JPH06295343A

JPH06295343A - 図形処理装置

Info

Publication number: JPH06295343A
Application number: JP5080552A
Authority: JP
Inventors: Teruhisa Tatsugi; 輝久田次
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1993-04-07
Filing date: 1993-04-07
Publication date: 1994-10-21

Abstract

(57)【要約】【目的】図形処理装置において３次元図形の曲面をポ
リゴンにより分割近似し、隠面消去を行う描画処理の効
率化を図ることを目的としている。【構成】要求された視点および視野に基づいて３次元
図形の描画演算を各ポリゴンについて実行し、その際、
Ｚバッファメモリの奥行き値を用いてそのポリゴンを表
示するか非表示とするかを判定し、判定結果を表すフラ
グを当該視点および視野に対応づけてフラグ格納部に格
納し、以後、同一の視点および視野に基づく３次元図形
の描画要求が発生したとき、フラグ格納部から対応する
各ポリゴンのフラグを読み出し、フラグが非表示を表し
ているポリゴンについては描画演算を省略する制御を行
うことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、３次元図形データに基
づいてディスプレイ画面に３次元画像を描画する図形処
理装置に関し、特にその中でも、３次元図形の曲面をポ
リゴンにより分割近似し、さらに隠面消去を行う描画処
理における効率化手段に関するものである。

【０００２】近年のコンピュータグラフィックス技術の
発展はめざましいものがあり、特に３次元画像処理は景
観シミュレーションやＣＡＤなどのさまざまな分野にお
いてさかんに使用されるようになっている。しかしそれ
とともに、３次元画像の精細度の改善や動きの円滑さな
どのリアリティの向上の要求の高まり、あるいは大規模
データの処理ニーズの増加などから、３次元図形データ
の描画速度を上げる必要が生じている。本発明は、その
解決手段の１つとなるものである。

【０００３】

【従来の技術】従来の図形処理装置では、曲面で構成さ
れる３次元図形を描画処理する場合、曲面を多数のポリ
ゴン（多角形、一般には三角形）の平面で分割近似して
行っている。また３次元図形の描画では視点と視野が与
えられ、視点から見た視野内の３次元図形の隠面は、実
際に目で見たときと同様に表示されないように消去する
処理が行われる。この隠面消去処理では、視点から３次
元図形を見たときの各面の画素の奥行きの値をＺバッフ
ァと呼ばれるメモリに格納しておいて、描画するポリゴ
ンごとにその中の画素の奥行き値を他の面の奥行き値と
比較し、そのポリゴンが顕面になるか隠面になるか、つ
まり表示面となるか非表示面となるかを判別していた。

【０００４】図７は、従来の隠面消去処理の説明図であ
り、図７の（ａ）は、２つのポリゴンＡ，Ｂの一部が視
点から見て重なっている例を示す。いま、ポリゴンＢの
描画処理を行っているものとすると、ポリゴンＢの各画
素（ピクセル）の奥行き値（以後、Ｚ値という）を、重
なり合う他のポリゴンのＺ値と比較し、ポリゴンＢの画
素が奥行き方向で後にあると判定された場合には非表示
とし、描画しない。図示の例では、ポリゴンＢの黒で塗
られた画素は前面に他のポリゴンの画素が存在しないた
め描画されるが、白抜きの画素は前面にポリゴンＡの画
素が存在するため、ポリゴンＢでは描画されず、ポリゴ
ンＡにおいて描画される。また図７の（ｂ）は、ポリゴ
ンＤの全ての画素がポリゴンＡ，Ｂ，Ｃのいずれかによ
って覆われるため、非表示にされる例である。この例の
場合でもポリゴンＤの全ての画素についてＺ値の比較に
よる表示／非表示の判別が行われる。

【０００５】ところで、３次元図形の連続回転表示のよ
うに、同じ視点からの３次元図形の描画処理を繰り返し
実行する場合があるが、上述した従来の隠面消去処理方
法ではその都度各ポリゴンのＺ値比較と表示、非表示の
判別とが行われていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の図形処理装置で
は、同じ条件での描画処理が繰り返し現れる場合であっ
ても、その都度各ポリゴンの全画素について隠面消去の
ための表示、非表示判別処理を行わなければならず、そ
れだけ処理に時間がかかり、効率的でないという欠点が
あった。

【０００７】本発明は、図形処理装置における３次元図
形の曲面のポリゴン分割による描画処理において、隠面
消去のための奥行き値比較による表示、非表示判別処理
について無駄な繰り返しを省き、描画処理の高速化を図
ることを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、３次元図形の
描画処理において、隠面消去処理結果の各ポリゴンの表
示、非表示の履歴をフラグで管理しておき、次に同じ視
点および視野に基づく３次元図形の描画要求が発生した
とき、描画処理するポリゴンごとに履歴の中の対応する
フラグを参照し、その内容が非表示であった場合には当
該ポリゴンの描画処理を省略するようにしたものであ
る。

