JPH10188002A

JPH10188002A - 描画装置および方法

Info

Publication number: JPH10188002A
Application number: JP8342946A
Authority: JP
Inventors: Mutsuhiro Omori; 睦弘大森
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1996-12-24
Filing date: 1996-12-24
Publication date: 1998-07-21
Anticipated expiration: 2016-12-24
Also published as: US5977984A; JP3738924B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ポリゴンの頂点のデータの算出の際の演算量
を低減する。【解決手段】ジオメトリ演算部４は、第１の制御信号
により指定された場合だけ、グラフィックスデータか
ら、ポリゴンの各頂点に対応する座標データ、オフセッ
ト値、および、輝度値を算出し、そうでない場合、オフ
セット値だけを算出する。データ保存回路１４は、第１
の制御信号に従って、メインメモリ３に記憶されている
座標データまたはジオメトリ演算部４からの座標データ
と、オフセット値との和をデバイス座標系の座標値とし
て、使用した座標データに対応する輝度値とともにレン
ダリング回路２０に出力する。また、データ保存回路１
４は、第２の制御信号により指定された場合、ジオメト
リ演算部４からの座標データおよび輝度値をメインメモ
リ３に記憶させる。レンダリング回路２０は、供給され
たデータから、そのポリゴンのビデオ信号を生成し、出
力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、描画装置および方
法に関し、特に、３次元空間におけるポリゴンの頂点の
データを、所定の表示領域に対応する座標系のデータに
変換し、変換したデータに対応してポリゴンを描画する
描画装置および方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近の半導体技術の進歩に伴い、画像処
理を行う演算装置の処理能力も向上している。

【０００３】所謂コンピュータグラフィクスにおいて３
次元の物体をディスプレイに表示させる場合、所定の基
本形状（例えば３角形）の複数の２次元図形（ポリゴ
ン）を利用して、３次元の物体を表現することがある。
なお、このような３次元の物体は、図５（Ａ）に示すよ
うに、物体ごとに設定されるオブジェクト座標系におい
て定義される。

【０００４】そして、例えば所定の応用プログラムに従
って、その物体の動作に対応して動画が作成される場
合、１画面ごとに、その画面を構成する物体やその背景
などが描画されていく。

【０００５】このとき１画面ごとに、その画面を構成す
る物体に対応するポリゴンの３次元空間における各頂点
のデータが、２次元の表示領域に対応するデバイス座標
系におけるデータに変換された後、そのデータに基づい
て、そのポリゴンがレンダリングされる。

【０００６】このときの変換においては、最初に、３次
元のワールド座標系（図５（Ｂ））における各頂点の座
標は、視点を原点とした視線座標系（図５（Ｃ））にお
ける座標に変換（透視変換）される。

【０００７】次に、表示領域に表示される視線座標系中
の領域（空間）であるビューボリューム（View Volum
e）が設定される。このビューボリュームは、図６
（Ａ）に示すように視点を頂点とした４角錘の一部を取
り出した６面体である。

【０００８】ここで、ポリゴンの各頂点がビューボリュ
ームに位置するか否かの判定を簡単にするために、ビュ
ーボリュームを図６（Ｂ）に示すように直方体にする座
標変換（クリップ変換）が行われる。

【０００９】そして、この直方体のビューボリュームで
クリップ処理が行われた後、各頂点の座標が、表示領域
に対応する２次元のデバイス座標系に座標変換（ビュー
ポート変換）される。

【００１０】また、ポリゴンの各頂点の法線ベクトルが
透視変換され、変換後のベクトルから、各頂点の色デー
タが算出される。

【００１１】このように、ポリゴンの頂点の座標に対し
て、透視変換、クリップ変換、ビューポート変換が行わ
れ、頂点の法線ベクトルから、頂点の色データが算出さ
れる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに、１画面ごとにポリゴンの頂点のデータ（座標と色
データ）が上述の演算により変換されるので、演算量が
非常に多くなり、所定の処理速度で描画を行うようにす
る場合、その演算は描画処理の多くの部分を占めるの
で、それに対応した演算回路が必要となり、装置のコス
トの低減が困難であるという問題を有している。

【００１３】本発明は、このような状況に鑑みてなされ
たものであり、例えば動きの少ないのポリゴンの座標変
換後のデータを保存しておき、それ以降の画面において
は、そのデータを利用することにより、デバイス座標系
における座標および色データを算出するときの演算量を
減少させるようにするものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の描画装
置は、所定の判定条件に対応して、３次元空間における
ポリゴンの頂点の座標データおよび色データから、所定
の表示領域に対応する座標系におけるポリゴンの頂点の
座標データ、ポリゴンの表示位置のオフセット値、およ
び、ポリゴンの頂点の色データを計算するか、あるい
は、ポリゴンの表示位置のオフセット値だけを計算する
第１の計算手段と、第１の計算手段により計算された座
標データと色データを記憶する記憶手段と、第１の計算
手段により計算された座標データと記憶手段に記憶され
ている座標データのうちのいずれかを選択する第１の選
択手段と、第１の計算手段により計算された色データと
記憶手段に記憶されている色データのうちのいずれかを
選択する第２の選択手段と、第１の選択手段により選択
された座標データと、計算手段により計算されたオフセ
ット値から、表示領域におけるポリゴンの頂点の座標値
を計算する第２の計算手段と、第２の計算手段により計
算されたポリゴンの頂点の座標値と、第２の選択手段に
より選択された色データに対応してポリゴンを描画する
描画手段とを備えることを特徴とする。

