JPH11328441A - グラフィックス表示制御方法およびコンピュータグラフイックス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】複数のモデリング図形を高速に再描画できるグ
ラフイックス表示制御方式を提供する。 【解決手段】コンピュータグラフイックスの主メモリ１
１に、３次元のモデリング図形データ３１を格納してい
る。描画処理に際し、ＣＰＵ１０はアプリケーション３
０から指定される座標変換マトリクスにより、２次元の
物理装置座標系に変換する処理を含むジオメトリ処理を
行なう。その最初に、３次元図形のｘ、ｙ、ｚ成分の最
大値または最小値に対応する２次元の６頂点を求め、外
接点テーブル６０に保持している前回値と比較し、６頂
点が全て等しいときはその図形が静止とみて以後の描画
処理を省略し、１つでも異なるときに移動とみて、新し
いシオメトリデータ（座標値、輝度値）をグラフィック
スプロセッサ１３で画素展開する。このため、前景用と
背景用のフレームメモリ１５及びＺバッファ１６を用意
し、前回から静止している図形は背景用に残し、再描画
なし表示する。

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
ィックスに関わり、特に、３次元モデリング図形をダイ
ナミックに再表示する場合に、処理を高速化できるグラ
フィックス表示制御方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】３次元グラフィックスでは、通常モデリ
ングした図形データを階層構造の形で記憶領域に格納
し、描画時にこのデータの構造を画素展開して描画す
る。

【０００３】図２に、従来の３次元コンピュータグラフ
ィックスシステムの構成図を示す。３次元図形を表示す
る場合、まずＣＰＵ１０でジオメトリ処理を行なう。す
なわち、主メモリ１１から取り出したモデリング図形デ
ータに対し、座標変換、クリッピング、光源計算等の処
理を行なう。グラフィックスプロセッサ１３はジオメト
リ処理した座標値や輝度値等に基づいて画素展開をおこ
ない、Ｚバッファ１６を用いて隠面消去をしながら、フ
レームメモリ１５にイメージデータとして図形の形状を
書き込む。フレームメモリ１５のイメージデータは、デ
ジタル・アナログ変換器であるＤＡＣ１９を介してグラ
フィックス出力装置２０に表示される。

【０００４】３次元グラフイックスでは、３次元のモデ
リング座標で定義した３次元図形を２次元の物理装置座
標系に変換する。図３に、この変換ステップ（イ）〜
（ホ）を示す。（イ）のモデリング変換は図形を定義し
ているモデリング座標系から、図形の配置されるワール
ド座標系への変換であり、主に移動、回転、拡大／縮小
を行なう。（ロ）の視野変換はワールド座標系の図形
を、視点を原点にした視点座標系に配置する変換であ
る。（ハ）の透視変換は視点座標系の図形を、視点を投
影中心として投影面に投影し、さらに投影後のｘ，ｙ値
を−１〜１の空間、ｚ値を０〜１の空間である正規透視
座標系にマッピングするための変換である。（ニ）のビ
ューポート変換は正規透視座標系の空間を、表示画面の
座標系であるウインドウ座標系にマッピングするための
変換である。（ホ）の物理座標変換はウインドウ座標系
から物理装置座標系への変換で、画面の表示領域を実際
の画面に設定し、正規化されたｚ値をデプスバッファの
ｚ値に写像するための変換である。

【０００５】上記（イ）〜（ホ）の変換は、それぞれ４
×４のマトリクス形式で表現することができる。ここ
で、モデリング変換マトリクスＴｍ、視野変換マトリク
スＴｖ、透視変換マトリクスＴｐ、ビューポート変換マ
トリクスＴｓ、物理変換マトリクスＴｄとし、モデリン
グ座標系の座標値（ｘm,ｙm,ｚm）、ウインドウ座標系
の座標値（ｘs,ｙs,ｚs）、物理装置座標系の座標値
（ｘd,ｙd,ｚd）とすると、数１と数２が成立する。た
だし、ｚd：デプス値である。

【０００６】

【数１】〔ｘm ｙm ｚm １〕 Ｔm Ｔv Ｔp Ｔs ＝
〔Ｘs Ｙs Ｚs Ｗs〕 ここで、ｘs＝Ｘs／Ｗs，ｙs＝Ｙs／Ｗs，ｚs＝Ｚs／Ｗ
s、〔ｘm ｙm ｚm １〕は同次座標表現、Ｗは縮尺倍
率である。

【０００７】

【数２】 〔ｘs ｙs ｚs １〕Ｔd ＝〔ｘd ｙd ｚd １〕 図３の各変換の右側に変換マトリクスの例を示す。モデ
リング変換マトリクスはｘ，ｙ，ｚ軸方向に、ｔｘ，ｔ
ｙ，ｔｚだけ平行移動した場合である。視野変換マトリ
クスは、ワールド座標系原点の視点座標系における座標
をＶｘ，Ｖｙ，Ｖｚとした場合である。透視変換マトリ
クスは、視点と投影面の距離をｒ、正方形のウインドウ
の幅の１／２＝ｋとした場合である。ビューポート変換
マトリクスは、ビューポートサイズをＶsx，Ｖsy，Ｖs
z、その中心をＶcx，Ｖcyとした場合である。物理装置
変換マトリクスは、物理装置座標系上でのウインドウの
左下隅のｘ，ｙ座標をＶwx，Ｖwy、デプスバッファの幅
をＷｄとした場合である。なお、ここでのモデリング座
標系とワールド座標系は右手座標系、それ以外は左手座
標系とする。

【０００８】このように、あるフレームで３次元図形を
描画するときに、上記の変換を設定することにより、座
標変換マトリクスが決まる。すなわち、フレーム間で３
次元図形の表示が変化するということは、座標変換マト
リクスが変化することであり、３次元図形の表示が変わ
らなければ座標変換マトリクスも同じである。以下で
は、３次元のモデリング座標系をＯＣ座標系、２次元の
物理装置座標系をＰＤＣ座標系と呼ぶことにする。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来技術で、１つのフ
レーム画面を構成する３次元図形は全て上記の変換処理
を含む描画処理を行って画面上に表示する。したがっ
て、同一の３次元図形を次のフレーム画面で再表示する
場合に、画面上での表示位置が全く変わらないとして
も、上記の描画処理を再び繰り返さなければならない。

