JPS62100878A - 隠れ面処理装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は３次元多面体物体を２次元スクリーン上に投影
して表示する３次元コンピュータグラフィックス装置内
の隠れ面処理装置に関するものである。

従来の技術 ３次元物体を２次元スクリーン上に合成して表示する場
合、手前に存在する物体が、それより奥にある物体の一
部またはすべてを隠してしまう現象を何らかの方法で処
理しなければならない。一般的には汎用プロセッサを用
いて逐次的に処理するスキャンライン法や、ハードウェ
ア化に適した２バツフア法が知られる。２パツクア法は
各画素に表示すべき面の色・輝度（以下単に輝度という
）とその面の奥行きを画素単位に記憶しておき、新しい
面が入力されるたびに記憶している奥行き距離と新しい
面の奥行き距離を比べ新しい奥行き距離の方が小さい時
のみ奥行き距離を更新し、同時に新しい面の輝度データ
を登録するものである。

すべての画素に奥行きレジスタ（一般ＫＺバッファと呼
ばれる）を設ける場合、非常に大きなメモリ回路が必要
になるという欠点をもつが、制御論理が比較的簡単であ
るという特徴をもつ。

一方スキャンライン法はＣＲＴなどのようにラスクスキ
ャンごとに各画素の輝度データを表示する場合、＠シ合
う画素、すぐ次のスキャンラインの画素は現画素と非常
に強い相関関係をもつことに注目した方法で、逐次、処
理系に適するが、多ぐの計算を必要とし制御論理も複雑
になるという欠点をもつ。

これらを中間的な隠れ面処理として、スキャンライン間
は相関関係を利用し、１ライン内は２バ、７２７法を用
いる方法が、例えば エヌ、ガラコ〜口〜他 ９スーハーハソフ７　ニア　ジストリ・ンク　ブイ・エ
ルφニスーアイ　グラフィック　エンジン　フォーリア
ル　タイム　シスター　イメージ　ジェネレーション”
１９８５　　チャペル　ヒル　コンフエランスオンヘリ
ー　ラージ　スケール　インテグレーション。

ＰＰ、２８５−３０５ に示されている。

第５図（ａ）はこの従来の隠れ面処理装置のシステムブ
ロック図、第６図（ｂ）はその構成要素の詳細図を示す
ものであシ、４はＮ画素からな１スキャンラインの各画
素に対応して存在する演算素子、４１ばこの画素のスキ
ャンライン上の位置を登録する画素番号レジスタ、４４
はこの画素位置で一番手前に存在する平面の奥行き座標
を登録する奥行きレジスタ、４６はその平面の輝度情報
を登録する輝度レジスタである。

以上のように構成された隠れ面処理装置の動作について
第６図に示した概念図と共に説明する。

第６図のようにＭｘＮの２次元のスクリーンに対応する
Ｘ、Ｙ座標に、奥行き情報すなわちＺ座標を加えた３次
元空間（一般に正規デバイス座標と呼ばれる）内に定義
された平面６ｏをＸＹ平面に投影してスクリーン上に表
示する。ラスクスキャン型のＣＲＴなどではこの処理を
一水平スキャンごとに行なう。このため処理は現スキャ
ンラインで切断したＸｚ乎画面上処理をする。平面６゜
を現スキャンラインで切断した切シロを平面セグメ／ト
ロ１という。個々の平面セグメントは左端点！標（ＸＬ
、ＺＬ）、右端点Ｘ座ｍＸＨ，単’ｎｕＢ素あたりの２
座標変位ｄＺ／ｄＸ（以下２′と記す）。

