JPS6290772A

JPS6290772A - 三次元物体表示処理方式

Info

Publication number: JPS6290772A
Application number: JP23176085A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Sato; 弘幸佐藤; Katsuhiko Hirota; 広田　克彦
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1985-10-17
Filing date: 1985-10-17
Publication date: 1987-04-25

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】〔１既要〕視点デプス・バッファと、光源デプス・バッファと、こ
れらの画素間の対応関係を示す対応テーブルとを同時に
生成し、後処理で２つのデプス・バッファ及び対応テー
ブルの内容を参照することによって高速に行形処理を行
う三次元物体表示処理方式である。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、三次元物体表示処理方式、特に陰影を施した
カラー映像を生成し表示する際の付影処理方式に関する
ものである。

〔従来技術と問題点〕

従来、三次元物体表示処理方式としては、処理が単純で
ハード化に適したデプス・バッファ法と呼ばれる方法が
採用されて来た。この方法を用いた行形処理の従来例の
一つは、光源座標系のデプス・バッファを作った後で視
点座標系のデプス・バッファを作り、その後に視点座標
系の画素の座標を光源座標系に変換して両者の対応を取
り、影の画素を判定していた。この従来方法は、視点座
標系のデプス・バッファの作成処理及び対応画素の座標
変換処理が余分に必要となる。

〔発明の目的〕

本発明は、上記の考察に基づくものであって、視点デプ
ス・バッファ、光源デプス・バッファ及び両者の画素間
の関係を示す対応テーブルを並行して作成できるように
し、これにより高速に行形処理を行い得るようになった
三次元物体表示処理方式を提供することを目的としてい
る。

〔目的を達成するための手段〕そしてそのため本発明の三次元物体表示処理方式は、物
体の表面を３角形の集まりで近似した形状モデル・デー
タを格納する形状モデル・データ部と、視点座標系での
デプス・バッファと、光源座標系でのデプス・バッファ
と、これら２つのデプス・バッファの対応関係を示すた
めの対応テーブルと、スクリーン上の輝度を保持するフ
レーム・バッファと、上記形状モデル・データ部から続
出された３角形のデータを処理し処理結果に従って上記
光源座標系でのデプス・バッファへのデータの書込みを
行う第１の処理部と、上記形状モデル・データ部から読
出された３角形のデータを処理し処理結果に従って上記
視点座標系でのデプス・バッファへのデータの書込みを
行うと共に処理結果と当該３角形の法線ベクトルと上記
光源座標系でのデプス・バッファを参照して上記フレー
ム・バッファへのデータの書込み及び上記対応テーブル
へのデータの書込みを行う第２の処理部と、上記視点座
標系でのデプス・バッファと光源座標系でのデプス・バ
ッファと対応テーブルとフレーム・バッファの内容を参
照して影付けを行う付影処理部と、全体を制御するコン
トローラとを具備することを特徴とするものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を図面を参照しつつ説明する。第１図は本
発明の１実施例構成を示す図である。第１図において、
１はコントローラ、２は座標変換部、３は透視変換部、
４はデプス比較更新・輝度計算更新・対応テーブル更新
部、５は座標変換部、６は透視変換部、７はデプス比較
更新部、８は付影処理部、９は形状モデル・データ部、
１０は視点デプス・バッファ、１１はフレーム・バッフ
ァ、１２は対応テーブル、１３は光源デプス・バッファ
をそれぞれ示している。

コントローラ１は、符号２ないし８の部分を制御する。

座標変換部２は、絶対座標系から視点座標系への座標変
換を行うための４×４のマトリックス演算器である。透
視変換部３は、視点から遠い物はど、小さく見える効果
を出すための演算器である。デプス比較更新・輝度計算
更新・対応テーブル更新部４は、与えられた３角形の内
部の画素の各々について、デプス比較更新、輝度計算更
新及び対応テーブルの更新処理を行う。デプス比較更新
では、画素のデプス（Ｚｔ値）と視点デプス・バッファ
１０内の対応するデプス（２，）とを比較し、Ｚｔ＜Ｚ
ｂであれば、視点から見える点であり、デプス・バッフ
ァ１０内の対応する画素のデプスを更新し、輝度計算更
新及び対応テーブルの更新処理を行い、Ｚｔ≧Ｚ、であ
れば、何もせず次の画素の処理に移る。輝度計算更新で
は、３角形の法線ベクトルと光源の位置から面の輝度を
計算し、上記のデプス更新が行われたらフレーム・バッ
ファ１１の対応する画素の輝度も更新する。対応テーブ
ル１１の更新では、デプス及び輝度の更新が行われた画
素に対応する光源デプス・バッファ１３内の画素の位置
情報（ｘ、ｙ＋　　ｚ）または影フラグを記録する。座
標変換部５は、絶対座標系から光源座標系（光源からみ
た座標系）への座標変換を行うための４×４のマトリッ
クス演算器である。透視変換部６は透視変換部３と同様
な処理を行うものである。デプス比較更新部７は、デプ
ス比較更新・輝度計算更新・対応テーブル更新部４のデ
プス比較更新処理と同様な処理を行う。即ち、与えられ
た３角形の３頂点の座標から３角形内部の画素のそれぞ
れについてその画素のデプス値が光源デプス・バッファ
１３内の値と比較してより小さければ、光源位置から見
える点であるので、バッファ１３内のデプス値を更新す
る。付影処理部８は、全ての３角形について座標変換部
２、透視変換部３及びデプス比較更新・輝度計算更新・
対応テーブル更新部５の処理並びに座標変換部５、透視
変換部６及びデプス比較更新部７の処理が終了した後で
、行形処理を開始する。

