JPH02127785A - 画像表示装置 - 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、空間中の複数の多面体を２次元画像として表
示するための画像表示装置に関する。

〔従来の技術〕

コンピュータ・グラフィックス等で行われるように、複
数の多面体をスキャンラインごとに隠れ面を消去して陰
影づけられた２次元画像として画面上に表示する場合、
まず、各多面体を構成する各多角形の頂点座標を射影平
面に奥行きを加えた像空間の座標形に変換して、各頂点
の画面上における列番地と行番地と奥行きの値とを求め
る。また、光源や視点の位置などに基づいて上記の各多
角形の各頂点の輝度を求める。

次に、スキャンラインごとにスキャンライン平面と多角
形を構成する稜線との交わりを求め、セグメントを作成
する。

そして、スキャンライン・アルコリズムと呼ばれる方法
によりセグメントの表示する区間を求める。

最後に、各セグメントの画面に表示する区間に含まれた
画素に対応する輝度とその値を書き込むためのアドレス
とを求め、フレームメモリの指定されたアドレスに輝度
を書き込む。

なお、輝度計算やスキャンライン・アルコリズムの詳細
は、例えば、文献：山口富士夫、コンピュータデイスプ
レィによる図形処理工学、第５章　隠れ面消去問題２日
刊工業新聞社（昭和５６年）に記載されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の画像表示装置におけるフレームメモリはランダム
・アクセスにより書き込むメモリを使用しており、画面
上の各画素の輝度とその値を書き込むためのフレームメ
モリのアドレスとを求め、そのアドレスに輝度を書き込
んでいた。この方法では輝度計算の他にメモリに書き込
むためのアドレスを指定する必要がある。

このため、アドレスを生成するための手段が必要である
という問題点がある。

また、ランダム・アクセス・メモリは任意のアドレスに
対して書き込みができるような構成をとっているため、
メモリ容量が増えると指定されたアドレスにデータを書
き込むのに多くの時間を要する。このため、大容量のラ
ンダム・アクセス・メモリでフレームメモリを構成する
とフレームメモリへの書き込みに多くの時間を要する。

このため、高速に画像を表示するためには複数のフレー
ムメモリを用意しておき、フレームごとに順番に各フレ
ームメモリに書き込みを行うといった方法がとられてい
た。そのため、複数のフレームメモリを必要とし、さら
にフレームメモリの制御機構も必要であるという問題点
もある。

本発明の目的は、画面上の各画素の輝度を表示順に発生
するため、フレームメモリのアドレス計算を必要とせず
、このため書き込み速度の遅いランダム・アクセス・メ
モリで高速表示させるための複数のフレームメモリやフ
レームメモリの制御機構を必要としないため、少ないメ
モリ容量でかつ簡単な制御により高速に画像表示が行え
る画像表示装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の画像表示装置は、３次元空間中の複数の多面体
をスキャンラインごとに隠れ面消去して画面上に表示す
るための画像表示装置において、前記多面体を構成する
各多角形と前記画面上のスキャンラインを奥行き方向に
延ばしてできるスキャンライン平面との交線であるセグ
メントを表す情報としての前記セグメントの両端点にお
ける列番地と奥行きと輝度とをセグメント情報として発
生するセグメント発生部と、前記各スキャンラインでの
各セグメントのうちの前記画面上に表示すべき区間の両
端の列番地と輝度とによって表される表示セグメント情
報および前記各セグメントが表示されずに背景を表示す
べき各区間における両端の列番地と輝度とによって表さ
れる表示背景情報を表示情報として発生する表示情報発
生部と、前記表示情報を一方の端点の列番地に対応する
アドレスに記憶するための表示情報記憶部と、前記表示
情報記憶部から読み出した表示情報に基づいて次に読み
出す表示情報のアドレスを求めて上記表示情報記憶部に
送るアドレス生成部と、前記表示情報記憶部から読み出
された表示情報から前記表示情報によって示される区間
内に含まれる画素の輝度を列番地の順に計算する画素輝
度計算部と、前記画面上の各画素の輝度を前記画素輝度
計算部が求めた順に前記画面上に表示する表示部とを備
えて構成されている。

