JPH04229387A - グラフィクス・ディスプレイ・システムにおけるシェーディング方法 - 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】

【産業上の利用分野】この発明は、一般的には、シェー
ディングされたパターンをビデオ・ディスプレイ上にレ
ンダリングするために用いる強度とカラーのパラメータ
を決定する方法に関する。この発明は特に、純粋なＰｈ
ｏｎｇシェーディングに伴うグラフィクス・システムの
計算負荷を課すことなく、Ｐｈｏｎｇシェーディングに
代表されるピクチャ・リアリズムを実現することを目的
として、表面勾配と光源の位置に関して、シェーディン
グ・プロシージャを選択的、適応可能に変更する方法を
定義している。

【０００２】

【従来の技術】従来のワークステーションのグレイド・
コンピュータでは、３次元の静止画や動画が日常的に生
成される。レンダリングされた３次元表面から反射する
光の効果を出すには、カラー・パラメータの計算が、オ
ブジェクト表面の輪郭と光源位置の特性を反映したもの
でなければならない。基本的には、レンダリングされた
シェーディングに不連続性が少なければ少ないほど、描
かれた画像がリアルになる。

【０００３】シミュレートされた表示対象のオブジェク
トをシェーディングする方法は、理想的には、スクリー
ンに描かれた各ピクセルの強度と色相を個別に計算する
ものである。しかしワークステーションのビデオ・ディ
スプレイ・スクリーンは、ピクセル数がゆうに１００万
個を超えるのが普通である。こうした理想的なシェーデ
ィング方法に伴う計算負荷は非常に大きく、リアルタイ
ムの画像生成が遅くなる。濃淡がつけられたパターンを
レンダリングする際の遅れは、動的オブジェクト画像の
場合に顕著であり、受け入れ難い。

【０００４】一般にＧｏｕｒａｕｄシェーディングと呼
ばれる強度補間シェーディングと、一般にＰｈｏｎｇシ
ェーディングと呼ばれる法線ベクトル補間シェーディン
グについては、Ｆｏｌｅｙ氏らによる“Ｆｕｎｄａｍｅ
ｎｔａｌｓｏｆ　Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ　Ｃｏｍｐｕ
ｔｅｒ　Ｇｒａｐｈｉｃｓ”と題した教本（Ａｄｄｉｓ
ｏｎ−Ｗｅｓｌｅｙ、ｃｏｐｙｒｉｇｈｔ　１９８２）
及びＨｅａｒｎらによる“Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｇｒａｐ
ｈｉｃｓ”（Ｐｒｅｎｔｉｃｅ−Ｈａｌｌ、ｃｏｐｙｒ
ｉｇｈｔ　１９８６）に説明がある。強度補間の改良に
ついては、米国特許第４８０５１１６号明細書に説明さ
れている。ポリゴン・オブジェクトをレンダリングする
ためにラスタ・スキャン・ディスプレイの使用方法に改
良を加えた例は、米国特許第４７２５８３１号明細書に
みられる。

【０００５】一般に、Ｇｏｕｒａｕｄシェーディングで
は、定義されたポリゴンの頂点における強度値が計算さ
れ、続いて頂点の値から、ポリゴンの他の面について強
度の線形補間が行われる。Ｇｏｕｒａｕｄシェーディン
グは、計算効率は高いが、入射光ベクトル、表面法線ベ
クトル、及び反射光の強度の非線形関係は考慮されてい
ない。

【０００６】Ｐｈｏｎｇシェーディングは、強度それ自
体ではなく、ポリゴン頂点間の表面法線ベクトルを線形
補間する。その後、補間されたベクトルを用いて、ポリ
ゴン内の各ピクセル位置における強度が計算され、各ピ
クセルについて導かれた強度に対する、入射光位置と表
面法線の向きの効果が反映される。このようなピクセル
ごとのカスタム・レンダリングの計算負荷は大きい。

