JPH11296157A - グラフィックス表示制御方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】アニメーション表示においてリアルタイム性を
保持するために図形の描画を省略するため、１つのシー
ンにおいてすべての図形を描画することができない場合
がある。 【解決手段】１つのシーンを描画する際に一定の時間を
区切りとして管理し、一定時間内に描画処理が終了しな
い図形の描画処理を取りやめることができ、その取りや
めた図形を識別できる情報を得ることができるようにし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、１秒間に３０回の
画面表示（シーン）を作成しアニメーション表示をする
ようなコンピュータグラフィックス分野において、特に
一定時間の中で描画処理を終了させる必要があるリアル
タイム表示の技術に係わる。

【０００２】

【従来の技術】コンピュータグラフィックスのリアルタ
イム表示とは描画する図形の位置や形を少しずつ移動ま
たは変更させながら、１秒の間に３０回以上の描画シー
ンを次々と生成することで、アニメーション表示を行う
よう制御することを言う。この場合１秒間に３０コマの
シーンを生成することを３０コマ／秒の描画能力を持つ
と呼ぶ。

【０００３】アニメーション表示を行う場合には、各コ
マ間の図形の変位を時間と関連付ける必要がある。図形
の「動き」を表現するには各コマ間の図形を少しずつ移
動または変形させることで行うが、図形の「動き」の単
位である速度は単位時間当たりの変位量を意味する。従
って、アニメーション表示で「動き」を定義するために
は、基準となる時間の単位が必要である。一定時間内の
シーンの数を一定に保つことすなわちコマとコマの切替
えに要する時間を一定にできれば、この切替え時間を単
位時間として図形の変位と関連付けることが可能とな
る。

【０００４】アニメーション表示でスムーズな「動き」
を表現するためにはコマの切替え時間をできるだけ短く
し、それに対応して図形の変位量を決める必要がある。
一般にアニメーション表示が可能とは、３０コマ／秒
（１秒間に３０コマのシーンを生成できる。コマとコマ
の切替え時間が１／３０秒。）もしくは６０コマ／秒を
実現できることを言う。

【０００５】これは、通常のディスプレイの表示性能
（リフレッシュ性能）が６０Ｈｚ（１／６０秒に１回の
リフレッシュが発生する）であるため、この時間の倍数
の中で描画処理を行いディスプレイの垂直帰線区間の中
でコマとコマの切り替えを行えばコマの切替え途中にお
いてディスプレイの水平スキャンとぶつからず、ちらつ
き表示が発生することがないということと、人間の目で
シーン間の動きがコマ送りのように不自然に見えない為
には３０コマ／秒以上の性能が必要であることによる。

【０００６】これまでのアニメーション表示におけるリ
アルタイム制御とは、３０コマ／秒または６０コマ／秒
を保つために次のような事を行っているだけであった。

【０００７】１).１シーンの図形描画処理を１／３０秒
以内（３０コマ／秒時）で終わらせることができるよう
描画する図形のデータ量を決める。

【０００８】２).シーンの描画を開始すると同時にタイ
マで時間を監視し１／３０秒が経過した時点で図形の描
画処理を中止し、このシーンを最後まで描画することな
しに、次のシーンの描画処理に移行する。

【０００９】この種の例としては、Lockheed Martin 社
の３Ｄグラフィックス装置である「REAL 3D PRO-1000」シ
リーズの解説書「Real 3D PRO-1000 Product Descriptio
n」の１９頁に述べられている。

【００１０】さらに、「特開平8−16810号公報：図形表
示制御方式」では、「描画する図形に優先度を付け、各
シーンの描画においては優先度の高いものから描画する
ことで描画が中止された場合でもなるべく影響範囲を小
さくする。」という方法についても述べられている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、リア
ルタイム性を保持するために図形の描画を犠牲にする場
合があった。すなわち、１／３０秒以内でシーンの描画
処理を終了させるために、時間内で描画の処理ができな
かった図形は省略して表示しないようにしていた。この
ため、シーンの一部の図形が欠落してしまい、場合によ
っては省略する図形があったりなかったりして図形が点
滅して見えてしまうこともあった。

【００１２】ところで、コンピュータグラフィックス表
示の品質を高いものにするためには、図形を構成するデ
ータ量も多くしなければならない。一般にデータ量が増
えると描画処理に要する時間は増えるため、リアルタイ
ム性の確保と表示の品質の間にはトレードオフが存在す
る。従って、リアルタイム性を確保して表示品質も高い
ものにするためには、一定時間内により多くの図形デー
タを処理できるような高性能な装置が必要となる。

