JPH11203500A

JPH11203500A - 画像処理装置及びそれに利用されるバンプマップデータを格納した記録媒体

Info

Publication number: JPH11203500A
Application number: JP10002709A
Authority: JP
Inventors: Shuji Hori; 修司堀
Original assignee: Sega Enterprises Ltd
Current assignee: Sega Corp
Priority date: 1998-01-09
Filing date: 1998-01-09
Publication date: 1999-07-30

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】平面的なポリゴンに点光源効果を与え、更に凹
凸に対する陰影処理も行う。【解決手段】所定の表示画面に表示するための画像デー
タを生成する画像処理装置において、フレーム内のピク
セル毎に少なくとも色データを含む画像データを格納す
るフレームバッファメモリと、前記ピクセル毎に前記表
示画面内の奥行きを示すＺ値データを格納するＺ値バッ
ファメモリと、前記ピクセル毎の前記画像データとＺ値
データを生成する描画処理部と、前記表示画面の走査位
置に対応する表示ピクセルの法線ベクトルを、当該表示
ピクセルの前記表示画面上の表示座標と前記Ｚ値データ
とその周囲のピクセルの前記表示座標とＺ値データとか
ら求め、前記表示ピクセルに対する光源からの光線ベク
トルを求め、前記表示ピクセルの前記画像データを前記
法線ベクトルと光線ベクトルの内積に従って修正する画
像データ修正部とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コンピュータグラ
フィック処理を行う画像処理装置にかかり、特に、光源
に対する効果をリアルタイムで画像に与えることがで
き、更に表面に凹凸が存在する場合にも光源に対する効
果をリアルタイムで画像に与えることができる画像処理
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】コンピュータ・シミュレーションやコン
ピュータ・ゲームにおいて、与えられる入力データに応
じて表示画面内の画像データを生成する画像処理は、よ
り現実に近い画像をリアルタイムに生成することが要求
される。従来から行われている画像処理は、ポリゴンと
呼ばれる多角形の平面体に対して入力データ等に応じた
三次元空間内での座標変換を行い、表示画面内に位置す
るポリゴンについて表示画面である二次元座標への透視
変換を行い、それぞれのポリゴン内のピクセルの色デー
タを生成する。その場合、表示画面内の最も手前にある
ポリゴン内のピクセルを表示する為に、ピクセル毎の色
データに加えて表示画面内の奥行きを示すＺ値データを
利用する。

【０００３】より現実に近い画像を表示する為には、上
記の色データを生成する時に輝度の高い光源からの効果
を考慮してその色データを修正することが望ましい。例
えば、平面上に点光源が位置する場合は、その点光源に
最も近いピクセルは明るく、遠くなるにしたがい暗くな
る等の点光源表現を行うことが好ましい。また、平面上
に凹凸が存在する場合は、その凹凸と点光源の位置との
関係から陰影処理を施すこともより現実的な画像を表示
する為には必要である。

【０００４】図１は、上記の点光源表現を説明するため
の図である。図１（ａ）に示された図は、平面状のポリ
ゴン１０の真上に点光源２０が位置する場合におけるよ
り現実に近い点光源効果を示す。この例では、点光源２
０の真下の部分１２はより明るく、点光源２０から離れ
た部分１４は多少暗くなる様に表現される。従って、平
面ポリゴン１０が単色であったとしても、部分１２では
輝度が高く、部分１４では輝度が低く表現される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来か
ら行われてきた画像処理では、ポリゴンの頂点毎に法線
ベクトルが与えられ或いは求められ、その頂点の輝度デ
ータが法線ベクトルと点光源からの光線ベクトルとから
求められる。そして、ポリゴン内のピクセルの輝度は、
頂点の輝度データをもとにした補間演算により求められ
るのが、一般的である。従って、ポリゴン１０のある頂
点が最も輝度が高く、別の頂点が最も輝度が低く、内部
のピクセルの輝度はその中間値になる。

【０００６】図１（ｂ）は、上記の補間演算によりピク
セルの輝度データを求めて、色データに修正を加えた場
合の表示画像を示す。この例では、点光源２０に最も近
い頂点Ａが最も輝度が高く、頂点Ｄが最も輝度が低くな
る。従って、補間演算による輝度データによって色デー
タを修正すると、頂点Ａから頂点Ｄに向かって徐々に輝
度が低くなる表示画像となる。これでは、現実から乖離
した表示画像であり不自然である。

【０００７】図２は、直方体１６の上面１７に突起１８
が形成されている場合の点光源２０に対する陰影処理が
施された表示画像を示す図である。この例では、より現
実に近い画像を形成する為に、点光源２０にほぼ垂直に
面する上面１７や突起１８の上面で輝度を高くし、直方
体の側面１５，１９や突起１８の側面１８ａ，１８ｂの
輝度を低くすることが望まれる。

【０００８】しかしながら、上面１７上の突起１８に対
してかかる点光源による陰影処理を施す為には、上面１
７だけのポリゴンだけでなく突起１８を構成する面のポ
リゴンを準備する必要がある。その結果、上面１７に多
数の突起が存在する場合は、ポリゴンの数が膨大とな
り、リアルタイムに画像処理することが不可能になる。

