JPS6314288A - Generating system for voxel information table - Google Patents
Generating system for voxel information tableInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔概要〕
本発明は3次元物体の図形情報から陰影や反射や透過の
効果を含んだ写実的な絵を表示するレイトレーシング手
法の前段階として、多数の物体を表示する場合に必要と
なるボクセル情報の生成に長い時間がかかると云う問題
点を解決するために、各3次元物体に対応してこの物体
が属するボクセルを求め、その結果を用いてボクセルに
対応した物体を表示するテーブル作成し、更にこの処理
を並列して実行する計算機システムの各単位計算機(セ
ルプロセッサ)に物体の情報を分散して処理を行なわせ
、後でそれらの結果を統合することによって、更に高速
にボクセル情報を得るようにしたものである。[Detailed Description of the Invention] [Summary] The present invention displays a large number of objects as a preliminary step to a ray tracing method that displays realistic pictures including shadows, reflections, and transmission effects from graphic information of three-dimensional objects. In order to solve the problem that it takes a long time to generate the voxel information required when doing so, the voxel to which this object belongs is determined for each 3D object, and the result is used to correspond to the voxel. By creating a table that displays the object, distributing the object information to each unit computer (cell processor) of the computer system that executes this processing in parallel, and later integrating the results. , which allows voxel information to be obtained even faster.
〔産業上の利用分野]
本発明は3次元物体の表示、特に物体のボクセル情報テ
ーブル生成方弐に関するものである。[Industrial Field of Application] The present invention relates to the display of three-dimensional objects, particularly to a method for generating a voxel information table for the object.
3次元物体の図形情報から写実的な絵を生成するレイト
レーシング手法は、映画やコマーシャルフィルム等をコ
ンピュータで作成する際に用いられている。Ray tracing methods, which generate realistic pictures from graphic information of three-dimensional objects, are used when creating movies, commercial films, etc. on computers.
1つの特定点(視点)から物体に到る光線の軌跡が物体
と交差する交点を求めるのに、全ての物体と光線との交
点を逐一計算するため、これら光線によって画像を構成
しようとすると膨大な量の計算を必要とするが、より複
雑で精巧な絵が要求され、しかもこれを高速に生成する
ことが、画像枚数を必要とする動画を作成するために必
要である。In order to find the intersection point where the trajectory of a ray from one specific point (viewpoint) to an object intersects with the object, the intersection points of every object and the ray are calculated one by one, so constructing an image using these rays would be a huge task. In order to create a moving image that requires a large number of images, it is necessary to create a more complex and elaborate picture, which requires a large amount of calculation, and to generate it at high speed.
このような場合、3次元空間を同じ一辺の長さを有する
立方体の単位分割空間、即ち、ボクセルの集合体とし、
その情報単位にボクセルを利用すれば、物体表示におけ
る光線の追跡に際して、全ての物体との交差チェックを
行う必要がなくなり、その光線を通っているボクセル内
に入っている物体とのみ交差チェックを行えばよく、計
算量を大幅に削減することができる。In such a case, the three-dimensional space is defined as a cubic unit space with the same side length, that is, a collection of voxels,
If a voxel is used as the information unit, there is no need to check for intersections with all objects when tracing a ray in an object display, and only check for intersections with objects that are within the voxel through which the ray passes. This can significantly reduce the amount of calculation.
〔従来の技術〕
第6図は従来のボクセル情報を生成するシステムの構成
ブロック図を示す。[Prior Art] FIG. 6 shows a block diagram of a conventional system for generating voxel information.
図において、5.7は記憶装置、6は演算装置である。In the figure, 5.7 is a storage device, and 6 is an arithmetic device.
記憶装置5には表示すべき全物体の図形情報と、3次元
空間をボクセルに分割したグリッド情報とが格納されて
いる。The storage device 5 stores graphic information of all objects to be displayed and grid information that divides the three-dimensional space into voxels.
図形情報は各物体の属性やパラメータを記述した表とし
て表現され、グリッド情報は3次元空間をボクセルの集
合体とし、その各ボクセルの位置をx、y、z座標で表
現したものである。Graphic information is expressed as a table that describes the attributes and parameters of each object, and grid information is a three-dimensional space that is a collection of voxels, and the position of each voxel is expressed using x, y, and z coordinates.
