JP3098060B2 - 模擬視界信号発生装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、コンピュータを用い
て仮定された三次元の情景を指定された視点から見た二
次元画像として表示を行なうための模擬視界装置に関
し、小さなポリゴン（視覚対象物を構成する多面体また
は多角形）表示のちらつき等を防ぐものである。

【０００２】

【従来の技術】図２は従来の模擬視界信号発生装置の構
成を示すブロック図である。この装置では視覚対象物を
多角形、多角面及び光点の組合わせとして数値モデル化
して模擬する。図２において、模擬視界用ホストコンピ
ュータ１は、仮定された三次元の情景に含まれる全ての
視覚対象物の位置、面を構成する頂点の位置、色彩等の
情報を記憶する。たとえば飛行機シミュレータの場合、
飛行機の方向、高さ、パイロットの視点位置等の視点情
報にしたがって、その視界内の視覚対象物を選択し、後
述する幾何計算装置に送ることおよび幾何計算装置で用
いる座標変換のためのマトリクスの計算を行なう。

【０００３】幾何計算装置２は模擬視界用ホストコンピ
ュータ１から送られた視覚対象物に対して視点との位置
関係にしたがって視点に近い順に優先順位を付すと共に
その視覚対象物の、指定された視点から見た透視図の計
算、指定された光源で照らされたときの各面の明るさ、
かすみ具合の計算、および視覚対象物を規定する多面体
の稜の透視図上の線（エッジ）が視覚対象物の輪郭を表
わすものか否かの計算等の幾何計算を行なう。

【０００４】走査線計算装置７は走査線とエッジの交点
の位置、交点における明るさおよびかすみ具合（フェー
ド）、明るさおよびフェードの走査線方向の変化率の計
算、ならびに隠面消去の処理を行なう。

【０００５】ビデオ信号発生装置８は走査線計算装置７
から出力される信号を基にビデオ信号を発生し、表示装
置６でこれをカラー表示する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の模擬視界信号発
生装置は、表示するポリゴンの属性を表示装置６上の１
画素に関連づけていた。すなわち、表示の解像度の最小
単位は１画素であり、ポリゴンは１画素を単位としてサ
ンプリングされるため、画素以下の情報は無視される。
その結果、小さな物体の表示について、図３（ａ）のよ
うに視覚対象がスキャンラインに交差した状態から図３
（ｂ）のように移動した場合、スキャンラインの間に入
り込んだものはスキャンラインと交差しないので表示で
きず、同じ物体であっても表示されたり表示されなかっ
たりすることがあった。また、斜め線などは、図４のよ
うに階段状のぎざぎざでしか表示することができなかっ
た。

【０００７】この発明が解決しようとする課題は、表示
するスキャンラインに対し実質上の解像度を上げ、表示
するポリゴンの属性を表示装置上の１画素に関連づけて
いることから生じる小さな物体のちらつきや、斜め線の
階段状表示を緩和することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明に係る模擬視界信号発生装置は、仮定された三次
元の情景を指定された視点から見た二次元画像として表
示を行なうために、他を遮る可能性の高い順に優先順位
が付与された視覚対象物であって指定された視点から見
える範囲の物の選択、スクリーン上への変換、視覚対象
物に属するポリゴンを構成するエッジの計算、および優
先順位にしたがった隠顕処理を行ない、表示装置に表示
する模擬視界信号発生装置において、ポリゴンのエッジ
データについて、視点から遠いものから順に、エッジデ
ータの１画素を垂直方向と水平方向に所定数に分割した
複数のサブピクセルとしてデコードするデコーダと、ポ
リゴンのエッジデータのアドレス及び色情報を保持する
アクティブエッジメモリと、前記デコードされた複数サ
ブピクセルのエッジデータについて前記アクティブエッ
ジメモリが保持するアドレスを、視点から遠いものから
順に、上書きし、表示しようとする１画素毎に読み出す
１スキャンライン分のレジスタマトリクスと、前記読み
出された１画素における同一ポリゴンが占めるレジスタ
マトリクスに書き込まれている同一アドレス数を計算す
る面積計算装置と、前記面積計算装置がレジスタマトリ
クスから読み出したアドレスでアクティブエッジメモリ
を読み出し、そのアクティブエッジメモリの色情報を同
一ポリゴンを表示する間保持するとともに色信号データ
に変換する色計算装置と、１画素について面積計算装置
で計算されたレジスタマトリクスの同一アドレス数と色
計算装置で計算された色データを乗算し加えあわせて混
合する混合部とを備えたことを特徴とするものである。