【００１０】例えば、図４（ａ）で三角錐４０、立方体
４１、三角柱４２、球４３の４つの３次元図形が、ある
フレーム画面で表示され、図４（ｂ）の次のフレーム画
面で球４３だけが平行移動している。この場合、球４３
の再描画は当然であるが、表示位置が変わらない三角錐
４０、立方体４１、三角柱４２の各図形についても、再
描画を行わなければならない。このとき、前のフレーム
画面のイメージデータがフレームメモリ上に残っている
ので、全て消去してから再描画される。

【００１１】ところで、複数のモデリング図形が画面表
示される場合、一部の図形のみが移動していることがよ
くある。例えば、フライトシミュレータ等のシミュレー
ション等では、図形の一部のみが移動し大半は静止して
いるにもかかわらず、フレーム毎に全ての図形を再描画
する。特に、３次元図形の場合は座標変換に時間がかか
るため、表示速度を高速化できないという問題がある。

【００１２】本発明の目的は、従来技術の問題点に鑑
み、再表示のための処理を省略することにより、高速に
画面表示を行うことのできるコンピュータグラフィック
スとその表示制御方法を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決する本
発明は、複数のモデリングした図形を基に、その２次元
の座標値や輝度値から画素展開によりイメージデータを
生成する描画処理を行ない、フレーム画面を表示するグ
ラフィックス表示制御方法において、前回のフレームに
存在する図形を今回のフレームに再表示する場合に、当
該図形の移動の有無を判定し、移動する図形のみ描画処
理することを特徴とする。

【００１４】前記図形が３次元図形の場合、３次元図形
を指定の座標変換マトリクスにより２次元の物理装置座
標系に変換し、２次元の図形での移動の有無を判定し、
移動する図形のみ描画処理することを特徴とする。

【００１５】３次元図形の移動の有無は、図形毎にその
座標軸成分毎の最大値と最小値を含む６つの外接点を求
めておき、指定された座標変換マトリクスにより２次元
に変換された６つの外接点の今回値と前回値を比較し、
それらの１点でも異なる場合に、その図形が移動してい
るものと判定することを特徴とする。

【００１６】また、第１のフレームメモリには最初のフ
レーム画面に存在する全ての図形のイメージデータを書
き込むと共に、以後は前回のフレーム画面から移動しな
い図形のイメージデータを書き込みまたは残し、第２の
フレームメモリには前回のフレーム画面から移動する図
形のイメージデータを書き込み、同一図形が第１と第２
のフレームメモリ間で交代する場合に時間的に古いイメ
ージデータを消去し、第１と第２のフレームメモリのイ
メージデータを合成したフレームを表示する。

【００１７】また、本発明のコンピュータグラフイック
スは、３次元のモデリング図形を指定された座標変換マ
トリクスにより２次元の物理装置座標系に変換する処理
を含むジオメトリ処理を行ない、かつフレーム毎の表示
制御を統括処理する処理制御装置と、ジオメトリ処理さ
れた図形毎の座標値と輝度値を基にイメージデータを生
成してフレームメモリとＺバッファに格納するグラフイ
ックスプロセッサと、フレームメモリのイメージデータ
を画面に表示する表示装置を備え、前記フレームメモリ
とＺバッファはそれぞれ、同一図形が前回のフレームか
ら移動する場合に格納する前景用と、移動しない場合に
格納する背景用からなり、前記処理制御装置は前記３次
元図形の移動の有無を判定する機能を有し、同じ図形が
前回から移動する場合は前記イメージデータの再描画を
行ない、前回から移動しない場合は前記背景用に残って
いるイメージデータを再利用するように処理することを
特徴とする。なお、前記処理制御装置には、実施例（図
１）のＣＰＵ１０及びメモリコントローラ１４が相当す
る。

【００１８】本発明によれば、表示画面上で静止して見
える図形と動いて見える図形を動的に判定し、静止と判
定された図形は前回処理したイメージデータを用いるこ
とで、再表示のための処理を省略することができる。こ
の結果、移動する図形の数や移動の発生頻度が少ないフ
レーム画面の描画処理を大幅に低減でき、フレーム単位
の表示処理を高速化できる。

【００１９】また、前回と今回の移動の判定に、ＰＤＣ
座標系における図形の座標軸成分の最大値または最小値
を含む座標点（外接点と呼ぶ）を比較するので、図形が
複雑な場合にも移動の判定を簡単に、かつ速やかに行な
え、特に６つの外接点の判定のみで済む３次元図形での
効果が大きい。

【００２０】また、移動する図形は前景用フレームメモ
リ、移動しない図形は背景用フレームメモリに描画し、
図形毎にどのメモリのどの領域に書き込んでいるかを管
理しながら、主として前景用フレームメモリを対象とし
た動的な描画処理を行なうので、システム全体としてみ
たオーバヘッドが少なく処理が簡単になる。

【００２１】ところで、本発明における３次元図形の移
動の判定は、モデリング座標系の外接点を物理装置座標
系に変換して判定の指標としている。一般に、図形の移
動はアプリケーションの描画命令ないしその命令より求
めた座標変換マトリクスに反映されている。しかし、３
次元図形にわずかな移動が指示されて座標変換マトリク
スが変化しても、描画するピクセルの位置が変化しない
場合がある。つまり、ＰＤＣ座標系に変換した後の頂点
座標が前フレームと変わらず、再描画の結果が前回と同
一になることがある。これは、３次元座標系から２次元
座標系へ変換する際の透視変換（図３）で、遠く離れた
図形ほど小さく表示する透視投影を行なうことに起因し
ている。以下に、この点を説明する。

