JPS63247868A - 三次元図形表示装置 - 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〕 本発明は三次元図形表示装置に係り、特にクリッピング
や奥行き輝度変調のパラメータが頻繁に変更される三次
元図形の表示に好適な三次元図形表示装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、三次元図形を二次元のディスプレイ装置上に表示
し、かつ三次元の立体感を表わす手法として、隠線消去
、隠面消去、奥行き方向輝度変調。

シェーディング、透視変換、奥行き方向クリッピング等
の種々の表示方式が考案されている。

第４図〜第６図で上記方式のうちのいくつかを説明する
。まず第４図は、Ｐ１〜Ｐ４の頂点を結んでできる三次
元平面を輪郭線のみ表示した例である。本図では、頂点
Ｐ２．Ｐ４のいずれが手前にあるかがわからない。次に
第５図は、第４図の平面を画面奥行き方向のあるｚ値で
クリッピング表示した例であり、破線で示される線分Ｐ
４・Ｐ５、及びＰ４・Ｐ６は画面上には表示されない。

第６図は、奥行き方向輝度変調の例であり、手前にある
点Ｐ２からＰ４に向かって画面上の輝度を滑らかに変更
し、表示した例である。

上記いずれの表示処理も、第７図の構成で行なわれてお
り、その様子を以下に説明する。まず。

ＣＰＵＩは、描画回路２に対し、表示データの供給１表
示力式の指定を行なう。描画回路２は、指定された表示
方式に基づき、シューディング、隠面消去、クリッピン
グ等の処理を行ない、フレームメモリ４に書き込む。Ｄ
Ａ変換回路７は、フレームメモリ４の内容を読み出し、
ビデオ信号に変換し、ディスプレイ８に表示する。

なお、シェーディング、隠面消去等に使用される２バツ
フア・アルゴリズムに関する論文として。

アイトリプルイー　シージ−アンドニー（ＩＥＥＥＣＧ
＆Ａ）、１９８６年１１月号のケロッグ　ニスブース（
Ｋｅｌｌｏｇｇ　Ｓ、　Ｂｏｏｔｈ）他による「ハード
ウェア　アシスタンス　フオ　ゼットバッファビジプル
　サーフエース　アルゴリズム」（）Ｉａｒｄｗａｒｅ
　Ａｓ５ｉｓｔａｎｃｅ　ｆｏｒ　Ｚ−Ｂｕｆｆｅｒ　
ＶｉｓｉｂｌｅＳｕｒｆａｃｅ　Ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ
）　、及び、ウィリアム　エムニューマン、ロバート　
エフ　スプロール（Ｗｉｌｌｉａｍ　Ｍ、　Ｎｅｗｍａ
ｎ、　Ｒｏｂｅｒｔ　Ｆ、　５ｐｒｏｕｌｌ）著。

マグロウヒル　インターナショナル　ブック　カンパニ
ー（ＭｃＧｒａｖ−Ｈｉｌｌ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎ
ａｌ　ＢｏｏｋＣｏｍｐａｎｙ）発行（１９７９年）の
プリンシプルオブ　インタラクティブ　コンピュータ　
グラフィック　セカンドエディジョン（Ｐｒｉｎｃｉｐ
ｌｅｓ　ｏｆＩｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ　Ｃｏｍｐｕｔｅ
ｒ　Ｇｒａｐｈｉｃｓ　５ｅｃｏｎｄ　Ｅｄｉｔｉｏｎ
）が挙げられる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来方式は、以下に示す問題点があった。

まず、シューディング、隠面消去、隠面消去処理等は、
多大な計算量と応答時間を要し、三次元形状の作成途中
で対話的に使用するには不向きであった。又、クリッピ
ング、透視変換、奥行き方向輝度変調の処理はシューデ
ィング等の処理よりも計算量は少ないが、表示画面に図
形を初期表示する場合も、表示されている図形に対して
、クリッピング値等の表示制御パラメータを変更し画面
を再表示する場合も、第７図の描画回路による処理が行
われるため、画面再表示までの応答時間は描画回路２の
描画性能によって決まり、かつ、画面上に表示される図
形の量、例えば直線の本数等に比例して増大し、複雑な
図形に対しては、１秒〜数秒の画面再表示時間がかかり
、応答性が悪いという問題があった。とくに一般的な三
次元形状作成処理においては、非常に複雑な図形が頻繁
に画面上に表示され、その上複雑さが増す程、形状を認
識・確認するために、クリッピング値、奥行き輝度変調
の傾きの度合等の表示制御パラメータの変更が頻繁に発
生することから、この問題はマンマシン性を改善するた
めの大きな障壁となっている。