【００１５】請求項５に記載の描画方法は、所定の判定
条件に対応して、３次元空間におけるポリゴンの頂点の
座標データおよび色データから、所定の表示領域に対応
する座標系におけるポリゴンの頂点の座標データ、ポリ
ゴンの表示位置のオフセット値、および、ポリゴンの頂
点の色データを計算するか、あるいは、ポリゴンの表示
位置のオフセット値だけを計算するステップと、計算し
た座標データと記憶部に記憶されている座標データのう
ちのいずれかを選択するステップと、計算した色データ
と記憶部に記憶されている色データのうちのいずれかを
選択するステップと、選択した座標データと、計算した
オフセット値から、表示領域におけるポリゴンの頂点の
座標値を計算するステップと、所定の判定条件に対応し
て、計算した座標データと色データを所定の記憶部に記
憶するステップと、計算したポリゴンの頂点の座標値
と、選択した色データに対応してポリゴンを描画するス
テップとを備えることを特徴とする。

【００１６】請求項１に記載の描画装置においては、第
１の計算手段は、所定の判定条件に対応して、３次元空
間におけるポリゴンの頂点の座標データおよび色データ
から、所定の表示領域に対応する座標系におけるポリゴ
ンの頂点の座標データ、ポリゴンの表示位置のオフセッ
ト値、および、ポリゴンの頂点の色データを計算する
か、あるいは、ポリゴンの表示位置のオフセット値だけ
を計算し、記憶手段は、第１の計算手段により計算され
た座標データと色データを記憶し、第１の選択手段は、
第１の計算手段により計算された座標データと記憶手段
に記憶されている座標データのうちのいずれかを選択
し、第２の選択手段は、第１の計算手段により計算され
た色データと記憶手段に記憶されている色データのうち
のいずれかを選択し、第２の計算手段は、第１の選択手
段により選択された座標データと、計算手段により計算
されたオフセット値から、表示領域におけるポリゴンの
頂点の座標値を計算し、描画手段は、第２の計算手段に
より計算されたポリゴンの頂点の座標値と、第２の選択
手段により選択された色データに対応してポリゴンを描
画する。

【００１７】請求項５に記載の描画方法においては、所
定の判定条件に対応して、３次元空間におけるポリゴン
の頂点の座標データおよび色データから、所定の表示領
域に対応する座標系におけるポリゴンの頂点の座標デー
タ、ポリゴンの表示位置のオフセット値、および、ポリ
ゴンの頂点の色データを計算するか、あるいは、ポリゴ
ンの表示位置のオフセット値だけを計算し、計算した座
標データと記憶部に記憶されている座標データのうちの
いずれかを選択し、計算した色データと記憶部に記憶さ
れている色データのうちのいずれかを選択し、選択した
座標データと、計算したオフセット値から、表示領域に
おけるポリゴンの頂点の座標値を計算し、所定の判定条
件に対応して、計算した座標データと色データを所定の
記憶部に記憶し、計算したポリゴンの頂点の座標値と、
選択した色データに対応してポリゴンを描画する。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の描画装置の一実
施の形態の構成を示している。メインプロセッサ１は、
入出力部２を介して供給されるグラフィックスデータ、
または、メインメモリ３に記憶されているポリゴンのグ
ラフィックスデータをジオメトリ演算部４（第１の計算
手段）に出力するようになされている。なお、このよう
なポリゴンのグラフィックスデータは、所定の応用プロ
グラムに従って生成される。

【００１９】また、メインプロセッサ１は、そのような
応用プログラムに従って、ジオメトリ演算部４に供給す
るデータに対応するポリゴンが、既にジオメトリ演算部
４により演算された座標値および色データ（メインメモ
リ３に記憶されている（後述））を使用して描画される
か否かを指定する第１の制御信号と、ジオメトリ演算部
４に供給するデータに対応するポリゴンの、ジオメトリ
演算部４により演算された座標値および色データを、メ
インメモリ３に記憶させるか否かを指定する第２の制御
信号とをジオメトリ演算部４に供給するようになされて
いる。

【００２０】ジオメトリ演算部４は、メインプロセッサ
１より供給された第１の制御信号に対応して、メインプ
ロセッサ１より供給されたグラフィックスデータに対し
て座標変換、クリッピング処理、ライティング処理など
を行い、処理後のグラフィックスデータ（ポリゴンレン
ダリングデータ）として、３角形のポリゴンの各頂点に
対応する、座標データΔＸｄ，ΔＹｄ，ΔＺｄおよびオ
フセット値Ｘ_offset，Ｙ_offset，Ｚ_offset（後述）、赤
色、緑色、青色にそれぞれ対応する輝度値Ｃｒ，Ｃｇ，
Ｃｂ、描画する画素の輝度値（ＲＧＢ値）とディスプレ
イバッファ１０に記憶されている画素の輝度値を混ぜ合
わせる割合を表すブレンド係数α、テクスチャ座標値
Ｓ，Ｔ，Ｑ、および、フォグ係数Ｆを、第１および第２
の制御信号とともにデータ保存回路１４（第１の選択手
段、第２の選択手段、第２の計算手段）に出力するよう
になされている。

【００２１】なお、テクスチャ座標値として、同次座標
系における値Ｓ，Ｔ，Ｑが出力されるが、Ｓ／Ｑ，Ｔ／
Ｑにテクスチャサイズをそれぞれ乗じたものが、実際の
テクスチャ座標として利用される。また、フォグ係数Ｆ
は、例えばＺが大きく、その点における表示を、霧がか
かったように表現するときに、所定のフォグカラーを混
合する度合いを示す係数である。

【００２２】データ保存回路１４は、ジオメトリ演算部
４より供給されたブレンド係数α、テクスチャ座標値
Ｓ，Ｔ，Ｑ、および、フォグ係数ＦをそのままＤＤＡセ
ットアップ部５に出力するとともに、ジオメトリ演算部
４より供給された第２の制御信号に従って、ジオメトリ
演算部４より供給された座標データΔＸｄ，ΔＹｄ，Δ
Ｚｄおよび輝度値（色データ）Ｃｒ，Ｃｇ，Ｃｂを、バ
ス１５を介してメインメモリ３に記憶させるようになさ
れている。

