JPH10222695A

JPH10222695A - 描画装置および描画方法

Info

Publication number: JPH10222695A
Application number: JP9023426A
Authority: JP
Inventors: Koichi Hasegawa; 浩一長谷川
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1997-02-06
Filing date: 1997-02-06
Publication date: 1998-08-21

Abstract

(57)【要約】【課題】ポリゴンを構成する画素データを記憶するフ
レームバッファの記憶容量を低減する。【解決手段】１画面分の画像の横×縦の画素数をＦＷ
×ＦＨとするとともに、ＳＨをＦＨ未満の正の整数とす
るとき、フレームバッファは、１画面分より少ない、Ｆ
Ｗ×ＳＨの画素データを記憶する記憶容量を有してい
る。そして、縦方向の長さがＳＨを越えるポリゴンは、
縦の長さがＳＨ以下のポリゴンに分割され、そのような
ポリゴンが、画像を表示する表示手段の走査方向と直交
する方向に並ぶ順番で、フレームバッファに描画され
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、描画装置および描
画方法に関し、特に、例えば、ＣＡＤ（ComputerAided
Design）システムや、ビデオエフェクタ、ビデオゲーム
機、グラフィックスコンピュータ、その他のグラフィッ
クスシステムなどに用いて好適な描画装置および描画方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１２は、従来の３次元グラフィックス
システムの一例の構成を示している。

【０００３】このグラフィックスシステムは、ジオメト
リ部４１、レンダリング部４２、フレームバッファ４
３、および表示装置４４で構成されており、ジオメトリ
部４１およびレンダリング部４２において、パイプライ
ン的に処理が行われ、表示装置４４において、ポリゴン
（単位図形）の組合せにより定義される３次元画像が表
示されるようになされている。

【０００４】ジオメトリ部４１は、図１３に示すよう
に、主として、ポリゴンの座標変換処理、クリッピング
処理、および光源計算処理を行うようになされている。
即ち、ジオメトリ部４１には、ポリゴンの頂点の座標、
その他のポリゴンについての３次元グラフィックスデー
タが与えられるようになされており、そのポリゴンの頂
点の座標が、視点の位置に対応して座標変換される（座
標変換処理）。さらに、座標変換後のポリゴンのうち、
画面（表示装置４４）に表示されない部分が検出され、
その検出された部分が切り取られる（クリッピング処
理）。そして、そのクリッピングの結果得られるポリゴ
ンの各頂点の輝度が、光源との位置関係に基づいて算出
される（光源計算処理）。

【０００５】レンダリング部４２は、図１４に示すよう
に、主として、画素展開処理と隠面消去処理を伴う画像
のレンダリングとを行うようになされている。即ち、ジ
オメトリ部４１が出力するポリゴンのデータ（ポリゴン
データ）には、そのポリゴンの頂点についてのものしか
含まれていないため、レンダリング部４２は、頂点のポ
リゴンデータから、そのポリゴンを構成する画素すべて
についてのポリゴンデータを、例えば、補間などによっ
て求める（画素展開処理）。具体的には、例えば、ポリ
ゴンの頂点についての色データや、その奥行き（視点か
らの近さ）を表すＺ値などから、そのポリゴンを構成す
る画素すべてについて、色データやＺ値などが補間によ
って求められる。

【０００６】その後、レンダリング部４２は、ポリゴン
を構成する画素すべてについて求めたＺ値を用いて隠面
消去処理を伴うレンダリングを行う。即ち、レンダリン
グ部４２は、各画素についてのＺ値を記憶するＺバッフ
ァを内蔵しており、このＺバッファには、後段のフレー
ムバッファ４３に、既に画素データが記憶されている画
素のＺ値が記憶されている。そして、レンダリング部４
２は、ポリゴンを構成する画素すべてについて求めたＺ
値それぞれを、Ｚバッファに既に記憶されている、対応
する画素のＺ値と比較し、これにより、これから処理す
る画素（処理対象画素）が、フレームバッファ４３に既
に記憶されている、同一位置の画素よりも手前にあるか
どうか（視点に近いかどうか）を認識する。そして、レ
ンダリング部４２は、処理対象画素が、フレームバッフ
ァ４３に既に記憶されている、同一位置の画素よりも手
前にある場合、処理対象画素の画素データ（色データ）
を、フレームバッファ４３に書き込む（描画する）。さ
らに、この場合、レンダリング部４２は、Ｚバッファの
記憶値を、処理対象画素のＺ値に更新する。

【０００７】ここで、以上のように、Ｚバッファを用い
て行われる隠面消去処理を、Ｚバッファ法と呼ぶ。

【０００８】フレームバッファ４３は、１画面分以上の
画素データの記憶が可能な記憶容量を有し、レンダリン
グ部４２から供給される画素データを記憶するようにな
されている。即ち、ここでは、フレームバッファ４３
は、１画面分の画素データの記憶が可能な２つのバッフ
ァを有し（従って、２画面分の画素データの記憶が可能
な記憶容量を有する）、一方を表示用バッファ、他方を
描画用バッファとして、垂直同期信号のタイミングで、
表示用バッファと描画用バッファとを交互に切り換えて
使用するようになされている。そして、描画用バッファ
には、レンダリング部４２から供給される画素データが
記憶され、表示用バッファからは、そこに記憶されてい
る画素データが、例えば、いわゆるラスタスキャン順に
読み出され、表示装置４４に出力されるようになされて
いる。

【０００９】表示装置４４は、例えば、ＣＲＴ（Cathod
e Ray Tube）などで、フレームバッファ４３から供給さ
れる画素データにしたがった表示を行うことにより、３
次元画像を表示するようになされている。