演算装置6では前記の情報からボクセル情報を作り出す
ために、先ず全物体の中から一つを取り出してその物体
のパラメータから物体の位置を計算し、グリッド情報と
比較することによって、どのボクセルと交差するかを調
べる。In order to create voxel information from the above information, the arithmetic unit 6 first extracts one object from among all the objects, calculates the position of the object from its parameters, and compares it with the grid information to determine which voxel it intersects with. Find out whether
交差するボクセルがあれば、ボクセル情報の中のそのボ
クセルの項目内にその物体の番号を登録する。If there is a voxel that intersects, the number of the object is registered in the item of that voxel in the voxel information.
そして、この処理を3次元空間内にある全ての物体に関
して繰り返し行ってボクセル情報を生成する。This process is then repeated for all objects in the three-dimensional space to generate voxel information.
記憶装置7にはボクセル情報が蓄えられ、各ボクセルに
関してそのボクセル内に含まれる物体の番号を登録する
形式の表として表現される。Voxel information is stored in the storage device 7, and expressed as a table in which the numbers of objects included in each voxel are registered for each voxel.
従来のボクセル情報生成法では、各物体に関して逐次、
含まれるボクセルへの登録を行っていたため、物体の数
が極めて多くなった場合には非常に時間がかかってしま
うと云う問題点があった。In conventional voxel information generation methods, for each object,
Since registration was performed on the included voxels, there was a problem in that it took a very long time when the number of objects was extremely large.
3次元空間内の任意の位置に、任意の方向で配置された
物体がどのボクセルに属しているかを計算するには、浮
動小数点を用いた比較計算、2次方程式を解く演算、変
換マトリクス計算などの複雑で時間のかかる処理が必要
である。To calculate which voxel an object placed in any direction in a 3D space belongs to, comparison calculations using floating points, calculations to solve quadratic equations, transformation matrix calculations, etc. requires complex and time-consuming processing.
従って、物体の数が増えた時の計算量の増加率は累加し
て増大し、次段階の処理であるレイトレーシング法の計
算よりも時間がかかってしまう場合すら起こってしまう
。Therefore, as the number of objects increases, the rate of increase in the amount of calculation increases cumulatively, and there are even cases where it takes longer than the calculation using the ray tracing method, which is the next step of processing.
第1図は本発明の計算機システムの構成を説明する図で
ある。FIG. 1 is a diagram illustrating the configuration of a computer system according to the present invention.
セルプロセッサ(以下、セルと称する)1はボクセル情
報を生成するために必要な演算装置、即ち、浮動小数点
演算器と、充分な情報量を蓄えることができる記憶容量
を備えたマイクロコンピュータで構成される。A cell processor (hereinafter referred to as a cell) 1 is composed of an arithmetic unit necessary for generating voxel information, that is, a microcomputer equipped with a floating point arithmetic unit and a storage capacity capable of storing a sufficient amount of information. Ru.
ホスト計算機2は大量の情報を蓄えるための記憶装置4
、例えば磁気ディスクを備える。The host computer 2 is a storage device 4 for storing a large amount of information.
, for example, includes a magnetic disk.
共通バス3はホスト計算機2と各セル1間のデータの交
換を行う。The common bus 3 exchanges data between the host computer 2 and each cell 1.
第2図の手順に示すように、上記した計算機システムの
記憶装置に図形情報とグリッド情報を格納しておき、
(11セルプロセッサに物体情報を配置する。As shown in the procedure of FIG. 2, graphic information and grid information are stored in the storage device of the computer system described above, and object information is placed in the 11-cell processor.
(2)各セルプロセッサは担当する物体を処理し、物体
が属するボクセルを示す「物体−ボクセル」データを生
成する。(2) Each cell processor processes the object for which it is responsible, and generates "object-voxel" data indicating the voxel to which the object belongs.
(3) このデータをホスト計算機が収集して各ボク
セルに交差する物体のデータに変換して「ボクセル−物
体」データ、即ち、ボクセル情報を生成する。(3) The host computer collects this data and converts it into data of objects intersecting each voxel to generate "voxel-object" data, that is, voxel information.
以下、本発明のボクセル情報生成方式の一実施例を図面
を参照して詳細に説明する。Hereinafter, one embodiment of the voxel information generation method of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
第1図に示すホスト計算機2は物体の図形情報を生成し
、記憶装置4、例えば磁気ディスクに格納する。A host computer 2 shown in FIG. 1 generates graphic information of an object and stores it in a storage device 4, for example, a magnetic disk.
