JPH11175739A - ３次元図形表示処理装置及びその表示方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ハードウェアでテクスチャマッピングを実現す
る場合、ハードウェアの演算精度の制限から範囲の広い
テクスチャ領域を扱えないという問題が発生する。そこ
で１画素ずつテクスチャマッピングを実行するか、テク
スチャ座標を分割して処理すると性能が低下する。 【解決手段】ハードウェアが扱えないテクスチャ座標が
指定された場合は、図形にマッピングするテクスチャイ
メージ自身を予め縮小し、テクスチャ座標の範囲を全体
的に縮小することにより、ハードウェアの制限内のテク
スチャ座標を作り出してテクスチャマッピングを実行さ
せる。また、ハードウェアにユーザ指定のミップマップ
をマッピングする機能と、ハードウエアにテクスチャ領
域と図形の倍率を報告する機能を追加し、ハードウェア
内部で制限内のテクスチャ座標を作成する機能を追加す
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、表示する３次元図
形のサイズに対して、３次元図形に貼り付けるためのテ
クスチャイメージのサイズが非常に大きい場合のテクス
チャマッピング処理を高速に実行するための３次元図形
表示処理装置及びその方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】テクスチャマッピングとは、物体に材質
感を持たせるために、図２に示すように文字や絵柄や風
景などの絵柄であるテクスチャイメージ１２１を、描画
する物体１２２の表面に貼り付ける処理である。このテ
クスチャイメージ１２１は、一般的にイメージスキャナ
や２次元のペイントソフト等により作成されるため、方
形で定義される場合が多い。これに対して、テクスチャ
イメージ１２１を貼り付ける物体１２２は、ディスプレ
イ装置に表示するシーンにより、様々な形状、及び、大
きさとなる。

【０００３】様々な形状及び大きさの物体に、方形で定
義されたテクスチャイメージを貼り付けるために、装置
座標空間の座標値で表される物体の位置に対応するテク
スチャイメージの位置を、テクスチャイメージが一定の
規則で敷き詰められたテクスチャ座標空間の座標値で表
されるテクスチャ座標で指定する。そして、実際にテク
スチャイメージを物体にマッピングする場合は、まずテ
クスチャ座標で指定されたテクスチャ領域１２１のサイ
ズと、物体の座標から算出した物体１２２のサイズを比
較し、その比率で拡大／縮小したテクスチャイメージ１
２３を物体122にマッピングする。

【０００４】テクスチャイメージ１２１を拡大してマッ
ピングする場合は、表示されたイメージに若干の歪みが
生じる場合はあるが、ほとんどの場合、表示品質に問題
は生じない。ところが、テクスチャイメージ１２１を縮
小するとイメージの間引きが発生する。例えば図３に示
すように、原寸のテクスチャイメージ１８１を、隣り合
うイメージから１画素を選択して単純に１／２に縮小し
ようとすると、１／２に縮小したテクスチャイメージ１
８２に示すように、オリジナルの１１，１２，２１，２
２のイメージ４画素分のうち、１２，２１，２２の３画
素分のイメージが間引かれて失われてしまい、１１のイ
メージのみになってしまう。このため表示結果がオリジ
ナルのテクスチャイメージ１８１と全く異なってしまう
という現象が発生する場合がある。

【０００５】これを解決するために、図４に示すよう
に、予め、間引きされるイメージとその周辺の隣接する
イメージを混合し、混合した色を算出してからサイズを
縮小したミップマップと呼ばれる、原寸のテクスチャイ
メージ１４１の等倍から１画素までサイズを１／２のべ
き乗ずつ縮小して作成したテクスチャイメージの縮小結
果１４２，１４３，１４４を準備しておき、テクスチャ
イメージをマッピングする時に物体のサイズとテクスチ
ャイメージのサイズの比率から適切な縮小率のミップマ
ップを選択して物体にマッピングする。これにより、縮
小されたテクスチャイメージの表示結果１２４をオリジ
ナルのイメージに近い表示結果とする。これをミップマ
ップテクスチャと呼ぶ。

【０００６】ミップマップの選択方法は、通常、１倍の
テクスチャイメージを“０”、１／２倍のテクスチャイ
メージを“１”、１／４倍のテクスチャイメージを
“２”というようにそれぞれ番号を付け、ＩＮＴ(Ｔｓ
／Ｐｓ−０.５）で求めた番号のミップマップを選択し
て使用する。