【０００９】そこで、本発明の目的は、効率的な画像処
理により点光源効果を表示画像に与えることができる画
像処理装置を提供することにある。

【００１０】更に、本発明の目的は、ポリゴンの表面に
凹凸を設ける場合に、ポリゴンの数を増やすことなくそ
の凹凸に対する陰影処理を施すことができる画像処理装
置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成する為
に、本発明は、所定の表示画面に表示するための画像デ
ータを生成する画像処理装置において、フレーム内のピ
クセル毎に少なくとも色データを含む画像データを格納
するフレームバッファメモリと、前記ピクセル毎に前記
表示画面内の奥行きを示すＺ値データを格納するＺ値バ
ッファメモリと、前記ピクセル毎の前記画像データとＺ
値データを生成する描画処理部と、前記表示画面の走査
位置に対応する表示ピクセルの法線ベクトルを、当該表
示ピクセルの前記表示画面上の表示座標と前記Ｚ値デー
タとその周囲のピクセルの前記表示座標とＺ値データと
から求め、前記表示ピクセルに対する光源からの光線ベ
クトルを求め、前記表示ピクセルの前記画像データを前
記法線ベクトルと光線ベクトルの内積に従って修正する
画像データ修正部とを有することを特徴とする。

【００１２】上記の発明によれば、描画処理部により生
成されたＺ値データから、ピクセルの法線ベクトルを生
成して、光源への光線ベクトルとの内積値に従ってフレ
ームバッファメモリ内の色データの輝度値を修正するこ
とで、ポリゴン内部に点光源による効果を与えることが
できる。

【００１３】上記の目的を達成する為に、別の発明は、
所定の表示画面に表示するための画像データを生成する
画像処理装置において、フレーム内のピクセル毎に少な
くとも色データを含む前記画像データを格納するフレー
ムバッファメモリと、前記ピクセル毎に前記表示画面内
の奥行きを示すＺ値データを格納するＺ値バッファメモ
リと、ポリゴンのデータを与えられ、該ポリゴン内の前
記ピクセルについて、前記表示画面の手前側に位置する
ピクセルの前記画像データとＺ値データを生成して前記
フレームバッファメモリ及びＺ値バッファメモリに記録
する描画処理部と、前記ポリゴン内の凹凸を示すバンプ
データを格納するバンプバッファメモリとを有し、前記
描画処理部は、前記バンプバッファメモリ内のバンプデ
ータに従って、前記ピクセルのＺ値を修正することを特
徴とする。

【００１４】上記の構成によれば、従来平面的であった
ポリゴンの内面に凹凸の情報をＺ値に含ませることがで
きる。従って、ポリゴンの数を増やすことなくそのＺ値
を利用して光源による凹凸に対する効果を与えることが
容易になる。

【００１５】上記の目的を達成する為に、更に別の発明
は、フレーム内のピクセル毎に少なくとも色データを含
む画像データを格納するフレームバッファメモリと、前
記ピクセル毎に前記表示画面内の奥行きを示すＺ値デー
タを格納するＺ値バッファメモリと、ポリゴンのデータ
を与えられ、該ポリゴン内の前記ピクセルについて表示
画面の手前側に位置するピクセルの前記画像データとＺ
値データを生成して前記フレームバッファメモリ及びＺ
値バッファメモリに記録する描画処理部とを有する画像
処理装置において利用されるバンプデータを記録する記
録媒体において、前記バンプデータは、前記ポリゴン内
の凹凸に対応するＺ値修正データを所定の密度の単位領
域毎に有し、前記描画処理部が前記ポリゴン内のピクセ
ル毎に生成したＺ値データを前記バンプデータの該Ｚ値
修正データから求められる該ピクセル毎のＺ値修正値に
より修正する様に、前記バンプデータが利用されること
を特徴とする。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面に従って説明する。しかしながら、本発明の技術
的範囲がその実施の形態に限定されるものではない。

【００１７】図３は、本発明の実施の形態例の画像処理
装置の構成を示す図である。この例では、シミュレーシ
ョン用やゲーム用の制御プログラムを実行するＣＰＵ３
０が、制御プログラムに従って生成したポリゴンデータ
やその座標変換データなどを描画処理部４０に与える。
ＣＰＵ３０は、バス３２を介して演算用に使用された
り、上記制御プログラムやオブジェクトデータ等が格納
されるＲＡＭ３４に接続される。これらの制御プログラ
ムやオブジェクトデータは、画像処理装置外のＣＤＲＯ
Ｍやカートリッジ等の記録媒体３８内に格納されたもの
が、シミュレーション或いはゲームを行うにあたり入出
力部３６を介して画像処理装置内のＲＡＭ３４に格納さ
れる。

【００１８】上記のポリゴンデータやその座標変換デー
タを与えられた描画処理部４０は、後述する三次元座標
空間内でのポリゴンの座標変換、表示画面内に位置する
ポリゴンを抽出するクリッピング処理、そして、三次元
座標空間から表示画面の二次元座標空間への透視変換処
理を行う。更に、画像処理部４０は、透視変換されたポ
リゴン内のピクセルの色データを含む画像データを生成
するレンダリング処理を行う。これらの処理は、例えば
専用の三次元グラフィックプロセッサ等のハードウエア
や、ソフトウエア等により行うことができる。

