JPS61272879A - 図形シエ−デイング装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は図形表示装置に関し、特に、三次元図形表示に
おける表示物体のシェーディング（陰影付け）表示に関
する。

〔発明の背景〕

図形処理装置において、三次元図形ｔ−ＣＲ，Ｔ等の表
示装置に表示する場合に、表示された物体に自然な感じ
を与えるため、光反射モデルに基づいてシェーディング
を行うことは、周知であシ、例えば次のような文献があ
る。

ビ・トウング・７オング（Ｂｕｉ　−Ｔｏｕｎｇｐｈｏ
ｎｇ　）著１イルミネーション・フォー９コンピユータ
・ジエネレニテツド・ビクチュアズ（Ｉｌｌｕｍｉｎａ
ｔｉｏｎ　　ｆｏｒ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　−Ｇｅｎｅｒ
ａｔｅｄｐ　１ｃｔｕｒｅｓ　）”、コミュニケーショ
ンズ拳オプ・アメリカン・コンピユーテイング・マシナ
リ−（Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　Ａ、　Ｃ
，Ｍ、　）第１８巻第６号、第３１１〜３１７頁（１９
７５年６月）。

フオリー（Ｊ、　Ｄ、　ｉ’ｏｌｙ　）他藩、′ファン
ダメンタルズ・オブ・インターアクティブ・コンピュー
タ・グラフイク、ｔ、　（ｌｉ’ｕｎｄａｍｅｎｔａｌ
ｓ　　ｏｆエｎｆｅｒａｃｔｉｖｅ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ
　Ｑｒａｐｈｉｃｓ　）″、アデイスン・ウニズリ−・
パブリッシング・カンパ＝　−（Ａｄｄｉｓｏｎ　９％
ｒｅｓｅｌｙ　ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇＣｏｍｐａｎｙ　
）刊、プリン（Ｊ、　Ｆ、　Ｂ１１ｎｎ　）著、”モデ
ルズ・オブ・ライト・レクリクション・フォー・コンピ
ュータ・シンセサイズド・ピクチュアズ（Ｍｏｄｅｌｓ
　　ｏｆ　、［、ｉｇｈｔ　、１ｅｆｌｅｃｔｉｏｎ　
　ｆｏｒ（：：ｏｍｐｕｔｅｒ　　５ｙｎｔｈｅｓｉｚ
ｅｄ　Ｐｉｃｔｕｒｅｓ　）″ジグラフ　（５ＩＧＧＲ
ＡＰＲ）’７７　　プロシーディング（ｐｒｏｃｅｅｄ
ｉｎｇ）。

詳細は前記文献（％にＪ、Ｄ、フォリー他の著書）にゆ
するとして、反射モデルによるシェーディングの原理を
以下に概説する。第１図はプリン（Ｂｌｉｎｎ）が提案
した反射モデルであって、Ｎは反射面の単位法線ベクト
ル、Ｌは反射点Ｐから光源に向かう単位ベクトル、■は
反射点Ｐから視点に向かう単位ベクトルである。ＨはＬ
とＶの和の向きの単位ベクトルであシ、シたがって、Ｈ
はＬとＶのなす角をちょうど部分している。このモデル
において、視点における光の強度Ｉは次式で表わされる
。

・・・・・・・・・（１） ただし、 工ａ：周囲光の強度 Ｋａ：周囲光反射係数 工ｐ：光源からの光の強度 Ｋｄ：散張反射係数 ＫＳ：直接反射係数 ｎ　：物体の表面粗さに依存する量で、数十から数百の
間の値 なお、“・”記号はベクトルの内積を表わす。

他方、曲面で囲まれた三次元の表示物体は、まず、複数
のパッチ面と呼ばれる多角形の面からなる多面体で近似
さる。第２図において、表示物体を近似する多面体１は
、パッチ面１１〜１３などで構成され、たとえば各パッ
チ面の単位法線ベクトルがそれぞれＮ１〜Ｎ３であると
すると、これらパッチ面の頂点１４０単位法線ベクトル
Ｎｖは、Ｎｔ〜Ｎｓの平均ベクトルを単位化して得られ
る。

各頂点の単位法線ベクトルが定義された後、本来の曲面
の各点における単位法線ベクトルは、各頂点の単位法線
ベクトルからの補間によって算出される。そこで（１）
式によシ、表示物体表面の各点からの光の強度、すなわ
ち、表示画面の各ドツト（画素）の輝度を決定すること
によシ、シェーディングを行うことができる。なお、以
上の方法ではＨを導入したが、■を直接用いても本質的
には同じである。ただし計算が複雑になる。

従来は、各ドツトごとに、Ｎ及びそれとり、Ｈの各内積
を算出した後、（１）式の計算を行なっていたため、表
示の完成までに長時間を要していた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、三次元物体の表示におけるシェーディ
ングのための処理時間を短縮することにある。

