JPS60140476A - 計算機画像発生器 - 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】 発明の分野 この発明は全般的に可視的な訓練用シミュレータの為に
「実時間」で画像を発生するｉｔ　Ｒ＋ｍ画像発生（Ｃ
ＩＧ）装置、更に具体的に云えば、ラスタ・グラフィッ
ク用の］ストの安い衰の遠近を持つ生地／濃淡処理装置
に関する。

発明の費用 ＣＩＧの主な利用分野は、飛行機を飛ばす時の様な成る
課題を観測者が実施することが出来る様に、観測者又は
被訓練者に対して場面を呈示する可視訓練用シミュレー
タである。フライト・シミュレータでは、所望の「競技
区域」の３次元モデルを作成し、磁気ディスク又は同様
な人容ｈｉ記憶媒体に貯蔵する。こ、のモデルを可視デ
ータ・ベースと呼ぶ。可視シミュレータが画像発生器を
陰極線管（ＣＲＴ）又は同様な表示装置の様な電気光学
的な表示装置と組合せる。画像発生器がディスクから３
次元データのブロックを読取り、このデータを２次元の
場面の記述に変換する。例えば操徂席に幾つかの窓があ
る飛行機の場合等の様に、１個のシミュレータが幾つか
の異なる場面を呈示することが要求されることがある。

２次元データをアナログ・ビデオに変換し、これを表示
装置を介してオペレータに呈示する。発生された像は、
オペレータがシミュレーションをしている課題を実際に
遂行した場合に見える真実の場面を表わすものである。

表示画像の発生は「実時間」であるというが、これは普
通は合衆国テレビジョン基準の様に毎秒３０フレームで
あることを意味する。

Ｃｒ　Ｇ装置が１９８３年にワイリー・インターザイア
ンス社から出版されたブルースＪ、シャクターａ集の「
］ンビュータ・イメージ・ジエネレイション」という本
に詳しく記載されている。

ＣＩＧ装置では絶対的な現実感はｉｑられないか、この
様な明らかな欠点があっても、都合のよいことに訓練の
目的は十分に達せられる。更に、最近の開発により、達
成し得る現実感も著しく改善された。可視装置の設ｇ１
に影響を与える因子の中には、生地及び濃淡がある。自
然の場面は生地が豊富であり、人間の目は、場面の構成
を知覚するのに、生地のキューに大いに頼っている。フ
ライト・・シミュレータでは、風速、高度、地平線の角
度並びに環境内の場所の可視的な感覚を作り出す為に、
適当な生地が必要である。場面を処理する観点から云う
と、表示面、即ち、シミュレーションをする場面のモデ
ル面の平面状部分に対し、生地を追加することは、処理
する面の数を増やさなくとも、情報内容を増加すること
になる。

面が直接の日光並びに周囲光の両方によって照明される
時、一般的に表面の照明には３つの成分がある。即ち、
周囲（１点がどんな観測角度でも同じ明るさを持つ）、
鏡面反射（完全な反則体では反０４角が入射角に等しく
、反射体が不完全である場合、目に達する反射ｍは反射
方向と視線の間の角度の余弦の何重かに関係する）及び
拡散反射（所定の１点からあらゆる方向に同じ様に反射
されるが、光源と反身・１面の間の角度の余弦に比例す
る）である。可視シミュレータは一般的に鏡面成分を表
示しない。平面状の面を定める多角形の頂点の強度の値
（又は「濃淡の値」）の−次補間を行うことにより、平
面状の而に、拡散反射する弯曲面の感じを与えることが
出来ることが証明されている。実時間でこういうことを
やるのに必要なハードウェアは大規模であり、その結果
、実際の装置ではこの効果は控えめに使われている。

発明の要約 従って、この発明の目的は、ラスタ・グラフィック表示
装置に対し、ディジタル・データ・ベースを発生ずるの
にも、それを処理するのにも、必要な貯蔵と計算を革新
的に減らす様な、コストの安い真の遠近を持つ生地／濃
淡処理装置を提供することである。

この発明の別の目的は、従来の装置に較べてコストを大
幅に切下げて、現実感のある８１粋機で発生される３次
元ラスタ・グラフィック装置を提供することである。

この発明の目的が、シミュレーションをする可視環境全
体にわたって大域的に変調を定義するが、ラスタ画像の
面変調の真の遠近を持つ正しい計算を行う数学モデルを
作成することによって達成される。ずっと少量のディジ
タル・ハードウェアを使って、この大域的な数学モデル
を作成し、貯蔵して処理する。この様にハードウェア、
従ってコストを切下げる基本的な技術革新は、生地及び
濃淡変調を定義するのに、各々の面の平面でではなく、
３次元空間で定義された生地及び濃淡勾配を使うことで
ある。３つの勾配を使う。濃淡に対しては、可視的な環
境のモデルを作る座標系の各々の軸に対して１つの勾配
を使う。各々の勾配が、モデル面に対して法線方向の中
位ベクトルが対応する軸の方向に変化する様子を定める
。濃淡を付す各々の物体に対して一組の勾配を使う。生
地は大地面に対して用いられるが、これに対しては、３
つの勾配全部が公称平坦な大地平面内で限定される。各
々の勾配が同じ強度を持つ平行な一連の平面を定める。

各々の勾配に対し、基準点とＭ準値も定められる。勾配
が、基準値に対し、而の法線又は生地ストライプ番号の
変化を定める。

濃淡を付す各々の物体に対し、並びに大地面上の各々の
生地パターンに対し、−絹の勾配及び基準値しか必要と
しないことにより、この方式によってハードウェアの節
約が計られる。従来の装置は、濃淡又は生地を付す各々
の多角形の面に対して、相異なる勾配及び基準値を定め
ることを必要とした。各組の勾配及び基準値は、それを
発生すると共に、観察者の座標系に変換する為に、比例
的な処理■を必要とする。一般的に、ハードウェアのコ
ストは、この処理及び貯蔵の減少に比例して低下げる。

