WO2006003856A1

WO2006003856A1 - 画像描画装置、頂点選出方法、頂点選出プログラム及び集積回路

Info

Publication number: WO2006003856A1
Application number: PCT/JP2005/011708
Authority: WO
Inventors: Daisaku Kitagawa
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date: 2004-07-01
Filing date: 2005-06-27
Publication date: 2006-01-12
Also published as: JP4691494B2; JPWO2006003856A1; US7737971B2; US20070229494A1

Abstract

　ポリゴンを用いて３次元画像を描画する画像描画装置において、画像の表現力を向上させるためにポリゴンをより細かいポリゴンに分割する場合に、分割されて生成されるポリゴンの頂点を決定するのにメモリアクセスを念頭においた分割方法を提供する。本発明に係る画像描画装置は、フレームメモリに所定の画素数で表示する画像の画素データを書き込むことができる画像描画装置であって、分割されて生成されるポリゴンの頂点が書き込み単位の画素の先頭画素、もしくは最終画素となるようにポリゴンの頂点を選出する。

Description

明細書

画像描画装置、頂点選出方法、頂点選出プログラム及び集積回路技術分野

[0001] 本発明は、 3次元ポリゴン画像を表示する画像描画装置に関し、特に再分割多角形を用いて画像を表示する技術に関する。

背景技術

[0002] 近年、リアルタイム 3DCG (3- Dimension Computer Graphics)技術を用いた画像描画装置において、表示ポリゴン数や、表現力の著しい向上が図られている。ポリゴンとは、基本的に多角形のことである力 3DCGの世界においては三角形あるいは四角形であることが多い。 3DCGでは、無数のポリゴンを組み合わせることで物体形状を表現する。このポリゴンが細かければ細かいほど、即ち、表示ポリゴン数が多ければ多、ほどより滑らかで詳細な三次元画像を表現できるようになる。

[0003] ところで、 3DCG技術を用いた画像描画装置では、基本的に CPU (Central Proces sing Unit)の指示によって GE (Graphics Engine)が実際にディスプレイに表示する画像のデータを作成する。 GEに画像データの作成を行わせるのは、 CPUがアニメ一シヨンなどによって変化する画像の演算を行って GEに指示を出したりすると CPUから GEへのどの位置のどの画素は何色でといったデータを送ることになるのでデータ転送量の増大を招くために表示が遅れる可能性が出てくるからである。

[0004] そこで、 CPUは、例えば物体表面の 3点 A、 B、 Cを結ぶ三角形部分を赤色で描けといった簡単な指示のみを GEに出す。そして GEは、三角形内の各画素データを演算で求め、三角形内部に相当するフレームメモリ内の各画素位置に、赤色の各画素データを格納する。処理を CPUと GEに分散することで、表示の遅れを極力、回避する。このとき GEは、三角形 ABCが実は曲面だったりすることもあるので、このような場合には、滑ら力さを表現するために与えられた三角形を分割し、複数の三角形にして、それぞれの三角形についてその画素データを生成することがある。この分割の技術には Subdivision Surfaceと呼ばれるものがあり、分割して生成された多角形を用いて元の多角形をより細やかに表現する。 [0005] どのように分割するかの分割方法に関しては、特許文献 1に記されたものがあり、もとの多角形の形状に基づいて多角形を分割するための補間点を選出する技術が開示されている。例えば、多角形を構成する辺の中点を選出し、その中点を結んで形成される線分によって分割する。

GEは、分割された多角形ごとにその画素データをフレームメモリに書き込み、そのフレームメモリのデータを読み出してディスプレイは画像を表示する。このフレームメモリへの書込みは所定画素数の単位で行われる。また、画像の再描画においては、各多角形ごとに行われるので、変化がある部分だけの書き換えだけで再描画を行える。

特許文献 1 :日本国特許公開 2001— 67491号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0006] 従来においては、上記特許文献 1に示すように分割点を元の多角形の形状に基づいて決定しており、分割点を容易に決定することができるという長所を有する力フレームメモリへのアクセス効率を考慮せずに分割して、たために描画性能、特に描画速度が低下する恐れがある。

そこで、本発明においては、描画性能の低下を抑えるように分割点を決定できる画像描画装置を提供することを目的とする。

[0007] 本発明に係る画像描画装置は、データ群により特定される表現対象物をコンビユータグラフィックスにより表現するために、当該データ群のうち複数のデータについて、 2 次元平面上に投写した場合の位置成分と描画態様を特定するその他の成分とを抽出し、各データの位置成分を頂点とする多角形を、当該画像平面上に当該データにっ、ての描画態様を特定するその他の成分に応じて定められて、る描画態様で、複数描画する画像描画装置であって、 2次元平面上の各画素の画素データ値を格納するためのフレームメモリと、画像を描画するために画素データを前記フレームメモリに書き込む機能を有し、フレームメモリを先頭力所定画素数毎に区分した場合における 1区分に対しての書き込みを一括して行う書込み手段と、前記各区分の先頭画素又は最終画素を前記多角形の少なくとも 1つの頂点とするように前記複数のデータを選出するデータ選出手段とを備えることを特徴として、る。

[0008] ここでいうその他の成分とは、 2次元の位置成分以外の成分のことであり、例えば、 3次元即ち高さの位置成分であったり、あるいは色の成分であったりする。

これにより、画像描画装置は、多角形の頂点の少なくとも 1点をフレームメモリへの一括して書き込める連続した画素の先頭画素、もしくは最終画素とすることができる。よって、描画速度の低下を抑えることができる。というのも、フレームメモリへの書込みが所定画素単位で行われるために、頂点がその書込み単位の中ほどにあった場合、通常その頂点は複数のポリゴンで共有されているため、その頂点が含まれている書込み画素の領域においてはその点を頂点としているポリゴンごとに書込みが行われるためフレームメモリへのアクセスが当該領域において重複することになる。この重複をなるベく抑えることでフレームメモリへのアクセス回数を減らし描画性能の低下を抑えることができる。