【００１３】これまでは、アニメーション表示を行うた
めには、装置の性能を考慮しながらリアルタイム性を確
保できるように図形のデータ量を決めていた。すなわ
ち、できる限り表示の品質を高くしながら１／３０秒以
内で多くの図形を描画できるように図形のデータ量を調
整していた。しかし、この場合、全てのシーンにおいて
必ず１／３０秒以内で描画が完了するようなデータ量を
見積もることは難しく、ややもすれば１〜２ｍ秒の時間
の遅れが発生してしまう場合があった。

【００１４】例えばディスクアクセスや通信処理などの
ような図形の描画処理以外でグラフィックスシステムに
負荷が生じる場合がありうるからである。このような場
合はこれまでのアニメーション表示の制御方法では、１
シーンの中で最後の方に処理する図形は描画されない場
合が生じる。通常、図形データを処理する順序はシーン
毎でほとんど変化しないため、描画されずに省略される
図形はいつも同一のものとなり、ある時間帯（負荷がか
かっている間）では省略された図形は画面から消えてし
まう場合があった（問題点１）。

【００１５】また、消える図形が１つのシーンの中で重
要な意味を持つものであるとさらに不都合となる。例え
ば、１つのシーンに山と雲と多くの木が表示されている
場合などでは、木の１本が省略されても、木は通常画面
全体と比較して小さい図形であり余り気にならないが、
山が消えると表示が画面全体に関わるため、人間の目に
与える影響が大きくなる。

【００１６】この場合、図形の描画の順序に優先度を付
ける方法が従来技術としてあるが、アニメーション表示
の場合は図形の大きさや位置がシーンによって目まぐる
しく変わるため、優先度はシーンによって異なるものに
なってしまうことが多く、シーンに合わせて最適な優先
度を決定する必要があるにもかかわらず、動的に優先度
を変更する仕掛けがなかった（問題点２）。

【００１７】本発明の目的は、描画する図形に識別子を
付け、さらに１つのシーンの中で描画を省略された図形
の識別子を知る手段を設けることにより、省略された図
形を次のシーンで最初に描画することで一定の図形が画
面から消えないようにして上記（問題点１）を解決する
こと、及びシーンに現れる図形に対して表示優先順位を
動的に決定する手段を設け画面から消えると問題の生じ
る図形の優先度を動的に高い値に変更して優先度の高い
図形を先に描画することで、上記（問題点２）を解決す
ることであり、これによってアニメーションのリアルタ
イム表示をより正確にできるようにすることである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明では、上記目的を
達成するために描画する図形に識別子を付けておき、１
シーンの途中で描画を省略されてしまった図形の識別子
を問い合わせる手段を設けるようにした。これにより、
１つ前のシーンで省略された図形の識別子を知ることが
でき、これらの識別子を持った図形を次のシーンの最初
に描画することが可能となる。このためシーンの途中で
省略されてしまい描画されない図形が生じるような場合
でも連続したシーンにおいて続けて同一の図形が描画さ
れないという状況を無くすことができる。従って、アニ
メーション表示において一定の図形が消えてしまうこと
が無くなる。

【００１９】ここで、前回のシーンで省略された図形を
次のシーンで描画する際には「動き」を定義する要素の１
つである「時間」が進んでいるため図形の描画に関わる
座標変換処理や輝度計算処理は新しいシーンにおける変
換マトリクスや光源情報を使用しなければならない。

【００２０】よって「動き」を表す連続したシーンの中
で、１つ１つのシーンに着目してみると、あるシーンで
は図形の一部が抜けてしまう事に関しては従来技術と同
じあり、１回のシーンの描画に時間がかかり省略される
図形の数が多くなると図形がシーンから抜けてしまう回
数も増えることになる。

【００２１】例えば、１／３０秒以内に描画しなければ
ならない場合、１つのシーン全体の図形描画に２／３０
秒かかると１つの図形に着目すれば、平均して２シーン
に１回の割合でしか描画されないことになる。これで
は、各図形がちらついて見えるようになりスムーズなア
ニメーション表示を実現はできない。

【００２２】しかし、通常のアニメーション表示では一
般的には１つのシーンを指定時間内（例えば１／３０
秒）に描画できるように図形のデータ量を見積もり構成
しており、予期せぬ負荷がかかり描画時間が長くなった
場合でもほとんどは１割程度の時間増加で済む。１割の
遅れであれば、１つの図形について描画されない割合は
１０シーンに１回であり、人間の目ではほとんどちらつ
きを感じることは無く問題はない。