本発明の目的は表示制御パラメータの変更時に。

表示図形量に依存しない時間で画面更新処理が行え、か
つ、ダイヤル装置を回すと表示制御パラメータの変化に
伴ない０．１　秒間隔程度の性能で画面更新処理が可能
な、三次元図形表示装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的は、表示制御パラメータの変更時に、描画回
路による直線１文字等の論理的なデータからフレームメ
モリへの描画処理を行わず、表示制御パラメータの影響
を受ける前の色コードデータと、画面奥行き方向の値（
２値）を、表示画面の画素数分だけメモリに格納し、表
示制御パラメータが変更された場合に、上院メモリから
色コードデータと２値とを読み出し、比較判定処理又は
演算処理を表示画面の画素数分だけ繰り返して表示制御
パラメータに対応した色コードデータを生成する比較演
算手段を設けることにより、達成される。

〔作用〕

上記比較演算手段による処理時間は、表示画面の画素数
と、１画素当たりの比較判定又は演算処理時間とだけで
決るから、表示図形量には依存しない時間で表示制御パ
ラメータの変更が可能となり、かつ、１画素当たり演算
性能が０．１μｓ、表示画面の画素数が１１０００Ｘ１
０００＝Ｉ画素であるとすれば、０．１秒程度の応答性
は保障され、ダイヤル装置等による滑らがな表示制御パ
ラメータの変更が可能となる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を、まずＺクリッピング処理を
中心に図面に基づき説明する。第１図は本実施例の構成
図であり、描画回路２は、表示する論理的な図形データ
を管理するＣＰＵＩからの指示を受け、直線９文字等の
図形を画素展開し、フレームメモリ４、又はフレームメ
モリ５とｚバッファメモリ６に画素毎の色情報と２値を
書き込む。フレームメモリ４，５及びｚバッファメモリ
６は各々、表示画面の各画素につき数ビットの情報を１
表示画面の全画素に対して有するメモリであり、第２図
、第３図に示すように、フレームメモリ４，５には画素
毎の色コード情報Ｃ（Ｉ、Ｊ）が、ｚバッファメモリ６
には画素毎の２値（Ｉ。

Ｊ）が格納される。但し第２図、第３図では表示画面の
画素数をｎＸｍ画素とし、（Ｉ、Ｊ）は各画素の位置を
示す座標値である。又、フレームメモリ４，５で図形が
存在しない領域には画面の背景色コード（以下では背景
色を０として話を進める）が格納される。ｚバッファメ
モリ６はｐピッ８１画素とすると、２＝０〜２Ｆ−１の
値が格納され１画面に向って一番奥が２＝０、手前が２
＝２’−１となり、図形データが存在しない領域は０と
なる。

これらのメモリのうち、フレームメモリ４の画素毎の色
コード情報が、ＤＡ変換回路７によって読み出されてア
ナログ信号に変換され、ディスプレイ装置８はビデオ信
号として送られる。ダイヤル装！！９は表示制御パラメ
ータの変更を行う。描画メモリ選択レジスタ１３は、描
画回路２がフレームメモリ４，５のどちらに書き込むか
を決めるものであり、比較演算回路３は、フレームメモ
リ５及びｚバッファメモリ６の内容と、制御レジスタ１
１．１２の内容とを入力し、画素毎に演算を行い、その
結果をフレームメモリ４に書き込む。

制御レジスタ１１は２クリツプの値Ｚｃ　を格納し、制
御レジスタ１２は２クリツプされた図形の色を決定する
クリップ色Ｃを格納する。

次に第８〜第１４図を用いて本実施例の動作を説明する
。第８図はＣＰＵＩ上で動作するプログラムのフローチ
ャートであり、画面上に三次１元図形を表示する際に起
動される。まず、ブロック８１で、描画メモリ選択レジ
スタ１３をフレームメモリ５とし、ブロック８２でＣＰ
ＵＩから直線。