【００２２】図２１は、３次元図形を生成する場合のグ
ラフイックコマンドの一例を示す。アプリケーションに
よりＣＰＵが生成するもので、コマンドの種別を表わす
オペレーション（ＯＰ）コードと、マトリクスパラメー
タの設定値や指示コマンドからなる。同図（ｂ）は主メ
モリに格納されている立方体（８頂点）のグラフイック
コマンドの例で、（ａ）の再描画指示コマンドで図形Ｉ
Ｄを指定し、設定されたパラメータによるマトリクス変
換を経て描画される。つまり、上述の数１、数２に従
い、３次元図形のＯＣ座標系での各頂点座標を座標変換
マトリクスと掛け合わせることにより、ＰＤＣ座標系で
の座標値（画面上でのピクセルの位置）が決まる。

【００２３】いま、図２２に示すように、投影面より後
方にある３次元図形の頂点Ａを投影した物理装置座標系
の座標値Ａ’（投影面上）とする。次回の３次元図形
で、例えば頂点ＡがＢに平行移動すると、数１のモデリ
ング変換マトリクスＴｍが変化する。しかし、Ａ⇒Ｂへ
の移動がわずかで、計算の結果はＢを投影した投影面上
の座標値もＡ’となると、描画するピクセル位置は変わ
らない。

【００２４】このように、フレーム間の図形の移動が小
さい場合は、座標変換マトリクスが異なっても描画位置
に変化のない場合があり、本発明における図形の移動判
定によれば、再描画を省略できる。なお、３次元図形の
６つの外接点のＰＤＣ座標系への変換は、描画処理での
図形変換の一部を先行的に行なっているので、移動の有
無を正確にかつ速やかに判定できると共に、移動有りと
判定された場合には６頂点の変換結果がそのまま利用で
きる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、一実施例
による３次元コンピュータグラフイックシステムの構成
図である。本システムは、モデリング図形データの格納
やジオメトリ処理を行なうＣＰＵ１０と、アプリケーシ
ョンプログラム３０やモデリング図形データ３１を格納
する主メモリ１１及びグラフイックス装置を接続するバ
ス２１を備えている。

【００２６】グラフイックス装置は、ジオメトリ処理さ
れた座標値や輝度値を保持するセグメントバッファ１２
と、画素展開してイメージデータを書き込むグラフィッ
クスプロセッサ１３と、イメージデータとＺ値を前景用
と背景用の何れに書き込むかを選択するメモリコントロ
ーラ１４とがバス２１に接続され、メモリコントローラ
１４に接続された前景用フレームメモリ１５−１及び背
景用フレームメモリ１５−２と、メモリコントローラ１
４に接続された前景用Ｚバッファ１６−１及び背景用Ｚ
バッファ１６−２を備えている。

【００２７】さらに、前景用Ｚバッファ１６−１及び背
景用Ｚバッファ１６−２に接続されたＺ値比較の比較器
１７と、比較器１７と前記前景用フレームメモリ１５−
１及び背景用フレームメモリ１５−２に接続され陰面消
去と両メモリのデータ合成のためのセレクタ１８と、セ
レクタ１８にＤＡＣ１９を介して接続されたグラフィッ
クス出力装置２０と、ユーザ用の入出力装置２２などか
ら、システム構成されている。

【００２８】通常の３次元グラフイックスでは表示の前
に、モデリングした３次元の図形データにＩＤ番号を付
与し、階層構造の形式（ディスプレイリスト）で主メモ
リ１１に再利用可能に格納している。ＣＰＵ１０はフレ
ーム毎の画面表示に際し、アプリケーションプログラム
３０の描画命令に従い図形ＩＤ毎に、指定された座標変
換マトリクスパラメータにより３次元図形の頂点座標を
ＰＤＣ座標系に変換し、２次元に変換された座標値と光
源計算から得た各頂点の輝度値（色）をセグメントバッ
ファ１２のシオメトリテーブル５０に登録する。

【００２９】グラフイックスプロセッサ１３は、ジオメ
トリ処理された座標値と輝度値を画素展開（イメージデ
ータ生成）して、フレームメモリ１５とＺバッファ１６
に書き込む。このとき、メモリコントローラ１４を介し
て、前景用と背景用を選択する。なお、ジオメトリ処理
の変換ステップは、上述した図３と同様である。

【００３０】本実施例のグラフィックス表示制御では、
表示する今回のフレームの図形毎に静止か移動かを前フ
レームとの比較で動的に判定し、静止していると判定さ
れた同一図形に対するグラフィックスプロセッサ１３に
よる画素展開を省略し、フレームメモリに残っている前
フレームのイメージデータをそのまま用いる。

【００３１】なお、本実施例では３次元図形を指定され
た座標変換マトリクスによりＰＤＣ座標系に変換する際
に、最初に３次元図形の外接点の変換を行なって図形の
移動の有無を判定するので、移動なしの場合はそれ以後
のジオメトリ処理も打ち切られるので、移動なしの図形
が多い場合は描画処理を大幅に短縮でき、フレーム単位
の表示制御の高速化を可能にする。

【００３２】以下の説明では、前フレームから移動して
いる図形を前景図形、静止している図形を背景図形と呼
ぶ。前景図形のイメージデータとＺ値は前景用フレーム
メモリ１５−１と前景用Ｚバッファ１６−１に、背景図
形のイメージデータとＺ値は背景用フレームメモリ１５
−２と背景用Ｚバッファ１６−２に書き込まれる。そし
て、各ＺバッファのＺ値を比較し、両フレームメモリの
画素から手前にある方を選択しながら合成して表示す
る。

【００３３】本実施例の背景図形は、従来の背景画のよ
うに属性的に固定した静止図形を指すのではなく、属性
的には移動の可能性のある図形であるが、前回から移動
していない図形を対象とするものである。もちろん、従
来の固定した静止図形を含めてもよいが、予め移動しな
いことが分かっている図形の場合は、後述する静止図形
判定フラグを“静止”にセットしておけばよく、毎回の
判定は不要となる。

