JPS59129897A - 三次元表示システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、二次元のラスター表示スクリーン上に三次元
の蔭を付した映像を表示するためのシステムに関し、特
に前記スクリーン上の選定された順序の場所において表
示を増分的に形成することを可能にし、かっこのような
汎用形式の現在公知のシステムにおいて完全像を表示す
るため必要とされる期間よりも実質的に短い期間におけ
る完全像のための改良されたシステムに関する。

例えば陰極線管（ＣＲＴ）のラスター表示スクリーンの
如き二次元表示装置上に三次元の映像表示を行なう際に
は、略々三次元の表示効果が得られるように映像の隠れ
た表面を除去し目に見える表面に蔭を付けるための機構
を提供することが必要である。このような効果を生じる
ための従来の表示装置においては、表示される全体映像
における各点を第１のプロセッサ（通常、「上位」プロ
セッサと呼ぶ）において形成するが、このような各点を
表わすデータは、上位プロセッサにおいて完全映像を形
成する各点が形成されてごのような完全像を規定するデ
ータが形成されて格納されるまで、ラスター表示スクリ
ーン上の表示のため供給されない。このデータは次に、
前記ラスター表示装置と関連しかつ表示すべき映像のラ
イン毎の走査表示を提供するため全体の点データをビデ
オ・データに変換する第２のプロセッサ（通常、局部「
表示」プロセッサと呼ぶ）に対して供給される。

このようなシステムにおいては、上位プロセッサは通常
多くの機能を実施する。上位プロセッサは、「視覚的変
換」、即ちデータ・ベースから受取った入力情報の変換
、および映像の適当な基準化、または映像の回転運動、
または映像の異なる領域の拡大を行なうデータへの表示
されるべき映像の形状の表示を行なう。上位プロセッサ
は更に、ｒボリューム・クリッピング操作」、即ち表示
するため必要とされる全体像の選定された領域の決定の
ための、しばしば「ウィンドー操作」と呼ばれるプロセ
スを行な、うｇノ、 当技術においては三次元表示を行、なつ５１：、に’Ｓ
）種々の試みがなされてきたが、これらの試みは「隠れ
た面」および「暗影」の問題を解決するための色々な手
法を用いるが、１つの公知の試みは本システムにおいて
しばしばＺバッファと呼ばれる奥行きのバッファを使用
することであった。

このようなシステムにおいては、上位プロセッサは、「
隠れた面Ｊまたは「隠れたａＪの除去を可能にする適当
な情報、即ち全体的な視覚的表示における同じ表示場所
の映像の他の部分の各点の背後になる映像の一部にある
各点が表示された映像において有効に除去される、即ち
使用されないように映像を形成する各点間の奥行きの関
係を規定するデータを提供する。このような奥行きの情
報は、通常、プロセッサのメモリーの適当な部分（奥行
きバッファ部分）においてデータ点のアレーとじて上位
プロセッサに記憶される。

上位コンピュータはまた映像の目に見える表面に蔭を与
える機能を実施し、即ち映像ディスプレイにおいて三次
元の暗影効果を提供するように完全像における目に見え
る各点に対する適当な強さの数値を形成する。

上位プロセッサは、更に、映像を形成する全ての点の色
彩および強さならびに場所に関して、表示装置において
必要とされる映像の形成のための必要なデータに前記デ
ータを変換するように、データの１走査変換」または「
ラスター化」を行なう。このようなデータは次に、上位
プロセッサからＣＲＴのスクリーン上において例えばラ
イン毎に表示するため前記上位プロセッサから表示プロ
セッサに対して供給される。

奥行き即ちＺ軸のバッファの試みがなされる時、隠され
た面の除去の問題は、奥行きバッファ即ちＺ軸バッファ
のアルゴリズムとしばしば呼ばれる適当なアルゴリズム
を用いることにより上位プロセッサにおいて解決される
が、これは入力データを処理して三次元像の目に見える
各点の決定に必要な奥行きの位置関係情報を記憶し、こ
のような処理された奥行き情報はメモ゛リーの奥行きバ
ッファ部分に記憶される。表示されるべき各点の場所、
色彩および強さを規定するデータは、メモリーの１映像
」バッファ部分と呼ぶことができる適当な記憶装置に記
憶される。映像を規定するため必要な全てのデータが一
旦記憶されると、この映像情報は局部表示プロセッサに
対して転送され、ここ、でこの時映像がライン毎にラス
ター表示スクリーン上に表示させるように従来のフレー
ム・バッファ装置に置かれるのである。

このような試みの主な短所は、映像を規定する各点に関
するデータが表示プロセッサに供給することができる前
に完全像が形成されて上位プロセッサに記憶されなけれ
ばならないことである。このようなシステムにおいては
、各点に対する映像データが形成される時増分的にこの
ような情報を上位プロセッサから表示プロセッサに対し
て転送しようとする試みは全く非実際的である。このよ
うなプロセスに対する全時間はこのようなプロセスから
得られるべき実際的な長所を考えても長過ぎることにな
ろう。従って、所要の奥行き関係データの取得のため上
位プロセッサにより如何なる隠れた面即ち奥行きバッフ
ァ、アルゴリズムが使用されようとも、上位プロセッサ
において全ての映像情報を記憶する必要のため、全ての
このような情報が形成され上位プロセッサにおいて使用
可能となる時にだけ映像が表示されることを可能にする
。従って、通常は、情報を表示する最も有効な方法は、
表示スクリーンの頂部から底部にかけてライン毎に行な
う従来の方法に基づいている。

従って、一旦ユーザが映像の表示のためデータ・ベース
における情報を使用することを欲すると、完全像が表示
プロセッサに送られて表示スクリーン上に現われる前に
、上位プロセッサにおいて表示不可能な形態で複写され
る完全像を規定するデータをユーザが待機しなければな
らない。更に、ユーザにより映像における変更が行なわ
れる時は、このような変更は上位プロセッサにより適当
な場所において行なわれなげればならず、また変更され
た映像がユーザにより視認できる前にライン毎の走査に
基づいて完全像が再び表示されなければならない。い（
つかの異なる対象像を構成する完全像は、対象像毎に表
示スクリーン上においてユーザに対して提示することも
できない。