【００２３】また、図形表示の優先順位を決定する情報
を各図形に持たせるとともに１つのシーンの中で必ず描
画しなければならない重要な図形と描画しなくても影響
の小さい図形を動的に区別できるようにし、１シーンの
中で重要な図形が省略されてしまうことが無いようにし
た。ここで、必ず描画しなければならない図形とは、画
面上で大きく表示されるものや画面の中央に位置するも
のである。

【００２４】このため、図形を描画する際に図形の座標
値を計算する過程において描画する図形の画面上の大き
さ，位置を求め、あらかじめ描画する前にしきい値とし
て与えておいた値よりも大きい図形の識別子を問い合わ
せることができるようにした。

【００２５】本発明によれば、アニメーション表示のリ
アルタイム制御において一定の時間内に描画処理が終了
しない場合が生じても、描画処理が省略されて画面から
消去されてしまう図形を各シーン毎で異なるものにでき
るため、同一図形が連続したシーンで消去され続けるこ
とがなく人間の目には消去されていないように感じさせ
ることができ、また各シーン毎で人間が重要と認識する
図形が消去される事が無いため、アニメーションのリア
ルタイム表示をより正確にできるようになる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下本発明の一実施例を詳細に説
明する。

【００２７】図１は、本発明を実現するために必要なハ
ードウェアの一構成例を示す。主メモリ１２上には、ア
ニメーション表示を行うために必要な図形データを保持
し、ＣＰＵ１１によって該図形データの座標変換処理，
図形の色を決定する輝度計算処理を行う。座標変換処
理，輝度計算処理が行われた図形データはグラフィック
スプロセッサ１４へ送られる。

【００２８】グラフィックスプロセッサ１４では図形デ
ータをラスタデータに変換し、フレームメモリ１５上の
計算し求めた位置へラスタデータを１画素単位で書き込
む。フレームメモリ１５に書き込まれた図形データ（ラ
スタデータ）はＤＡＣ１６を介してアナログデータに変
換されディスプレイ１７に表示される。

【００２９】ここでフレームメモリ１５は、図形のラス
タデータを保持するためのメモリを表面と裏面の２面持
つ。表面に書き込まれたラスタデータがディスプレイに
表示され、裏面のデータは表示されない。アニメーショ
ン表示を行う際には表示をスムーズに行う必要があるた
め、図形のラスタデータ描画は裏面に対して行い、描画
している途中を人間に見えないようにする。そして裏面
への描画が終了し１つのシーンが完成した後、表面と裏
面を切り替える。

【００３０】図２はアニメーション表示の一例を示す図
である。シーン２１，２２，２３はそれぞれある時間軸
上での図形表示（シーン）を示している。本例では各シ
ーンがシーン２１，２２，２３の順序で時系列で並んで
おり、飛行機２４，雲２５，山２６，木２７を表す図形
がそれぞれのシーンで描画される。この中で、飛行機２
４はシーン２１，２２，２３のそれぞれで移動してお
り、移動の変位と２つのシーンの表示間隔の時間によっ
て移動速度が決まる。

【００３１】すなわち、速度は単位時間当たりの変位を
意味するものであり、アニメーション表示で速度（動
き）を制御するためには、シーンを切替える時間を常に
一定に保つ必要があり、この切替えに要する時間を最小
単位として図形の変位を算出することで速度（動き）を
決めることができる。

【００３２】逆に切替え時間を一定に保つことが保証で
きないと「動き」は単位時間当たりの変位であるから、
単位時間がシーン毎で異なるものとなってしまい変位を
算出できなくなる。さらに１つ１つのシーンは静止画で
あり、これを高速に切替えてアニメーションを実現する
のであるから、切り替えの時間が遅いと人間の目に１つ
１つの「動き」が確認できてしまい、コマ送りのような
表示となってしまう。従って、通常アニメーション表示
では、この切替え時間は、１／３０秒（３０コマ／秒
時）または、１／６０秒（６０コマ／秒）としている。

【００３３】図３は従来のアニメーション表示の処理フ
ローを示す。

【００３４】１）３１：シーン描画の開始を宣言し、１
シーンの描画処理時間を設定する。ここで設定した時間
内で描画処理を終了させるよう制御する。さらに、処理
時間を計測するために描画開始時点のタイマの値を取得
する。