【００１０】次に、その動作について、図１５乃至図１
７のフローチャートを参照して説明する。

【００１１】まず、図１５のフローチャートを参照し
て、ジオメトリ部４１およびレンダリング部４２の動作
について説明する。

【００１２】ジオメトリ部４１は、３次元グラフィック
スデータを受信すると、ステップＳ４１において、その
座標変換を行い、ステップＳ４２に進み、座標変換後の
ポリゴン全体が、所定の表示領域内にあるどうかを判定
する。ステップＳ４２において、ポリゴン全体が、所定
の表示領域内にないと判定された場合、即ち、ポリゴン
が、所定の表示領域からはみ出している場合、ステップ
Ｓ４３に進み、ジオメトリ部４１において、そのはみ出
し部分を切り取るクリッピングが行われ、ステップＳ４
４に進む。また、ステップＳ４２において、ポリゴン全
体が、所定の表示領域内にあると判定された場合、クリ
ッピングの必要がないので、ステップＳ４３をスキップ
して、ステップＳ４４に進み、ジオメトリ部４１におい
て、ポリゴンについて、光源計算が行われ、その光源計
算の結果得られるポリゴンデータが、レンダリング部４
２に出力される。

【００１３】レンダリング部４２は、ジオメトリ部４１
からポリゴンデータを受信すると、ステップＳ４５にお
いて、画素展開処理を行い、これにより、そのポリゴン
を構成する画素すべてについてのポリゴンデータを求め
る。その後、レンダリング部４２では、Ｚバッファ法に
よる隠面消去処理を伴うレンダリングが行われる。即
ち、レンダリング部４２は、ステップＳ４５で画素展開
処理を行った後、ステップＳ４６に進み、Ｚバッファを
参照することで、これから処理する画素（処理対象画
素）が、既に描画されている、対応する画素（既描画画
素）よりも手前にあるかどうかを判定する。ステップＳ
４６において、処理対象画素が、既描画画素よりも手前
にないと判定された場合、ステップＳ４７をスキップし
て、レンダリング部４２は処理を終了する。即ち、この
場合、処理対象画素の描画は行われない。

【００１４】一方、ステップＳ４６において、処理対象
画素が、既描画画素よりも手前にあると判定された場
合、ステップＳ４７に進み、レンダリング部４２は、処
理対象画素の画素データ（色データ）を、フレームバッ
ファ４３の描画用バッファに描画するとともに、その奥
行き情報としてのＺ値を、Ｚバッファに書き込み、処理
を終了する。

【００１５】次に、図１６および図１７のフローチャー
トを参照して、フレームバッファ４３の動作について説
明する。

【００１６】まず、図１６を参照して、フレームバッフ
ァ４３における描画用バッファと表示用バッファとの切
り換え動作について説明する。

【００１７】まず最初に、ステップＳ５１において、前
回の画面の表示が開始されてから、例えば、１画面分の
表示時間などの所定の単位時間が経過したかどうかが判
定され、経過していないと判定された場合、処理を終了
する。また、ステップＳ５１において、所定の単位時間
が経過したと判定された場合、ステップＳ５２に進み、
いままで表示用バッファとされていた方が、描画用バッ
ファにされるとともに、いままで描画用バッファとされ
ていた方が、表示用バッファにされ、これにより、描画
用バッファと表示用バッファとが切り換えられる。そし
て、ステップＳ５３に進み、描画用バッファには、初期
化のために、所定のバックグランド情報が書き込まれ、
処理を終了する。

【００１８】以上の処理が繰り返し行われ、これによ
り、フレームバッファ４３においては、例えば、１画面
の表示時間を１周期として（従って、垂直同期信号のタ
イミングで）、表示用バッファと描画用バッファとが交
互に切り換えられる。

【００１９】そして、例えば、図１７のフローチャート
にしたがった処理が、例えば、垂直同期信号のタイミン
グで行われることにより、表示装置４４において、３次
元画像が表示される。即ち、ステップＳ６１において、
表示用バッファに記憶された画素データが、ラスタスキ
ャン順に読み出され、表示装置４４に出力（転送）さ
れ、処理を終了する。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、フレー
ムバッファ４３に、表示用バッファと描画用バッファと
を設ける場合には、大きな記憶容量が必要となる課題が
あった。

【００２１】ここで、例えば、表示装置４４が、６４０
×４８０画素（横×縦）で構成される画面を有するもの
とし、画素データ（色データ）およびＺ値に、いずれも
２４ビットが割り当てられているものとすると、Ｚバッ
ファとフレームバッファ４３とを合わせて、１画面分の
画素数×Ｚ値に割り当てられたビット数＋２画面分の画
素数×画素データに割り当てられたビット数、即ち、約
２２Ｍビットの記憶容量が必要となる。

【００２２】一方、３次元画像をリアルタイムで表示す
るグラフィックシステムでは、一般的に、所定の描画期
間内であれば、１画面中のいかなる位置の画素であって
も、描画を行うことが認められている。このため、フレ
ームバッファ４３の記憶容量としては、少なくとも１画
面分は必要となる。

【００２３】しかしながら、そして、フレームバッファ
４３として、１画素分の記憶容量を有するものを使用し
たとしても、上述の例でいえば、その記憶容量として
は、約７Ｍビットという大きなものとなる。

【００２４】このように、フレームバッファ４３とし
て、大容量のものを使用する必要がある場合、ジオメト
リ部４１およびレンダリング部４２と、フレームバッフ
ァ４３とを１つのＬＳＩ（Large Scale Integrated cur
cuit）に集積することが困難となる。このため、従来
は、ジオメトリ部４１およびレンダリング部４２と、フ
レームバッファ４３とは、別々のパッケージに構成して
電気的に接続する必要があった。そして、この場合、グ
ラフィックシステムの描画能力は、ジオメトリ部４１お
よびレンダリング部４２のパッケージと、フレームバッ
ファ４３のパッケージとを接続するバスなどの接続線の
転送能力によって制限されることとなっていた。