【０００７】相当な数にのぼる画像の濃淡つきレンダリ
ングを行った経験から、Ｇｏｕｒａｕｄシェーディング
は、ある種の照明と表面法線特性を有する画像表面につ
いては適性及びリアリズムが高いが、こうした特性の組
み合わせが多少異なる隣接画像領域については、はなは
だ不適切である。そのため、計算負荷を軽減するために
Ｇｏｕｒａｕｄシェーディングが実現された場合は、す
べてではないが、ある種のオブジェクトについては画像
のリアリズムが大幅に劣化する。一方、レンダリングに
Ｐｈｏｎｇシェーディングが用いられた場合は、ハード
ウェアのコスト、生成速度、及び画像の動的機能が悪影
響を受ける。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述の背景から、Ｇｏ
ｕｒａｕｄシェーディングの計算特性を示しながら、Ｐ
ｈｏｎｇシェーディングのリアリズムを提供し、かつシ
ェーディング対象のオブジェクトの特異性に基づいて選
択的、適応可能に実現することのできる方法が求められ
ていた。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明に従った方法は
、入射光ベクトルと表面法線ベクトルに対して、ポリゴ
ンのサイズを選択的、適応可能に調整することによって
、Ｇｏｕｒａｕｄの計算プロシージャをコンテキストか
ら、Ｐｈｏｎｇのリアリズムに近づくシェーディングを
提供するものである。この発明は、ピクセルごとに包括
的に実行される純粋なＰｈｏｎｇシェーディングの強度
計算を回避しながら、シェーディングのリアリズムを実
現するためにポリゴン表面が適切に分割されるように、
ヒューリスティックに導かれ、選択的に実施されるプロ
シージャを提供する。

【００１０】ポリゴン頂点における表面法線ベクトルは
、本発明の実施例に従って、最初に入射光ベクトルに関
連づけられ、次に相対位置と比較される。結果が評価さ
れ、リアルなレンダリングに必要なヒューリスティック
な分割基準が導かれる。ここで、独立したＧｏｕｒａｕ
ｄシェーディングを対象にヒューリスティックに定義さ
れた分割と調子を合わせながら、ポリゴンが系統的に分
割される。

【００１１】この発明の実施例によっては三角形のポリ
ゴン領域が用いられる。三角形の角における入射光と表
面法線ベクトルの内積が、上記の方法に従って計算され
比較される。得られた値が、所定のしきい値よりも大き
ければ、関連エッジがヒューリスティックに分割される
。分割された三角形の粒度は、近似Ｐｈｏｎｇグレイド
のリアリズムでオブジェクトをレンダリングするとき必
要な粒度に一致する。かかる分割によって定義されたメ
ッシュ内の三角形は、Ｇｏｕｒａｕｄシェーディングに
よって個別にレンダリングされる。

【００１２】

【実施例】この発明の実施例として望ましいのは、これ
まではリアリズムのためにＰｈｏｎｇシェーディングを
要したポリゴン領域を、Ｇｏｕｒａｕｄシェーディング
・ハードウェアを用いたレンダリングに適したサイズと
形状の領域に適応可能に再構成するために、ヒューリス
ティック・データを用いたものである。

【００１３】洗練されていないＧｏｕｒａｕｄシェーデ
ィングによってレンダリングされた３次元オブジェクト
は、表面状態、照明状態が様々な状況では、視覚的に受
け入れ難い欠点が数多くあり、なかでも顕著な例は、鏡
面反射が強調されないこととマッハ効果の存在である。 そのため、シェーディングを行う３Ｄビデオ・グラフィ
クス・システムの開発者は、リアリズムの面では固有の
欠点を伴うとしても、適当なレートで純粋なＧｏｕｒａ
ｕｄシェーディングを行うか、パターン・レンダリング
はかなり遅いが、純粋なＰｈｏｎｇシェーディングを行
うためにハードウェアを相当複雑にするか、それとも、
システム・コストを大幅に増やして両方のハードウェア
を実現し、アプリケーションに応じて使用方法を選択す
るか、というジレンマに陥っている。２つのシェーディ
ング方式をソフトウェアを通して実現するのは、このよ
うなレンダリングが数倍も遅いとすると実用的ではない
。

【００１４】この発明は、Ｐｈｏｎｇシェーディングの
方向で適応可能に補正される特定のＧｏｕｒａｕｄシェ
ーディングを利用することによって、シェーディング・
ハードウェアの２重化を避けながら、所望のリアリズム
を実現するものである。このように選択的に実現される
方法では、これまでＧｏｕｒａｕｄシェーディングにみ
られた欠点がなくなり、純粋なＰｈｏｎｇシェーディン
グの特徴であるハードウェア・コスト、計算量、及び速
度の面の欠点もなくなる。