このようなシステムは、ランダム・アクセス表示素子で
はな（ラスター・プロット素子の性格で有効に作用し、
映像の表示の要求が行なわれる時点および映像の最初の
ラインがスクリーン上に表示され始め得る時点からの比
較的長い待機時間を必要とする。このような表示が一旦
開始すると、上位プロセッサは、上位プロセッサにおけ
る映像バッファ々）ら表示プロセッサのフレーム・バッ
ファに対して各データ点を提供しなげればならず、これ
は大きな負担となる。

このようなシステムの作用を改善するためには。

ユーザが要求した映像が形成され表示することができる
前に要する比較的長い待機時間を必要としないシステム
を提供することが望ましい。更に、このようなシステム
においては、映像の場所の変更が表示スクリーンにおい
て見える前に表示されつつある完全像を再計算すること
を上位プロセッサに要求することな（、かかる場所の変
更全可能にするシステムの改良が望寸しい。

更に、システムにおいては、映像の種々の場所を他の場
所とは独立的に表示することができるように、また完全
像の表示がその構成部分即ち対象物の選定された順序に
おいて連続的に形成することができるように、完全像の
「構成」を可能にすることが望ましい。ある選択された
順序での完全像の構成は、一般に完全像の漸進的構成と
呼ぶことができる。

本発明によれば、三次元像を画成するユーザが提供する
、映像に対する強さおよび色彩のデータと奥行き関係の
データの双方音生じるため必要とされる人力情報の処理
が上位プロセッサにおいてではな（局部表示プロセッサ
においてなされるように、表示システムが構成される。

従って、上位プロセッサではな（表示プロセッサが、完
全像の各点の場所、色彩および強さを画成する映像デー
タを形成するため用いられる。この表示ブロセツサはま
た完全像の各場所における映像の点の対応する奥行き関
係を画成する奥行きデータを処理してこれを記憶し、こ
のようなデータはこれもまた局部表示プロセッサの一部
を形成する奥行きバッファ装置に記憶される。映像の色
彩および強さを表わす映像データは、表示プロセッサの
一部であるフレーム・バッファ装置において直接記憶す
ることができ、次いでビデオ・データとして表示装置に
対して供給され、あるいはまたこのような映像情報を表
わす色彩の指標データはフレーム・バッファに記憶する
ことができ、また次にこれからビデオ・データとして表
示装置に対して供給される色彩および強さの情報を得る
ため色彩索引表をアドレス指定するため使用することが
できる。映像情報および奥行き情報の双方が局部表示プ
ロセッサにより直ちに使用可能であるため、完全像の各
点を画成するビデオ映像データが形成されユーザにより
直ちに視認するため完全像が表示スクリーン上に連続的
に「構成」することができると同時に、前記ビデオ映像
データを表示装置における表示のため直ちに供給するこ
とができる。

このようなシステムにおける上位プロセッサは、前述の
如く形状の変換機能を実施するため使用されるが、映像
のどれか一部が表示のため使用可能となる前に、上位プ
ロセッサにおいて完全像を複写するための全てのデータ
を形成するために使用される必要はない。上位プロセッ
サはこの時ユーザによる他の目的のために使用すること
ができる。

隠れた表面の除去、目に見える面の暗影付加、走査の変
換および点表示の実施の如き諸機能が表示プロセッサに
よって実施されるため、表示されるべき全体像が漸進的
に構成され、その選択された部分が直ちにどんな場所で
も如何なる順序においても（即ち、ランダム・アクセス
表示システム）直ちに表示することができる。

ユーザは、完全像がライン毎に表示を開始することがで
きる前に、処理される完全像を待機することなく映像が
構成されつつある時にこれを視認する。従って、このよ
うな表示システムは、従来入手可能なシステムよりもユ
ーザにとって更に応答性が高く、ライン毎に隠れた面の
除去および蔭を付す問題を含み、しばしばユーザにとっ
て大きな悩みの種となる三次元の映像を表示する時間が
かかり退屈なものとなるプロセスを回避するものである
。全体像を対象物毎に漸進的に構成する能力、映像の各
部に対する比較的迅速な補正を行なう能力、および局部
表示プロセッサにおける映像の実際に即した三次元の暗
影の形成の能力の如き本発明によるこのようなシステム
の他の長所については、本発明の更に特定の記述が進め
につれて明らかになるであろう。

本発明のシステムについては、図面の助けを借りて更に
詳細に記述する。

第１図および第１Ａ図において示されるように、二次元
の表示スクリーンにおいて三次元の図形情報の表示を行
なうための従来技術のシステムにより用いられる試みは
、目的のデータ即ち陰極線管（ＣＲＴ）のラスター表示
スクリーン１３上に三次元の映像形態で表示されるべき
全体像を画成する適当なデータ・ベース１１からのデー
タを検索する上位プロセッサ１０を使用するものである
。

この上位プロセッサは、例えば、公知のプロセッサ（例
えば、米国マサチューセッツ州メイカードの］）ｉｇｉ
ｔａｌ　Ｅｕｉｐｍｅｎｔ　社により製造販売されるモ
デルＶＡＸ７８０コンピュータ、または米国アリシナ州
フェニックスのＭｏ　ｔ　ｏ　ｒ　ｏ　］−ａ社により
製造販売されるモデル６８０００　　マイクロプロセッ
サ）を含み、更に表示すべき全体像を構成する各点の場
所、色彩および強さに関する映像データを記憶するため
の上位メモリー１４、即ち表示できなし・映像バッファ
・メモリ一部分１４Ａを含んでいる。

メ舌′”）　−１４のこのような表示できない映像ノく
ツファ部分は、第１Ａ図に示される如き全体像のデータ
点のアレーの各々の強さおよび色彩を規定する順次デー
タを有効に記憶する。