【００２５】さらに、フレームバッファ４３として、１
画面分の記憶容量を有するものを使用した場合、上述し
たように、１画面中のいかなる位置の画素についての描
画を可能とし、かつリアルタイムで３次元画像を表示す
るためには、表示装置４４において画像が表示されない
期間、即ち、短い期間であるブランキング期間に、フレ
ームバッファ４３に対する１画面分の画素データすべて
の描画を行う必要があり、充分な描画時間が得られない
ことがあった。

【００２６】本発明は、このような状況に鑑みてなされ
たものであり、フレームバッファの記憶容量を削減し、
これにより、描画能力を飛躍的に向上させることができ
るようにするものである。

【００２７】

【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、表示装置に表示させる画像の画素データを記憶す
る、１画面分の画素データより少ない記憶容量を有する
記憶手段と、記憶手段に、画像を構成する単位図形が、
表示装置の走査方向と直交する方向に並ぶ順番で、単位
図形についての画素データを描画する描画手段とを備え
ることを特徴とする。

【００２８】請求項６に記載の描画方法は、表示装置に
表示させる画像の画素データを記憶する、１画面分の画
素データより少ない記憶容量を有する記憶手段に、画像
を構成する単位図形が、表示装置の走査方向と直交する
方向に並ぶ順番で、単位図形についての画素データを描
画することを特徴とする。

【００２９】請求項１に記載の描画装置においては、記
憶手段は、１画面分の画素データより少ない記憶容量を
有し、表示装置に表示させる画像の画素データを記憶す
るようになされており、描画手段は、記憶手段に、画像
を構成する単位図形が、表示装置の走査方向と直交する
方向に並ぶ順番で、単位図形についての画素データを描
画するようになされている。

【００３０】請求項６に記載の描画方法においては、表
示装置に表示させる画像の画素データを記憶する、１画
面分の画素データより少ない記憶容量を有する記憶手段
に、画像を構成する単位図形が、表示装置の走査方向と
直交する方向に並ぶ順番で、単位図形についての画素デ
ータを描画するようになされている。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を説
明するが、その前に、特許請求の範囲に記載の発明の各
手段と以下の実施の形態との対応関係を明らかにするた
めに、各手段の後の括弧内に、対応する実施の形態（但
し、一例）を付加して、本発明の特徴を記述すると、次
のようになる。

【００３２】即ち、請求項１に記載の描画装置は、画像
を描画する描画装置であって、表示装置に表示させる画
像の画素データを記憶する、１画面分の画素データより
少ない記憶容量を有する記憶手段（例えば、図２に示す
ストリップバッファ２３など）と、記憶手段に、画像を
構成する単位図形が、表示装置の走査方向と直交する方
向に並ぶ順番で、単位図形についての画素データを描画
する描画手段（例えば、図２に示すレンダリング部２２
など）とを備えることを特徴とする。

【００３３】請求項２に記載の描画装置は、１画面を構
成する単位図形を、表示装置の走査方向と直交する方向
にソートするソート手段（例えば、図２に示すジオメト
リ部２１および図４に示すプログラムの処理ステップＳ
７など）をさらに備えることを特徴とする。

【００３４】請求項３に記載の描画装置は、１画面分の
画像の横×縦の画素数をＦＷ×ＦＨとするとともに、Ｓ
ＨをＦＨ未満の正の整数とするとき、記憶手段は、ＦＷ
×ＳＨの画素データを記憶する記憶容量を有し、縦方向
の長さがＳＨを越える単位図形を、縦の長さがＳＨ以下
の単位図形に分割する分割手段（例えば、図２に示すジ
オメトリ部２１および図４に示すプログラムの処理ステ
ップＳ５など）をさらに備えることを特徴とする。

【００３５】請求項５に記載の描画装置は、記憶手段に
記憶された画素データをバッファリングする、少なくと
も１画面分の画素データの記憶が可能なバッファ手段
（例えば、図１１に示すフレームバッファ３１など）を
さらに備えることを特徴とする。

【００３６】請求項６に記載の描画方法は、表示装置に
表示させる画像の画素データを記憶する、１画面分の画
素データより少ない記憶容量を有する記憶手段（例え
ば、図２に示すストリップバッファ２３など）に、画素
データを描画する描画方法であって、記憶手段に、画像
を構成する単位図形が、表示装置の走査方向と直交する
方向に並ぶ順番で、単位図形についての画素データを描
画することを特徴とする。

【００３７】なお、勿論この記載は、各手段を上記した
ものに限定することを意味するものではない。

【００３８】図１は、本発明を適用した３次元グラフィ
ックスシステムの第１の実施の形態の構成例を示してい
る。

【００３９】このグラフィックスシステムは、大きく
は、コントローラ１１、グラフィックスＬＳＩ１２、お
よび表示装置１３で構成されている。コントローラ１１
は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）１、主記憶装置（メイ
ンメモリ）２、入力装置（外部インターフェイス）３、
および外部記憶装置（例えば、ハードディスクや、ＣＤ
−ＲＯＭ（Compact Disc-Read Only Memory）など）４
を有し、３次元グラフィックスデータを、グラフィック
スＬＳＩ１２に出力するようになされている。グラフィ
ックスＬＳＩ１２は、３次元座標計算装置５、３次元描
画装置６、およびフレームバッファ７を有する１チップ
のＬＳＩで、コントローラ１１からの３次元グラフィッ
クスデータを処理し、表示装置１３に供給するようにな
されている。表示装置１３は、例えば、ＣＲＴなどで、
グラフィックスＬＳＩ１２の出力をラスタスキャン順に
表示するようになされている。