この発明の上記並びにその伯の目的、夫々の面並びに利
点は、以下図面について詳しく説明する所から、更によ
く理解されよう。

３、発明の詳細な説明 この発明を用いる基本ＣｌＧｇ１首は、フレーム■、フ
レーム■及びフレーム■と呼７３；３つの主要な構成要
素で構成されている。「フレームｉ」は、計算の為に１
フレ一ム時間（即ち１／３０秒）に割当てられた機能の
グループを表わす。従ってこの過程全体は、始めてから
終るまでに、３つのフレーム時間を必要とする。こうい
う条件は一般的には成立しないが、それでも、こう云う
言葉は識・別の為に役立つ。第１図はＣＩＧ装置の全体
的な機能図である。フレームＴの４幹は、大形磁気ディ
スク貯蔵装置を持つミニコンピユータで行うのが普通で
ある。このフレームでは、視点の位置並びに他の航空機
の様な動くモデルがあれば、そのモデルの位置を共通座
標系で決定する。フＩノーム■が遂行する主な機能は、
データ・ベースを管理し、データをディスク貯蔵装置か
らフレーム■にある活動環境貯蔵装置に転送して、周囲
の環境の記述を用いたこの後の処（１を行わせることで
ある。

フレームＴは遠近変換に必要な３角関数係数を発生する
とＪｌに、例えば保守の様なシステムの実行機能をも行
う。

フレーム■は特殊用目算機の一部分である。フレーム■
の機能は、環境の３次元記述を各）？の観察窓に対する
２次元記述に５７元することであると考えることが出来
る。フレーム■は割合大きな活動環境貯蔵装置を持ち、
これが視点の位置からの場面を発生するのに必要なデー
タを供給する。活動環境貯蔵装置がフレーム■によって
呼出され、各々の表示チャンネルの観察窓から見た場面
を記述するデータだけを取出す。このデータが遠近補正
にかけられて、それを各々の観察窓の座標に変換する。

データはチャンネルの割当てを受ける。

この割当ては後でそれを適当な表示チャンネルへ送る時
に使われる。フレーム■は揚面内の各々の面に対して優
先順位も割当てる。優先順位は、視点に一層近い而が更
に遠い面よりも高い優先順位を持つ様に割当てられる。

これらの優先順位は、成る物体が別の物体のかげに隠れ
る時、どの面を表示すべぎかを決定する為に、この後の
処理で使われる。

フレーム■は本質的には場面の２次元表示を走査線又は
１次元表示に還元する機能を持つ。フレーム■は、全て
の表示チャンネルを相手とするフレームＩ［ＩＡと各々
の表示チャンネルに対して同じであるフレーｌ＼ＴＩＩ
Ｂに分れる。フレームＩ’［ｌＡがこれまでの処理で使
われた頂点の表示から縁データを発生する。この縁デー
タは縁が走査線と交差する所を突止め、この縁の右側に
ある面の特性を記・述し、縁と交差する各々の走査線に
対して発生される。縁データの順序を定めた後、優先順
位データを使って、隠れた面に対する縁データを除く。

フレームＴＩＩＢはそれが受取った縁交差のリストを処
理して、表示装置に対するビデオを発生する。

これは望ましくない吊子化効果をなくす為の縁の平滑作
用を行い、弯曲面の濃淡を付し、生地パターンを受取る
而に対する生地を発生する。フレーム［ｌＢで必要な４
算は比較的簡単であるが、非常に高い画素速度（３０乃
至４０Ｍ１−Ｉｚ）で行わなければならない。これがこ
ういう装置のコストが普通高くなる理由である。更に具
体的に云うと、従来のＣＩＧ装胃に於ける面変調の計算
は、各々の面に対して異なるパターンをディジタル・デ
ータ・ベースに貯蔵すること、並びに各々の面に対して
これらのパターンを別々に処理することを必要としてい
た。この為、大形の貯蔵及び計算用ハードウェアが必要
であった。然し、この発明は、所要の貯蔵及び割算Ｗを
革新的に少なくし、こうして装ｄのコストを大幅に切下
げる改良をもたらす。この減少又は切下げは、数学モデ
ルを開発したことによって達成される。この数学モデル
は、シミュレーションする可視環境全体にわたって大域
的に変調を定義するが、ラスク画像に於ける面変調の真
の遠近を持つ正しい計算を行わせる。この大域的な数学
モデルは、ずっと少量のディジタル・ハードウェアを使
って作成され、貯蔵され、そして処理される。

表示装置はＣＲＴ又はライト・バルブ投影器の何れかで
構成され、ビデオから画像を発生する。

表示装置が、視点に対して画像を無限遠におく様に設計
された成る光学系を持っている。

第２図はこの発明の面変調処理装置１３及び生地／濃淡
発生器１６を強調する様に描いた第１図のＣＩＧ装置の
（幾能的なブロック図である。ディスク貯蔵装置１０が
フレーム■及び■に供給される可視データ・ベース（Ｖ
ＤＢ）を持っている。

フレーム■が処理装置１２に、頂点、面／縁のデータ・
ベースの形状、色及び優先順位の処理を記述するＶＤＢ
の環境データ・ブロック（ＥＤＢ）・を装入する。処理
装置１２はフレーム■の一部分である。フレームＴが、
環境座標系に対する視点ベクトルＶ、の形をした、並び
に環境を座標の絹（Ｘ、Ｖ、Ｚ）から視点の座標（ＬＪ
、Ｖ、Ｗ）に回転する為の方向余弦マ］〜リクス［Ｄｃ
ｌ：Ｖの形をしたダイナミック・データをも処理装置１
２に供給する。フレーム■は、このデータを使って、環
境の面の縁を像平面に対して遠近写像する。

この縁データがフレーム■の縁発生器１４に送られ、こ
の縁発生器が縁と各々のラスク線との交差（縁交差）を
計算し、これらの交差を画素番号にＪ：っで順番をつけ
る。順番をっＧノられた縁交差が而の優先順位並びに色
データと共に優先順位分解器１５で隠れた縁をなくず為
に使われる。優先順位分解器１５が、画素区域及び色デ
ータと共に縁交差の順番をつけたリストをビデオ処理装
置１７に供給する。生地／濃淡発生器１６が、ことこと
くの１２０ｎｓの論理クロック期間の間、４つの画素の
各々で３つまでの面区域に対する生地、濃淡及びフェー
ジング変調データを発生する。生地変調値は０．０及び
２．０の間であり、画素毎に異なっていてよい。フェー
ジング変調値ＥはＯｌＯ及び１．０の間であり、４つの
画素に対して同一である。ビデ刺処理装置１７が次の式
に従って、生地及びフェージング変調を画素あたり３つ
の面区賊の各々に加える。