文字等の表示図形データと視線方向、拡大率等の表示制
御パラメータが描画回路２に渡され、フレームメモリ５
及びｚバッファメモリ６に直線９文字等の画素展開処理
が行われる。ＣＰＵＩから渡される図形のフォーマット
は、例えば直線であれば、始点、終点のＸｅ’ＪｅＺ座
標、直線の色コード等で渡される。ここでは簡単のため
に、各座標方向とも１〜１０の１０個の座標値のいずれ
かであるとする。そして始点座標＝　（３，３，１０）
。

始点座標：　（Ｓ、Ｓ、Ｏ）　、直線の色コード＝３が
渡されたとする。そうするとブロック８２終了時のフレ
ームメモリ５の内容は、第９図に示すように、直線に対
応する画素の領域に色コード＝３が格納された状態、ｚ
バッファメモリ６の内容は、第１０図で示す様に、直線
展開領域に対応する画素に画素毎の２の値が計算され格
納された状態となる。ブロック８３〜８５はフレームメ
モリ４に２クリツプした色情報を転送する処理であり、
まずブロック８３で現在のダイヤル装置９の値を読み込
み、ブロック８４で読み込んだダイヤル値から２クリツ
プ値ＺＣを求めてこれを制御レジスタ１１にセットし、
ブロック８５で比較演算回路３を起動する。比較演算回
路３は、第１２図で示されるように、比較回路３１、セ
レクタ３２より構成され、起動されると１表示画面の全
ての画素に対して画素毎に、ｚバッファメモリ６の内容
２（Ｉ、Ｊ）と、制御レジスタ１１の内容Ｚｃとを比較
回路３１で比較する。そしてその結果を制御信号３３と
してセレクタ３２を以下のように制御する。

ｚ（Ｌ　Ｊ）＞ｚｃの場合： Ｃｏ（Ｉ　、Ｊ）＝Ｃｔ（Ｉ　、Ｊ） ｚ（Ｉ、Ｊ）≦Ｚｃの場合： Ｃ，（Ｉ、Ｊ）＝Ｃ 但しＣ１，ＣＩ、はそれぞれ、セレクタの入力、出力で
あり、２の値がクリップ値Ｚｃ以下の部分の色コード情
報Ｃ０（Ｉ、Ｊ）はクリップ色Ｃに変換され、この結果
がフレームメモリ４に書き込まれる。第９，１０図の直
線例で、ｚｃ＝５．ＣＩ０とした場合の比較演算回路３
起動後のフレームメモリ４の内容は、第１１図の様にｚ
＝５より奥側の図形はクリッピングされた状態となり、
この結果が表示画面に反映される。

又、ダイヤル装置９を回して２クリツプ値ＺＣをスムー
ズに変更する処理は、第８図のブロック８３〜８５を繰
り返し行うことにより実現できる。

そのフローチャートを第１３図に示す。ここでブロック
１３１〜１３３は第８図のブロック８３〜８５と同じで
あり、これのブロックをブロック１３４でＺｃの変更が
終了したと判定するまでくり返される。

以上のように、本実施例では、表示すべき三次元画像の
原画情報は、ＣＰ　Ｕ　１’から指示されたときに描画
回路２が作成してフレームメモリ５およ廊ｚバッファメ
モリ６へ格納され、以後の表示制御パラメータ指定によ
る表示方法の変更はフレームメモリ５とｚバッファメモ
リ６の原画情報を比較演算回路３で修正することにより
作成されるから１表示方法変更時の処理が高速化される
。

以上の実施例は２グリツプの場合であったが、次に奥行
き方向輝度変調制御に関する説明を行う。

このときの装置構成は２クリツプ処理の構成図である第
１図と同じであるが、レジスタの内容や演算内容が以下
の点で異なる。

（１）第１図のダイヤル装置９の値によって、奥行、き
方向（２方向）の輝度変調の変化率を表す傾きａが求め
られ、これがレジスタ１１にセットされる。

（２）比較演算回路３の処理内容が、２クリツピング処
理ではなく、制御レジスタ１１にセットされた奥行き方
向輝度変調の傾きａと、各画素毎の２値から輝度変調度
を計算し、フレームメモ４Ｊ　４に出力する。