〔作用〕

本発明の、多面体を表示するための画像表示装置におけ
る画像表示方法について説明する。

セグメント発生部は、画面上の各スキャンラインを奥行
き方向に延ばしてできるスキャンライン平面と多面体を
構成する各多角形との交線であるセグメントの両端の列
番値と奥行き値と輝度とを求め、これをセグメント情報
として発生する。

表示情報発生部はセグメント情報に基づいて、まず、あ
る区間で重なりのあるセグメント同士で前後判定を行い
、各セグメントの画面に表示するべき区間である表示セ
グメント区間の端点の列番値と輝度とを表示セグメント
情報として求める。

次に、スキャンラインの全区間がら表示セグメント区間
を除去した背景区間の端点の列番値と輝度とを表示背景
情報として求める。ただし背景区間の端点の輝度とは背
景色の輝度であり、両端において同じである。そして表
示セグメント情報と表示背景情報とを表示情報として発
生する。

表示情報記憶部は列番地の数だけの表示情報を記憶する
メモリを持ち、表示情報を一方の端点の列番地に対応す
るアドレスに記憶する。

アドレス生成部は、表示情報記憶部が出力した表示情報
のうちで表示情報記憶部のアドレスに対応した端点とは
逆の端点の列番地から、その列番地に対応するアドレス
を求めて発生する。このアドレスは次に読み出す表示情
報の一方の端点の列番地に対応するアドレスになってい
る。このような方法により、表示情報を一方の端点の列
番地の順に効率よく読み出すことができる。

画素輝度計算部は、一方の端点の列番地の順に送られて
きた表示情報を受取り、各表示情報の一方の端点の列番
地によって表される画素の輝度から順にその表示情報に
よって表される区間内の各画素の輝度を表示情報から求
める。なお、表示情報には表示セグメント情報と表示背
景情報の２種類の場合があるが、どちらも両端の列番地
と輝度とで表されるので同じ方法で区間内の輝度を求め
られる。このため各スキャンラインにおいて、各画素の
列番地の順に輝度を求めることになる。

表示部では、画素輝度計算部で求めた輝度を発生順に画
面に表示する。このため、フレームメモリに輝度を書き
込むための列番地を発生しなくて済む。また、フレーム
メモリに大容量だが書き込み速度の遅いメモリを使用し
なくて済むため、高速に画像を表示するために従来用い
られてきた複数のフレームメモリやフレームメモリの制
御機構を必要としない。このためメモリ容量を減少でき
かつ制御機構が簡単になる。

〔実施例〕

以下、図面により本発明の一実施例を説明する。

第１図は本発明の実施例を示すブロック図である。第１
図に示すように、３次元空間中の多面体を構成する各多
角形の情報からスキャンラインごとにセグメント情報１
１を発生するセグメント発生部１が設けられている。

第２図はセグメントを示す説明図である。第２図に示す
ように、セグメント２３は画面に基づいた座標系におけ
る多角形２２とスキャンラインを奥行き２方向に延ばし
たスキャンライン平面２１との交差によって形成される
線分である。

第３図はセグメント情報を示す説明図である。

第３図に示すようにセグメント情報はセグメント２３の
左端の列番地ＬＸと奥行きＬＺと輝度（カラー画像の場
合には例えば赤、緑、青の３成分ＬＲ，ＬＧ、ＬＢ）お
よび右端の列番地ＲＸと奥行きＲＺと輝度（上と同様に
ＲＲ，ＲＢ、ＲＧ）とである。なおセグメント情報の求
め方は、例えば、文献二山ロ富士夫監訳、実践コンピュ
ータグラフィックス、第２章　ラスタスキャングラフィ
ックス２日刊工業新聞社（昭和６２年）に記載されてい
る。

第４図は表示情報発生部２の一例を示すブロック図であ
る。第４図に示すように、まず表示セグメント作成部４
１では、セグメント情報１１がらセグメントのうちで画
面に表示されない部分を削除することによって得られる
表示セグメントを表す表示セグメントを表す表示セグメ
ント情報１４１を作成する。