更に、上位プロセッサ・メモリー１４は、通常全体像を
形成する各点のアレーの奥行きの関係を規定する奥行き
のデータを記憶する適当な奥行きバッファ・メモリ一部
分１４’Ｂを含んで℃・る。例えば、もし全体像の２つ
以上の部分が重合するならば、映像におけるいくつかの
場所が１つ以上の共通の点を有し、このような共通の場
所においては、１つ以上の部分における共通の点が１「
除去され」または「隠れる」ように、即ちこれら部分が
最終的に表示された映像において示されないように、ど
の部分が１つ以上の部分の前方にあるかについて判断が
行なわれなければならない。このような目的のため適当
なアルゴリズムが上位プロセッサにより使用することが
できるカー例えば、このような１つのアルゴリズムにつ
いてはＭｃＧｒａｗ−Ｈｉ　Ｉ　］　Ｐｕｂｌ　ｉｓｈ
ｉｎｇ　Ｃｏ、発行のＷ、Ｍ、　ＮｅｗｍａｎおよびＲ
，Ｆ、　５ｐｒｏｕ１１　　の論文「対話式コンピュー
タ・グラフィックスの原理Ｊ（１９７９年第２版）第２
４章［隠れた面の排除Ｊ、３６９頁以降に記載されてい
る。

従って、ＣＲＴのラスター表示スクリーン上に所要の映
像表示を行なうため必要な全データの表示されない複写
は、局部表示プロセッサ１２沈対するこのようなデータ
の転送に先立って、完全像の形態で上位コンピュータ・
メモリー１４において形成され維持される。一旦久カデ
ータがメモリー１４の映像および奥行きバッファ部分に
記憶される点のデータを形成するように処理されると、
記憶された映像データが表示プロセッサに対して転送さ
れ、そのマイクロプロセッサ１５ばこのようなデータを
ビデオ・フレーム・バッファ１６を介してビデオ信号に
単に変換するが、このバッファはＣＲＴディスプレイ１
３の如きディスプレイのラスター表示スクリーン上に各
点を描くようにディスプレイに対してこのデータを供給
する。

第１図に示されるように、上位プロセッサおよび表示プ
ロセッサにより実施される諸機能は各プロセッサ・ブロ
ックの下方に示される。局部表示プロセッサにより実施
される唯一の機能は、一旦点のデータが上位プロセッサ
がし完全に得られると、走査の過程において各点を表示
するビデオ・データを提供することである。

第２図および第２Ａ図は、局部表示プロセッサ２０が隠
れた面の除去、目に見える面の暗影付与および走査の変
換の諸機能、ならびにＣＲＴの表示スクリーン上に映像
の点を表示するためのビデオ・データを提供す、る機能
を提供するように構成される本発明の一実施態様の斬新
な試みを示している。上位プロセッサ２１においてでは
なく、表示プロセッサ２０において映像および奥行きの
バッファ・データの局部的な処理を行なうことにより、
暗影を伺した三次元像を生成するための２つの最も時間
を要するタスクを重合することができる。このように、
上位プロセッサ２１は形状の変換操作を行ない、必要に
応じてボリューム・クリッピング操作を行なうが、との
よ５な各操作は表示プロセッサにより実施される点デー
タの処理操作と同時に実施される。上位プロセッサにお
いて全表示像を複写する必要はない。

次に、上位プロセッサは、以下において更に詳細に論述
するように表示プロセッサに対して適当な指令信号を送
り、これに応答して表示プロセッサはＣＲＴディスプレ
イ１３上に表示される映像を形成するため必要な諸操作
を実施する。

このように、例えば、ある形状の要素、例えば表示され
る全体像の一部を形成する多角形の頂点を規定する入力
データが上位プロセッサ２１により提供することができ
る。上位プロセッサはこのような多角形の頂点に関する
データを局部表示プロセッサ２０に対して提供するため
、以下に述べるように、このデータは例えば、本文に記
述する特定の実施態様において強さおよび色彩のビデオ
・データをビデオ・フレーム・バッファ２５および色彩
索引表２７を介してＣＲＴディスプレイに対し提供する
ため適当に処理される。本表示プロセッサはまた、これ
もまた局部プロセッサ２０に配置される奥行きのバッフ
ァ即ちＺ軸バッファ２６に対して供給する奥行きデータ
を処理する。

入力データがこのように処理されると、前記多角形の目
に見える部分をＣＲＴのラスター表示スクリーン上に即
時表示することができる。以降の各多角形に関するデー
タが上位プロセッサから局部表示プロセッサに対して送
られると、各多角形の目に見える部分が直ちに表示され
、全体的な映像が漸進的に形成される。このようなプロ
セッサはある種類の表示がスクリーン上に現われるのを
待機する間のユーザの心労を排除する許りでなく、ライ
ン毎に全体像を形成する代りに全体像における個々の対
象物を構成することを可能にするものである。

本文に示される特定の実施態様において、例えば上位プ
ロセッサからの指令に応答する入力データの処理はビデ
オ・フレーム・バッファ２５における格納のため映像の
各点の色彩および強さに関する色彩指標データを提供す
るように構成することができる。このような指標は、表
示のためＣＪ（ＴＫ対して必要な色彩（赤、緑、青）の
ビデオ・データを提供する指標と対応する色彩索引表に
おける特定の場所（アドレス）に対する「ポインター１
として作用する。あるいはまた、各映像点に対する色彩
を直接指定するデータはフレーム・バッファ２５に格納
することができ、またこのような色彩データは前記フレ
ーム・バッファから直接ＣＲ’１に対して供給すること
ができる。

第６図および第４図は、第１図および第１Ａ図のシステ
ムの方法と比較された第２図および第２Ａ図のシステム
の方法を用いる際に生じる期間の比較を行なうグラフを
示している。第３図において示されるように、Ｚ軸バッ
ファを使用する周知のシステムにおいては、上位プロセ
ッサは隠れた面を除去するプロセス（奥行きバッファの
アルゴリズムを使用）または暗影付記操作を実施する前
に最初に表示の変換（および、必要に応じてボリューム
・クリッピング操作）を実施しなければならない。上位
プロセッサは、これまで、従来周知のライン毎のラスタ
ー走査法を用いて表示システム上の全体像を表示するこ
とができる表示プロセッサに対して完全像に関するデー
タを転送する前に生じる全てのデータを格納する。

