JPH096988A - 色に奥行き指示を与える装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 精度のよいグラフィックス表示のための、
色に奥行き指示を与える装置を提供する。 【解決手段】コンピュータ・グラフィックス・システム
で画素ごとに奥行き指示を与える方法および装置であ
る。辺計算ユニットが、表示される三角形の頂点につい
て、頂点ごとの奥行き指示の変倍係数の値および奥行き
指示のレンダリング・パラメータを決定する。補間回路
が、三角形のそれぞれの画素について、画素ごとの奥行
き指示の変倍係数および画素ごとの色の値を決定する。
コンピュータ・グラフィックス・システムがテクスチャ
・マッピング・ハードウェアを含む場合、混合回路は、
画素ごとの色の値およびテクスチャ・マップされた色の
値を結合して、画素ごとの結果の色の値を与える。奥行
き指示混合回路が、画素ごとの奥行き指示の変倍係数の
値、画素ごとの結果の色の値および奥行き指示の色を使
って、三角形のそれぞれの画素について奥行き指示を与
えられた画素ごとの色の値を決定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、コンピュータ・
グラフィックス・システムにおける色のレンダリングに
関し、より詳細には、画素ごとに奥行き指示(depth cu
e、深さキュー)を与える方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】２次元のビデオ表示画面に物体のグラフ
ィック表示を表すために、コンピュータ・グラフィック
ス・システムが一般に使用される。現在のコンピュータ
・グラフィックス・システムは非常に詳細な表示を供給
し、様々な応用で使用される。

【０００３】典型的なコンピュータ・グラフィックス・
システムで、表示画面に表される物体はグラフィックス
のプリミティブに分解される。プリミティブは、グラフ
ィックス表示の基本成分であり、点、線、ベクトルおよ
び三角形のような多角形を含むことができる。典型的
に、ハードウェア/ソフトウェア方式を実行して、表示
画面に表される１またはそれ以上の物体を表すグラフィ
ックスのプリミティブをレンダリングするまたは描く。

【０００４】典型的に、レンダリングされる３次元の物
体のプリミティブは、ホスト・コンピュータによってプ
リミティブ・データに関して定義される。例えば、プリ
ミティブが三角形である場合、ホスト・コンピューター
はその頂点のX,Y,Z座標およびそれぞれのR,G,Bの色の値
に関してプリミティブを定義することができる。レンダ
リングするハードウェアは、プリミティブ・データを補
間して、それぞれのプリミティブを表す表示画面の画素
およびそれぞれの画素についてR,G,B値を計算する。

【０００５】初期のグラフィックス・システムでは、複
雑な３次元の物体を表すまたはモデル化するに十分現実
的な方法で画像を表示することができなかった。そのよ
うなシステムによって表示された画像は、モデル化され
る物体に存在するテクスチャ、隆起(bumps)、スクラッ
チ(scratch)、影、およびその他の表面の詳細を欠いた
極端になめらかな表面を表していた。

【０００６】その結果、改善された表面の詳細をもつ画
像を表示するための方法が開発された。テクスチャ・マ
ッピングはそのような方法の１つであり、原画像を３次
元の物体の表面にマッピングし(テクスチャといわれ
る)、その後結果の画像を表示するために、テクスチャ
された３次元の物体を２次元のグラフィックス表示画面
にマッピングすることを含む。テクスチャ・マッピング
された表面の詳細の属性は、一般に、色、正反射、乱れ
(perturbation)、鏡面性(specularity)、影、表面の不
規則、および段階付け(grading)を含む。

【０００７】テクスチャ・マッピングは、テクスチャの
１つまたはそれ以上の点要素(テクセル)を、テクスチャ
がマッピングされる物体の表示される部分のそれぞれの
点要素(画素)に当てはめることを含む。テクスチャ・マ
ッピング・ハードウェアは、一般に、物体を表す表示画
面の画素にテクスチャ・マップのテクセルを対応させる
方法を示す情報を備えている。テクスチャ・マップのそ
れぞれのテクセルは、２次元のテクスチャ・マップでの
位置を識別するSおよびT座標によって定義される。それ
ぞれの画素について、そこにマッピングされる対応する
１または複数のテクセルがテクスチャ・マップからアク
セスされ、テクスチャされた物体を表示画面に表すため
に、その画素について生成される最終的なR,G,B値に組
み入れられる。

【０００８】奥行きの指示は、より現実的な表示を与え
るためのもう一つの技法である。奥行きの指示におい
て、物体の色は、観察者から物体までの距離に基づいて
少しずつ背景色(奥行き指示の色として知られる)と混合
される。通常この距離は、物体の奥行き、すなわちZ値
で近似される。奥行きの指示は、大気による光の強度の
減衰をシミュレートするために使用することができる。
従って物体は、観察者から遠ざかるにつれて、より暗く
見える。奥行き指示の色として任意の色を使用すること
ができるが、黒が最も頻繁に使用される。

【０００９】ハードウェアの幾何学的加速器をもつ先行
技術のグラフィックス・システムは、典型的に、奥行き
の指示を計算する総括された(lumped)モデルを使用して
いた。奥行き指示は、頂点ごとに実行された。奥行き指
示の変倍係数は、それぞれの頂点についてそのZ座標値
に基づいて決定された。そして色の値が、照明の方程式
および奥行き指示の変倍係数に基づいてそれぞれの頂点
について計算された。色の値は、レンダリング・パラメ
ータとしてハードウェア・ラステライザ(rasterizer)す
なわちスキャン・コンバータに供給された。