【０００７】ここで、Ｔｓは物体に貼り付けるテクスチ
ャの面積、Ｐｓは物体の面積を指し、ＩＮＴは計算結果
を整数に丸める（切捨て）関数を意味する。

【０００８】Ｔｓ，Ｐｓのそれぞれの面積は、物体又は
ポリゴンを構成する三角形単位に算出した値を使用す
る。

【０００９】また、１つのテクスチャイメージは、一般
的に最大でも１０００×１０００画素程度の大きさであ
り、テクスチャ座標空間全体に一定の規則でマッピング
されている。マッピングする規則としては、イメージを
繰り返しマッピングする（REPEAT）ものや、テクスチャ
イメージの外側は指定された色で塗りつぶす（ＣＬＡＭ
Ｐ）ものや、ミラー反転したイメージを繰り返しマッピ
ングする（MIRROR）もの等がある。図２は、REPEATの例
である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】テクスチャ座標空間は
理論的には無限大の領域を持っているが、グラフィック
スアクセラレータ等のハードウェアを用いてテクスチャ
マッピングを実行する場合は、ハードウェアの演算精度
の制限から、海や空などの範囲の広いテクスチャ座標空
間を扱えないという問題が発生し、そのままハードウェ
アを使用してテクスチャマッピングを実行すると表示結
果が不正となることがある。

【００１１】そのためソフトウェアで１画素ずつテクス
チャマッピングの演算を実行しながら描画する方法、又
は、ハードウェアが扱える範囲にテクスチャ座標空間を
分割して数回に分けてハードウェアを用いて描画するテ
クスチャクリッピング法等の方法があるが、何れの方法
も性能劣化の原因となる。

【００１２】また演算精度の優れたハードウェアを使用
する等の方策もあるが、このようなハードウェアは、非
常に高価であり、パソコン等のグラフィックスアクセラ
レータとしては不向きである。

【００１３】本発明は、ハードウェア構成を変えずに、
海や空などの範囲の広いテクスチャ座標空間を使用する
場合に、ハードウェアを使用したテクスチャマッピング
を実行し、表示品質及び性能の劣化無しに、従来の１画
素展開又はテクスチャクリッピング方式を用いた場合と
同等の表示を可能とし、ハードウェアによるテクスチャ
マッピングの使い勝手を向上させるものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題は、範囲の広い
テクスチャ座標空間が指定された場合は、ハードウェア
が使用可能なテクスチャ座標の範囲にテクスチャイメー
ジとテクスチャ座標を縮小する機能を設け、予めテクス
チャ座標がハードウェアの使用できる範囲内に収まるよ
うに、テクスチャイメージとテクスチャ座標を縮小して
おき、縮小した結果を用いてハードウェアでテクスチャ
マッピング処理を実行させることにより解決する。

【００１５】また、テクスチャマッピングには、ミップ
マップテクスチャという機能があるので、予め準備した
ミップマップを使用することにより、テクスチャイメー
ジの縮小処理を省略することが可能となる。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の実施例を図１に示す。図
１は海のテクスチャイメージ１１３をディスプレイ装置
１１５の画面いっぱいにマッピングする例である。

【００１７】テクスチャがマッピングされる海面の座標
に対応する海のテクスチャイメージ１１３の座標範囲
は、ハードウェアの使用可能範囲を超えたテクスチャ座
標で指定されており、ハードウェアでは扱えない値であ
るものとする。実際のアプリケーションでは、例えば、
ディスプレイ装置に海を表示している場合、通常の位置
から海を見た場合には正常に表示するが、海から視点を
離して、つまり、遠くから海を見るようなオペレーショ
ンを実行した場合に図１に示すような状況が発生する。

【００１８】図１は、ディスプレイ装置１１５の画面い
っぱいに、広い範囲の海のテクスチャイメージ１１３を
マッピングする例であるが、ディスプレイ装置１１５は
常に一定の大きさであるため、ディスプレイ装置１１５
には、海のテクスチャイメージ１１３が縮小されて表示
される。

【００１９】テクスチャマッピング時のイメージの縮小
処理は、通常、図５で示すように、３次元図形表示処理
装置１５３，テクスチャメモリ１５４，フレームメモリ
155を備えたグラフィックスアクセラレータ等のハード
ウェアを用いて実行するが、図１のケースでは、ハード
ウェア使用可能範囲を超えたテクスチャ座標が指定され
るために表示結果が不正となってしまう。