【００３４】図形の静止または移動の判定は、まず、３
次元図形の構成頂点の中から、ｘ，ｙ，ｚの成分の最大
値または最小値の各１つを含む６頂点Ｖ１〜Ｖ６を求め
ておく。そして、今回に指定された座標変換マトリクス
により、Ｖ１〜Ｖ６をＰＤＣ座標系に変換してｖ１〜ｖ
６を求め、この２次元の６頂点の全てが前回から変化し
ていないとき、その図形が静止していると判定する。３
次元の６頂点Ｖの値は、ＣＰＵ１０が３次元の図形デー
タを主メモリ１１に格納する際に求め、描画のためのジ
オメトリ処理の冒頭で２次元に変換される。以下の説明
では、この６頂点を外接点と呼ぶことにする。

【００３５】図５に、３次元図形と２次元図形及びその
外接点の概念図を示す。図５（ａ）の３次元図形に示す
ように、ＯＣ座標系における図形５１に外接し、かつ座
標軸に平行な直方体５２を仮定すると、図形５１はその
６頂点で直方体５２の６面に外接する（図形５２からみ
れば内接）。なお、３次元図形の場合の外接点の数は図
形の形状に関係なく６個となる。例えば、図４の球４３
の場合、頂点座標は有しないが外接直方体とはその６面
で接するので、外接点Ｖ１〜Ｖ６の取得とその２次元変
換による移動判定は可能となる。

【００３６】ここで、図形５１が外接する各頂点をｘ成
分の最大値、ｘ成分の最小値、ｙ成分の最大値、ｙ成分
の最小値、ｚ成分の最大値、ｚ成分の最小値の順に、つ
まりＶ１＝ｘｍａｘ，Ｖ２＝ｘｍｉｎ，Ｖ３＝ｙｍａ
ｘ，Ｖ４＝ｙｍｉｎ，Ｖ５＝ｚｍａｘ，Ｖ６＝ｚｍｉｎ
と表わすことにする。また、図５（ｂ）に示すように、
現在指定されている座標変換マトリクスにより、２次元
のＰＤＣ座標系に座標変換した後の６頂点を、同様の順
でｖ１，ｖ２，ｖ３、ｖ４，ｖ５、ｖ６と表わすことに
する。これらの外接点は、セグメントバッファ１２の外
接点テーブル６０に管理される。

【００３７】図６に、外接点テーブルのデータ構成を示
す。外接点テーブル６０には、描画する３次元図形の登
録順に正数を与えた図形ＩＤ毎に、ＯＣ座標系の６頂点
Ｖ１〜Ｖ６と、ＰＤＣ座標系に変換した後の６頂点ｖ１
〜ｖ６が記憶される。テーブル６０における外接点の値
は、最大値または最小値のみでよい。

【００３８】また、外接点テーブル６０は図形ＩＤ毎
に、静止図形判定フラグ及び背景図形判定フラグを管理
している。前者は、その図形が前回から静止している場
合に“０”、移動している場合に“１”となる。後者
は、その図形のイメージデータが背景用フレームメモリ
１５−２に残っている場合に“０”、残っていない場合
に“１”となる。

【００３９】セグメントバッファ１２は図形テーブル７
０、タイルテーブル８０も保有している。グラフィック
スプロセッサ１３がジオメトリ処理された図形データを
画素展開し、フレームメモリ１５にイメージデータとし
て書き込む時、どのフレームメモリのどの領域に書き込
んだか識別できるように、各フレームメモリ１５を小領
域（タイルと呼ぶ）に区分し、図形テーブル７０とタイ
ルテーブル８０管理する。前者は図形ＩＤ毎に前景用フ
レームメモリ１５−１及び背景用フレームメモリ１５−
２のイメージデータの有無を、後者はタイル番号毎に背
景用フレームメモリ１５−２のイメージデータの有無を
管理する。

【００４０】図７に、タイルに区分けしたフレームメモ
リの概念図を示す。図４の各図形をタイル分けしたフレ
ームメモリ１５に書き込む場合、球４３はタイル７１、
７２、７３、７４に書き込まれる。

【００４１】図８に、図形テーブルとタイルテーブルの
構成を示す。（ａ）の図形テーブル７０は、図形ＩＤ毎
に全タイル番号を対応付け、そのＩＤの図形が書き込ま
れるタイル番号の箇所に“１”をセットし、書き込まれ
ないタイル番号の箇所に“０”をセットする。（ｂ）の
タイルテーブル８０は、タイル番号毎に全図形ＩＤを対
応付け、そのタイルに書き込まれる図形ＩＤの箇所に
“１”をセットし、書き込まれない図形ＩＤの箇所に
“０”をセットする。

【００４２】次に、本実施例による３次元グラフイック
スの描画動作を詳細に説明する。描画処理の前提とし
て、ＣＰＵ１０が３次元の図形データをディスプレイリ
ストとして主メモリ１１に格納するとき、３次元図形の
外接点Ｖ１〜Ｖ６を決定する処理も行ない、外接点座標
テーブル６０に格納する。

【００４３】図９に、外接点座標を決定する処理フロー
図を示す。本例は頂点座標を有する図形データの例で、
主メモリ１１に格納するときに、図形の各頂点が外接点
Ｖか否かを判定する（ｓ１００）。この判定は、対象図
形に外接する直方体を仮定し、図形の各頂点が直方体の
何れかの面に接するかを算定して行なう。