【００１９】描画処理部４０は、上記の処理を実行する
ことにより、表示しようとするフレーム内のピクセル毎
の色データを含む画像データを、フレームバッファメモ
リ５０に格納する。また、描画処理部４０は、表示画面
内の最も手前に位置するポリゴン内のピクセルの画像デ
ータをフレームバッファメモリ５０に格納する為に、表
示画面内の奥行きを示すＺ値データを格納したＺ値バッ
ファメモリ６０に、フレームバッファメモリ５０に格納
したポリゴンのＺ値データを格納する。そして、格納済
みのＺ値データと処理中のピクセルのＺ値データとを比
較して、処理中のピクセルのＺ値データが小さい場合の
み、描画処理部４０は、その画像データをフレームバッ
ファメモリ６０内に、そしてＺ値データをＺ値バッファ
メモリ６０にそれぞれ上書きする。

【００２０】この様にしてフレーム内の全ピクセルの画
像データがフレームバッファ内に描画されると、表示プ
ロセッサ７０により、表示画面の走査タイミングに従っ
てフレームバッファメモリ５０に格納された画像データ
が読み出され、例えば、Ｄ／Ａ変換器８０を介して表示
装置８２に供給される。一般的には、画像データは、ピ
クセルのＲ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）データと、水平同期
信号及び垂直同期信号である。

【００２１】図３に示された本実施の形態例では、表示
プロセッサ７０内に、各ピクセルにおける光源の方向と
そのピクセルの法線ベクトルからフレームバッファメモ
リ内の色データを含む画像データを修正する画像データ
修正機能が含まれる。従って、表示プロセッサ７０は、
画像データ修正部とも称することができる。

【００２２】この画像データ修正部７０内には、表示画
面の走査タイミングを与えるビデオクロックＣＬＫによ
りカウントアップする表示カウンタ７１を有する。この
表示カウンタ７１は、所定の垂直同期信号及び水平同期
信号に同期して、ビデオクロックＣＬＫのタイミングで
表示ピクセルの座標Ｄ７１を生成する。このピクセル座
標Ｄ７１に対応する領域の画像データＤ５１がフレーム
バッファメモリ５０から読み出される。従来例では、単
純にその画像データＤ５１がＤ／Ａ変換部８０を介して
表示装置８２に与えられる。

【００２３】本実施の形態例では、更に、隣接座標生成
部７２が表示ピクセルに隣接するピクセルの座標Ｄ７２
を生成する。そして、画像データ修正部７０内には、表
示ピクセルの単位法線ベクトルを生成する単位法線ベク
トル演出部７３と、表示ピクセルに対する光源からの単
位光線ベクトルを生成する単位光線ベクトル演出部７５
とを有する。これらのベクトル演出部７３，７５が生成
した単位法線ベクトルと単位光線ベクトルとから、それ
らの内積を求める内積演算部７７と、その内積値をもと
に画像データである色データＤ５０を修正するカラー修
正部７８とを更に有する。

【００２４】図４は、上記の画像データ修正部での色デ
ータＤ５０の修正の処理フローチャートを示す図であ
る。上記の図３の画像データ修正部７０内の処理を図４
を参照しながら以下に説明する。

【００２５】ステップＳ１０に示される通り、表示カウ
ンタ７１と隣接座標生成部７２により、表示ピクセルの
座標Ｄ７１とそれに隣接する周囲のピクセルの座標Ｄ７
２とが生成される。そして、両座標Ｄ７１，Ｄ７２とそ
れらの座標に対応するＺ値データＤ６０とが単位法線ベ
クトル算出部７３に供給される。そして、単位法線ベク
トル算出部７３では、表示ピクセルの座標及びＺ値と隣
接するピクセルの座標及びＺ値とから、表示ピクセルの
単位法線ベクトルが算出される（Ｓ１２）。

【００２６】図５は、単位法線ベクトル算出部７３の算
出方法を説明する図である。図中、ピクセルＰ₀が表示
ピクセル、Ｐ₁，Ｐ₂がその隣接ピクセルである。これ
らの３つのピクセルＰ₀、Ｐ₁、Ｐ₂の表示座標とＺ値
とが与えられることにより、平面（三角形）Ｈ₀が確定
する。ピクセルＰ₀、Ｐ₁、Ｐ₂の表示座標とＺ値は、
図示されるとおり、（ｘ₀、ｙ₀、ｚ₀）、（ｘ₁、ｙ
₁、ｚ₁）、（ｘ₂、ｙ₂、ｚ₂）である。この平面Ｈ
₀が表示ピクセルＰ₀の法線ベクトルを求める為の平面
と定義される。そして、平面Ｈ₀に対する法線ベクトル
Ｎ₀が公知の演算式により求められる。即ち、一般的な
平面の方程式は、Ａ＊Ｘ＋Ｂ＊Ｙ＋Ｃ＊Ｚ＋Ｄ＝０であり、その場合の法線ベクトルＮ₀は、（Ａ，Ｂ，
Ｃ）である。そして、図５の例では、３つのピクセルＰ
₀、Ｐ₁、Ｐ₂が隣接しているので、法線ベクトルＮ₀
は、Ｎ₀＝（ｚ₁−ｚ₀、ｚ₂−ｚ₀、１）となる。