【００１５】リアリズム、スピード、簡単なハードウェ
アという３つの目的が実現された背景には、Ｇｏｕｒａ
ｕｄシェーディングが、純粋なＰｈｏｎｇシェーディン
グの究極のレベルに達することなく、ヒューリスティッ
クに定義された細かい粒度で実現できるという評価があ
る。こうしたアプローチとの関係から言えば、この方法
は、シェーディング対象の表面が何らかの改良によって
意味のあるものとならないときには従来のＧｏｕｒａｕ
ｄシェーディングを伴うが、照明条件及び表面の輪郭か
ら必要になるときには、近似Ｐｈｏｎｇグレイド・シェ
ーディングを実現するために、ポリゴン領域を適応可能
に分割しレンダリングするものである。

【００１６】この発明の方法は、代表的なグラフィクス
画像は、表面法線ベクトルと入射光ベクトルが急激に変
化する領域においてのみＰｈｏｎｇグレイド・シェーデ
ィングを要する、という一般前提に基づいて、レンダリ
ングのリアリズムに影響を与える関係を評価することに
よって導かれたものである。したがって、純粋なＰｈｏ
ｎｇシェーディングに伴う低速レンダリングとハードウ
ェア・コストは、表面法線ベクトルと入射光ベクトルが
比較的安定な領域には何らのメリットももたらさない。 本発明で実施される適応型方法は、Ｇｏｕｒａｕｄシェ
ーディングを高度化するために、基本的なＧｏｕｒａｕ
ｄシェーディングと、ヒューリスティックに定義された
判定・分割操作を組み合わせることによって、表面法線
ベクトルと入射光ベクトルの変化率に応じて、シェーデ
ィングを微分・調整するものである。

【００１７】この発明のシェーディングについては、グ
ラフィクス・ビデオ・ディスプレイに現われるような、
ポリゴン型領域に対して適応型シェーディングを行うと
いう文脈で説明する。この方法は特に、高解像度ラスタ
・スキャン型カラー・ビデオ・ディスプレイでレンダリ
ングする三角形３Ｄポリゴン領域の解析と改良を伴う。 ただしこの方法は、他のディスプレイ技術並びに、濃淡
つきレンダリングの対象となる画像のハードコピーを作
る技術との関係でも実施できるという意味で、上記の用
途に限定されるものではない。

【００１８】図１は、３Ｄオブジェクト２の一部と定義
され、ビデオ・ディスプレイ３上で濃淡つきレンダリン
グの対象となる三角形１を示す。オブジェクト２には、
平行入射光ベクトルＩが照射される。複数の非平行光源
を用いた解析は、計算と評価の回数を増やすだけである
。オブジェクト２は、三角形１の３つの頂点に表面法線
ＳＮ１、ＳＮ２、ＳＮ３を持つ３次元非プレーナ・オブ
ジェクトと考える。ビデオ・ディスプレイ３の走査線４
は三角形１を横切る。

【００１９】純粋なＰｈｏｎｇシェーディングでは、三
角形１の周囲に位置するピクセル６、７の間の各ピクセ
ルの位置のベクトルを定義するために、表面法線ベクト
ルが補間される。次に、補間された各表面法線ベクトル
と、各ピクセル位置に当たる入射光ベクトルを用いて、
各ピクセル位置における反射光が計算される。計算は、
三角形１内の各ピクセルについて繰り返される。

【００２０】一方、三角形１のＧｏｕｒａｕｄシェーデ
ィングでは、反射光の計算が、三角形の各頂点当たり１
回、計３回行われる。次に、三角形の境界ピクセル６、
７などの位置における反射光の強度が、頂点値の補間か
ら求められる。三角形の境界ピクセル６、７の間の走査
線４に添ったピクセルの強度特性には、さらに、周囲ピ
クセル６、７について先に導かれた値を用いた線形補間
が伴う。補間は、各ピクセルについて反射光特性を求め
る場合よりもかなり容易に高速に計算できるので、グラ
フィクス・ディスプレイ・システムで３Ｄオブジェクト
をレンダリングする場合はＧｏｕｒａｕｄシェーディン
グが基本になっている。

【００２１】この発明の方法は、近似Ｐｈｏｎｇグレイ
ド・シェーディングを提供するものであるとともに、Ｇ
ｏｕｒａｕｄシェーディングの方法及びハードウェアで
実現される。この方法では、ポリゴン（三角形）と光の
特性が解析され、続いて三角形が、ヒューリスティック
に導かれた適応型分割により、独立したＧｏｕｒａｕｄ
シェーディングに適した粒度の三角形メッシュに変えら
れる。