【００４４】図形の頂点が外接点Ｖの場合、その最初の
外接点をテーブル６０のＶ１〜Ｖ６に初期設定する（ｓ
１０１）。２番目以降の外接点Ｖに対しては、そのｘ値
がＶ１の値（Ｘｍａｘ）より大きいか判定する（ｓ１０
２）。大きい場合は、Ｖ１をＶのｘ値で更新する（ｓ１
０３）。一方、外接点Ｖのｘ値がＶ１より小さい場合
は、そのｘ値がＶ２の値（Ｘｍｉｎ）より小さいか判定
する（ｓ１０２）。小さい場合はＶ２をＶのｘ値で更新
する（ｓ１０４）。

【００４５】次に、外接点Ｖのｙ値がＶ３の値（Ｙｍａ
ｘ）より大きいか判定する（ｓ１０６）。大きい場合は
Ｖ３をＶのｙ値で更新する（ｓ１０７）。小さい場合
は、そのｙ値がＶ４の値（Ｙｍｉｎ）より小さいか判定
する（ｓ１０８）。小さい場合はＶ４をＶのｙ値で更新
する（ｓ１０９）。同様に、外接点Ｖのｚ値に対して、
ｓ１１０〜ｓ１１３の処理が行なわれる。以上の処理
を、対象図形の全ての頂点座標について繰返すと、６つ
の外接点が求まる。

【００４６】この３次元座標系の外接点Ｖは、本実施例
の表示制御処理の最初に、２次元の外接点ｖに変換され
る。図１０に示すように、ｉ＝１〜６の外接点について
Ｖ１から順に、ＯＣ座標系からＰＤＣ座標系へ変換し
（ｓ２０１）、２次元座標系での外接点ｖ１〜ｖ６を求
める（ｓ２０２）。なお、処理ｓ２０１の変換は、図３
の変換ステップと同一である。変換されたｖ１〜ｖ６
は、外接点テーブル６０に格納される。

【００４７】次に、フレーム画面における各図形の描画
処理の手順を詳細に説明する。最初のフレーム画面にお
いては、描画する図形は全て静止した背景図形とみなし
て処理する。ＣＰＵ１０は各図を描画処理する冒頭で、
外接点座標テーブル６０のＶ１〜Ｖ６を、今回指定され
ている座標変換マトリクスにより、ＰＤＣ座標系へ変換
したｖ１〜ｖ６を書き込む。

【００４８】静止図形判定フラグ、背景図形判定フラグ
の初期値は全て“０”となる。次に、ジオメトリ処理を
行なってデータをテーブル５０に格納する。これより、
各図形がどのタイル領域に属するか分かるので、図形テ
ーブル７０及びタイルテーブル８０に初期値を設定す
る。さらに、グラフィックスプロセッサ１３がシオメト
リテーブル５０のデータを画素展開する。最初のフレー
ムは全て背景図形として登録するので、イメージデータ
とＺ値はそれぞれ背景用のフレームメモリ１５−２とＺ
バッファ１６−２に書き込まれる。

【００４９】以上の初期設定の後に、次のフレーム画面
で図形を再描画する。図１１〜図１３に示した再描画の
ための一連の処理フロー図を用いて説明する。今回のフ
レーム画面に図形を再描画する場合、まず、ｉ＝１〜６
の外接点ｖｉに対し、ｖ１から順に、ＰＤＣ座標系に変
換した今回のｖ１〜ｖ６と外接点テーブル６０が保持し
ている前回のｖ１〜ｖ６をそれぞれ比較する（ｓ３０
１）。その結果、ｖ１〜ｖ６の全てが一致するか判定し
（ｓ３０２）、全て一致する場合はその図形が前回から
移動していない背景図とみなして、図１３の処理Ｂに移
行する。

【００５０】一方、ｖ１〜ｖ６の一つが不一致の場合、
その図形は前景図形とみなして、処理を図１２のＡに移
行し、新しいｖ１〜ｖ６を外接点テーブル６０に登録し
（ｓ３１０）、静止図形判定フラグを“１”にセットす
る（ｓ３１１）。また、対象図形（ここでは、図形ｊと
呼ぶ）は前景図形なので、ＣＰＵ１０でジオメトリ処理
を行い、新しい座標値、輝度値を計算する（ｓ３１
２）。

【００５１】このとき、外接点テーブル６０の背景図形
判定フラグから、背景用フレームメモリ１５−２に図形
ｊのイメージデータが残っているかどうか確認する（ｓ
３１３）。残っている場合（背景図形判定フラグ
“０”）は、フラグを“１”にセットし（ｓ３１４）、
図形ｊがどのタイル領域に残っているか図形テーブル８
０から確認する（ｓ３１５）。処理ｓ３１３，ｓ３１５
で図形ｊが存在しない場合は、図１３の処理Ｃに移行す
る。また、処理ｓ３１５で図形ｊの存在するタイル領域
に対して、以下の処理を実行する。

【００５２】まず、図形ｊが属しているタイル番号ｉを
図形テーブル８０から取り出す（ｓ３１６）。そして背
景用フレームメモリ１５−２と背景用Ｚバッファ１６−
２において、取り出したタイル番号ｉに相当する領域を
初期化する（ｓ３１７）。その後、タイル番号ｉに存在
している他の全ての背景図形のイメージデータを、グラ
フィックスプロセッサ１３が再描画する（ｓ３１８）。
最後に、タイルテーブル８０のタイル番号ｉで、前景図
形となった図形ｊの箇所を“０”にセットする（ｓ３１
９）。

【００５３】一度、背景用フレームメモリ１５−２から
消去されて前景図形となった図形ｊは、上記のように背
景図形判定フラグが“１”となっている。従って、図形
ｊが次のフレームでも引き続き前景図形となる場合は、
処理ｓ３１３の判定は“ＹＥＳ”となり、処理ｓ３１４
〜ｓ３１９の処理が必要なくなる。よって、処理をＣに
移行する。