【０００９】それによる本発明の構成は、３次元図形の
曲面をポリゴンにより分割して描画演算を行う描画演算
部と、３次元隠面消去処理に用いるための３次元図形の
奥行き値を保持するＺバッファメモリと、３次元図形デ
ータのリストを格納するディスプレイリスト格納部と、
画面表示データを格納する表示メモリと、ポリゴンごと
に表示か非表示かを示す管理フラグを格納するフラグ格
納部とを備え、描画演算部は、要求された視点および視
野に基づいて３次元図形の描画演算を各ポリゴンについ
て実行し、その際、Ｚバッファメモリの奥行き値を用い
てそのポリゴンを表示するか非表示とするかを判定し、
判定結果を表すフラグを当該視点および視野に対応づけ
てフラグ格納部に格納し、以後、同一の視点および視野
に基づく３次元図形の描画要求が発生したとき、フラグ
格納部から対応する各ポリゴンのフラグを読み出し、フ
ラグが非表示を表しているポリゴンについては描画演算
を省略する制御を行うことを特徴とする。

【００１０】図１は、本発明の原理的構成図である。図
において、１は、３次元描画処理機能をもつ図形処理装
置である。

【００１１】２は、描画対象の３次元図形データが格納
されているディスプレイリスト格納部である。３は、３
次元図形データを、与えられた視点および視野に基づい
てポリゴン単位に描画演算する描画演算部である。３次
元曲面のポリゴン分割機能、奥行き値（Ｚ値）設定機
能、隠面消去機能などの各処理機能を含む。

【００１２】４は、描画演算部３により算出された各ポ
リゴンの画素の視点から見た奥行き値（Ｚ値）を格納し
ておくＺバッファメモリである。５は、描画演算部３が
処理した視点および視野ごとの描画処理における各ポリ
ゴンの表示、非表示の識別情報をフラグとして管理する
フラグ格納部である。

【００１３】６は、描画演算部３が描画処理した各ポリ
ゴンの描画データが格納される画面対応のアドレス空間
をもつ表示メモリである。７は、表示メモリ６の内容に
したがって画像表示を行うディスプレイである。

【００１４】

【作用】図１に示した本発明の原理的構成に基づく動作
を、次に説明する。ディスプレイリスト格納部２には、
予め描画対象の３次元図形データがロードされている。
またＺバッファメモリ４とフラグ格納部５はクリアされ
ている。描画演算部３に対して、コマンド等により視点
および処理すべき視野を指定した描画要求が与えられる
と、描画演算部３は、３次元図形データを視点および視
野の座標に基づいて解析し、適当なポリゴンに分割する
とともに、各ポリゴンの画素の奥行き値（Ｚ値）をＺバ
ッファメモリ４に格納する。

【００１５】次に描画演算部３は、フラグ格納部５を参
照して、同じ視点および視野に基づくフラグの有無を調
べるが、初めはフラグがないので、各ポリゴンごとにＺ
値を用いて表示、非表示を判別する処理を行い、隠面と
なるポリゴンの処理は省略し、表示すべきポリゴンの画
素のみを対象に描画演算して、たとえば色塗りや、光に
よる照明を考慮したシェーディング（陰影、濃淡）の演
算を行って、演算結果のポリゴンの各画素データを表示
メモリ６に格納する。またこのときのポリゴンの表示、
非表示の判別結果は、フラグの“１”，“０”に対応づ
けてフラグ格納部５に格納する。なおポリゴン中にＺ値
の比較により１画素でも表示と判別されるものがあれ
ば、そのポリゴンのフラグを“表示”と設定する。つま
り、ポリゴン中の全画素が隠面となる場合にのみ、ポリ
ゴンのフラグは非表示となる。

【００１６】以上の処理は、１つの視点および視野の組
み合わせに対して全てのポリゴンについて繰り返され
る。その後、描画演算部３に他の視点および視野に基づ
く描画要求が与えられると、同様な処理が繰り返される
が、与えられた視点および視野が、以前に処理済のもの
の１つと同じであった場合には、フラグ格納部５からそ
のときの表示、非表示の判別処理結果を示すフラグを読
み出し、Ｚ値比較を行うことなく、フラグの表示内容に
したがって対応するポリゴンの描画処理の有無を決定す
る。すなわち、“非表示”のフラグに対応するポリゴン
は直ちに描画を省略され、“表示”のフラグに対応する
ポリゴンの画素についてのみ描画演算が実行される。