【００２２】この発明の実施例については、三角形メッ
シュを生成するステージの異なる図２、図３に示した三
角形８との関係から説明する。図４は、表面シェーディ
ングに伴う動作を機能ブロック図の形で示すとともに、
適応型近似Ｐｈｏｎｇシェーディングの適用とＧｏｕｒ
ａｕｄシェーディングのみの適用との関係を示す。図５
は、この発明が関係する適応型近似Ｐｈｏｎｇシェーデ
ィングのフローチャートである。

【００２３】この発明の方法では、第１ステップで、頂
点Ａ、Ｂ、Ｃの三角形８に対して、Ｐｈｏｎｇシェーデ
ィングがメリットをもたらすかどうかが判定される。メ
リットがない場合、三角形は直接、Ｇｏｕｒａｕｄシェ
ーディング・ハードウェアを伴うＧｏｕｒａｕｄ法でレ
ンダリングできる。高解像度のカラー・グラフィクス・
ビデオ・ディスプレイが用いられる場合について言えば
、この発明のプロセスの第１ステップのヒューリスティ
クスから、三角形の各エッジについて、Ｘ軸、Ｙ軸のピ
クセル偏位の平均が計算される（エッジ当たり（Ｘｅｘ
ｃｕｒｓｉｏｎ＋Ｙｅｘｃｕｒｓｉｏｎ）　／２）。各
平均偏位はエッジ変数と識別される。この方法では、３
つのエッジ変数のいずれか１つが１２よりも大きい場合
、三角形から三角形メッシュへの分割が開始される。

【００２４】分割の必要なことが決定されると、三角形
の各頂点Ａ、Ｂ、Ｃに関係する値の外積が求められる。 外積は各々、個々の光源について、頂点における表面法
線ベクトルと、頂点に関連する入射光ベクトルに関係す
る。次のインクリメンタル・ステップでは、対になった
頂点の外積の内積が求められる。図５にｅｄｇｅ＿ｃｒ
ｏｓｓｄｏｔと示した３つの内積は、三角形の各頂点に
連なるエッジに関連づけられる。内積が負の値であれば
、光源の位置は、関連エッジの頂点の間である。一方、
正の値は、光源が、両方の頂点の片側にあり、かかる頂
点に連なるエッジが参照されることを示す。

【００２５】次に、各エッジをつくる指定頂点について
、２つの表面法線ベクトルと関連入射光ベクトルの内積
が計算される。こうして導かれた値を図５にｅｄｇｅ＿
ｄｏｔ　と示した。光源が頂点の間にあることがわかる
と、内積によってあらわされる角位の和がとられ、２つ
の頂点における表面法線と光のベクトルの補間の相違が
定められる。この評価は、図５に、両方の内積の定数２
．０からの減算であらわした。光源が両方の頂点の片側
に位置する場合、その効果は、内積の相違によってあら
わされる角位の相違に基づく。三角形エッジごとの最終
値は、必要に応じて正の値がとられるか、または切り捨
てられ、表１でエッジ内積として用いられる。

【００２６】エッジ・ドット値及び表面法線と照明の相
互作用の例から、かかる数値によって得られるデータが
明らかになる。まず最初に、頂点法線ベクトルが比較的
に整合し、光源が、照明された三角形からかなり離れて
いる場合を考える。この場合、３つのエッジのエッジ・
ドット値はほぼ同一でありゼロに近い。したがって、細
かい粒度によるシェーディング・リアリズムの改良がわ
ずかであれば、Ｇｏｕｒａｕｄシェーディングを三角形
に直接適用できる。

【００２７】光源が、照明された三角形から離れていて
も、頂点法線ベクトルが大きく変化するときに、上記と
は異なる状況がみられる。この場合は、表面法線ベクト
ルが頂点ごとに一貫していないために、内積と関連エッ
ジ・ドット値は大きく異なる。３つのエッジ・ドット値
は、ゼロよりもかなり大きいが、１．０に充分近似する
値ではない。したがって、ヒューリスティック・ルール
から言えば、シェーディング・リアリズムを得るために
、基本の三角形をいくらか分割する必要がある。