【００４０】中央演算処理装置１は、グラフィックスシ
ステムを構成する各ブロックを制御するとともに、所定
の画像処理、その他の各種の処理を行うようになされて
いる。主記憶装置２は、入力装置３で受信されたグラフ
ィックスデータや、中央演算処理装置１で処理されたデ
ータなどを必要に応じて記憶するようになされている。
入力装置３は、例えば、図示せぬ通信回線から供給され
る３次元グラフィックスデータを受信し、中央演算処理
装置１や、主記憶装置２、グラフィックスＬＳＩ１２に
供給するようになされている。また、入力装置３は、ジ
ョイスティックやカーソルキー、その他のボタンを有
し、その操作に対応した信号を、中央演算処理装置１に
出力するようにもなされている。外部記憶装置４は、３
次元グラフィックスのアプリケーションプログラムや、
必要な３次元グラフィックスデータを記憶しており、さ
らに、中央演算処理装置１で処理されたデータなどを必
要に応じて記憶するようになされている。

【００４１】３次元座標計算装置５は、コントローラ１
１からの３次元グラフィックスデータに対して、例え
ば、座標変換や、クリッピング、光源計算などのジオメ
トリ処理を施し、その結果得られるポリゴンデータを、
３次元描画装置６に出力するようになされている。３次
元描画装置６は、３次元座標計算装置５からのポリゴン
データを用いてレンダリング処理を行うようになされて
いる。即ち、３次元描画装置６は、３次元画像を構成す
る画素データを、フレームバッファ７に描画するように
なされている。さらに、３次元描画装置６は、フレーム
バッファ７に描画した画素データを読み出し、表示装置
１３に出力するようにもなされている。

【００４２】以上のように構成されるグラフィックスシ
ステムでは、例えば、３次元グラフィックスデータが、
入力装置３で受信され、または外部記憶装置４から読み
出され、中央演算処理装置１で必要な処理が施された
後、主記憶装置２に転送されて記憶される。主記憶装置
２に記憶されたデータは、適宜読み出され、グラフィッ
クスＬＳＩ１２に転送される。

【００４３】グラフィックスＬＳＩ１２では、まず最初
に、３次元座標計算装置５において、コントローラ１１
からの３次元グラフィックスデータに対してジオメトリ
処理が施され、その結果得られるポリゴンデータが、３
次元描画装置６に出力される。３次元描画装置６では、
３次元座標計算装置５からのポリゴンデータを用いてレ
ンダリング処理が行われ、これにより、３次元画像を構
成する画素データが、フレームバッファ７に描画され
る。そして、フレームバッファ７に記憶された画素デー
タは、３次元描画装置６を介して読み出され、表示装置
１３に供給される。これにより、表示装置１３では、３
次元画像が表示される。

【００４４】次に、図２は、図１のグラフィックスＬＳ
Ｉ１２の機能的な構成例を示している。

【００４５】同図に示すように、グラフィックスＬＳＩ
１２は、ジオメトリ部２１、レンダリング部２２、スト
リップバッファ２３、およびラインバッファ２４で構成
されている。ジオメトリ部２１は、コントローラ１１か
ら供給されるグラフィックスデータにジオメトリ処理を
施してポリゴンデータを求め、レンダリング部２２に出
力するようになされている。レンダリング部２２は、ジ
オメトリ部２１からのポリゴンデータに基づいて、スト
リップバッファ２３に対してレンダリング、即ち、画素
データの書き込みを行うようになされている。ストリッ
プバッファ２３は、１画面分の画素データより少ない記
憶容量を有する、例えば、メモリなどで構成され、レン
ダリング部２２からの画素データを記憶し、また、記憶
した画素データを、ラインバッファ２４に出力するよう
になされている。ラインバッファ２４は、１ライン分の
画素データの記憶容量を有する、例えばメモリなどで構
成され、ストリップバッファ２３からの１ライン分の画
素データを記憶し、また、記憶した画素データを、表示
装置の画素周期に合わせて、表示装置１３に出力するよ
うになされている。

【００４６】なお、ジオメトリ部２１、レンダリング部
２２、またはストリップバッファ２３およびラインバッ
ファ２４は、図１における３次元座標計算装置５、３次
元描画装置６、またはフレームバッファ７にそれぞれ対
応する。

【００４７】次に、図３を参照して、ストリップバッフ
ァ２３の構成について、さらに説明する。

【００４８】いま、１画面の画像が、横（水平方向）が
ＦＷ個で、縦（垂直方向）がＦＨ個の画素で構成される
ものとし、この１画面分の画素データ（ＦＷ×ＦＨの画
素データ）を記憶することのできるバッファとして、図
３において斜線を付して示すような仮想フレームバッフ
ァを考える。この場合において、ＳＷをＦＷと等しい値
とするとともに、ＳＨをＦＨ未満の正の整数とすると
き、ストリップバッファ２３は、ＳＷ×ＳＨの画素デー
タを記憶する記憶容量を有する。即ち、ストリップバッ
ファ２３は、１画面分の記憶容量を有する仮想フレーム
バッファと横の長さが同一で、縦の長さが短い記憶容量
を有する。

【００４９】そして、ストリップバッファ２３は、仮想
フレームバッファに沿って、縦方向に自由に移動するこ
とができるようになされている。

【００５０】ここで、仮想フレームバッファの上端に対
するストリップバッファ２３の上端の位置のラインを、
オフセットラインＯＬという。このオフセットラインＯ
Ｌは、仮想フレームバッファの上端からストリップバッ
ファ２３の上端までの画素数また、オフセットラインＯ
Ｌの位置に対応して、ストリップバッファ２３内を移動
する、横方向のラインを考え、これをベースラインＢＬ
という。ＢＬは、ストリップバッファ２３の上端からの
画素数を表し、ここでは、ＢＬとＯＬとが、例えば、次
式で表される対応関係を有するものとする。

