JPH1173520A

JPH1173520A - グラフィックス処理装置

Info

Publication number: JPH1173520A
Application number: JP23212297A
Authority: JP
Inventors: Kazuhisa Takami; 和久高見; Makoto Fujita; 良藤田; Yuichi Abe; 雄一安部; Masahiro Shiraishi; 雅裕白石
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-08-28
Filing date: 1997-08-28
Publication date: 1999-03-16

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、景色の一部分に対してもフォグの効
果を表現でき、さらに、複数のフォグが空間に重なる場
合も考慮したフォグの効果を表現できるグラフィックス
処理装置を提供することにある。【解決手段】３次元で定義された図形を画素に展開して
表示装置に表示するグラフィックス処理装置であって、
３次元空間上の濃度分布をＸＹＺ座標の関数として定義
した濃度関数と色情報を与え、画素の色は、図形の色と
前記色情報を、視点と図形上の点で決まる濃度関数の値
によって、混合して生成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は高精度にグラフィッ
クス処理を行うグラフィックス処理装置に係り、特にフ
ライトシュミレータにおけるフォグ（霧）の表示をリア
ルに行うものである。

【０００２】

【従来の技術】フライトシュミレータなどで使われるフ
ォグ（霧）の表示を行うには、特開平7−21407号の従来
例に開示されているように、視点から図形までの距離に
よって、図形色とフォグ色を、遠くのものほどフォグ色
の混合比率を上げるようにして実現していた。これによ
って、遠くの景色全体を霞ませて表示することが可能で
あった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来は遠
くの景色全体に対してフォグの効果を作り出していた
が、景色の一部分に対してのフォグをかけることができ
ないという問題点がある。実際にはフォグが景色全体に
かかるのではなく、景色の一部分のみにかかる場合もあ
る。例えば、地面から山の中腹までにフォグがかかって
いる場合や、高度２千メートルから５千メートルまでに
雲がある場合などがある。

【０００４】従って、景色の一部分のみに対してフォグ
をかけることが必要になる。従来の方法では、遠くの景
色全体を霞ませて表示することはできるが、景色の一部
分のみを霞ませて表示することに考慮が欠けていた。

【０００５】そこで、本発明の目的は、景色の一部分に
対してのフォグの効果を表現でき、さらに、２種類以上
のフォグが空間に重なる場合も考慮したフォグの効果も
表現できるグラフィックス処理装置を提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的は、３次元で定
義された図形を画素に展開して表示装置に表示するグラ
フィックス処理装置であって、３次元空間上の濃度分布
をＸＹＺ座標の関数として定義した濃度関数と色情報を
与え、前記画素の色は、前記図形の色と前記色情報を、
視点と前記図形上の点で決まる前記濃度関数の値によっ
て、混合して生成されることにより達成することができ
る。

【０００７】また、上記目的はフォグの色、フォグの中
心を決める点，線，面のパラメータ，フォグの中心の濃
度，フォグの中心から離れる際にフォグの濃度を増減さ
せる増減率を記憶する装置を設け、図形の内部を画素展
開する時に、視点から描画する画素の距離を求める計算
手段と、フォグの中心から描画する画素の距離を求める
計算手段と、視点から描画する画素の距離，フォグの中
心から描画する画素の距離，フォグの中心の濃度，フォ
グの濃度を増減させる増減率を用いて、フォグの色と画
素の色の混合率であるフォグ係数を求める計算手段と、
描画する画素に対し、複数のフォグ係数とフォグ色を用
いて、合成したフォグ係数とフォグ色を求める計算手段
と、合成したフォグ係数とフォグ色，画素の色を混合す
る計算手段を設けることで達成することができる。

【０００８】フォグの色，フォグの中心を決定させる
点，線，面のパラメータ，フォグの中心の濃度，フォグ
の中心から離れる際にフォグの濃度を増減させる増減率
を記憶することにより、フォグ計算ができる。

【０００９】図形の内部を画素展開する時に、視点から
描画する画素の距離を求める計算手段により、奥行きに
より変化するフォグの効果を表現するための前処理を行
う。フォグの中心から描画する画素の距離を求める計算
手段により、フォグの中心からの距離によるフォグの効
果を表現するための前処理を行う。

【００１０】視点から描画する画素の距離，フォグの中
心から描画する画素の距離，フォグの中心の濃度，フォ
グの濃度を増減させる増減率を用いて、フォグ係数を求
める計算手段により、フォグ係数を求めることができ
る。