【００２７】従って、単位法線ベクトルＵＮ₀は、法線
ベクトルＮ₀をスカラー値を１にする様に正規化するこ
とで求めることができる。即ち、ＵＮ₀＝Ｎ₀／｜Ｎ₀｜で求められる。

【００２８】図５（ａ）は、表示ピクセルＰ₀が隣接す
るピクセルＰ₁、Ｐ₂よりも突出しており、Ｚ値が異な
る場合の例である。この例では、３つの点から確定する
平面Ｈ₀は傾斜した面となり、法線ベクトルＮ₀も斜め
の方向を有する。また、図５（ｂ）の例は、表示ピクセ
ルＰ₀が隣接するピクセルＰ₁、Ｐ₂と同じ平面上に位
置し、法線ベクトルＮ₀はＺ軸方向になる。この場合
は、法線ベクトルＮ₀は、上記した通り、Ｎ₀＝（０，
０，１）となる。

【００２９】上記の説明から明らかな通り、表示ピクセ
ルとそれに隣接する少なくとも２つのピクセルのＺ値を
参照することで、表示ピクセルにおける単位法線ベクト
ルを算出することができる。図６は、矩形の平面ポリゴ
ン１０に対して、各ピクセルＰ₁₁〜Ｐ₅₆それぞれの法線
ベクトルＮ₁₁〜Ｎ₅₆を示す図である。

【００３０】次に、単位光線ベクトル算出部７５は、表
示ピクセルにおける光源への光線ベクトルを算出する
（Ｓ１４）。この光線ベクトルの算出は、光源座標を格
納したレジスタ７６から与えられる光源の座標（Ｑ_x、
Ｑ_y、Ｑ_z）と、表示ピクセルの座標Ｄ７１及びＺ値Ｄ
６０から簡単に求められる。

【００３１】図７は、法線ベクトルＮと光線ベクトルＬ
を説明する図である。図７は、図６のピクセルＰ₃₁から
Ｐ₃₆までの法線ベクトルＮ₃₁〜Ｎ₃₆と光線ベクトルＬ₃₁
〜Ｌ ₃₆との関係を示す。図から明らかな通り、光線ベク
トルＬ₃₁は、ピクセルＰ₃₁の座標（ｘ₃₁、ｙ₃₁、ｚ₃₁）
から点光源２０の座標（Ｑ_x、Ｑ_y、Ｑ_z）に向かうベ
クトルである。従って、単位光線ベクトル算出部７５
は、両者の座標データから両座標の差（Ｑ_x−ｘ₃₁、Ｑ
_y−ｙ₃₁、Ｑ_z−ｚ₃₁）を求めることにより、光線ベク
トルＬ₃₁を求めることができる。従って、単位光線ベク
トルＵＬ₃₁は、ＵＬ₃₁＝Ｌ₃₁／｜Ｌ₃₁｜で求めることができる。

【００３２】上記の通り求められた単位法線ベクトルＵ
Ｎと単位光線ベクトルＵＬとから、内積演算部７７で
は、両ベクトルの内積値（ｃｏｓθ₃₁）が求められる。
このベクトルの内積とは、例えばピクセルＰ₃₁において
は、両ベクトル間の角度θ₃₁のコサイン成分であり、単
位光線ベクトルＵＬの単位法線ベクトルＵＮ方向の成分
である。この内積値Ａは、単位法線ベクトルＵＮ＝（Ｎ
ｘ，Ｎｙ，Ｎｚ）、単位光線ベクトルＵＬ＝（Ｌｘ、Ｌ
ｙ、Ｌｚ）とすると、内積値Ａ＝｜ｃｏｓθ₃₁｜＝｜Ｎｘ＊Ｌｘ＋Ｎｙ＊Ｌｙ
＋Ｎｚ＊Ｌｚ｜（但し、９０＜θ₃₁＜２７０では、Ａ＝０とする。）で
求められる。

【００３３】即ち、図７の例で説明すると、ピクセルＰ
₃₁やＰ₃₆は、法線ベクトルＮ₃₁と光線ベクトルＬ₃₁との
角度が大きいので、その内積値は小さくなる。一方、ピ
クセルＰ₃₃やＰ₃₄は、同角度が小さいので、その内積値
は大きくなる。従って、光源２０に近いピクセルＰ₃₃，
Ｐ₃₄は輝度が高く、その色データの値はより大きく修正
されてその表示ピクセルはより鮮明に表示される。ま
た、光源２０から遠くしかも斜めに照射されるピクセル
Ｐ₃₁、Ｐ₃₆では輝度が低く、その色データの値はより小
さく修正されてその表示ピクセルは不鮮明に表示され
る。

【００３４】図８は、更に突起が形成されたピクセルに
おける法線ベクトルと内線ベクトルとの関係を示す図で
ある。この例では、ピクセルＰ₆₁からＰ₆₆が示され、ピ
クセルＰ₆₂、Ｐ₆₃、Ｐ₆₄の部分で突起が形成される。そ
こで、図示される法線ベクトルＮ₆₁〜Ｎ₆₆と光線ベクト
ルＬ₆₁〜Ｌ₆₆とから、それぞれのピクセルでの内積値が
求められる。ピクセルＰ₆₂とＰ₆₄とを比較すると、ピク
セルＰ₆₂での両ベクトル間の角度θ₆₂は大きく、その内
積値Ａ₆₂は小さくなる。その結果、ピクセルＰ ₆₂は光源
２０による輝度が低く、暗いピクセルになる。一方、ピ
クセルＰ₆₄では、その法線ベクトルＮ₆₄と光線ベクトル
Ｌ₆₄との間の角度θ₆₄とが上記角度θ₆₂よりも小さいの
で、その内積値Ａ₆₄は大きくなる。その結果、ピクセル
Ｐ₆₄は輝度が高く明るいピクセルになる。