【００２３】さらに、データ保存回路１４は、ジオメト
リ演算部４より供給された第１の制御信号に従って、ジ
オメトリ演算部４より供給された座標データΔＸｄ，Δ
Ｙｄ，ΔＺｄ、および、メインメモリ３に記憶されてい
る座標データΔＸｄ，ΔＹｄ，ΔＺｄのいずれかと、ジ
オメトリ演算部４より供給されたオフセット値
Ｘ_offs _et，Ｙ_offset，Ｚ_offsetとのそれぞれの和をデバ
イス座標系の座標値Ｘ，Ｙ，Ｚとして計算し、その座標
値を、ジオメトリ演算部４より供給された輝度値Ｃｒ，
Ｃｇ，Ｃｂまたはメインメモリ３に記憶されている輝度
値Ｃｒ，Ｃｇ，ＣｂとともにＤＤＡセットアップ部５に
出力するようになされている。

【００２４】レンダリング回路２０（描画手段）は、供
給された３角形の各頂点のポリゴンレンダリングデータ
Ｘ，Ｙ，Ｚ，Ｃｒ，Ｃｇ，Ｃｂ，α，Ｓ，Ｔ，Ｑ，Ｆか
ら、そのポリゴンに対応するビデオ信号を生成し、出力
するようになされている。

【００２５】レンダリング回路２０のＤＤＡセットアッ
プ部５は、供給された３角形の各頂点のポリゴンレンダ
リングデータＸ，Ｙ，Ｚ，Ｃｒ，Ｃｇ，Ｃｂ，α，Ｓ，
Ｔ，Ｑ，Ｆから、Ｘ方向に対するポリゴンレンダリング
データの変分（ΔＺ／ΔＸ，ΔＣｒ／ΔＸ，ΔＣｇ／Δ
Ｘ，ΔＣｂ／ΔＸ，Δα／ΔＸ，ΔＳ／ΔＸ，ΔＴ／Δ
Ｘ，ΔＱ／ΔＸ，ΔＦ／ΔＸ）を算出するとともに、Ｙ
方向に対するポリゴンレンダリングデータの変分（ΔＺ
／ΔＹ，ΔＣｒ／ΔＹ，ΔＣｇ／ΔＹ，ΔＣｂ／ΔＹ，
Δα／ΔＹ，ΔＳ／ΔＹ，ΔＴ／ΔＹ，ΔＱ／ΔＹ，Δ
Ｆ／ΔＹ）を算出するようになされている。

【００２６】また、ＤＤＡセットアップ部５は、３角形
（ポリゴン）の頂点の座標値より３角形の形状の種類の
判別を行うとともに、描画開始点（レンダリング開始
点）における各ポリゴンレンダリングデータの初期値を
算出するようになされている。

【００２７】さらに、ＤＤＡセットアップ部５は、３角
形のポリゴンの描画開始点に最も近いスパン（Ｘ方向に
配列している画素の列）（後述）のＹ方向の座標値と同
一の座標値を有する辺ＡＣ上の点に、ポリゴンの描画開
始点の座標値を移動させた後、その座標値に対応する各
ポリゴンレンダリングデータの初期値を算出し、Ｘ方向
の各変分とともにＤＤＡ部６に出力するようになされて
いる。

【００２８】ＤＤＡ部６は、ＤＤＡ（Digital Differen
tial Analyzer）演算を行い、ＤＤＡセットアップ５よ
り供給された、各ポリゴンレンダリングデータのＸ方向
の変分と、各ポリゴンレンダリングデータの初期値か
ら、まず、そのスパンの開始点の画素に対応する各ポリ
ゴンレンダリングデータの値を算出し、次に、そのスパ
ンの各画素に対応する座標値Ｘ，Ｙと、その座標におけ
るポリゴンレンダリングデータＺ，Ｃｒ，Ｃｇ，Ｃｂ，
α，Ｓ，Ｔ，Ｑ，Ｆの値を順次算出し、テクスチャプロ
セッサ７に出力するようになされている。

【００２９】テクスチャプロセッサ７は、テクスチャバ
ッファ９からテクスチャデータを読み出し、供給された
テクスチャ座標値Ｓ，ＴをＱで除算し、テクスチャサイ
ズで乗算して実際のテクスチャ座標値を算出するととも
に、読み出したテクスチャデータから、実際のテクスチ
ャ座標値Ｓ，Ｔに対応したテクスチャアドレスにおける
輝度値と、テクスチャデータの混合比を表す係数（テク
スチャのα値）を算出し、その係数に対応して、ＤＤＡ
部６より供給された輝度値と、テクスチャに対応する輝
度値を混合するようになされている。

【００３０】さらに、テクスチャプロセッサ７は、フォ
グ係数Ｆに対応して所定のフォグカラーを混合し、生成
された輝度値を、ＤＤＡ部６より供給された座標値Ｘ，
Ｙの画素に対応する輝度値として、座標値Ｘ，Ｙ，Ｚお
よびブレンド係数αとともにメモリインタフェース８に
出力するようになされている。

【００３１】なお、テクスチャバッファ９は、ＭＩＰＭ
ＡＰなどの各レベルに対応したテクスチャデータを予め
記憶している。

【００３２】メモリインタフェース８は、Ｚバッファ１
１のＺ値を参照し、供給された画素が、以前に描画した
ものより手前にある場合、供給された座標値Ｚで、Ｚバ
ッファ１１のＺ値を更新するとともに、供給された輝度
値を、ディスプレイバッファ１０における、その座標値
（Ｘ，Ｙ）に対応するアドレスに書き込むようになされ
ている。