【００５１】ＢＬ＝ＯＬ％ＳＨ・・・（１）但し、Ａ％Ｂは、ＡをＢで除算して得られる余りを表
す。

【００５２】この場合、ＯＬをＳＨで除算して得られる
余りであるＢＬは、ＯＬが変化すると、０以上ＳＨの範
囲で変化するから、ベースラインＢＬは、オフセットラ
インＯＬが移動すると、ストリップバッファ２３内を移
動することになる。具体的には、例えば、仮想フレーム
バッファにおいて、オフセットラインＯＬが１画素分下
がると、ストリップバッファ２３において、ベースライ
ンＢＬも１画素分下がることになる。そして、ベースラ
インＢＬが、ＳＨ画素分だけ下がり、ストリップバッフ
ァ２３の下端に到達した後に、オフセットラインＯＬが
１画素分下がると、ベースラインＢＬは、ストリップバ
ッファ２３の上端に戻る。

【００５３】次に、図４のフローチャートを参照して、
ジオメトリ部２１の処理について説明する。

【００５４】ジオメトリ処理部２１は、コントローラ１
１からグラフィックスデータを受信すると、ステップＳ
１乃至Ｓ３において、前述の図１５のステップＳ４１乃
至Ｓ４３における場合とそれぞれ同様の処理を行い、ス
テップＳ４に進む。

【００５５】ステップＳ４では、ポリゴンの縦の長さ
が、ストリップバッファ２３の縦の長さＳＨより長いか
どうか（ポリゴンを構成する縦の画素数が、ストリップ
バッファ２３の縦の画素数ＳＨより多いかどうか）が判
定される。ステップＳ４において、ポリゴンの縦の長さ
が、ストリップバッファ２３の縦の長さＳＨより長くな
いと判定された場合、即ち、そのポリゴンを、そのまま
ストリップバッファ２３に描画することができる場合、
ステップＳ５をスキップして、ステップＳ６に進む。

【００５６】一方、ステップＳ４において、ポリゴンの
縦の長さが、ストリップバッファ２３の縦の長さＳＨよ
り長いと判定された場合、即ち、そのポリゴン全体を、
そのままでは、ストリップバッファ２３に描画すること
ができない場合、ステップＳ５に進み、ポリゴンが、縦
の長さがＳＨ以下のポリゴンとなるように分割される。
即ち、ステップＳ５では、例えば、図５に示すように、
ポリゴンが、例えば、横方向（表示装置１３の走査線と
平行な方向）に、その縦の長さがＳＨ以下となるように
分割される。

【００５７】その後は、ステップＳ６に進み、図１５の
ステップＳ４４における場合と同様に、光源計算が行わ
れ、ステップＳ７に進む。ステップＳ７では、ポリゴン
が、表示装置１３の走査方向と直交する方向（縦方向）
にソートされ、処理を終了する。

【００５８】ジオメトリ部２１では、以上の処理が１画
面単位で行われる。

【００５９】次に、図６のフローチャートを参照して、
図４のステップＳ７におけるソート処理の詳細について
説明する。

【００６０】ソート処理においては、まず最初に、ステ
ップＳ１１において、変数ｉが、例えば１に初期化され
る。

【００６１】ここで、ソート処理では、例えば、図７に
示すように、仮想フレームバッファを、縦方向にＮ等分
して得られる各区分（領域）のうちのいずれにポリゴン
が位置しているかで、ポリゴンの縦方向へのソートが行
われるようになされており、変数ｉは、仮想フレームバ
ッファをＮ等分して得られる各区分の番号を表す。

【００６２】ステップＳ１１の処理後、ステップＳ１２
に進み、処理対象のポリゴンの、例えば、重心や、最も
上部にある頂点などの所定の点が、仮想フレームバッフ
ァの区分＃ｉの中に位置しているかどうかが判定され
る。ステップＳ１２において、処理対象のポリゴンの所
定の点が、仮想フレームバッファの区分＃ｉの中に位置
していないと判定された場合、ステップＳ１３に進み、
変数ｉが１だけインクリメントされ、ステップＳ１２に
戻る。

【００６３】一方、ステップＳ１２において、処理対象
のポリゴンの所定の点が、仮想フレームバッファの区分
＃ｉの中に位置していると判定された場合、ステップＳ
１４に進み、区分＃ｉについてのソート用記憶領域に、
処理対象のポリゴンについてのポリゴンデータが記憶さ
れているポリゴン情報記憶領域へのポインタが記憶され
る。

【００６４】即ち、ジオメトリ部２１は、図示せぬメモ
リを有しており、このメモリには、図８に示すように、
光源計算を行って得られるポリゴンデータ（ポリゴンの
情報）を記憶するポリゴン情報記憶領域（図８（Ａ））
と、そのポリゴンデータのアドレスを示すポインタを記
憶するソート用記憶領域（図８（Ｂ））とが設けられて
いる。ソート用記憶領域は、区分ごとに分割されてお
り、ステップＳ１４では、区分＃ｉに位置するポリゴン
のポリゴンデータへのポインタが、区分＃ｉについての
ソート用記憶領域に記憶される。

【００６５】ステップＳ１４の処理後は、ステップＳ１
５に進み、１画面のポリゴンについてのポインタすべて
が、ソート用記憶領域に記憶されたかどうかが判定さ
れ、まだ、ポインタすべてが記憶されていないと判定さ
れた場合、ステップＳ１１に戻り、まだ、処理対象とさ
れていないポリゴンを新たに処理対象として、ステップ
Ｓ１１以下の処理を繰り返す。一方、ステップＳ１５に
おいて、１画面のポリゴンについてのポインタすべて
が、ソート用記憶領域に記憶されたと判定された場合、
リターンする。

