JPH1125286A

JPH1125286A - 付影処理方法

Info

Publication number: JPH1125286A
Application number: JP17943397A
Authority: JP
Inventors: Hiroyasu Negishi; 博康根岸; Masatoshi Kameyama; 正俊亀山
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1997-07-04
Filing date: 1997-07-04
Publication date: 1999-01-29

Abstract

(57)【要約】【課題】高速な付影処理を実現することのできる付影
処理方法を得る。【解決手段】被付影要素を表示画面上に描画するピク
セルについての表示画面上での多次元位置情報及び描画
対象である旨の情報をメモリに記憶する第１の工程と、
付影要素の予め定められた点を通る仮想光線及び被付影
要素を含む面を求める第２の工程と、仮想光線及び面に
基づいて予め定められた点が被付影要素を含む面上に投
影された点を求める第３の工程と、面上に投影された各
点で定められ付影要素に対応した領域に相当するピクセ
ルについての表示画面上での多次元位置情報及び投影さ
れる影である旨の情報を定める第４の工程と、描画対象
である旨の情報がメモリに記憶されたピクセルのうち、
投影された影である旨の情報が定められたピクセルにつ
いて、そのピクセルを付影対象として表示画面上に影を
描画する第５の工程とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はいわゆる多次元
（例えば、３次元）コンピュータグラフィックスのの技
術に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１６〜１９は特開平６−７６０７４号
公報に掲載された従来の画像表示装置及び方法の説明図
である。図１６には建物Ｂ１とＢ２が地面Ｅ上に建って
いる状態が示され、光源Ｐからの光により建物Ｂ１の図
中左側面（面１）が影を発生する。この場合、発生する
影としては地面Ｅ（面２）上に投影される影２と、建物
Ｂ２の図中右側面の面３に投影される影３がある。

【０００３】図示しない演算装置は、図示しないグラフ
ィックメモリに予め記憶され図１６に示す画像を表示す
るための画像データから、光源Ｐ、建物Ｂ１、Ｂ２、地
面Ｅの各座標を読み取り、図示しないＣＰＵメモリに記
憶させる。そして、必要に応じてこれら座標に基づいて
影２及び影３の座標を演算により求める。

【０００４】即ち、影２の座標は、光源Ｐと面１の頂点
を結んで得られる直線が、地面Ｅ（面２）と交わる点に
基づいて求められる。しかし、影２は面２を越える範囲
にも形成される。

【０００５】そこで、図１７に示すように、演算装置
は、面２と同一平面上の地面Ｅに形成される影２（図１
７中、ａ、ｂ、ｅ、ｆで囲まれる範囲）のうち、面２を
越える範囲（図１７中、ａ、ｂ、ｃ、ｄで囲まれる範
囲）をクリップ処理により削除する。

【０００６】その結果、演算装置は図１７中、ｃ、ｅ、
ｆ、ｄで囲まれる範囲のみを抽出して表示される影のデ
ータとしてグラフィックメモリに書き込む。

【０００７】一方、面１の影は、面３では図１８に示す
ように投影される。即ち、光源Ｐと面１の各頂点を結ぶ
直線が、面３を含んで面３を拡大した平面と交わる点か
ら影３の座標が求められる。

【０００８】即ち、影３は、図１８中、ｏ、ｐ、ｑ、ｒ
で示す範囲の影となる。そこで、演算装置は影３のう
ち、図１８中、ｊ、ｋ、ｍ、ｎで囲まれる範囲のみをク
リップ処理により抽出する。クリップ処理については後
述する。

【０００９】このようにして、図示しない表示装置に
は、面２については、ｃ、ｅ、ｆ、ｄで囲まれる範囲の
影が、また面３については、ｊ、ｋ、ｍ、ｎで囲まれる
範囲の影がそれぞれ表示される。

【００１０】演算装置が行う以上の画像処理の動作を図
１９に示すフローチャートに基づいて説明する。

【００１１】最初に演算装置は光源Ｐの座標と、光源Ｐ
からの光により影を発生する面１の頂点座標を求める
（ステップＳ１）。次に、演算装置は面１の影が投影さ
れる面２（この場合、地面Ｅ）の頂点座標を求める（ス
テップＳ２）。

【００１２】次に、演算装置はステップＳ１とステップ
Ｓ２で得た光源Ｐ、面１の座標より、ステップＳ２で得
た面２の上に投影される影２の座標を生成する（ステッ
プＳ３）。

【００１３】さらに、演算装置はステップＳ３で生成さ
れた影ポリゴンを面２上でクリップする（ステップＳ
４）。即ち、地面Ｅのうち、面２を越える範囲に投影さ
れている影ポリゴンを削除する。そして、演算装置はス
テップＳ４でクリップした影ポリゴンを表示装置５の面
２上に表示する（ステップＳ５）。

【００１４】次に、演算装置は面１の影が投影される他
の面２（図１６中、面３）があるか否かを判定する（ス
テップＳ６）。面１の影が投影される面が他にもある場
合は（ステップＳ６で「ある」）、ステップＳ２に戻
り、演算装置はそれ以降の処理を繰り返し行う。影を発
生する面が他に存在しないと判定された場合は（ステッ
プＳ７で「ない」）、処理を終了する。

【００１５】なお、従来の付勢処理としては、いわゆる
クリップ処理が行われている。ここで、クリップ処理と
は、一言でいうとある座標中にウィンドウを指定し、そ
のウィンドウ内を可視部分とする場合に、点、線分、多
角形、各種の線、文字等の図形の各要素を可視部分と不
可視部分とに分割し、後者を除去する方法をいう。

