JPH0816817A

JPH0816817A - ３次元画像生成装置

Info

Publication number: JPH0816817A
Application number: JP7098559A
Authority: JP
Inventors: Takushi Fujita; 卓志藤田; Mitsuaki Fukuda; 充昭福田; Chikako Matsumoto; 智佳子松本; Masaaki Ota; 雅明太田; Hitoshi Matsumoto; 均松本; Hideo Shindo; 秀郎進藤; Kazuhisa Oe; 和久大江; Yuichi Nagai; 友一長井
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1994-04-25
Filing date: 1995-04-24
Publication date: 1996-01-19

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、３次元画像を生成する技術に関
し、スキャンラインアルゴリズムを用いて高速の描画を
実現することを目的とする。【構成】視点及び光源の少なくとも一方に関するデー
タを規定した画像生成パラメータＤ１が予め格納されて
いるメモリ手段１０を備え、ユーザの編集指示が入力さ
れた時に画像生成パラメータＤ１が変化したか否かを判
定し、画像生成パラメータが変化しなかったことを示す
判定結果が得られた時に、編集対象となったオブジェク
トに関するデータのみについて透視変換を行い、この透
視変換の結果を用いて表示画面上の該当する一部分を描
き直すように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、３次元画像を生成する
技術に係り、特に、スキャンラインアルゴリズムを用い
て３次元オブジェクトの画像、特にシェーディング表示
の３次元画像を生成する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、３次元画像の編集を行う場合に、
Ｚバッファアルゴリズムを用いてシェーディング表示の
３次元画像を生成する装置、スキャンラインアルゴリズ
ムを用いてシェーディング表示の３次元画像を生成する
装置などが利用されている。このようなＺバッファアル
ゴリズムやスキャンラインアルゴリズムといった手法
は、当業者には知られている技術であり、例えば、マグ
ローヒル・ブック・カンパニーによって発行された、デ
ビッド・Ｆ．ロジャースによる文献「コンピュータ・グ
ラフィックスのためのプロシーデュラル・エレメント」
（"PROCEDURALELEMENTS FOR COMPUTER GRAPHICS", p.26
5〜p.280, by David F.Rogers, published by McGraw-H
ill Book Company ）に記載されている。

【０００３】Ｚバッファアルゴリズムを用いてシェーデ
ィング表示の３次元画像を生成する装置の場合、オブジ
ェクトを追加したり或いは削除したりする時にそのオブ
ジェクトに関係する画面領域のみを再描画できるので、
描画を高速に行え、しかも画像編集の対話処理に適し、
さらに、品質の高い画像表示を行えるといった利点があ
る。

【０００４】一方、スキャンラインアルゴリズムを用い
てシェーディング表示の３次元画像を生成する装置の場
合、上述したＺバッファアルゴリズムを用いる３次元画
像生成装置に比べて、より小容量のメモリで品質の高い
画像を生成できるといった利点がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、Ｚバ
ッファアルゴリズムに基づいた３次元画像生成装置、或
いはスキャンラインアルゴリズムに基づいた３次元画像
生成装置は、それぞれ利点を有しているが、その反面、
不利な点も有している。すなわち、Ｚバッファアルゴリ
ズムを用いてシェーディング表示の３次元画像を生成す
る装置の場合、画像品質を高めるためには解像度の高い
Ｚバッファを用意する必要があり、そのために大容量の
メモリが必要になるといった欠点を有している。