【００１７】これにより、同一視点および視野による描
画が繰り返し出現する図形処理では、Ｚ値比較の処理量
を大幅に節減することができる。

【００１８】

【実施例】図２は、本発明実施例装置のハードウェア構
成を示したブロック図であり、１ないし７で示される構
成要素は図１の同一番号のものに対応している。

【００１９】描画演算部３は、ＣＰＵと制御プログラム
が格納されているＲＯＭおよび作業用のＲＡＭで構成さ
れることができ、またディスプレイリスト格納部２、Ｚ
バッファメモリ４、フラグ格納部５、表示メモリ６はそ
れぞれＲＡＭで構成されている。これらの各要素はバス
８によって接続されている。ディスプレイ７は表示制御
部とＣＲＴで構成されている。

【００２０】図３は、図２の実施例構成に基づく動作を
説明するためのより詳細な構成図であり、描画演算部３
とフラグ格納部５の内部構成が示されている。図３にお
いて、９は現在処理要求されている視点に対応する履歴
を検索するためのコンパレータ、１０は処理中のポリゴ
ンを識別するためのポリゴンカウンタ（カウント値をＰ
ｃｎｔで表す）であり、１１はポリゴンに対応するフラ
グを格納するためのライトアドレスを発生するライトア
ドレス発生部、１２は同じくポリゴンに対応するフラグ
を読み出すためのリードアドレスを発生するリードアド
レス発生部である。これらのライトアドレスとリードア
ドレスとは、ポリゴンカウンタ１０の出力カウント値Ｐ
ｃｎｔと制御信号とに基づいて発生される。１３は描画
要求のあった視点および視野の履歴データを格納する視
点データ格納部であり、１４はフラグに相当するＤＩＳ
Ｐ変数を格納するＤＩＳＰ変数格納部である。

【００２１】図４の（ａ）は、視点データ格納部１３の
内容を例示したものであり、視点の座標データと視野の
座標データの各組がリストとして格納されている。たと
えば視点の座標データ（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）と視野の座
標データ（ＶＸ１，ＶＹ１，ＶＺ１）とは組になってい
る。

【００２２】図４の（ｂ）は、ＤＩＳＰ変数格納部１４
の内容を例示したものであり、視点データ格納部１３に
ある描画履歴の各視点データ対応で、全ポリゴンのフラ
グＤＩＳＰ（Ｐｃｎｔ）の値が“１”，“０”で示され
ている。たとえば“１”は表示、“０”は非表示を表し
ている。なお各ポリゴンを表すポリゴンカウンタのカウ
ント値Ｐｃｎｔは、０，１，２，…，Ｎ−１の値をと
り、Ｎの値つまりポリゴンの分割数は、1,000 〜10,000
にも達する場合がある。

【００２３】図５および図６は、図３の構成の動作を示
す制御フロー図であり、両図は端子（Ａ）で連結されて
１つのフローを表す。以下、図３を参照しながら図５お
よび図６のフローを説明する。なお、ポリゴン内で処理
中の画素の順番を示すためにカウンタｍを設け、また描
画済の画素の数をカウントするためにカウンタＺｄｉｓ
ｐを設ける。

【００２４】（１）でレンダリング（描画処理、以後レ
ンダリングで表す）を開始する。（２）では、コンパレ
ータ９が、視点データ格納部１３にある視点データの履
歴と、現在処理を要求されている視点データ（Ｘｉ，Ｙ
ｉ，Ｚｉ）および視野データ（ＶＸｉ，ＶＹｉ，ＶＺ
ｉ）とを比較し（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）、一致する
ものがあれば、“一致”を、一致するものがなければ
“不一致”を出力し、現在の視点データが過去に処理済
のものか、新しいものかを判定する。新しい場合（３）
に進み、過去に処理済の場合は（１６）へ進む。

【００２５】（３）では、ポリゴンカウンタＰｃｎｔを
“０”にクリアする。（４）では、Ｐｃｎｔ番目のポリ
ゴンをとり、描画演算部３でレンダリングを開始する。

【００２６】（５）では、描画演算部３がＺバッファメ
モリ４をアクセスして、ポリゴンの第ｍ画素のＺ値を他
の重なり合うポリゴンの画素のＺ値と比較し、表示（描
画する）か非表示（描画しない）かを判定する。

【００２７】描画する場合、（６）でカウンタＺｄｉｓ
ｐとカウンタｍとをそれぞれ＋１する。描画しない場
合、（７）でカウンタｍのみを＋１する。

【００２８】（８）では、カウンタｍの値がつまり画素
数がポリゴンＰｃｎｔの面積（画素の総数）に一致する
かどうかを判定し、一致しない場合（５）に戻って以後
の処理を繰り返し、一致する場合、（９）へ進む。