【００６６】以上のソート処理によれば、例えば、図７
に示すように、ある画面が、区分＃１に位置するポリゴ
ンＡおよびＢ、区分＃２に位置するポリゴンＣ、区分＃
３に位置するポリゴンＤ、および区分＃Ｎに位置するポ
リゴンＥから構成される場合、図８に示すように、区分
＃１についてのソート用記憶領域にはポリゴンＡ，Ｂに
ついてのポリゴンデータへのポインタが、区分＃２につ
いてのソート用記憶領域にはポリゴンＣについてのポリ
ゴンデータへのポインタが、区分＃３についてのソート
用記憶領域にはポリゴンＤについてのポリゴンデータへ
のポインタが、区分＃Ｎについてのソート用記憶領域に
はポリゴンＥについてのポリゴンデータへのポインタ
が、それぞれ記憶される。

【００６７】ここで、図６のソート処理では、別々の区
分に位置するポリゴンどうしについて、縦方向の順序性
が得られ、同一の区分に位置するポリゴンどうしについ
ては、縦方向の順序性が得られないが、ここでは、厳密
な順序性は必要ないため、特に問題はない。即ち、ここ
では、最悪な場合でも、所定の点が、ストリップバッフ
ァ２３の縦の長さＳＨよりも離れているポリゴンどうし
の順序性が得られれば良い。従って、区分の幅は、ＳＨ
以下である必要がある。

【００６８】なお、厳密な順序性を得るには、区分の幅
を１画素（１ライン分）とすればよい。

【００６９】次に、図９のフローチャートを参照して、
図２のレンダリング部２２およびストリップバッファ２
３の動作について説明する。

【００７０】レンダリング部２２では、まず最初に、ス
テップＳ２１において、例えば、表示装置１３による１
ラインの表示が終了したかどうかが判定される。ここ
で、この判定は、例えば、表示装置１３の水平同期信号
を参照することなどによって行われる。ステップＳ２１
において、１ラインの表示が終了したと判定された場
合、ステップＳ２２に進み、ベースラインＢＬ（図３）
上の１ライン分の画素データが、ストリップバッファ２
３から読み出され、ラインバッファ２４に転送され、さ
らに表示装置の画素周期に合わせてこのラインバッファ
２４から表示装置１３に画素が転送されて表示される。
そして、ステップＳ２３に進み、ストリップバッファ２
３のベースラインＢＬ上に、図１６のステップＳ５３に
おける場合と同様に、バックグランド情報が書き込ま
れ、ステップＳ２４に進む。

【００７１】ステップＳ２４では、オフセットラインＯ
Ｌが１だけインクリメントされ、ステップＳ２９に進
む。

【００７２】ここで、このステップＳ２４において、オ
フセットラインＯＬが１ずつインクリメントされること
により、ストリップバッファ２３は、仮想フレームバッ
ファ（図３）の中を、表示装置１３におけるラスタスキ
ャンの方向と直交する方向である下方向に１画素分ずつ
移動していく。また、オフセットラインＯＬが移動する
ことによって、上述の式（１）で表されるベースライン
ＢＬも、上述したように移動していく。

【００７３】一方、ステップＳ２１において、１ライン
の表示が終了していないと判定された場合、ステップＳ
２５に進み、仮想フレームバッファ（図３）を縦方向に
移動可能なストリップバッファ２３の中に位置する区分
にソートされたポリゴンのみを対象に、ストリップバッ
ファ２３の中に含まれるポリゴンがあるかどうか（スト
リップバッファ２３ではなく、仮想フレームバッファが
設けられていたならば、仮想フレームバッファのうち
の、ストリップバッファ２３が位置する範囲の中に描画
されるポリゴンがあるかどうか）が判定される。この判
定は、例えば、ポリゴンがＭ個の頂点を有する場合に、
それらの頂点の縦方向の座標（ｙ座標）をＹ₁，Ｙ₂，・
・・，Ｙ_Mとするとき、そのポリゴンが、式ＯＬ≦Ｙ₁，
Ｙ₂，・・・，Ｙ_M＜ＯＬ＋ＳＨを満たすかどうかを判断
することによって行うことができる。なお、ストリップ
バッファ２３の中に位置する区分にソートされたポリゴ
ンのポリゴンデータは、その区分についてのソート用記
憶領域（図８（Ｂ））に記憶されたポインタを参照する
ことにより、ポリゴン情報記憶領域（図８（Ａ））から
容易に取得することができる。

【００７４】ステップＳ２５において、ストリップバッ
ファ２３の中に含まれるポリゴンがないと判定された場
合、ステップＳ２６乃至Ｓ２８をスキップして、ステッ
プＳ２９に進む。また、ステップＳ２５において、スト
リップバッファ２３の中に含まれるポリゴンがあると判
定された場合、ステップＳ２６乃至Ｓ２８に進み、レン
ダリング部２２において、図１５のステップＳ４５乃至
Ｓ４７における場合とそれぞれ同様の処理が行われ、こ
れにより、ストリップバッファ２３へのポリゴンを構成
する画素データの描画が行われ、ステップＳ２９に進
む。なお、描画がなされたポリゴンについての情報は、
ポリゴン情報記憶領域およびソート用記憶領域から削除
される。

【００７５】ここで、ストリップバッファ２３への描画
は、例えば、表示装置１３におけるラスタスキャンと同
様の順番で行われていく。そして、ストリップバッファ
２３の下端に到達すると、その上端に戻り、以下、同様
にして、画素データの描画が行われていく。

【００７６】なお、この場合、ストリップバッファ２３
への描画は、ブランキング期間だけでなく、表示装置１
３において表示が行われている間にもすることができ
る。また、ストリップバッファ２３への画素データの書
き込みは、ストリップバッファ２３の中に位置する区分
にソートされたポリゴンであって、ストリップバッファ
２３の中に含まれるもののみを対象として行われるた
め、ストリップバッファ２３への画素データの書き込み
が、ストリップバッファ２３から、まだ読み出されてい
ない画素データに上書きされる形で行われることはな
い。