対照的に第４図に示される如く、第２図および第２Ａ図
に示されるシステムの上位プロセッサは単に入力データ
に関する表示変換（およびボリューム・クリッピング）
操作のみを行ない、局部表示プロセッサに対して直ちに
例えば多角形の如き幾何学的要素を記載する如きデータ
を転送するが、このプロセッサは次に各要素に対する映
像および奥行きのデータを生成するための上位プロセッ
サの指令に応答して適当なアルゴリズムを実施する。

次いでこの表示プロセッサは、例えば各多角形が処理さ
れ上位プロセッサが全体像における以降の多角形を処理
しつつある間、直ちに各多角形の目に見える面を表示す
ることができる。このような同時の上位プロセッサと表
示プロセッサの操作は、表示されるべき完全像が画素単
位で（多角形毎に）漸進的に形成されるまで進行する。

このようにすることができる多角形以外の幾何学的要素
は三次元の点、線もしくは他の面である。第４図におい
て示される如く、全体時間は第１図および第１Ａ図のシ
ステムを使用して要する時間よりも大幅に短縮される。

最初の幾何学的要素が処理され表示される最初から映像
が実質的に連続的に構成されるため、ユーザが映像のど
の部分でも視認できるまではとんと待機時間がない。

第２Ａ図の更に特定のブロック図に示されるように、ビ
デオ・フレーム・バッファ装置２５および奥行きバッフ
ァ装置２６と組合されて作動するマイクロプロセッサ２
４は、米国カルフォルニア州クーバーチイノのＺｉ　ｌ
ｏｇ社により製造販売されるモデルＺ−８０００の如く
公知の形式のものでよく、また上位プロセッサから供給
されるデータを処理するための種々のアルゴリズムを実
施するように、選択されたプロセッサ・モデルに従って
適当にプログラムすることができる。１つのこのような
アルゴリズムは、色彩の索引表から必要な色彩および強
さを選択するため、映像の色彩７強さのデータ列または
色彩の指標列として直接フレーム・バッファ装置２５に
格納するために全体像を構成する各点の場所、色彩およ
び強さに関する情報を提供する。本文に述べたように当
技術において周知の如き操作のための適当なアルゴリズ
ムは、例えば、前述のＮｅｗｍａｎおよび５ｐｒｏｕ　
Ｉ　ｌの論文の３９８頁以降に見出すことができる。別
のアルゴリズムは、奥行きバッファ装置２６における奥
行きデータ列として格納するため、全体像に対する共通
の場所における各点の奥行きの位置関係を規定する情報
（即ち、前述の如き三次元の効果を提供する隠れた面の
情報）を提供するものである。

暗影を付す操作は、以下において更に詳細に論述するよ
うに、上位プロ士ツサにより提供される２点間のデータ
を直線的に補間することにより行なうことができるが、
この直線的に補間されたデータは次に介入点に対する適
当な色彩指標として色彩索引表２７を介して表示装置１
３に対して提供することができろ。この索引表は、ユー
ザによりユーザの所要の色彩表示に従って予めロードさ
れなげればならないが、この表はフレーム・バッファ２
５からの映像の色彩の指標データと対応して、ＣＲＴの
表示スクリーン上に関与する幾何学的要素を表示するた
めの赤、緑および青の適当な組合せを提供する。ある特
定の点が実際に表示されるかどうかの制御は、「隠れた
」ものとして定義される処理された点が表示装置１３の
スクリーン上に表示されないため、奥行きのバッファ２
乙に格納された「奥行き」の情報により判定される。

マイクロプロセッサは、ある特定の実施態様において、
例えば第２Ａ図に示される如き映像および奥行きのバッ
ファに対して、例えば３０Ｈｚのフレーム速度において
６４０Ｘ５１２なる映像の解像力を生じるためのタイミ
ングを提供する。バッファは、各バッファに対して使用
することができる米国アリシナ州フェニックスのＭｏｔ
ｏｒｏｌａ社により製造販売されるモデル４１１６ダイ
ナミツク・メモリーの如き標準的なチップを使用する周
知のメモリー・モジュールでよい。どのようなモジュー
ルは、例えば第２Ａ図に示されるように１２の記憶面を
使用する。しかし、各バッファに対して同じメモリー・
モジュールを使用する必要はなく、本発明に従って異な
るモジュール・タイプを使用することができる。色彩の
索引表２７は例えば映像バッファからの１２ビツトの入
力アドレス信号に応答して、例えば色彩のチャネル毎に
８ビツトの出力信号を生じるので゛ある。

ある特定の点の色彩および暗影付けは、例えば表示され
るべき各点毎にフレーム・バッファに書込まれる前記の
１２ビツトの指標値によって決定される。この値は、ユ
ーザにより予めロードされる如きアドレスにおけるその
表の特定の色彩および暗影から選択するため、フ・レー
ム・バッファから色彩索引表２７に対するあるアドレス
入力として使用される。

Ｚ軸バッファ２６における奥行き（即ち、「Ｚ軸」）の
値は、本文に記述する特定の実施態様においては、例え
ば、零で「背景」の値即ち観察者から最も遠い値を表わ
す１２ビツトの符号を付さない整数である。同じ場所に
おける前のＺ値よりも大きな奥行き即ちＺ軸の値を有す
る各点は目に見える点として考えられ、新たなＺ値は奥
行きバッファに格納される。その後のＺ値はその時のＺ
値と比較されて表示された映像においてどの点が目に見
えるかを判定する。

第２Ａ図のシステムにおける表示プロセッサ２０により
処理される時、映像の各点の表示（即ち、図面）を提示
する際、第５図に示される簡単なフローチャートに従っ
て適当な操作がマイクロプロセッサ２４によって実施さ
れる。例示の目的のため、このようなフローチャートは
、表示されるべき点が表示される映像において半透明の
効果が確保されず、表示される映像に対して既に確保さ
れた零の座標点から行なわれる変更を含まず、表示され
る映像の「区分」を含まず、また所要の三次元効果を転
送するため使用されるものである（即ち、表示される点
は単に二次元の映像効果をもたらすために使用されない
）ものと仮定されるところの最も簡単な関与する操作を
示している。