Ｃ＝　（１ＡＰ　）　［！／んＴ：　Ｆ：　ＣＩ　＋Ｃ
ＨΣ／△、　（１−Ｆｌ　）］十△ｐ　Ｑ こ）でＣは画素のｉｔ　１２した色（赤、緑又は青）、
Ａｐは点特徴区域、△、（ｉ＝１，２又（ま３）（ま面
区域、Ｔｉは、生地選択符号に基づいて１、又はＴＡ又
はＴａ（ＴＡは更新すべき最後の而の生地又は濃淡変調
、Ｔ８は更新すべき最後の次の面の濃淡変調）、Ｆｌは
１又はＦｓｅ　又は「Ａ又（まＦｓ、Ｆｓｅ　は画素あ
たりの空又は地面の）Ｉ　−ジンク、ＦＡは更新ずべき
最後の面のフェージングの１１１１、「Ｂは更新すべき
最後の１つ前のフェージング値、Ｃ１は区１ｊｌｉ　ｉ
に関連した面の色、Ｃ（」はもやの色、Ｃｐは点特徴の
色である。生地／濃淡発生器］６が、数タロツク先に開
始して、ビデ・オ処理装賄１７によって処理される用石
の線に対して作用する。

生地は強度が変化ザる一連の平行なストライプという形
をした面の変調であると理解されたいが、こ１で本題か
ら外れて、若干説明しておくのがこの発明を叩解守るの
に役立つと思われる。初期のＣＩＧ装髄では、各々のス
］〜ライブの境界を形成る為に個々の縁が使われていた
。然し、ストライプブが等間隔で平行であれば、ぞれら
をずっと経済的な形で特定し且つ処理づることか出来る
。面の平面内にある１個の勾配ベクトルによって、一連
のストライブの間隔及び向きを表わすことが出来る。モ
デラーが、生地を（１７１各々の面の平面内にある１個
乃至３個の勾配を特定することにより、生地を限定する
。これらの勾配の他に、各々のストライプに関連した変
調の値を表わす為に、各々の勾配に％ｊして生地マツプ
番号及びマツプの出発点を指定Ｊる。この方法は、面を
縁に分割せずに、各々の面に異なる生地を付すことが出
来る。然し、これでも、相異なる各々の生地に対し、勾
配、出発点の値、生地マツプ符号を限定する為に約４５
バイ１〜のデータを必要とする。こういうデータの貯蔵
及び処理は、１つの面あたり約４個の縁の貯蔵並びに処
理に相当づ−る。非常に大きな面では、生地のことごと
くの縁を独立に処理するのに較べて、これは経済的に節
約になる。真にコストの安い装置を提供する為には、記
憶並びに割算の必要量を更に減少Ｊることが必要である
。

生地の大抵の用途では、１個の生地パターンを多数の隣
接した面に拡けることが望ましい。例えば、森林の生地
か幾つかの隣接した地形の面の一部分を覆う揚台、生地
は１つの面から次の百Ｉ＼切れ目なしに続いているへき
である。それは、切れ日があると、個々の地形の面の境
界を強調する傾向があるからである。これは耕地又は果
樹園を表わすのに使われる生地の様な「規則的な」生地
にとっては尚更重要である。

この発明は、−組の勾配、出発点の値及びマツプ符号に
よって、任意の数の面を覆う連続的な生地パターンを特
定することが出来る様にする。こ・の方法はデータ貯蔵
条件を低減するだけでなく、各々の而に対して独立に勾
配を投影する必要をなくす。最後に、同じ種類の表面を
表わす全ての面に対する生地が一組のデータによって特
定されるから、外観を改善する為でも、モデル誤差を補
正する為でも、或いは面の動き、例えば流水を模擬リー
る為であっても、生地を修正するのが容易である。

この様なコストの切下げを達成する基本的な技術革新は
、生地又は濃淡変調を表わすのに、各面の平面にあるス
トライプの代りに、３次元空間で定義した平面を使うこ
とである。この考えが第３図及び第４図に例示されてい
る。これらの図面では、１つの面を一連の平行な生地平
面によって生地ストライプに分割している。交差線を一
定に保つ限り、面の平面に対して異なる角度を向いた平
面によって同じストライプを限定することが出来る。一
連の平行線の様な、一連の平行な平面は、その長さが平
面の間の間隔に比例する様な直交勾配によって特定する
ことが出来る。勾配は面の平面内にある必要はない。こ
の方式をどう使うかを例示する為、地形表面を限定する
面の綱目を考える。第４図はこの様な地形を一連の生地
平面で分割した断面を示１゜生地平面は平坦な基準平面
内にある１個の勾配に対して全て直交している。これら
の平面は任意の数の而を裁断していてよい。

交差が起る所では、生地ストライプが限定される。

これらの生地ストライプは２つの重要な性質を持ってい
る。第１に、それらが全ての面の境界で合さり、生地の
連続性を保証している。第２に、それらの相対的な間隔
は各々の面の勾配と共に変化するが、任意のｘ−ｙ平面
内で一定の間隔を持っている。こういう種類の形状は、
例えば耕した畝、畑、街のブロック又は樹木の列の様な
生地によって頻繁に表わされるいろいろな種類の特徴に
対して予想される。壁のレンガの列の様なこの他の生地
も、一連の水平平面によって限定することが出来る。等
間隔のレンガを持つ任意の壁に対しても、同じ一組の平
面を使うことが出来る。

生地と同じく、濃淡は面の平面内の勾配によっ・て限定
されている。濃淡勾配は物体の表面上の任意の点に対す
る法線ベクトルを定める。然し、この法線ベクトルは、
生地ストライプと似て、その縁に於りる表面の滑らかさ
の外観を作り出す為に、物体の各々の縁で合っていなけ
ればならない。従って、可視環境モデルの濃淡を付す各
々の物体に対して、−組の勾配を限定することが出来る
。これが第５図に例示されている。