【０００９】

【作用】１スキャンラインについてエッジが計算され表
示順に並べられたエッジデータをデコードして複数のサ
ブピクセルのデータを１スキャンライン分づつ得て、ア
クティブエッジメモリに保持する複数のサブピクセルの
エッジデータのアドレスをレジスタマトリクスに書き込
む。これを表示しようとする１画素毎に読み出し、その
中に同一ポリゴンが占めるレジスタマトリクスに書き込
まれている同一アドレスの数を計算するとともに、レジ
スタマトリクスから読み出したアドレスのアクティブエ
ッジメモリに保持する色情報を読み出し、同一ポリゴン
を表示する間保持する。この数に応じてそのポリゴンの
色の面積が割り当てられる。これを１画素について混合
するとその画素に属するポリゴンの面積に応じた色の表
示が行なわれ、小さな物体のちらつきや斜め線のぎざぎ
ざが緩和する。

【００１０】

【実施例】以下、この発明に係る模擬視界信号発生装置
の一実施例を図について説明する。図１において、模擬
視界用ホストコンピュータ１、幾何計算装置２、表示装
置６は図２に示した従来のものと同じであるので説明を
省略する。本実施例による入力計算装置３、レジスタマ
トリクス装置４、出力計算装置５が、図２の走査線計算
装置７、ビデオ信号発生装置８の代わりに入る。

【００１１】入力計算装置３は、後述するレジスタマト
リクスに書き込む１スキャンライン分のエッジデータを
計算する機能を持つ。レジスタマトリクス４は１スキャ
ンライン分の画像データを保持する。出力計算装置５
は、レジスタマトリクス装置４に書き込まれた値を読み
出し、表示装置６へ送り出す。

【００１２】各部の構成についてさらに詳しく説明す
る。

【００１３】入力計算装置３は、以下のブロックからな
る。

【００１４】エッジメモリ３１：幾何計算装置２から出
力された１フレーム分のエッジデータを保持する。

【００１５】座標計算装置３２：表示しようとするスキ
ャンラインの幅でエッジデータをクリッピングする。

【００１６】ソート装置３３：クリッピングされたエッ
ジデータを視点からの距離が遠いものから順に、マトリ
クスデコーダに送り出す。

【００１７】マトリクスデコーダ３４：入力された１ス
キャンライン分のエッジデータから、スキャンラインを
垂直方向と水平方向に所定数に分割した複数のサブピク
セルとし、同一のポリゴンで囲まれたものを区別するよ
うに、１スキャンライン分デコードする。

【００１８】レジスタマトリクス装置４は、以下のブロ
ックからなる。

【００１９】レジスタマトリクス４１：表示したい解像
度に対応したレジスタ群、すなわち１画素を垂直方向お
よび水平方向に所定数分割したものを１スキャンライン
分備えたレジスタ群を持ち、各レジスタはアクティブエ
ッジメモリ４２のアドレスを保持する。

【００２０】アクティブエッジメモリ４２：表示しよう
とするスキャンラインに存在するエッジデータを保持す
る。ここで、エッジデータには色指定データＣ等を含
む。

【００２１】出力計算装置５は、以下のブロックからな
る。

【００２２】面積計算装置５１：表示しようとする画素
に属するレジスタ群を読み出し、同一のポリゴンの属性
を持つレジスタ数をカウントする。

【００２３】色計算装置５２：単数あるいは複数の入力
レジスタと、それに対応した色計算部からなり、表示し
ようとする画素に存在するポリゴンの色指定データＣ等
をアクティブエッジメモリ４２から読み出し、入力レジ
スタに保持するとともに、色指定データＣ等からそのポ
リゴンの持つＲ，Ｇ，Ｂの値を計算する。