【００１６】次に、図１７を参照してクリップ処理を具
体的に説明する。例えば、面２（ＡＢＣＤ）に影ポリゴ
ン２（ａｂｅｆ）が投影された場合に、影ポリゴン２が
面２と交わる部分を計算して求める。即ち、面２の線分
ＡＢと影ポリゴン２が交わるか調べ、面２の線分ＢＤと
影ポリゴン２が交わるか調べ、面２の線分ＤＣと影ポリ
ゴン２が交わるか調べ、面２の線分ＣＡと影ポリゴン２
が交わるか調べる。

【００１７】もし、交わっている場合には面２内に含ま
れる影ポリゴン２を計算する。図１７の場合は、影ポリ
ゴン２は面２の線分ＣＡと交わっているので、影ポリゴ
ン２の線分ｂｅと線分ＣＡとの交点ｃ、影ポリゴン２の
線分ｆａと線分ＣＡとの交点ｄを計算し、影ポリゴン
（ｄｃｅｆ）が抽出される。

【００１８】そして、面２上には影ポリゴン（ｄｃｅ
ｆ）が影として描画される。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
画像表示方法では、投影面に投影された物体の影となる
影から描画のための所望の範囲の影を抽出する（付勢処
理をする）には、上述のように計算量の多い処理が必要
であり、このため処理速度の高速化が図れないという問
題があった。

【００２０】この発明は係る問題点を解消するためにな
されたもので、高速な付影処理を実現することのできる
付影処理方法を得ることを目的としている。

【００２１】

【課題を解決するための手段】この発明にかかる付影処
理方法は、被付影要素を表示画面上に描画するピクセル
についての表示画面上での多次元位置情報及び描画対象
である旨の情報をメモリに記憶する第１の工程と、付影
要素の予め定められた点を通る仮想照射光線及び被付影
要素を含む面を求める第２の工程と、仮想照射光線及び
面に基づいて予め定められた点が被付影要素を含む面上
に投影された点を求める第３の工程と、面上に投影され
た各点で定められ付影要素に対応した領域に相当するピ
クセルについての表示画面上での多次元位置情報及び投
影される影である旨の情報を定める第４の工程と、描画
対象である旨の情報が第１の工程でメモリに記憶された
ピクセルのうち、投影された影である旨の情報が第４の
工程で定められたピクセルについて、そのピクセルを付
影対象として表示画面上に影を描画する第５の工程とを
備えたものである。

【００２２】また、被付影要素は、複数とし、第１から
第５の工程は、被付影要素毎に行うものである。

【００２３】また、第１の工程は、複数の被付影要素に
ついて記憶し、第２から第５の工程は、被付影要素毎に
行うものである。

【００２４】また、付影要素は、イメージデータからな
るものである。

【００２５】また、第５の工程は、付影対象とされたピ
クセルについて、投影された影での表示画面上の奥行き
座標の大きさを、メモリに記憶された表示画面上の奥行
き座標の大きさより小さくするものである。

【００２６】また、第５の工程は、描画される影の色
を、被付影要素を描画するピクセルの色に基づいて決定
するものである。

【００２７】また、第５の工程は、描画される影の色
を、描画される仮想照射光線の色に基づいて決定するも
のである。

【００２８】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．実施の形態１にかかわらず、この発明で
は画面上の各ピクセル（即ち、画面上の１ドット）に対
して、そのピクセルが影が投影される面を表わす領域を
描画するピクセルであるか否かをステンシル値を用いて
示し、さらにそれらピクセル毎のステンシル値を記憶す
るいわゆるステンシルバッファを用意する。

【００２９】ここで、ステンシル値とは、ピクセル毎に
画面上の位置を示す２次元表現（デバイス座標系）の座
標データとしてＸ、Ｙデータが、また画面上でいわゆる
立体的な奥行きを表現するためのデバイス座標系でのZ
データが、さらに色データとしてＲ、Ｇ、Ｂデータがそ
れぞれ与えられているように、影が投影される面を表わ
す領域を描画するピクセルであるか否かを示すピクセル
毎に定めた例えば８ビット程度の値である。

【００３０】そして、それら各ピクセルについて、前述
した座標位置データ（Ｘ、Ｙデータ）及びＲ、Ｇ、Ｂデ
ータがフレームバッファに、また前述したZデータがZバ
ッファにそれぞれ記憶されるように、ステンシル値は図
１に模式的に示すステンシルバッファに記憶されるよう
になっている。

【００３１】後述するように、ステンシル値はいわゆる
マスク処理に用いられ、これから描画しようとするピク
セルのステンシル値と既にステンシルバッファに書き込
まれているそのピクセルのステンシル値とを比較するス
テンシルテストを行い、さらにこれから描画しようとす
るピクセルのデバイス座標系でのＺデータと既にＺバッ
ファに書き込まれているそのピクセルのデバイス座標系
でのＺデータとを比較し、両比較の結果、いわゆるマス
ク条件を満たした場合にのみ、これから描画しようとす
るピクセルによってその領域は描画される（マスクされ
る）。

【００３２】次に、実施の形態１に係る付影処理方法を
図２及び図３に従って説明する。図２は、付影要素とし
ての影を投影するプリミティブ（プリミティブとは、
線、点、多角形等の図形構成要素の総称をいう）１０に
平行光源から平行光線が照射された結果、被付影要素と
しての影が投影されるプリミティブ２０を含む平面上に
影プリミティブが生成されている様子を示している。