図形情報の構成表例を第3図に示す。An example of a configuration table of graphic information is shown in FIG.
図形情報はある1つの物体に関して物体の番号、物体の
属性(種類)、パラメータの値の3つを備えており、そ
れをすべての物体について表にしたもので構成される。The graphic information includes three items for one object: an object number, object attributes (types), and parameter values, and is made up of a table for all objects.
物体とは少数のパラメータで表現し得るような簡単な属
性を有する物体、即ち、球、円柱、円錐、直方体、回転
体などである。An object is an object that has simple attributes that can be expressed with a small number of parameters, such as a sphere, cylinder, cone, rectangular parallelepiped, and rotating body.
複雑な形状の物体はこれらの単位物体(プリミティブ、
以下、物体と称する)の構成体として表現される。Objects with complex shapes are made up of these unit objects (primitives,
(hereinafter referred to as an object).
そして、パラメータは次に述べる2種類の数値群からな
る。The parameters are made up of the following two types of numerical groups.
先ず1つは物体の大きさを示す数値群であって、例えば
、球ならば半径r、円柱ならば底辺の半径rと高さh、
である。The first is a group of numbers that indicate the size of the object; for example, a sphere has a radius r, a cylinder has a base radius r and a height h,
It is.
もう1つは物体の位置と向きを示すパラメータの数値群
であって、4×4の3次元変換行列で表される。The other is a numerical group of parameters indicating the position and orientation of the object, which is expressed as a 4×4 three-dimensional transformation matrix.
即ち、例えば、球ではS8、(i、j=1〜4)で、物
体番号は整数(2バイト)、属性は文字データ(1バイ
ト×文字数)、パラメータは浮動小数点データ(64ビ
ツト×(16+α))で表されるから、1つの物体につ
いて約200バイト程度のデータである。That is, for example, for a sphere, S8, (i, j = 1 to 4), the object number is an integer (2 bytes), the attribute is character data (1 byte x number of characters), and the parameter is floating point data (64 bits x (16 + α) )), the data for one object is about 200 bytes.
一方、複雑な絵を生成するには少なくとも数百から数十
個の物体が必要である。On the other hand, generating a complex picture requires at least several hundred to several dozen objects.
従って、図形データ全体では1メガバイト程度のデータ
量になる。Therefore, the total amount of graphic data is about 1 megabyte.
本発明においては、この大量の図形情報を各セルに分割
して配分し、膨大な計算負荷を分散することによって処
理時間を小さくしている。In the present invention, this large amount of graphical information is divided and distributed to each cell, and the processing time is reduced by distributing the enormous computational load.
ここで次のように定義する。Here, it is defined as follows.
C:セルの番号。C: Cell number.
n、:セルの数(C=1〜nc)。n,: number of cells (C=1 to nc).
p:物体の番号。p: Object number.
n、:物体の数(p=1〜np)。n,: number of objects (p=1 to np).
(vX + vV + vZ ) :ボクセルの
番号。(vX + vV + vZ): Voxel number.
nv :ボクセルの座標の並び数(vX+ vy* v
11=1〜nv)
n:ボクセルの総数=nv3
セルはマイクロコンピュータで、その数には物理的な制
限があり、noの数は数十〜数百程度である。nv: number of voxel coordinates (vX+vy*v
11=1 to nv) n: total number of voxels=nv3 A cell is a microcomputer, and there is a physical limit to its number, and the number of no's is about several tens to several hundreds.
物体の数npはセルの数ncよりも1〜2桁程度大きい
。The number np of objects is about one to two orders of magnitude larger than the number nc of cells.
ボクセル数nに関しては余り少ないと、1ボクセルの中
に多くの物体が入ってきて効果は小さくなってしまい、
また、余り多過ぎてもボクセル情報の記憶量が大きくな
る上、光線追跡時の手間がかかり過ぎて結局、処理時間
が掛かってしまうことになる。If the number of voxels n is too small, many objects will fit into one voxel and the effect will be small.
Furthermore, if there are too many voxel information, the storage amount of voxel information becomes large, and it takes too much time and effort to trace the rays, resulting in a longer processing time.