【００１０】ハードウェアで実現されるテクスチャ・マ
ッピングの出現は、奥行き指示を与えるプロセスを複雑
にした。上述したように、テクスチャ・マッピングは、
２次元の画素マップ(すなわちテクスチャ)の内容を用い
て３次元の多角形の内部に色を与える技法である。テク
スチャ・マッピングのハードウェアは、典型的に、１画
素ごとにテクスチャの色すなわちテクセルを供給する。
テクセルはラステライザによって１画素ごとに色の値と
結合されて、ディスプレイの結果の画素の色の値を与え
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】奥行き指示の付与は、
陰付けされる多角形およびテクスチャ・マッピングされ
た多角形に適用されることができる。しかし、１頂点ご
とに奥行き指示を与える総括されたモデルは、ハードウ
ェアで実現されるテクスチャ・マッピングをもつシステ
ムでは機能しない。奥行き指示を与えられた頂点パラメ
ータはラステライザで補間され、個々の画素のパラメー
タを生成する。そして画素のパラメータは、テクスチャ
・マッピングのハードウェアからの対応するテクセルと
混合されて、結果の画素の色の値を与える。しかし、ラ
ステライザによって使用される色の値に適用される奥行
き指示の付与は、テクスチャ・マッピングされる値に適
切に作用しないで、不正確な結果の色の値を与える。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明は、コンピュー
タ・グラフィックス・システムに関する。１画素ごとに
奥行き指示を与える装置および方法を提供する。表示さ
れる三角形の奥行き指示の変倍係数の関数および頂点パ
ラメータに応じる第１の回路は、その三角形のそれぞれ
の頂点について奥行き指示の変倍係数の値を決定する。
三角形の頂点ごとの奥行き指示の変倍係数の値および頂
点パラメータに応じる第２の回路は、三角形の奥行き指
示のレンダリング・パラメータを決定する。三角形の選
ばれた頂点の奥行き指示の変倍係数の値および奥行き指
示のレンダリング・パラメータに応じる第３の回路は、
三角形のそれぞれの画素について１画素ごとの奥行き指
示の変倍係数の値を決定する。三角形の頂点パラメータ
に応じる第４の回路は、三角形のそれぞれの画素につい
て１画素ごとの色の値を決定する。１画素ごとの奥行き
指示の変倍係数の値、１画素ごとの色の値および奥行き
指示の色に応じる第５の回路は、三角形のそれぞれの画
素について、奥行き指示を与えられた画素ごとの色の値
を決定する。

【００１３】好ましい実施例で、コンピュータ・グラフ
ィックス・システムは、テクスチャ・マッピングされた
色の値を生成するテクスチャ・マッピング・ハードウェ
アを含む。この場合、装置はさらに、画素ごとの色の値
およびテクスチャ・マッピングされた色の値を混合する
回路を含み、画素ごとの結果の色の値を与える。第５の
回路は、画素ごとの奥行き指示の変倍係数の値、画素ご
との結果の色の値および奥行き指示の色を使用して、三
角形のそれぞれの画素について、奥行き指示を与えられ
た画素ごとの色の値を決定する。

【００１４】本発明は、１画素ごとに奥行き指示を与え
る方法および装置を提供する。奥行き指示の付与は、典
型的にはテクスチャ・マッピングされた色の値と混合し
た後の、三角形の結果の画素ごとの色の値に関して行わ
れる。この技法は、テクスチャ・マッピングの使用の有
無にかかわらず正確な奥行き指示の付与を提供する。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は、本発明に従う１画素ごと
の奥行き指示の組み入れに適したコンピュータ・グラフ
ィックス・システムの第１の実施例のブロック図であ
る。図示される具体化は、基板およびチップの数、それ
らが区分される方法、バスの幅およびデータ転送速度に
関して単なる典型であることを理解されたい。多数の他
の具体化を使ってもよい。図示されるように、システム
はフロント・エンド基板10、テクスチャ・マッピング基
板12およびフレーム・バッファ基板14を含む。フロント
・エンド基板は、52ビットのバス16を通してホスト・コ
ンピュータ15に連絡している。フロント・エンド基板
は、レンダリングされるプリミティブをバス16を通して
ホスト・コンピュータから受け取る。プリミティブは、
プリミティブが三角形である場合、例えば頂点のような
プリミティブの部分に関して、X,Y,Zベクトル座標のデ
ータ、R,G,B色データおよびテクスチャS,T座標によって
規定される。

【００１６】３次元のプリミティブを表すデータは、フ
ロント・エンド基板10によって、64ビットのバス18を通
してテクスチャ・マッピング基板12およびフレーム・バ
ッファ基板14に供給される。テクスチャ・マッピング基
板は、プリミティブを表す画面表示画素を計算するため
に受け取ったプリミティブ・データを補間し、プリミテ
ィブのそれぞれの画素について対応する結果のテクスチ
ャ・データを決定する。結果のテクスチャ・データは、
図をわかりやすくするために図１に単一のバスとして示
される55ビットのバス28を通してフレーム・バッファ基
板に供給される。

【００１７】またフレーム・バッファ基板14は、フロン
ト・エンド基板1Oから受け取ったプリミティブ・データ
を補間して、それぞれのプリミティブを表す表示画面の
画素を計算し、それぞれの画素について物体の色の値を
決定する。フレーム・バッファ基板は、画素毎に、物体
の色の値をテクスチャ・マッピング基板から供給される
結果のテクスチャ・データと組み合わせ、それぞれの画
素について結果の画像R,G,B値を生成する。それぞれの
画素のR,G,B色制御信号がR,G,B線29上に供給され、表示
画面の画素を制御し、表示画面上にテクスチャ・マッピ
ングされたプリミティブを表す結果の画像を表示する。

【００１８】フロント・エンド基板10、テクスチャ・マ
ッピング基板12、およびフレーム・バッファ基板14はそ
れぞれパイプラインで結ばれていることが好ましく、複
数のプリミティブについて同時に操作する。テクスチャ
・マッピングおよびフレーム・バッファの基板はフロン
ト・エンド基板から供給されるプリミティブについて操
作し、一方、フロント・エンド基板は、基板12および14
のパイプラインが満杯になるまで新しいプリミティブに
ついて操作および供給を続ける。