【００２８】頂点法線ベクトルと入射光ベクトルの第３
の組み合わせは、頂点法線ベクトルが比較的一貫してい
る反面、光源は三角形表面に比較的に近接しているケー
スに代表される。入射光ベクトルが、角頂点位置におい
て異なると、内積及び関連エッジ・ドット値はここでも
大きく異なる。３つのエッジ・ドット値は、したがって
、ゼロよりもかなり大きいが、１．０に充分に近似する
値ではない。基本の三角形はここでも、シェーディング
・リアリズムを目的に分割する必要がある。これは、こ
こでは表面法線ベクトルのバラツキによるものではなく
、光の位置による。

【００２９】表面法線ベクトルと入射光ベクトルの相互
作用の最後の例として、頂点法線ベクトルが大きく異な
り、光源が、照明されたオブジェクト上の三角形にかな
り近接している場合を考える。この例では、エッジ・ド
ット値が１．０に近似することから、リアルなシェーデ
ィングを目的に分割レベルを高める必要のあることは容
易にわかる。

【００３０】ヒューリスティックな評価から、Ｐｈｏｎ
ｇ的なリアリズムは、表１に定義した分割の程度を、メ
ッシュ内の各三角形に対するＧｏｕｒａｕｄシェーディ
ングと組み合わせたときに得られる。表１の入力は、選
択された基本三角形の頂点対と、かかる頂点対の間のピ
クセルごとのＸまたはＹ方向の最大偏位である。表の出
力は、選択された頂点の間に位置する基本三角形エッジ
についてヒューリスティックに定義された分割セグメン
ト数をあらわす。

【００３１】一例として図２の基本三角形についてみる
と、頂点Ａ、Ｂのエッジ・ドット値が０．７０で、（△
Ｘ　　＋　　△Ｙ）／２　　＝　　２０のとき、表１か
ら、ＡとＢを結ぶ線によって定義される三角形エッジは
、ピクセルＫ、Ｌを伴うセグメントなど、３つのセグメ
ントに分割する必要がある。

【００３２】 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　表１　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　平均偏位（（△Ｘ＋△Ｙ）／２）　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　エッジ変数　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　エッジドット　　　　１
０　　１５　　２０　　２５　　３０　　３５　　４０
　　＞４５　　．６０＜　　　　　　　　１　　　　２
　　　　２　　　　３　　　　３　　　　４　　　　４
　　　　５　　　　　　　　　　　　．　６５　　　　
　　　　　　２　　　　２　　　　３　　　　３　　　
　４　　　　４　　　　５　　　　５．　７０　　　　
　　　　　　２　　　　３　　　　３　　　　４　　　
　４　　　　５　　　　５　　　　６．７５　　　　　
　　　　　３　　　　３　　　　４　　　　４　　　　
５　　　　５　　　　６　　　　６．８０　　　　　　
　　　　３　　　　４　　　　４　　　　５　　　　５
　　　　６　　　　６　　　　７．８５　　　　　　　
　　　４　　　　４　　　　５　　　　５　　　　６　
　　　６　　　　７　　　　７．９０　　　　　　　　
　　４　　　　５　　　　５　　　　６　　　　６　　
　　７　　　　７　　　　８．９５　　　　　　　　　
　５　　　　５　　　　６　　　　６　　　　７　　　
　７　　　　８　　　　８　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　最適エッジドット値を使用

【０
０３３】最終的に表１を用いた操作から、基本三角形の
分割に適した、ヒューリスティックに導かれた数量デー
タが得られ、Ｇｏｕｒａｕｄシェーディング及びそのハ
ードウェアを用いることによってＰｈｏｎｇ的なリアリ
ズムが得られる。ここで唯一必要なことは、エッジ分割
条件に見合う方法に従って基本三角形内部を分割して、
独立したＧｏｕｒａｕｄシェーディングに適した個別三
角形のメッシュをつくることである。これらの目的は、
表１から得られた分割データを慎重に適用することによ
って達成される。

【００３４】基本三角形を三角形メッシュに分割する最
初のステップとして、表１の分割数が比較され、分割条
件が最大であるエッジが判定される。これがタイである
場合は、ランダムな選択が行われる。分割数が最大であ
るエッジに対向する頂点がメッシュの原点と判別される
。図２の基本三角形の例についてみると、表１により、
基本三角形エッジＡＢは３つのセグメントに、基本三角
形エッジＢＣは４つのセグメントに、そして基本三角形
エッジＣＡは２つのセグメントに分割することが定義さ
れたと仮定する。これにより、メッシュの原点は頂点Ａ
に一致し、ＢＣは原点に対向するエッジとなる。