[0009] また、前記画像描画装置は、更に、前記区分の先頭画素または最終画素に関わりなく多角形の頂点のデータを選出する初期データ選出手段を備え、前記データ選出手段は、前記初期データ選出手段が選出したデータによって形成される元の多角形を 2以上の小型の多角形で構成するためにデータを選出する場合に、前記小型の多角形それぞれを構成する頂点の少なくとも 1つが、前記各区分の先頭画素又は最終画素となるように、且つ、前記元の多角形を構成する辺上にあるように前記小型の多角形の頂点のデータを選出することとしてよい。

[0010] これにより、画像描画装置は、元の多角形を分割して、複数の多角形で元の多角形を表現することができるので、元の多角形をより滑らかに表示することができるようになる。また、複数の多角形は少なくともその頂点の一つを元の多角形の辺上にあるように構成するので、頂点の画素位置を容易に決定することができる。

また、前記データ選出手段は、頂点の 1つが互いに接している 2つの小型の多角形の当該各頂点が、隣接する区分の最終画素と先頭画素となるように各頂点のデータを選出することとしてよい。

[0011] これにより、例えば隣接する小型の多角形において頂点を共有することによって片側の小型の多角形にぉ、てアクセス効率が低下しな、ようにすることができる。また、前記データ選出手段は、前記小型の多角形それぞれの頂点の 1つが、当該頂点が存在する前記元の多角形を構成する辺の、中点近傍の点であるように当該頂点のデータを選出することとしてよ、。

[0012] これにより、画像描画装置は、分割されて生成される多角形の頂点の一つを元の多角形の中点近傍の点とすることで、分割の仕方がなるべく均等になるようにすることができ、生成される画像もまたなるべく均等で滑らかにすることができる。

また、前記データ選出手段は、選出する頂点のデータのうち少なくとも 2個の頂点両方が前記各区分の先頭画素または最終画素のどちら力となるように、かつ当該 2 個の頂点によって形成される線分上の全ての画素力前記 2個の頂点が先頭画素にある場合には先頭画素となるように、前記 2個の頂点が最終画素にある場合には最終画素となるようにデータを選出することとしてよ、。

[0013] これにより、 GEからフレームメモリへのアクセス効率においてさらに効率よくなるように、頂点を決定することができる。アクセス効率が上がることによって更なる描画速度の向上を望める。

また、前記元の多角形は三角形であり、前記データ選出手段は、前記元の多角形が三角形である場合に、当該三角形を構成する各辺上の 1点計三点のデータを選出し、当該三点のうち 2点を結んで形成される線分で前記元の三角形を分割し、前記元の三角形を分割して生成された 4つの三角形で構成することとしてよい。

[0014] これにより、画像描画装置は、 3DCGにおいてその主制御形状の一つである三角形を制御形状として扱うことができ、元の三角形のそれぞれの辺上の点を新たな分割された三角形の頂点として画像を描画することができる。それぞれの辺上の点を分割点とするので分割がしゃすぐまた描画の扱いも容易になる。従来においても三角形を制御形状とすることが多く本構成を備えることによって、従来の機器にも対応しやすくなる。

[0015] また、前記元の多角形は四角形であり、前記データ選出手段は、前記元の多角形が四角形である場合に、元の四角形を構成する各辺上の 1点計 4点と前記元の四角形内の 1点とのデータを選出し、当該 1点と前記 4点を結ぶ線分によって前記元の四角形を分割し、前記元の四角形を分割されて生成された 4つの四角形で構成することとしてよ!/、。

これにより、画像描画装置は、 3DCGにおいてその主制御形状の一つである四角形を制御形状として扱うことができ、元の四角形のそれぞれの辺上の点と四角形内部の 1点を新たな四角形の頂点として制御することが可能となる。四角形の辺上に頂点を有することで分割がしゃすぐまた形状としても扱いやすくなる。ポリゴンが三角形の場合と同様に四角形も従来より制御形状とすることが多く本構成を備えることによって、従来の機器にも容易に対応しやすくなる。

[0016] また、前記所定画素数は、前記フレームメモリに接続されるデータ入出力に用いる信号線の数を、 1画素を構成するデータのビット数で除算して得ることとしてよ、。これにより、所定画素数を、画像描画装置の GE力フレームメモリへの信号線の数と 1画素のデータ数によって決定することができるので、それに基づいて、 1区分の先頭画素もしくは、最終画素の位置を算出できるようになる。

[0017] また、前記所定画素数は、前記フレームメモリへの書込みをバースト転送により行う場合に、バースト転送で転送されるデータ単位のビット数を画素のビット数で除算して得ることとしてよい。

これにより、所定画素数を、バースト転送の際に一時にバースト転送されるバースト転送量を 1画素を転送するのに必要なデータ量で除算したものに決定することができるので、それに基づいて、 1区分の先頭画素もしくは、最終画素の位置を算出できるようになる。

[0018] また、本発明に係る画像描画装置における頂点の選出方法は、データ群により特定される表現対象物をコンピュータグラフィックスにより表現するために、当該データ群のうち複数のデータについて、 2次元平面上に投写した場合の位置成分と描画態様を特定するその他の成分とを抽出し、各データの位置成分を頂点とする多角形を、当該画像平面上に当該データにつ!/、ての描画態様を特定するその他の成分に応じて定められている描画態様で、複数描画する画像描画装置における多角形の頂点選出方法であって、ここで前記画像描画装置は、 2次元平面上の各画素の画素デ一タ値を格納するためのフレームメモリと、画像を描画するために画素データを前記フレームメモリに書き込む機能を有し、フレームメモリを先頭力所定画素数毎に区分した場合における 1区分に対しての書き込みを一括して行う書込み手段とを備える画像描画装置であり、前記頂点選出方法は、前記各区分の先頭画素又は最終画素を前記多角形の少なくとも 1つの頂点とするように前記複数のデータを選出するデータ選出ステップを含むことを特徴とする。