【００１９】フロント・エンド基板10は、分配器チップ
30、３次元(3D)加速器チップ32A、32Bおよび32C、２次
元(2D)加速器チップ34、および集線器チップ36を含みう
る。分配器チップ30は、バス16を通してホスト・コンピ
ュータからX,Y,Z座標および色のプリミティブ・データ
を受け取り、３次元のプリミティブ・データを３Ｄ加速
器チップ32A、32Bおよび32Cに一様に分配する。このよ
うに３つのグループのプリミティブが同時に操作される
ので、システムの帯域幅は増大する。データは、40ビッ
トのバス38Aを通して３Ｄ加速器チップ32Aおよび32Bに
供給され、40ビットのバス38Bを通してチップ32Cに供給
される。バス38Aおよび38Bは、60MHzの速度でデータを
転送し、２つの３Ｄ加速器チップを支持するに十分な帯
域幅を与える。２Ｄのプリミティブ・データは、44ビッ
トのバス40を通して40MHzの速度で２Ｄ加速器チップ34
に供給される。

【００２０】それぞれの３Ｄ加速器チップは、受け取っ
たプリミティブを定義するX,Y,Z座標を対応する画面の
空間座標に変換し、画面の空間座標について物体のR,G,
B値およびテクスチャS,T値を決定し、四辺形を三角形に
分解し、それぞれの三角形を定義する三角形の平面方程
式を計算する。またそれぞれの３Ｄ加速器チップは、画
面内に複数のウィンドウが表示される場合またはプリミ
ティブの部分が表示画面に表示される画像の量を越えて
しまう場合、画像のクリッピング操作を実行して、結果
の画像の正確な画面表示を保証する。それぞれの３Ｄ加
速器チップによって実行される適切な操作を、以下でよ
り詳細に説明する。３Ｄ加速器チップ32A、32Bおよび32
Cからの出力データは、44ビットのバス42Aおよび42Bを
通して60MHzの速度で集線器チップ36に供給される。２
Ｄ加速器チップ34もまた、46ビットのバス44を通って45
MHzの速度で集線器チップ36に出力データを供給する。
集線器チップ36は、３Ｄ加速器チップ32Aないし32Cから
受け取った３Ｄプリミティブを結合し、分配器チップ30
によって分配される前のオリジナルの順序にプリミティ
ブを並べ直し、結合されたプリミティブの出力データを
バス18を通してテクスチャ・マッピングおよびフレーム
・バッファの基板に供給する。

【００２１】テクスチャ・マッピング基板12は、テクス
チャ・マッピング・チップ46およびキャッシュ・メモリ
として配置されることが好ましいローカル・メモリ48を
含む。本発明の好ましい実施例では、キャッシュ・メモ
リは複数のSDRAM(同期(syncronous)動的ランダム・アク
セス・メモリ)チップから形成される。キャッシュ・メ
モリ48は、フレーム・バッファ基板でレンダリングされ
るプリミティブに関連するテクスチャMIPマップ・デー
タを格納する。テクスチャMIPマップ・データは、ホス
ト・コンピュータ15の主メモリ17からバス40を通り、２
Ｄ加速器チップ34、そして24ビットのバス24を通してダ
ウンロードされる。

【００２２】テクスチャ・マッピング・チップ46は、表
示画面上にレンダリングされるプリミティブを表すプリ
ミティブ・データを、バス18を介して連続して受け取
る。上述のように３Ｄ加速器チップ32AないしCから供給
されるプリミティブは、点、線および三角形を含む。テ
クスチャ・マッピング基板は、点および線のテクスチャ
・マッピングは行わず、三角形のプリミティブに関して
のみ操作する。三角形のプリミティブを表すデータは、
一つの頂点に関する物体のX,Y,Z画素座標、同一の頂点
の物体の色のRGB値、同一の頂点に対応するテクスチャ
・マップの部分のS,T座標、および三角形の平面方程式
を含む。テクスチャ・マッピング・チップ46は、物体の
画素のZ座標および物体の色のR,G,B値を無視する。チッ
プ46は、X,Y画素座標を補間して、プリミティブを表す
それぞれのX,Y画面表示画素に対応するSおよびT座標を
計算する。それぞれの画素について、テクスチャ・マッ
ピング・チップは、キャッシュ・メモリから対応するテ
クスチャMIPマップの部分にアクセスし、複数のテクセ
ル(texel)の加重平均を含みうる画素について結果のテ
クスチャ・データを計算する。

【００２３】それぞれの画素についての結果のテクスチ
ャ・データは、テクスチャ・マッピング・チップ46によ
って５つのバス28を通してフレーム・バッファ基板に供
給される。５つのバス28はそれぞれフレーム・バッファ
基板に備えられた５つのフレーム・バッファ制御器チッ
プ50A、50B、50C、50Dおよび50Eに結合され、結果のテ
クスチャ・データをフレーム・バッファ制御器チップに
平行に供給する。フレーム・バッファ制御器チップ50
A、50B、50C、50Dおよび50Eはそれぞれ、関連するVRAM
(ビデオ・ランダム・アクセス・メモリ)チップ51Aない
しEに結合される。フレーム・バッファ基板はさらに、
４つのビデオ形式チップ52A、52B、52Cおよび52Dならび
にRAMDAC(ランダム・アクセス・メモリ・デジタル-アナ
ログ・コンバータ)54を含みうる。フレーム・バッファ
制御器チップは、表示画面の別々の、重複しないセグメ
ントを制御する。それぞれのフレーム・バッファ制御器
チップは、フロント・エンド基板からバス18を通してプ
リミティブ・データを受け取り、テクスチャ・マッピン
グ基板からバス28を通して結果のテクスチャ・マッピン
グ・データを受け取る。フレーム・バッファ制御器チッ
プはプリミティブ・データを補間して、プリミティブを
表すそれぞれのセグメントの画面表示の画素の座標、お
よびそれぞれの画素の座標について対応する物体R,G,B
色の値を計算する。テクスチャ・マッピング基板から結
果のテクスチャ・データが供給されるプリミティブ(す
なわち三角形)について、フレーム・バッファ制御器チ
ップは画素ごとに物体の色の値と結果のテクスチャ・デ
ータを結合して、表示画面上に表示されるそれぞれの画
素の最終的なR,G,B値を生成する。物体の色の値とテク
スチャの色の値が結合される方法を定義する混合モード
は、フロント・エンド基板10がバス18を通して供給する
レンダリング・モード制御ワードによって制御される。