【００７７】ステップＳ２９では、オフセットラインＯ
Ｌが、仮想フレームバッファの下端に到達したかどうか
が判定され、到達していないと判定された場合、ステッ
プＳ３０をスキップして、処理を終了する。また、ステ
ップＳ２９において、オフセットラインＯＬが、仮想フ
レームバッファの下端に到達したと判定された場合、ス
テップＳ３０に進み、オフセットラインＯＬが０とさ
れ、即ち、ストリップバッファ２３が、その上端が仮想
フレームバッファの上端に一致するように移動され、処
理を終了する。

【００７８】レンダリング部２２およびストリップバッ
ファ２３では、以上の処理が繰り返し行われる。

【００７９】以上のように、縦方向の長さがＳＨを越え
るポリゴンについては、縦の長さがＳＨ以下のポリゴン
に分割し、これにより、すべてのポリゴンの縦の長さが
ＳＨ以下となるようにし、さらに、縦方向の長さがＳＨ
のストリップバッファ２３を、仮想フレームバッファに
沿って下方向に移動することにより、ポリゴンについて
の画素データを、ポリゴンが表示装置１３の走査方向と
直交する方向（ここでは下方向）に並ぶ順番で、ストリ
ップバッファ２３に描画するようにしたので、ストリッ
プバッファ２３として、記憶容量の小さいものを用いる
ことができる。即ち、ＳＨを、１画面分の画像の縦の画
素数よりも小さな値とすることで、ストリップバッファ
２３の記憶容量を、１画面分の画素データより小さくす
ることができる。

【００８０】その結果、システムのコストを低減するこ
とが可能となり、さらに、図２に示したように、ジオメ
トリ部２１、レンダリング部２２、およびストリップバ
ッファ２３を１チップのＬＳＩ（グラフィックＬＳＩ１
２）上に集積することが可能となる。そして、この場
合、レンダリング部２２とストリップバッファ２３と
は、これらを別々のパッケージに集積する場合に比較し
て、容易に、多くの接続線で接続することが可能とな
り、その間のデータ転送レートを飛躍的に向上させ、ひ
いては、ＬＳＩ１２全体の描画能力も向上させることが
できる。

【００８１】次に、図１０は、グラフィックＬＳＩ１２
の他の構成例を示している。なお、図中、図２における
場合と対応する部分については、同一の符号を付してあ
る。即ち、このグラフィックＬＳＩ１２は、ジオメトリ
部２１に代えてジオメトリ部２１Ａ乃至２１Ｃが、レン
ダリング部２２に代えてレンダリング部２２Ａ乃至Ｃが
設けられている他は、図２における場合と同様に構成さ
れている。

【００８２】ジオメトリ部２１Ａ乃至２１Ｃまたはレン
ダリング部２２Ａ乃至２２Ｃは、ジオメトリ部２１また
はレンダリング部２２と同様の処理を行うようになされ
ている。即ち、ジオメトリ部２１Ａ乃至２１Ｃでは、ジ
オメトリ部２１における処理が、レンダリング部２２Ａ
乃至２２Ｃでは、レンダリング部２２における処理が、
それぞれ並列で行われるようになされている。

【００８３】ストリップバッファ２３の記憶容量は、上
述したように小さくすることができるので、図１０に示
すように、３つのジオメトリ部２１Ａ乃至２１Ｃ、３つ
のレンダリング部２２Ａ乃至２２Ｃ、ストリップバッフ
ァ２３、およびラインバッファ２４であっても、１チッ
プのＬＳＩに集積することが可能となる。そして、この
場合、さらなる描画能力の向上を図ることができる。

【００８４】次に、図１１は、本発明を適用した３次元
グラフィックスシステムの第２の実施の形態の構成例を
示している。なお、図中、図１における場合と対応する
部分については、同一の符号を付してある。即ち、この
グラフィックスシステムは、グラフィックスＬＳＩ１２
と、表示装置１３との間に、フレームバッファ３１が新
たに設けられている他は、図１のグラフィックスシステ
ムと同様に構成されている。

【００８５】フレームバッファ３１は、例えば、１画面
分の画素データに対応する記憶容量を有しており、グラ
フィックスＬＳＩ１２のストリップバッファ２３（図１
１においては図示せず）から読み出された画素データを
一時記憶し、表示装置１３に供給するようになされてい
る。

【００８６】従って、この場合、グラフィックスＬＳＩ
１２においては、ストリップバッファ２３への画素デー
タの描画を、表示装置１３の表示タイミングに同期して
行わずに済むようになる。即ち、フレームバッファ３１
が設けられていない場合においては、図９で説明したよ
うに、表示装置１３において１ラインの表示が終了する
のを待って、オフセットラインＯＬを移動していく必要
があったが（従って、ベースラインＢＬも同様）、図１
１においては、ストリップバッファ２３から読み出され
た画素データが、フレームバッファ３１に一旦記憶され
るので、表示装置１３の表示タイミングとは無関係に、
オフセットラインＯＬを移動して、ストリップバッファ
２３への画素データの描画を行うことが可能となる。

【００８７】このようなグラフィックスシステムは、リ
アルタイムで３次元画像を表示する必要のない、例え
ば、工業用や医療用のＣＡＤシステムなどの高精細の時
間蓄積型の３次元グラフィックスシステムなどに応用す
ることができる。

【００８８】なお、フレームバッファ３１は、少なくと
も、表示装置１３における表示速度に対応した転送能力
を有するものであれば良く、従って、比較的低コストの
メモリなどで構成することができるので、システム全体
のコストが大きく悪化することはない。

【００８９】以上、本発明を、３次元画像を表示するグ
ラフィックスシステムに適用した場合について説明した
が、本発明は、その他、２次元の画像を表示するグラフ
ィックスシステムなどにも適用可能である。