[0019] この方法をもって、画像描画装置は、多角形の頂点の 1つを決定することができる。

また、本発明に係る画像描画装置に搭載の CPUが実行する頂点を選出するためのプログラムは、データ群により特定される表現対象物をコンピュータグラフィックスにより表現するために、当該データ群のうち複数のデータについて、 2次元平面上に投写した場合の位置成分と描画態様を特定するその他の成分とを抽出し、各データの位置成分を頂点とする多角形を、当該画像平面上に当該データについての描画態様を特定するその他の成分に応じて定められている描画態様で、複数描画する画像描画装置のコンピュータに実行させるプログラムであって、ここで前記画像描画装置は、 2次元平面上の各画素の画素データ値を格納するためのフレームメモリと、画像を描画するために画素データを前記フレームメモリに書き込む機能を有し、フレームメモリを先頭力所定画素数毎に区分した場合における 1区分に対しての書き込みを一括して行う書込み手段とを備える画像描画装置であり、前記プログラムにおける前記頂点選出手順は、前記各区分の先頭画素又は最終画素を前記多角形の少なくとも 1つの頂点とするように前記複数のデータを選出するデータ選出ステップを含むことを特徴とする。

[0020] 画像描画装置の CPUは、このプログラムを読み込んで実行することで、多角形の頂点の 1つを決定することができる。

また、本発明に係る頂点を選出するための集積回路はデータ群により特定される表現対象物をコンピュータグラフィックスにより表現するために、当該データ群のうち複数のデータについて、 2次元平面上に投写した場合の位置成分と描画態様を特定するその他の成分とを抽出し、各データの位置成分を頂点とする多角形を、当該画像平面上に当該データにつ、ての描画態様を特定するその他の成分に応じて定められている描画態様で、複数描画する集積回路であって、 2次元平面上の各画素の画素データ値を格納するためのフレームメモリと、画像を描画するために画素データを前記フレームメモリに書き込む機能を有し、フレームメモリを先頭力所定画素数毎に区分した場合における 1区分に対しての書き込みを一括して行う書込み手段と、前記各区分の先頭画素又は最終画素を前記多角形の少なくとも 1つの頂点とするように前記複数のデータを選出するデータ選出手段とを備えることを特徴とする。

[0021] この集積回路を搭載した画像描画装置は、多角形の頂点の 1つを決定することができる。

図面の簡単な説明

[0022] [図 1]本発明に係る画像描画装置の機能構成を示したブロック図である。

[図 2]本発明に係る画像描画装置のフレームメモリの記憶領域の概念図である。

[図 3]3次元の物体を 2次元に投写することを示した概念図である。

[図 4] 3次元のデータについて示した図である。

[図 5]CPUが GEに対して描画するポリゴンのデータをフレームメモリに格納した模式図である。

[図 6]本発明の分割方法に従ってポリゴンを分割した図である。

[図 7]従来の分割方法に従ってポリゴンを分割した図である。

[図 8]分割された三角形について、フレームメモリへのアクセス量を示した図である。

[図 9]本発明に係る画像描画装置の動作を示したフローチャートである。

[図 10]分割点の位置を示した図である。

[図 11]分割元となる四角形を示した図である。

[図 12]四角形を本発明の画像描画装置が分割した場合の分割図である。

[図 13]四角形を従来の技法で分割した場合の分割図である。

[図 14]三角形を更に分割する場合の例を示した分割図である。

符号の簡単な説明

[0023] 100 画像描画装置

110 CPU

120 PE

130 フレームメモリ

140 表示装置 220、 221、 222 境界

400 データ表

発明を実施するための最良の形態

[0024] <実施の形態 >

以下、本発明に係る画像描画装置につヽて図面を用いながら説明してヽく。

<構成>

図 1は、本発明に係る画像描画装置 100の機能構成を示した機能ブロック図である図 1〖こ示すよう〖こ、画像描画装置 100は、 CPU110と、 GE120と、フレームメモリ 1 30と、ディスプレイ 140を含んで構成される。

[0025] CPU110は、 GEに対して表示すべき画像の主なデータを伝達する機能を有する

GE120は、 CPU110から受け取った指示に基づき、描画すべき画像の画素データを求める演算を行い、画素データをフレームメモリ 130に書き込む機能を有し、従来力あるグラフィックスエンジンと同等の性能を有する。フレームメモリ 130への書込みの仕方は、定められた画素数の単位で書き込む。ここでは 8画素とする力この画素数は、 GE120とフレームメモリ 130とをつなぐバス線の本数と 1画素のデータ数によって決定される。例えばバス線が 64本あって、 1画素のデータ数が 8bitだった場合に、 1度に書き込める画素数は 8画素となる。フレームメモリ 130についての詳細は後述する。

[0026] また、 GE120は、表示する物体をより細やかに表現するために CPU110から与えられたポリゴンをより細力、ポリゴンに分割する場合、分割されて生成される新たなポリゴンの各頂点を決定する機能も有する。本発明において、従来の GEと異なる点が