【００３５】２）３２：フレームメモリの裏面をクリア
し前に描画されていた図形データを全て消去する。

【００３６】３）３３：シーンの中で表示する図形を全
て描画したかを判定する。全て描画している場合は処理
３６へ進む。

【００３７】４）３４：現在のタイマの値が、処理３１
で設定した描画処理時間を越えているかを判定する。す
なわち、現在のタイマの値 ＞ 描画開始時点のタイマ
の値＋設定した描画処理時間となっている場合は、処理
３６へ進む。

【００３８】５）３５：１つの図形データに対し座標変
換，輝度計算を行いフレームメモリへ書き込む。

【００３９】６）３６：シーン描画の終了を宣言する。

【００４０】７）３７：フレームメモリの裏面に描画さ
れた図形をディスプレイ上に表示するため、裏面・表面
の切替えを行う。

【００４１】以上述べたように、従来のアニメーション
表示では１シーンの描画処理時間を越えた後の図形描画
は実施しないため、シーンの表示が不完全となる場合が
あった。

【００４２】図４は、本発明のアニメーション処理で使
用する図形のデータ構造を表す。図形（木）４１は、シ
ーンに描画される１つの図形であり、Ｐ０〜Ｐ１０の頂
点座標データからなる。図形データ４３は、Ｐ０〜Ｐ１
０の座標データの値が格納されているテーブルであり、
Ｐ０〜Ｐ１０のデータは、ＣＰＵ１１で座標変換処理を
行う前の世界座標系の値である。

【００４３】図形描画処理では、各図形のデータがそれ
ぞれ同様に存在し、これに対して座標変換，輝度計算を
施して描画が行われる。図形表示優先度情報テーブル４
２は、アニメーション表示において必ず描画を行わなけ
ればならない重要な図形か否かを決定する表示優先度情
報を保持するテーブルである。以下、本テーブル内の各
エントリの内容を説明する。

【００４４】１）図形識別子：各々の図形を識別するた
めの番号。

【００４５】２）中心からの距離（ｄ）：図形をディス
プレイ上に表示した時の座標系（以後、画面座標系と呼
ぶ）において、ディスプレイ画面の中央と図形との間の
距離を示す。

【００４６】３）外接矩形情報：画面座標系における図
形のＸＹ座標系での外接矩形情報（Ｘmin，Ｙmin）およ
び（Ｘmax，Ｙmax）を表す。本データによって、この図
形がディスプレイ画面内で占める割合（大きさ）が判
る。

【００４７】４）図形データへのポインタ：各図形識別
子に対応した世界座標系での図形データへのポインタ。

【００４８】上記２）３）の中心からの距離（ｄ）、外
接矩形情報は世界座標系の図形データに対して座標変換
処理を行い画面座標系に変換する過程において計算し、
図形表示優先度情報テーブル４２に設定する。

【００４９】図５は、図形表示優先度問い合せ情報テー
ブル５６を表す。本テーブルは、１つのシーンの描画処
理が終了した後にユーザが問い合わせることができる。
テーブル内には、図形表示優先度情報の他に、図形識別
子５２および、描画されなかった図形か否かを示す描画
フラグ５３が格納されている。図形表示優先度問い合せ
情報は複数個返却される場合があるため本テーブルのサ
イズは可変長である。ユーザは、１つのシーンを描画し
た後、本テーブル情報を取得して次のシーンで先に描画
する必要がある図形を知ることができる。

【００５０】図６は図形表示優先度情報を決定する例を
示す図である。本発明におけるアニメーション表示で
は、 １）前のシーンで描画できなかった図形は次のシーンで
必ず描画する。

【００５１】２）表示優先度の高い図形を動的に抽出
し、優先度の高い図形から先に描画する。

【００５２】の２つの条件を実行しなければならない。
上記２）の表示優先度の高い図形とは、ディスプレイ画
面から少しの時間でも消えてしまうと人間の目ではっき
りと認識できるものであり、ディスプレイ画面上に占め
る割合が大きい図形（画面座標上のサイズが大きい）と
画面の中央に近いもの（図形と画面の中心との距離が小
さい）が挙げられる。従って、これらの図形のサイズお
よび図形と中心との距離を動的に計算して求め、ユーザ
が取得できるようにした。シーン６１では、図形とし
て、雲６２，木６４，木６５などが描画される。