【００３５】図８には示されないが、法線ベクトルと光
線ベクトルとの間の角度が９０度を越えて２７０度未満
の場合は、光線がピクセルの背面側から照射されている
ことを意味するので、その場合は、決められた所定の低
い輝度値（０に近い値）で色データの補正がなされる。

【００３６】図３及び図４に戻り、上記した通り表示ピ
クセルの単位法線ベクトルと単位表示ベクトルの内積が
内積演算部７７で求められ（Ｓ１６）、その求められた
内積値データ７７Ｄにしたがってフレームバッファメモ
リ５０から読み出された色データＤ５０が、カラー修正
部７８にて修正される（Ｓ１８）。カラー修正部７８で
は、例えばＲ、Ｇ、Ｂそれぞれの輝度値に内積値Ａが乗
算されることで、光源の位置に応じた輝度値の修正が行
われる。そして、その修正された色データで表示装置８
２に表示される（Ｓ２０）。

【００３７】上記したステップＳ１０〜Ｓ２０は、全
て、フレームバッファメモリ５０から表示ピクセルの色
データが読み出されて、表示装置８２で表示される工程
の途中でパイプライン的に行われる。したがって、本実
施の形態例において、描画処理部４０では、従来通りピ
クセル毎の色データを生成してフレームバッファメモリ
５０に格納し、同様にＺ値データをＺ値バッファメモリ
６０に格納するだけでよい。

【００３８】［バンプマップメモリ］図９は、本発明の
他の実施の形態例のバンプマップを説明する為の描画処
理部の構成を示す図である。ＣＰＵ３０が、バス３２を
介してＲＡＭ３４や入出力部３６に接続されているの
は、図３と同じである。図９に示された描画処理部４０
は、ジオミトリ処理部１００と塗りつぶし処理部１０８
とを有する。そして、塗りつぶし処理部１０８が生成し
た色データ１１０がフレームバッファ処理部１１４によ
りフレームバッファメモリ５０に記録される。また、塗
りつぶし処理部１０８が生成したＺ値もＺ比較処理部１
２０により、Ｚ値バッファメモリ６０に記録される。バ
ンプマップメモリ１３８は、本実施の形態例の特徴的な
構成である。このバンプマップメモリ１３８には、ＣＰ
Ｕ３０の制御により、例えば外部の記録媒体３８に格納
されていたポリゴンの凹凸を示すバンプデータが格納さ
れる。

【００３９】このバンプマップメモリ１３８に格納され
るバンプデータは、例えば、通常は平面で定義されるポ
リゴンの一部に凹凸をつける為の、Ｚ値の補正データか
ら構成される。例えば、凸部に対応するバンプデータは
＋１．０であり、凹部に対応するバンプデータは−１．
０である。従って、一旦塗りつぶし処理部１０８で生成
された平面状のポリゴンのＺ値を、バンプマップメモリ
１３８内に格納されたバンプデータ１３６で修正し、そ
の修正されたＺ値１３２をＺ値バッファメモリ６０に格
納する。その結果、１枚のポリゴン内の所望の位置に、
凹凸を形成することができる。即ち、図３及び４で説明
した通り、Ｚ値バッファメモリ６０に格納されたピクセ
ル毎のＺ値を利用して、表示ピクセルの法線ベクトルを
求め、その法線ベクトルと光線ベクトルとの内積値に基
づいて色データの輝度値を修正する。その場合、Ｚ値バ
ッファメモリ６０内に格納されたＺ値データが、バンプ
マップメモリ１３８に格納された凹凸データを反映す
る。従って、表示ピクセルとその周囲のピクセルのＺ値
から求められる法線ベクトルも、上記凹凸データを反映
したものになる。

【００４０】図１０は、図９における描画処理部４０内
での画像処理フローを示すフローチャート図である。図
１１は、ＣＰＵ３０がジオミトリ処理部１００に与える
データ１４０の構成例を示す図である。また、図１２
は、ジオミトリ処理部１００から塗りつぶし処理部１０
８に与えられるデータ１４２の構成例を示す図である。
そして、図１３は、塗りつぶし処理部１０８が生成する
データの構成例を示す図である。

【００４１】図９の画像処理部４０内の動作について、
図１０のフローチャート及び図１１〜１３のデータ構成
例を参照しながら以下説明する。ＣＰＵ３０は、ＣＤＲ
ＯＭや半導体メモリを格納したカートリッジなどの記録
媒体３８から、入出力部３６を経由して内部のメモリ３
４にゲームプログラム、オブジェクトデータなどを格納
する。このオブジェクトデータは、各オブジェクトを構
成するポリゴンデータと各ポリゴンの凹凸を示すバンプ
データを含む。バンプデータは、上記した通りバンプマ
ップメモリ１３８にも適宜記録される。