このような条件下においては、表示の対象となるその時
の点の場所におけるＺ軸バッファ２６の内容が読出され
る。その時の点のこの奥行きの値は、次いでこのような
場所における奥行きのバッファにおいて前に記憶された
奥行きの値と比較される。

もしその時の点が既に記憶された値よりも大きな場合は
、その時の点は表示される映像における前に記憶された
点の前方になる。従って、このような比較により、所要
の色彩の強さの値がビデオ・フレーム・バッファ２５に
書込まれることを条件付きで可能にし、この値は所要の
色彩および強さにより識別された場所においてスクリー
ン上に表示するため色彩索引表２７を介して表示装置に
対して直ちに送ることができる。同時に、その時の点の
奥行きの値は奥行きバッファに書込まれ、その結果映像
により同じ場所において処理される以降の点をこれと比
較することができる。

対象となるその時の点の奥行きの値がこのような場所に
おける奥行きバッファにおける前に記憶された奥行きの
値と等しいかあるいはこれより小さい場合は、その時の
点は表示されない。

第６図のフローチャートは、以上述べた事柄を含む他の
条件を考慮に入れる表示された映像のある点を描（更に
複雑な操作を示している。同図において示されるように
、奥行きバッファの内容を読出す前に、半透明条件が最
初に検査される。このように、もしユーザが対象となる
その時の点の場所に半透明の映像を提供することを欲す
るならば、半透明提示可能（ｙｅｓ）は奥行きバッファ
の読取り結果にオーバーライドする。関与する点を描く
前に、半透明イ々ターン即ち半透明の程度即ち密度がユ
ーザによって設定されなげればならず、またこのような
パターンが設定されたかどうかについての判定はフロー
チャートにおいて示されたプロセスを進行する前に行な
われなければならない。これに従って、通常隠れている
表面部分（このような存在における全ての点が除去され
て表示されない）が部分的に目に見えるようにすること
をユーザが欲し、この部分的に見えることがこのような
部分の場所における映像において半透明効果を提供する
。このような場合には、半透明の程度は、隠されるべき
点の数に対する目に見えるべき表面における点の数の比
率によって決定されることになる。例えば、パターンは
このような部分の通常口に見えない点の半分を目に見え
るようにし、かつこれらの点の半分を隠すようにする如
きものとなる。従って、このような表面上の各点全表示
すべきか表示すべきでないかの判定奮進める前に、プロ
セッサは半透明の効果が確立されるべきかどうかを判定
しなげればならず、もしそうであれば、半透明パターン
（その「程度」）全設定すると゛とを判定しなげればな
らない。

もし半透明パターンがこのように設定されるならば、あ
るいはもし半透明が全く可能状態に置かれなげれば、調
べられる次の条件は、映像の表示のため使用される座標
系におけるその時確保された零点が変更されるべきかそ
うでないかである。

通常、座標零の奥行きの点は映像の後方面にあるしかし
、ある場合には、ユーザは映像の前方の面が零の奥行き
の点（しばしば、相補奥行きと呼ばれる）として使用さ
れることを欲することがある。

プロセッサはこれに対応して、通常の零の奥行きが使用
されるかどうか、あるいは相補奥行きが可能状態に置か
れるかどうかについて判定する。

相補条件を可能状態にするかあるいは従来の後方面の零
の奥行き値を用いるかによって一旦零の奥行き点が規定
されると、調べるべき次の条件はその時対象となる点が
映像の「区分」を表わす映像の一部にあるかどうかにつ
いてである。もし区分が生じる（「区分可能」がｙｅｓ
である）場合は、その奥行きの値が関与する区分の奥行
き限度よりも小さいかあるいはこれを等しいかを調べる
ためその時の点が検査される。もしこのような限度より
も小さ℃・かあるいはこれと等しげればその時の点は表
示の１つの候補となるが、もしかかる限度よりも小さい
かこれと等しければ、これは表示されずその検査は終了
する。

調べられる次の条件は、二次元もしくは三次元の映像の
どちらが表示されるかにつ℃・てである。

前者の場合には、奥行きバッファは単に不使用状態（ｙ
ｅｓ）に置かれ（奥行き情報は重要性を持たない）、そ
の時点は映像バッファに書込まれ、色彩の索引表を介し
て表示スクリーン上に即時表示することができる。一方
、三次元映像が要求される場合は、奥行きバッファは不
作用状態（ｎｏ）に置かれ、その内容は、前述の如く、
その時の点が目に見えるものかあるいはそうでないかの
判定を行なうため、対象となるその時の点の場所にお℃
・て読取られる。

このような段階において、一旦その時の点における奥行
きバッファの内容が読取られると、その時の点が関与す
る場合において前の点と交差するかどうかにつし・て判
定が行なわれ、もしそうであれば、その時の点が前の点
と共に表示されて、その結果この場所における強さがこ
れに従って強化（輪郭付け）される。もしある交点にお
ける両方の強さの点が表示される（輪郭付げ可能はｙｅ
ｓ　）ならば、その時の点が奥行きバッファにおけるこ
の場所で設定された前の点と同じ奥行きとなり、もしそ
うでなければ、その時の点のこれ以上の検査は終了する
。もしそうであれば、その時の点は次に色彩の索引表を
介して表示される。

もし「輪郭付け」が要求されると、これが問題の場所に
おける奥行きバッファにおいてその時設定された点の奥
行きと等しいがあるいはこれより大きな場合に、これ以
降の条件は検査中のその時の点が表示されるべきかどう
かの判定を行なうため検査される。もしそう（ｙｅｓ）
であれば、この点の奥行き（Ｚ）値は奥行きのバッファ
の値と比較され、もしこれより小さくなければ、その時
検査された点が表示される。もしこれよりも小さげれば
、このような点のこれ以上の検査は行なわれない。