【００２４】混合装置５３：面積計算装置５１で計算さ
れた面積と、色計算装置５２で計算された色とを、同一
ポリゴン同士乗算する。その画素に他のポリゴンが存在
すれば同様に乗算し、最後にすべてを足し合わせてその
画素の色とする。

【００２５】ラインメモリ５４：混合装置５３で混ぜ合
わされた色データは、ラインメモリ５４に書き込まれ、
表示装置６の表示と同期したタイミングで読み出され
る。

【００２６】以下に、この実施例について、動作原理を
詳細に説明する。エッジメモリ３１は１フレーム分のエ
ッジデータをストアする。図５のように、背景のポリゴ
ンＣの上に２つの三角形ＡとＢが重なった画像を例とし
て考える。図５で示したスキャンラインＱを表示しよう
としているとする。

【００２７】座標計算装置３２の入力は、ポリゴンＡ，
Ｂ，Ｃの頂点の座標値と、表示しようとするスキャンラ
インの値Ｑである。ポリゴンＡ，Ｂ，Ｃは座標計算装置
３２により、Ｑでクリッピングされるため、その出力は
図６に示したようになる。ａ1，ａ2，ｂ1，ｂ2，ｃ1，
ｃ2はポリゴンＡ，Ｂ，Ｃを表示しようとするスキャン
ラインＱでクリッピングしたものである。座標計算装置
３２では、クリッピングしたエッジの座標値と、ポリゴ
ンの内側がどちらであるかを示す情報が計算され、ソー
ト装置３３に送られる。

【００２８】ａ1，ａ2，ｂ1，ｂ2，ｃ1，ｃ2の各エッジ
は、ソート装置３３に入力され、視点から遠いものの順
に並べ変えられる。図５の例では、視点から遠い順は、
背景Ｃ，三角形Ｂ，三角形Ａの順となる。したがって、
ソート装置３３からの出力は、図７に示したように、ｃ
1，ｃ2，ｂ1，ｂ2，ａ1，ａ2の順となる。なお、図７で
Ｉの矢印はその向きがポリゴン内側を示す情報である。

【００２９】ソート装置３３で並べ変えられたエッジデ
ータは、マトリクスデコーダ３４に入力される。マトリ
クスデコーダ３４では、入力された同一ポリゴンの座標
とポリゴンの内側がどちらであるかという情報から、同
一ポリゴンにはさまれたすべてのレジスタマトリクス４
１を指定するようにデコードする。ここでレジスタマト
リクス４１は図８に示したように、表示したい解像度を
得るために垂直方向および水平方向に所定数のレジスタ
を１スキャンライン分並べたものである。図８の例で
は、１画素を４×４のサブピクセルに分解している。分
解した各サブピクセルに対するデコードは、エッジの傾
きがエッジメモリ３１のデータからすでに分かっている
ので、入力された同一ポリゴンの座標とポリゴンの内側
がどちらであるかという情報から、１画素分を１方向に
ついて４分割することにより得られる。

【００３０】アクティブエッジメモリ４２は、入力計算
装置３から出力されたエッジデータを保持するメモリで
ある。このアドレスがレジスタマトリクス４１に送られ
書き込まれる。