第５図は表示セグメントを示す説明図である。

第５図に示すように、表示セグメントはＺ軸を視線方向
（奥行き）、Ｘ軸をスキャンライン方向としたとき、セ
グメント５１の内でセグメント５５．５６が隠す隠れ部
分５２．５４を削除した５３である。また、どのセグメ
ントにも隠されないセグメント５５．５６も表示セグメ
ントに含める。表示セグメント情報１４１は表示セグメ
ントの両端点の列番地と輝度とからなる。表示セグメン
ト情報１４１は２つのセグメントを比較し、隠れ部分を
削除して残ったセグメントの一部区間の端点における列
番地と奥行きと輝度とを求める作業を、すべてのセグメ
ントの組合せにおいて順次行うことによって求められる
。

次に表示背景作成部４２は、各セグメントが表示されず
に背景を表示すべき区間となる表示背景区間を表す表示
背景情報１４２を表示セグメント情報１４１の一部であ
る表示セグメントの両端の列番地から作成する。第６図
は表示背景区間を示す説明図である。第６図に示すよう
に表示背景区間は、Ｚ軸を視線方向、Ｘ軸をスキャンラ
イン方向としたとき、スキャンラインのうちでセグメン
）６１．６２の存在しない表示背景区間６３〜６５であ
る６表示背景情報１４２は表示セグメント情報１４１と
同様に、表示背景区間の両端の列番地と輝度（背景色）
とからなる。表示背景情報１４２は、スキャンラインの
両端の列番地によって表される区間から各表示セグメン
トの存在する区間を順次削除することによって求める。

表示セグメント情報１４１と表示背景情報１４２とによ
って表示情報１２を表す。

第７図は表示情報記憶部３のメモリマツプを示す説明図
である。第７図に示すように、表示情報の一方の端点の
列番地と両端の輝度（以下、赤、緑、青の３成分がある
場合について述べる）とを記憶する領域を１スキヤンラ
インの列番地の数Ｎ個分用意しておく。表示情報記憶部
３は、表示情報発生部２が出力した表示情報１２におけ
る左端の列番地ＬＸ、（ｉ＝１．２．・・・、に、には
表示情報の数）に対応するアドレスＡ＋の示す領域に右
端の列番地ＲＸＩと左端の輝度ＬＲＩＬＧ＋、ＬＢ１と
右端の輝度ＲＲｔ　、ＲＧＩＲＢＩとを書き込む。ただ
しＬ　Ｘ　ｔ　＜　Ｌ　Ｘ　ｔ＋１（ｉ＝１．２．・・
・、に−１）となるように表示情報の番号ｉを定める。

また、上で述べた右端と左端を逆にする方法も考えられ
るが、上で述べた場合と基本的に変わらないため省略す
る。このような書き込みを行うことによって、以下に示
す理由により表示情報を左端の列番地ＬＸＩの小さい順
に読み出すことができる。それは、表示情報によって表
されるどの表示区間も端点以外で重なることはなく、ま
たすべての表示区間によってスキャンライン全体を覆う
。このため、Ｌ　Ｘ　＋はスキャンラインの左端の列番
地と一致し、さらにＲＸ。

＝ＬＸＩ＋１　（ｉ＝１，２．・・・、に−１）となる
。

このことから、まずアドレス生成部４はスキャンライン
の左端の列番地に対応するアドレスＡ□を出力する。こ
のアドレスＡ１を受けて表示情報記憶部３はＡｌに記憶
しておいた表示情報を出力する０次に、アドレス生成部
４は表示情報１３を受は右端の列番地ＲＸ１からＬＸ２
＝ＲＸ１であることを利用してアドレスＡ２を求める０
表示情報記憶部３はアドレスＡ２を受けてＡ２に記憶し
ておいた表示情報を読み出す。このようにしてアドレス
生成部４ではアドレスＡ２　、　Ａｇ　、　Ａ４　、・
・・を順次出力し、表示情報記憶部３はそれぞれのアド
レスに記憶しておいた表示情報を順番に出力する。そし
て、左端の列番地の小さい順に表示情報を出力する。な
お、上では表示区間の端点て重なりがあるように表示情
報を定義した場合、すなわちＲＸＩ＝ＬＸｌ＋１とした
場合で説明したが、表示区間の端点て重なりのないよう
に表示情報を定義した場合、すなわちＲＸｌ＋１＝ＬＸ
ｌや、とした場合でも上で説明した方法と同様にして、
左端の列番地の小さい順に表示情報を出力できる。