、この分割されて生成されるポリゴンの頂点の決定方法にある。なお、頂点の決定方法については、画像描画装置 100の動作として後述する。

[0027] GE120は、上述したように、従来力もある GEが行っているような演算を行う機能も有している。 GE120が行っているそれらの演算は多岐に渡る。その演算の主な内容には、回転 Z移動による座標の変換、ライティング、視点変換、クリッピング、ラスタ変換、陰面処理、テクスチャ 'マッピング、フィルタリングなどがある。通常、回転 Z移動による座標の変換と、ライティングと、視点変換と、クリッピングとを含んでジオメトリ演算と呼び、ラスタ変換と、陰面処理と、テクスチャ 'マッピングと、フィルタリングとを含んでレンダリングと呼ぶことが多、。

[0028] 以下、各演算の内容を簡単に述べる。

ライティングとは、光りの当たり具合によって変化する色を決定することである。視点変換とは、表示しょうとする物を外部の点から眺めた場合における歪みを算出することである。

クリッピングとは、表示される画面上において、視野に入らない部分についてのデータを削除することである。

[0029] ラスタ変換とは、 3次元ポリゴンを 2次元平面に投影する演算を行うことである。

陰面処理とは、物体の前面に隠れて見えない部分を取り除く演算を行うことである。テクスチャ 'マッピングとは、物体表面に模様を表す画像データを貼り付けることである。

フィルタリングとは、ぎざぎざになっているポリゴンの輪郭を滑らかにする演算を行うことである。

[0030] フレームメモリ 130は、表示する画像の画素データを記憶しておく機能を有する。フレームメモリ 130に記憶されて、る画素データを用いて画像の表示が行われる。このフレームメモリ 130に対しては基本的に GE120は所定の画素数ごとに書き込んでいく。ここでは所定の画素数は、前述したように 8画素である。

図 2にフレームメモリ 130のデータ格納領域のイメージ図を示した。図 2にあるように、フレームメモリ 130は、 2次元配列で画素データを記憶する RAM (Random Access Memory)であり、具体的には SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Mem ory)で構成する。

[0031] フレームメモリ 130は、ディスプレイ 140の表示位置と対応するようにその座標系が設定されている。ここではフレームメモリ 130は、 640 X 480の画素を記憶できるものとする。その先頭画素の座標は、（横方向の位置、縦方向の位置)で表すと、画素 P0 (0、 0)となっている。その次の画素は画素 Pl (l、 0)、そしてその次の画素が P2 (2、 0)であり、一列目の最終画素は P639 (639、 0)になる。

[0032] また、 2列目の先頭になる画素は P640 (0、 1)である。以下、順に画素が並んでおり、最終列の先頭画素は、 P306560(0、 479)、その次の画素は P305451(l、 479 )となってヽる。そしてフレームメモリ 130の最終画素は、 P307199(639、 479)となる。このように、左から右、上から下への順序で画素データは格納されており、その座標は、表示装置 140の表示位置の座標と対応している。

[0033] フレームメモリ 130には GE120によって、画素データの書き換えが逐次行われる。

書込みは 8画素ごとに行われる力それは斜線部分 210に示すように横方向に 8画素分が一度に書き込まれる。つまり、フレームメモリ 130へのアクセスは、 [P0(0、 0)、 Pl(l、 0)、…ゝ P6(6、 0)、 P7(7、 0)]、 [P8(8、 0)、 P9(9、 0)、…ゝ P14(14、 0)、 P15(15、 0)]、 [P632(632、 0)、 P633(633、 0)、…ゝ P638(638、 0)、 P639(63 9、 0)]、 [P640(0、 1)、 P641(l、 1)、…ゝ P646(6、 1)、 P647(7、 1)]、…ゝ [P127 2(632、 1)、 P1273(633、 1)、…ゝ P1278(638、 1)、 P1279 (639、 1)]、…ゝ [P3 05920(0、 478)、 P305921(l、 478)、…ゝ P305926(6、 478)、 P305927(7、 4 78)]、…ゝ [P306560(0、 479)、 P306561 (1、 479)、…ゝ P306566(6、 479)、 P 306567(7、 479)]、…ゝ [P307192(632、 478)、 P307193 (633、 478)、…ゝ P3 07198(638、 478)、 P307199 (639、 478)]と! /、うように、横方向に 8画素の単位で行われる。口で囲まれた範囲内の画素が 8画素になっている。この 8画素で書き込まれることによって、フレームメモリ 130において 8画素間の境界となる線分が形成されるが、以降これを境界という。図 2においては、太線 220、 221、 222がその境界に当たる。

[0034] ディスプレイ 140は、フレームメモリ 130のデータを逐次読み出して、その内容を画像として表示する機能を有し、例えば LCD (Liquid Crystal Display)や、プラズマディスプレイなどで実現される。

くデータ >

ここでは、画像描画装置 100が扱うデータについて説明する。

[0035] まず、図 3に、画像描画装置 100が描画することになる元のデータを 3次元的に表現した一例を示した。このような 3次元の構造物を 3次元から 2次元平面に投写してデイスプレイに表示する。

図 3には、 3次元図の一例として地形のようなものを示してある。図 3においては、この地形の表面のデータのうち、 3点 A0、 B0、 COの座標で示されるデータによって形成される図形 AOBOCOは、 2次元平面に投写されると、三角形 A1B1C1になることを示して、る。 2次元平面に投射されたものが表示装置にぉ、て表示されることになる

[0036] 図 3に示すようなデータは、実際には図 4に示すような、座標のデータの集合である。図 4に示す座標表 400は、 X軸データ 401と、 y軸データ 402と、 z軸データ 403とを含む。 X軸データ 401、 y軸データ 402、 z軸データ 403それぞれは、それぞれの座標成分を示すデータを意味して!/、る。

ここでは、 x、 y、 z軸それぞれの座標のみのデータを記している力これ以外にも更に、色のデータ、模様のデータ、光源のデータなど、様々なデータを保持していてもよい。