【００３３】なお、メモリインタフェース８は、αブレ
ンドを行うように設定されている場合、供給されたブレ
ンド係数αに対応して、ディスプレイバッファ１０に記
憶されている輝度値と、テクスチャプロセッサ７より供
給された輝度値を混合して、生成された輝度値をディス
プレイバッファ１０に書き込む。

【００３４】ＣＲＴ制御部１２は、所定の水平および垂
直同期周波数に同期して表示アドレスを発生し、メモリ
インタフェース８を制御して、その表示アドレスに対応
する輝度値を、所定の数毎にまとめて転送させ、内蔵す
るＦＩＦＯ部（図示せず）にそれらの値を一旦記憶し、
所定の間隔でそのデータのインデックス値をＲＡＭＤＡ
Ｃ１３に出力するようになされている。

【００３５】ＲＡＭＤＡＣ１３は、図示せぬＲＡＭ部と
ＤＡＣ（Digital/Analog Converter）部を有し、インデ
ックス値に対応した輝度値をＲＡＭ部に予め記憶してお
り、ＣＲＴ制御部１２より供給されたインデックス値に
対応する輝度値を、ＲＡＭ部からＤＡＣ部に供給し、Ｄ
ＡＣ部において、その輝度値をＤ／Ａ変換し、アナログ
のビデオ信号（ＲＧＢ信号）を所定の装置（図示せず）
に出力するようになされている。

【００３６】次に、図１の描画装置の動作について説明
する。

【００３７】最初に、メインプロセッサ１が、所定の応
用プログラムに従って、ジオメトリ演算部４にポリゴン
のデータをジオメトリ演算部４に出力する。このとき、
メインプロセッサ１は、所定の応用プログラムに従っ
て、そのポリゴンが、既にジオメトリ演算部４により演
算された座標値および色データを使用して描画されるか
否かを指定する第１の制御信号と、そのポリゴンの、ジ
オメトリ演算部４により演算された座標値および色デー
タを、メインメモリ３に記憶させるか否かを指定する第
２の制御信号とをジオメトリ演算部４に供給する。

【００３８】ここで、図２のフローチャートを参照し
て、ジオメトリ演算部４の動作を説明する。ステップＳ
１において、ジオメトリ演算部４は、メインプロセッサ
１より供給された第１の制御信号に応じて、供給された
データに対応するポリゴンの各頂点の座標データΔＸ
ｄ，ΔＹｄ，ΔＺｄと輝度値Ｃｒ，Ｃｇ，Ｃｂを算出す
るか否かを判断し、座標データΔＸｄ，ΔＹｄ，ΔＺｄ
と輝度値Ｃｒ，Ｃｇ，Ｃｂを算出すると判断した場合、
ステップＳ２に進み、そうでない場合、ステップＳ１２
に進む。

【００３９】ステップＳ２において、ジオメトリ演算部
４は、次式に従って、ワールド座標系におけるポリゴン
の頂点の座標（Ｘｍ，Ｙｍ，Ｚｍ，１）（同次座標系）
を、クリップ座標系における座標（Ｘｃ，Ｙｃ，Ｚｃ，
Ｗｃ）（同次座標系）に変換（モデル−クリップ変換）
する。なお、モデル−クリップ変換は、透視変換とクリ
ップ変換を一度に行うものである。

【数１】

【００４０】そして、ステップＳ３において、ジオメト
リ演算部４は、座標変換した頂点が、ビューボリューム
の範囲内に位置するか否かを、次に示す６つの条件をす
べて満足するか否かで判断する。Ｗｃ＋Ｘｃ≧０Ｗｃ−Ｘｃ≧０Ｗｃ＋Ｙｃ≧０Ｗｃ−Ｙｃ≧０Ｗｃ＋Ｚｃ≧０Ｗｃ−Ｚｃ≧０

【００４１】これらの条件のいずれかが満足されない場
合、その頂点はビューボリュームの範囲外にあるので、
ステップＳ５において、ポリゴンがクリップされる。ク
リップされたポリゴンの形状は３角形ではなくなるの
で、そのポリゴンは、複数の３角形のポリゴンに分割さ
れる。

【００４２】そして、このようにして生成されたクリッ
プ座標系における座標（Ｘｃ，Ｙｃ，Ｚｃ，Ｗｃ）を、
次式に従って、表示領域に対応する２次元のデバイス座
標系における座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に変換（ビューポート
変換）することができる。Ｘ＝Ｘ_scale×Ｘｃ／Ｗｃ＋Ｘ_offset Ｙ＝Ｙ_scale×Ｙｃ／Ｗｃ＋Ｙ_offset Ｚ＝Ｚ_scale×Ｚｃ／Ｗｃ＋Ｚ_offset

【００４３】ここで、Ｘ_offset、Ｙ_offset、および、Ｚ
_offsetは、それぞれＸ、Ｙ、および、Ｚ方向のオフセッ
ト値であり、Ｘ_scale、Ｙ_scale、および、Ｚ_scaleは、
クリップ座標系におけるそれぞれの方向の長さとデバイ
ス座標系におけるその方向の長さの比率を表している。

【００４４】なお、このときのＺ座標は奥行き方向の情
報を表しており、表示領域における頂点の表示位置は、
座標値Ｘ，Ｙで指定される。

【００４５】そこで、ステップＳ６において、ジオメト
リ演算部４は、このオフセット値Ｘ_offset，Ｙ_offset，
Ｚ_offsetと、次式に示す座標データを算出する。 ΔＸｄ＝Ｘ_scale×Ｘｃ×ＩｎｖＷｃ ΔＹｄ＝Ｙ_scale×Ｙｃ×ＩｎｖＷｃ ΔＺｄ＝Ｚ_scale×Ｚｃ×ＩｎｖＷｃ