【００４２】ＣＰＵ３０は、遊戯者が操作パッド３５を
通して入力する操作データに基づいてゲームプログラム
を実行することで、フレーム毎のポリゴンの頂点データ
及びポリゴンの３次元座標内での変換マトリクスを生成
し、描画処理部４０のジオミトリ処理部１００に与える
（Ｓ３０）。このＣＰＵ３０がジオミトリ処理部１００
に与えるポリゴンデータ１４０の例が、図１１に示され
る。図１１によれば、ポリゴンを構成する頂点について
のデータとして、３次元座標内の頂点データ、頂点にお
ける色データ、或いは描画処理部４０がテクスチャマッ
プを使用する場合はそのテクスチャマップ座標（Ｔｘ、
Ｔｙ）、そしてバンプマップメモリ１３８のアドレスに
対応する座標（Ｂｘ、Ｂｙ）を少なくとも有する。バン
プマップメモリ１３８は、構成的にはテクスチャーマッ
プと同等の構成であり、ポリゴン表面の凹凸を示すＺ値
データの修正値が格納されて、その座標（Ｂｘ、Ｂｙ）
を与えらることにより、対応するバンプデータが読み出
される。

【００４３】ジオミトリ処理部１００は、与えられたポ
リゴンデータに従って一般的なジオミトリ処理を行う。
即ち、ステップＳ３２に示される通り、３Ｄ座標変換部
１０２にて、変換マトリクスを利用した三次元座標内で
の頂点座標のマトリクス変換が行われる。そして、視点
データに従って確定される表示画面内に位置するポリゴ
ンを抽出するクリッピング処理が、クリッピング処理部
１０４にて行われ、抽出されたポリゴンについての表示
画面の二次元座標内への透視変換が、透視変換部１０６
で行われる。

【００４４】この結果、表示画面内に位置するポリゴン
の頂点の二次元座標を含むデータ１４２が塗りつぶし処
理部１０８に与えられる。このデータ１４２の例は、図
１２に示される通り、各頂点について、表示画面の座標
（Ｓｘ、Ｓｙ）と表示画面内の奥行きを示すＺ値、色デ
ータ或いはテクスチャー座標そしてバンプマップ座標
（Ｂｘ、Ｂｙ）を含む。図１２には、二つのポリゴンに
対して上記の各頂点データが示されている。

【００４５】塗りつぶし処理部１０８では、図１２に示
した如きデータ１４２に基づいて、表示画面内のポリゴ
ンの中のピクセルの色の塗りつぶし処理を行う。この塗
りつぶし処理は、一般にレンダリング処理とも称される
が、例えばポリゴン内をラスタスキャンしながら、それ
ぞれのピクセルの表示座標（Ｓｘ、Ｓｙ）、Ｚ値、色デ
ータ或いはテクスチャー座標、及びバンプマップ座標
を、頂点データを補間演算することにより求める。その
結果、塗りつぶし処理部１０８は、ポリゴン内のピクセ
ルデータを生成する（Ｓ３６）。このピクセルデータの
例が、図１３に示される。この例では、３つのピクセル
が示されている。

【００４６】塗りつぶし処理部１０８は、ラスタスキャ
ンによって処理中のピクセルの色データとＺ値をフレー
ムバッファメモリ５０とＺ値バッファメモリ６０に格納
するか否かの処理を行う。具体的には、これらのメモリ
５０，６０には、表示画面に表示されるポリゴンのピク
セルのデータが記録されなければならない。そこで、ス
テップＳ３６，Ｓ３８により、処理中のピクセルのＺ値
とＺ値バッファメモリ６０内に記録されている対応する
ピクセルのＺ値とを比較し、処理中のピクセルのＺ値が
小さい場合は、表示画面の手前に位置するピクセルであ
ると判断する。そして、そのピクセルの色データ１１０
とＺ値１１６とをフレームバッファメモリ５０とＺ値バ
ッファメモリ６０内の表示画面上の座標１１２，１１８
の領域に上書きする（Ｓ４０，Ｓ４２）。フレームバッ
ファ処理部１１４とＺ値比較処理部１２０とは、与えら
れた表示座標１１２，１１８からそれぞれのメモリに対
応するアドレス１２８，１３０を生成して、色データ１
２６とＺ値１３２とを書き込む。

【００４７】更に、塗りつぶし処理部１０８は、処理中
のピクセルのバンプマップ座標１１２をバンプマップ処
理部１２４に与える。バンプマップ処理部１２４は、バ
ンプマップ座標１１２に対応するアドレス１３４にある
バンプマップメモリ１３８内のバンプデータ１３６を読
み出す。このバンプデータは、上記した通りＺ値補正デ
ータであり、そのＺ値補正データによりＺ値バッファメ
モリ６０に記録されたＺ値データを補正し、再度Ｚ値バ
ッファメモリ６０に記録する（Ｓ４４）。その結果、Ｚ
値バッファメモリ６０内には、表示画面の最も手前にあ
るポリゴンのピクセルであって、凹凸情報が加えられた
Ｚ値データが格納されることになる。

