JPH04220782A - 三次元画像表示処理方法 - 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】

【０００１】（目次） 産業上の利用分野（図８） 従来の技術（図９乃至図１１） 発明が解決しようとする課題（図１２乃至図１４）課題
を解決するための手段（図１） 作用 実施例 （ａ）一実施例の説明（図１２乃至図７）（ｂ）他の実
施例の説明 発明の効果

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は、アルファ・ブレンディ
ング法により透明物体を表示するための三次元画像表示
処理方法に関する。

【０００３】近年のハードウェアの進歩に伴い、コンピ
ュータによる高速な三次元画像表示が可能となってきた
。この基礎技術としてＺバッファ法が知られている。 Ｚバッファ法は、三次元空間上に配置された物体をある
視点から見た場合の物体の重なりによる隠面を消去する
方法の一つであり、特に高速な三次元画像表示のために
は不可欠な技術である。

【０００４】図８はＺバッファ法の説明図である。

【０００５】Ｚバッファ法は、図８（Ｃ）、（Ｄ）に示
すように、画面の各画素毎に、視点からの最近の図形の
奥行方向の位置であるＺ値を格納するＺバッファ７と、
その図形の画素値を格納する画素値バッファ８とを用い
る。

【０００６】そして、図８（Ａ）に示すように、表示し
ようとする図形（ここでは三角形を例にとる）の各画素
のＺ値（視点からの奥行方向の位置）と、図８（Ｂ）に
示すように、その図形の各画素の画素値を計算し、その
Ｚ値がＺバッファ７の対応する画素のＺ値より、視点に
近ければ、図８（Ｅ）、（Ｆ）のように、画素値バッフ
ァ８とＺバッファ７の対応する画素の内容を、表示しよ
うとする図形中の画素のＺ値と画素値で置き換え（図８
（Ｅ）、（Ｆ）の太線部分）、遠ければ、Ｚ値と画素値
の置き換えを行わないことにより、最終的に視点から見
える表面或いは表面の一部だけを表示する方法である。

【０００７】このＺバッファ法の欠点は、物体を不透明
と考え、その前後関係を判定するだけであるため、透明
物体が表示出来ないことである。

【０００８】このため、透明物体も三次元表示できる三
次元表示処理技術が求められる。

【０００９】

【従来の技術】図９は従来技術の説明図である。

【００１０】透明物体を表示するものとして、図９に示
すように、画素値バッファ８の画素毎に、表示すべき物
体に対応する画素の情報（画素値、Ｚ値、透明度）を、
出現順にリストとして保存しておき、全ての物体の情報
が集まったところでＺ値でソートして、不透明物体が現
れるまで、透明度を考慮して画素値を確定する方法があ
る。

【００１１】この方法によれば、透明物体を含めた三次
元画像表示が正しく行えるが、リストの作成には、膨大
なメモリが必要であり、しかもリストをＺ値でソートす
る必要があり、膨大な演算が必要となり、ハードウェア
化もしにくいという欠点がある。

【００１２】そこで、透明物体を含めた三次元画像表示
は正しく行えなくてもよいが、高速に透明感が得られる
方法として、アルファ・ブレンディング法が提案されて
いる。この方法は、Ｚバッファ法で隠面消去を行うが、
Ｚバッファの他に物体の透明度を格納するαバッファを
用意し、透明物体を表示する際に、それまで画素値バッ
ファ８に格納されている対応する画素の画素値に、その
物体の透明度に応じた透明物体の画素値を加えていくも
のである。

【００１３】図１０及び図１１は従来のアルファ・ブレ
ンディング法の説明図である。

【００１４】図１０（Ａ）に示すように、Ｚバッファ７
と画素値バッファ８の他に、αバッファ９を設け、入力
バッファ２に入力される表示データを、プロセッサ（Ｍ
ＰＵ）１がアルファ・ブレンディング処理する。

【００１５】例えば、図１０（Ｂ）のように、Ｚ値がＺ
１の透明物体（透明度ａ＝０．５、画素値Ｄ＝８）が表
示されている時に、Ｚ値がＺ２の不透明物体（透明度ａ
＝０．０、画素値Ｄ＝１６）を表示する場合を考える。