【００３３】実施の形態１に係る付影処理方法はこのよ
うな付影処理を高速に行う。その手順を図３に従って説
明すると、始めに、各ピクセルに対するステンシル値を
初期値（例えば０）にしてステンシルバッファを初期化
する（ステップＳ１）。

【００３４】次に、影が投影されるプリミティブ２０を
表わす領域を描画する各ピクセルについて、画面上での
２次元平面（デバイス座標系での）の座標位置データ
（Ｘ、Ｙデータ）及びＲ、Ｇ、Ｂデータをフレームバッ
ファに保持させる（即ち、フレームバッファに影が投影
されるプリミティブ２０を描画する）と共に、それらピ
クセルのステンシル値を初期値以外の値（例えば１）に
して（それらピクセルが影が投影されるプリミティブ２
０を表わす領域を描画するピクセルであることを示し
て）、ステンシルバッファに記憶する（ステンシル値＝
（初期値０）の領域とステンシル値＝（初期値以外の
値、例えば１）の領域とをステンシルバッファに描画す
る）（ステップＳ２）。

【００３５】一方、表示画面上での奥行き座標としての
各ピクセルのZデータ（デバイス座標系でのＺ座標の
値）についても、Zバッファにそれぞれ保持させる。

【００３６】尚、以後の説明でも同様のことであるが、
これらフレームバッファ及びＺバッファへの各ピクセル
のデータの記憶にあたっては、空間内の多次元座標系と
しての例えば３次元座標系（モデリング座標系）での座
標値から画面上での２次元平面での座標位置データ
（Ｘ，Ｙデータ）及びＺデータ（共にデバイス座標系で
のデータ）への変換がその都度公知の技術によりなされ
るものとする。以上の処理を行うことで後述する付影処
理を行うための前準備が完了する。

【００３７】次に、多次元座標系としての例えば３次元
座標系（モデリング座標系）における影が投影されるプ
リミティブ２０を含む平面の平面方程式をその平面の法
線ベクトル（この法線ベクトルは影が投影されるプリミ
ティブ２０の各頂点座標に基づいて求めることができ
る）に基づいて求める（ステップＳ３）。

【００３８】例えば影が投影されるプリミティブ２０を
含む平面の法線ベクトルを（Ａ，Ｂ，Ｃ）、影が投影さ
れるプリミティブ２０の平面上のある１点の座標を多次
元座標系としての例えば３次元座標系（モデリング座標
系）において（ｘ₁，ｙ₁，ｚ₁）とすると、その平面方
程式は、Ａ（ｘ−ｘ₁）＋Ｂ（ｙ−ｙ₁）＋Ｃ（ｚ−ｚ₁）＝０・・・（１）で表わされる。

【００３９】さらに、影と投影するプリミティブ１０の
各頂点について以下に示すステップＳ４からステップＳ
７に示す処理を順に行う。

【００４０】始めに、平行光源の照射方向を方向ベクト
ルとして影と投影するプリミティブ１０の頂点を通る照
射光の直線方程式を求める（ステップＳ４）。

【００４１】例えば、平行光源からの照射光の照射方向
の方向ベクトルを（ａ，ｂ，ｃ）、影と投影するプリミ
ティブ１０の着目する頂点を（ｘ_a，ｙ_a，ｚ_a）とする
と、点（ｘ_a，ｙ_a，ｚ_a）を通る照射光の直線方程式
は、（ｘ−ｘ_a）／ａ＝（ｙ−ｙ_a）／ｂ＝（ｚ−ｚ_a）／ｃ＝ｔ・・・（２）で表される。

【００４２】次に、式（１）の平面方程式と式（２）の
照射光の直線方程式とに基づいて、影と投影するプリミ
ティブ１０の着目する頂点（ｘ_a，ｙ_a，ｚ_a）を、その
照射光に基づいて影が投影されるプリミティブ２０を含
む平面上に投影するための影プリミティブ生成マトリッ
クスを求める（ステップＳ５）。

【００４３】点（ｘ_a，ｙ_a，ｚ_a）が影が投影されるプ
リミティブ２０を含む平面上に投影された点（Ｘ，Ｙ，
Ｚ）は、Ｚ＝０として式（１）と式（２）との連立方程
式を解くことにより求められ、その影プリミティブ生成
マトリックスは式（３）で表わされる。

【００４４】

【数１】

【００４５】次に、影と投影するプリミティブ１０の着
目する頂点（ｘ_a，ｙ_a，ｚ_a）を、式（３）を用いて影
が投影されるプリミティブ２０を含む平面上に投影した
点（影プリミティブの頂点）を求める（ステップＳ
６）。

【００４６】影と投影するプリミティブ１０のある着目
する頂点に上述した処理を行った結果、まだ他に、影と
投影するプリミティブ１０に他の未処理の頂点があれば
（ステップＳ７でＹＥＳ）、ステップＳ４に戻って再び
上述した処理を繰り返す。

【００４７】このように影が投影されるプリミティブ２
０を含む平面上に投影された点は、３次元座標系（モデ
リング座標系）の表現形式で表わされているので、実際
に画面上に表示するために各種バッファに記憶するにあ
たっては、この点の座標値を実際に２次元平面上（デバ
イス座標系）に出力表示される２次元平面のＸ，Ｙデー
タ及び画面内での立体的な奥行きを示すＺデータにさら
に変換する必要があるが、その処理は前述した通りであ
る