形状モデル・データ部９は、形状モデル・データを格納
する。形状モデル・データは、物体の表面を３角形で近
似したもので、一枚の３角形毎に以下のデータ項目を持
つ。

・　面の色（赤、青、緑の各成分）・　面の単位法線ベクトル・　頂点１の座標（Ｘ　ｌ＋　Ｖ　＋　＋　Ｚ　Ｉ）・
　頂点２の座標（Ｘ２＋７２＋Ｚ！　）・　頂点３の座
標（Ｘ２＋ｙ３＋２２　）その他に絶対座標系から視点
座標系への変換マトリックスの係数Ｔｅ＝　（ｔａｉ、ｊ）　　（ｉ、ｊ＝１．２＋３．４
）と、絶対座標系から光源座標系への変換マトリックス
の係数Ｔ　’　＝（ｔ　Ｌｉ、Ｊ）　　（１，Ｊ＝１１２１３
，４　）も、形状モデル・データ部９に格納されている
。

視点デプス・バッファ１０は、フレーム・バッファ１１
の画素数に等しい数のエントリ　（データ記入欄）を持
つデータ領域であり、通常のスクリーン上のｘ、ｙ座標
をエントリとし、Ｚ値（デプス値）を保持する。フレー
ム・バッファ１１は、画素の輝度値を保持するデータ領
域であり、画素のスクリーン上でのｘ＋７座標をエント
リとし、その画素の赤、青、緑の各成分値を記録する。

フレーム・バッファ１１の内容はモニタ（図示せず）の
スクリーン上にカラーで表示される。スクリーンの画素
数は、例えば５１２Ｘ５１２である。対応テーブル１２
及び光源デプス・バッファ１３は、本発明に特有のもの
である。対応テーブル１２は、スクリーン上の画素のｘ
、ｙ座標をエントリとし、各画素毎に以下のデータ項目
を持つ。

・　光源デプス・バッファ内の対応する画素エントリの
Ｘ値・　光源デプス・バッファ内の対応する画素エントリの
ｙ値・　光源デプス・バッファ内の対応する画素エントリの
Ｚ値・　影フラグ（１でオン、０でオフ）光源に対して裏を向く面（光源座標系での法線ベクトル
が負）の内部の画素については影になることは明らかで
あるので、この影フラグをオンに設定し、他のデータ項
目は不要なので更新しない。

光源デプス・バッファ１３は、視点デプス・バッファ１
０と同様に、光源座標系でのモデルに関してそのデプス
値を保持する。

次に行形処理の流れについて説明する。

■　前処理前処理においては、下記の処理を行う。

・　視点デプス・バッファ１０のエントリの全てに、十
分に大きい値（Ｚ、。）を書込む。

・　フレーム・バッファ１１の全エントリに☆景色を書
込む。

・　対応テーブル１２に全てφを書込む。

・　光源デプス・バッファ１３のエントリの全てについ
て十分に大きな値Ｚ、。（〉Ｚ、。）を書き込む。

・　座標変換部２に変換マトリックスの係数（ｔ＠ｉ＋
　ｊ）を書き込み、座標変換部５に変換マトリックスの
係数（ｔ　ｃｔ、ｊ）を書込む。

■　形状モデル・データ部９より３角形一枚のデータを
読み出し、これを座標変換部２及び５に送る。

■　座標変換および透視変換座標変換部２及び５において、３角形の３頂点の座標変
換と、法線ベクトルの回転変換を行う。座標変換の後、
頂点座標については透視変換を行う。

■　デプス比較更新・輝度計算更新・対応テーブル更新
部４及びデプス比較更新部７でそれぞれデプス比較更新
を行う。デプス比較更新・輝度計算更新・対応テーブル
更新部４では、更に輝度計算とフレーム・バッファの更
新を行う。デプス比較更新・輝度計算更新・対応テーブ
ル更新部４では裏面に対しては何もしない。