【００２０】本発明では、テクスチャ座標が非常に大き
い値の場合、画面に表示されるイメージは必ず縮小され
ることから、予め、画面に表示されるイメージの大きさ
を予測し、画面に表示されるイメージの大きさをオリジ
ナルの大きさとして使用することにより、テクスチャ座
標空間自体の範囲を狭め、ハードウェアを用いたテクス
チャマッピングを可能とする。

【００２１】図６のステップ１６１〜１６３はハードウ
ェアを使用する場合の処理である。ステップ１６３は３
次元図形表示処理装置１５３に描画命令を発行する処理
であり、予めステップ１６１でテクスチャメモリ１５４
に設定されたテクスチャイメージを用いて描画するよう
に命令を発行する。３次元図形表示処理装置１５３は、
処理１５８に従ってミップマップを作成後、適切なサイ
ズのミップマップを選択し、フレームメモリ１５５にテ
クスチャマッピングした図形を展開し、この結果がディ
スプレイ装置１５６に表示される。

【００２２】ハードウェアを使用できない場合は、ステ
ップ１７１〜１７４の手順でテクスチャクリッピングと
描画処理を繰り返し、１つの図形を表示する。まずステ
ップ１７１で最終的にディスプレイ装置１５６に表示さ
れるイメージの大きさとオリジナルのテクスチャイメー
ジの大きさの比率（縮小率）を算出する。比率は、ま
ず、使用するミップマップの番号を算出し、算出したミ
ップマップ番号からテクスチャイメージの縮小率を逆算
する。具体的には、０番＝１倍，１番＝１／２倍，２番
＝１／４倍…、というように倍率がすぐに求まるような
テーブルを作成し参照する方式をとる。

【００２３】ステップ１７２では、テクスチャ座標をハ
ードウェアが使用できる範囲内に変換するための縮小率
を算出する。縮小率は、物体を構成する三角形毎に算出
し、まず、三角形のそれぞれの頂点間のテクスチャ座標
の差をＳ座標Ｔ座標についてそれぞれ算出する。算出し
た値の中で最大の値をＴＭＡＸ、ハードウェアで扱える
テクスチャ座標領域の幅又は高さの限界値をＨＭＡＸと
する。なお、ＴＭＡＸを横方向から算出した場合は幅、
縦方向から算出した場合は高さの限界値を用いるものと
する。この時、テクスチャ座標の縮小率は、ＨＭＡＸ／
ＴＭＡＸで算出する。この結果を用いて三角形の各頂点
のテクスチャ座標（Ｓ，Ｔ）を縮小する。この縮小した
座標の算出結果を（Ｓ′，Ｔ′）とする。ここでＳ′＝
Ｓ×縮小率，Ｔ′＝Ｔ×縮小率、となる。

【００２４】次に、ステップ１７３で、前記のテクスチ
ャイメージの縮小率とテクスチャ座標の縮小率の２種類
の縮小率から、テクスチャ座標をハードウェアが使用で
きる範囲内に変換した場合でもディスプレイ装置１５６
への表示結果が元の表示結果と同じになるようなミップ
マップを選択する。具体的には、使用するミップマップ
の倍率（縮小率）を上記の２種類の縮小率の積として算
出し、ミップマップの縮小率の逆数よりミップマップ番
号を、ＩＮＴ（ミップマップの縮小率の逆数−０.５)で
算出する。例えば、テクスチャイメージの縮小率＝１／
２，テクスチャ座標の縮小率＝１／４の場合、ミップマ
ップの倍率は１／８となり、倍率（縮小率）が１／８の
ミップマップ、即ちミップマップ番号が８のミップマッ
プを選択することになる。

【００２５】ステップ１７４では、以上で算出した結果
を３次元図形表示処理装置１５３に設定し、描画処理命
令を発行する。

【００２６】３次元図形表示処理装置１５３は、ユーザ
指定のミップマップを物体にマッピングする機能１５８
を備える。処理１５８は、ユーザからミップマップ指定
を受けた場合は、指定されたミップマップを選択し、指
定が無かった場合にテクスチャイメージの縮小率からミ
ップマップを選択する。３次元図形表示処理装置153
は、以上の結果を用いて、テクスチャマッピングした図
形をフレームメモリ155に展開し、その結果をディスプ
レイ装置１５６に表示する。

