JPS6330986A - 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
又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Ｚバソファ法が知られている。

スキャンライン法は、ＣＲＴなどのようにラスタスキャ
ンごとに各画素の輝度データを表示する場合、隣り合う
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、多く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。

一方２バッファ法は、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すると同
時に、新しい面の輝度データを登録するものである。そ
のため、すべての画素に奥行きレジスタ（一般にＺバッ
ファと呼ばれる）を設ける必要があり、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。

これらの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スキャンライン内ばＺバッファ
法を用いる方法が、例えばエヌ。

ガラコーロー他“スーパー　バソンア　ア　シストリッ
ク　ブイ・エル・ニス・アイ　グラフィック　エンジン
　フォーリアル　タイム　ラスターイメージ　ジェネレ
ーション”、１９８５　　ｆヤペル　ヒル　コンフエラ
ンス　オン　ラージ　スケール　インテグレーション、
ＰＰ、２８５−３０５に示されているが、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っ
た。そこで我々は少ないノ・−ドウエア量でＬＳＩ化に
適したものとして、特願昭６０−２４１０６３号明細書
に示されるような隠れ面処理装置を提案してきた。

第４図はこの提案した隠れ面処理装置のシステムブロッ
ク図、第５図はその構成要素である画素演算器の詳細図
である。第４図、第５図において、１１は１スキャンラ
インの各画素に対応して存在する画素演算器、１２１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、１２２はその平面の輝度情報
を登録するｉ！レジスタ、１２３は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一つの加算器である。

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ＭＸＨ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２１をＸＹ平面に投影してスクリーン上に表
示する。ラスタスキャン型のＣＲＴなどではこの処理を
１水平スキャンラインごとに行なう。このため処理は現
スキャンラインで切断したＸＺ平面上で処理する。平面
２１を現スキャンラインで切断した切シロを平面セグメ
ント２２という。個々の平面セグメントは左端点座標（
Ｘ、Ｚ）、セグメントの長さｄＸ、単位画素あたりのＺ
座標変位（ｄＺ　、ｄＸ）、輝度情報工をもっている。

これらの情報をもつセグメントトークンが、第４図のよ
う【アレイ状に構成され、各画素に対応して存在する画
素演算器１１の左側から順次入力される。

第７図ａに示すようなセグメントトークンが一つの画素
演算器に入力されたとき、第８図に示すようにセグメン
トトークンが更新され、１タイミング遅れて出力される
。まず、第１のタイミングＴ１では、ＡｉのデータＸ（
又はｄＸ）と全１パターンを加算器１２３に与え、Ａ、
のデータＸ（又はｄＸ）を１減算した結果を得る。もし
ＣＴＲＬ、のフラグＩＨｉ＝ｏで減算結果が負のとき、
この平面セグメントがこの画素位置で存在範囲内に入っ
たことになり、フラグＩＨｉを１に反転し、Ｂ　のデー
タｄＸをＡボート側に移し、ラッチ１２６から八〇に出
力する。もしフラグエＨｉ＝１で減算結果が負のとき、
この平面セグメントが存在範囲外に出たことになり、フ
ラグＩＨｉ＝○に反転し、八〇には負になった値（符号
なし整数の場合は最大値）をそのまま出力する。それ以
外の場合はＣＴＲＬ、のフラグＩ）Ｉ□　をそのままＣ
ＴＲＬ０に出力し、Ａｏへは加算器１２３の出力結果を
出力する。

第２のタイミングＴ２では、この画素位置のフラグエＨ
０＝１ならばＡｉのデータＺとＢ１のデータ（ｄＺ／ｄ
Ｘ　）を加算して八〇に出力し、そうでなければＡ、の
データＺ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、八〇に出力するデー
タばＴ２のときと変更せずに保持する。

そしてフラグＩＨ０＝１で、かつＡ、のデータＺと奥行
きレジスタ１２１のデータＺｂを加算器１２３で比較し
、比較結果がＺくＺｂのとき、奥行きレジスタ１２１、
輝度レジスタ１２２にそれぞれＡ１のデータＺ、Ｂ、の
データＩを格納する。

以上３つのタイミングでＢｏへはすべてＢｉの内容をラ
ッチ１２７を通してそのまま出、力する。

第９図ａは上記のセグメントトークンが各画素演算器１
１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。このようにして１スキャンライン上に存在する
すべてのセグメントトークン、ンに対しての処理が終了
すると、各画素演算器１１内の輝度レジスタ１２２には
、対応する画素位置で一番手前に存在するセグメントの
輝度データが格納されている。

次に各画素演算器１１の輝度レジスタ１２２の内容を読
出し、奥行きレジスタ１２１と輝度レジスタ１２２の内
容を初期化するスイープトークンに対する各画素演算器
１１の動作を説明する。

第７図すに示すよう、なスイープトークンは、Ｔ２のＣ
ＴＲＬｉのフラグｓｗ、、及びＴ３のＣＴＲＬ、のフラ
グＬＤｉ　で識別することができ、第１のタイミングＴ
１では、１スキャンラインの表示画素数を示すＤＰＲを
Ｘのかわυに受けとり、１減算して残り表示画素数をカ
ウントする。減算結果が負になると、表示範囲外に出た
ことになり、フラグエＨｉを１に反転する。