【００１１】複数のフォグ係数とフォグ色を用いて、合
成したフォグ係数とフォグ色を求める計算手段により、
複数のフォグの干渉を考慮することができる。

【００１２】合成したフォグ係数とフォグ色，画素の色
を混合する計算手段により、フォグの効果を表示するこ
とが可能になる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図１〜７
図により説明する。

【００１４】図１は、本発明を用いた場合の機能の例を
示す。３次元空間上に飛行船，家，地面の図形があり、
視点から投影面に向う垂台空間に存在する図形を投影面
に投影することにより、３次元の図形を２次元のスクリ
ーンに表示している。

【００１５】一例として雲をフォグの領域とみなし、３
次元空間上にフォグ領域を置くことで、雲の中に存在す
る飛行船を霞ませて表示することができる。

【００１６】図２は、この発明の実施例を実現するため
のシステムの一例を示すブロック図である。ここでは、
構成例の一例としてＣＰＵとジオメトリプロセッサとレ
ンダリングプロセッサを配置した図にしてあるが、ジオ
メトリプロセッサの動作又は、ジオメトリプロセッサと
レンダリングプロセッサの動作をＣＰＵで行う構成で
も、実現することができる。

【００１７】ＣＰＵはアプリケーションを実行し作成し
た、ポリゴン等の図形データ（頂点座標，法線ベクト
ル，テクスチャ座標等）や、フォグのデータ（フォグの
中心，フォグの増減率，フォグの色）などをシステムバ
スを介してジオメトリプロセッサに送る。メインメモリ
は、ＣＰＵが作業するためのデータを保管するメモリで
ある。

【００１８】ジオメトリプロセッサは、ＣＰＵから送ら
れた図形データを座標変換，透視変換，輝度計算等を行
い、３次元座標から２次元のスクリーン座標を求めたデ
ータをレンダリングプロセッサに送る。

【００１９】レンダリングプロセッサは、図形データを
画素に展開して、フォグ計算，Ｚ比較，アルファブレン
ド等の演算を行いフレームメモリに格納する。

【００２０】フレームメモリは表示装置に表示する内容
を記憶し、その内容を表示装置に表示する。

【００２１】図３は、フォグの中心とフォグの領域と描
画を行う画素の距離を示したものである。フォグの領域
は、３次元空間にフォグの中心を置き、フォグの中心か
らの距離により求める。例えば、中心点から５メートル
以内をフォグの領域として、その中心点からの距離が遠
くなるほどフォグの濃度を薄くすることにより、フォグ
が中心点から球状に広がっていく様を表現するという具
合になる。フォグの中心には、点と線と面があり、描画
を行う図形のフォグの濃度は、中心からの距離の関係か
ら求める。

【００２２】フォグの中心を点とした場合、フォグが中
心点から球状に広がっていく様を表現することができ
る。表示したい図形の画素の座標（ｘｐ，ｙｐ，ｚｐ）
と中心点の座標（ｘ０，ｙ０，ｚ０）のＸＹ成分の距離
Ｌｘｙは、

【００２３】

【数１】

【００２４】になる。

【００２５】また、Ｚ成分の距離Ｌｚは、

【００２６】

【数２】Ｌｚ＝｜ｚ０−ｚｐ｜ …（２）になる。

【００２７】フォグの中心を線とした場合、フォグが中
心線から円柱状に広がっていく様を表現することができ
る。中心線を、座標（ｘ０，ｙ０，ｚ０）を通り、線の
方向ベクトルを（ａ，ｂ，ｃ）とすると、中心線の方程
式は一般に、