【００３１】レジスタマトリクス４１には、視点から遠
いものから順に、アクティブエッジメモリ４２のアドレ
スが書き込まれる。このとき、アドレスが書き込まれる
個々のレジスタはポリゴンの内部にあるとマトリクスデ
コーダ３４により判断されたサブピクセルに対応するも
のである。図６の例で説明すると、まず、１スキャンラ
インの始まりと終わりがｃ1，ｃ2ではさまれているため
に、このポリゴンの属性をストアしたアクティブエッジ
リスト４２のアドレスが、全レジスタマトリクス４１に
書き込まれる。次に、ｂ1，ｂ2にはさまれた部分には、
同様にポリゴンＢの属性をストアしたアクティブエッジ
リスト４２のアドレスが上書きされる。さらに、ａ1，
ａ2に関しても同様である。

【００３２】このようにして、表示しようとするスキャ
ンに対しすべてのレジスタマトリクス４１に、ポリゴン
の属性を書き込むことができる。

【００３３】出力計算装置５にある面積計算装置５１
は、表示しようとする画素に属するレジスタをレジスタ
マトリクス４１から読み出し、そこに書かれている同一
アドレスの数をカウントする。このカウントされた数
が、１のポリゴンの占める面積となる。

【００３４】同時にこのアドレスをアクティブエッジメ
モリ４２に送り返し、ポリゴンの色情報をアクティブエ
ッジメモリ４２から読み出す。読み出された色情報は、
色計算装置５２にあるデータレジスタに入力される。図
９に示すように、色計算装置５２は複数のデータレジス
タ５２１，５２２，５２３，５２４とそれに対応した色
計算部５２５，５２６，５２７，５２８からなる。デー
タレジスタ５２１〜５２４には、画素に有効なポリゴン
のデータが保持されるため、そのポリゴンを表示する間
は画素がきりかわってもその度に新たにアクティブエッ
ジメモリ４２をアクセスする必要はない。

【００３５】色計算部５２５〜５２８では、データレジ
スタ５２１〜５２４に入力された色指定コードから、
Ｒ，Ｇ，Ｂのデータに変換する。これらのデータは混合
部５３に送られ、面積計算装置５１から出力された同一
ポリゴンの面積と乗算され、足しあわされる。この様子
を図１０に示す。

【００３６】ある１画素分についてａ2とｂ1のエッジ
が、図１０（ａ）のように存在したとする。入力計算装
置３により与えられるその部分については、各レジスタ
マトリクス４１の当該部分の持つ特性は、図１０（ｂ）
のようになる。ポリゴンＡ，Ｂ，Ｃの持つ色をＣ
（ａ），Ｃ（ｂ），Ｃ（ｃ）とした場合、図１０のとき
には、次式の演算が行なわれる。

【００３７】 Ｃ＝Ｃ（ａ）・７／１６＋Ｃ（ｂ）・５／１６＋Ｃ（ｃ）・２／１６

【００３８】それぞれの分子にある値は、表示画素に
あるサブピクセルに対応するレジスタマトリクスの個数
である。

【００３９】上述した演算の結果は、ラインメモリ５４
に送られ、バッファリングされた後、表示装置６と同期
したタイミングでそこに送られ、表示される。

【００４０】例えば、小さな多角形の表示についても、
従来のものでは図３（ａ）から同図（ｂ）のように移動
した場合、スキャンラインの間に入り込んだものはスキ
ャンラインと交差せず、表示できなかった。本発明では
ポリゴンの占める面積を、１画素を分割した複数のサブ
ピクセルに対応させたレジスタマトリクスの数に比例し
た解像度で計算でき、またポリゴンの背後から現われる
下のポリゴンに対しても、正確に面積を計算することが
できる。そのため、小さな物体の表示に関して、表示さ
れたり、されなかったりしたものが、本発明によれば、
面積に応じた色の混ぜあわせが行なわれて表示されるた
め、表示対象の移動によるちらつきを少なくすることが
できる。

【００４１】また、斜線を表示する場合、従来では図４
のようにぎざぎざで表示されたが、本発明ではエッジの
存在する画素に対し、面積に応じた色の混ぜあわせが行
なわれるため、エッジのぎざぎざがゆるやかに表示され
る。