輝度情報工をもっている。これらの情報をもつトークン
が、第６図（ａ）のようにアレイ状に構成され、各画素
に対応して存在する演算素子４の左側から入力される。

各演算素子４はまず自分のスキャンライン上の位置ＩＤ
を登録した画素番号レジスタ４１と２つの比較器４２．
４３を用いて、ＸＬｉ≦ＩＤ≦ＸＲｉ　　・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１）が
成立するかを判断する。もし成立すれば入カドークンの
Ｚ座標値Ｚ、が奥行きレジスタ４４のデータｚｂよりも
小さいかどうかを比較器４５を用いて判断する。これら
すべてを満たせば更新信号ＵＰＤＴがアクティブになシ
奥行きレジスタ４４、輝度レジスタ４６に入カドークン
内のデータ２゜と工、をそれぞれ格納する。また第１式
が成立した場合（あるいはｘＬｉ≦ＩＤ　　だけでも良
い）は〈２座標値の大小にかかわらず、加算器４７を用
いてＺ座標変位Ｚ工′を加算し、その他はそのまま右側
の演算素子に出力する。ラッチ４８は右側演算素子に１
サイクル遅らせてトークンを出力するだめのものでパイ
プラインレジスタとして作用している。

さて、−スキャンライン上のすべての平面セグメントを
トークンという形でアレイの左端の演算素子から入力し
終えると、次だ各演算素子内に保存している輝度データ
を外部に読出す課程に入る。

このなめには平面セグメントトークンとは異なるす７レ
ツシユトークンを同じくアレイの左端から入力する。も
ちろんリフレッシュトークンを他と区別する情報をトー
クン内にもたせる。このリフレッシュ時の動作を第５図
と第７図を用いて説明する。リフレッシュトークンＲを
入力した演算素子はそれを検出し、リフレッシュ検出信
号ＲＥＦをアクティブ例する。セレクタ４９はＲＥＦ信
号がアクティブの時、輝度レジスタ４６のデータＩｂを
、それ以外は右側演算素子からの輝度データＩＲＥＦｉ
を左側演算素子に出力する。またこの直後に奥行きレジ
スタ４４を最大値に、輝度レジスタ４６を背景色にそれ
ぞれ初期化する。ラッチ６゜はラッテ４８と同様にパイ
プラインレジスタとして作用する。第７図に示すように
リフレッシュトークンＲがアレイ内を伝播し、輝度デー
タがアレイ左側に２サイクルごとに出力される。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記のような構成では、各演算素子に必要
なハードウェアが大きすぎてアレイ全体をＬＳＩ化する
のが困難であるという問題点を有していた。

本発明はかかる点を鑑み、少ないハードウェアで同様の
効果が得られる隠れ面処理装置を提供することを目的と
する。

問題点を解決するだめの手段 本発明は奥行き距離を保持する奥行レジスタと、輝度デ
ータを保持する輝度レジスタと、平面セグメントの範囲
の内外判定、奥行き距離の変位加算。

奥行きデータの比較を時分割的に行なう１つの加算器と
、入力された平面セグメントトークンに関する情報を更
新しながら一段のパイプラインレジスタを通して出力す
る入出力手段、および輝度レジスタの内容を外部に出力
する輝度データバスを備えだ隠れ線処理装置である。

作　　用 本発明は前記した構成により、一定サイクル数内で取扱
える平面セグメント数は少なくなるものの、各演算素子
間のパイプラインによるタイムラグは１サイクルである
ために１平面セグメントトークンがアレイの左端に入力
された後演算素子数だけのサイクル数で右端に到着し、
システム全体の遅延が増大しない。さらにリフレッシュ
時のスループットはむしろ大きくなシ、１画素の輝度デ
ータが毎サイクル出力される。

実施例 第１図（ａ）は本発明の実施例における隠れ面処理装置
のシステムブロック図、第１図（ｂ）はその構成要素の
詳細図を示すものである。第１図（ａ）において１はＮ
画素からなる１スキャンラインの各画素に対応して存在
する演算素子、１ｏはこの画素位置で一番手前に存在す
る平面の奥行き座標を登録する奥行きレジスタ、１１ば
その平面の輝度情報を登録する輝度レジスタである。