【００４８】図１０中のステップＳ３６〜Ｓ４４が、ポ
リゴン内の全てのピクセルに対して繰り返され、更に、
ステップＳ３０〜Ｓ４４が１フレーム内の全てのポリゴ
ンに対して繰り返される（Ｓ４６）。以上が、画像処理
部４０内で行われる処理である。その後、図３にて示し
た通り、表示プロセッサである画像データ修正部７０
が、フレームバッファメモリ５０内に格納した色データ
の輝度値を、Ｚ値バッファメモリ６０内のＺ値から生成
した法線ベクトルと光線ベクトルとの内積により修正す
る。その修正された色データにより表示装置８２に１フ
レームの画像が表示される。

【００４９】図１４は、バンプマップメモリ１３８内の
バンプデータの例を示す図である。この例では、４種類
のポリゴンに対するバンプデータの例が示されている。
この図は、バンプマップメモリ１３８の論理空間内に格
納されたポリゴンＰａ，Ｐｂ，Ｐｃ、Ｐｄのバンプデー
タを示す。この例では、バンプデータが０の部分は凹凸
が存在しない平面の部分であることを示し、バンプデー
タが＋１の部分はＺ値が＋１されるべき凹部であること
を示し、バンプデータが−１の部分はＺ値が−１される
べき凸部であることを示す。

【００５０】ポリゴンの大きさに応じて、ポリゴン内の
ピクセルの密度が異なるので、その場合は、頂点データ
に含まれるバンプマップ座標からピクセルのバンプマッ
プ座標が補間演算により求められ、そのバンプ座標に対
応する位置にある複数のバンプデータから所定の演算に
より求められたデータが、そのピクセルのバンプデータ
として、Ｚ値の修正に使用される。かかる処理は、テク
スチャマップメモリに対する処理と同じである。

【００５１】図１５は、テクスチャマップメモリを利用
した場合の画像処理部の構成を示す図である。この構成
例は、テクスチャ処理部１４０とテクスチャマップメモ
リ１４２が追加されている点で、図９の構成例と異な
る。その他の部分は同等であるので、同じ引用番号を付
している。この構成の場合は、図１１，１２，１３に示
されたデータは、色データの代わりにテクスチャマップ
座標（Ｔｘ、Ｔｙ）を有する。そして、塗りつぶし処理
部１０８が処理中のピクセルのテクスチャマップ座標
（Ｔｘ、Ｔｙ）１４４をテクスチャ処理部１４０に与え
る。テクスチャ処理部１４０では、その座標１４４に対
応するアドレス１４６を生成し、テクスチャマップメモ
リ１４２内の色データ１４８を読み出す。その色データ
が、フレームバッファ処理部１１４に与えられる。フレ
ームバッファ処理部１１４の処理は、図９の場合と同等
であるので、ここでの説明は省略する。

【００５２】図９、図１５に示した画像処理部４０は、
従来のテクスチャマップメモリというポリゴンの色デー
タを格納したメモリと同等の構成をしたバンプマップメ
モリ１３８を有する。バンプマップメモリ１３８内に
は、例えば外部の記録媒体３８からポリゴン毎のデータ
が格納される。そして、バンプマップメモリ１３８内の
Ｚ値の補正データであるバンプデータにしたがって、平
面的に処理されたポリゴン内のピクセルのＺ値が修正さ
れる。その結果、Ｚ値バッファメモリ６０内に格納され
たＺ値は、ポリゴン表面の凹凸を反映した値になる。そ
して、そのＺ値データを利用してピクセルの法線ベクト
ルを求めると、凹凸を反映した法線ベクトルが求められ
る。従って、図８の如く凹凸を反映した法線ベクトルと
光線ベクトルの内積を利用して色データの輝度値を修正
することで、図２に示されたような凹凸処理を施すこと
が可能になる。しかも、バンプマップメモリ１３８は、
テクスチャマップメモリ１４２と同等の構成であるの
で、特に従来と異なるハードウエア、ソフトウエアを開
発する必要はない。

【００５３】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、Ｚ
値バッファメモリ内のＺ値を利用して表示対象のピクセ
ルの法線ベクトルを求め、光源への光線ベクトルとの内
積により表示対象ピクセルの色データの輝度値を修正す
ることで、ポリゴン内に光源からの自然な効果である点
光源表現を与えることができる。従って、ポリゴン内に
最も輝度が高い或いは低い部分を描画することができ
る。

【００５４】更に、描画処理部内にバンプマップメモリ
を設け、そこにバンプデータを格納することで、ポリゴ
ン内の平面上に凹凸のデータを与えることができ、その
データから法線ベクトルを作成することで、光源からの
凹凸に対する効果を与えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】点光源表現を説明するための図である。