【００９０】なお、本実施の形態では、図９において、
１ラインの表示が終了するごとに、ステップＳ２２で、
ベースラインＢＬ上の画素データを表示装置１３に転送
し、ステップＳ２３で、バックグランド情報を書き込む
ようにしたが、このステップＳ２２およびＳ２３の処理
は、図９における他の処理と独立に並列して行うことが
可能である。

【００９１】また、本実施の形態では、図４のステップ
Ｓ７において、ポリゴンを、表示装置１３の走査方向と
直交する方向にソートするソート処理を行うようにした
が、このソート処理は、必ずしも行う必要はない。但
し、ソート処理を行わない場合においては、図９のステ
ップＳ２５において、ストリップバッファ２３の中に位
置する区分にソートされたポリゴンのみを対象に、スト
リップバッファ２３の中に含まれるポリゴンがあるかど
うかを判定するのではなく、１画面中に存在するすべて
のポリゴンを対象に、ストリップバッファ２３の中に含
まれるポリゴンがあるかどうかを判定する必要があり、
この判定処理に時間を要することになる。従って、処理
の高速化の観点からは、ソート処理を行う方が好まし
い。

【００９２】さらに、本実施の形態では、図４のステッ
プＳ４において、ポリゴンの縦の長さが、ストリップバ
ッファ２３の縦の長さＳＨより長いかどうかを判定し、
長い場合には、ステップＳ５において、そのポリゴン
を、縦の長さがＳＨ以下のポリゴンとなるように分割す
るようにしたが、例えば、アプリケーションなどにおい
て、あらかじめポリゴンの縦の長さがＳＨ以下に制限さ
れている場合には、ステップＳ４およびＳ５の処理は行
う必要がない。

【００９３】

【発明の効果】請求項１に記載の描画装置および請求項
６に記載の描画方法によれば、表示装置に表示させる画
像の画素データを記憶する、１画面分の画素データより
少ない記憶容量を有する記憶手段に、画像を構成する単
位図形が表示装置の走査方向と直交する方向に並ぶ順番
で、単位図形についての画素データが描画される。従っ
て、記憶手段として、記憶容量の小さなものを用いるこ
とができ、その結果、描画能力を向上させることが可能
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した３次元グラフィックスシステ
ムの第１の実施の形態の構成を示すブロック図である。

【図２】図１のグラフィックスＬＳＩ１２の機能的な構
成例を示すブロック図である。

【図３】図２のストリップバッファ２３の構成を説明す
るための図である。

【図４】図２のジオメトリ部２１の動作を説明するため
のフローチャートである。

【図５】図４のステップＳ５の処理を説明するための図
である。

【図６】図４のステップＳ７の処理のより詳細を説明す
るためのフローチャートである。

【図７】区分を説明するための図である。

【図８】ソート処理を説明するための図である。

【図９】図２のレンダリング部２２およびストリップバ
ッファ２３の動作を説明するためのフローチャートであ
る。

【図１０】図１のグラフィックスＬＳＩ１２の他の構成
例を示すブロック図である。

【図１１】本発明を適用した３次元グラフィックスシス
テムの第２の実施の形態の構成を示すブロック図であ
る。

【図１２】従来の３次元グラフィックスシステムの一例
の構成を示すブロック図である。

【図１３】図１２のジオメトリ部４１の処理を説明する
ための図である。

【図１４】図１２のレンダリング部４２の処理を説明す
るための図である。

【図１５】図１２のジオメトリ部４１およびレンダリン
グ部４２の動作を説明するためのフローチャートであ
る。

【図１６】図１２のフレームバッファ４３の動作を説明
するためのフローチャートである。

【図１７】図１２のフレームバッファ４３の動作を説明
するためのフローチャートである。

【符号の説明】

１中央演算処理装置，２主記憶装置，３入力
装置，４外部記憶装置，５３次元座標計算装
置，６３次元描画装置，７フレームバッファ，
１１コントローラ，１２グラフィックスＬＳ
Ｉ，１３表示装置，２１，２１Ａ乃至２１Ｃジ
オメトリ部，２２，２２Ａ乃至２２Ｃレンダリング
部，２３ストリップバッファ，２４ラインバッ
ファ，３１フレームバッファ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画像を描画する描画装置であって、表示装置に表示させる前記画像の画素データを記憶す
る、１画面分の前記画素データより少ない記憶容量を有
する記憶手段と、前記記憶手段に、前記画像を構成する単位図形が、前記
表示装置の走査方向と直交する方向に並ぶ順番で、前記
単位図形についての前記画素データ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】１画面を構成する前記単位図形を、前記
表示装置の走査方向と直交する方向にソートするソート
手段をさらに備え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】１画面分の前記画像の横×縦の画素数を
ＦＷ×ＦＨとするとともに、ＳＨをＦＨ未満の正の整数
とするとき、前記記憶手段は、ＦＷ×ＳＨの画素データを記憶する記
憶容量を有し、縦方向の長さがＳＨを越える単位図形を、縦の長さがＳ
Ｈ以下の単位図形に分割する分割手段をさらに備えるこ
とを特徴とする請求項１に記載の描画装置。
【請求項４】前記描画手段は、前記表示装置の表示タ
イミングに同期して、前記記憶手段に前記画素データを
書き込むことを特徴とする請求項１に記載の描画装置。
【請求項５】前記記憶手段に記憶された前記画素デー
タをバッファリングする、少なくとも１画面分の前記画
素データの記憶が可能なバッファ手段をさらに備えるこ
とを特徴とする請求項１に記載の描画装置。
【請求項６】表示装置に表示させる画像の画素データ
を記憶する、１画面分の前記画素データより少ない記憶
容量を有する記憶手段に、前記画素データを描画する描
画方法であって、前記記憶手段に、前記画像を構成する単位図形が、前記
表示装置の走査方向と直交する方向に並ぶ順番で、前記
単位図形についての前記画素データを描画することを特
徴とする描画方法。