【００５４】まず、図形テーブル８０で図形ｊが属する
全てのタイル番号の箇所を“０”にセットする（ｓ３２
０）。そして、改めて前景用フレームメモリ１５−１に
新しいイメージデータを書き込む。まず、ＣＰＵ１０が
ジオメトリ処理した新しい座標値と輝度値をジオメトリ
テーブル５０に登録し（ｓ３２１）、図形テーブル８０
で、新しく書き込まれる図形ｊのタイル番号の箇所に
“１”をセットする（ｓ３２２）。そして、更新された
ジオメトリテーブル５０を用いて、グラフィックスプロ
セッサ１３で画素展開を行い、前景用フレームメモリ１
５−１に描画する（ｓ３２３）。

【００５５】一方、処理ｓ３０２で、外接点ｖ１〜ｖ６
の全てが一致した場合は処理Ｂに移行し、図形ｊの静止
図形判定フラグが“０”か調べる（ｓ３３０）。静止図
形判定フラグが“０”の場合は、前回背景図形だった図
形ｊが今回も背景図形であり、背景用フレームメモリ１
５−２にはイメージデータが存在するので、何も処理せ
ずに終了する。

【００５６】また、処理ｓ３３０で静止図形判定フラグ
が“１”になっていれば、前回前景図形だった図形ｊが
今回は背景図形に変更されるので、タイルテーブル８０
の各タイル番号について、背景図形となる図形ｊの箇所
を“１”にセットする（ｓ３３１）。そして、ジオメト
リテーブル５０を用いて、グラフィックスプロセッサ１
３で画素展開を行い、背景用フレームメモリ１５−２に
図形ｊを描画する（ｓ３３２）。最後に、図形ｊの静止
図形判定フラグと背景図形判定フラグを共に“０”にセ
ットする（ｓ３３３，ｓ３３４）。

【００５７】以下、上記した描画処理の流れを具体例で
説明する。図１４は、フレーム画面の推移の具体例を示
し、（ａ）が最初のフレーム画面１、（ｂ）が次のフレ
ーム画面２、その次のフレーム画面３も再び（ｂ）とな
る場合について説明する。フレーム画面２では、フレー
ム画面１に対し三角錐４０、三角柱４２、球４３の表示
位置は静止したままで、立方体４１のみが平行移動して
いる。さらに、フレーム画面３では、フレーム画面２か
ら全ての図形が静止したままである。

【００５８】まず、フレーム画面１の図形データを用い
て、セグメントバッファ１２の各テーブルを初期設定す
る。図１５に、各テーブルの初期設定状態を示す。
（ａ）は外接点座標テーブル６０の設定状態で、図形Ｉ
Ｄ番号に三角錐４０、立方体４１、三角柱４２、球４３
を割り当て、ＯＣ座標系及びＰＤＣ座標系の外接点の値
（最大値／最小値）が格納されている（記述は省略）。
また、各図形の静止図形判定フラグ及び背景図形判定フ
ラグは全て“０”にセットされている。（ｂ）は図形テ
ーブルの設定状態で、図形ＩＤに対しその図形の書き込
まれるフレームメモリ１５のタイルに“１”がセットさ
れる。（ｃ）はタイルテーブル８０の設定状態で、背景
用フレームメモリ１５−２の各タイルに対し、書き込ま
れる図形ＩＤに“１”がセットされている。例えば、立
方体４１はタイル１０３とタイル１０４に書き込まれて
いる。

【００５９】図１８は、初期状態のフレームメモリのイ
メージ図で、（ａ）は前景用フレームメモリ１５−１、
（ｂ）は背景用フレームメモリ１５−２を示す。フレー
ムメモリは、タイル１００〜タイル１０５に区分されて
いる。最初のフレーム画面１は背景用フレームメモリ１
５−２に書き込まれる。

【００６０】次に、フレーム画面１からフレーム画面２
に変化する場合、三角錐４０、三角柱４２及び球４３に
ついては、今回の外接点ｖ１〜ｖ６の各々と、外接点テ
ーブル６０が保持している前回の外接点ｖ１〜ｖ６が全
て一致する。また、静止図形判定フラグは全て“０”で
ある。したがって、これらの図形は前フレームから変化
がなく、かつ背景用フレームバッファ１５−２にイメー
ジデータが存在しているので、再度の描画処理を行なわ
ない。

【００６１】一方、立方体４１の図形はフレーム画面１
から移動し、判定の結果は今回のｖ１〜ｖ６の値が外接
点座標テーブル６０の保持している値と一致しない。よ
って、立方体４１は前景図形であるとみなし、新しいｖ
１〜ｖ６を外接点テーブル６０に登録（更新）し、静止
図形判定フラグを“１”にセットする。前景図形となる
立方体４１はＣＰＵ１０でジオメトリ処理を行なって座
標値、輝度値を計算し、前景用フレームメモリ１５−１
に新しいイメージデータを書き込む。

【００６２】ところで、背景用フレームメモリ１５−２
には立方体４１の古いイメージデータが残っている。こ
の消去のため、立方体４１の背景図形判定フラグを
“１”にセットした後、立方体４１が書き込まれている
タイル１０３，１０４の再描画をおこなう。

【００６３】すなわち、図１５（ｃ）のタイルテーブル
８０より、立方体４１の存在するタイル１０３には三角
錐４０と、球４３も存在していることが分かるので、背
景用フレームメモリ１５−２と背景用Ｚバッファ１６−
２のタイル１０３の領域を初期化した後に、三角錐４０
と球４３のデータをジオメトリテーブルから取り出して
再描画する。そして、タイルテーブル８０で、タイル１
０３に対する立方体４１の箇所を“０”にセットする。

【００６４】同様に、タイル１０４には三角柱４２があ
るので、背景用フレームメモリ１５−２と背景用Ｚバッ
ファ１６−２のタイル１０４の領域を初期化したのち、
三角柱４２を再描画する。また、タイルテーブル８０
で、タイル１０４に対する立方体４１の箇所を“０”に
セットする。さらに、図形テーブル７０で、立方体４１
に対するタイル１０３、１０４の箇所を“０”にセット
する。