【００２４】フレーム・バッファ制御器チップ50Aない
しEによって生成される、それぞれの画素のR,G,B値を含
む結果の画像ビデオ・データは、対応するVRAMチップ51
AないしEに格納される。VRAMチップ51AないしEのそれぞ
れのグループは８つのVRAMチップを含み、従って、40の
VRAMチップがフレーム・バッファ基板上に位置する。そ
れぞれのビデオ形式チップ52AないしDはVRAMチップの異
なるセットに接続され、そこからデータを受け取る。ビ
デオ・データはVRAMチップから連続的にシフトされ、64
ビットのバス58A、58B、58Cおよび58Dを通って27MHzの
速度で４つのビデオ形式チップ52A、52B、52Cおよび52D
にそれぞれ供給される。ビデオ形式チップは、RAMDACに
よって処理できるようにビデオ・データをフォーマット
し、フォーマットされたデータを32ビットのバス60A、6
0B、60Cおよび60Dを通して33MHzの速度でRAMDAC54に供
給する。それからRAMDAC54は、デジタルの色データをア
ナログのR,G,B色制御信号に変換し、それぞれの画素に
ついてのR,G,B制御信号を、R,G,B制御ライン29に沿って
画面ディスプレイ(図示しない)に供給する。

【００２５】本発明のある実施例では、テクスチャ・マ
ッピング基板12およびフレーム・バッファ基板14上のハ
ードウェアが複製されるため、あるプリミティブをレン
ダリングするタスクを複数のプリミティブに関して平行
して実行することができ、結果としてシステムの帯域幅
が増える。本発明のこのような代替実施例が図２に示さ
れており、複製されたハードウェアを有する本発明のコ
ンピュータ・グラフィックス・システムのブロック図を
示している。図２のシステムは、４つの３Ｄ加速器チッ
プ32A、32B、32Cおよび32Dと、キャッシュ・メモリ48A
および48Bにそれぞれ関連する２つのテクスチャ・マッ
ピング・チップ46Aおよび46Bと、VRAMチップのグループ
にそれぞれ関連する10のフレーム・バッファ・チップ50
Aないし50Jを含む。図２のシステムの動作は、上述され
た図１のシステムの動作と同様である。図２の実施例に
おけるハードウェアの複製は、あるプリミティブをレン
ダリングする操作を複数のプリミティブについて平行し
て実行することができるので、システムの帯域幅の増加
を可能にする。

【００２６】本発明に従った画素ごとの奥行き指示の付
与が、図3に関して示されている。「幾何学的加速器」
とよばれる図3の左の部分は、３次元の加速器チップ32
A、32Bおよび32C(図1)の回路を表す。「スキャン・コン
バータ」とよばれる図3の右の部分は、フレーム・バッ
ファ制御器チップ50A、50B、50C、50Dおよび50Eの回路
を表す。グラフィックス・システムは、表示される物体
を三角形、ベクトルおよび点に分解するが、奥行き指示
の付与は三角形にのみ適用される。幾何学的加速器の中
の辺計算ユニット110は、ホスト・コンピューターから
頂点パラメータを受け取る。頂点パラメータは、それぞ
れの頂点についてX、Y、Z座標、正規化座標(NX, NY, N
Z)、色の値(R,G,Bおよびα)、およびテクスチャ・マッ
ピングの値(SおよびT)を含みうる。辺計算ユニット110
はまた、以下で述べるが、奥行き指示パラメータも受け
取る。一般に、辺計算ユニットは、三角形をレンダリン
グするためにスキャン・コンバータによって要求される
すべてのレンダリング・パラメータを計算する。それら
のパラメータは、始点の色の値R、G、Bおよびαを含
む。レンダリング・パラメータはまた、XおよびYが最大
である三角形の辺E₁に関するそれぞれの色のパラメータ
の偏導関数を含む。さらに辺計算ユニット110は、三角
形の最上の頂点の奥行き指示の変倍係数の値とXおよび
辺E1に関する奥行き指示の変倍係数の偏導関数とを含
む、奥行き指示のレンダリング・パラメータを、スキャ
ン・コンバータに供給する。

【００２７】スキャン・コンバータの中の画素ジェネレ
ータ112は、それぞれのレンダリング・パラメータを独
立して補間して、三角形のそれぞれの画素についてXお
よびY座標ならびに色の値を計算する。画素ごとの色は
拡散した色の値R、G、Bおよびαを含み、また鏡面の色
の値R_s、G_s、B_sおよびα_sを含みうる。さらに画素ジェ
ネレータ112は、１画素ごとに奥行き指示の変倍係数を
計算する。画素ジェネレータ112によって計算される画
素ごとの値は、テクスチャ混合ユニット114に供給され
る。テクスチャ混合ユニット114はまた、テクスチャ・
マッピング・チップ46(図1)からテクセルを受け取る。
テクセルは、それぞれの画素についてのテクスチャの色
の値R_t、G_t、B_t、α_tである。画素ジェネレータ112から
の画素ごとの色の値とテクスチャ・マッピング・チップ
からテクセルは、前もって選択される混合演算方法に従
って結合され、結果の色の値を供給する。結果の色の値
は、奥行き指示混合ユニット116に供給される。奥行き
指示混合ユニット116に供給される画素ごとの奥行き指
示の変倍係数は、パイプラインで送られるデータが同期
されたままであることを保証するためにテクスチャ混合
ユニット114を通過するが使用されない。奥行き指示混
合ユニット116は、それぞれの画素について、画素ごと
の奥行き指示の変倍係数および奥行き指示の色をそれぞ
れの画素についての結果の色の値と結合して、それぞれ
の画素について奥行き指示を与えられた色を供給する。