【００３５】次のステップとして、メッシュ原点から伸
びる２つのエッジの分割数が量的に比較される。いずれ
か大きい方は、メッシュ数を定義するエッジと判別され
る。タイの場合は、いずれか１つがランダムに選択され
る。図２の基本三角形の例についてみると、エッジＡＢ
がメッシュ数を定義するエッジである。

【００３６】そこで、２つのエッジＡＢ、ＢＣの分割デ
ータが、基本三角形８の内部のメッシュを生成するため
に用いられる。最初に、原点に対向するエッジが、表１
から得られた数に従って分割され、ピクセルＭ、Ｎ、Ｐ
の各位置が定義される。三角形エッジのこの分割を実現
する簡単なテーブル方式のアルゴリズムでは、次の関係
が用いられる。

【００３７】 　　　　　　　　ｘ＝ｘ０　＋　ｔ（ｘ１　−　ｘ０）
　　　　　　　　ｗｈｅｒｅ　０　＜＝　ｔ　＜＝１

【
００３８】ｔの値は、分割数の各々について簡単に生成
されるテーブルから読み取られる。たとえば８分割のと
き、ｔ　　＝　　０．１２５、０．２５、０．３７５、
０．５、０．６２５、０．７５、０．８７５、及び１で
ある。図２に示したように、このように分割されたピク
セル位置Ｍ、Ｎ、Ｐから、破線ＡＭや、メッシュ原点の
ピクセルＡからエッジに位置するピクセルＮに伸びる破
線など、メッシュ原点Ａから伸びるメッシュ線の端点が
決定される。

【００３９】メッシュ原点Ａから伸びる線が決定される
と、先のアルゴリズムにより、基本三角形エッジＡＢ上
のピクセルＫ、Ｌの位置が定義される。次に、これと同
様の操作が線ＡＭに添って実行され、位置ＡＭ１、ＡＭ
２における分割ピクセルが定義される。それから、ピク
セルＡＭ１、Ｋ、ピクセルＡＭ１、Ｌ、ピクセルＡＭ２
、Ｌ、及びピクセルＡＭ２、Ｂ相互間の三角形メッシュ
線が定義される。このプロシージャは、次に、メッシュ
原点ピクセルＡとピクセルＮの間に定義される線、ピク
セルＡとＰの間に定義される線、そして最後にエッジＣ
Ａについて繰り返される。いずれの場合も、メッシュ原
点から伸びる線は、エッジＡＢについて決定された数値
によって分割される。ここでは、図２の例についてみる
と、各線及び終結エッジＣＡを３つのセグメントに分割
する必要がある。メッシュの最終形状は図３に示すとお
りである。

【００４０】他の三角形メッシュ生成法は、基本三角形
の各エッジについて定義された分割数が、表１で指定さ
れる値よりも小さくなければ適用できる。別のメッシュ
生成法を適用する場合は、メッシュがバックフェイシン
グにならないように注意が必要である。

【００４１】図３に示したメッシュ内の三角形は、水平
に配置されたエッジを１つ置く必要がある場合は、最終
ステップとして、さらに２つに分割するのが望ましい。 この三角形は次に、Ｇｏｕｒａｕｄシェーディング・ハ
ードウェアによって個別にレンダリングされる。ここで
のシェーディングでは、粒度がかなり細かいが、純粋な
Ｐｈｏｎｇシェーディングの究極のレベルにまでは至ら
ない法線ベクトル・データが用いられる。こうしてレン
ダリングされた画像は、Ｐｈｏｎｇシェーディングに近
いリアリズムを示すが、計算とハードウェアのコストは
、従来のＧｏｕｒａｕｄシェーディングにかなり近づく
。

【００４２】この発明の適応型シェーディング法は、特
に次の点でメリットが大きい。この方法が、あまり複雑
でないグラフィクス・レンダリング・ハードウェアをＧ
ｏｕｒａｕｄシェーディングに用いて実現されること、
シェーディング・リアリズムを高めるために基本三角形
の分割が必要なときにのみ、基本三角形に選択的に適用
されること、基本三角形が、表面法線ベクトルと入射光
ベクトルの相互作用によって定義されるリアルなシェー
ディングを実現するために必要と合理的に認められる程
度にのみ分割されるという点で高度に選択的であること
、基本三角形を分割するために構造化手法が用いられる
こと、そして、三角形パターンのＧｏｕｒａｕｄシェー
ディングを実行するハードウェアで扱いやすい最終形状
が得られることである。