以上のように構成された本実施例の隠れ面処理装置につ
いて、以下その動作を説明する。

まず平面セグメントの右端点情報として座標値のかわり
に継続画素数ｄＸで与えるものとする。

すなわち左端点座標（ＸＬ、ＺＬ）、継続画素数ｄＸ。

単位画素あたりの２座標変位７．／、ｆｉ度情報工をも
つトークンが第１図（−）のようなアレイ構造の構成要
素となる演算素子１の左側から八人カボートＡｉ。

Ｂ入力ボートＢｉに分けて入力される。制御情報ＣＴＲ
Ｌ　ｉにはその平面セグメントの存在する範囲内に入っ
ていることを示すＩＮフラグ情報がちも時分割的に各入
力ボートに与えられる情報は次のようにまとめられる。

各演算素子の動作を第１図と第２図を用いて説明する。

第１のタイミングＴ１ではＡ入力ボートＡ、のデータと
全１パターンを加算器１２に与え、Ａ人カデータを１減
算した結果を得る。もしＩＮフラグ−〇で減算結果が負
の時、この平面セグメントがこの画素位置で存在範囲に
入ったことになシ、セレクタ１４でＢｏのデータｄＸを
Ａポート側に移しラッチ１７に入れ、またＩＮフラグを
１に反転してう・ンチ１６に入れる。もしＩＮフラグ＝
１で減算結果が負の時、平面セグメントが存在範囲の外
に出たことになるだめＩＮフラグを０に反転し、Ａ出力
ポートには負になった値（符号ナシ整数では最大値）を
そのまま出力する。それ以外の場合はＣＴＲＬｉをその
ままＣＴＲＬｏに出力し、八〇へは加算器出力を出力す
る。

第２のタイミングＴ２では、ＩＮフラグ＝１ならばＡ入
カボートＡｉ上のＺとＢ入力ボートへ上のＺ′を加算し
てＡ出力ポートへ〇に出力し、そうでなければＡ、のデ
ータを更新しないで八〇に出力する。

最後に第３のタイミングＴ３では、Ａ出力ポートＡ０を
７２時とは変更せずに保持する。そしてＩＮフラグ＝１
で、かつＡ入カポートＡｉ上のＺデータと奥行きレジス
タ１ｏのデータＺｂをやはり加算器１２で比較した結果
がＺ＜Ｚｂの時、奥行きレジスタ１０．輝度レジスタ１
１にＡ入カボ−ト上のＺ、Ｂ人力ポート上の工を格納す
る。

以上３つのタイミングでＢ出力ボートＢ０へは全てＢ入
カボートＢｉの内容をラッチ１８全通してそのまま出力
する。

第３図は平面セグメント情報をもつトークンが各演算素
子で処理を受けながら流れていく様子を時系列的に示し
ている。トークンＡは画素番号ｘ＝１から始まる平面セ
グメントで、演算素子０では１減算して０であるためＺ
値の更新、ｚｂとの比較は行なわれない。演算素子１で
はさらに１減算されて負になったため、Ｘにかわってｄ
ＸをＡ出力ポートに出力し、後の演算素子ではｄＸに対
して減算が行なわれる。演算素子１はさらにＩＮフラグ
を１とし自らもＺ値の更新、Ｚｂとの比較を行なう。後
段の演算素子ではｄＸが順次１減算され、その結果が負
になるまで続けられる。負になった時はＩＮＮシラを０
にもどし、残シの演算処理を開始できるため、パイプラ
インレジスタは１段分で良いという特徴をもつ。

第４図（ａ）は第３図と同じ平面セグメント情報をもつ
トークンが各演算素子で処理を受けなからアレイ上を流
れていく様子を示している。

以上の説明でＣＴＲＬ信号のパスで未使用のＴ２あるい
はＴ３のタイミングスロットに、トークンが平面セグメ
ントかリフレッシュトークンかを区別する識別子を入れ
ることが可能である０各演算素子がリフレッシュトーク
ンを受は取った時の動作を第１図と第４図中）を用いて
説明する。