画素輝度計算部５では、このように左端の列番地の小さ
い順に送られてきた表示情報１３から、その情報によっ
て表される表示区間内に存在する画素の輝度を列番地の
小さい順に求める。その求め方には多くの方法が知られ
ているが、例えば表示情報から列番地の増分ΔＸに対す
る輝度増分△工の比に＝ΔＸ／ΔＩを求めて、左端の輝
度にｋを順次加えることによって表示区間内の輝度を順
番に求める。したがって、スキャンライン内の各画素の
輝度を列番地の小さい順に求めることになる。

表示部６では、画素輝度計算部５で求めた輝度１５が列
番地の順に到達するため、ラスラスキャン形のデイスプ
レィなどに直接表示できる。また、次のようにフレーム
メモリを用いてもよい。

フレームメモリとしては、読み出しと書き込みを非同期
にできかつ高速書き込みのできる、シリアル・イン・ボ
ート等を持つメモリを使用する。こうしたメモリを用い
て、画素輝度計算部５で求めた輝度を発生順に記憶し、
書き込みとは非同期に画面に表示する順に読み出しを行
う、こうすることにより、フレームメモリを意識せずに
直接画面に表示する場合と同様に画面表示ができる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明の画像表示装置を用いること
によって、表示情報を一方の端点の列番地の順に並べ変
えて発生できる。さらに、各表示区間内の各画素の輝度
を列番地の順に計算するため、画面上の各画素の輝度を
列番地の順に発生できる。すなわち、画面の表示順に各
画素の輝度を発生できる。そのため、高速表示のために
従来用いられていた複数のフレームメモリやフレームメ
モリを制御する機構を使用しなくて済むため、従来の画
像表示装置に比べて少ないメモリ容量でかつ簡単な制御
によって高速に画像を表示することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すブロック図、第２図はセ
グメントを示す説明図、第３図はセグメント情報を示す
説明図、第４図は表示情報発生部の一例を示すブロック
図、第５図は表示セグメントを示す説明図、第６図は表
示背景区間を示す説明図、第７図は表示情報記憶部のメ
モリマツプを示す説明図である。 １・・・セグメント発生部、２・・・表示情報発生部、
３・・・表示情報記憶部、４・・・アドレス生成部、５
・・・画素輝度計算部、６・・・表示部、１１・・・セ
グメント情報、１２．１３・・・表示情報、１４・・・
アドレス、１５・・・輝度、２１・・・スキャンライン
平面、２２・・・多角形、２３，５１，５５，５６，６
１．６２・・・セグメント、４１・・・表示セグメント
作成部、４２・・・表示背景作成部、１４１・・・表示
セグメント情報、１４２・・・表示背景情報、５２．５
４・・・隠れ部分、５３・・・表示セグメント、６３．
６４．６５・・・表示背景区間。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ３次元空間中の複数の多面体をスキャンラインごとに隠
   れ面消去して画面上に表示するための画像表示装置にお
   いて、前記多面体を構成する各多角形と前記画面上のス
   キャンラインを奥行き方向に延ばしてできるスキャンラ
   イン平面との交線であるセグメントを表す情報としての
   前記セグメントの両端点における列番地と奥行きと輝度
   とをセグメント情報として発生するセグメント発生部と
   、前記各スキャンラインでの各セグメントのうちの前記
   画面上に表示すべき区間の両端の列番地と輝度とによっ
   て表される表示セグメント情報および前記各セグメント
   が表示されずに背景を表示すべき各区間における両端の
   列番地と輝度とによって表される表示背景情報を表示情
   報として発生する表示情報発生部と、前記表示情報を一
   方の端点の列番地に対応するアドレスに記憶するための
   表示情報記憶部と、前記表示情報記憶部から読み出した
   表示情報に基づいて次に読み出す表示情報のアドレスを
   求めて上記表示情報記憶部に送るアドレス生成部と、前
   記表示情報記憶部から読み出された表示情報から前記表
   示情報によって示される区間内に含まれる画素の輝度を
   列番地の順に計算する画素輝度計算部と、前記画面上の
   各画素の輝度を前記画素輝度計算部が求めた順に前記画
   面上に表示する表示部とを備えたことを特徴とする画像
   表示装置。