〔発明の概要〕

本発明の特徴は、前記内積の装置に対応する輝度を予め
計算してカラールックアップテーブルに格納しておくこ
とある。すなわち、（１）式において、一つのパッチ面
については、工ａ及びＩｐは一定と考えることができる
。したがって、（１）式は、第１項及び第２項からなる
部分と第３項との２部分からな〕、それぞれの部分を単
一の内積の関数として処理できるものである。そこで、
２組のフレームバッファとカラールックアップテーブル
を設け、１組の７レームバツフアに内積Ｎ−Ｉｔ−記憶
して、カラールックテーブルに内積Ｎ−Ｌの装置に対応
する（１）式の第１項と第２項からなる輝度を記憶し、
他の１組の７レームバツフアには内積Ｎ・Ｈｔ記憶し、
他のカラールックアップテーブルに（１）式の第３項の
記憶しておく。２組の７レームバツフアから同じく２組
のカラールックアップテーブルによシ変換された輝度を
加え合せると、（１）式の輝度計算がなされたことにな
る。

〔発明の実施例〕

第３図は、本発明の一実施例の全体構成を示す。

座標変換プロセッサ３は、ホストコンピュータ２から、
近似多面体の各頂点の座標を受取って、必要に応じて座
標の回転、平行移動などの処理を行なう。図形情報一画
素情報変換プロセッサ４は近似多面体を構成する各面の
各ドツトの法線Ｎを前述した方法にて求め、さらに内積
Ｎ−Ｌ及びＮ・Ｈを算出する。これらの処理の内容は、
本発明と直接の関係はなく、前掲フオリー他の著書に詳
述されている。

算出された内積Ｎ−Ｌ、Ｎ−Ｈは表示する物体の材質す
なわち反射係数Ｋａ、Ｋｄ及びに８の値を識別する材質
コードとともに、それぞれフレームバッファ５１．フレ
ームバッファ５２に記憶すれる。フレームバッファ５１
．５２の情報によシ、カラールックアップテーブル６１
．６２１−それぞれ索き、輝度情報を得、この情報ｆ：
Ｄ／Ａコンバータ７１〜７６にてアナログ信号に変換後
、ＲＧＢごとに、フレームバッファ５１からの輝度と、
フレームバッファ５２からの輝度を加算器８１〜８３に
て加えて、Ｃ凡Ｔ９に送シ、表示を行う。

フレームバッファにおける情報の記憶形式を第４図に示
す。画素単位に５１１に示した形式で記憶し１５１３は
内積の値を固定小数点形式で記憶し５１２には表示物体
の材質を識別する材質コードを記憶する。

第５図にカラールックアップテーブルの詳細を示す◎６
１１は内積Ｎ−Ｌ対応するカラールックアップテーブル
の几成分の部分を示したものである。６１１は表示物体
の材質の数の部分に分けられ、この部分は、内積の値を
表現する前記第４図の５１３のビット数に対応したエン
トリからなる。

このエントリには、該当材質の、該当内積での輝度（（
１）式の第１項と第２項からなる輝度のＲ成分）が記憶
されている。６２１には内積Ｎ−Ｈに対応する輝度のＲ
成分が記憶されている。

第３図の構成では（１）式の第１項・第２項の部分と第
３項の加算をアナログ情報に変換後に実行しているが、
変換前にデジタル情報にて加算を行ってもよい。

フレームバッファに内積の値を固定小数点表示したもの
を記憶しているが、（１）式の第３項は内積Ｎ−ＨＫ対
して非線形に変化するので、第３項が線形に変化するよ
うＮ−Ｈに対して処理を行った値ｆ　（Ｎ−Ｈ）を記憶
し、ｆ　（Ｎ−Ｈ）に対応した輝度をカラールックアッ
プテーブルとに記憶してもよい。ここで、ｆ（Ｎ−Ｈ）
はＮ−Ｈの関数を示す。

〔発明の効果〕

本発明によれば、カラールックアップテーブルに表示物
体の材質及び内積に対応する輝度を記憶すること、カラ
ールックアップテーブルからの輝度を加える加算器を設
けたことによυ、内積の値から輝度を計算する時間が大
幅に短縮される。

【図面の簡単な説明】

第１図は反射モデルの模式図、第２図は近似多面体の略
図、第３図は本発明の一実施例のブロックダイヤグラム
、第４図はフレームバッファ内の記憶している情報の単
位の形式の図、第５図は力２−ルックアップテーブルの
構造の図である。 ２・・・ホストコンピュータ、３・・・座標変ｙロセッ
サ、４・・・図形情報一画素情報変換プロセッサ、５１
〜５２・・・フレームバッファ、６１〜６２…カラール
ツクアツプテーブル、７１〜７６・・・Ｄ／Ａ変換器、
８１〜８３・・・アナログ加算器、９°°。 ＣＲＩＴ。 第　１　図− ７２図 ′ｆＪ４　図 ￥Ｊ　５　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 三次元図形の表示にあたり、表示装置の表示面の各ドッ
   トの輝度を対応する表示物体上の各点における法線方向
   と光源方向及び視方向の相互関係を表わす内積の関数と
   して算定してシェーディングを行う図形表示装置におい
   て、２組のフレームバッファ、カラールックアップテー
   ブルおよび２組のカラールックアップテーブルから得ら
   れる輝度を加え合せる加算器を設け、法線と光源方向の
   相互関係を表わす量を第１のフレームバッファへ、法線
   方向と視点との相互関係を表わす量を第２のフレームバ
   ッファに記憶し、前記量に対応した輝度を２つのカラー
   ルックアップテーブルにそれぞれ記憶し、２つのカラー
   ルックアップテーブルから得られる輝度とを加え合せる
   ことによつて、各ドットの輝度を得る図形シェーディン
   グ装置。