実際には、1ボクセルの大きさが1物体の大きさと同程
度になるのが望ましく、ボクセル数nについては数千〜
致方程度になる。In reality, it is desirable that the size of one voxel be about the same as the size of one object, and the number of voxels n should be several thousand to several thousand.
It will be about the same.
次に、ボクセル情報生成のための第2図の実施例の3つ
の段階を説明する。Next, the three steps of the embodiment of FIG. 2 for generating voxel information will be described.
第1段階は先ず、記憶装置2に格納された物体の図形情
報が物体の番号順にホスト計算機2から共通バス3を通
じて全セルに一斉放送される。In the first stage, the graphic information of the objects stored in the storage device 2 is broadcasted from the host computer 2 to all cells via the common bus 3 in the order of the object numbers.
セルCは、
p=c+nXi (i =0.1.、、)なる番号の
物体の図形データだけを内部メモリに取り込み、他の物
体に関してはこれを無視する。Cell C takes into its internal memory only the graphic data of the object numbered p=c+nXi (i=0.1., .), and ignores the data for other objects.
物体の数n、はセルの数n、に比べて1桁程度大きいと
、このようにすれば大量の図形データは各セル1にほぼ
均等に配分される。If the number of objects, n, is about one order of magnitude larger than the number of cells, n, then by doing this, a large amount of graphic data will be distributed almost equally to each cell 1.
次に、空間内のグリッドに関する情報がホスト計算機2
から放送され、すべてのセル1がこれを内部メモリに取
り込む。Next, information regarding the grid in the space is transferred to the host computer 2.
, and all cells 1 capture this into their internal memory.
第2段階で、情報の生成は各セルlで同時並列に実行さ
れるが、各セル1は自分の担当する物体についてのみ3
次元空間内での位置情報からどのボクセルに属するかを
計算する。In the second stage, information generation is performed simultaneously in parallel in each cell 1, but each cell 1 only has 3 information for the object it is responsible for.
Calculate which voxel it belongs to from the position information in the dimensional space.
この段階の処理が終わると、各セルの内部メモリには第
4図に示すように、自分の担当する各物体に対してその
物体がどのボクセルに属しているかを示す表、即ち、「
物体−ボクセル」表が完成する。When this stage of processing is completed, each cell has a table in its internal memory that shows which voxel the object belongs to for each object it is responsible for, as shown in Figure 4.
The “Object-Voxel” table is completed.
第3段階であるボクセル情報の収集処理例を以下に示す
。An example of the third stage of voxel information collection processing is shown below.
ホスト計算機2はセル番号に従って各セルを順番に指定
し、セルの内部メモリに作られた「物体−ボクセル」リ
ストを受は取る。The host computer 2 specifies each cell in order according to the cell number, and receives the "object-voxel" list created in the internal memory of the cell.
ホスト計算機2内には予めボクセル番号順に項目を列挙
するための表形式、即ち、「ボクセル−物体」表の形式
が用意されている。In the host computer 2, a table format for listing items in order of voxel numbers, that is, a "voxel-object" table format is prepared in advance.
セル1から受は取った「物体−ボクセル」表のある物体
の項目内にあるボクセルの番号が現れたら、「ボクセル
−物体」表のそのボクセルの項目内に当該物体の番号を
登録する。When a voxel number appears in the item of an object in the "Object-Voxel" table taken from cell 1, the number of the object is registered in the item of that voxel in the "Voxel-Object" table.
そして、あるセル1の担当するすべての物体について登
録が終了すると、次のセルを指定して同様の処理を行い
、この手順をすべてのセル1について繰り返す。When the registration of all the objects handled by a certain cell 1 is completed, the next cell is designated and the same process is performed, and this procedure is repeated for all the cells 1.
この段階が終わると、ホスト計算機2の記憶装置4には
第5図に示すように、各ボクセルに対してそのボクセル
がどの物体を含んでいるかを示す「ボクセル−物体」表
、即ち、ボクセル情報が完成する。When this stage is completed, the storage device 4 of the host computer 2 stores a "voxel-object" table indicating which object the voxel contains for each voxel, that is, voxel information, as shown in FIG. is completed.
以上のような段階を経てできたボクセル情報Gよ、3次
元物体表示の主たる処理であるレイトレーシング法を実
行する際の処理の高速化のために利用される。The voxel information G generated through the above steps is used to speed up processing when executing the ray tracing method, which is the main processing for displaying three-dimensional objects.