もしその時の点が奥行きバッファの奥行き（Ｚ）値（は
とんどの三次元像に対する通常の条件）よりも大きい時
のみ表示されるならば、検査中のその時の点の値は問題
の場所における奥行きバッファに前に記憶された奥行き
値と比較され、もしこの値よりも大きければ、この値が
色彩索引表を介して表示される。もしそうでなければ、
その時の点の検査が終了し、この値は表示されない。

その時の点が表示される時、その時の奥行きの値が関与
する場所における奥行きバッファに記憶されるかどうか
についての判定が更に行なわれる。

ある場合（「カーソル」の点が表示中である時など）に
その時の点が表示されるがその央行きの値は奥行きバッ
ファには記憶されないため、この場合「仮想」点（作用
的には、一時的に表示された点のみ）とＬで取扱われる
。もしこれが仮想点即ち記憶されない点として取扱われ
ない場合には、その奥行きの値は問題の場所における奥
行きバッファに書込まれる。

第５図または第６図のフローチャートに関して前に述べ
た手順の例示的な使用方法が三次元表示における多角形
を表示するため第７図のフローチャートに示されている
。多角形を描くための便利な手法は、この多角形を複数
の個々の三角形に分割して、三角形の頂点で始まりかつ
線分から線分へ下方にまた各線分に沿って左から右へ移
動する各三角形の２辺に沿ってその終端点により規定さ
れる平行な線分に沿って映像および奥行きの値を判定す
ることである。このような全手順は、例えば三角形３１
．３２．６６が五角形を形成するものとして定義される
第８図に示された五角形ろ０に対して示されている。三
角形３１における各点の場所は、例えば終点３４．４０
．４１を含むものとして定義される。面は左側（三角形
３１０辺３８）から右側（三角形６１の辺３９）に対す
る連続する線分３５．６６、ろ７１１、等に沿った点に
より規定される。

１つの線分における各点が表示・される時（第７図のフ
ローチャートのブロック４０参照）、本プロセスは三角
形の表示即ち関与する三次元の表示において目に見える
三角形の部分が完了するまで各々の連続する線分に対し
て反復される。

いずれの場合でも、ブロック４０において行なわれる各
点の表示（または、全体的に目に見えないものと判定さ
れる場合の非表示）は、第６図において示され前に説明
したフローチャートを用い実施例 ここで説明する特定の実施態様によれば、上位プロセッ
サ２１は三角形３１の頂点を規定する情報、即ち各頂点
における奥行きおよび色彩の指標データを生じるための
場所および情報を提供する。

マイクロプロセッサ２４は、前述の如く、適当な奥行き
のアルゴリズムを用いてそのための奥行きデータを判定
し、また三角形の辺を形成する線（線３４−４０．３４
−４１および４Ｏ−４１）に沿った各点に対する色彩指
標値をも判定する。

このプロセッサは、この時、終点即ち各線分６５．３６
．３７１１、等の終点間のこのような線上の色彩指標（
暗影付け）データを直線的に補間するため適当なアルゴ
リズムを使用する。このような１つの線形補間アルゴリ
ズムについては、前掲のＮｅｗｍａｎｎ　および５ｐｒ
ｏｕｌｌ　　の論文の３９８頁に論議されている。

この時、プロセッサは同じアルゴリズムを用いて各線分
の終端点間の点に対する同じ線形補間を実施する。従っ
てこのような線形補間法が完了すると、三角形を形成す
る全ての点に対する色彩指標が判定され、フレーム・バ
ッファ２５に格納すれ、三角形はこのような色彩指標に
応じて色彩索引表２７から得たビデオ・データを用いて
所要の色彩および暗影により表示することができる。同
様なデータが多角形を形成する各三角形に対して生成す
ることができ、その結果局部表示プロセッサが上位プロ
セッサにより供給されたその頂点に関する情報から適当
な色彩および暗影でその三次元像を提供することができ
る。

前述の如く、上位プロセッサ２１は、表示される映像に
関しである操作が行なわれることを要求するため表示プ
ロセッサに対し適当な指令ヲ刀える。このように与える
ことができる適当な指令（例えば、１６ビツトの指令）
については以下に記述する。このような指令に関する更
に特定の情報については付属書Ａに記載されており、こ
の情報を以下において全般的に要約する。付属書ＡＫお
けるその特定の形態およびそのための符号化法は例示と
して示され、このような内容の実質的に同じ機能を実施
するための他の特定の実施態様は当業者により改変する
ことが可能である。

本例においてはＤＳＢＵＦＦ（データ選択）指令と呼ぶ
第１のこのような指令は、バッファ２５．２６（フレー
ムまたは奥行き、ζツファ）のどれが読出しおよび書込
みのため使用されるべきかを有効に規定する。

ＤＳ３ＭＯＤ（三次元描写モートゝ）指令は、如何にし
て三次元図面が行なわれるかを規定し、作用においては
、例えば第５図乃至第７図のフローチャートに示された
プロセスを実施するための三次元描写モードにプロセッ
サを置り。

ＤＳＰＡＴＴ　　指令は選択された部分において半透効
果を有する映像を表示する時に使用されるパターン（例
えば、８×８のパターン）を規定する。

ＤＳ３ＰＮＴ指令は、例えば第６図のフローチャートに
おいて示された如き点を描く際に使用するためにバッフ
ァに書込まれるべき１つの点を規定する。

ＤＳ３ＳＥＧ指令は、一定の暗影伺げを有すべき１本の
水平方向の線分（例えば、１つの三角形の水平方向の線
分）に対してバッファに書込まれるべき奥行きおよび一
定の指令の指標値を規定する。