■　対応テーブルの更新デプス比較更新・輝度計算更新・対応テーブル更新部４
では、デプス及び輝度が更新された画素については、対
応テーブルの更新も行う。

その手順を次に示す。

（ａｌ　　この３角形が光源に対して裏向き（透視変換
部６の出力結果の法線ベクトルのＺ成分が負）であれば
、対応テーブル１２の影フラグをオンに設定し、他のデ
ータ項目に対しては何もしない。

（ｂ）　　（ａｌ以外の場合は、その画素の光源デプス
・バッファ内の対応する画素のｘ、ｙ、ｚ値を求める。

透視変換部３の出力の３頂点の座標を（Ｘ１＋ｙｌ＋Ｚ
＋　　）＋　　（Ｘ１＋ｙｌ＋Ｚ＋　　）＋　　（Ｘ３
＋ｙ３＋２３　）とし、透視変換部６の出力の３頂点座
標を（ｙ′１＋ｙ’ｌ＋Ｚ’ｌ　）　＋　　（Ｘ’ｚ＋
Ｙ’ｚ＋Ｚ’ｚ　）　＋　　（ｘ’ｉ＋ｙり＋ｚ’：＋
）とすれば、視点座標系での３角形の内部の画素ｐ　（
ｘ、ｙ、ｚ）に対応する光源座標系での３角形に対応す
る点は簡単な演算で求めることが出来る。求めた（ｙ′
、ｙ′、ｚ′）の値を対応テーブル１２に書き込む。

■　行形処理全ての３角形について■ないし■の処理が終了した後、
行形処理を行う。対応テーブル１２の全てのエントリを
調べ、次の処理を行う。

（ａ）　　影フラグがオンであれば、既に影の輝度にな
っているので何もしない。

（ｂ）　　影フラグがオフでｘｔ、　　ｙＪ値が何れも
φのときは、その画素には物体が何もなかったことにな
るので、何もしない。

（Ｃ）　　影フラグがオフで、ｘ’、ｙ’＞Ｑのときは
光源デプス・バッファ１３の（Ｘ’、　　Ｖ’＞位置の
デプス値（Ｚ′、とする）とＺ′を比較する。ｚＬ　＞
　ｚ７゜ならば画素ｐ７　（ｘ　′、　　ｙ／　、　　
ｚ　’　）と光源との間に画素ｐ’ｔ　　（Ｘ’＋　　
ｙ’＋　　Ｚ’ｔ　）が存在したことになり、画素ｐ′
は影であることが判別できる。この場合には、輝度をフ
レーム・バッファ１１から読み出し、一定比率で減じて
再び書き込む。これ以外のときは何もしない。対応テー
ブル１２の全てのエントリについて、以上の処理が終了
すれば行形処理は終了する。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、視点
デプス・バッファ、フレーム・バッファ及び対応テーブ
ルに対するデータ書込み又は更新処理と、光源デプス・
バッファに対するデータ書込み又は更新処理とを並行に
行い、しかる後に上記視点デプス・バッファ、フレーム
・バッファ、対応テーブル゛及び光源デプス・バッファ
の内容を参照して行形処理を行っているので、全体の処
理時間を従来方式に比して大幅に短縮することが出来る
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例構成を示す図、第２図は視点
座標系における画素と光源座標系における画素の対応関
係を説明するための図である。１・・・コントローラ、２・・・座標変換部、３・・・
透視変換部、４・・・デプス比較更新・輝度計算更新・
対応テーブル更新部、５・・・座標変換部、６・・・透
視変換部、７・・・デプス比較更新部、８・・・付影処
理部、９・・・形状モデル・データ部、１０・・・視点
デプス・バッファ、１１・・・フレーム・バッファ、１
２・・・対応テーブル、１３・・・光源デプス・バッフ
ァ。

Claims

【特許請求の範囲】

物体の表面を３角形の集まりで近似した形状モデル・デ
ータを格納する形状モデル・データ部と、視点座標系で
のデプス・バッファと、光源座標系でのデプス・バッフ
ァと、これら２つのデプス・バッファの対応関係を示す
ための対応テーブルと、スクリーン上の輝度を保持する
フレーム・バッファと、上記形状モデル・データ部から
読出された３角形のデータを処理し処理結果に従って上
記光源座標系でのデプス・バッファへのデータの書込み
を行う第１の処理部と、上記形状モデル・データ部から
読出された３角形のデータを処理し処理結果に従って上
記視点座標系でのデプス・バッファへのデータの書込み
を行うと共に処理結果と当該３角形の法線ベクトルと上
記光源座標系でのデプス・バッファを参照して上記フレ
ーム・バッファへのデータの書込み及び上記対応テーブ
ルへのデータの書込みを行う第２の処理部と、上記視点
座標系でのデプス・バッファと光源座標系でのデプス・
バッファと対応テーブルとフレーム・バッファの内容を
参照して影付けを行う付影処理部と、全体を制御するコ
ントローラとを具備することを特徴とする三次元物体表
示処理方式。