【００４８】このようなステップＳ４からステップＳ７
に示す処理を影と投影するプリミティブ１０の各頂点に
対して順に行うことで、影と投影するプリミティブ１０
の各頂点が影が投影されるプリミティブ２０を含む平面
上に投影される点がそれぞれ求められる。

【００４９】そして、これら影が投影されるプリミティ
ブ２０を含む平面上に投影された頂点を順に結んだ線で
囲まれた領域が、影が投影されるプリミティブ２０を含
む平面上に投影される影プリミティブになる。

【００５０】そして、この影プリミティブを描画するこ
れらピクセルについては前述したように、その旨を示す
ステンシル値をそれぞれ与えておく。

【００５１】このようなステップＳ４からステップＳ７
に示す処理を影と投影するプリミティブ１０の全ての頂
点に対して行うと（ステップＳ７でＮＯ）、次に、この
ように影が投影されるプリミティブ２０を含む平面上に
投影された各頂点を画面上において順に結んで形成され
る領域（影プリミティブ）を描画する各ピクセルに関す
るステンシル値及びデバイス座標系でのＺデータを、前
述したように影が投影されるプリミティブ２０に対して
与えられた影が投影される領域を描画するピクセルであ
ることを示すステンシル値（初期値０とは異なる値、例
えば１）を記憶したステンシルバッファのデータ（各ピ
クセルのデータ）及び予めＺバッファに記憶されたその
ピクセルのデバイス座標系でのＺデータにそれぞれ照合
して、影が投影されるプリミティブ２０上にのみ描画さ
れる影プリミティブを求める（ステップＳ８）。

【００５２】具体的には、影が投影されるプリミティブ
２０を含む平面上に投影された各頂点を順に結んで形成
される領域（影プリミティブ）内にあるピクセルのステ
ンシル値を例えば１とし、これらピクセルと影が投影さ
れるプリミティブ２０における先にステンシルバッファ
に記憶されたピクセルとを、対応するピクセルのステン
シル値同士の比較を行うステンシルテストを行い、さら
にステンシル値が一致（ステンシルテストに合格）した
対応するピクセル同士について、影プリミティブでのデ
バイス座標系でのＺデータと影が投影されるプリミティ
ブ２０でのすでにＺバッファ内に記憶されたデバイス座
標系でのＺデータとの比較を行い、Ｚデータが小さい方
のプリミティブを描画の対象とする。

【００５３】このようなステンシルテスト及びデバイス
座標系でのＺデータとの比較結果に基づいて、フレーム
バッファ内のそのピクセルを予め指定された影の色で描
画することで付影を実現する。

【００５４】これにより影が投影されるプリミティブ２
０と影プリミティブとが重ならない部分がマスクされ
（影が描画されず）、影が投影されるプリミティブ２０
と影プリミティブとが重なる部分のみが影として描画さ
れる。

【００５５】従って、上記実施の形態１によれば、ステ
ンシル値の比較及びデバイス座標系でのＺデータの比較
に基づいて影が投影されるプリミティブ２０と影プリミ
ティブとが重なる部分にのみ影を描画する（ステンシル
バッファを用いたマスク処理を行う）ことで、従来のよ
うなクリップ処理が排除されて高速な付影処理が可能に
なる。

【００５６】実施の形態２．実施の形態１では影を生成
する光線は平行光源から影と投影するプリミティブ１０
に向けて平行に照射される光線であったが、光線は図４
に示すように点光源から放射状に照射される光線として
もよい。

【００５７】この場合、影と投影するプリミティブ１０
の頂点毎に照射光の照射方向、即ち照射光の直線方程式
の方向ベクトルが異なるから、影と投影するプリミティ
ブ１０の頂点を影が投影されるプリミティブを含む平面
上に投影するための影プリミティブ生成マトリックス
も、その頂点毎に異なる。

【００５８】従って、実施の形態１に示した先のステッ
プＳ４では、点光源から影と投影するプリミティブ１０
の頂点を通る照射光の直線方程式を、頂点毎に異なる方
向ベクトルに基づいて頂点毎に求める。

【００５９】即ち、点光源から影と投影するプリミティ
ブ１０の着目する頂点へのベクトルをその着目する頂点
の方向ベクトルとし、その方向ベクトルに基づいてその
着目する頂点についての照射光の直線方程式を求める、
という処理を影と投影するプリミティブ１０の頂点毎に
行う。

【００６０】例えば、点光源の位置を（ａ，ｂ，ｃ）、
その着目する頂点の位置を（ｘ_a，ｙ_a，ｚ_a）とすれば
それら両点を通るその照射光の直線方程式は、

【００６１】（ｘ−ｘ_a）／（ｘ_a−ａ）＝（ｙ−ｙ_a）／（ｙ_a−ｂ）＝（ｚ−ｚ_a）／（ｚ_a−ｃ）＝ｔ・・・（４）となる。

【００６２】従って、実施の形態１に示した先のステッ
プＳ５では式（１）の平面方程式及び影と投影するプリ
ミティブ１０の着目する頂点毎に上述のように求めた式
（４）の照射光の直線方程式に基づいて、その着目する
頂点（ｘ_a，ｙ_a，ｚ_a）を影が投影されるプリミティブ
２０を含む平面上の点に変換するため、以下の式（５）
に示すような影プリミティブ生成マトリックスが求めら
れる。

