると、１つのｚ−線 内の各画素に対して１ビットを持つマスクを用いて、ｚ−線が上部から底部に順 に描かれる。これは最初はゼロになっており、次いで各ｚ−線が描かれる前にイ ンクリメント的に更新される。所与のｚ−線における各バケツエントリに対して 、マスク内の対応するビットはトグルされて、画素コラムが現在のｚ−線上のポ リゴン境界を丁度交差したことを示す。 上記（ｉｉ）で略述したビットマスクの技術を用いて正確なポリゴン輪郭線が 生成されると、ソフトウエアの描画部はおそらく完全に一般のマスクから読むこ とができ、我々が（凸状の）ポリゴンに限定する理由はない。こうして、射影内 部のビットマスクが生成可能であれば、凹状のポリゴン、ディスク、２Ｄスプラ インにより囲まれた平面領域、その他の任意の平面形状がテクスチャ・マップさ れ得る。 ここで与えられた解決は、導入部に上げた技術のカテゴリの両方の利益を結合 する。即ち、テクスチャの正確な透視射影を生成し、同時に、ポリゴンの境界上 でのみ明示的に計算することにより、リニアな内挿スキームを用いてポリゴンの 内側のピクセルに対するテクスチャ座標を迅速に計算する。 走査変換の方法は標準の水平走査よりも複雑である。全したがって体としては 、境界画素当たりより多くの仕事が要求される。この技術は、境界比がある値よ り高いポリゴンに対してのみ、最初に述べたカテゴリ（ａ）よりも速い。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９６年５月３日 【補正内容】 提案された解決は、ポリゴンを、水平走査線に沿ってではなく、一定ｚ座標の 線を表す、注意深く選ばれた角度の線に沿って走査し変換することである。 したがって、本発明は、予め用意されたテクスチャ・マップを、ディスプレイ 上て透視的に見られるべき対象物の平らな表面にテクスチャ・マッピングするこ とを備える、ディスプレイ上に画像を描く方法において、テクスチャ・マップさ れるべき各表面を一定値ｚ（深さ）座標の観念的な線（ｚ−線）に沿って走査し 、一定値ｚの各線について、その線の対象終端座標を決定し、その終端座標に対 してテクスチャ値を決定し、終端座標の間の座標に対するテクスチャ値を内挿に より決定し、そして透視のための変形なしに、予め用意されたテクスチャ・マッ プのテクスチャ値を一定値ｚの各線にマッピングすることを特徴とする、ディス プレイ上に画像を描く方法を提案する。 本発明を完全に理解するために、本発明の技術の１例を図面を参照して説明す る。 図Ｔ１はｕ−ｖ座標空間が格子線で示されているテクスチャ・マップからテク スチャで描かれるべき平面ポリゴンの輪郭線を示す。視覚空間座標に関して、一 定のｚの平面を考える。ポリゴンそれ自体の平面がこの平面に平行に横たわって いない限り、その２つの平面は一定のｚの線と交差するであろう。そのような平 面の集合は、ここでｚ−線と称する平行線の集合を生じる。 そのようなｚ−線の集合は図Ｔ２にその例のポリゴンについて示されている。 １つのz-線に沿うポリゴン上にマップされたテクスチャに対しては、すべての点 が同じｚ座標を持っているので、透視的な短縮はない。ｚ−線はしたがって、１ つはｕ−ｖ空間内の線トラックするためであり、１つはそれがマップするスクリ ーン画素を得るためである、２つのＤＤＡを用いて描かれることができる。ｚ− 線に対して明示的に計算されるテクスチャ座標は、そのｚ−線の端点におけるも ののみである。 補正された請求の範囲 １．予め用意されたテクスチャ・マップを、ディスプレイ上で透視的に見られる べき対象物の平らな表面にテクスチャ・マッピングすることを備える、ディスプ レイ上に画像を描く方法において、テクスチャ・マップされるべき各表面を一定 値ｚ（深さ）座標の観念的な線（ｚ−線）に沿って走査し、一定値ｚの各線につ いて、その線の対象終端座標を決定し、その終端座標に対してテクスチャ値を決 定し、終端座標の間の座標に対するテクスチャ値を内挿により決定し、そして透 視のための変形なしに、予め用意されたテクスチャ・マップのテクスチャ値を一 定値ｚの各線にマッピングすることを特徴とする、ディスプレイ上に両像を描く 方法。 ２．代表的なｚ−線の画素はフルセンハム・ライン・ドロウにより得られる請求 の範囲第１項記載の方法。 ３．代表的なｚ−線の画素座標を得た後に、代表的なｚ−線が水平に対して４５ °より小さい場合は、その代表的なｚ−線を適当な画素数だけ垂直に移すことに より、また代表的なｚ−線が４５°以上の場合はそれを水平に移すことにより、 残りのｚ−線が得られる、請求の範囲第１項又は第２項記載の方法。 ４．（ｕ，ｖ）テクスチャ・マップのｕ及びｖの分子及び分母が両スクリーン座 標内でリニアであり、対象物の表面にマップされるべきテクスチャ．マップ線の 終端（ｕ，ｖ）座標は１回だけ明示的に計算され、その後に後続する走査に対し てインクリメンタルな変化により維持される、任意の先行する請求の範囲に記載 の方法。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．予め用意されたテクスチャ・マップを、ディスプレイ上で透視的に見られる べき対象物の平らな表面にテクスチャ・マッピングすることを備える、ディスプ レイ上に画像を描くコンピュータ・グラフィック・情報の処理方法において、テ クスチャ・マップされるべき各表面は一定ｚ（深さ）座標の観念的な線（ｚ−線 ）に沿って走査されてそれらの線の終端座標を決定し、それに対して予め用意さ れたテクスチャ・マップのテクスチャ値が透視のための変形なしにマップされる ことができることを特徴とするコンピュータ・グラフィック・情報の処理方法。 ２．代表的なｚ−線の画素はブレセンハム・ライン・ドロウにより得られる請求 の範囲第１項記載の方法。 ３．代表的なｚ−線の画素座標を得た後に、代表的なｚ−線が水平に対して４５ °より小さい場合は、その代表的なｚ−線を適当な画素数だけ垂直に移すことに より、また代表的なｚ−線が４５°以上の場合はそれを水平に移すことにより、 残りのｚ−線が得られる、請求の範囲第１項又は第２項記載の方法。 ４．対象物の表面にマップされるべきテクスチャ・マップの終端座標（ｕ，ｖ） は１回だけ明示的に計算され、その後に後続する走査に対してインクリメンタル な変化により維持される、任意の先行する請求の範囲に記載の方法。 ５．図面を参照してここに記載されたものと実質的に同じグラフィック・情報の 処理方法。