JPS6316388A - クリツピング装置 - Google Patents

クリツピング装置

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JPS6316388A
JPS6316388A JP16001386A JP16001386A JPS6316388A JP S6316388 A JPS6316388 A JP S6316388A JP 16001386 A JP16001386 A JP 16001386A JP 16001386 A JP16001386 A JP 16001386A JP S6316388 A JPS6316388 A JP S6316388A
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Teiji Nishizawa
西澤 貞次
Yuji Kamiyama
神山 祐史
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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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次元多面体を構成する多角形(以下ポリゴン
)を2次元スクリーン上にスムーズシエイディングを施
しながら表示するグラフ、イック表示装置のクリッピン
グ装置に関するものである。
従来の技術 3次元上に定義された物体を多面体近似した後、座標変
換をして2次元スクリーン上に表示するグラフィック表
示装置では、立体感を出すために表示ポリゴンの渾度を
滑らかに変化させる、いわゆるスムーズシエイディング
といり手法が取られることがある。
このスムーズシェイディング法として7オンの方法が、
B、T、フォノ、「イルミネーション フォー コンピ
ュータ ジェネレーティド ピクチャJ 、 Co−u
nications of the ACM、 18(
6)。
1975年7月、pp、311−317に示されている
第2図は、このスムーズシェイディング法の原理を説明
する図である。まずポリゴンの各頂点に与えられた法線
ベクトルN1.N2.N3を稜線について線形補間し、
次に稜線がラスクスキャンラインと交わる点の法線ベク
トルNctとNaをさらに線形補間して任意の画素の法
線ベクトルNpを算出するものである。こうして求めら
れた法線ベクトルと、光源の位置、視点の位置からその
画素の鐸度を計算することができる。このフォノの方法
によれば、鏡面反射などの反射効果も表現でき、リアル
な画像を得゛ることかできる。
さて、データベース上に定義された3次元座標上のポリ
ゴンデータを2次元スクリーン上の全面あるいは矩形ウ
ィンドウに表示する場合、表示領域からはみ出た部分を
表示させないためにクリッピングと呼ばれる処理が必要
である。クリッピングとは、ポリゴンの頂点列(第3図
のPo、Pl。
Pa・・・・・・)を順次入力したとき、例えば点P1
のように表示領域外の点がある場合、この部分をクリッ
プし、その結果の頂点列(Po、Pa、Pb。
Pa・・・・・・)を出力するもので、従来のクリッピ
ング装置は、1.F、プリン他、「クリッピングユージ
ング ホモジニアス コーディネイツ」、ACM、  
5IGGRAPH,Computer Graphic
s 。
12(3)、 1978年8月、pp、245−251
に示され、さらに山口富士男「コンピュータディスプレ
イによる図形処理工学j1日刊工業社、昭和56年の第
4.3.5 (pp、 1sa−1so)に詳しく解説
てれている。
第4図は表示時にスムーズシエイディングを施すことを
考慮した従来のクリッピング装置の処理フローを示した
図である。クリッピング処理は1回に1つの境界面との
交点を計算する方法が一般的であり、第4図は第3図(
−)のX/W=1の境界面によるクリッピング処理(第
3図(ロ))に対応する0 点Poと点P1の座標が与えられたとき、これらを結ぶ
直線と境界面X/W=1(すなわちX−W=O)との交
点は、 Pa==PO+ t −(Pl−Po )但し、t= 
(Xo−Wo)/((Xo−Wo)−(Xl−Wl))
で計算することができ、tを求めるために一度除算を行
なえば、後は加減乗算の演算で交点Paの座標値が算出