本発明によれば、ボクセルIft IIの生成において
大部分の時間を占めるボクセル情報の作成を全セルで同
時並列的に行い、しかも処理途中にデータ交換の必要が
ないことから、セルは全(独立して動作することができ
るので、並列処理の効果は絶大である。According to the present invention, creation of voxel information, which occupies most of the time in generating voxel Ift II, is performed simultaneously and in parallel in all cells, and there is no need to exchange data during processing. The effect of parallel processing is enormous.
第1図は本発明の計算機システム構成を説明する図、
第2図は本発明のボクセル情報テーブル生成手順を説明
する図、
第3図は図形情報の構成表例、
第4図は「物体−ボクセル1表、
第5図は「ボクセル−物体」表、
第6図は従来例の構成図である。
図において、
1はセルプロセッサ、
2はホスト計算機、
3は共通バス、
4は記憶装置である。
4記&S、1
第 1 図
第 2 図
しal イf郡9芝哨Jji siミ衣第3図
¥S 4 図
第5図
従]1!;づクココj−?猜メー\ミ′フ′Q・ノアG
巳と1第6図FIG. 1 is a diagram explaining the computer system configuration of the present invention, FIG. 2 is a diagram explaining the voxel information table generation procedure of the present invention, FIG. 3 is an example of a diagram information configuration table, and FIG. Voxel 1 table, FIG. 5 is a "voxel-object" table, and FIG. 6 is a configuration diagram of a conventional example. In the figure, 1 is a cell processor, 2 is a host computer, 3 is a common bus, and 4 is a storage device. 4 &S, 1 Figure 1 Figure 2 Figure 1 If Gun 9 Shiba Pou Jji si Mi Cloth Figure 3 ¥ S 4 Figure 5 Follow] 1! ;zukukokoj-?猜め\Mi'fu'Q.Noah G
Snake and 1 Figure 6
Claims (1)
した単位分割空間(ボクセル)に対し、該空間内に部分
または全体が含まれる3次元物体の情報テーブルを生成
する方式であって、 複数のセルプロセッサ(1)とホスト計算機(2)を共
通バス(3)で結合し、該ホスト計算機(2)は各セル
プロセッサ(1)に3次元物体を対応させるとともに、
全セルプロセッサ(1)に3次元物体情報を転送し、各
セルプロセッサ(1)は各3次元物体毎に該3次元物体
が属する全ボクセル情報を上記3次元空間情報を用いて
生成し、該情報を用いて上記ホスト計算機(2)は各ボ
クセルが交差する該3次元物体を示す情報に変換するこ
とにより、各ボクセルに交差する3次元物体を求めるよ
うにしたことを特徴とするボクセル情報テーブル生成方
式。[Claims] For a unit division space (voxel) in which a rectangular parallelepiped three-dimensional space containing the entire three-dimensional object is equally divided, an information table of a three-dimensional object whose part or whole is included in the space is generated. In this method, a plurality of cell processors (1) and a host computer (2) are connected via a common bus (3), and the host computer (2) makes each cell processor (1) correspond to a three-dimensional object, and
The three-dimensional object information is transferred to all cell processors (1), and each cell processor (1) generates all voxel information to which the three-dimensional object belongs for each three-dimensional object using the three-dimensional spatial information, and A voxel information table characterized in that the host computer (2) calculates a three-dimensional object intersecting each voxel by converting the information into information indicating the three-dimensional object intersecting each voxel. Generation method.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15733386A JPS6314288A (en) | 1986-07-03 | 1986-07-03 | Generating system for voxel information table |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15733386A JPS6314288A (en) | 1986-07-03 | 1986-07-03 | Generating system for voxel information table |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6314288A true JPS6314288A (en) | 1988-01-21 |
Family
ID=15647400
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP15733386A Pending JPS6314288A (en) | 1986-07-03 | 1986-07-03 | Generating system for voxel information table |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6314288A (en) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61139890A (en) * | 1984-12-13 | 1986-06-27 | Fujitsu Ltd | Generation processing system for light beam tracking image |
-
1986
- 1986-07-03 JP JP15733386A patent/JPS6314288A/en active Pending
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61139890A (en) * | 1984-12-13 | 1986-06-27 | Fujitsu Ltd | Generation processing system for light beam tracking image |
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