【００６３】

【数２】

【００６４】このように、影と投影するプリミティブ１
０の各頂点について上述した処理を行うことにより、光
源が点光源である場合に影と投影するプリミティブ１０
の各頂点をそれぞれ影が投影されるプリミティブ２０を
含む平面上に投影する各頂点毎の影プリミティブ生成マ
トリックスがそれぞれ求まる。

【００６５】以後、実施の形態１と同様な処理を行うこ
とにより（式（３）の代わりに式（５）を用いて）、光
源が点光源である場合でも、結果として影が投影される
プリミティブ２０と影プリミティブが重ならない部分が
マスクされ（描画されず）、影が投影されるプリミティ
ブ２０と影プリミティブとが重なる部分のみを描画すべ
き影として得ることができる。

【００６６】従って、上記実施の形態２によれば、ステ
ンシル値の比較及びデバイス座標系でのＺデータの比較
に基づいて影が投影されるプリミティブ２０と影プリミ
ティブとが重なる部分にのみ影を描画する（ステンシル
バッファを用いたマスク処理を行う）ことで、クリップ
処理が排除されて高速な付影処理が可能になる。

【００６７】実施の形態３．実施の形態１、２では、影
が投影されるプリミティブが１つである場合を説明した
が、影が投影されるプリミティブは１つに限らず複数の
場合もある。この場合、以下に説明するように影が投影
されるプリミティブに影プリミティブを生成することが
できる。

【００６８】尚、以下の説明では光源は平行光源の場合
を例にとって説明しているが、点光源の場合であっても
同様な手順で生成することができる。

【００６９】例えば、図５に示すような場合では、影プ
リミティブは影が投影されるプリミティブ２１〜２３に
対して生成され、図６〜図８の場合に分けてそれぞれ順
に影プリミティブを生成すればよい。その手順は図９に
示すものである。

【００７０】始めに図６に示す影が投影されるプリミテ
ィブ２１に対して前述した実施の形態１の場合と同様な
手順で影プリミティブを生成する。そして、その後ステ
ップＳ９においてまだ未処理の影が投影されるプリミテ
ィブが残されているか否かを調べる。

【００７１】この場合、影が投影されるプリミティブ２
２、２３がまだ未処理で残されているので、ステップ１
に戻り、次に図７に示す影が投影されるプリミティブ２
０２に対して前述した実施の形態１の場合と同様な手順
で影プリミティブを生成する。

【００７２】そして、その後再びステップＳ９において
まだ未処理の影が投影されるプリミティブが残されてい
るか否かを調べる。

【００７３】この場合、影が投影されるプリミティブ２
３がまだ未処理で残されているので、ステップ１に戻
り、次に図８に示す影が投影されるプリミティブ２３に
対して前述した実施の形態１の場合と同様な手順で影プ
リミティブを生成する。

【００７４】そして、その後再びステップＳ９において
まだ未処理の影が投影されるプリミティブが残されてい
るか否かを調べる。まだ未処理の影が投影されるプリミ
ティブはもう残されていないので影プリミティブを生成
の処理は全て終了する。

【００７５】従って、上記実施の形態３によれば、ステ
ンシル値の比較及びデバイス座標系でのＺデータの比較
に基づいて影が投影されるプリミティブ２０と影プリミ
ティブとが重なる部分にのみ影を描画する（ステンシル
バッファを用いたマスク処理を行う）ことで、クリップ
処理が排除されて高速な付影処理が可能になる。

【００７６】実施の形態４．上述した実施の形態３で
は、処理の対象とする影が投影されるプリミティブに対
して影プリミティブを生成する度にステンシルバッファ
を初期化して、影が投影されるプリミティブ毎にステン
シル値を新たに書き込んで更新している。

【００７７】しかし、画面上では影が投影されるプリミ
ティブはそれぞれ異なる位置にあって描画の際に重なる
ことはないので、影が投影されるプリミティブ２０１〜
２３に互いに異なるステンシル値をそれぞれ与えてそれ
らを１つのステンシルバッファに書き込んでステンシル
値毎に（影が投影されるプリミティブ毎に）順に影プリ
ミティブを生成するようにしてもよい。

【００７８】そこで、実施の形態４では、以下に説明す
るような図１０に示す手順で影プリミティブをそれぞれ
生成する。

【００７９】始めに、各ピクセルに対するステンシル値
を初期値（例えば０）にしてステンシルバッファを初期
化する（ステップＳ１）。

【００８０】次に、影が投影されるプリミティブ２０１
〜２３をそれぞれ構成するピクセルについて、影が投影
されるプリミティブ毎に互いに異なる初期値以外のステ
ンシル値をそれぞれ指定して前述した諸データと共にフ
レームバッファに記憶保持させる（フレームバッファに
影が投影されるプリミティブそれぞれを描画する）（ス
テップＳ２１）。

【００８１】例えば、この場合は図１１に示すように、
ステンシルバッファを初期値化するステンシル値を０と
して、影が投影されるプリミティブ２０１を構成するピ
クセルであることを示すステンシル値を１、影が投影さ
れるプリミティブ２０２を構成するピクセルであること
を示すステンシル値を２、影が投影されるプリミティブ
２０３を構成するピクセルであることを示すステンシル
値を３としてステンシルバッファにそれぞれ定める。

【００８２】ステップＳ２１以降の処理（ステップＳ３
〜ステップＳ９）は前述した実施の形態１と同様であ
り、ステップＳ９において未処理の影が投影されるプリ
ミティブが残されていると判断された場合は（ステップ
Ｓ９でＹＥＳ）、ステップＳ３に戻って前述した実施の
形態と同様に処理を行う。