される。このとき点Paにおける法線ベクトルNaは上
記線形補間の性格から、Na:=NO+ t −(N1
−No )で計算することができ、やはりtを用いて加
減乗算の演算で交点Paの法線ベクトルNaを算出する
ことができる。このため逐次処理型プロセッサによる処
理に適している。
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、逐次処理であるう
え、1千面のクリッピング処理あたり1回とはいえ除算
を必要とするため、処理の高速化に限界があるという問
題点を有していた。
本発明はかかる点を鑑み、減算(おるいは加算)と乗算
回路のみで構成され、パイプライン的にクリッピング処
理を実行し、かつ頂点の法線情報も扱うことのできる高
速なりリッピング装置を提供することを目的とする。
問題点を解決するための手段 本発明は、ポリゴンの頂点座標と共に頂点位置の法線情
報も同次座標系で表したベクトル(x。
Y 、 Z 、 Nx、 Nア、 N2.W )を、頂
点が連結されている順に入力する手段と、上記入力ベク
トルのうち、Wと、x、y、zの内1つとの差(あるい
は和)を計算する減算器(加算器)と、連続した2頂点
について上記減算器(加算器)から出力される結果を順
次ラッチする第1と第2のレジスタと、この連続した2
頂点について、上記入力ベクトルのうち、上記減算器(
加算器)に入力した2つの座標値の一方を除く6つの要
素を順次ラッチする第1と第2のベクトルレジスタと、
上記第2のレジスタの内容と上記第1のベクトルレジス
タの内容、および上記第1のレジスタの内容と上記第2
のベクトルレジスタの内容を乗算するベクトル乗算器と
、上記ベクトル乗算器から出力される2つの乗算結果の
差を計算するベクトル減算器とから構成され、可視領域
の境界となるクリッピング平面と、ポリゴンの稜線の交
点座標と共に、交点の法線情報も順次出力するクリッピ
ング装置である。
作  用 本発明は前記した構成により、次々と供給されるポリゴ
ンの頂点列の座標と法線情報を要素とするベクトルを入
力し、1つのクリッピング境界面とポリゴンの稜線との
交点の座標と法線情報を次々と計算する。
実施例 第1図は本発明の一実施例におけるクリッピング装置を
示す構成図である。本実施例は境界面X/W=1による
クリッピングを行なうクリッピング装置である。第1図
において、1,2はレジスタ、3〜8は第1のベクトル
レジスタ、9〜14は第2のベクトルレジスタ、16〜
21は第1のベクトル乗算器、22〜27は第2のベク
トル乗算器、28〜33はベクトル減算器である。
以上のように構成された本実施例のクリッピング装置に
ついて以下その動作を説明する。第1図は第4図同様3
次元座標上のポリゴンを境界面X/W=1でクリッピン
グする装置で、ポリゴンの頂点系列Po、Pl、P2・
・・・・・の座標と法線情報ハヘク)ル(X、 Y、 
Z、 N、、Nア、N2.W)ノ形で外部から供給され
る。
減算器15は(X−W)を計算し、その結果をレジスタ
1にラッチする。これと同じサイクルで入力値(X、 
Y、 Z 、 N工、N、、N2)をベクトルレジスタ
3〜8にラッチする。レジスタ2およびベクトルレジス
タ9〜14ばこれより1サイクル遅れてレジスタ1とベ
クトルレジスタ3〜8の内容をそれぞれラッチする。第
1図には頂点系列の最初の2点Po、Plの座標/法線
ベクトルを入力し終えた状態を示している。すなわちレ
ジスタ1とレジスタ2には(Xl −Wl )、!: 
(XO−Xl)が、またベクトルレジスタ3〜8とベク
トルレジスタ9〜14には(xl、Yl、Zl、N工1
.Nyl。
Nz1)ト(Xo、 Yo、 Zo、 Nxo、N、o
、N2o)がそれぞれ格納されている。
乗算器16〜21はベクトルレジスタ3〜8の内容にレ
ジスタ2の内容を乗じ、同様に乗算器22〜27はベク
トルレジスタ9〜14の内容にレジスタ1の内容を乗じ
た結果を出力する。減算器28〜33は乗算器16〜2
1の出力結果から乗算器22〜27の出力結果を減じた
結果を出力する。
この出力値は今の場合 Wout=xOut となり、これは すなわち、 である。同次座標系では、すべてのベクトル要素に同一
の値を乗除しても同一の座標点を表すこと但し、t =
 (xo−wo )/i (Xo −W□ ) −(X