【図２】突起が形成されている場合の点光源に対する陰
影処理が施された表示画像を示す図である。

【図３】本発明の実施の形態例の画像処理装置の構成を
示す図である。

【図４】画像データ修正部での色データの修正の処理フ
ローチャートを示す図である。

【図５】単位法線ベクトル算出部の算出方法を説明する
図である。

【図６】矩形の平面ポリゴンに対して、各ピクセルＰ₁₁
〜Ｐ₅₆それぞれの法線ベクトルＮ₁₁〜Ｎ₅₆を示す図であ
る。

【図７】図７は、法線ベクトルＮと光線ベクトルＬを説
明する図である。

【図８】突起が形成されたピクセルにおける法線ベクト
ルと内線ベクトルとの関係を示す図である。

【図９】本発明の他の実施の形態例のバンプマップを説
明する為の描画処理部の構成を示す図である。

【図１０】図９における描画処理部内での画像処理フロ
ーを示すフローチャート図である。

【図１１】ＣＰＵがジオミトリ処理部に与えるデータの
構成例を示す図である。

【図１２】ジオミトリ処理部から塗りつぶし処理部１０
８に与えられるデータ１４２の構成例を示す図である。

【図１３】塗りつぶし処理部が生成するデータの構成例
を示す図である。

【図１４】バンプマップメモリ内のバンプデータの例を
示す図である。

【図１５】テクスチャマップメモリを利用した場合の画
像処理部の構成を示す図である。

【符号の説明】

３０ＣＰＵ３８記録媒体４０描画処理部５０フレームバッファメモリ６０Ｚ値バッファメモリ７０画像データ修正部１３８バンプマップメモリ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の表示画面に表示するための画像デー
タを生成する画像処理装置において、フレーム内のピクセル毎に少なくとも色データを含む画
像データを格納するフレームバッファメモリと、前記ピクセル毎に前記表示画面内の奥行きを示すＺ値デ
ータを格納するＺ値バッファメモリと、前記ピクセル毎の前記画像データとＺ値データを生成す
る描画処理部と、前記表示画面の走査位置に対応する表示ピクセルの法線
ベクトルを、当該表示ピクセルの前記表示画面上の表示
座標と前記Ｚ値データとその周囲のピクセルの前記表示
座標とＺ値データとから求め、前記表示ピクセルに対す
る光源からの光線ベクトルを求め、前記表示ピクセルの
前記画像データを前記法線ベクトルと光線ベクトルの内
積に従って修正する画像データ修正部とを有することを
特徴とする画像処理装置。
【請求項２】請求項１において、前記画像データ修正部は、前記表示ピクセルと該表示ピ
クセルに隣接する少なくとも２つのピクセルを含む平面
の法線ベクトルを、前記表示ピクセルの法線ベクトルと
して求めることを特徴とする画像処理装置。
【請求項３】所定の表示画面に表示するための画像デー
タを生成する画像処理装置において、フレーム内のピクセル毎に少なくとも色データを含む前
記画像データを格納するフレームバッファメモリと、前記ピクセル毎に前記表示画面内の奥行きを示すＺ値デ
ータを格納するＺ値バッファメモリと、ポリゴンのデータを与えられ、該ポリゴン内の前記ピク
セルについて、前記表示画面の手前側に位置するピクセ
ルの前記画像データとＺ値データを生成して前記フレー
ムバッファメモリ及びＺ値バッファメモリに記録する描
画処理部と、前記ポリゴン内の凹凸を示すバンプデータを格納するバ
ンプバッファメモリとを有し、前記描画処理部は、前記バンプバッファメモリ内のバン
プデータに従って、前記ピクセルのＺ値を修正すること
を特徴とする画像処理装置。
【請求項４】請求項３において、更に、前記表示画面の走査位置に対応する表示ピクセル
の法線ベクトルを、当該表示ピクセルの前記表示画面上
の表示座標と前記Ｚ値データとその周囲のピクセルの前
記表示座標とＺ値データとから求め、前記表示ピクセル
に対する光源からの光線ベクトルを求め、前記表示ピク
セルの前記画像データを前記法線ベクトルと光線ベクト
ルの内積に従って修正する画像データ修正部を有する画
像処理装置。
【請求項５】請求項４において、前記画像データ修正部は、前記表示ピクセルと該表示ピ
クセルに隣接する少なくとも２つのピクセルを含む平面
の法線ベクトルを、前記表示ピクセルの法線ベクトルと
して求めることを特徴とする画像処理装置。
【請求項６】フレーム内のピクセル毎に少なくとも色デ
ータを含む画像データを格納するフレームバッファメモ
リと、前記ピクセル毎に前記表示画面内の奥行きを示す
Ｚ値データを格納するＺ値バッファメモリと、ポリゴン
のデータを与えられ、該ポリゴン内の前記ピクセルにつ
いて表示画面の手前側に位置するピクセルの前記画像デ
ータとＺ値データを生成して前記フレームバッファメモ
リ及びＺ値バッファメモリに記録する描画処理部とを有
する画像処理装置において利用されるバンプデータを記
録する記録媒体において、前記バンプデータは、前記ポリゴン内の凹凸に対応する
Ｚ値修正データを所定の密度の単位領域毎に有し、前記
描画処理部が前記ポリゴン内のピクセル毎に生成したＺ
値データを前記バンプデータの該Ｚ値修正データから求
められる該ピクセル毎のＺ値修正値により修正する様
に、前記バンプデータが利用されることを特徴とするバ
ンプデータを記録した記録媒体。
【請求項７】請求項６において、前記画像処理装置は、更に、前記表示画面の走査位置に
対応する表示ピクセルの法線ベクトルを、当該表示ピク
セルの前記表示画面上の表示座標と前記Ｚ値データとそ
の周囲のピクセルの前記表示座標とＺ値データとから求
め、前記表示ピクセルに対する光源からの光線ベクトル
を求め、前記表示ピクセルの前記画像データを前記法線
ベクトルと光線ベクトルの内積に従って修正する画像デ
ータ修正部を有することを特徴とするバンプデータを記
録した記録媒体。