第２のタイミングＴ２では、フラグＩＨ０＝○で表示範
囲内にあるときは、フラグＳＷｉ　により輝度レジスタ
１２２内のデータよりが輝度データノ（スＩＢＵＳに読
出される。

最後に第３のタイミングＴ３では、フラグエＨ０にかか
わらず、表示範囲内でも表示範囲外でも、フラグＬＤ、
　　により奥行きレジスター２１と輝度レジスター２２
にそれぞれ初期値ＺｂａＣｋとよりａｃｋが格納される
。

第９図すは上記のスイープトークンが各画素演算器１１
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。このようにして１スキャンライン上の各画素に対
して一番手前に存在するセグメントの輝度データを各画
素演算器１１から順次読出される。

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、隠れ面処理装置を
ＬＳＩ化した場合、チップ内の動作周波数を高くすれば
、チップ間の遅延が相対的に太きくなり、数チップを縦
続接続することは困難になるため、実質的なスクリーン
の水平表示画素数は１チツプ内に入る画素演算器の個数
以下になるという問題点を有していた。

本発明はかかる点に鑑み、ＬＳＩ化に適し、しかも水平
表示画素数の制限のない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 本発明はスクリーンの１スキャンライン上に存在する平
面セグメント情報を順次入力し、１スキャンライン上の
各画素単位にＺバッフアルゴリズムを用いて各画素の一
番手前に存在する平面セグメントの距離データ（Ｚｂ）
と輝度データ（Ｉｂ）を保持する一次元単方向に縦続接
続されたｎ個の画素演算器と、外部から入力される平面
セグメント情報を入力し、セレクタ制御信号により、入
力した２つの平面セグメント情報のうち一方を上記第１
個目の画素演算器に出力するセレクタと、外部から入力
されるトークン制御フラグと上記第ｎ個目の画素演算器
から出力されるトークン制御フラグを入力し、上記セレ
クタにセレクタ制御信号を出力するセレクタ制御回路と
、上記各画素演算器内の輝度データ（Ｉｂ）を順次外部
に読み出すための輝度データバスとを備えた隠れ面処理
装置である。

作　　用 本発明は前記した構成により、１スキャンライン上に存
在する平面セグメント情報はｎ個の画素演算器を何回も
ループして使用できるため、２回ループするとあたかも
（ｎＸＩｌ）個の画素演算器が存在するかのように、２
倍の水平表示画素数に対して隠れ面処理が行なえる。

実施例 第１図は本発明の実施例における隠れ面処理装置のシス
テムブロック図である。第１図において、１１は画素演
算器で従来例と同じものであり、１２は入カドークンを
選択するセレクタ、１３は入カドークンの選択を決定す
るセレクタ制御回路である。

第２図は本発明の実施例における隠れ面処理装置内のセ
レクタ制御回路１３の回路構成図の一例であり、ＳＷ工
＝０にしたスイープトークンで各画素演算器１１を初期
化するロードトークンを入力すると、制御フラグ（ｓｗ
ｉ＝ｏ、かつＬＤｉ＝１）によりロードトークンを入力
した側のトークンが以後セレクタ１２から出力されるよ
うにセレクタ制御信号Ｓをセレクタ１２に出力するもの
である。

ここでロードトークンは、セレクタ１２を１回通るたび
に１個ずつ消えていくことになる。

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、以下その動作を第３図の動作説明図を用いて、水
平表示画素数がｎ　（Ｄ　Ｐ　Ｒ＜２　ｎの範囲内で各
画素演算器１１を２回ループして用いる場合に関して説
明する。

第３図において、とは水平表示画素数がｎ　（Ｄ　Ｐ　
Ｒ＜２　ｎの範囲内にある１スキャンラインの隠れ面処
理をするのに必要な入カドークン列であり、Ｓ９はセグ
メントトークンを、ＤｍはＸ）ＤＰＲのセグメントトー
クンであるダミートークンを、Ｓｗはスィーブトークン
を、ＬｄはＳＷ、＝Ｏのスイープトークンであるロード
トークンを示す。各トークンはＴ１〜Ｔ３の３クロツク
を要するため、１トークンは３個の画素演算器１１に貰
たがっている。また、ロードトークンは、２回ループす
る場合、行の先頭に３つ用意されているものとする。、
（ｂ）は比較のため従来例の隠れ面処理装置を２個縦続
接続した場合の入カドークンの流れを示し、（Ｃ）は本
実施例の隠れ面処理装置を１個使用した場合の入カドー
クンの流れを示している。