【００１６】この時のＺバッファ７、αバッファ９、画
素値バッファ８の内容は、図１０（Ｂ）のように、Ｚ値
がＺ１の透明物体のものとなっている。Ｚ値がＺ２の不
透明物体は、一画素がＺ値がＺ１の透明物体と重なるが
、この時ブレンディング後の画素値Ｄｂは、次の（１）
式で計算される。

【００１７】

【数１】

【００１８】ここで、Ｄｔは透明物体の画素値、ａｔは
透明物体の透明度、Ｄｉは不透明物体の画素値である。

【００１９】透明物体と不透明物体が重ならない部分は
、透明物体の画素値、不透明物体の画素値がそのまま表
示されればよいので、アルファ・ブレンディング後のＺ
バッファ７、αバッファ９、画素値バッファ８の内容は
、図１０（Ｃ）に示すように変化する。

【００２０】これを処理フローで示すと、図１１のよう
になる。

【００２１】入力バッファ２から表示すべき図形の画素
情報（Ｘ、Ｙ、Ｚ、α、Ｄ）を読み込み、Ｚバッファ７
、αバッファ９、画素値バッファ８のＸ、Ｙに対応する
位置の内容を読出し、各々Ｚ’、α’　、Ｄ’　とする
。 フロセッサ１は、ＺとＺ’　とを比較し、ＺとＺ’との
うち視点に近い方のＺ値をＺ”とし、α値をα１とし、
Ｄ値をＤ１とし、ＺとＺ’とのうち視点に遠い方のα値
をα２とし、Ｄ値をＤ２とする。そして、更新透明度α
”を次の（２）式により計算する。

【００２２】

【数２】

【００２３】次に、前述の（１）式のＤｔにＤ１を、ａ
ｔにα１を、ＤｉにＤ２を代入し、Ｄ”を得る。そして
、Ｚバッファ７、αバッファ９、画素値バッファ８のＸ
、Ｙに対応する位置の内容を、Ｚ”、α”、Ｄ”で更新
する。

【００２４】このようにして、ガラス等の透明物体を介
した不透明物体の三次元表示が可能となる。

【００２５】

【発明が解決しようとする課題】図１２、図１３、図１
４は従来のアルファ・ブレンディング技術の問題点説明
図である。

【００２６】図１０（Ｃ）のブレンディングが行われた
後、Ｚ値がＺ３である不透明物体が、図１２（Ａ）のよ
うに、Ｚ値がＺ１である透明物体とＺ値がＺ２である不
透明物体との間に、挿入される場合、図１２（Ｂ）のよ
うに、Ｚ値がＺ２である不透明物体との後に、配置され
る場合がある。これらの場合に、図１１の従来のアルフ
ァ・ブレンディング法を適用すると、Ｚバッファ７、α
バッファ９、画素値バッファ８の内容と、Ｚ値がＺ３で
ある不透明物体の画素情報の内容とからブレンディング
処理され、図１３（Ａ）に示すように、ブレンディング
された画素値は、Ｚ値がＺ１である物体、Ｚ２である物
体、Ｚ３である物体の全ての対応する画素値が反映され
たものとなる。

【００２７】ところで、図１２（Ａ）の本来の状態は、
図１３（Ｂ）のように、Ｚ値がＺ３である不透明物体に
よって、Ｚ値がＺ２である不透明物体が隠され、見えな
い状態により、図１２（Ｂ）の本来の状態は、図１４（
Ａ）のように、Ｚ値がＺ２である不透明物体によって、
Ｚ値がＺ３である不透明物体が隠され、見えない状態に
ある。

【００２８】従って、正しい表示結果は、図１２（Ａ）
では、Ｚ値がＺ１である透明物体と、Ｚ値がＺ３である
不透明物体の画素値から、図１４（Ｂ）のように決定さ
れるべきであり、図１２（Ｂ）では、Ｚ値がＺ１である
透明物体と、Ｚ値がＺ２である不透明物体の画素値から
、図１４（Ｃ）のように決定されるべきである。

【００２９】このように、従来のアルファ・ブレンディ
ング法では、ハードウェア化を意識した高速性に重点を
置いているため、物体の順番にかかわらず、１つの物体
しかないと見なして、処理するため、物体が多重化する
と、透明物体を正しく表示できないという問題があった
。