<動作 >

ここから、画像描画装置 100の動作について説明していく。

[0037] 図 5に示すような CPU110が GE120に対して与えるポリゴンを図 6のように分割するための一般的な動作を図 9及び図 10に示すフローチャートを用いて説明する。なお、図 7には、比較のために従来のように分割した場合の例を示しており、図 8は、ァクセス単位を説明するための図である。図 9及び図 10を用いて一般的な動作を説明した後に、図 5〜図 8を用いて具体的な分割の動作と従来との差を説明する。

[0038] 画像描画装置 100において 3次元画像を描画する方法については、従来の 3次元画像を描画する描画装置に準拠するものとして説明を割愛し、ここでは本願の特徴である分割されて生成されるポリゴンの頂点の決定方法について、画像描画装置 10 0の動作を説明する。

図 9は、本発明に係る画像描画装置 100の GE120の動作を示すフローチャートである。

[0039] 図 9に示すように、 GE120は、まず CPU110から、図 4に示すようなデータ群からピックアップされたデータに基づく描画指示を受け付ける (ステップ S901)。受け付けた描画指示に基づ、て、ポリゴンデータに基づ、て当該ポリゴンを分割するための分割点を算出する (ステップ S903)。このステップ S903における、分割点の算出方法については、その詳細を図 10を用いて後述する。

[0040] 算出された分割点をつな、だ線分で元のポリゴンを分割する (ステップ S905)。このとき、元のポリゴンを形成する辺と境界の交点の左右の画素が分割点となるので、その左右の画素のどちらを分割点とするかを選出する必要がある。よって、分割されて生成されるポリゴンの頂点が境界をなるベく跨がないように分割する。つまり、分割されて生成されるポリゴンの頂点のうち、分割前のポリゴンと同じ頂点に近くなるように頂点を選出して分割する。

[0041] 分割して生成されたポリゴンごとに GE120は、補間すべき画素データを算出し、その画素データをフレームメモリ 130に格納する。フレームメモリ 130に格納されている画素データは、表示装置 140に読み出されて表示される。

図 10は、図 9におけるステップ S903の分割点を求める画像描画装置 100における

GE 120の動作を示した。

[0042] 図 10に示すように、 GE120は、 CPU110から与えられた座標から 2点を結ぶ線分を算出する (ステップ S1001)。そしてその線分の中点となる座標を求める (ステップ S

1003)。中点の座標が画素と画素の境目に来る場合には、その右側、下側の座標を中点の座標とする。

そして中点の座標力（8n、 Y)か (8n+ 7、 Y)に該当するかどうかを判断する (ステップ S1005)。なお、 nは 0以上の整数、 Xは任意の自然数である。中点の座標がその座標に該当しない場合に (ステップ S1005の NO)、算出した線分上の画素において、（8n、 Y)か（8n+ 7、 Y)に該当する画素があるかどうかを判断する（ステップ S10 07)。該当する画素がない場合には (ステップ S1007の NO)、中点の座標に位置する画素を分割点の一つとして終了する。

[0043] ステップ S1007において、該当する画素があった場合には（ステップ S1007の YE S)、該当する画素が複数ある場合には、中点に近い画素を分割点に決定して (ステップ S1009)終了する。ここで選択される画素は基本的には 2つである。例えば、図 6 の三角形で辺 D0E0上の点で分割点となるのは点 D1か点 D2となる。ここで、図 9のステップ S905の分割点の選択についてこの例で説明しておくと、図 6では、頂点 DO を含む新たな三角形は三角形 D0D2F1となるように分割点を選出する。点 D1あるいは点 F2も、元の三角形 DOEOFOの辺上の点で、境界の左右の画素という条件を満たすが、点 DOを頂点の一つとする三角形を形成する場合には、点 D2の代りに点 D1 に、あるいは点 F1の代りに点 F2を選出しない。点 D1あるいは点 F1を選出すると、境界を跨、でしまうために、 GE120からフレームメモリ 130へのアクセス量が増加してしまうためである。

[0044] ここで点 D1と点 D2の関係について説明しておく。点 D1及び点 D2はともに境界に隣接し、分割点として選出される画素である。しかし、両方が分割点として必ずしも使用されるわけではなぐ分割されて生成される新たな三角形の形状に基づく。つまり、この場合においては、点 Dl、点 D2の両方の画素が分割点として選出される力点 D 1は、三角形 D1EOE1の画素データをフレームメモリに書き込むのに用いられ、点 D 2は使用しない。一方、点 D2は三角形 D0D2F1の画素データをフレームメモリに書き込むのに用いられ、点 D1は使用されない。

[0045] ここ力ら、図 5の三角形を図 7のように分割する際の分割点の決定について図面を用いて具体的に説明する。

まず、 CPU 110力 GE 120に三点 DOEOFOを結ぶ三角形を赤色で描けと!、う指示が下ったとする。

すると GE120は、 2点 D0E0を結ぶ線分を算出する。そしてその線分がフレームメモリ 130は、（8n、 Y)もしくは（8n+ l, Y)となる画素がないかどうか、即ち境界との交点があるかどうかを判断する。この場合、境界 610、 611と交差することになる力より中点に近い 2点 Dl、 D2がその交点になる。

[0046] 次に、線分 E0F0が、境界と交差するかどうかを判断する。この場合、境界 610、 61 1、 612の 3つの境界と交差する力より中点に近い 2点 El、 E2を分割点として選出する。

そして最後に線分 F0D0が境界と交差するかどうかを判断する。ここでは境界 612 としか交差しないため、その交差点である 2点 Fl、 F2を分割点とする。

[0047] 結果、それぞれ選出された分割点を結ぶ線分で元の三角形 DOEOFOを 4つの三角形、三角形 D0D2F1、三角形 D1E0E1、三角形 D2E2F1、三角形 F2E2F0に分害 IJすること〖こなる。