【００８３】このようにして未処理の影が投影されるプ
リミティブ毎に（ステンシル値毎に）影プリミティブを
生成し付影処理を行う。

【００８４】従って、上記実施の形態４によれば、ステ
ンシル値の比較及びデバイス座標系でのＺデータの比較
に基づいて影が投影されるプリミティブ２０と影プリミ
ティブとが重なる部分にのみ影を描画する（ステンシル
バッファを用いたマスク処理を行う）ことで、クリップ
処理が排除されて高速な付影処理が可能になる。

【００８５】さらに、各影が投影されるプリミティブに
影プリミティブを生成する毎にステンシルバッファを初
期化して新たな影が投影されるプリミティブを構成する
ピクセルの情報を書き込むという処理が排除されるの
で、影が投影されるプリミティブが複数ある場合であっ
ても、これらの影が投影されるプリミティブに対して影
プリミティブを生成する付影処理を高速に行うことがで
きる。

【００８６】実施の形態６．上述した実施の形態におい
て、影を投影するプリミティブをテクスチャ（いわゆる
イメージデータ）としても付影処理を行うことができ
る。

【００８７】尚、以下の説明では光源は平行光源の場合
を例にとって説明しているが、点光源の場合であっても
同様な手順で生成することができる。

【００８８】図１２は、実施の形態６に係る付影処理方
法の説明図であって、透明なイメージと樹木の形をした
影を投影するプリミティブとからなるテクスチャ（イメ
ージ画像）に基づいて、平行光線が樹木の形をした影プ
リミティブを影が投影されるプリミティブの上に生成す
る様子を示している。

【００８９】この場合、入力されたテクスチャではその
入力の際にテクスチャを構成する各ドットに透過度の度
合い（いわゆる透明なイメージであるか否か）を示すい
わゆるα値が設定され、このα値は、α＝０の場合に最
も透過度が高くなり（透明なイメージとなり）、α＝１
の場合に実像となるプリミティブがあることを示す。

【００９０】尚、入力されたテクスチャのステンシル値
については、テクスチャの入力段階においてα＝０の領
域のピクセルについては０に、α＝１の領域のピクセル
については１にそれぞれ定める。

【００９１】実施の形態６に係る付影方法は概ね実施の
形態１に係る付影方法と同様であり、図１３に示すよう
に、ステップＳ６において、イメージ入力したテクスチ
ャの各頂点を実施の形態１と同様に式（３）に示した影
プリミティブ生成マトリックスを用いて影が投影される
プリミティブの上に投影される頂点を求める。

【００９２】ここでは、図１２に示すように、テクスチ
ャは平行光線に基づいて縦長（この樹木の倒立方向）に
引き伸ばされる。次に、このテクスチャの全ての頂点を
影が投影されるプリミティブの上に投影した後（ステッ
プＳ７でＮＯ）、投影前のイメージ入力された状態での
テクスチャの大きさ及び投影後の各頂点の座標に基づい
て、その縦長に引き伸ばされた方向への拡大率を求める
（ステップＳ１１）。

【００９３】次に、この拡大率に基づいて、入力された
イメージの各ドットから影が投影されるプリミティブの
上に投影される頂点間のピクセルの諸データを求める
（ステップＳ１２）。

【００９４】例えば、図１２において樹木が倒立したイ
メージを含むテクスチャが１００ドット×１００ドット
で構成され、影が投影されるプリミティブを含む平面上
に投影されたイメージの領域が２００ドット（樹木の倒
立方向）×１００ドット（樹木の倒立方向とは垂直な方
向）で構成された場合、この投影された影プリミティブ
の頂点間の各ピクセルの諸データは、テクスチャの投影
された頂点間の点に対応する位置のドットをこの拡大率
を用いて補間して得られた位置のドットのＲ、Ｇ、Ｂデ
ータやＺデータやステンシル値等の諸データを採用する
ことで決定する。

【００９５】このようにして得られた投影後のテクスチ
ャに基づいて、以後ステップＳ８に示すようにステンシ
ルテスト及びＺデータのテストを行って、影が投影され
るプリミティブ２０上にのみ描画される影プリミティブ
を求める（ステップＳ８）。

【００９６】従って、上記実施の形態５によれば、ステ
ンシル値の比較及びデバイス座標系でのＺデータの比較
に基づいて影が投影されるプリミティブ２０と影プリミ
ティブとが重なる部分にのみ影を描画する（ステンシル
バッファを用いたマスク処理を行う）ことで、クリップ
処理が排除されて高速な付影処理が可能になる。

【００９７】また、複雑な形状を有する影を投影するプ
リミティブを含んだテクスチャを採用している場合であ
っても、このプリミティブに合わせた複雑な形状を有す
る影を付することができ、複雑な形状を有するイメージ
に基づいた付影処理が可能になる。

【００９８】実施の形態６．上述した実施の形態、例え
ば実施の形態１では、ステップＳ８でのデバイス座標系
でのＺデータの比較の結果、既に描画された影が投影さ
れるプリミティブ２０上に影プリミティブを描画しよう
とする場合に、影プリミティブでのピクセルのデバイス
座標系でのＺ値が影が投影されるプリミティブでのその
ピクセルと対応するピクセルのデバイス座標系でのＺデ
ータと等しいか又は小さければ、本来、既に描画されて
いる影が投影されるプリミティブ上に後から描画される
べき影プリミティブは視点からは手前にあるものとして
必ず描画されるはずである。