この発明は、像のラスタの各々の画素が、観察平面から
可視環境へ逆遠近法によって写像される時に入る、生地
／濃淡を付す各々の面上の点をＫｉ算する。次にこの発
明は、生地又は濃淡パターンを定める平行平面に対する
この点の場所を決定する。この写像を計算する数学は、
次に述べる通りである。生地又は濃淡パターンの何れか
を定義する平面は、次の式を充たす環境内の点の軌跡と
して定義することが出来る。

Ｐａ　＝Ｐｏ　、＋Ｋｐ　Ｎｐ　ＶｏｃＬこ）でＰ８は
点ａに於けるパターンの値であり、Ｐｏ　は基準点に於
けるパターンの値であり、Ｋ。

Ｎ、はＰの変化率を表わす勾配ベクトルであり、Ｖｏλ
はＭ単点から点ａまでのベクトルである。Ｐの所定の値
が、Ｐの別の値によって限定された平面と平行な、空間
内の成る平面を限定する。項Ｐ。

及びＫＰＮＰが所定のパターンを限定する基本的な石で
ある。

生地及び陰影が生地／陰影を付寸各々の面の各々の画素
に対してフレーム■で適用されるから、各々の画素に対
応する空間内の点（１，Ｊ）を目算することが必要であ
る。ここでＩは線番号であり、Ｊは画素番号である。こ
の写像を目算するヤ）り方が、第６図に示されている。

この図は観察者の空間に於けるｕ−’ｗ平面の断面を承
り。観察平面と面のＵ−Ｗ平面との交差が太い線で示さ
れている。観察者のラスタの線番号Ｉは観察平面内で十
から下に増加する。面上の点ａの座標Ｕ及びＷをみつけ
る為、最初にＬＪ　、次にＷ／Ｕを計算づる。

座標Ｕは、視点から観察平面に対する垂線に沿って測っ
た点ａまでの距離である。図面からｄ＝　Ｉ’ｈ・ＶＲ
Ｃ １１１ Ｃ（ ０の ｏ　Ｑ 書き替えると ｄ ＩＩ：　ｗ　／　ＬＪが丁度Ｃｗ（Ｉｌｏ）であり、Ｖ
／Ｕは丁度Ｃｖ　（、」−Ｊｏ　）である。従って、点
ａの（Ｕ、Ｖ、Ｗ）成分は 観察平面の座標系に於けるパターン勾配（ＫＰＮＰ　）
ｕｖＷＩＪ＜与えられ）ば、点ａのパターンの値は次の
様になる。

Ｐａ＝Ｐイ＋ 、こ）でＰｆ＝Ｐｏ　十Ｋｐ　Ｎｐ　−ＶＲＣ所定の而
又はパターンに対して一定である項をまとめることにＪ
こり、計算を簡単にすることが出来る。

このｌ、１、画素毎に行わな【ノればならない計算は次
の通りである。

この発明は、フレーム■に追加されて、面及びパターン
係数を計算する面変調処理装置１３と、フレーム３に追
加されて、画素毎に生地並びに／又は濃淡変調をｄ算す
る生地／濃淡発生器１６とを用いる。面変調処理装＠１
３の動作が、この発明の生地／濃淡に対する数学モデル
によって著しく簡単になるので、これらの動作は、基本
的な画像発生器の現存のフレームエの汎用計算機と、フ
レーム−■演綽パイプラインを用いて行われる。従って
、追加されるハードウェア装Ｕは生地／濃淡発生器１６
だけである。生地／濃淡発生器１６が、画素４個のグル
ープ毎に、１つ又は２つの入６＝ｌ而の表面に対するこ
のグループの逆遠近写像を４算する。この写像から、こ
のグループの４つの画素の各々で、各面に対する濶溪変
」ｊＪ又は生地変調の何れかを針管する。

第７図は生地／濃淡発生器のブロック図である。

生地／ＷＪ淡発生器が３つのピンポン記憶装置３０゜３
１．３２にデータを受取る。各々の生地又は濃淡モデル
を記述するデータを可変調処理装置１３から受取って、
パターン記憶装置６３０に貯蔵する。

生地又は濃淡を付す各々の面の平面を記述Ｊるデータも
フィールド時間毎に受取り、面記憶装詔３１に貯蔵する
。最後に、フィールドのことごとくのラスク線に対し、
各々の縁を記述するデータを優先順位分解器１５から受
取り、線記憶装置３２に貯蔵する。パターン記憶装ＦＪ
　３０及び面記憶装置３１の２つの側はフィールド時間
毎に交換して、現在表示しているフィールドに対するデ
ータを読出ず間、次のフィールドに対Ｊるデータをｕｌ
込む様にづる。線記憶装置３２の２つの側はラスク線時
間毎に交互に変えて、次の線に対するデータを出込む間
、現在表示している線に対するデータを読出Ｊ様に覆る
。

第８図は１本のラスク線を画素並びに画素グループに分
割することを示している。解像度の高いビデオ速度（大
体２５乃至３０Ｍｌ−１ｚ）を達成する為に、一度に４
個の画素に対する生地／濃淡を計算する。１つの画素グ
ループが１２０ｎｓ毎に計算される。生地／　′ＩＡ淡
の基本動作は、各々の４画素グループを１つ又は２つの
面に対する１つの濃淡情報に、又は１つの面に対する１
つ、２つ又は３つの生地ストライプ・マツプに写像する
ことである。濃淡を付す２つの面の間の縁が４画素グル
ープ内に現われる場合、２つの濃淡面を計算する。

１つより多くの生地を付ず而又は２つの濃淡を付す而が
グループ内にある場合、１つ又は更に多くの面変調は値
１．０により、又は面Ａ又面Ｂの変調によって近似する
。生地をイ１す而は１つだけ計算ザればよいのに、濃淡
を付す面を２つ計算する条件を課すのは、生地を付す而
よりも濃淡を付す面では、切れ目を避けることが尚更重
要であるからである。

生地発生器のｈ１停がパイプライン式に行われ、任意の
所定のクロック時間の間、幾つかの画素グループが種々
の処理段階にあることがある。パイプラインの各段階を
進む時の１つの画素グループに対して行われる動作を考
えるのが便利である。