<考察 >

ここでは、上記のように、三角形を分割した場合について、従来の方法で分割した場合とそのアクセス回数において差が出ることを具体例をあげて示しておく。

[0048] アクセス回数の差については、図 5〜8を用いて説明する。

まず、アクセス回数をどのように換算するかにっ、て図 8を用いて説明する。

図 8 (a)は、本願発明による方法に基づいて、図 5の元の三角形 DOEOFOを、図 6 のように分割して生成された複数の三角形のうち、真ん中の三角形 D2E2F 1を示している。図 8 (a)にあるように、 GE120は、 8画素ごとにフレームメモリ 130に書き込むことになるので、三角形 D2E2F1を構成する画素をフレームメモリ 130に書き込むのに都合 7回ほどフレームメモリ 130にアクセスすることになる。

[0049] 図 8 (b)は、従来の方法に基づいて、図 5の元の三角形 DOEOFOを、図 7のように分割して生成された三角形のうち、真ん中の三角形 D3E3F3を示している。この場合においては、この三角形 D3E3F3をフレームメモリ 130に書き込むために都合 12回アクセスすることになる。

このようにしてアクセス回数を求めた場合、図 6のように本願発明に基づ!/、て分割した場合には、生成された三角形におけるそれぞれをフレームメモリ 130に書き込むために発生するアクセス回数は、次のようになる。

• 三角开 D0D2F1 :4回

• 三角形 D2E2F1 : 8回

• 三角 ff DlE0El : 13回

. 三角形 F1E2F0 : 15回

となる。よって三角形 DOEOFO全体では、 GE120力らフレームメモリ 130に対して、計 40回のアクセスが発生したことになる。

[0050] 一方、図 7のように従来の方式に基づいて中点で分割した場合には、分割して生成された各三角形をフレームメモリに書き込むために発生するそれぞれのアクセス回数は、以下の通りである。 • 三角形 D0D3F3 : 12回

• 三角形 D3E3F3 : 15回

• 三角形 D3EOE3 : 12回

. 三角形 F3E3FO : 12回

となる。よって三角形 DOEOFO全体では、 GE120力らフレームメモリ 130に対して、計 50回のアクセスが発生したことになる。

[0051] 上記のように、 2つの差を比べると分かる力この三角形 DOEOFOにおいて、本発明に従って分割した方が、従来どおりに分割した場合に比べて、 10回もアクセス回数が少な、ことになる。この三角形 DOEOFO事自体は表現した!/、物体の小さな 1ピースにし力過ぎず、実際にはもつと多くの三角形で表現することになる。よってそれぞれの三角形でアクセス回数で発生することになり、総合的に見ると本願発明と従来発明との差が更にでることは明らかである。当然ながら画像の表示を早くするのには、アクセス回数が少な、方が良、。

[0052] ここにあげたのは一例に過ぎないが、その他の形の三角形であっても、そのァクセス回数において大小はあるにせよ、本発明による分割と従来の分割とでは差が出てくることが多い。

<補足 >

上記実施の形態に基づいて、本発明に係る画像描画装置について説明してきたが、画像描画装置の実施の形態はこれに限られないことは勿論である。以下、その変形例について説明していく。

(1)上記実施の形態においては 3角形を例にとって説明した力ポリゴンは別に 3角形でなくてもよぐ例えば 4角形などでもよい。前述したように 3DCGの世界においては、ポリゴンは 3角形力 4角形のいずれかであることが多い。

[0053] 四角形の分割の仕方について、図 11〜13を例に簡単に説明する。

図 11は、 CPU力 GEに対して描画することを指示した四角形の形状をしたポリゴンをフレームメモリに格納した状態を示して、る。

この図 11に示したような四角形を分割する際には、従来においては図 13に示すように、その相対する辺の中点を結ぶ線分によって略 4分の 1の四角形に分割して、た。しかし、本発明において、フレームメモリへの書込みの境目に分割点が来るように分割することで効果を得るので、図 12のように分割する。

[0054] 各辺上の点で、フレームメモリへの書込み単位の境目にある画素をそれぞれの辺上の分割点とする。また、元の四角形の重心近傍の点でフレームメモリへの書込み単位の境目にある画素を最後の分割点とする。この最後の分割点は重心までの距離が最短になるように選出する力簡単に選出するために、横方向の辺上の 2点の分割点を結ぶ線分の中点を最後の分割点としてもょ、。当該分割点と各辺上の分割点を結んで新たな四角形を 4つ形成する。形成された 4つの新たな四角形で元の四角形を表現する。

[0055] 図 12においては、図 11に示した元の四角形 HOIOJOKOは、分割された 4つ四角形、四角 ff H0H2L0Klと、四角形 H1IOI1LOと、四角形 L1I2J0J2と、四角 ff K2LlJ 2K0とで構成して!/、ることを示して!/、る。この場合におけるフレームメモリへのァクセス回数は、四角形 HOIOJOKO全体で、 39回になる。

図 13には、図 11に示した元の四角形 HOIOJOKOを中点で分割した場合の図を示した。図 13に示すように元の四角形 HOIOJOKOは、 4つの四角形、四角形 H0H3L3 K3と、四角形 H3I0I3L4と、四角形 L4I3J0J3と、四角形 K3L3J3K0とで構成されている。この場合におけるフレームメモリへのアクセス回数は、四角形 HOIOJOKO全体で、 50回になる。