【００３０】従って、本発明は、物体が多重化しても、
透明物体を正しく表示することができる三次元画像表示
処理方法を提供することを目的とする。

【００３１】

【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理図で
ある。

【００３２】本発明の請求項１は、各画素毎の視点から
の最近の物体の奥行位置であるＺ値を格納するＺバッフ
ァ７と、該各画素毎に該最近の物体の透明度を格納する
αバッファ９と、各画素の画素値を格納する画素値バッ
ファ８と、処理部１とを有し、表示しようとする物体の
Ｚ値と該Ｚバッファ７のＺ値との比較により隠面消去を
行うとともに、該αバッファ９の透明度と、該表示しよ
うとする物体の画素値とに基づいて新画素値を算出して
、透明物体の表示を行う画像処理装置において、該最近
の不透明物体のＺ値を格納する不透明Ｚバッファ３と、
該最近の不透明物体の画素値を格納する不透明画素値バ
ッファ４とを設け、表示しようとする物体のＺ値と、該
不透明Ｚバッファ３のＺ値とを比較し、該表示しようと
する物体が該最近の不透明物体より遠い場合には、該表
示しようとする物体の画素値を画素値算出の対象とせず
、該表示しようとする物体が該最近の不透明物体より近
い場合で且つ該表示しようとする物体が該Ｚバッファ７
の該最近の物体より遠い場合には、該画素値バッファ８
の画素値と、該不透明画素値バッファ４の画素値と、該
αバッファ９の透明度とから該画素値を復元し、該表示
しようとする物体の画素値と、該αバッファ９の透明度
と、該復元画素値とに基づいて新画素値を算出すること
を特徴とする。

【００３３】本発明の請求項２は、請求項１において、
前記表示しようとする物体が透明物体の場合に、前記表
示しようとする物体の画素値と透明度と、前記αバッフ
ァ９の透明度と、前記復元画素値とに基づいて新画素値
を算出し、前記表示しようとする物体の透明度と前記α
バッファ９の透明度とから新透明度を算出し、前記新画
素値と前記新透明度と前記不透明画素値バッファ４の画
素値とに基づいて新画素値を算出することを特徴とする
。

【００３４】本発明の請求項３は、請求項１において、
前記表示しようとする物体が前記最近の不透明物体より
近い場合で且つ前記表示しようとする物体が該Ｚバッフ
ァ７の前記最近の物体より近い場合には、前記表示しよ
うとする物体が透明物体の場合に、前記画素値バッファ
８の画素値と、前記不透明画素値バッファ４の画素値と
、前記αバッファ９の透明度とから前記画素値を復元し
、前記表示しようとする物体の画素値と透明度と、前記
αバッファ９の透明度と、前記復元画素値とに基づいて
新画素値を算出し、前記表示しようとする物体の透明度
と前記αバッファ９の透明度とから新透明度を算出し、
前記新画素値と前記新透明度と前記不透明画素値バッフ
ァ４の画素値とに基づいて新画素値を算出することを特
徴とする。

【００３５】

【作用】透明物体と不透明物体の重なりを考察すると、
不透明物体に関しては、いったん現れると、その視点か
ら見た後ろの物体は全て見えない。即ち、表示される画
像には、視点に一番近い不透明物体までの情報があれば
よい。そこで、本発明の請求項１では、最近の不透明物
体のＺ値を格納する不透明Ｚバッファ３と、該最近の不
透明物体の画素値を格納する不透明画素値バッファ４と
を設けた。

【００３６】そして、後から表示される不透明物体が先
に表示されている不透明物体より視点から遠い場合に、
後の不透明物体の画素値をブレンディングしなければ、
正しい透明物体の表示ができる。そこで、表示しようと
する物体のＺ値と、不透明Ｚバッファ３のＺ値とを比較
し、表示しようとする物体が最近の不透明物体より遠い
場合には、表示しようとする物体の画素値を画素値算出
の対象としないようにした。