最初、線記憶装置３２から縁データを読取る。このデー
タは、処理Ｊ゛べき新しい縁の画素値ＪＬ％この画素グ
ループに対する新しい生地／ａ淡の４算に使う面番号、
及び「保持フラグ」を含む。保持フラグは、現在の面に
対するデータを、次の画素グループの濃淡経路ＩＩ　Ｂ
　ＩＴの計算の為に保持することを表ね寸。線記憶装置
３２から読取った面番号を使って、面記憶装置３１にあ
る、面番号によって貯蔵された面データをアドレスする
。分母の係数Ｃａ　、Ｃｓ　、Ｃｓを計算器３５及び３
６に於ける距離のｈｉ算に使い、生地符号を使って、パ
ターン記憶装置３０からパターン・データをアドレスＪ
ると共に、生地を計０ｉザる為の適当な生地マツプを選
択する。

フレーム■のデータ・レジスタ３３が観察平面に対する
垂線の所にある画素の線番号及び画素番号を貯蔵してい
る。これらを縁交差制御装置３４で使って、画素値ＪＬ
及び用在線Ｉからの相対的な線番号（Ｉ−１ｏ）及び画
素番号（ＪＪｏ）をｉｌ算する。

削算器３５及び３６が、夫々現在並びに前の面番号に対
し、各々の画素グループの左上隅、右上隅及び左下隅ま
での距１１ｉ１１　ＬＪを計算ザることにより、距ａｌ
ｌｔ　ｉｆ算△及びＢを行う。使う式は次の通りである
。

る。テーラ−級数展開装置５８にあるファームウェア・
ルックアップ及びアナ［１グ加算器を用いて、この距離
項の逆数を計算する。この逆数を使って、更に難しい割
算の代りに、掛粋を使える様にする割算ハードウェアを
構成する。

加算器６０で結果Ｄ　Ｉ、Ｊに係数Ｃ５の４倍を加鈴す
ることにより、４線位置に対する距離計韓が１Ｕらレル
、、Ｉｉ′ｉ１様に、１１１１０ｍ６２　テｇ果Ｄ　Ｉ
、、＋　ニ係数Ｃ６の４倍を加算することにより、４画
素位置に対する距ａＩＩ計停が得られる。これらの２つ
の（ｆ／置の逆数をファームウェア装置６４．６６でめ
る。

分子の３１鞭が第１０図に示されている。これはｇｊ　
Ｖｉｉｔ算器３７であり、４算しようとする３つの独立
の生地ストライプに対して３回繰返される。

基数別韓器３８は同様な論理回路で構成されている。１
６ヒツトの１１）　’３器及び指数加尊器のＩＣを用い
て、掛粋器７２で係ｖｌＣ２に１４ビツトから成るＩ　
Ｉｏ　の４画素グループの線位置を乗する。

Ｉｎ器７４で係数Ｃ３に１４ピツ１〜から成るＪ−Ｊｏ
　の４画素グループの画素位置を乗する。その結果を加
算器７６．７８で、浮動小数点Ａ１、ＵのＩＣを用いて
、出発点係数Ｃ１に加算する。その結果が４画素グルー
プのＴ、Ｊ画素の位置に対する分子項（Ｎｌ、Ｊ）であ
る。

結果Ｎ　Ｉ、Ｊに係数Ｃ２の４倍を加締器８ｏで加算す
ることにより、４線位胃に対する分子の計算が行われる
。同様に、結果Ｎｌ、Ｊに係数ｃ３の４倍を加算器８２
で加幹することにより、４画素位侃に対する分子のｎ４
算が行われる。３つの項に対するＮ、／ＤｖＩｔＪハー
ドウェアは、ファームウェア装Ｆ’１５Ｂ、６４．６６
から得られた分母の逆数に分子項を乗することによって
１ｑられる。これは１６ヒツトの掛算器及び指数加ｔ３
器であるＩＣ８Ｃ８６，８’８を夫々用いて行われる。

この後、変換器９０で、浮動小数点から２０ビツトの固
定小数点形式に最初に変換し、次にオフセットＰｆを固
定小数点形式器９８に加算することにより、１、Ｊパタ
ーン番号の固定小数点変換が行われる。

同様に、変換器９４及び加算器１００を用いて、１、Ｊ
４４画素置に対する固定小数点形Ｐ数をめる。画素方向
のパターンの勾配が浮り１小数点ＡＬ　Ｕ　９６によっ
て計算され、線方向のパターンの勾配が浮動小数点ＡＬ
Ｕ９２を用いて剖等される。

生地変調Ｍ筒器３９の論理回路が第１１図に示されてい
る。この論理も、独立の３つの生地ストライプの向き及
び間隔の各々に対して１回ずつ、３回繰返される。実際
の生地変調マツプがマツプ記憶装置１２６，１２８，１
３０．１３２に入っている。この形式のマツプがこの発
明の好ましい実施例では、奥行１０２４に選ばれており
、合計１６個の相異なるマツプが選ＩＲ出来る。４ビツ
トの生地マツプ選択符号が１６個のマツプの内の所望の
１つを選択する。変調マツプは、実際のフライト・シミ
ュレーション運転の＋Ｙ＋に、試験母線に装入するのが
普通である。３つの生地経路の内の各々は独立のマツプ
変調を持っていてよく、この為３つの生地経路の加算に
よって非常にいろいろなパターンが１募られる。各々の
マツプは８ビツト幅であり、この為、各々の生地ストラ
イプに対し、合：ｌ−２５６個の変調値を定めることが
出来る。

■イリアシング防止方式の一部分として、マツプには相
異なる１０レベルの細部（Ｌ　ＯＤ　）が貯蔵されてい
る。相次ぐ各々のＬ　ＯＤは、その前の更に細かいレベ
ルの平均である。１０２４個のストライプの最も細かい
マツプはＬＯＤＯである。

次のレベル［ＯＤ　１は５１２個のス１へライブを含ん
でおり、この調子で１０１’）　１０は１つの変調しか
持っていない。シミュレーションの視点が生地を付した
面から更に遠ざかるにつれて、マツプのしＯＤレベルの
滑らかな混合を作って、表示される画素位置に於【プる
シンチレーションを防止する。