【００２９】（９）では、Ｚｄｉｓｐの値が“０”か、
つまり描画した画素が１つもないか、どうかを判定し、
“０”であれば（１０）を、“０”でなければ（１１）
を実行する。

【００３０】（１０）では、ライトデータとしてＤＩＳ
Ｐ変数ＤＩＳＰ（Ｐｃｎｔ）＝０を生成して、ライトア
ドレス発生部１１がＰｃｎｔと不一致信号とに基づいて
発生したライトアドレスにより、ＤＩＳＰ変数格納部１
４に書き込む。

【００３１】（１１）では、ライトデータとしてＤＩＳ
Ｐ（Ｐｃｎｔ）＝１を生成し、ＤＩＳＰ変数格納部１４
に書き込む。（１２）では、ポリゴンカウンタＰｃｎｔ
を＋１し、次のポリゴンをとり出す。

【００３２】（１３）では、Ｐｃｎｔの値が最大値、つ
まりポリゴンの総数に対応する値と一致するかどうかを
判定し、一致すれば（１４）でレンダリングを終了し、
一致しなければ（４）へ戻り、以後の処理を繰り返す。

【００３３】以上は、現在の視点データに対応する処理
済の視点データが履歴中に存在しない場合の処理である
が、同じものが履歴中に存在した場合には、以下の（１
５）ないし（２１）の処理を行う。

【００３４】（１５）では、ポリゴンカウンタＰｃｎｔ
を０にクリアする。（１６）では、Ｐｃｎｔ番目のポリ
ゴンを選択し、レンダリングを開始する。（１７）で
は、フラグのＤＩＳＰ変数ＤＩＳＰ（Ｐｃｎｔ）が
“０”かどうかを判定し、“０”でなければ（１８）の
レンダリングへ進み、“０”であれば（１９）へ進む。
つまりＤＩＳＰ（Ｐｃｎｔ）＝０の場合は、ポリゴンが
“非表示”であることを表しているので、（１８）のレ
ンダリングをスキップする。

【００３５】（１８）では、Ｐｃｎｔ番目のポリゴンを
レンダリングする。（１９）では、Ｐｃｎｔを＋１す
る。（２０）では、Ｐｃｎｔが最大値に達したかどうか
を判定し、最大値のときは（２１）でレンダリングを終
了し、最大値に達していない場合には（１６）へ戻り、
次のポリゴンを処理する。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
一度描画してその視点と表示／非表示フラグを格納して
おけば、次回のレンダリングは高速に行うことができ
る。近年の３次元モデルでは、モデルの構成物（たとえ
ば机／椅子／人間等）のリアリズムの向上に伴い、隠面
ポリゴンの数が非常に多くなるため、本発明は、描画処
理の向上に対して大きく寄与することができる。特にア
ニメーションのように、視点の移動が繰り返されるよう
な場合に本発明は大きな効果をもつ。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理的構成図である。

【図２】本発明実施例装置のハードウェアのブロック構
成図である。

【図３】本発明実施例装置の詳細構成図である。

【図４】本発明実施例装置におけるフラグ格納部の構成
図である。

【図５】本発明実施例装置の制御フロー図（その１）で
ある。

【図６】本発明実施例装置の制御フロー図（その２）で
ある。

【図７】従来の隠面消去処理の説明図である。

【符号の説明】

１図形処理装置２ディスプレイリスト格納部３描画演算部４Ｚバッファメモリ５フラグ格納部６表示メモリ７ディスプレイ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】３次元図形の曲面をポリゴンにより分割
して描画演算を行う描画演算部と、３次元隠面消去処理
に用いるための３次元図形の奥行き値を保持するＺバッ
ファメモリと、３次元図形データのリストを格納するデ
ィスプレイリスト格納部と、画面表示データを格納する
表示メモリと、ポリゴンごとに表示か非表示かを示す管
理フラグを格納するフラグ格納部とを備え、描画演算部は、要求された視点および視野に基づいて３
次元図形の描画演算を各ポリゴンについて実行し、その
際、Ｚバッファメモリの奥行き値を用いてそのポリゴン
を表示するか非表示とするかを判定し、判定結果を表す
フラグを当該視点および視野に対応づけてフラグ格納部
に格納し、以後、同一の視点および視野に基づく３次元
図形の描画要求が発生したとき、フラグ格納部から対応
する各ポリゴンのフラグを読み出し、フラグが非表示を
表しているポリゴンについては描画演算を省略する制御
を行うことを特徴とする図形処理装置。