【００３７】又、後から表示される不透明物体が先に表
示されている不透明物体より視点に近い場合に、ブレン
ディングされた画素値を再計算できれば、正しい透明物
体の表示ができる。そこで、表示しようとする物体が最
近の不透明物体より近い場合で且つ表示しようとする物
体がＺバッファ７の最近の物体より遠い場合には、画素
値バッファ８の画素値と、不透明画素値バッファ４の画
素値と、αバッファ９の透明度とから画素値を復元し、
表示しようとする物体の画素値と、αバッファ９の透明
度と、復元画素値とに基づいて新画素値を算出するよう
にした。

【００３８】本発明の請求項２では、表示しようとする
物体が透明物体の場合でも、この透明物体の透明度を考
慮した多重の透明物体の表示ができる。

【００３９】本発明の請求項２では、表示しようとする
物体が透明物体で最も視点に近い場合でも、この透明物
体の透明度を考慮した多重の透明物体の表示ができる。

【００４０】

【実施例】（ａ）一実施例の説明 図２は本発明の一実施例構成図であり、図中、図１及び
図１０で示したものと同一のものは、同一の記号で示し
てある。

【００４１】図２において、Ｚバッファ７、αバッファ
９、画素値バッファ８、不透明Ｚバッファ３、不透明画
素値バッファ４は、１つのメモリで構成されている。

【００４２】図３、図４は本発明の一実施例の三次元画
像処理フロー図であり、図５は本発明の一実施例の説明
図、図６は不透明物体の後に挿入される場合の説明図、
図７は透明物体と不透明物体の間に挿入される場合の説
明図である。

【００４３】■プロセッサ１は、入力バッファ２から表
示すべき物体の画素情報（Ｘ、Ｙ、Ｚ、α、Ｄ）を読み
込み、不透明Ｚバッファ３のＸ、Ｙに対応する位置の内
容を読み込み、Ｚｕとする。

【００４４】■プロセッサ１は、ＺとＺｕとを比較する
。Ｚ＞Ｚｕなら、図５（Ａ）、図６のように、表示すべ
き物体が不透明物体の後（遠く）にあり、不透明物体で
隠されるため、図６のように、全バッファ３、４、７、
８、９の内容を変更せず、ステップ■に戻る。

【００４５】■表示すべき物体が不透明物体の後（遠く
）になければ、プロセッサ１は、Ｚバッファ７、αバッ
ファ９、画素値バッファ８、不透明画素値バッファ４の
Ｘ、Ｙに対応する位置の内容を読み込み、それぞれＺ’
、α’、Ｄ’、Ｄｕとする。更に、プロセッサ１は、Ｚ
とＺ’とを比較する。Ｚ＞Ｚ’なら、図５（Ｂ）、（Ｃ
）のように、表示すべき物体が透明物体と不透明物体の
間にあるため、ステップ■に進み、Ｚ＜Ｚ’なら図５（
Ｄ）、（Ｅ）のように、表示すべき物体が透明物体の前
にあるため、ステップ■（図４のＢ）に進む。

【００４６】■表示すべき物体が透明物体と不透明物体
の間にあるなら、先ず画素値を復元する。復元画素値Ｄ
１を、画素値バッファ８のＤ’、不透明画素値バッファ
４のＤｕ、αバッファ９のα’を用い、次の（３）式で
計算する。

【００４７】

【数３】

【００４８】次に、プロセッサ１は、表示すべき物体の
透明度αが「０」（不透明）でないかを判定する。αが
「０」（不透明）でないと、表示すべき物体は透明の場
合（図５（Ｃ）の場合）であるので、ステップ■（図４
のＡ）に進む。

【００４９】一方、αが「０」（不透明）であると、表
示すべき物体は不透明の場合（図５（Ｂ）の場合）であ
るので、図７に示すように、復元画素値Ｄ１、αバッフ
ァ９のα’、表示すべき物体の画素値Ｄを用いて、次の
（４）式で新画素値Ｄ”を計算する。

【００５０】

【数４】

【００５１】この式は、（１）式と同一である。そして
、画素値バッファ８と、不透明Ｚバッファ３と、不透明
画素値バッファ４のＸ、Ｙに対応する位置の内容を、そ
れぞれ新画素値Ｄ”、Ｚ，Ｄで更新し、ステップ■に戻
る。

