JPH02253485A - コンピュータ・グラフィクスの描画データ形成方法 - 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］ 本発明はコンピュータ・グラフィクスの描画データ形成
方法、特に三次元図形データから二次元表示面で表示可
能な描画データを得るための改良された描画データ形成
方法に関するものである。

［従来の技術］ コンピュータを用いて図形処理するコンピュータ・グラ
フィクスはソリッド・モデリング、シミュレーションあ
るいは図形解析等の有力なツールとしてＣＡＤ分野その
他において広く実用化されてきている。

このようなコンピュータ・グラフィクスは、三次元図形
データを二次元ＣＲＴ上に表示するために描画データの
変換を行い、このときに隠面消去、陰影消去、陰影モデ
ル、高速の対話処理等のために高性能な機能を要求して
いる。

三次元図形データを二次元描画データに変換するアルゴ
リズムは幾つか提案されているが、いずれの場合におい
ても、三次元図形データを二次元フォーマットに変換す
るのに必要な行列の乗算が膨大になる欠点があり、この
ために高速処理と描画像のりアリティに関するトレード
オフが常に問題となる。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の変換アルゴリズムの一つとしてレイ・トレーシン
グが知られており、リアリティを追及する手法として好
適である。このレイ・トレーシング（光線追跡法）は視
界に入ってくる光線を逆に追うことにより視線と物体と
が交わる点の色あるいは輝度を求めてこれをスクリーン
上に着色して行くものであり、陰影図形の二次元表示手
法としても極めて優れている。

しかしながら、このレイ拳トレーシングは複雑でリアル
な画像が生成できる一方において、個々にの画素あるい
は画素の集まりに対する計算が必要なために膨大な計算
量と長時間を要するという欠点があった。

従って、レイ・トレーシングでは、描画すべき図形デー
タベースからＣＲ７画面上に絵が現れるまでに多大の時
間を要し、高速描画を達成できないという問題があった
。

従来において、このレイ・トレーシングを改良するいく
つかの提案がなされており、例えばアルゴリズムの並列
性を生かして並列マシン構成とする方法があるが、もち
ろん、このような並列マシンを設けた場合に、グラフィ
クス装置自体が著しく高価となり、実用性が阻害される
という問題があった。

特に、レイ・トレーシングの前述した高速処理の問題は
ＣＡＤ、ＣＡＭ等の分野におけるインターラクティブな
処理を行う場合の障害となり、物体の回転、拡大あるい
は縮小、移動等の処理における必要時間を列置実用的な
待ち時間に抑制することはできなかった。

一方、描画データを形成するための高速処理方法として
三次元画像データを多角形分割して処理する方法が知ら
れている。このような多角形レンダリング手法は、例え
ばＺバッファ法として知られており、画面上の全ての画
素にＺ値、すなわち深度を与え、このＺ値を用いて物体
の相対的な前後関係を定めている。

従って、Ｚバッファ法によれば、各画素を近似式によっ
て得た頂点輝度を用もすて補間法により求めることがで
き、描画処理を高速度で実行可能である。

しかしながら、この多角形レンダリング法では、微細な
画像データを忠実に表現できないために、リアリティに
欠ける欠点があり、特に景観シミュレーシヨン等の高度
のりアリティが要求される分野では好ましい表示作用が
得られないという問題があった。

本発明は上記従来の課題に鑑みなされたものであり、そ
の目的は、高速処理とりアリティとを両立させた広範囲
の分野で高い実用性を持った描画データ作成方法を提供
することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明は、レイ・トレーシ
ング手法と多角形レンダリング手法とを組み合わせ、汎
用性の高い描画データ形成を可能としたものである。

すなわち、本発明によれば、三次元画像データは、まず
所定の分割数にて多角形分割される。そして、このよう
にして分割された多角形の頂点がレイ・トレーシングに
よりその色あるいは明るさに対応した輝度情報として取
り込まれる。

そして、次に、各多角形の多角面は２バツフア法等の手
法によって輝度補間され、前記頂点輝度と共に各輝度デ
ータが描画データとして記憶される。

〔作用〕

従って、本発明によれば、計算量の多いレイ・トレーシ
ングは多角形分割された頂点のみに対して行われ、その
他の多角面については高速処理可能な輝度補間にて各輝
度が求められる。

従って、変換処理が著しく高速になると共に、所望の分
割数で定められた頂点はレイ・トレーシングによってリ
アリティの高い輝度データを与え、更に各多角面の輝度
も前記リアリティの高い頂点輝度にて輝度捕間するので
、全体として従来の２バッファ法のみによる描画データ
と異なり、著しくリアリティの高いデータを形成するこ
とが可能となる。

［実施例］ 以下、図面に基づいて本発明の好適な実施例を説明する
。

第２図には本発明を用いた処理装置が示されており、三
次元図形データはＣＳ　Ｇ　（ＣＯｎＳｔｒｕｅｔｉＶ
（１１Ｓｏｌｉｄ　Ｇｅｏｗｅｔｏｒｙ）モデルとして
データベースストレージ１０に記憶されている。

前記データベースストレージ１０のメモリデータはデー
タベース管理部１２によって制御されており、データベ
ースの作成及び編集が行われる。

前記データベース管理部１２によって取り出された図形
データは多角形分割部１４によって所定数の多角形に分
割され、この分割数は自動的に設定されあるいは対話的
に与えることができる。