【００９９】しかし、プリミティブの輪郭上の頂点が求
まると、そのプリミティブ内部（即ち、頂点と頂点との
間）のピクセルのＺデータは、それら頂点に基づいた補
間によって求められた近似値である。

【０１００】従って、算出された補間値同士の比較結果
によっては、既に描画されている影が投影されるプリミ
ティブ上に後から描画されるべき影プリミティブが描画
されず、影が投影されるプリミティブのままの部分が発
生する場合がある。

【０１０１】例えば、図１４に示すように、影が投影さ
れるプリミティブの頂点を点Ａ（０，０，０）、Ｂ
（０，９，３）とし、後から描画されるべき影プリミテ
ィブの頂点をＣ（０，３，１）、Ｄ（０，６，２）とす
る。

【０１０２】この場合、影が投影されるプリミティブで
は線分ＡＢ間の各ピクセルのデバイス座標系でのＺデー
タは点Ａ及びＢのデバイス座標系でのＺデータからの補
間で求めるため、ｄｚ＝３／９≒０．３３（２点間の距
離を描画するピクセル間隔の数で割ったもの）を点Ａの
デバイス座標系でのＺデータに徐々に加算することで求
める。従って、線分ＡＢ間にある点Ｃのデバイス座標系
でのＺデータは０．９９、点Ｄのデバイス座標系でのＺ
データは１．９８になる。

【０１０３】また、影プリミティブでは線分ＣＤ間の各
ピクセルのデバイス座標系でのＺデータは影プリミティ
ブの頂点をなす点Ｃ及びＤのデバイス座標系でのＺデー
タからの補間で求めるため、ｄｚ＝１／３≒０．３３
（２点間の距離を描画するピクセル間隔の数で割ったも
の）を点Ｃのデバイス座標系でのＺデータに徐々に加算
することで求める。

【０１０４】ここで、影プリミティブでの線分ＣＤ間の
ピクセルのデバイス座標系でのＺデータについては、影
が投影されるプリミティブでのその対応するピクセルの
デバイス座標系でのＺデータよりいずれも小さい。

【０１０５】従って、影が投影されるプリミティブ上に
後から影プリミティブを描画しようとしても、影が投影
されるプリミティブがそのまま残って影プリミティブが
表示されない場合が生じる。

【０１０６】そこで、実施の形態６では影プリミティブ
が影が投影されるプリミティブ上に必ず描画されるよう
に、例えば、実施の形態１を例にとると、ステップＳ８
の前の段階として、図１５に示すように新たにステップ
Ｓ１０を設ける。

【０１０７】そして、ピクセル同士のデバイス座標系で
のＺデータの比較を行う前に生成された影プリミティブ
の頂点のデバイス座標系でのＺ値を微少量小さくし、対
応するピクセルのデバイス座標系でのＺデータについ
て、影プリミティブでの値が影が投影されるプリミティ
ブでの値より必ず小さくなるようにする。

【０１０８】ここで、この微少量はプリミティブを構成
するピクセルの数等に応じた適当な値を採用すればよ
い。

【０１０９】そして、その後、前述した場合と同様にス
テップＳ８において、影が投影されるプリミティブ２０
を含む平面上に投影された各頂点から形成される影プリ
ミティブを描画する各ピクセルのステンシル値及びデバ
イス座標系でのＺデータを、前述したように影が投影さ
れるプリミティブ２０に対して与えられたステンシルバ
ッファに記憶されたそのピクセルのステンシル値及びＺ
バッファに記憶されたそのピクセルのデバイス座標系で
のＺデータにそれぞれ照合（比較）して、影が投影され
るプリミティブ２０上にのみ描画される影プリミティブ
を求める。

【０１１０】従って、上記実施の形態６によれば、ステ
ンシル値の比較及びデバイス座標系でのＺデータの比較
に基づいて影が投影されるプリミティブ２０と影プリミ
ティブとが重なる部分にのみ影を描画する（ステンシル
バッファを用いたマスク処理を行う）ことで、クリップ
処理が排除されて高速な付影処理が可能になる。

【０１１１】また、描画されるべき影プリミティブを既
に描画された影が投影されるプリミティブ上に描画する
場合に、既に描画されている影が投影されるプリミティ
ブ上に後から描画されるべき影プリミティブが描画され
ずに影が投影されるプリミティブのままの部分が発生す
る事態は排除され、その後から描画されるべき影プリミ
ティブはその影が投影されるプリミティブ上に必ず描画
される。

【０１１２】実施の形態７．影の色は一般に黒と考えら
れるが、影プリミティブの色は影が投影されるプリミテ
ィブの色の影響が残るように定めれば、現実感のあるリ
アルな付影表現を実現することができる。

【０１１３】画面上のピクセルの色はフレームバッファ
に記憶されたＲ、Ｇ、Ｂの各データによって決定される
ので、例えば、以下の式（６）に示すような影プリミテ
ィブの色と一般的な影の色（黒）との重み付けを行って
決定してもよい。

【０１１４】（影プリミティブの色）＝（影が投影される平面の色のＲ、Ｇ、Ｂの各データ）×（１−α）＋（影の色Ｒ、Ｇ、Ｂの各データ）（黒）×α （０＜α＜１）・・・（６）

【０１１５】ここで、αは前述したように、フレームバ
ッファに記憶され、ピクセルの透過度の度合い（いわゆ
る透明なイメージであるか否か）を示す値である。

【０１１６】従って、式（６）では影が投影されるプリ
ミティブを構成するピクセルの輝度に応じて黒色を反映
させて輝度を落とす（暗くする）ことで付影表現を実現
している。従って、上述した実施の形態中のステップＳ
８では、影プリミティブは式（６）に基づいて決定され
た色で描画すればよい。