[0056] このように四角形においてもアクセス回数に差が発生するので、四角形の場合においても、三角形と同様に元の四角形を分割して書き込む場合に、アクセス回数を軽減する効果を期待できる。アクセス回数が減ることによって描画も早まるので、デイスプレイ上において表示が遅れることも少なくなる。

(2)上記実施の形態においては 1回だけ分割して見せた力別にこれは 1回である必要はなぐ更に分割してもよい。例えば予め定められた回数だけ分割してもよいし、あるいは縮尺によって分割回数を変えてもょ、し、あるいは全てのポリゴンが 8画素の単位を跨がなくなるまで分割することとしてもよ!、。

[0057] 図 14にその一例を示した。図 14は、図 6に示した三角形 D0E0F0を更に分割した図 6において、三角形 D1E0E1、及び三角形 F2E2F0は共に 8画素を跨ってフレームメモリにデータが格納されるので、書込みの際に無駄が発生するのでさらに分割する。辺 D1EOと辺 EOE1はそれぞれ、書込み画素の境界線と交わるので、その点を分割点とする。三角形 D1EOE1を、三角形 D4E0E4と、三角形 D5E5E1と、三角形 D1D5E1の 3つの三角形に分割する。一方三角形 F2E2F0の方は、三角开 F1E2 E6と三角形 F2E7F0に分割するようにしてもよい。分割することでより滑らかな画像を描画できるようになる。また、分割されて生成された三角形それぞれは、その頂点の少なくとも 1つ力書込み画素の先頭画素または最終画素になっているので書込みにお、て無駄が発生することがな、。

[0058] また、更に分割の回数を、表現したい滑らかさの度合いによって決定しても良い。

通常、視点に近いものの方が細力べ見え、遠いものの方が荒く見えることを踏まえて、視点に近、部分にっ、ては分割回数を多くし、遠、部分にっ、ては分割回数を少なくしてもよい。これにより近い部分を滑らかに表現しつつ、遠い部分の分割回数を減らすことで GEの負担を軽減することができる。

(3)上記実施の形態においてはフレームメモリは、 640 X 480の画素を格納するものとした力另 Uにこれは 640 X 480である必要はなく、 f列えば、 1280 X 960の画素、あるいは 1024 X 768の画素を格納できるメモリであってもよ!/、。

[0059] また、携帯電話機のディスプレイに対応できるように、 240 X 320の画素を格納できるメモリであってもよい。

また、予め容量の大きいメモリ（例えば 1600 X 1200の解像度に対応できるメモリ）を用意し、ディスプレイの解像度にあわせてその使用領域を変えて各種ディスプレイに対応できるようにしてもよ、。

(4)上記実施の形態に示される画像描画装置を構成する各部は、 LSI (Large Scale I ntegration)、 VLSI (Very Large Scale Integration)等の一部又は全部として実現されてもよく、複数の LSI等で実現されてもよぐ一又は複数の LSI等と他の回路の組み合わせとにより実現されてもょ、。

(5)上記実施の形態においては、 GEが分割を行っていた力プログラム的にポリゴンの分割を処理しても良い。例えば、上記画像描画装置は、具体的には、マイクロプロセッサ、 ROM、 RAM、ハードディスクユニット、ディスプレイユニット、キーボード、マウスなど力も構成されるコンピュータシステムである。前記 RAM又は前記ハードデイスクユニットには、コンピュータプログラムが記憶されている。前記マイクロプロセッサ力前記コンピュータプログラムに従って動作することにより、前記装置は、その機能を達成する。

(6)上記実施の形態においては、一度に書き込まれる書込みの画素数は、 GEとフレームメモリ間のバス線の数によって決定されるとした力これはその限りでない。例えば、連続したデータをアドレスの指定などなしに転送するデータの高速転送方法であるバースト転送の、一度のバースト転送で転送できるデータ量を 1画素のデータ数によって減算したものが一度に書き込まれる画素数になることもある。

(7)上記実施の形態においては、三点 D0E0F0によって形成される三角形を赤色で描けという単純なものについて説明した力例えば各 3点は、それぞれに色の情報を持っていて当該 3点によって形成される三角形は、 3点の色の平均色で描く仕様にしてもよいし、そこに更に光源の位置によって色合いを変えるようにしても良い。これらの機能にっ、ては、従来力もある GEにお、ても実行されて、る内容である。

(8)上記実施の形態においては、 GE120は、フレームメモリ ^—括して 8画素の単位で書き込む機能を有していたが、さらに、 1画素のみの書込みを行う機能も備えていても良い。

(9)上記実施の形態においては、描画する元のデータの一例として、図 4に示すように座標のデータを示した力元の物体を表現する演算式などで表現されて、てもよい。

(10)上記実施の形態において一連の動作は、一のプログラムあるいは複数のプログラムを実行し、連動させることによって実現することとしても良い。

産業上の利用可能性

本発明に係る画像描画装置は、 3D画像を表示する装置として、ゲーム機などに利用することができる。

Claims

請求の範囲

[1] データ群により特定される表現対象物をコンピュータグラフィックスにより表現するために、当該データ群のうち複数のデータについて、 2次元平面上に投写した場合の位置成分と描画態様を特定するその他の成分とを抽出し、各データの位置成分を頂点とする多角形を、当該画像平面上に当該データにつ、ての描画態様を特定するその他の成分に応じて定められている描画態様で、複数描画する画像描画装置であって、

2次元平面上の各画素の画素データ値を格納するためのフレームメモリと、画像を描画するために画素データを前記フレームメモリに書き込む機能を有し、フレームメモリを先頭力所定画素数毎に区分した場合における 1区分に対しての書き込みを一括して行う書込み手段と、