まず、外部から行の先頭を知らせるロードトークンＬｄ
がセレクタ制御回路１３の０２より入力されると、セレ
クタ制御信号Ｓによシセレクタ１２で外部からのトーク
ンが選ばれ、行の終シを返もせる最後のスイープトーク
ンＳｗまで順次画素演算器１１に入力されていり（１）
。その間セグメントトークンＳ　が通過した各画素演算
器１１の輝度レジスター２２には隠れ面処理された結果
の輝度データが格納されている。そして、ロードトーク
ンＬｄがｎ番目の画素演算器１１に到達するまで、スイ
ープトークンＳ　が通過する画素演算器１１から順次各
画素に対応した輝度データが輝度データバスＩ　ＢＵＳ
を介して出力されていり（２）。次に、ｎ番目の画素演
算器１１からロードトークンＬｄがセレクタ制御回路１
３の０１より入力されると、セレクタ制御信号Ｓにより
セレクタ１２の出力は外部ノド−クンからループのトー
クンに切り換わシ（３）、スイープトークンＳｗがｎ番
目の画素演算器１１に到達することで、隠れ面処理され
た最初のｎ画素分が各画素演算器１１から出力されたこ
とになる（４）。さらに、各画素演算器１１は２巡目の
ロードトークンＬｄによシ初期化された後、Ｘ座標の更
新され続けたセグメントトークンＳ９を入力し、隠れ面
処理しながらスイープトークンＳｗによシ２２巡目輝度
データを出力し始める（５）。そして、新たに次の行の
先頭を知らせるロードトークンＬｄが外部からセレクタ
制御回路１３の０２に入力されると、セレクタ１２の出
力が再び切り換わり、外部のトークンが画素演算器１１
の左端から入力し始めるが、現スキャンラインのスイー
プトークンＳｗによシ輝度データが１スキャンライン分
（ＤＰＲ）出力される（　６ｒ　７）。スイープトーク
ンＳｗが画素演算器１１をＤＰＲ個通過した後、制御フ
ラグ５Ｗｉ＝ｏとなシ、輝度データを出力しない水平表
示帰線区間に入る（８）。以後、１〜８の繰シ返しで各
スキャンラインの隠れ面処理が行なわれる。

以上のように本実施例によれば、１番目の画素演算器へ
の入カドークンとして、外部からのトークンとｎ番目の
画素演算器からのトークンの２つを切り換えるセレクタ
制御回路及びセレクタを設けることにより、各画素演算
器をループして何回も使用できるため、画素演算器の個
数を増やすことなく、水平表示画素数を多くすることが
できる。

なお、本実施例において、奥行き距離の計算をＴ２の１
クロツクで行なっているが、精度の問題で上位、下位と
２クロツク使用してもよい。

発明の詳細 な説明したように、本発明によれば、画素演算器の個数
を増やすことなく、水平表示画素数を多くすることがで
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隠れ面処理装置のシ
ステムブロック図、第２図は同実施例の隠れ面処理装置
内のセレクタ制御回路の回路構成図、第３図は同実施例
の隠れ面処理装置の動作説明図、第４図は先に提案した
隠れ面処理装置のシステムブロック図、第５図は本発明
の実施例及び前記提案装置で用いられている画素演算器
のブロック図、第６図は本発明及び前記提案装置の隠れ
面処理装置に共有している概念の説明図、第７図は本発
明の実施例及び前記提案の隠れ面処理装置の入カドーク
ン説明図、第８図は本発明の実施例及び前記提案装置で
用いられている画素演算器の出力結果を示す説明図、第
９図は本発明の実施例及び前記提案装置で用いられてい
る画素演算器をトークンが流れる様子を示す説明図であ
る。 １１・・・・・・画素演算器、１２・・・・・・セレク
タ、１３・・・・・・セレクタ制御回路。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第２
図 ５ｓ−−−＋＜−之ヌ〉トドづン １°”　　　　　　　　　　　　　　Ｄａ−−−ツ’Ｚ
−１７＞２」履ｈ「ｂ氾化叩柾司耐　　　　　　　　　
　　Ｉ　ＨＢＬＫ菓４図 第４図 ＢＵＳ 第６図 第７図 （久）ｔクメントド−クン （ｂ）ス４−ブトークン 第８図 第９図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 スクリーンの１スキャンライン上に存在する平面セグメ
   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）〕を順次入力し、１スキャンライン上の各画素単位
   にＺバッファアルゴリズムを用いて各画素の一番手前に
   存在する平面セグメントの距離データ（Ｚ＿ｂ）と輝度
   データ（Ｉ＿ｂ）を保持する一次元単方向に縦続接続さ
   れたｎ個の画素演算器と、外部から入力される平面セグ
   メント情報と上記第ｎ個目の画素演算器から出力される
   平面セグメント情報を入力し、セレクタ制御信号により
   、入力した２つの平面セグメント情報のうち一方を上記
   第１個目の画素演算器に出力するセレクタと、外部から
   入力されるトークン制御フラグと上記第ｎ個目の画素演
   算器から出力されるトークン制御フラグを入力し、上記
   セレクタにセレクタ制御信号を出力するセレクタ制御回
   路と、平面セグメント情報のかわりに１スキャンライン
   の終了を知らせるスイープトークンを入力した時に上記
   各画素演算器内の輝度データ（Ｉ＿ｂ）を順次外部に読
   み出すための輝度データバスとを備えたことを特徴とす
   る隠れ面処理装置。