Ｌ　ＯＯマツプ選択及び混合の制御が、浮動小数点パタ
ーン勾配置１０がらｉｔ　ｌされる。勾配ΔＰＪ及び△
Ｐ１の絶対１１ｆｉを比較して最大のものを選ぶ。

次に小さい方の勾配の絶対値の半分を大きい方の勾配の
絶対値に加算して、勾配△Ｐ、エ　をめる。

この計算は回転に対して不変である対角線最大勾配を近
似するものであり、パ今一ンの４υ占バ同軒する時のマ
ツプのＬ　ＯＤの変化を防出する。次に最大勾配を用い
て、マツプのＬＯＤの値、並びに相異なる２つのマツプ
のＬｏｔ）の間の視点の相対位置を表わづ４ピッ１−の
α項をめる。４ピツ１〜のＬ　ＯＤ数が１Ｊｔｌ算器１
１２によって発生され、これは４画素×４線の画素グル
ープ内で１つより多くの生地変調の変化が起らないこと
を保証でるマツプＬＯＤレベルと定義する。変調の変化
が起る画素の軌跡を生地の縁と呼ぶ。

好ましい実施例では、各々のマツプは最高の解像度の為
に１０２４バイト（各々の位置に対し−Ｃ８ピッ１〜の
ワード幅）を貯蔵することを必要とＪる。これより粗い
各々のマツプＬＯＤは、下の表に示す様に、半分ずつ少
ない貯蔵装置を必要とず／ １０Ｄ　マツプ ０　１０２４ １　５１２ ２　２５６ ３　１２８ １６７１ ５　３２ ６　１６ ８ ４ ２ １０　１ 合計貯蔵数　２０４７パイ１〜 マツプ貯蔵装置は、Ｌ　ＯＤの間の揖らかな混合が１つ
のシステム・クロック期間内に行われる様に、針幹され
たマツプＬＯＩ’）　ｎ及び次の更に相いＬ　ＯＤ　ｎ
　＋　４が同時に利用出来る様に構成されている。この
条件は、マツプ貯蔵装置を次の様に別々の記憶装置Ａ及
びＢに分けることによって充たされる。

＜１ＫＸ８）　（ＩＫＸ８）　合計所要貯蔵装置旦Ｑ旦
　ＭＥＭ　Ａ　ＡＤＲ８ＭＥＭ　Ｂ　ＡＤＲ３／ＬＯＤ
レベル０　０−＞５１１　５１２−＞１０２３　５１２
１　２５６〜＞５１１　０−＞２５５　２５６２　０−
＞１２７　１２８−＞２５５　１２８３　６４−＞１２
７　０−＞６３　６／Ｉ４　０−＞３１　３２−＞６３
　３２ ５　１６−＞３１　０−＞１５　１６ ６　０−＞７　８−＞１５　８ ７　４−＞７　０−＞３　／１ ８　０−＞　１　２−＞３　２ ９　１　０　１ １０　０　０　１ 記憶装置Ａ及びＢが、どのしＯＤをアドレスするかに応
じて、交互に下側及び上側のマツプ部分で変わることに
注意されたい。この様に交互に変わることが、ＬＯＤ数
の最下位（＋−Ｓ　Ｂ　）に応じて、１ＯＤｎ又は１−
ＯＤｎ−ト１の出力を記憶装置△又はＢに対して３つの
状態で変えることにより、マツプ・アドレス・シフト１
１４で制御される。アドレス・シフトがＩＯＤ数によっ
て制御される。下記の表に示す様に、アドレス・ビット
をシストさせて、マツプ記１０装置内の相異なる１−・
００レベルを選択する。

ＬＯ旦　Ｍ旦旦　マツプ・アドレス　１−８Ｂ同じ２つ
のマツプ・コピーを用意する。１つは生地の縁の交差の
左側に対する変調用であり、もう１つは生地の縁交差の
右側に対する変調用である。４つの画素の各々に対し、
生地の縁の右に見込まれる区域を計算することにより、
生地の縁の平滑作用が行われる。このモ（囲は、最初に
上限パターン・アドレス値（Ｐ［Ｊ）及び２つのパター
ン勾配（△Ｐ、１．ΔＰ＋）を夫々レジスタ１１６゜１
１８．１２０で４ビツト１０Ｄ数制御装置によってシフ
１〜させることによって行われる。この情報は、生地の
縁の勾配並びに（ｉ７．８を決定するのに十分である。

この時、生地の縁の交差の形状に基づいて、個々の画素
が見込む区域を決定することが出来る。この計算は予め
プログラムされたＰＲＯＭファームウェア１３８によっ
て処理される。

このＰＲＯＭは、加ＤＨ１２２及び１２４でａ±１．０
の何れかの加符を選択することにＪ：す、右側生地マツ
プのアドレスをも決定１−る。

下記の計尊式によって、最初のＬＯＤ生地マツプ及び次
のＬＯＤ生助マツプの滑らかなｌ−０１’）混合を装置
１３４及び１３６で行う。

Ｔ＝α・Ｍｎ　＋　（１−α）Ｍ この計算は左側の生地マツプに対しては１３／Ｉで、そ
して右側の生地マツプに対しては１３６で別々に行われ
る。次の式を用いて、４つの画素に対する生地の縁の平
温作用が装置１４０，１４２．１’Ｉ／１．１４６で行
われる。

Ｔ×−△ｘ−ＴＬ−１　（１−Ａｘ　）ＴＲ３つのパタ
ーン生地の組合せ及び濃淡を行う）１淡８１算器４０が
第１２図に示されている。３つの多重化器１５６，１５
８．１６０を使って、処理する面に使われる特定の生地
パタ一ンの組合せＰｎを選択する。３つの生地変Ｆｌ！
Ｈには、加算装置１６２の加算器で加算する前に、割算
器１５０，１５２．１５４で１．２又は３の倍率を掛け
る。この様に変調に予め倍率を掛けるのは、パターンの
加締後のＡ−パフローを防止する為である。この変調が
次に変換マツプ１６４に通される。このマツプは加算さ
れたパターンに特殊効宋を加えることが出来る。こうい
うマツプは、マツプのアドレス人ノコに接続された加算
器１６２からの生地変調を持っている。この為、変調に
対して任意の所望のパターン変換を加えることが１」１
来る。成るマツプの現在アドレスが記憶装置の各々の位
置に貯蔵されていれば、変換は行われない。これを根底
として、任意の所望の偏差を加えることが出来る。