【００４６】ここで、ＩｎｖＷｃは、Ｗｃの逆数であ
り、次に示すように、例えばニュートンラフソン（Newt
on-Raphson）法を利用して算出される。

【００４７】まず、所定のルックアップテーブルを参照
して、Ｗｃの値に対応するニュートンラフソン法におけ
る初期値Ｉｎｖ０が設定される。次に、ニュートンラフ
ソン法における反復演算を、次に示す２つの式に従って
行うことにより、ＩｎｖＷｃが算出される。なお、より
精度の高い値を算出する場合においては、反復回数を増
やせばよい。Ｉｎｖ１＝Ｉｎｖ０×（２−Ｉｎｖ０×Ｗｃ）ＩｎｖＷｃ＝Ｉｎｖ１×（２−Ｉｎｖ１×Ｗｃ）

【００４８】そして、ステップＳ７において、ジオメト
リ演算部４は、このようにして算出した座標データΔＸ
ｄ，ΔＹｄ，ΔＺｄとオフセット値Ｘ_offset，
Ｙ_offset，Ｚ_offsetをデータ保存回路１４に出力する。

【００４９】次に、ジオメトリ演算部４は、ステップＳ
８において、ワールド座標系における、各頂点の法線ベ
クトル（Ｎｘｍ，Ｎｙｍ，Ｎｚｍ）を、次式に従って視
線座標系のベクトル（Ｎｘｅ，Ｎｙｅ，Ｎｚｅ）に座標
変換（モデルビューイング変換）する。

【数２】

【００５０】そして、ステップＳ９において、この視線
座標系のベクトル（Ｎｘｅ，Ｎｙｅ，Ｎｚｅ）を正規化
するために、この視線座標系のベクトル（Ｎｘｅ，Ｎｙ
ｅ，Ｎｚｅ）の大きさ（｛（Ｎｘｅ，Ｎｙｅ，Ｎｚｅ）
・（Ｎｘｅ，Ｎｙｅ，Ｎｚｅ）｝^1/2）の逆数を計算す
る。

【００５１】まず、ベクトル（Ｎｘｅ，Ｎｙｅ，Ｎｚ
ｅ）の自分自身との内積Ｌｅｎ２を計算し、ルックアッ
プテーブルを参照して、その値Ｌｅｎ２に対応する初期
値ｎ₀を設定して、ニュートンラフソン法による反復計
算を、次式に従って行うことにより、ベクトル（Ｎｘ
ｅ，Ｎｙｅ，Ｎｚｅ）の大きさの逆数ＩｎｖＬｅｎが計
算される。ｎ₁ ＝０．５×ｎ₀×（３−ｎ₀ ²×Ｌｅｎ２）ＩｎｖＬｅｎ＝０．５×ｎ₁×（３−ｎ₁ ²×Ｌｅｎ２）

【００５２】そして、ステップＳ１０において、ジオメ
トリ演算部４は、ライティング処理として、拡散光に対
する、座標変換に伴う係数ＮＶを次式に従って算出す
る。ＮＶ＝（Ｎｘｅ，Ｎｙｅ，Ｎｚｅ）・（Ｖｌｘ，Ｖｌ
ｙ，Ｖｌｚ）×ＩｎｖＬｅｎ

【００５３】また、反射光に対する、座標変換に伴う係
数ＮＨＳを算出するために、まず、次式に従って値ＮＨ
が算出される。ＮＨ＝（Ｎｘｔ，Ｎｙｔ，Ｎｚｔ）・（Ｈｌｘ，Ｈｌ
ｙ，Ｈｌｚ）×ＩｎｖＬｅｎ

【００５４】そして、反射光に対する、座標変換に伴う
係数ＮＨＳは、所定の整数ｋに対応してＮＨのｋ乗に設
定される。このとき、それほど精度が必要とされないの
で、２つのルックアップテーブルを参照して、次式によ
うに、ＮＨの値からＮＨＳの値が算出される。ＮＨＳ＝ExpLookup(round(LogLookup(round(NH)))×ｋ)

【００５５】ここで、ｒｏｕｎｄ（ｘ）は、ｘを所定の
精度で丸める処理を表している。さらに、ＬｏｇＬｏｏ
ｋｕｐ（ｘ）は、ｘに対応する自然対数（ｌｎ（ｘ））
のルックアップテーブルの値を表し、ＥｘｐＬｏｏｋｕ
ｐ（ｘ）は、ｘに対応する指数関数（ｅｘｐ（ｘ））の
ルックアップテーブルの値を表している。

【００５６】そして、輝度値Ｃｒ，Ｃｇ，Ｃｂが、次式
に従って算出される。

【数３】

【００５７】ここで、ベクトル（Ａｒ，Ａｇ，Ａｂ）
は、環境光の各輝度値を表し、ベクトル（Ｄｍｒ，Ｄｍ
ｇ，Ｄｍｂ）は、拡散光の各輝度値を表し、ベクトル
（Ｓｒ，Ｓｇ，Ｓｂ）は、反射光の各輝度値を表してい
る。

【００５８】そして、ステップＳ１１において、ジオメ
トリ演算部４は、算出した輝度値Ｃｒ，Ｃｇ，Ｃｂをデ
ータ保存回路１４に出力する。

【００５９】このように、ステップＳ２乃至ステップＳ
１１において、ジオメトリ演算部４は、メインプロセッ
サ１より供給された第１の制御信号に対応して、グラフ
ィックスデータに対して、座標変換、クリッピング処
理、ライティング処理などを行い、３角形のポリゴンの
各頂点に対応する、座標データΔＸｄ，ΔＹｄ，ΔＺｄ
およびオフセット値Ｘ_offset，Ｙ_offset，Ｚ_offset、輝
度値Ｃｒ，Ｃｇ，Ｃｂを、データ保存回路１４に出力す
る。なお、この他に、ブレンド係数α、テクスチャ座標
値Ｓ，Ｔ，Ｑ、および、フォグ係数Ｆが、第１および第
２の制御信号とともにデータ保存回路１４に出力され
る。