【００６５】これで、立方体４１は背景用フレームメモ
リ１５−２から消去されたので、改めて前景用フレーム
メモリ１５−１に新しいイメージデータを書き込む。ま
ず、ＣＰＵ１０がジオメトリ処理した新しいデータをジ
オメトリテーブル５０に登録し、図形テーブル７０で新
しく書き込まれる立方体４１のタイル１０１に“１”を
セットする。そして、更新されたジオメトリテーブルを
用い、グラフィックスプロセッサ１３で画素展開を行
い、前景用フレームメモリ１５−１に立方体４１を描画
する。

【００６６】図１６に、フレーム画面２を描画したとき
の各テーブルの設定状態を示す。外接点テーブル６０に
おいて、立方体４１の静止図形判定フラグは前景用であ
ることを示す“１”であり、また、背景図形判定フラグ
が“１”で、背景用フレームメモリ１５−２から消去さ
れたことを示している。また、図形テーブル７０には、
立方体４１とタイル１０１が対応付けられ、タイルテー
ブル８０のタイル１０３，１０４から立方体４１はリセ
ットされている。

【００６７】図１９に、フレーム画面２に対応するフレ
ームメモリのイメージ図を示す。（ａ）の前景用フレー
ムメモリ１５−１では、タイル１０１に立方体４１が書
き込まれ、（ｂ）の背景用フレームメモリ１５−２から
は立方体４１が消去されている。

【００６８】次に、フレーム画面２からフレーム画面３
に変化した場合を説明する。図形４０〜４３に変化がな
いので、今回の各図形の外接点ｖ１〜ｖ６は外接点テー
ブル６０が保持しているフレーム画面２の値と全て一致
する。従って、このまま何もしなくてもフレーム画面２
を維持できる。しかし、フレーム画面２の外接点テーブ
ル６０では、立方体４１の静止図形判定フラグ“１”、
背景図形判定フラグ“１”とセットされているので、こ
のままでは立方体４１が移動図形として扱われて再描画
の対象となってしまう。

【００６９】そこで、立方体４１を前景用から背景用に
変更する。このため、図形テーブル７０から立方体４１
が存在するタイル１０１を検知し、タイルテーブル８０
のタイル１０１で立方体４１に“１”をセットする。こ
の後、ジオメトリテーブル５０のデータを用いて、グラ
フィックスプロセッサ１３で画素展開を行い、背景用フ
レームメモリ１５−２に立方体４１を描画する。そし
て、静止図形判定フラグと背景図形判定フラグを共に
“０”にセットする。

【００７０】図１７に、フレーム画面３に対応する各テ
ーブルの設定状態を示す。また、図２０に、フレーム画
面３に対応するフレームメモリのイメージ図を示す。
（ａ）の前景用フレームメモリ１５−１から立方体４１
が消去され（ｂ）の背景用フレームメモリ１５−２のタ
イル１０１に立方体４１が書き込まれている。

【００７１】以上、本実施例によれば３次元のモデリン
グ図形を２次元の画面上で移動ないし静止しながら再描
画する場合、フレーム毎に前回から移動の有無を図形単
位に判定し、移動する図形はフレームメモリ上に描画
し、移動しない図形はフレームメモリ上に残る前フレー
ムのイメージデータを使用する。この結果、移動する図
形の数または移動の発生頻度が少ない画面の描画処理を
大幅に低減し、結果的に高速の描画処理を実現できる。

【００７２】また、本実施例では、３次元図形の移動の
有無の判定に、３次元のモデリング座標系における図形
の頂点のうち、ｘ，ｙ，ｚ成分の最大値または最小値を
含む６頂点を外接点として求めて成分値と共に保持し、
今回のフレームで同一の図形を再描画する場合に、その
外接点の全てが前回のフレームで求めた成分値と一致し
ているか比較する。なお、図形データの描画時、モデリ
ング座標系から指定された変換マトリクスによる２次元
座標系へ変換されるが、上記の外接点についても２次元
への変換が行なわれ、今回と前回の比較は２次元のデー
タで行なわれる。これによれば、３次元の図形が複雑な
形状を持つ場合でも、６頂点のみのチエックで移動の有
無を速やかに判定できる。

【００７３】また、移動する図形は前景用フレームメモ
リ、移動しない図形は背景用フレームメモリに描画し、
図形毎に何れに書き込んでいるかを管理しながら、前景
用フレームメモリを対象に動的な描画処理を行なう。従
って、主として移動する図形が前景用フレームメモリ上
で再描画される。さらに、フレームメモリを小領域に区
分して、図形毎に存在する領域を管理しながら消去や描
画を行なうので、処理の範囲が簡単に限定できる。

【００７４】なお、上記実施例では３次元のモデリング
図形を対象としたが、２次元のモデリング図形にも適用
できることは言うまでもない。この場合、外接点は矩形
枠と接する４頂点となる。

【００７５】

【発明の効果】本発明によれば、複数の図形の各々を再
描画する場合に、フレーム毎に前回から移動の有無を図
形単位に判定し、移動する図形はフレームメモリ上に再
描画し、移動しない図形はフレームメモリ上に残る前フ
レームのイメージデータを使用するので、移動する図形
の数や移動の発生頻度が少ない画面の描画処理を大幅に
低減し、描画処理を高速化できる効果がある。

【００７６】また、前回と今回の図形の移動の判定に、
３次元図形のモデリング座標系のｘ、ｙ、ｚ成分の最大
値または最小値を含む６頂点（外接点）を２次元の物理
装置座標系に変換し、２次元での６頂点の前回値と今回
値を比較するので、図形が複雑な場合にも移動の判定を
簡単、かつ速やかに行なえる。

【００７７】また、移動する図形は前景用フレームメモ
リ、移動しない図形は背景用フレームメモリに描画し、
図形毎にどのメモリのどの領域に書き込んでいるかを管
理しながら、主として前景用フレームメモリを対象とし
た動的な描画処理を行なうので、システム全体としてみ
たオーバヘッドが少なく処理が簡単になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるコンピュータグラフイ
ックスの構成を示すブロック図。