４ビツトの変換マツプ選択入力を用いて、合計１６個の
異なる変換マツプを選択することが出来る。

濃淡変調は、加締器９８及び１００から得られる２０ビ
ツトの固定少数点パターン数ＰＩＪ及びフ ＰＩ、Ｊ牛の一次補間によって得られる。この補間が、
ＰＩ、Ｊの左側パターンのＵｆＪと、ＰＬＪ４−の右側
パターンの値の間の簡単な加算と２回シフ］・による割
障により、加算器１６６．１（３８，１７０で行われる
。加算器１６６．１６８．１７０と同様な論理回路が、
濃淡計瞳器４１を構成Ｊる。表示面に対する濃淡、生地
又は変調なしの選択は、多重化器１７２，１７４，１７
６．１７８によって行われる。変調出力を用いて、物体
の面の通常の色を他の成る値に変える。この変更は、而
の現在の色に変調出力を乗することによって行われる。

選択論理回路を設けて、而の色の赤、緑又は青成分の任
意の組合せを変調して、白黒でち色変調でも得られる様
にする。

この発明の好ましい実施例について以上説明した所から
、この発明に従って真の遠近を持つ生地／濃淡処理装置
を実ＪＱザるのに最小限のハードウェアしか必要としな
いことが叩解されよう。これは、任意の数の面を覆う連
続的な生地パターンを定義するのに、−組の勾配、出発
点の値及びマツ、１２′４号を特定することによって達
成される。これによって各々の面に対して勾配を独立に
投影する必要がなくなり、こうして貯蔵及び処理の両方
の必要性が小さくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を用いた基本ＣＩＧ装置の機能的なブ
ロック図、第２図はＣＩＧ装置の更に詳しいブロック図
で、この発明の生地発生器を示す。 第３図は地形面と生地平面との交差を示す略図、第４図
は平行な等間隔の生地平面と成る面の平面とが交差して
平行な生地ス１へライブを構成する様子を３次元で示す
図、第５図は平行な等間隔の濃淡平面と物体とが交差し
て同じ濃淡法線の輪郭を定める様子を３次元で示１図、
第６図は線番号及び画素番号の写像を行う桟子を示づグ
ラフ、第７図はこの発明の生地／濶演発生器のブロック
図、第８図はラスタ線を１４ｉｉ索及び画素グループに
分割する様子を示す略図、第９図は第７図に示した生地
／濃淡発生器の距離ｈ１算器のブロック図、第１０図は
第７図に示した生地／濃淡発生器の基数６１算器のブロ
ック図、第１１図は第７図に示した生地／濃淡発生器の
生地計紳器のブロック図、第１２図は第７図に示した生
地／濃淡発生器の濃淡計算器のブロック図である。 主な符号の説明 １１・・・フレームＩ　１２・・・処理装置１３・・・
面変調処理装置Ｕ１／′Ｉ・・・縁発（Ｌ器１５・・・
優先順位分解器 １６・・・生地／濃淡発生器１７・・・ビデＡ処Ｉ９１
装蓚特許出願人 ゼネラル・エレクトリック・カンバニイ代理人　（７６
３０）　生　沼　船　二ＦＩＧ３ ＦＩＧ、４ ＦＩＧ、５ 昭和　年　月　日 特許庁長官　志　賀　学　殿 １、事１′１の表示 昭和５９年特許願第２６０９６３号 ２、発明の名称 ｆｆ１ｌ’Ｅ＞！幾画像発生器 ３、補正をづる者 事イ！１との関係　出願人 件　所　アメリカ合衆国、１２３０５、ニコーヨーク州
、スケネクタデイ、リバーロード、１番 名　称　ゼネラル・エレク１〜リック・カンバニイ代表
者　リムソン・ヘルツゴツト ４、代理人 １１　所　〒１０７東京都港区赤坂１丁目１４番１４号
第３５Ｉｌｊｌ和ヒル　４階 日本ゼネラル・エレクトリック株式会ネト極東特許部内
電話（５８８）５２００−５２０７ ６、補正の対象 （１）図面 （２）委任状 ７、補正の内容 （１）図面： 図面の浄因（内容に変更なし）。 〈２）委任状： 別紙の通り。 ８、添付古顔の目録 （１）図　面　１通 （２）委任状及び同訳文　各１通