【０１１７】また、影を発生させる光線に色を付した場
合では、その光線が影を投影するプリミティブによって
遮断されることを利用すれば、画面上では影プリミティ
ブの色はその光線の色が影を投影するプリミティブによ
って排除されることによって定まることから以下の式
（７）に基づいて決定することも可能である。

【０１１８】（影プリミティブの色）＝（影が投影されるプリミティブの色のＲ、Ｇ、Ｂの各データ） −（遮断される光の色のＲ、Ｇ、Ｂの各データ）・・・（７）

【０１１９】即ち、式（７）は、プリミティブに色を付
した光線が当てられると、光線が当てられたプリミティ
ブは元のプリミティブ自体の色と光線の色の両者の影響
を反映させた色を新たな色として描画することが考えら
れるが、逆に、プリミティブで光線が遮断された影プリ
ミティブになる部分はその新たな色とせずに、その新た
な色から光線の色を排除した色（元のプリミティブ自体
の色）であることを利用したものである。

【０１２０】従って、実施の形態７によれば、ステンシ
ル値の比較及びデバイス座標系でのＺデータの比較に基
づいて影が投影されるプリミティブ２０と影プリミティ
ブとが重なる部分にのみ影を描画する（ステンシルバッ
ファを用いたマスク処理を行う）ことで、クリップ処理
が排除されて高速な付影処理が可能になる。

【０１２１】また、影の色を影が投影されるプリミティ
ブの色の影響を及び光線の色の影響を反映させた色とし
て影を描画することでリアルな影を作ることができる。

【０１２２】

【発明の効果】従って、この発明によれば、上述のよう
な構成を備えたので、高速な付影処理を実現することの
できる付影処理方法を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態１に係る付影処理方法の説明図で
ある。

【図２】実施の形態１に係る付影処理方法の説明図で
ある。

【図３】実施の形態１に係る付影処理方法の説明図で
ある。

【図４】実施の形態１に係る付影処理方法の説明図で
ある。

【図５】実施の形態３に係る付影処理方法の説明図で
ある。

【図６】実施の形態３に係る付影処理方法の説明図で
ある。

【図７】実施の形態３に係る付影処理方法の説明図で
ある。

【図８】実施の形態３に係る付影処理方法の説明図で
ある。

【図９】実施の形態３に係る付影処理方法の説明図で
ある。

【図１０】実施の形態４に係る付影処理方法の説明図
である。

【図１１】実施の形態４に係る付影処理方法の説明図
である。

【図１２】実施の形態５に係る付影処理方法の説明図
である。

【図１３】実施の形態５に係る付影処理方法の説明図
である。

【図１４】実施の形態６に係る付影処理方法の説明図
である。

【図１５】実施の形態６に係る付影処理方法の説明図
である。

【図１６】従来の画像表示装置及び方法の説明図であ
る。

【図１７】従来の画像表示装置及び方法の説明図であ
る。

【図１８】従来の画像表示装置及び方法の説明図であ
る。

【図１９】従来の画像表示装置及び方法の説明図であ
る。

【符号の説明】

１０影を投影するプリミティブ、２０〜２３影が投
影されるプリミティブ、３０影を投影するプリミティ
ブ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】情報処理装置を用い仮想照射光線を付影
要素に照射した場合に被付影要素上に投影される該付影
要素の影を表示画面上に描画する付影処理方法におい
て、前記被付影要素を前記表示画面上に描画するピクセルに
ついての前記表示画面上での多次元位置情報及び描画対
象である旨の情報をメモリに記憶する第１の工程と、前記付影要素の予め定められた点を通る仮想照射光線及
び前記被付影要素を含む面を求める第２の工程と、前記仮想照射光線及び面に基づいて前記予め定められた
点が前記被付影要素を含む面上に投影された点を求める
第３の工程と、前記面上に投影された各点で定められ前記付影要素に対
応した領域に相当するピクセルについての前記表示画面
上での多次元位置情報及び投影される影である旨の情報
を定める第４の工程と、描画対象である旨の情報が前記第１の工程で前記メモリ
に記憶されたピクセルのうち、投影された影である旨の
情報が前記第４の工程で定められたピクセルについて、
そのピクセルを付影対象として前記表示画面上に影を描
画する第５の工程とを備えた付影処理方法。
【請求項２】被付影要素は、複数とし、第１から第５
の工程は、被付影要素毎に行うことを特徴とする請求項
１に記載の付影処理方法。
【請求項３】第１の工程は、複数の被付影要素につい
て記憶し、第２から第５の工程は、被付影要素毎に行う
ことを特徴とする請求項１に記載の付影処理方法。
【請求項４】付影要素は、イメージデータからなるこ
とを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の付影
処理方法。
【請求項５】第５の工程は、付影対象とされたピクセ
ルについて、投影された影での表示画面上の奥行き座標
の大きさを、メモリに記憶された前記表示画面上の奥行
き座標の大きさより小さくすることを特徴とする請求項
１乃至４のいずれかに記載の付影処理方法。
【請求項６】第５の工程は、描画される影の色を、被
付影要素を描画するピクセルの色に基づいて決定するこ
とを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の付影
処理方法。
【請求項７】第５の工程は、描画される影の色を、描
画される仮想照射光線の色に基づいて決定することを特
徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の付影処理方
法。