【００２８】画素ごとの奥行き指示の付与は、頂点ごと
の奥行き指示の付与よりも精度がよい。なぜなら色およ
び奥行き指示の変倍係数の2つの独立した補間は線形近
似だからである。独立した補間は混合されて、最終的な
結果を生成する。混合は2つの１次方程式の乗算を含
み、２次方程式を作る。２次方程式は、１次方程式より
も所望の曲線に近接して近似することができる。

【００２９】ここで、図3に示されるユニットによって
実行される操作をより詳細に説明する。上述したよう
に、辺計算ユニット110は始点の奥行き指示の変倍係数
と変倍係数の辺E₁およびXに関する偏導関数を決定す
る。それぞれの頂点についての奥行き指示の変倍係数の
始点の値は頂点のZ値に依存する。奥行き指示の範囲
は、最小Z値および最大Z値をもつZ領域で確定される。Z
値が奥行き指示の最小Zより大きいまたは奥行き指示の
最小Zより小さい頂点については、異なった奥行き指示
の変倍係数が設定される。2つの限界値Zの間の変倍係数
は、最小Zの変倍係数と最大Zの変倍係数の間のなめらか
な勾配の関数として計算される。奥行き指示の変倍係数
の関数は、図6に示されている。辺計算ユニットは、図6
に示される奥行き指示の変倍係数の関数に関連して、ホ
スト・コンピューターから以下のパラメータを受け取
る。 (1)奥行き指示の最小Z (2)奥行き指示の最大Z (3)最小Zの変倍係数 (4)最大Zの変倍係数 (5)奥行き指示の勾配 それぞれの頂点についての奥行き指示の変倍係数は、次
のように決定される。

【００３０】

【数１】頂点のZが奥行き指示の最小Zよりも小さい場
合、 変倍係数 = 最小Zの変倍係数 頂点のZが奥行き指示の最大Zよりも大きい場合、 変倍係数 = 最大Zの変倍係数 それ以外の場合、 変倍係数 = 最小Zの変倍係数＋(頂点のZ−奥行き指示の
最小Z) × 奥行き 指示の勾配 これは、三角形の頂点0における奥行き指示の変倍係数
の始点値を与える。

【００３１】また辺計算ユニット110は、以下の方程式
に従って奥行き指示の勾配、dDC/dXおよびdDC/dE₁を計
算する。

【００３２】

【数２】 ここでX_iおよびY_i(i=0,1,2)は頂点iの座標であり、DC
_i(i=0,1,2)は頂点iの奥行き指示の変倍係数であり、int
は整数値であり、

【００３３】

【数３】 画素ジェネレータはこれらの値を使用して、画素ごとの
奥行き指示の変倍係数を決定する。

【００３４】画素ジェネレータ112のブロック図が、図4
に示されている。幾何学的加速器からのレンダリング・
パラメータは、レンダリング・パラメータ・レジスタ13
0に入れられる。それぞれのレンダリング・パラメータ
は、レジスタ130から、アルファ補間回路131、赤の補間
回路132、緑の補間回路133、青の補間回路134、奥行き
指示の変倍係数の補間回路135、赤の鏡面の補間回路13
6、緑の鏡面の補間回路137、および青の鏡面の補間回路
138に供給される。補間回路131ないし138は同一の回路
を含み、異なるパラメータを独立して同時に、高いスル
ープットで操作する。

【００３５】一般に三角形のそれぞれの画素について、
それぞれのパラメータが計算される。頂点V0、V1および
V2をもつ三角形が図7に示されている。補間回路はまず
最初に三角形の辺E₁に沿って頂点V0から頂点V2へステッ
プし、三角形のそれぞれの画素の行についてパラメータ
の始点値を決定する。画素の行150、152、154、その他
が図7に示されている。画素の行150、152、154につい
て、画素160、162および164で始点のパラメータ値が決
定される。三角形のそれぞれの画素の行の長さは、スパ
ンとして知られている。従って、例えば図7に関して、
画素の行154は画素164から画素168までのスパンをも
つ。それぞれの画素の行についての始点のパラメータ値
は、頂点V0でのパラメータの始点値および辺E₁のパラメ
ータの勾配から決定される。それぞれの画素の行につい
ての始点値が決定された後、補間回路はそれぞれの画素
の行をX方向にステップし、画素の行の始点値およびXの
関数としてのパラメータ値の勾配を使って、それぞれの
画素でのパラメータの値を決定する。三角形のそれぞれ
の画素についてのパラメータ値は、テクスチャ混合ユニ
ット114(図3)に供給される。

【００３６】画素ジェネレータ112のそれぞれの補間回
路を表すブロック図が図5に示されている。辺ステッパ
(stepper)は、それぞれの三角形の辺に沿ってパラメー
タを計算する。図5に示すように、辺ステッパは2つの段
階を含む。第１の辺ステッパ180は、辺E₁に沿ってそれ
ぞれの画素のXおよびY値を生成し、第２の辺ステッパ18
2は、色およびZ値を計算する。XおよびYの計算の結果
は、色およびZの計算のために必要であるので、2つの辺
ステッパは高いパフォーマンスであることが好ましい。