リフレッシュトークンを検出すると演算素子１は輝度レ
ジスタ１１内のデータよりを輝度データバスＩＢＵＳに
出力する。゛リフレッシュトークンは各サイクルごとに
隣の演算素子を伝播するために、輝度データバスＩ！３
ＵＳを観測していると各画素の表示すべき輝度が毎サイ
クル順次出力されてくる。

もちろんリフレッシュトークンを左端から入力し終えた
後はひきつづいて新しいスキャンライン用の平面セグメ
ントトークンを入力できる。

なお以上の実施例では更新を必要とする平面セグメント
データはすべて八人出力ポートに集めたの が、データ９人力順序さえ変えなければ、ＡとＢのボー
トでデータを交換してもよい。

以上のように本実施例によれば、１つの加算器を時分割
的に使用し、しかも個々の加算処理を終える度に次段演
算素子でその結果をもとに演算を開始できろ特性を利用
して、演算素子あた９１段ｒ　　ノ゛ライン構造で実現
できるため、高いスループットを得ることができる。し
かも各演算素子はその画素番号情報を必要としないため
、すべての演算素子を同一のセルで構成することができ
る。

発明の詳細 な説明したように、本発明によれば少ない７１−ドウエ
ア量でしかも高速な隠れ面処理をすることができ、その
実用的効果は大きい。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明における一実施例の濡れ面処理装置のブ
ロック図、第２図は同実施例の各演算素子内で実行され
る処理内容を示すフロー図、第３図は同実施例において
平面セグメントトークンが各演算素子で処理を受けなが
ら流れる様子を示した説明図、第４図は同実施例におい
て平面セグメントトークンおよびリフレッシュトークン
がアレイ上を流れる様子を示した説明図、第６図は従来
の隠れ面処理装置のブロック図、第６図は槌本発明およ
び従来の隠れ面処理装置に共有している概念の説明図、
第７図は従来例においてり７レノシユトークンがアレイ
上を流れる様子の説明図である０ １・・・・・・演算素子、１ｏ・・・・・・奥行きレジ
スタ、１１・・・・・・輝度レジスタ、１２・・・・・
・加算器、１４・・・・・・セレクタ、１６，１７．１
８・・・・・・ラッチ。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 （北２ 第３図 涜ｉｔ、＋０侵狽す、嘱専料２摸寞葦ふ３第４図 トークンＡ　　　　　　　（ｄ′） −一λ 一ニー　　　　ｈ−クンハ トークンＡ ｔｂ） 一リフレノうニド−クン リフレッシュトークン 第５図 （０−ン 第６図 第７図 Ｒ：リフレッシュトークン