【図２】従来のコンピュータグラフイックスの構成を示
すブロック図。

【図３】３次元のオブジェクト座標系（ＯＣ）から２次
元の物理装置座標系（ＰＤＣ）への変換ステップを示す
説明図。

【図４】３次元グラフィックスの表示画面の一例を示す
説明図。

【図５】オブジェクト座標系及び物理装置座標系での図
形の構成頂点のうち、ｘ、ｙ、ｚ成分の最大値または最
小値を含む６個の外接点を示す説明図。

【図６】外接点テーブルの構成を示す説明図。

【図７】表示画面を小領域（タイル）に分割した説明
図。

【図８】図形テーブル及びタイルテーブルの構成を示す
説明図。

【図９】３次元図形の外接点を求める手順を示すフロー
図。

【図１０】３次元図形の外接点を物理装置座標系（ＰＤ
Ｃ）に変換するフロー図。

【図１１】本発明の一実施例による描画処理で、図形の
移動の有無を判定するフロー図。

【図１２】本発明の一実施例による描画処理で、図形の
移動の有無に応じた処理を示すフロー図。

【図１３】本発明の一実施例による描画処理で、図１１
及び図１２からの続きを示すフロー図。

【図１４】本実施例における３次元グラフィックスの表
示画面で、フレーム画面の変化の具体例を示す説明図。

【図１５】図１４のフレーム画面１で、外接点テーブ
ル、図形テーブル及びタイルテーブルの設定状態を示す
説明図。

【図１６】図１４のフレーム画面２で、外接点テーブ
ル、図形テーブル及びタイルテーブルの設定状態を示す
説明図。

【図１７】図１４のフレーム画面３で、外接点テーブ
ル、図形テーブル及びタイルテーブルの設定状態を示す
説明図。

【図１８】図１４のフレーム画面１に対応するフレーム
メモリのイメージ図。

【図１９】図１４のフレーム画面２に対応するフレーム
メモリのイメージ図。

【図２０】図１４のフレーム画面３に対応するフレーム
メモリのイメージ図。

【図２１】３次元図形のグラフィックコマンドのデータ
構成図。

【図２２】透視変換における３次元図形の移動と投影面
上での投影を示す説明図。

【符号の説明】

１０…ＣＰＵ、１１…主メモリ、１２…セグメントバッ
ファ、１３…グラフィックスプロセッサ、１４…メモリ
コントローラ、１５…フレームメモリ、１６…Ｚバッフ
ァ、１７…比較器、１８…セレクタ、１９…ＤＡＣ、２
０…グラフィックス出力装置、２１…システムバス、２
２…入出力装置、３０…アプリケーションプログラム、
３１…モデリング図形データ、５０…ジオメトリテーブ
ル、６０…外接点テーブル、７０…図形テーブル、８０
…タイルテーブル。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のモデリング図形の各々に対し、そ
   の２次元の座標値や輝度値により画素展開してイメージ
   データを生成する描画処理を行ない、フレーム画面を表
   示するグラフィックス表示制御方法において、 前回のフレームに存在する図形を今回のフレームに再表
   示する場合に、その図形の移動の有無を判定し、移動す
   る図形のみ描画処理することを特徴とするグラフィック
   ス表示制御方法。
2. 【請求項２】 ３次元図形を指定の座標変換マトリクス
   により２次元の物理装置座標系に変換し、その２次元の
   座標値と輝度値から画素展開してイメージデータを生成
   する描画処理を行ない、フレーム画面を表示するグラフ
   ィックス表示制御方法において、 前回のフレームに存在する図形を今回のフレームに再表
   示する場合に、その図形の移動の有無を判定し、移動す
   る図形のみ描画処理することを特徴とするグラフィック
   ス表示制御方法。
3. 【請求項３】 請求項１または２において、 第１のフレームメモリには、最初のフレーム画面に存在
   する全ての図形をイメージデータで書き込むと共に、以
   後は前回のフレーム画面から移動しない図形のイメージ
   データを書き込みまたは残し、第２のフレームメモリに
   は、前回のフレーム画面から移動した図形をイメージデ
   ータで書き込み、 同一図形が第１と第２のフレームメモリ間で交代する場
   合に、時間的に古いイメージデータを消去して、第１と
   第２のフレームメモリのイメージデータを合成すること
   を特徴とするグラフィックス表示制御方法。
4. 【請求項４】 請求項２において、 前記図形の移動の有無は、３次元図形の座標軸成分毎の
   最大値と最小値の１つを含む６つの外接点を、指定され
   る座標変換マトリクスにより２次元の物理装置座標系に
   変換し、変換された２次元の外接点の前回値と今回値を
   比較し、その１点でも異なる場合に図形が移動している
   と判定することを特徴とするグラフィックス表示制御方
   法。
5. 【請求項５】 ３次元のモデリング図形を指定された座
   標変換マトリクスにより２次元の物理装置座標系へ変換
   する処理を含むジオメトリ処理を行ない、かつフレーム
   毎の表示制御を統括処理する処理制御装置と、ジオメト
   リ処理された図形毎の座標値と輝度値を基にイメージデ
   ータを生成してフレームメモリとＺバッファに格納する
   グラフイックスプロセッサと、フレームメモリのイメー
   ジデータを画面に表示する表示装置を備えるコンピュー
   タグラフイックスにおいて、 前記フレームメモリとＺバッファはそれぞれ、同一図形
   が前回のフレームから移動する場合に格納する前景用
   と、移動しない場合に格納する背景用からなり、 前記処理制御装置は、２次元に変換された図形の移動の
   有無を判定する機能を有し、対象の図形が前回から移動
   している場合は前記イメージデータの再描画を行ない、
   前回から移動していない場合は前記背景用に残っている
   イメージデータを再利用するように処理することを特徴
   とするコンピュータグラフイックス。