【００３７】第１のタイル・クリッパ(tile clipper)18
4および第２のタイル・クリッパ186を含むタイル・クリ
ッパは、それぞれのスキャン・コンバータに対応するVR
AMチップ(図1)内に画素およびスパンを限定する。上述
したように、スキャン・コンバータは、対応するVRAMチ
ップを用いて並行に高いスループットで動作する個別の
フレーム・バッファ制御器チップに分けられる。それぞ
れのVRAMチップは、(X方向の16画素)×(Y方向の2画素)
を含む表示画面のタイルを処理することが好ましい。タ
イル・クリッパは、補間回路によって処理される画素
を、対応するVRAMの16×2画素の範囲内に制限する。こ
れによって、対応するVRAMチップの範囲外の画素につい
ての不必要なサイクルを排除して、パフォーマンスを改
善する。タイル・クリッパは、レンダリングされる三角
形のそれぞれのスパンを、対応するVRAMチップの範囲内
の最大16画素の副スパンに分割する。不必要な画素がス
パン・ステッパで生成されないようにすることによっ
て、レンダリングのパフォーマンスが大幅に改善され
る。

【００３８】タイル・クリッパの出力は、スパン/画素F
IFO 190を通ってスパン・ステッパ192に供給される。好
ましい実施例で、スパン/画素FIFOは64エントリの深さ
である。スパン・ステッパ192は、三角形のそれぞれの
スパンについて、辺情報に基づいて画素パラメータを生
成する。スパンは定数のY値をもち、三角形のタイプに
よってXの正または負の方向のいずれかにステップされ
うる。スパン・ステッパ192の出力は、レンダリングさ
れる三角形のそれぞれの画素についてのパラメータ値の
セットである。図4に関連して上述したように、画素ジ
ェネレータ112は、赤、緑、青、アルファ、奥行き指示
の変倍係数、赤の鏡面、緑の鏡面および青の鏡面につい
て補間された、画素ごとのパラメーター値を与える。レ
ンダリング・パラメータから、辺のステッピングおよび
スパンのステッピングによって画素ごとのパラメーター
値を生成する補間回路は、当業者に知られている。

【００３９】上述したように、図3に示されるテクスチ
ャ混合ユニット114は、画素ジェネレータ112によって生
成される拡散した値とテクスチャ・マッピング・ユニッ
トから受け取るテクスチャの色の値とを混合して、中間
の色の値を供給する。画素ジェネレータ112によって生
成される鏡面の色の値は、任意にこれらの中間の色の値
に加えられて、結果の色の値を供給する。好ましい実施
例で、テクスチャ混合ユニット114はいくつかのテクス
チャ混合モードをもち、その中の1つが、それぞれの三
角形をレンダリングするときに使用するために選択され
る。「変更なし」モードでは、拡散した色の値がテクス
チャの色による修正なしで使用される。これは、レンダ
リングされる三角形がテクスチャを必要としない場合、
またはグラフィックス・システムがテクスチャ・マッピ
ングを含まない場合に該当する。このケースでは、拡散
した色の値は変更されない。「置き換え」モードでは、
画素ジェネレータからの拡散した色の値が、テクスチャ
・マップの色の値と置き換えられる。先行技術の頂点ご
との奥行き指示の色は、置き換えモードでは、奥行き指
示情報が失われるため、まったく無効であったことに留
意されたい。「調整」モードでは、拡散した色の値はテ
クスチャ・マップの色の値と掛け合わせられる。「転写
(decal)」モードでは、画素ジェネレータからの拡散し
た色の値が、テクセルのアルファ値に基づく混合の割合
に従ってテクスチャ・マップの色の値と混合される。テ
クスチャの混合の後、任意に鏡面の色の値が加えられ
て、結果の色の値を生成する。テクスチャ混合ユニット
114によって出力される結果の色の値は、奥行き指示混
合ユニット116に供給される。

【００４０】奥行き指示混合ユニット116は、１画素ご
とに、それぞれの色の値に奥行き指示を与える。奥行き
指示混合ユニット116は、以下の方程式を実行する。

【００４１】

【数４】奥行き指示を与えられた画素の色 =画素の色
× 奥行き指示の変倍係数 ＋ 奥行き指示の色 × (1 -
奥行き指示の変倍係数) 上記の方程式で用いられる画素の色は、テクスチャ混合
ユニット114から受け取った結果の色の値である。奥行
き指示の変倍係数は、画素ジェネレータ112によって計
算された画素ごとの値である。奥行き指示の色は、ホス
ト・コンピューターによって特定され、それぞれの三角
形について固定されている。奥行き指示の色は典型的に
は黒であるが、他の色の値であってもよい。結果は、三
角形のそれぞれの画素についての奥行き指示を与えられ
た画素の色の値である。

【００４２】奥行き指示を与える画素ごとの方法は、頂
点ごとの奥行き指示の付与よりも正確な表示を与える。
これは、奥行き指示を与えられた画素の色の値の方程式
の形式に起因する。スキャン・コンバータで線形に補間
される頂点ごとの奧行き指示の場合、最終的な画素の色
は１次方程式によって表される。色および奥行き指示の
変倍係数の両方が線形に補間されて、混合される画素ご
との奥行き指示の場合、より大きい精度を与える２次方
程式によって最終的な画素の色が表される。

【００４３】奥行き指示を与える画素ごとの方法は、テ
クスチャ・マッピングされる多角形に正確な奧行き指示
を与える。奥行き指示の付与は、テクスチャ・マップが
加えられた後に実行されなければならない。そうしない
と奥行き指示情報は歪められ、または(例えば置き換え
のテクセル混合モードで)失われさえする。