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）３次元多面体物体を隠れ面処理を行ないながら２
   次元スクリーン上に表示するグラフィック表示装置にお
   いて、スクリーンの１スキャンライン上の各画素に対応
   して存在する各演算素子が、一番手前に存在する平面セ
   グメントの奥行き距離（Ｚ＿ｂ）を保持する奥行きレジ
   スタと、その平面の輝度データ（Ｉ＿ｂ）を保持する輝
   度レジスタと、加算器と、隣接前段画素に対応する演算
   素子から平面セグメント情報〔先頭画素位置（Ｘ）、継
   続画素数（ｄＸ）、先頭画素に対応する奥行き距離（Ｚ
   ）、単位画素あたりの奥行き距離変位（ｄＺ／ｄＸ）、
   および輝度データ（Ｉ）〕をもつトークンを入力する手
   段と、隣接次段画素に対応する演算素子へ更新された上
   記平面セグメント情報をもつトークンを１段のパイプラ
   インレジスタを通して出力する手段と、上記輝度レジス
   タ内のデータ（Ｉ＿ｂ）を外部に読出す手段を具備し、
   第１のタイミングで、上記入力手段から入力された新平
   面セグメントが存在するスキャンライン上の範囲に当演
   算素子が含まれているか否かを、上記加算器に先頭画素
   位置（Ｘ）または継続画素数（ｄＸ）を入力して判定し
   、もしこの範囲内にあれば第２のタイミングで奥行き距
   離データ（Ｚ）に変位データ（ｄＺ／ｄＸ）を上記加算
   器で加算して次段演算素子に出力し、さらに第３のタイ
   ミングで奥行き距離データ（Ｚ）と前記奥行きレジスタ
   内の現奥行き距離データ（Ｚ＿ｂ）を上記加算器により
   比較して、Ｚ＜Ｚ＿ｂ（あるいはＺ≦Ｚ＿ｂ）の時のみ
   前記奥行きレジスタと前記輝度レジスタの内容を新平面
   セグメントの奥行き距離データ（Ｚ）と輝度データ（Ｉ
   ）でそれぞれ置換えることを特徴とする隠れ面処理装置
   。 （２）平面セグメント情報をもつトークンに替ってスキ
   ャンライン終了を表わすリフレッシュトークンを前段演
   算素子から入力した場合は、輝度レジスタ内のデータ（
   Ｉ）を輝度データバスに出力した後、奥行きレジスタを
   最大値に、輝度レジスタを背景色に初期化し、さらに上
   記スキャンライン終了トークンを次段演算素子に出力す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の隠れ面
   処理装置。（３）輝度レジスタ内のデータ（Ｉ＿ｂ）を
   外部に読出すための手段として輝度データパスを備える
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の隠れ面処
   理装置。 （４）平面セグメント情報をもつトークンの入力手段お
   よび出力手段がそれぞれ２ポートからなり、第１の入力
   ポートには第１のタイミングで先頭画素位置（Ｘ）が、
   第２、第３のタイミングでは奥行き距離（Ｚ）がそれぞ
   れ入力され、一方第２の入力ポートには第１、第２、第
   ３のタイミングでそれぞれ継続画素数（ｄＸ）、単位画
   素あたりの奥行き距離変位（ｄＺ／ｄＸ）、輝度データ
   （Ｉ）が与えられ、第１のタイミングで先頭画素位置（
   Ｘ）を加算器により１減算して負（あるいはゼロ）判定
   することによりこの平面セグメントが当演算素子で存在
   範囲内に入ったことを、またそれ以後は継続画素数（ｄ
   Ｘ）を同じく上記加算器により１減算してゼロ（あるい
   は負）判定することによりこの平面セグメントが存在範
   囲外に去ったことを判断し、第１、第２の出力ポートに
   は当演算素子で更新された平面セグメント情報を第１、
   第２の入力ポートに対応して出力することを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の隠れ面処理装置。 （５）平面セグメント情報をもつトークンの入力手段お
   よび出力手段がそれぞれ２ポートからなり、第１の入力
   ポートには第１のタイミングで、平面セグメントの存在
   範囲に未だ入っていない時には先頭画素位置（Ｘ）が、
   また存在範囲に入った後には継続画素数（ｄＸ）が、第
   ２、第３のタイミングでは奥行き距離（Ｚ）がそれぞれ
   入力され、一方第２の入力ポートには第１、第２、第３
   のタイミングでそれぞれ継続画素数（ｄＸ）、単位画素
   あたりの奥行き距離変位（ｄＺ／ｄＸ）、輝度データ（
   Ｉ）が与えられ、第１のタイミングで第１の入力ポート
   から入力される先頭画素位置（Ｘ）あるいは継続画素数
   （ｄＸ）を加算器により１減算して負（あるいはゼロ）
   判定することによりこの平面セグメントが当演算素子で
   存在範囲内に入ったか否か、あるいは範囲外に去ったか
   否かを判断し、範囲内に入った時は第２の入力ポートか
   ら入力された継続画素数（ｄＸ）を第１の出力ポートに
   出力し、それ以外は常に第１の出力ポートには第１の入
   力ポートに与えられた上記情報を更新して出力し、第２
   の出力ポートには第１の入力ポートに与えられた継続画
   素数（ｄＸ）、単位画素あたりの奥行き距離変位（ｄＺ
   ／ｄＸ）、輝度データ（Ｉ）を加工せずにそのまま出力
   することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の隠れ
   面処理装置。