【００４２】

【発明の効果】 以上説明したように、この発明によれ
ば、ポリゴンの占める面積をレジスタマトリクスの解像
度で計算でき、また、ポリゴンの背後から表われる下の
ポリゴンに対しても、正確に面積を計算することができ
る。このため、エッジの存在する画素に対し、面積に応
じた色の混ぜあわせが行なわれ、スムーズなエッジの表
示および小さな物体のちらつきを少なくすることができ
る。また、色情報を同一ポリゴンを表示する間保持する
ので、そのポリゴンを表示する間は画素がきりかわって
もその度に新たにアクティブエッジメモリをアクセスす
る必要はない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る模擬視界信号発生装置の一実施例
のブロック図である。

【図２】従来の模擬視界装置のブロック図である。

【図３】従来の技術による小ポリゴンの表示を説明する
図であり、図３（ａ）は小ポリゴンがある位置にある場
合の図、図３（ｂ）はわずかに移動したときの図であ
る。

【図４】従来の技術による斜め線の表示例を説明する図
である。

【図５】画像表示例の図である。

【図６】図６における特定のスキャンラインＱの拡大図
である。

【図７】ソート装置からの出力例を説明する図である。

【図８】レジスタマトリクスの概念を説明する図であ
り、図９（ａ）は１画素における分割を示す図、図９
（ｂ）は１スキャンライン上の１画素を示す図である。

【図９】色計算装置の内部を示したブロック図である。

【図１０】面積計算を説明する図である。

【図１１】本発明による小ポリゴンの表示を説明する図
であり、図３（ａ）は小ポリゴンがある位置にある場合
の図、図３（ｂ）はわずかに移動したときの図である。

【図１２】本発明による斜め線の表示例を説明する図で
ある。

【符号の説明】

１ 模擬視界用ホストコンピュータ ２ 幾何計算装置 ３ 入力計算装置 ３１ エッジメモリ ３２ 座標計算装置 ３３ ソート装置 ３４ マトリクスデコーダ ４ レジスタマトリクス装置 ４１ レジスタマトリクス ４２ アクティブエッジメモリ ５ 出力計算装置 ５１ 面積計算装置 ５２ 色計算装置 ５３ 混合装置 ５４ ラインメモリ ６ 表示装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G06T 11/00 G06T 15/00 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】仮定された三次元の情景を指定された視点
   から見た二次元画像として表示を行なうために、他を遮
   る可能性の高い順に優先順位が付与された視覚対象物で
   あって指定された視点から見える範囲の物の選択、スク
   リーン上への変換、視覚対象物に属するポリゴンを構成
   するエッジの計算、および優先順位にしたがった隠顕処
   理を行ない表示装置に表示する模擬視界信号発生装置に
   おいて、ポリゴンのエッジデータについて、視点から遠いものか
   ら順に、 エッジデータの１画素を垂直方向と水平方向に
   所定数に分割した複数のサブピクセルとしてデコードす
   るデコーダと、ポリゴンのエッジデータのアドレス及び色情報を保持す
   るアクティブエッジメモリと、 前記デコードされた複数サブピクセルのエッジデータに
   ついて前記アクティブエッジメモリが保持するアドレス
   を、視点から遠いものから順に、上書きし、表示しよう
   とする１画素毎に読み出す１スキャンライン分のレジス
   タマトリクスと、 前記読み出された１画素における同一ポリゴンが占める
   レジスタマトリクスに書き込まれている同一アドレス数
   を計算する面積計算装置と、 前記面積計算装置がレジスタマトリクスから読み出した
   アドレスでアクティブエッジメモリを読み出し、そのア
   クティブエッジメモリの色情報を同一ポリゴンを表示す
   る間保持するとともに色信号データに変換する色計算装
   置と、 １画素について面積計算装置で計算されたレジスタマト
   リクスの同一アドレス数と色計算装置で計算された色デ
   ータを乗算し加えあわせて混合する混合部とを備えたこ
   とを特徴とする模擬視界信号発生装置。