【００４４】ここで説明された回路は、例えばSynopsys
から市販されている論理統合ソフトウェアを使用する大
規模なカスタム集積回路で実行されることが好ましい。
論理統合ソフトウェアは、Verilogのような、高級言語
で論理ゲートに書き込まれる回路の説明を最適化し、翻
訳する。回路は、5ボルトで動作する1ミクロンのFETを
生成するCMOSプロセス、3.3ボルトで動作する0.6ミクロ
ンで引かれた(drawn)ゲート長のデバイスを生成するCMO
Sプロセス、またはデジタル回路を実行するに適した他
のプロセスを使用して実行することができる。論理統合
ソフトウェアへの入力は構造的というより機能的である
ので、論理統合ソフトウェアによって生成される実際の
回路は、ここで示されるものと異なってもよい。

【００４５】本発明は例として次の実施態様を含む。

【００４６】（１）コンピュータ・グラフィックス・シ
ステムで、色に奥行き指示を与える装置であって、複数
の画素として表示される三角形の奥行き指示の変倍係数
の関数および頂点パラメータに応じて、三角形のそれぞ
れの頂点について頂点ごとの奥行き指示の変倍係数の値
を決定する第１の回路(110)と、三角形の頂点ごとの奥
行き指示の変倍係数の値および頂点パラメータに応じ
て、三角形の奥行き指示のレンダリング・パラメータを
決定する第２の回路(110)と、三角形の選択される頂点
の頂点ごとの奥行き指示の変倍係数の値および奥行き指
示のレンダリング・パラメータに応じて、三角形のそれ
ぞれの画素について画素ごとの奥行き指示の変倍係数の
値を決定する第３の回路(135)と、三角形の頂点のパラ
メータに応じて、三角形のそれぞれの画素について画素
ごとの色の値を決定する第４の回路(131, 132, 133, 13
4, 136, 137, 138)と、画素ごとの奥行き指示の変倍係
数の値、画素ごとの色の値および奥行き指示の色に応じ
て、三角形のそれぞれの画素について、奥行き指示を与
えられた画素ごとの色の値を決定する第５の回路(116)
と、によって特徴付けられる、上記装置。

【００４７】（２）第５の回路が、次式に従って奥行き
指示を与えられた画素ごとの色の値を決定する手段を含
む、上記(1)の装置。

【００４８】

【数５】奥行き指示を与えられた画素の色 =画素の色
× 奥行き指示の変倍係数 ＋ 奥行き指示の色 × (1-奥
行き指示の変倍係数) （３）テクスチャ・マッピングされた色の値を生成する
テクスチャ・マッピング・ハードウェアをもつコンピュ
ータ・グラフィックス・システムで、色に奥行き指示を
与える装置であって、複数の画素として表示される三角
形の奥行き指示の変倍係数の関数および頂点パラメータ
に応じて、三角形のそれぞれの頂点について頂点ごとの
奥行き指示の変倍係数の値を決定する第１の回路(110)
と、三角形の頂点ごとの奥行き指示の変倍係数の値およ
び頂点パラメータに応じて、三角形の奥行き指示のレン
ダリング・パラメータを決定する第２の回路(110)と、
三角形の選択された頂点の頂点ごとの奥行き指示の変倍
係数の値および奥行き指示のレンダリング・パラメータ
に応じて、三角形のそれぞれの画素について画素ごとの
奥行き指示の変倍係数の値を決定する第３の回路(135)
と、三角形の頂点パラメータに応じて、三角形のそれぞ
れの画素について画素ごとの色の値を決定する第４の回
路(131, 132, 133, 134, 136, 137, 138)と、画素ごと
の結果の色の値を与えるために、画素ごとの色の値およ
びテクスチャ・マッピングされた色の値を混合する第５
の回路(114)と、画素ごとの奥行き指示の変倍係数の
値、画素ごとの結果の色の値および奥行き指示の色に応
じて、三角形のそれぞれの画素について、奥行き指示を
与えられた画素ごとの色の値を決定する第６の回路(11
6)と、によって特徴付けられる上記装置。

【００４９】（４）選択された頂点に隣接する三角形の
辺に沿った奥行き指示の変倍係数の第１の勾配および画
素の行方向に沿った奥行き指示の変倍係数の第２の勾配
を決定する手段を含む、上記(1)および(3)の装置。 （５）上記第３の回路が、上記辺に沿ったそれぞれの画
素の行での奥行き指示の変倍係数の値を決定する辺ステ
ッパと、三角形の中のそれぞれの画素の行について画素
ごとの奥行き指示の変倍係数の値を決定するスパン・ス
テッパとを含む、上記(1)および(3)の装置。 （６）第６の回路が、次式に従って奥行き指示を与えら
れた画素ごとの色の値を決定する上記(3)の装置。

【００５０】

【数６】奥行き指示を与えられた画素の色 =画素の色
× 奥行き指示の変倍係数 ＋ 奥行き指示の色 × (1−
奥行き指示の変倍係数) （７）幾何学的加速器ハードウェア(32A, 32B, 32C, 32
D)およびビデオ表示画面にグラフィック表示を生成する
スキャン・コンバータ(50Aないし50J)を含むコンピュー
タ・グラフィックス・システムで、グラフィック表示の
色に奥行き指示を与える方法であって、第１の回路(11
0)で、三角形の奥行き指示の変倍係数および頂点パラメ
ータに応じて、複数の画素として表示される三角形のそ
れぞれの頂点について頂点ごとの奥行き指示の変倍係数
を決定するステップと、第２の回路(110)で、三角形の
頂点ごとの奥行き指示の変倍係数の値および頂点パラメ
ータに応じて、三角形の奥行き指示のレンダリング・パ
ラメータを決定するステップと、第３の回路(135)で、
三角形の選択された頂点の頂点ごとの奥行き指示の変倍
係数の値および奥行き指示のレンダリング・パラメータ
に応じて、三角形のそれぞれの画素について画素ごとの
奥行き指示の変倍係数の値を決定するステップと、第４
の回路(131, 132, 133, 134, 136, 137, 138)で、三角
形の頂点パラメータに応じて、三角形のそれぞれの画素
について画素ごとの色の値を決定するステップと、第５
の回路(116)で、画素ごとの奥行き指示の変倍係数の
値、画素ごとの色の値および奥行き指示の色に応じて、
三角形のそれぞれの画素について、奥行き指示を与えら
れた画素ごとの色の値を決定するステップと、を含む、
上記方法。