前記多角形分割部１４による分割数は必要な描画データ
の要求品質によって定まり、このようにして求められた
分割データは、次にレイ・トレーシング演算部１６へ送
られ、後述の如く、各分割された多角形の頂点に対して
のみレイΦトレーシングが施されて、その頂点輝度が求
められる。

次に、前記頂点輝度は輝度補間部１８に送られ、実施例
において、この輝度補間部１８は２バッファ部からなり
、スムース・シェーディング（ゴロ−・シェーディング
あるいはフオーム・シェーディング等）により各多角面
の輝度が各頂点輝度を利用して補間により求められる。

メモリ２０はバッファメモリからなり、前記レイ・トレ
ーシング演算部１６により求められた頂点輝度データ及
び輝度補間部１８によって得られた多角面の輝度データ
が記憶され、実際上多角形内部が塗り潰された状態で色
′あるいは明るさが輝度情報として記憶される。

前記メモリ２０の内容は表示コントローラ２２によって
読み出され、表示部であるＣＲＴ２４にメモリ２０内に
記憶された描画データが表示される。

第１図には本発明に係る描画データ形成方法の好適な実
施例が示され、前述した第２図の処理装置で用いられる
本発明の各工程が示されている。

第１図において、符号１００は本実施例で用いられる三
次元図形データを示し、図において円柱が例示されてい
る。

この円柱１００は前述した多角形分割部１４によって、
まず自動的あるいは対話形式によって与えられた分割数
で多角形、すなわち多面体に分割され、順次レイ・トレ
ーシング演算部１６によって各分割された多角面の頂点
輝度が求められる。

従って、第１図において図形データである円柱１００は
図示の如く六角柱２００に弯換されていることが明らか
である。

もちろん、このときの分割数はその数を増加するほど画
素単位の完全レイ・トレーシングに近付くので必要なり
アリティと処理速度に応じて前記分割数が任意に定めら
れる。

前記頂点レイ・トレーシングの概要が第３図に示されて
おり、実施例で用いられる六角柱２００の各頂点を視点
５０から見た時にその中間に配置したスクリーン５２に
投影されるデータを二次元描画データの輝度情報として
取り込む。もちろん、実際上、六角柱２００の多面体分
割モデルはその位置座標、反射係数等の属性値によって
物体が表現されており、またこの物体２００に照射する
光の光源は必要に応じて点光源あるいは面光源とされ、
その位置座標及び輝度も任意に選択される。

従って、図示の如く多面体に分割された各頂点は視点５
０からの光線によってスクリーン５２上の交点をその頂
点座標として定め、このときの輝度をレイ・トレーシン
グ手法によってメモリ２０へ：己憶する。

以上のようにして得られた多面体２００は次に第２図に
示した輝度補間部１８によって各多角面が輝度補正され
、実施例においてはＺバッファ法により６求められた頂
点輝度を用いて多角形内部をスムース・シェーディング
し、例えば第１図の六角柱３００の如く斜線を施した面
の輝度が補間法によって求められる。

従って、膨大な計算を必要とするレイ・トレーシンクは
単に多角形に分割した頂点のみに対して行われ、更にこ
のようにして求められた頂点輝度を用いて各多角面の輝
度が補間演算にて求められるので、高速処理でありなが
ら、リアリティの高い描画データを得ることができる。

前述した如（前記頂点輝度及び多角面輝度はバッファメ
モリ２０に記憶され、表示コントローラ２２によってＣ
ＲＴ２４へ表示される。

以上のようにして図形データとしての円柱１００は実施
例における六角柱の多面体として処理され、これによっ
てレイ・トレーシングを行う画素数が従来の全ピクセル
に対し本発明では選ばれた頂点のみとなるので、飛躍的
にレイ・トレーシング演算量が減ると共に、多角面に関
してはレイ・トレーシングで求められた輝度で捕間する
ので、リアリティをあまり低下させることなく、高速度
で描画データを得ることが可能となる。

［発明の効果］ 以上説明した如く、本発明によれば、従来におけるレイ
・トレーシングと多角形レンダリングとを組み合わせて
、リアリティと高速性とを両立させ、広汎に用いられる
コンピュータグラフィクス用の二次元描画データ作成を
可能とする。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る描画データ作成方法の好適な実施
例を示す説明図、 第２図は本発明が適用された処理装置の説明図、第３図
は本発明で用いられる頂点レイ・トレーシングの概要を
示す説明図である。 １０　・・・　図形データベースストレージ１４　・・
・　多角形分割部 １６　・・・　レイ・トレーシング演算部１８　・・・
　輝度補間部 ２０　・・・　メモリ １００　・・・　図形データ ２００　　・・・　多角形データ ３００　・・・　描画データ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 三次元図形データから二次元表示面に表示可能な描画デ
   ータを形成するコンピュータ・グラフィクスの描画デー
   タ形成方法において、 図形データを所定の分割数で多角形分割する多角形分割
   工程と、 前記分割された各多角形の頂点輝度をレイ・トレーシン
   グにより求める頂点レイ・トレーシングと、 前記各多角形の内部をその頂点輝度により輝度補間する
   多角形レンダリングと、 前記頂点輝度と多角面の補間輝度とを描画データとして
   記憶する工程と、 を含み、短時間にリアリティの高い描画データを求める
   ことを特徴とするコンピュータ・グラフィクスの描画デ
   ータ作成方法。