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）　複数個の機能グループによって計算が順次行なわ
   れ、前記複数個の機能グループの内の第１のグループが
   可視データ・ベースを管理すると共に第２のグループの
   活動環境貯蔵装置にデータを転送し、前記第１のグルー
   プは視点の位置並びに移動するモデルがあれば、該モデ
   ルの位置を共通の座標系で決定して、遠近変換に必要な
   ３角関数係数を発生し、前記第２のグループは前記第１
   のグループから供給された環境の３次元記述を２次元記
   述に還元すると共に、観察窓の座標に対するデータの遠
   近変換を行なって、計算された場面の各面に優先順位を
   割当て、第３のグループが、縁が当該走査線と交差する
   場所を突止める縁データを発生することにより、前記第
   ２のグループによって発生された２次元記述を走査線に
   還元する・と共に、割当てられた優先順位に応答して隠
   れた面を除くと共に、縁の平滑、濃淡及び生地効果を含
   めて表示用のビデオを発生する様な形式の計算機画像発
   生器に於て：シミュレーションを行う可視環境全体にわ
   たって大域的に変調を定める生地／１ｌｔｌ淡処理手段
   を有し、該生地／Ｉｔ！淡処理り段が、前記第２のグル
   ープにあって、各々の生地及び濃淡モデルを記述するデ
   ータ並びに各々の生地又は濃淡を付す面の平面を記述す
   るデータを計算する可変調処理手段と、前記第３のグル
   ープにあって、前記第１のグループからの初期設定デー
   タ並びに前記面変調処理手段によって割算されたデータ
   に応答して、３次元空間で定義された平行平面を用いて
   任意の数の面を生地及び濃淡のストラーｒブに分ｖＩす
   る数学モデルに基づ゛いて、生地及び１ｌｉｌ淡変調信
   号を計算する生地／Ｉ淡発生手段とを〕１する計算機画
   像発生器。 ２、特許請求の範囲１）に記載した計算機画像発生器に
   於て、前記生地／濃淡発生手段が、前記面変調処理手段
   に接続されていて、各々の生地及び濃淡モデルを記述す
   るデータを貯蔵するパターン記憶手段と、前記面変調処
   理手段に接続されていて、生地又は濃淡を付す各々の面
   の平面を記述するデータを貯蔵する面記憶手段と、縁デ
   ータを貯蔵する線記憶手段と、前記第１のグループに接
   続されていて、観察平面に直交する線番号及び画素番号
   を貯蔵するデータ・レジスタ手段と、前記線記憶手段及
   び前記データ・レジスタ手段に接続されていて、相対的
   な線番号及び画素番号を３１紳する縁交差制御手段と、
   前記面記憶手段及び前記縁交差制御手段に接続されてい
   て、前記線記憶手段によってアドレスされたデータに応
   答して各々の画素グループまでの距Ｈ１を計算する第１
   の距離計算手段と、前記パターン記憶手段、前記縁交差
   制御手段及び前記第１の距離計停手段に接続されていて
   、前記面記憶手段によってアドレスされて、前記パター
   ン記憶手段から読出されたデータに応答して、各々の画
   素グループを生地ストライプ番号に写像する第１の基数
   計算手段と、該第１の基数計算手段に接続されていて、
   生地変調マツ゛プを貯蔵すると共に、基数の計算によっ
   て選択されたマツプの混合及び平滑を計算する生地計算
   手段と、前記第１の基数計算手段及び前記生地計算手段
   に接続されていて、基数の計算に基づいて一次補間によ
   って濃淡変調を計算し、表示用のビデオに対して濃淡、
   生地又は無変調を選択する第１の濃淡計算手段とで構成
   されている計算機画像発生器。 ３）　特許請求の範囲２）に記載した計算機画像発生器
   に於て、前記第１の基数計算手段及び前記生地ｉｔ　１
   手段が、同じ強度を持つ平行な一連の平面を限定す、る
   ３つの勾配の各々に対して１回ずつ、３回１ｉ！返され
   、前記線記憶手段が、川石の而に対づるデータを次の画
   素グループの濃淡、の計算の為に保持すべきことを表わ
   す保持フラグを貯蔵し、更に、前記面記憶手段及び前記
   縁交差制御手段に接続されていて、前記保持フラグ及び
   前記線記憶手段によってアドレスされたデータに応答し
   て、次の画素グループまでの距離を計算する第２の距離
   計算手段と、前記パターン記憶手段、前記縁交差制御手
   段及び前記第２の距離計算手ｇ！に接続されていて、前
   記保持フラグ並びに前記面記憶手段によってアドレスさ
   れて前記パターン記憶手段から読出されたデータに応答
   して、次の画素グループの濃淡変調を８１棹する第２の
   基数計算手段と、該第２の基数計算手段に接続されてい
   て、次の画素グループのビデオ表示を変調する為に、前
   記第２の基数計算手段の出力に基づいて、濃淡変調を一
   次補間によって計算する第２の濃淡計算手段とを有する
   計算機画像発生器。 ４）　特許請求の範囲２）に記載した計算機画像発生器
   に於て、前記第１の距離計算手段が、級数展開逆数共通
   分母を発生する手段を含み、前記第１の基数計算手段が
   、前記級数展開逆数共通分母の距離項に生地パターンの
   向き及び間隔を定める大域分子項を乗することにより、
   多重パターン基数を計算する手段を含んでいる馴算機画
   像発生器。 ５）　特許請求の範囲３）に記載した計算機画像発生器
   に於て、前記第１の距離計算手段が第１の級数展開逆数
   共通分母を発生する手段を含み、前記第１の基数計算手
   段が、前記第１の級数展開逆数共通分母の距離項に生地
   パターンの向き及び間隔を定める大域分子項を乗するこ
   とによって多重パターン基数を３１算する手段を含み、
   前記第２の距離ｔｌ算手段が第２の級数展開逆数分母項
   を発生する手段を含み、前記第２の基数計算手段が前記
   第２の級数展開逆数分母に１個の分子を乗する手段を含
   んでいる計算機画像発生器。 ６）　特許請求の範囲２）に記載した計算機画像発生器
   に於て、前記生地計算手段が、細部の予め側御されたレ
   ベルを持つ多重生地マツプを貯蔵する手段を含んでいる
   計算機画像発生器。 ７）　特許請求の範囲６）に記載した計幹機画像発生器
   に於て、前記生地計算手段が細部のマツプ・レベルを滑
   らかに混合する手段を含んでいる計算機画像発生器。 ８）　特許請求の範囲７）に記載した計幹機画像発生器
   に於て、前記生地計算手段が、表示像平面に於けるパタ
   ーンの左隅の値及び２つのパターン勾配だけを用いて、
   交差するストライプの生地の縁の交差を割算すると共に
   生地の縁の平滑作用を発生する手段を含んでいる乱１算
   機画像発生器。 ９）　特許請求の範囲８）に記載した計算機画像発生器
   に於て、前記第１の濃淡計算手段が、乗算される生地パ
   ターンを加算して、相異なる間隔並びに向きの絹合せ変
   調を作る手段を含んでいる計算機画像発生器。 １０）　特許請求の範囲９）に記載した計算機画像発生
   器に於て、前記第１の濃淡計算手段が、前記組合された
   生地変調を群集又は不規則化再定義に変換する変換マツ
   プ手段を含んでいる計算機画像発生器。 １１）　特許請求の範囲１０）に記載した計算機画像発
   生器に於て、第１の濃淡計算手段が、面の白黒又は色変
   調を達成する様に、面の赤、青又は緑の色成分を任意の
   組合せで乗樟形濶淡又は生地変調を行う手段を含ｌυで
   いる計算機画像発生器。