【００５１】（８）上記コンピュータ・グラフィックス
・システムが、テクスチャ・マッピングされる色の値を
生成するテクスチャ・マッピング・ハードウェアを含
み、上記方法がさらに、画素ごとの結果の色の値を与え
るために、画素ごとの色の値およびテクスチャ・マッピ
ングされた色の値を混合するステップを含み、奥行き指
示を与えられた画素ごとの色の値を決定するステップ
が、画素ごとの色の値およびテクスチャ・マッピングさ
れた色の値を混合するステップに従って画素ごとの結果
の色の値を使用する、上記(7)の奥行き指示を与える方
法。

【００５２】（９）幾何学的加速器ハードウェア(32A,
32B, 32C, 32D)、テクスチャ・マッピングされた色の値
を生成するテクスチャ・マッピング・ハードウェア(46
A, 46B, 48A, 48B)、およびビデオ表示画面にグラフィ
ック表示を生成するスキャン・コンバータ(50Aないし50
J)を含むコンピュータ・グラフィックス・システムで、
グラフィック表示の色に奥行き指示を与える方法であっ
て、第１の回路(110)で、三角形の奥行き指示の変倍係
数および頂点パラメータ応じて、複数の画素として表示
される三角形のそれぞれの頂点について頂点ごとの奥行
き指示の変倍係数を決定するステップと、第２の回路(1
10)で、三角形の頂点ごとの奥行き指示の変倍係数の値
および頂点パラメータに応じて、三角形の奥行き指示の
レンダリング・パラメータを決定するステップと、第３
の回路(135)で、三角形の選択された頂点の頂点ごとの
奥行き指示の変倍係数の値および奥行き指示のレンダリ
ング・パラメータに応じて、三角形のそれぞれの画素に
ついて画素ごとの奥行き指示の変倍係数の値を決定する
ステップと、第４の回路(131, 132, 133, 134, 136, 13
7, 138)で、三角形の頂点パラメータ応じて、三角形の
それぞれの画素について画素ごとの色の値を決定するス
テップと、第５の回路(114)で、画素ごとの結果の色の
値を与えるために、画素ごとの色の値とテクスチャ・マ
ッピングされた色の値とを混合するステップと、第６の
回路(116)で、画素ごとの奥行き指示の変倍係数の値、
画素ごとの結果の色の値および奥行き指示の色に応じ
て、三角形のそれぞれの画素について、奥行き指示を与
えられた画素ごとの色の値を決定するステップと、を含
む、上記方法。

【００５３】

【発明の効果】本発明によると、コンピュータ・グラフ
ィックス・システムで、三角形のそれぞれの画素につい
て、画素ごとに色に奥行き指示を与えることにより、テ
クスチャ・マッピングの有無にかかわらず精度のよいグ
ラフィックス表示を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を組み入れたコンピュータ・グラフィッ
クス・システムの第１の実施例のブロック図である。

【図２】本発明を組み入れたコンピュータ・グラフィッ
クス・システムの第２の実施例のブロック図である。

【図３】本発明による画素ごとの奥行き指示の付与を組
み入れたスキャン・コンバータのブロック図である。

【図４】図3に示される画素ジェネレータのブロック図
である。

【図５】図4に示されるそれぞれのパラメータの補間回
路を表わすブロック図である。

【図６】Z軸に関する奥行き関数である奥行き指示の変
倍係数のグラフである。

【図７】三角形をレンダリングするプロセスの図であ
る。

【符号の説明】

１０ フロント・エンド基板 １２ テクスチャ・マッピング基板 １４ フレーム・バッファ基板 ３２Ａ−Ｄ ３Ｄ加速器 １１０ 辺計算ユニット １１２ 画素ジェネレータ １１４ テクスチャの混合 １１６ 奥行き指示の混合 １３０ レンダリング・パラメータ・レジスタ １８０, １８２ 辺ステッパ １８４, １８６ タイル・クリッパ １９０ スパン/画素FIFO １９２ スパン・ステッパ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】コンピュータ・グラフィックス・システム
   で、色に奥行き指示を与える装置であって、 複数の画素として表示される三角形の、奥行き指示の変
   倍係数の関数および頂点パラメータに応じて、三角形の
   それぞれの頂点について、頂点ごとの奥行き指示の変倍
   係数の値を決定する第１の回路と、 上記三角形の上記頂点ごとの奥行き指示の変倍係数の値
   および上記頂点パラメータに応じて、上記三角形の奥行
   き指示のレンダリング・パラメータを決定する第２の回
   路と、 上記三角形の選択される頂点の上記頂点ごとの奥行き指
   示の変倍係数の値および上記奥行き指示のレンダリング
   ・パラメータに応じて、上記三角形のそれぞれの画素に
   ついて、画素ごとの奥行き指示の変倍係数の値を決定す
   る第３の回路と、 上記三角形の頂点パラメータに応じて、上記三角形のそ
   れぞれの画素について、画素ごとの色の値を決定する第
   ４の回路と、 上記画素ごとの奥行き指示の変倍係数の値、上記画素ご
   との色の値および奥行き指示の色に応じて、三角形のそ
   れぞれの画素について、奥行き指示を与えられた画素ご
   との色の値を決定する第５の回路と、によって特徴付け
   られる、上記装置。