【００５２】■αが「０」（不透明）でないと、表示す
べき物体は透明の場合であるので、図５（Ｃ）に示すよ
うに２つ透明物体が並ぶため、新画素値Ｄ”と統合透明
度α”を計算する。

【００５３】先ず、復元画素値Ｄ１、αバッファ９のα
’、表示すべき物体の画素値Ｄ、透明度αを用い、新画
素値Ｄ”を次の（５）式で計算する。

【００５４】

【数５】

【００５５】次に、αバッファ９のα’、表示すべき物
体の透明度αを用い、統合透明度α”を次の（６）式で
計算する。

【００５６】

【数６】

【００５７】更に、新画素値Ｄ”、統合透明度α”、不
透明画素値バッファ４の画素値Ｄｕを用い、新画素値Ｄ
”を次の（７）式で計算する。

【００５８】

【数７】

【００５９】そして、αバッファ９、画素値バッファ８
のＸ、Ｙに対応する位置の内容を、それぞれ統合透明度
α”、新画素値Ｄ”で更新して、ステップ■に戻る。

【００６０】■ステップ■で、表示すべき物体が透明物
体の前にある場合には、プロセッサ１は、表示すべき物
体の透明度αが「０」（不透明）でないかを判定する。 αが「０」（不透明）でないと、表示すべき物体は透明
の場合（図５（Ｅ）の場合）であるので、ステップ■に
進む。

【００６１】一方、αが「０」（不透明）であると、表
示すべき物体は不透明の場合（図５（Ｄ）の場合）であ
るので、他の物体はこれにより隠れるので、Ｚバッファ
７、αバッファ９、不透明Ｚバッファ３、不透明画素値
バッファ４のＸ、Ｙに対応する位置の内容を、それぞれ
表示すべき物体のＺ値Ｚ、透明度α、Ｚ値Ｚ、画素値Ｄ
で更新して、ステップ■に戻る。

【００６２】■ステップ■で、αが「０」（不透明）で
ないと、表示すべき物体は透明の場合（図５（Ｅ）の場
合）であるので、ステップ■の（３）式で復元画素値Ｄ
１を計算する。表示すべき物体は透明の場合であるので
、図５（Ｅ）に示すように、２つ透明物体が並ぶため、
新画素値Ｄ”と統合透明度α”を計算する。

【００６３】先ず、復元画素値Ｄ１、αバッファ９のα
’、表示すべき物体の画素値Ｄ、透明度αを用い、新画
素値Ｄ”を次の（８）式で計算する。

【００６４】

【数８】

【００６５】次に、αバッファ９のα’、表示すべき物
体の透明度αを用い、統合透明度α”をステップ■の（
６）式で計算する。

【００６６】更に、新画素値Ｄ”、統合透明度α”、不
透明画素値バッファ４の画素値Ｄｕを用い、新画素値Ｄ
”をステップ■の（７）式で計算する。

【００６７】そして、Ｚバッファ７、αバッファ９、画
素値バッファ８のＸ、Ｙに対応する位置の内容を、それ
ぞれ表示すべき物体のＺ値Ｚ、統合透明度α”、新画素
値Ｄ”で更新して、ステップ■に戻る。

【００６８】このようにして、物体が多重化しても、正
しく透明物体を三次元表示できる。

【００６９】（ｂ）他の実施例の説明処理部をプロセツ
サとし、プログラムにより実施した例で示したが、ハー
ドウェアによって実現してもよい。

【００７０】以上本発明を実施例により説明したが、本
発明の主旨の範囲内で種々変形が可能であり、本発明の
範囲からこれらを排除するものではない。

【００７１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
次の効果を奏する。

【００７２】■不透明Ｚバッファと不透明画素値バッフ
ァを設け、表示しようとする物体が不透明Ｚバッファの
最も近い不透明物体より遠い場合には、画素値算出の対
象としないため、表示しようとする物体の画素値によっ
て、透明物体の表示が誤ることを防止でき、正しく透明
物体を三次元表示できる。

【００７３】■表示しようとする物体が不透明Ｚバッフ
ァの最も近い不透明物体より近い場合でＺバッファの最
も近い物体より遠い場合には、画素値を復元し、アルフ
ァ・ブレンディングするので、他の物体による画素値に
よって、透明物体の表示が誤ることを防止でき、正しく
透明物体を三次元表示できる。