【００２７】以上で説明したように、本発明は、テクス
チャイメージとテクスチャ座標をハードウェアが扱える
範囲の値になるまで予め縮小し、その縮小したテクスチ
ャ座標（領域）１１２を用いてハードウェアにテクスチ
ャマッピングを実行させることにより、ハードウェアに
よるテクスチャマッピングの使い勝手を向上するもので
ある。

【００２８】また、ハードウェアにテクスチャ座標の縮
小率を報告するインタフェースを設け、上記で説明した
方法を用いてミップマップ選択の演算を行う機能をハー
ドウェアに移植し、この縮小率から自動的にハードウェ
アの演算精度でも扱えるテクスチャ座標を算出する機能
を設けることにより、性能劣化無しに範囲の広いテクス
チャ座標を用いたテクスチャマッピングを実行すること
も可能である。

【００２９】

【発明の効果】以上で詳述したように本発明によれば、
グラフィックスアクセラレータ等のハードウェアを用い
てテクスチャマッピング処理を実行する場合のテクスチ
ャ座標の範囲の制限が緩和され、ハードウェアを用いた
テクスチャマッピング処理の使い勝手が非常に向上す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を用いたテクスチャマッピングの例を示
す図である。

【図２】従来方式を用いたテクスチャマッピングの例を
示す図である。

【図３】ミップマップを用いない場合のテクスチャイメ
ージの縮小例を示す図である。

【図４】ミップマップテクスチャ時のミップマップ作成
例を示す図である。

【図５】３次元図形表示処理装置のハードウェア構成例
を示す図である。

【図６】本発明を用いたテクスチャマッピングのフロー
チャートを示す図である。

【符号の説明】

１１３，１２１…テクスチャイメージ、１１５，１５６
…ディスプレイ装置、１５３…３次元図形表示処理装
置、１５４…テクスチャメモリ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤井 秀樹 茨城県日立市大みか町五丁目２番１号 株 式会社日立製作所大みか工場内 (72)発明者 久下沼 信 茨城県日立市大みか町五丁目２番１号 日 立プロセスコンピュータエンジニアリング 株式会社内 (72)発明者 田山 努 茨城県日立市大みか町五丁目２番１号 日 立プロセスコンピュータエンジニアリング 株式会社内 (72)発明者 松岡 裕和 茨城県日立市大みか町五丁目２番１号 日 立プロセスコンピュータエンジニアリング 株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力された３次元図形にテクスチャイメー
   ジを貼り付けて表示するテクスチャマッピング処理、及
   び、前記テクスチャマッピング処理において、表示する
   ３次元図形のサイズと３次元図形に貼り付けるテクスチ
   ャイメージのサイズの比率を用いて、テクスチャマッピ
   ングに使用するテクスチャイメージを、予め準備してお
   いたミップマップの中から自動的に選択し、テクスチャ
   マッピング処理に使用することが可能な３次元図形表示
   処理装置において、 テクスチャマッピング時にユーザ指定のミップマップを
   直接３次元図形に貼り付ける手段を設け、テクスチャイ
   メージの範囲を示すテクスチャ座標が３次元図形表示処
   理装置で扱えない範囲の値であった場合でも、テクスチ
   ャ座標を３次元図形表示処理装置の扱える範囲内の値に
   縮小し、かつ、その縮小したテクスチャ座標に対応する
   テクスチャイメージをミップマップの中から選択し、指
   定することにより、３次元図形表示処理装置を効率よく
   使用し、ソフトウェアで１画素ずつ表示した場合、又
   は、テクスチャ座標を分割して表示した場合と同等の表
   示を高速に実行することを可能とする３次元図形表示処
   理方式。
2. 【請求項２】第一項記載の３次元図形表示処理装置にお
   いて、 テクスチャ座標の縮小率を設定する手段と、縮小率から
   ３次元図形に貼り付けるための適切なミップマップを算
   出する手段を設け、３次元図形表示処理装置が扱えない
   範囲のテクスチャ座標が指定された場合でもソフトウェ
   アで１画素ずつ表示した場合、又は、テクスチャ座標を
   分割して表示した場合と同等の表示を高速に実行するこ
   とを可能とする３次元図形表示処理方式。