【００６０】一方、ステップＳ１２においては、ジオメ
トリ演算部４は、描画する物体（即ち、ポリゴン）の移
動量（座標データおよび輝度値を記憶したときの画面に
おけるポリゴンの位置から今回描画する位置までの距
離）からオフセット値Ｘ_offset，Ｙ_offset，Ｚ_offsetだ
けを算出し、オフセット値Ｘ_offset，Ｙ_offset，Ｚ_offs
_etを、ブレンド係数α、テクスチャ座標値Ｓ，Ｔ，Ｑ、
フォグ係数Ｆ、並びに、第１および第２の制御信号とと
もにデータ保存回路１４に出力する。この場合、メイン
プロセッサ１より供給されるデータ量が少ないので、バ
ス１５の負荷が低減される。

【００６１】このようにして、ジオメトリ演算部４は、
第１の制御信号に対応して、座標データΔＸｄ，ΔＹ
ｄ，ΔＺｄ、オフセット値Ｘ_offset，Ｙ_offset，Ｚ
_offset、および、輝度値Ｃｒ，Ｃｇ，Ｃｂ（ステップＳ
２乃至ステップＳ１１）、または、オフセット値Ｘ
_offset，Ｙ_offset，Ｚ_offsetだけ（ステップＳ１２）を
算出する。

【００６２】次に、図３のフローチャートを参照して、
データ保存回路１４の動作について説明する。ステップ
Ｓ２１において、データ保存回路１４は、ジオメトリ演
算部４より供給された第１の制御信号に従って、メイン
メモリ３に記憶されている座標データΔＸｄ，ΔＹｄ，
ΔＺｄおよび輝度値Ｃｒ，Ｃｇ，Ｃｂを使用するか否か
を判断し、それらのデータを使用する場合、ステップＳ
２２に進み、そうでない場合、ステップＳ２４に進む。

【００６３】それらのデータを使用する場合、データ保
存回路１４は、ステップＳ２２において、メインメモリ
３に記憶されている座標データΔＸｄ，ΔＹｄ，ΔＺｄ
および輝度値Ｃｒ，Ｃｇ，Ｃｂを読み出し、ステップＳ
２３において、ジオメトリ演算部４より供給されたオフ
セット値Ｘ_offset，Ｙ_offset，Ｚ_offsetとのそれぞれの
和（ΔＸｄ＋Ｘ_offset、ΔＹｄ＋Ｙ_offset、ΔＺｄ＋Ｚ
_offset）をデバイス座標系の座標値Ｘ，Ｙ，Ｚとして計
算し、その座標値を、メインメモリ３から読み出した輝
度値Ｃｒ，Ｃｇ，ＣｂとともにＤＤＡセットアップ部５
に出力する。

【００６４】一方、ステップＳ２４においては、データ
保存回路１４は、ジオメトリ演算部４より供給された座
標データΔＸｄ，ΔＹｄ，ΔＺｄと、オフセット値Ｘ
_offset，Ｙ_offset，Ｚ_offsetとのそれぞれの和をデバイ
ス座標系の座標値Ｘ，Ｙ，Ｚとして計算し、その座標値
を、ジオメトリ演算部４より供給された輝度値Ｃｒ，Ｃ
ｇ，ＣｂとともにＤＤＡセットアップ部５に出力する。

【００６５】そして、ステップＳ２５において、データ
保存回路１４は、ジオメトリ演算部４より供給された第
２の制御信号に従って、ジオメトリ演算部４より供給さ
れた座標データΔＸｄ，ΔＹｄ，ΔＺｄおよび輝度値Ｃ
ｒ，Ｃｇ，Ｃｂを、バス１５を介してメインメモリ３に
記憶させるか否かを判断し、その座標データおよび輝度
値を記憶させると判断した場合、ステップＳ２６におい
て、それらの値を、バス１５を介してメインメモリ３に
記憶させる。一方、それらの値を記憶させないと判断し
た場合、ステップＳ２６はスキップされる。

【００６６】このようにして、データ保存回路１４は、
第２の制御信号に応じて、ジオメトリ演算部４により演
算されたデータをメインメモリ３に記憶させるととも
に、第１の制御信号に応じて、メインメモリ３に記憶さ
れているデータを読み出し、それらのデータに対応する
座標値および輝度値をＤＤＡセットアップ部５に出力す
る。

【００６７】なお、データ保存回路１４は、この他、ジ
オメトリ演算部４より供給されたブレンド係数α、テク
スチャ座標値Ｓ，Ｔ，Ｑ、および、フォグ係数Ｆをその
ままＤＤＡセットアップ部５に出力する。

【００６８】次に、レンダリング回路２０のＤＤＡセッ
トアップ部５は、レンダリングの前処理として、まず、
３角形のポリゴンの形状の判別を行う。このとき、ＤＤ
Ａセットアップ部５は、３つの頂点のうち、Ｙ方向の座
標値が最も小さい頂点を頂点Ａとし、Ｙ方向の座標値が
最も大きい頂点を頂点Ｃとし、残りの頂点を頂点Ｂとす
る。なお、３つの頂点のうち、Ｙ方向の座標値が最も小
さい頂点が２つある場合、ＤＤＡセットアップ部５は、
それらの２つの頂点のうちのいずれか一方を頂点Ａと
し、他方を頂点Ｂとする。

【００６９】また、ＤＤＡセットアップ部５は、ポリゴ
ン内の各画素におけるポリゴンレンダリングデータＸ，
Ｙ，Ｚ，Ｒ，Ｇ，Ｂ，α，Ｓ，Ｔ，Ｑ，Ｆの値を補間演
算により算出するときに利用されるＸ方向およびＹ方向
に対するポリゴンレンダリングデータの変分を、ポリゴ
ンの３頂点のポリゴンレンダリングデータからそれぞれ
算出する。