【００２８】

【数３】

【００２９】である。また、中心線の方程式は、２点の
座標値を通る線、又は２つの平面が交わる線から算出す
ることができる。

【００３０】表示したい図形の画素の座標（ｘｐ，ｙ
ｐ，ｚｐ）と中心線のＸＹ成分の距離Ｌｘｙは、

【００３１】

【数４】

【００３２】になる。

【００３３】数（４）にあるｔは、

【００３４】

【数５】

【００３５】で表される。

【００３６】Ｚ成分の距離Ｌｚは、数（５）のｔを用い
て

【００３７】

【数６】Ｌｚ＝｜ｚｐ−ｚ０−ｚ・ｔ｜ …（６）になる。

【００３８】フォグの中心を面とした場合、フォグが面
の上下方向に広がっていく様を表現することができる。
中心面の方程式は一般に、

【００３９】

【数７】ａ・ｘ＋ｂ・ｙ＋ｃ・ｚ＋ｄ＝０ …（７）である。また、中心面の方程式は、３点の座標値を通る
平面から算出することができる。

【００４０】表示したい図形の画素の座標（ｘｐ，ｙ
ｐ，ｚｐ）と中心面のＸＹ成分の距離Ｌｘｙは、

【００４１】

【数８】

【００４２】になる。

【００４３】Ｚ成分の距離は、

【００４４】

【数９】

【００４５】になる。

【００４６】図４は、フォグの中心からのＸＹ成分の距
離Ｌｘｙと、ＸＹ成分のフォグ係数coefＸＹの関係を示
したものである。中心点ＦＰ(ｘ０，ｙ０)のフォグ係数
coefＸＹは、フォグの中心の濃度（ＦＣＬ）であり、そ
の中心から半径Ｒまで、描画する画素ＶＰ(ｘｐ，ｙｐ)
との距離Ｌｘｙが、大きくなるに従いcoefＸＹの値は、
減衰する。ここでは、減衰を例にしているが、増加させ
ることもできる。この増減率をＳＦとすると、coefＸＹ
は、

【００４７】

【数１０】

【００４８】

【数１１】０.０≦coefＸＹ≦１.０ …（１１）になる。

【００４９】図５は、フォグの中心からの距離Ｌｚと、
フォグＺ成分の係数coefＺと、視点からの位置の関係を
示したものである。フォグＺ方向の係数coefＺは、視点
から見て、中心と図形の位置関係により計算方法が違っ
てくる。

【００５０】例えば、視点から見て、図形Ｐ１がフォグ
の中心点ＦＰの手前にある場合、フォグの中心の濃度を
ＦＣＬ，半径Ｒまでの増減率をＳＦとした時、図形Ｐ１
のcoefＺは

【００５１】

【数１２】

【００５２】

【数１３】０.０≦coefＺ≦１.０ …（１３）になる。

【００５３】また、視点から見て、図形Ｐ２がフォグの
中心点ＦＰよりも奥にある場合は、

【００５４】

【数１４】

【００５５】但し、coefＺは数（１３）の条件を満た
す。

【００５６】になる。

【００５７】図形の色Scolorとフォグ色Fcolorのフォグ
係数ＦＯＧを求めるには、別々に算出したcoefＸＹとco
efＺを合成する必要があり、

【００５８】

【数１５】ＦＯＧ＝coefＸＹ・coefＺ …（１５）で合成される。

【００５９】以上が、フォグの中心を点とし、中心点か
ら半径Ｒまで球状に広がっていくフォグ係数を求める方
法である。同様に、直線，平面の方程式で領域を与えた
フォグ係数の計算も、直線あるいは平面からのＸＹ成分
の距離からcoefＸＹを求め、Ｚ成分の距離によりcoefＺ
を求め、coefＸＹとcoefＺを合成することで求められ
る。

【００６０】最終的に、図形の色Scolorとフォグ色Fcol
orを混合し、表示する色Dcolorは、

【００６１】

【数１６】 Dcolor＝ＦＯＧ・Fcolor＋(１−ＦＯＧ)Scolor …（１６）である。以上により、景色の一部分のフォグの表示を実
現することができる。

【００６２】図６は、２種類のフォグの領域が重なった
例を示しており、２つのフォグをＦＯＧ＿Ａ，ＦＯＧ＿
Ｂとし、領域が重なった部分をＦＯＧ＿Ｃとする。ＦＯ
Ｇ＿Ｃは、ＦＯＧ＿ＡとＦＯＧ＿Ｂのフォグ係数ＦＯＧ
Ａ，ＦＯＧＢと、フォグ色FcolorＡ，FcolorＢにより、
ＦＯＧ＿Ｃのフォグ係数ＦＯＧＣとフォグ色FcolorＣを
求めることができる。

【００６３】ＦＯＧ＿Ｃのフォグ係数は、

【００６４】

【数１７】ＦＯＧＣ＝ＦＯＧＡ＋ＦＯＧＢ …（１７）により求められる。

【００６５】ＦＯＧ＿Ｃのフォグ色は、

【００６６】

【数１８】 FcolorＣ＝FcolorＡ・ＦＯＧＡ＋FcolorＢ・ＦＯＧＢ …（１８）で求めることができる。

【００６７】これで、複数のフォグを混合したフォグ効
果の表示を実現できる。

【００６８】

【発明の効果】本発明によれば、表示品質が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を用いた場合の機能例。