【００７４】■しかも、アルファ・ブレンディング法の
高速性を保つこともできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理図である。

【図２】本発明の一実施例構成図である。

【図３】本発明の一実施例三次元処理フロー図である。

【図４】本発明の一実施例三次元処理フロー図である。

【図５】本発明の一実施例の説明図である。

【図６】本発明の一実施例の不透明物体の後に挿入され
る場合の説明図である。

【図７】本発明の一実施例の透明物体と不透明物体の間
に挿入される場合の説明図である。

【図８】Ｚバッファ法の説明図である。

【図９】従来技術の説明図である。

【図１０】従来のアルファ・ブレンディング法の説明図
である。

【図１１】従来のアルファ・ブレンディング法の説明図
である。

【図１２】従来技術の問題点説明図である。

【図１３】従来技術の問題点説明図である。

【図１４】従来技術の問題点説明図である。

【符号の説明】

１　　処理部（プロセッサ） ３　　不透明Ｚバッファ ４　　不透明画元値バッファ ７　　Ｚバッファ ８　　画素値バッファ ９　　αバッファ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　各画素毎の視点からの最近の物体の奥
   行位置であるＺ値を格納するＺバッファ（７）と、該各
   画素毎に該最近の物体の透明度を格納するαバッファ（
   ９）と、各画素の画素値を格納する画素値バッファ（８
   ）と、処理部（１）とを有し、表示しようとする物体の
   Ｚ値と該Ｚバッファ（７）のＺ値との比較により隠面消
   去を行うとともに、該αバッファ（９）の透明度と、該
   表示しようとする物体の画素値とに基づいて新画素値を
   算出して、透明物体の表示を行う画像処理装置において
   、該最近の不透明物体のＺ値を格納する不透明Ｚバッフ
   ァ（３）と、該最近の不透明物体の画素値を格納する不
   透明画素値バッファ（４）とを設け、表示しようとする
   物体のＺ値と、該不透明Ｚバッファ（３）のＺ値とを比
   較し、該表示しようとする物体が該最近の不透明物体よ
   り遠い場合には、該表示しようとする物体の画素値を画
   素値算出の対象とせず、該表示しようとする物体が該最
   近の不透明物体より近い場合で且つ該表示しようとする
   物体が該Ｚバッファ（７）の該最近の物体より遠い場合
   には、該画素値バッファ（８）の画素値と、該不透明画
   素値バッファ（４）の画素値と、該αバッファ（９）の
   透明度とから該画素値を復元し、該表示しようとする物
   体の画素値と、該αバッファ（９）の透明度と、該復元
   画素値とに基づいて新画素値を算出することを特徴とす
   る三次元画像表示処理方法。
2. 【請求項２】　　前記表示しようとする物体が透明物体
   の場合に、前記表示しようとする物体の画素値と透明度
   と、前記αバッファ（９）の透明度と、前記復元画素値
   とに基づいて新画素値を算出し、前記表示しようとする
   物体の透明度と前記αバッファ（９）の透明度とから新
   透明度を算出し、前記新画素値と前記新透明度と前記不
   透明画素値バッファ（４）の画素値とに基づいて新画素
   値を算出することを特徴とする請求項１の三次元画像表
   示処理方法。
3. 【請求項３】　　前記表示しようとする物体が前記最近
   の不透明物体より近い場合で且つ前記表示しようとする
   物体が該Ｚバッファ（７）の前記最近の物体より近い場
   合には、前記表示しようとする物体が透明物体の場合に
   、前記画素値バッファ（８）の画素値と、前記不透明画
   素値バッファ（４）の画素値と、前記αバッファ（９）
   の透明度とから前記画素値を復元し、前記表示しようと
   する物体の画素値と透明度と、前記αバッファ（９）の
   透明度と、前記復元画素値とに基づいて新画素値を算出
   し、前記表示しようとする物体の透明度と前記αバッフ
   ァ（９）の透明度とから新透明度を算出し、前記新画素
   値と前記新透明度と前記不透明画素値バッファ（４）の
   画素値とに基づいて新画素値を算出することを特徴とす
   る請求項１の三次元画像表示処理方法。