【００４３】

【発明の効果】本発明によれば、Ｇｏｕｒａｕｄシェー
ディングの計算特性を保持しながら、Ｐｈｏｎｇシェー
ディングのリアリズムを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ビデオ・ディスプレイ上の画像内の領域を示し
た図である。

【図２】中間ステージにおいて、本発明の方法に従って
分割される三角形を示す図である。

【図３】Ｇｏｕｒａｕｄシェーディングに適した三角メ
ッシュへ分割した図２の三角形を示す図である。

【図４】表面シェーディングが実行される機能ブロック
図である。

【図５】適応型近似Ｐｈｏｎｇシェーディングを実行す
るフローチャートである。

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】グラフィック・レンダリング・システムに
   おけるパターンの適応型シェーディング方法であって、
   シェーディング対象のグラフィック・パターンからポリ
   ゴンを選択するステップと、選択されたポリゴンのベク
   トル特性を比較するステップと、上記選択されたポリゴ
   ンのベクトル特性が実質的に異なるときに該ポリゴンを
   分割して別のポリゴンを生成するステップと、補間を用
   いて、分割された個々のポリゴンのシェーディングを行
   うステップとを含む、適応型シェーディング方法。
2. 【請求項２】請求項１に記載の方法であって、選択され
   たポリゴンが三角形である、適応型シェーディング方法
   。
3. 【請求項３】請求項２に記載の方法であって、ベクトル
   特性が、選択された表面法線ベクトルと入射光ベクトル
   の関係に関連する、適応型シェーディング方法。
4. 【請求項４】請求項３に記載の方法であって、補間に、
   分割されたポリゴンに対するＧｏｕｒａｕｄシェーディ
   ングが含まれる、適応型シェーディング方法。
5. 【請求項５】請求項１に記載の方法であって、ベクトル
   特性が、ポリゴンの頂点における選択された表面法線ベ
   クトルと入射光ベクトルに関連する、適応型シェーディ
   ング方法。
6. 【請求項６】請求項５に記載の方法であって、補間に、
   分割されたポリゴンに対するＧｏｕｒａｕｄシェーディ
   ングが含まれる、適応型シェーディング方法。
7. 【請求項７】グラフィック・ディスプレイ・システムに
   おいて３次元オブジェクトのシェーディングに補間を用
   いる方法であって、シェーディング対象のグラフィック
   ・パターンからポリゴンを選択するステップと、関連す
   る表面法線ベクトルと入射光ベクトルを用いて、選択さ
   れたポリゴンのベクトル特性を比較するステップと、上
   記ベクトル特性が実質的に異なるときに、上記選択され
   たポリゴンを分割するステップと、上記分割されたポリ
   ゴンの照明を判定するためにＧｏｕｒａｕｄシェーディ
   ングを用いるステップとを含む、シェーディング方法。
8. 【請求項８】請求項７に記載の方法であって、比較結果
   がポリゴン頂点に参照される、シェーディング方法。
9. 【請求項９】請求項８に記載の方法であって、ポリゴン
   が三角形である、シェーディング方法。
10. 【請求項１０】請求項９に記載の方法であって、分割ス
    テップが、選択された三角形の、２つ以上の三角形への
    分割を含む、シェーディング方法。
11. 【請求項１１】請求項１０に記載の方法であって、比較
    ステップが、選択された表面法線ベクトルと、関連する
    入射光ベクトルとの外積を計算するステップと、上記関
    連する入射光ベクトルの向きを判定するために、２つの
    外積の内積を計算するステップと、上記選択された表面
    法線ベクトルと上記関連する入射光ベクトルとの第１及
    び第２の内積を計算するステップと、上記第１及び第２
    の内積と上記入射光ベクトルの向きとを、上記選択され
    た表面法線ベクトルの間の距離に関連づけるステップと
    、上記関連性を基に三角形を分割するステップとを含む
    、シェーディング方法。
12. 【請求項１２】請求項１１に記載の方法であって、分割
    ステップが、細分化の程度が最大である三角形エッジを
    選択するステップと、選択されたエッジから、該エッジ
    に対向する頂点へ三角形分割線を引くステップと、三角
    形の第２辺による細分化に関連する分割によって定義さ
    れた領域をさらに分割するステップとを含む、シェーデ
    ィング方法。