以下、第１４図、１５図を用いて比較演算回路３の動作
を詳しく説明する。第１５図は比較演算回路３の入出力
情報を示すブメック図であり、フレームメモリ５、Ｚバ
ッファメモリ６からはＣＩ（Ｉ、Ｊ）、ｚ　（Ｉ、Ｊ）
が、制御レジスタ１１からは輝度変調の傾きａが入力さ
れ、フレームメモリ４にｃ、（Ｉ、Ｊ）が出力される。

ここで（ＬＪ）は画素の位置を示している。この演算回
路３の入出力情報の関係が第１４図に示されるもので、
横軸に２の値を取り、ｚｍａｘ＝２’　　１　（Ｐはｚ
バッファメモリ６のビット数／画素）である、縦軸は、
輝度変調率Ｃｏ　／　Ｃｉを取り、直線４１〜４５は傾
きａの値ａ１〜ａ５によって傾斜が変わる直線を示し、
例えばｚ＝ｚ１、かつ、ａ＝ａ、の場合（直線４３の場
合）は、Ｃ０／Ｃ１＝ｂとなる。又、ａ＝ａ４．ａ、の
場合の、ｚ＝ｚ１に対応する値は、ｃ、／ｃｔ＝ｏとな
る０以上の演算処理を表示画面の全画素について行なう
ことにより、２クリツプ値変更の場合と同じ様に１表示
図形量に依存しない奥行き方向輝度変調の傾き変更に伴
なう表示更新処理を実現することができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、２クリツプの２値、奥行き輝度変調の
傾き等の表示制御パラメータを変更した場合の、表示画
面作成時間は、−画素当たりの演算時間と１表示画面の
画素数にのみ依存するため。

表示図形量の多さに依存しない高速な表示変更が可能に
なる、という効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図、
第３図は各々フレームメモリ、ｚバッファメモリの内容
説明図、第４図〜第６図は三次元図形の表示画面例を示
す図、第７図は従来の三次元図形表示装置の構成を示す
ブロック図、第８図は２クリップ表示時の表示処理のフ
ローチャート、第９図〜第１１図は第８図の処理過程に
おけるフレームメモリ、ｚバッファメモリの内容説明図
、第１２図は比較演算回路の構成図、第１３図はダイヤ
ルによる２クリツプ値変更プログラムのフローチャート
、第１４図〜第１５図は奥行き輝度変更表示方式の説明
図を示す。 １・・・ＣＰＵ、２・・・描画回路、３・・・比較演算
回路、４．５・・・フレームメモリ、６・・・ｚバッフ
ァメモリ。 ７・・・ＤＡ変換回路、８・・・ディスプレイ装置１，
９・・・ダイヤル装置、１１．１２・・・表示パラメー
タ制御レジスタ、１３・・・描画メモリ選択レジスタ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、ディスプレイ装置の表示画面の各画素毎の表示デー
   タを記憶するための第１及び第２のフレームメモリと、
   表示画面の各画素毎の画面奥行き方向のｚ値を記憶する
   ためのｚバッファメモリと、表示すべき図形の形、位置
   、色等を示すコマンドが与えられるとこれを表示画面の
   各画素毎の表示データ及びｚ値に変換して上記第１のフ
   レームメモリか上記第２のフレームメモリ及びｚバッフ
   ァメモリかのいずれかへ書き込むための描画手段と、上
   記第１のフレームメモリから画素毎の表示データを読み
   出して信号に変換し、表示画面上への表示処理を行なう
   表示回路とを有する三次元図形表示装置において、三次
   元図形の表示方法を指示する表示制御パラメータが与え
   られたときに、該パラメータと、上記第２のフレームメ
   モリ上の表示データと、上記ｚバッファメモリ上のｚ値
   とを読み込み、上記指示された表示方法を実現するため
   の表示画面の画素単位の演算又は比較判定処理を行い、
   その結果を上記第１のフレームメモリに格納する比較演
   算手段を設けたことを特徴とする三次元図形表示装置。