前記各区分の先頭画素又は最終画素を前記多角形の少なくとも 1つの頂点とするように前記複数のデータを選出するデータ選出手段とを備える

ことを特徴とする画像描画装置。

[2] 前記画像描画装置は、更に、前記区分の先頭画素または最終画素に関わりなく多角形の頂点のデータを選出する初期データ選出手段を備え、

前記データ選出手段は、前記初期データ選出手段が選出したデータによって形成される元の多角形を 2以上の小型の多角形で構成するためにデータを選出する場合に、前記小型の多角形それぞれを構成する頂点の少なくとも 1つが、前記各区分の先頭画素又は最終画素となるように、且つ、前記元の多角形を構成する辺上にあるように前記小型の多角形の頂点のデータを選出する

ことを特徴とする請求の範囲第 1項記載の画像描画装置。

[3] 前記データ選出手段は、頂点の 1つが互いに接している 2つの小型の多角形の当該各頂点が、隣接する区分の最終画素と先頭画素となるように各頂点のデータを選出する

ことを特徴とする請求の範囲第 2項記載の画像描画装置。

[4] 前記データ選出手段は、前記小型の多角形それぞれの頂点の 1つが、当該頂点が存在する前記元の多角形を構成する辺の、中点近傍の点であるように当該頂点のデータを選出する

ことを特徴とする請求の範囲第 2項記載の画像描画装置。

[5] 前記データ選出手段は、選出する頂点のデータのうち少なくとも 2個の頂点両方が前記各区分の先頭画素または最終画素のどちら力となるように、かつ当該 2個の頂点によって形成される線分上の全ての画素力前記 2個の頂点が先頭画素にある場合には先頭画素となるように、前記 2個の頂点が最終画素にある場合には最終画素となるようにデータを選出する

ことを特徴とする請求の範囲第 2項記載の画像描画装置。

[6] 前記元の多角形は三角形であり、前記データ選出手段は、前記元の多角形が三角形である場合に、当該三角形を構成する各辺上の 1点計三点のデータを選出し、当該三点のうち 2点を結んで形成される線分で前記元の三角形を分割し、前記元の三角形を分割して生成された 4つの三角形で構成する

ことを特徴とする請求の範囲第 2又は 4項記載の画像描画装置。

[7] 前記元の多角形は四角形であり、前記データ選出手段は、前記元の多角形が四角形である場合に、元の四角形を構成する各辺上の 1点計 4点と前記元の四角形内の 1点とのデータを選出し、当該 1点と前記 4点を結ぶ線分によって前記元の四角形を分割し、前記元の四角形を分割されて生成された 4つの四角形で構成する

[8] 前記所定画素数は、前記フレームメモリに接続されるデータ入出力に用いる信号線の数を、 1画素を構成するデータのビット数で除算して得る

ことを特徴とする請求の範囲第 1項記載の画像描画装置。

[9] 前記所定画素数は、前記フレームメモリへの書込みをバースト転送により行う場合に、バースト転送で転送されるデータ単位のビット数を画素のビット数で除算して得ることを特徴とする請求の範囲第 1項記載の画像描画装置。

[10] データ群により特定される表現対象物をコンピュータグラフィックスにより表現するために、当該データ群のうち複数のデータについて、 2次元平面上に投写した場合の位置成分と描画態様を特定するその他の成分とを抽出し、各データの位置成分を頂点とする多角形を、当該画像平面上に当該データにつ、ての描画態様を特定するその他の成分に応じて定められている描画態様で、複数描画する画像描画装置における多角形の頂点選出方法であって、

ここで前記画像描画装置は、 2次元平面上の各画素の画素データ値を格納するためのフレームメモリと、画像を描画するために画素データを前記フレームメモリに書き込む機能を有し、フレームメモリを先頭力所定画素数毎に区分した場合における 1 区分に対しての書き込みを一括して行う書込み手段とを備える画像描画装置であり、前記頂点選出方法は、前記各区分の先頭画素又は最終画素を前記多角形の少なくとも 1つの頂点とするように前記複数のデータを選出するデータ選出ステップを含むことを特徴とする頂点選出方法。

[11] データ群により特定される表現対象物をコンピュータグラフィックスにより表現するために、当該データ群のうち複数のデータについて、 2次元平面上に投写した場合の位置成分と描画態様を特定するその他の成分とを抽出し、各データの位置成分を頂点とする多角形を、当該画像平面上に当該データにつ、ての描画態様を特定するその他の成分に応じて定められている描画態様で、複数描画する画像描画装置のコンピュータに実行させるプログラムであって、

ここで前記画像描画装置は、 2次元平面上の各画素の画素データ値を格納するためのフレームメモリと、画像を描画するために画素データを前記フレームメモリに書き込む機能を有し、フレームメモリを先頭力所定画素数毎に区分した場合における 1 区分に対しての書き込みを一括して行う書込み手段とを備える画像描画装置であり、前記プログラムにおける頂点選出手順は、前記各区分の先頭画素又は最終画素を前記多角形の少なくとも 1つの頂点とするように前記複数のデータを選出するデータ選出ステップを含むこと

ことを特徴とする頂点選出プログラム。

[12] データ群により特定される表現対象物をコンピュータグラフィックスにより表現するために、当該データ群のうち複数のデータについて、 2次元平面上に投写した場合の位置成分と描画態様を特定するその他の成分とを抽出し、各データの位置成分を頂点とする多角形を、当該画像平面上に当該データにつ、ての描画態様を特定するその他の成分に応じて定められている描画態様で、複数描画する集積回路であって 2次元平面上の各画素の画素データ値を格納するためのフレームメモリと、画像を描画するために画素データを前記フレームメモリに書き込む機能を有し、フレームメモリを先頭力所定画素数毎に区分した場合における 1区分に対しての書き込みを一括して行う書込み手段と、

ことを特徴とする集積回路。