【００７０】各変分を算出した後、ＤＤＡセットアップ
部５は、図４に示すように、頂点Ａに最も近いスパン１
０１に対応するＹ方向の座標値Ｙ₀と同一の座標値を有
する辺ＡＣ上の点（Ｘ₀，Ｙ₀）に、ポリゴンの描画開始
点を一時的に移動させた後、その座標値に対応する各ポ
リゴンレンダリングデータの値を補間演算により算出
し、それらのデータを、Ｘ方向の各変分とともにＤＤＡ
部６に出力する。さらに、その後、ＤＤＡセットアップ
部５は、各スパンに対応する辺ＡＣ上の点における各ポ
リゴンレンダリングデータの値を補間演算により算出し
ていき、それらのデータをＤＤＡ部６に順次出力してい
く。なお、図４の各画素は、その画素の左下角の座標値
で代表されている。

【００７１】そして、ＤＤＡ部６は、ＤＤＡ演算を行
い、ＤＤＡセットアップ部５より供給されたデータに対
応するスパンのレンダリング処理を行い、レンダリング
処理後の各画素に対応するポリゴンレンダリングデータ
をテクスチャプロセッサ７に順次出力する。

【００７２】テクスチャプロセッサ７は、テクスチャバ
ッファ９からテクスチャデータを読み出し、そのデータ
を利用して、ＤＤＡ部６より供給されたテクスチャ座標
値を、実際のテクスチャ座標値に変換し、実際のテクス
チャ座標値Ｓ，Ｔに対応したテクスチャアドレスにおけ
る輝度値と、テクスチャデータの混合比を表す係数（テ
クスチャのα値）を算出し、その係数に対応して、ＤＤ
Ａ部６より供給された輝度値と、テクスチャに対応する
輝度値を混合する。

【００７３】さらに、テクスチャプロセッサ７は、テク
スチャのα値に対応して混合された輝度値に、フォグ係
数Ｆに対応して所定のフォグカラーを混合し、生成され
た輝度値を、ＤＤＡ部６より供給された座標値Ｘ，Ｙの
画素に対応する輝度値として、座標値Ｘ，Ｙ，Ｚおよび
ブレンド係数αとともにメモリインタフェース８に出力
する。

【００７４】そして、メモリインタフェース８は、Ｚバ
ッファ１１のＺ値を読み出し、テクスチャプロセッサ７
より供給された画素が以前に描画したものより手前にあ
るか否かを判断し、供給された画素が以前に描画したも
のより手前にある場合、供給された座標値Ｚで、Ｚバッ
ファ１１のＺ値を更新するとともに、供給された輝度値
を、ディスプレイバッファ１０における、その座標に対
応するアドレスに書き込む。

【００７５】一方、供給された画素が以前に描画したも
のより後ろにある場合、メモリインタフェース８は、供
給されたデータを破棄する。

【００７６】なお、αブレンドを行うように設定されて
いる場合、メモリインタフェース８は、テクスチャプロ
セッサ７より供給されたブレンド係数αに対応して、デ
ィスプレイバッファ１０に記憶されている輝度値と、供
給された輝度値を、α：（１−α）の割合で混合して、
生成した輝度値をディスプレイバッファ１０に書き込
む。

【００７７】そして、ディスプレイバッファ１０に書き
込まれた輝度値は、ＣＲＴ制御部１２により水平および
垂直同期周波数に同期して発生される表示アドレスに対
応して、ＣＲＴ制御部１２にメモリインタフェース８を
介して転送され、ＣＲＴ制御部１２のＦＩＦＯ部に一旦
記憶される。そして、その輝度値に対応するインデック
ス値が、所定の間隔でＲＡＭＤＡＣ１３に出力され、Ｒ
ＡＭＤＡＣ１３から、そのインデックス値に対応した輝
度値をＤ／Ａ変換したアナログビデオ信号（ＲＧＢ信
号）が所定の装置（図示せず）に出力される。

【００７８】以上のように、以前に演算したデータを利
用して、デバイス座標系における所定のポリゴンの頂点
の座標値および色データが算出され、それらのデータに
従って、ポリゴンがレンダリングされる。

【００７９】なお、例えば視線が変化しても、視点から
遠くに位置する物体は、表示領域内をほとんど平行移動
するだけであるので、このような物体に対応するポリゴ
ンの頂点のデータをメインメモリ３に記憶させておくこ
とにより、それ以降の画面におけるその物体の描画の際
にそのデータを利用することができる。

【００８０】また、頂点のデータが記憶されるポリゴン
は、例えばデータベースを利用して応用プログラムによ
り指定されるようにしてもよいし、デバイス座標系にお
ける座標値Ｚ（Ｚ値）（視点からの距離を表す）に応じ
て指定されるようにしてもよい。即ち、Ｚ値が大きい場
合、視点からそのポリゴンの頂点までの距離が長いこと
になるので、上述の理由で、以前に演算したデータを利
用することができる。

【００８１】データベースを利用する場合、例えば、応
用プログラムを作成するときに、動作の少ない物体をデ
ータベースに予め登録しておく。

【００８２】あるいは、ワールド座標系における物体の
移動量（ポリゴンの頂点の各方向における変位量）に応
じて、記憶されるポリゴンが指定されるようにしてもよ
い。

【００８３】さらに、表示領域における背景を描画する
ときも、上述のオフセット値を変更するだけでよい場合
が多いので、背景に対応するポリゴンのデータを記憶
し、再利用するようにしてもよい。

【００８４】なお、上記実施の形態においては、バス１
５を介してメインメモリ３にポリゴンのデータを記憶さ
せるようにしているが、データ保存回路１４にＲＡＭ
（ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭなど）を設けるか、あるいは、所
定のＲＡＭをデータ保存回路１４に接続し、そのＲＡＭ
に、ポリゴンのデータを記憶させるようにしてもよい。