【００５３】ここで、各図形の外接矩形と画面の中心６
３からの距離を座標変換時に求めて図形表示優先度情報
テーブル４２に格納する。また、ユーザは表示優先度が
高い図形を特定するために、図形のサイズと中心からの
距離のしきい値を与えることができるようにした。そし
て、図形表示優先度情報の問い合わせが実行されると図
形表示優先度情報テーブルからこれらのしきい値を越え
ている図形を検索して、図形表示優先度問い合せ情報テ
ーブル５６に返却する。図６では、中心からの距離ｄを
しきい値と設定したとすると、木６４が該当し、このデ
ータの図形表示優先度情報が返却される。

【００５４】本発明は、以上のデータと原理を用いて実
現することができるが、以下図７の処理フローに従い説
明する。

【００５５】１）７１〜７４：これらの処理は、図３の
従来のアニメーションの処理フローの３１〜３４と同じ
である。

【００５６】２）７５：１つの図形データに対し座標変
換，輝度計算を行いフレームメモリへ図形ラスタデータ
を書き込む。この時、図形を描画する順序は前回のシー
ンで問い合わせた図形表示優先度問い合せ情報テーブル
５６に設定されている図形識別子の図形データを検索し
てこれらの図形を他の図形よりも先に描画する。さら
に、画面座標系での図形の外接矩形情報と画面中央から
図形までの距離を求める。 ３）７６：処理７５で求めた外接矩形情報と画面中央か
ら図形までの距離および対象図形の図形識別子を図形表
示優先度情報テーブル４２に設定する。

【００５７】４）７７：全ての図形が描画されていない
場合は、描画されていない図形の識別子を記憶する。

【００５８】５）７８：シーン描画の終了を宣言する。

【００５９】６）７９：フレームメモリの裏面に描画さ
れた図形をディスプレイ上に表示するため、裏面・表面
の切り替えを行う。

【００６０】７）７９１：処理７７で求めた未描画の図
形の識別子を図形表示優先度問い合せ情報テーブル５６
に図形識別子５２と描画フラグ５３を「非描画」として
設定する。また、処理７６で設定した図形表示優先度情
報テーブル４２を検索し、図形のサイズと中心からの距
離のしきい値を越えている図形に対して、図形表示優先
度問い合せ情報テーブル５６に図形識別子５２と描画フ
ラグ５３を「描画」と設定し、さらに中心からの距離
（ｄ）５４，外接矩形情報５５を設定する。

【００６１】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、アニメーション表示のリアルタイム制御に
おいて一定の時間内に描画処理が終了しない場合が生じ
ても、描画処理が省略されて画面から消去されてしまう
図形を各シーン毎に異なった図形とすることで人間の目
には消去されていないように感じさせることができ、ま
た各シーン毎で人間が重要と認識する図形を消去しない
ようにできるため、アニメーションのリアルタイム表示
をより正確にまた図形の動きをよりスムーズなものとす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例であるグラフィックス表示制御
方式のハードウェア構成を示す図。

【図２】本発明のアニメーション表示の一例を示す図。

【図３】従来のアニメーション表示の処理フローを示す
フローチャート。

【図４】本発明で用いる図形情報のデータ構造を示す
図。

【図５】本発明の図形表示優先度問い合せ情報テーブル
を示す図。

【図６】本発明の図形表示優先度決定の例を示す図。

【図７】本発明の処理フローを示すフローチャート。

【符号の説明】

１１…ＣＰＵ、１２…主メモリ、１３…ハードディス
ク、１４…グラフィックスプロセッサ、４２…図形表示
優先度情報テーブル、５６…図形表示優先度問い合せ情
報テーブル。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】多数の図形データを高速に表示することが
   できるグラフィックス装置において、１つのシーンを描
   画する際に一定の時間を区切りとして管理し、一定時間
   内に描画処理が終了しない図形の描画処理を取りやめる
   ことができ、その取りやめた図形を識別できる情報を得
   ることができることを特徴とするグラフィックス表示制
   御方式。
2. 【請求項２】請求項１記載のグラフィックス装置におい
   て、１つのシーンの描画処理の中で一定時間内に描画処
   理が終了しなかった図形を次のシーンで他の図形よりも
   先に描画することを特徴とするグラフィックス表示制御
   方式。
3. 【請求項３】請求項１記載のグラフィックス装置におい
   て、１つのシーンの中で描画する図形に優先度を持た
   せ、１つのシーンの描画処理において優先度を動的に変
   更する手段を持ち、優先度の高い図形を他の図形よりも
   先に描画することを特徴とするグラフィックス表示制御
   方式。