ＤＳＳＳＥＧ指令は、平滑な（線形補間措置を行なった
）暗影を有する水平方向の線分に対して値を規定する。

ＤＳ３ＰＯＬ指令は一定の面の暗影を有する多角形に対
する値を規定する。

ＤＳＳＰＯＬ指令は、前述の如く、その辺およびその水
平方向の線分に沿って平滑な（線形補間措置を行なった
）暗影を有する多角形に対する値を規定する。

ＤＳ３ＤＥＶ指令は、一定の暗影を有する１つのベクト
ル（選択された方向に治った１本の線）に対する値を規
定する。

ＤＳＳＶＥＣ指令は、平滑な（線形補間措置を行なった
）暗影を有するベクトルに対する値を規定する。

前述の指令は、上位プロセッサにおいて表示プロセッサ
に対する転送およびこのプロセッサによる使用のため必
要な形態に置かれるように指令が指定されることを可能
にする適当なインターフェース機構を用いて、上位プロ
セッサから表示プロセッサに対して供給することができ
る。

本文において論述した実施態様は本発明の特定の望まし
い実施態様を示しているが、当業者にとっては本発明の
主旨および範囲内でその変更が可能であろう。従って、
本発明は、頭書の特許請求の範囲により記載されるもの
を除いて、本文に記載した特定の実施態様に限定される
べきものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術において公知の従来のシステムを示す
ブロック図、第１Ａ図は第１図に示されたシステムを更
に詳細に示す図、第２図は本発明によるシステムを示す
ブロック図、第２Ａ図は第２図に示されたシステムを更
に詳細に示す図、第３図および第４図は、それぞれ第１
図の従来の試みおよび第２図の発明の試みを用いて表示
が行なわれる相対的な期間の比較を示すグラフ、第５図
は従来の英行きバッファ手法を用いて全体像の点を描く
ための簡単なフローチャート、第６図は本発明のシステ
ムによる全体像の各点を描く更に複雑なフローチャート
、第７図は表示される映像の一部を形成する多角形状の
映像を形成するための本発明のシステムにおいて使用可
能な説明的フローチャート、および第８図は同図のプロ
セスにより形成される例示的な多角形を示す図である。 １０・・・・・・上位フロセッサ１１・・・・・・デー
タ・ベース１２・・・・・・局部表示プロセッサ １６・・・・・・ＣＲＴディスプレイ １５・・・・・・マイクロプロセッサ １６・・・・・・ビデオ・フレーム・ノ（ツファ２０・
・・・・・局部表示プロセッサ ２１・・・・・・上位プロセッサ ２４・・・・・・マイクロプロセッサ ２５・・・・・・ビデオ・フレーム・バッファ２６・・
・・・・Ｚ軸バッファ　　２７・・・・・・色彩索引表
３０・・・・・・五角形　　３１〜６３・・・・・・三
角形３４．４０．４１・・・・・・終端点 ６５〜３９・・・・・・線　分 特許用ｉ人　　レキシデータ・コーポレーション（外４
名）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）二次元表示装置における映像の三次元表示を行な
   うシステムにおいて、 前記映像を画成するデータ・ベース・ソースからの入力
   データに応答して、前記表示装置上に表示されるべき前
   記映像を構成する１又はそれ以上の三次元の図形要素の
   形態および配置を表わす上位データを生成する上位プロ
   セッサ装置と、前記上位データに応答して前記ラスター
   表示装置に対してビデオ・データを提供する表示プロセ
   ッサ装置とを設け、該表示プロセッサ装置は、前記図形
   要素の選択された点を画成する上位データに応答して、
   前記映像を形成するため必要な各場所において点の奥行
   き関係を規定する奥行きデータと、前記映像を形成する
   ため必要な各場所において色彩および強さを規定するビ
   デオ映像データとを提供する装置と、 前記奥行きデータを記憶する装置と、 前記ビデオ映像データを記憶する装置と、前記表示装置
   に対して前記データを供給するための前記ビデオ映像デ
   ータに応答して、前記映像の三次元表示を生じるために
   必要な全ての目に見える点を表示する装置と、より成る
   ことを特徴とするシステム。 （２）前記奥行きデータと前記ビデオ映像データを提供
   する装置がマイクロプロセッサ装置であることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載のシステム。 （３）前記上位データが前記上位プロセッサから前記表
   示プロセッサ装置に対して与えられるとその略々直後に
   、前記表示プロセッサ装置が前記表示データを前記表示
   装置に対して提供することを特徴とする特許請求の範囲
   第２項記載のシステム。 （４）前記のビデオ映像データ記憶装置がフレーム・バ
   ッファ装置であることを特徴とする特許請求の範囲第６
   項記載のシステム。 （５）　　前記フレーム・バッファ装置が前記表示装置
   に対して直接与えることができる色彩および強さの値を
   記憶することを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の
   システム。 （６）前記フレーム・バッンア装置が前記ビデオ映像デ
   ータに関連する色彩指標値を記憶し、更に前記表示装置
   に対して与えることができる色彩および強さの値を提供
   するため前記色彩指標値に応答して色彩および強さの値
   を記憶する色彩索引表装置を含むことを特徴とする特許
   請求の範囲第４項記載のシステム。 （力　前記表示装置が陰極線管（ＣＲＴ）であることを
   特徴とする特許請求の範囲第６項記載のシステム。 （８）前記マイクロプロセッサ装置が、選択された場所
   において前記奥行きバッファ装置に前に記憶された奥行
   き値に応答して前記映像の前記選択された場所における
   その時処理された点の奥行き値を判定する装置を含むこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第６項記載のシステム。 （９）前記奥行きの値を判定する装置が、前記奥行きバ
   ッンア装置の前記選択された場所における奥行きの値を
   読出す装置と、 前記選択された場所におけるその時の処理された点の奥
   行きの値を前記選択場所における前記奥行きバッファ装
   置から読出された奥行きの値と比較する装置と、 前記比較に応答して前記その時処理された点の色彩指標
   値の前記フレーム・バッファ装置に対する書込みを制御
   する装置と を含むことを特徴とする特許請求の範囲第８項記載のシ
   ステム。 ００）前記フレーム・バッファ装置の奥行きの値が前記
   奥行きバッファ装置から読出された奥行きの値よりも大
   きい時、前記制御装置が前記その時処理された点の色彩
   指標値を前記フレーム・バッファ装置に対して書込むこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第９項記載のシステム、
   １ 的）前記マイクロプロセッサ装置が、表示されるべき前
   記映像の三次元表示がその１又はそれ以上の部分が半透
   明効果を表示する映像を与えるかどうかを判定する装置
   を更に含むことを特徴とする特許請求の範囲第９項記載
   のシステム。 （１２）前記マイクロプロセッサ装置が、前記表示装置
   上の映像の三次元表示のため零の奥行き値の基準として