【００８５】

【発明の効果】以上のごとく、請求項１に記載の描画装
置および請求項５に記載の描画方法によれば、所定の判
定条件に対応して、３次元空間におけるポリゴンの頂点
の座標データおよび色データから、所定の表示領域に対
応する座標系におけるポリゴンの頂点の座標データ、表
示位置のオフセット値、および、ポリゴンの頂点の色デ
ータを計算するか、あるいは、表示位置のオフセット値
だけを計算した後、計算した座標データと記憶部に記憶
されている座標データのいずれかと、計算したオフセッ
ト値から、表示領域におけるポリゴンの頂点の座標値を
計算し、所定の判定条件に対応して、計算した座標デー
タと色データを所定の記憶部に記憶し、計算した座標値
と、選択した座標データに対応する色データを利用し
て、そのポリゴンを描画するようにしたので、デバイス
座標系におけるポリゴンの座標値および色データの算出
の際の演算量を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の描画装置の一実施の形態の構成を示す
ブロック図である。

【図２】ジオメトリ演算部４の動作について説明するフ
ローチャートである。

【図３】データ保存回路１４の動作について説明するフ
ローチャートである。

【図４】ポリゴンの一例を示す図である。

【図５】物体を表現するときの各座標系を示す図であ
る。

【図６】ビューボリュームの一例を示す斜視図である。

【符号の説明】

１メインプロセッサ，２入出力部，３メイン
メモリ，４ジオメトリ演算部，５ＤＤＡセット
アップ部，６ＤＤＡ部，７テクスチャプロセッ
サ，８メモリインタフェース，９テクスチャバ
ッファ，１０ディスプレイバッファ，１１Ｚバッ
ファ，１２ＣＲＴ制御部，１３ＲＡＭＤＡＣ，１
４データ保存回路，２０レンダリング回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】３次元空間におけるポリゴンの頂点のデ
ータを、所定の表示領域に対応する座標系のデータに変
換し、変換したデータに対応してポリゴンを描画する描
画装置において、所定の判定条件に対応して、３次元空間におけるポリゴ
ンの頂点の座標データおよび色データから、所定の表示
領域に対応する座標系における前記ポリゴンの頂点の座
標データ、前記ポリゴンの表示位置のオフセット値、お
よび、前記ポリゴンの頂点の色データを計算するか、あ
るいは、前記ポリゴンの表示位置のオフセット値だけを
計算する第１の計算手段と、前記第１の計算手段により計算された座標データと色デ
ータを記憶する記憶手段と、前記第１の計算手段により計算された座標データと前記
記憶手段に記憶されている座標データのうちのいずれか
を選択する第１の選択手段と、前記第１の計算手段により計算された色データと前記記
憶手段に記憶されている色データのうちのいずれかを選
択する第２の選択手段と、前記第１の選択手段により選択された座標データと、前
記計算手段により計算されたオフセット値から、前記表
示領域における前記ポリゴンの頂点の座標値を計算する
第２の計算手段と、前記第２の計算手段により計算された前記ポリゴンの頂
点の座標値と、前記第２の選択手段により選択された色
データに対応して前記ポリゴンを描画する描画手段とを
備えることを特徴とする描画装置。
【請求項２】前記第１の選択手段は、３次元空間にお
けるポリゴンの頂点の座標データから算出されるその頂
点の奥行き情報の値に対応して、前記第１の計算手段に
より計算された座標データと前記記憶手段に記憶されて
いる座標データのうちのいずれかの座標データを選択
し、前記第２の選択手段は、前記奥行き情報の値に対応し
て、前記第１の計算手段により計算された色データと前
記記憶手段に記憶されている色データのうちのいずれか
の色データを選択することを特徴とする請求項１に記載
の描画装置。
【請求項３】前記第１の選択手段は、３次元空間にお
けるポリゴンの頂点の移動量に対応して、前記第１の計
算手段により計算された座標データと前記記憶手段に記
憶されている座標データのうちのいずれかの座標データ
を選択し、前記第２の選択手段は、前記移動量に対応して、前記第
１の計算手段により計算された色データと前記記憶手段
に記憶されている色データのうちのいずれかの色データ
を選択することを特徴とする請求項１に記載の描画装
置。
【請求項４】前記記憶手段は、予め設定されているポ
リゴンの頂点の座標データと色データを記憶し、前記第１の選択手段は、前記記憶手段に記憶されている
その頂点に対応する座標データを選択し、前記第２の選択手段は、前記記憶手段に記憶されている
その頂点に対応する色データを選択することを特徴とす
る請求項１に記載の描画装置。
【請求項５】３次元空間におけるポリゴンの頂点のデ
ータを、所定の表示領域に対応する座標系のデータに変
換し、変換したデータに対応してポリゴンを描画する描
画方法において、所定の判定条件に対応して、３次元空間におけるポリゴ
ンの頂点の座標データおよび色データから、所定の表示
領域に対応する座標系における前記ポリゴンの頂点の座
標データ、前記ポリゴンの表示位置のオフセット値、お
よび、前記ポリゴンの頂点の色データを計算するか、あ
るいは、前記ポリゴンの表示位置のオフセット値だけを
計算するステップと、計算した前記座標データと前記記憶部に記憶されている
座標データのうちのいずれかを選択するステップと、計算した色データと前記記憶部に記憶されている色デー
タのうちのいずれかを選択するステップと、選択した座標データと、計算した前記オフセット値か
ら、前記表示領域における前記ポリゴンの頂点の座標値
を計算するステップと、所定の判定条件に対応して、計算した前記座標データと
色データを所定の記憶部に記憶するステップと、計算した前記ポリゴンの頂点の座標値と、選択した色デ
ータに対応して前記ポリゴンを描画するステップとを備
えることを特徴とする描画方法。