【図２】実施例を実現するためのシステムの一例を示す
ブロック図。

【図３】フォグの中心と領域の指定方法と中心からの距
離を示す図。

【図４】フォグの中心からのＸＹ成分の距離Ｌｘｙとフ
ォグ係数coefＸＹの関係図。

【図５】フォグの中心からのＺ成分の距離Ｌｚとフォグ
係数coefＺと視点の位置の関係図。

【図６】２種類のフォグの領域が重なった例を示す図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者白石雅裕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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】３次元で定義された図形を画素に展開して
表示装置に表示するグラフィックス処理装置であって、３次元空間上の濃度分布をＸＹＺ座標の関数として定義
した濃度関数と色情報を与え、前記画素の色は、前記図形の色と前記色情報を、視点と
前記図形上の点で決まる前記濃度関数の値によって、混
合して生成されることを特徴とするグラフィックス処理
装置。
【請求項２】３次元で定義された図形を画素に展開して
表示装置に表示するグラフィックス処理装置であって、３次元空間上に、ＸＹＺ座標で定義される領域と色情報
を与え、前記画素の色は、前記図形の色と前記色情報を、視点と
前記図形を結ぶ線分と前記領域との重なり方によって、
混合して生成されることを特徴とするグラフィックス処
理装置。
【請求項３】請求項１において、前記濃度関数は、中心点と、増減関数を与え、前記中心点は３次元空間のＸＹＺ座標値１個で定義され
ることを特徴とするグラフィックス処理装置。
【請求項４】請求項１において、前記濃度関数は、中心線と、増減関数を与え、前記中心線は、３次元空間のＸＹＺ座標値１個と法線方
向ベクトルで定義されるか、３次元空間のＸＹＺ座標値２個で定義されるか、３次元空間の２つの平面が交わる線により定義されるこ
とを特徴とするグラフィックス処理装置。
【請求項５】請求項１において、濃度関数は、中心面と、増減関数を与え、前記中心面は、３次元空間のＸＹＺ座標値１個と法線方向ベクトルで定
義されるか、３次元空間のＸＹＺ座標値３個で定義されることを特徴
とするグラフィックス処理装置。
【請求項６】請求項２において、前記領域は、中心点と、半径と、増減関数を与え、前記中心点は３次元空間のＸＹＺ座標値１個で定義され
ることを特徴とするグラフィックス処理装置。
【請求項７】請求項２において、前記領域は、中心線と、前記中心線からの距離と、増減
関数を与え、前記中心線は、３次元空間のＸＹＺ座標値１個と法線方
向ベクトルで定義されるか、３次元空間のＸＹＺ座標値２個で定義されるか、３次元空間の２つの平面が交わる線により定義されるこ
とを特徴とするグラフィックス処理装置。
【請求項８】請求項２において、前記領域は、中心面と、前記中心面からの距離と、増減
関数を与え、前記中心面は、３次元空間のＸＹＺ座標値１個と法線方向ベクトルで定
義されるか、３次元空間のＸＹＺ座標値３個で定義されることを特徴
とするグラフィックス処理装置。
【請求項９】請求項１において、グラフィックス処理装置は、ＣＰＵとレンダリングプロ
セッサで構成され、前記ＣＰＵは、３次元の図形と色情報と濃度関数を作成
し、前記レンダリングプロセッサに前記図形と前記色情
報と前記濃度関数を与えるものであり、前記レンダリングプロセッサは、前記図形を画素に展開
するものであって、該レンダリングプロセッサは、前記ＣＰＵから前記３次
元の図形と前記色情報と前記濃度関数を受け取り、前記画素の色は、前記図形の色と前記色情報を、視点と
図形上の点で決まる前記濃度関数の値によって、混合し
て生成されることを特徴とするレンダリングプロセッ
サ。
【請求項１０】請求項２において、グラフィックス処理装置は、ＣＰＵとレンダリングプロ
セッサで構成され、前記ＣＰＵは、３次元の図形と色情報と領域を作成し、
前記レンダリングプロセッサに前記図形と前記色情報と
前記領域を与えるものであり、前記レンダリングプロセッサは、前記図形を画素に展開
するものであって、該レンダリングプロセッサは、前記ＣＰＵから前記３次
元の図形と前記色情報と前記領域を受け取り、前記画素の色は、前記図形の色と前記色情報を、視点と
前記図形を結ぶ線分と前記領域との重なり方によって、
混合して生成されることを特徴とするレンダリングプロ
セッサ。
【請求項１１】請求項１又は２において、３次元空間上の２点で定義される濃度関数、又はＸＹＺ
で定義される領域は、複数を指定することができるもの
であり、複数の前記濃度関数又は前記領域は、合成されることを
特徴とするグラフィックス処理装置。