   使用されるべき基準奥行き値を選択する装置を更に含む
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１１項記載のシステ
   ム。 ０３）前記マイクロプロセッサ装置が、前記の三次元映
   像表示の一部がその１又はそれ以上の部分が前記表示装
   置上の交差部分において表示されるべきある映像を提供
   する時、その時処理されたデータ点の奥行きの値が選択
   された限界の奥行き値よりも小さいかあるいはこれと等
   しいがを判定する装置を更に含むことを特徴とする特許
   請求の範囲第１２項記載のシステム。 側　前記マイクロプロセッサが、表示されるべき映像が
   二次元の映像表示となるべき時、前記比較結果に応答し
   て前記奥行きバッファ装置に対する奥行きデータの書込
   みの制御を不能状態にする装置を更に含むことを特徴と
   する特許請求の範囲第１３項記載のシステム。 ０５）前記マイタロ、プ１０セッサ装置が前記１又はそ
   れ以上の点の交差状態が前記表示装置上で比較的大きな
   強さを以て表示されるように、前記映像の選択された場
   所において共通の奥行きを有する１又はそれ以上の点の
   表示を制御する装置を更に含むことを特徴とする特許請
   求の範囲第１４項記載のシステム。 （１６）前記マイクロプロセッサ装置が、前記比較装置
   に応答して、その奥行き値が前記場所における前記奥行
   きバッファのその時記憶された奥行き値と等しいかある
   いはこれより大きい時、前記映像の選択された場所にお
   ける前記その時処理された点の表示を制御する装置を更
   に含むことを特徴とする特許請求の範囲第１４項記載の
   システム。 （１７）前記上位プロセッサが、前記映像を形成する１
   又はそわ以上の図形要素の頂点に関する入力情報を提供
   し、 前記マイクロプロセッサ装置が前記の頂点の入力情報に
   応答して前記頂点に関する奥行きおよび映像のデータを
   生成し、更に前記図形要素の面を画成する残りの点の奥
   行きおよび映像の情報を生成することを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載のシステム。 職　前記マイクロプロセッサ装置により生成される前記
   の残りの点に関する奥行きおよび映像のデータが前記頂
   点の映像データの値の線形補間によって生成されること
   を特徴とする特許請求の範囲第１７項記載のシステム。 （１９）　　前記マイクロプロセッサ装置が、前記頂点
   における前記映像データの値開における線形補間操作に
   より頂点間の線に沿った各点における前記映像データの
   値を判定することを特徴とする特許請求の範囲第１８項
   記載のシステム。 （２０）前記マイクロプロセッサは、前記頂点間の前記
   線に沿った各点を終端点として有する水平方向の線分に
   沿った映像データの値を更に判定し、前記値は前記の終
   端点における前記映像データの値の線形補間によって判
   定されることを特徴とする特許請求の範囲第１９項記載
   のシステム。 （２Ｉ）前記上位プロセッサは、前記奥行きノ（ソファ
   およびフレーム・バッファのどれが前記奥行きデータお
   よび前記映像データに関する前記マイクロプロセッサ装
   置により与えられる情報の記憶および供給のため使用さ
   れるべきかを指定する指令信号を提供する装置を含むこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第４項記載のシステム。 （２２）　　前記上位プロセッサは、前記表示プロセッ
   サ装置が前記三次元の映像表示を行なうための作動モー
   ドに置かれるべきことを指定する指令信号を提供する装
   置を含むことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   システム。 （２３）前記上位プロセッサは一前記の表示された映像
   表示において半透明効果を生じる前記映像の１又はそれ
   以上の選択された部分において使用するため映像データ
   の１つのパターンを指定する指令信号を提供する装置を
   含むことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のシス
   テム。 （２４）前記上位プロセッサは、前記映像表示を行なう
   際に使用するためどの映像および奥行きデータが記憶さ
   れるべきかに関する単一点を指定する指令信号を提供す
   る装置を含むことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載のシステム。 （２５１前記上位プロセッサは、前記映像表示における
   前記水平方向の線分を表示する際使用される一定の暗影
   付けを有する前記映像の単一の水平方向線分を生成する
   際に使用するため記憶される映像および奥行き値を指定
   する指令信号を提供する装置を含むことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載のシステム。 （２６）前記上位プロセッサは、前記映像表示における
   前記の水平方向線分を表示する際使用するための平滑な
   線形補間を行なった暗影付けを有する前記映像の単一の
   水平方向線分を提供する際使用するための記憶されるべ
   き映像および奥行き値を指定する指令信号を提供する装
   置を含むことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   システム。 （２７）　　前記上位プロセッサは、前記映像表示にお
   ける多角形の表示において使用するため前記多角形の表
   面上の一定の暗影付けを有する前記映像の多角形の生成
   において使用するため記憶されるべき映像および奥行き
   値を指定する指令信号を提供する装置を含むことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載のシステム。 （２８）前記上位プロセッサは、前記映像表示における
   多角形の表示において使用するため前記表面上の平滑な
   線形補間を行なった暗影付けを有する前記映像の多角形
   を生成する際使用するため記憶されるべき映像および奥
   行き値を指定する指令信号を提供する装置を含むことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載のシステム。 （２９）前記上位プロセッサは、前記映像表示における
   ベクトルの表示の際使用するための一定の暗影付けを有
   する前記映像の単一のベクトルの生成の際使用するため
   記憶されるべき映像および奥行き値を指定する指令信号
   を提供する装置を含むことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載のシステム。 （３０）前記上位プロセッサは、前記映像表示における
   ベクトルの表示の際使用するため平滑な線形補間を行な
   った暗影付けを有する前記映像の単一のベクトルの提供
   の際使用するため記憶されるべき映像および奥行き値を
   指定する指令信号を提供する装置を含むことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載のシステム。