l −Wl ) )と変形でき、従来例で示した算術式
と等価となる。
二って本発明のクリッピング装置から出力される次のサ
イクルではレジスタ1とベクトルレジスタ3〜8の内g
(Xl −Wl )、Xl、Yl 。
Zl、N工1.Nア1.N21がそれぞれレジスタ2、
ベクトルレジスタ9〜14に移動しレジスタ1とベクト
ルレジスタ3〜Bには新たに(N2−W2)。
N2. Y2. Z2. Nx2.N、2.N22がそ
れぞれロードされ、本実施例のクリッピング装置は第3
図(ロ)における点P1とP2を結ぶ稜線とクリッピン
グ境界面との交点pbの座標と法線のベクトルを出力す
る。
もし連結する2頂点の双方が境界面の内部あるいは外部
に存在するとき、すなわちレジスタ1とレジスタ2に格
納されている値の符号が同一の時は、出力結果を必要と
しないためこの出力を棄却すればよい。
以上のように本実施例によれば、パイプライン用のベク
トルレジスタ、(X−W)を逆方向に流すパイプライン
レジスタ、ベクトル乗算器、ベクトル減算器を設けるこ
とにより、頂点の法線情報を含んだクリッピング処理を
パイプライン的に高速に実行することができる。
なお、以上の実施例においては、境界面X/W=1との
交点を算出する方法を説明したが、X/W=−1との交
点を計算する場合は減算器のかわりにX+Wを計算する
加算器にすればよいし、X/W=oとの交点の場合は減
算器を省略すればよい。さらにXにかわってYを接続す
れば、Y/W:1゜Y/W=−1,Y/W=Oとの交点
を求めることもでき、2についても同様である。また6
つの異なる境界面に対応する本発明のクリッピング装置
を複数個1列に接続すれば、立方体領域でクリップした
結果を得ることができることは言うまでもない。
また、以上の実施例においてベクトル乗算器を2つ設け
たが、1つだけ設は時分割で同様の計算をすることもで
きる。
発明の詳細 な説明したように、本発明によれば頂点の法線情報を含
んだクリッピング処理をパイプライン化されたハードウ
ェアによって高速に実行することができ、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クリッピング装置の
構成図、第2図はスムーズシエイデイングの説明図、第
3図はクリッピング処理の説明図、第4図は従来のクリ
ッピング装置の処理フロー図である。 3〜14・・・・・・ベクトルレジスタ、16〜27・
・・・・・ベクトル乗算器、28〜33・・・・・・ベ
クトル減算器。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第2
図 今−嘉+繕べ云 第 3 図 (cL) (X−W=O) 第4図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 3次元多面体物体を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、多面体を構成する多角形の
    頂点座標と共に頂点位置の法線情報も同次座標系で表し
    たベクトル(X,Y,Z,N_x,N_y,N_z,W
    )を、頂点が連結されている順に入力する手段と、上記
    入力ベクトルのうち、Wと、X,Y,Zの内1つとの差
    (あるいは和)を計算する減算器(あるいは加算器)と
    、連続した2頂点について上記減算器(あるいは加算器
    )から出力される結果を順次ラッチする第1と第2のレ
    ジスタと、この連続した2頂点について、上記入力ベク
    トルのうち、上記減算器(あるいは加算器)に入力した
    2つの座標値の一方を除く6つの要素を順次ラッチする
    第1と第2のベクトルレジスタと、上記第2のレジスタ
    の内容と上記第1のベクトルレジスタの内容、および上
    記第1のレジスタの内容と上記第2のベクトルレジスタ
    の内容を乗算するベクトル乗算器と、上記ベクトル乗算
    器から出力される2つの乗算結果の差を計算するベクト
    ル減算器とを備え、可視領域の境界となるクリッピング
    平面と、前記多面体を構成する多角形の稜線の交点座標
    と共に、交点の法線情報も順次出力することを特徴とす
    るクリッピング装置。
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