【０００６】また、スキャンラインアルゴリズムを用い
てシェーディング表示の３次元画像を生成する装置の場
合、輝度計算、透視変換、ソーティング、隠面消去など
の処理の全てが時間的に「シリアル」な形態で行われる
ので、画像編集の対話処理の際に十分な速度で描画する
ことが困難であるといった課題がある。本発明は、かか
る従来技術における課題に鑑み創作されたもので、スキ
ャンラインアルゴリズムを用いて高速の描画を実現する
ことができる３次元画像生成装置を提供することを目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】図１は本発明に係る３次
元画像生成装置の原理構成を例示する。本発明の装置
は、スキャンラインアルゴリズムを用いてシェーディン
グ表示の３次元画像を生成し表示画面上に描画すること
を意図としている。図中、１０はメモリ手段を示し、該
メモリ手段には、視点と光源の少なくとも一方に関する
データを規定した画像生成パラメータＤ１が予め格納さ
れている。また、１２はメモリ手段１０と動作可能に接
続された第１の手段を示し、ユーザの編集指示が入力さ
れた時に画像生成パラメータＤ１が変化したか否かを判
定する機能を有している。また、１４は第１の手段１２
と動作可能に接続された第２の手段を示し、第１の手段
１２により画像生成パラメータＤ１が変化しなかったこ
とを示す判定結果が得られた時に、編集対象となったオ
ブジェクトに関するデータのみについて透視変換を行う
機能を有している。また、１６は第２の手段１４と動作
可能に接続された第３の手段を示し、第２の手段１４に
よって行われた透視変換の結果を用いて表示画面上の該
当する一部分を描き直す機能を有している。

【０００８】また、メモリ手段１０において、Ｄ２は表
示画面上に描画されるべき各オブジェクトに関する原デ
ータを規定したオブジェクトデータを示し、Ｄ３は各オ
ブジェクトを表示画面上に描画する際に用いられるデー
タを規定したオブジェクト表示データを示す。

【０００９】

【作用】図１に示す構成によれば、任意の視点又は光源
から見た３次元座標空間においてオブジェクト画像が得
られている状態で当該オブジェクトに対しユーザの編集
指示が与えられた場合に、視点又は光源（画像生成パラ
メータＤ１）が変化しない時には、編集対象となってい
るオブジェクトの一部のみがユーザの指示に従って修正
される。

【００１０】すなわち、部分的なデータの変更に伴うオ
ブジェクト表示データの修正及び再描画の範囲を必要最
小限とすることができる。その結果、画像編集の対話処
理の際に十分な速度で描画を行うことが可能となり、ま
た、現実のイメージをそのまま表現できる品質の高い画
像を効率良く作成することができる。なお、本発明の他
の構成上の特徴及び作用の詳細については、添付図面を
参照しつつ以下に記述される実施例を用いて説明する。

【００１１】

【実施例】図２に本発明の一実施例に係る３次元画像生
成装置の外観構成が示される。図２において、２０はコ
ンピュータ本体を示し、このコンピュータ本体２０には
キーボード２２、ＣＲＴ等のディスプレイ２４及びマウ
ス２６が接続されている。ユーザがマウス２６を操作す
ることでオブジェクトの編集指示がコンピュータ本体２
０に与えられると、周知のスキャンラインアルゴリズム
の処理によりシェーディング表示の３次元画像が生成さ
れ、ディスプレイ２４の画面上に描画される。

【００１２】図３には本実施例に係る３次元画像生成装
置のシステム構成が例示される。図中、３０はスキャン
ラインアルゴリズムに基づいたシェーディング表示の３
次元画像の生成及び描画を制御するための中央処理装置
（ＣＰＵ）、３２はキーボード２２等の入力装置、３４
は例えばマウス２６やタブレット等の画面上位置入力装
置、３６はディスプレイ２４等の表示装置、３８は図１
の構成に関連して説明した各種のデータ（画像生成パラ
メータＤ１、オブジェクトデータＤ２及びオブジェクト
表示データＤ３）が格納されているメモリ、４０は例え
ばフロッピィディスク等の外部記憶装置、４２は各装置
（ユニット）間を接続するシステムバスを示す。

【００１３】また、後述するように、メモリ３８には表
示画面上で各オブジェクトが描画される位置又は領域を
指示するデータも格納される。本実施例で用いる各種の
データＤ１、Ｄ２及びＤ３は以下の通りである。Ｄ１：画像生成パラメータ視点データ・世界座標系から視点座標系への変換式・視点座標系から画面座標系への変換式光源データ・光源の種別、光源位置又は方向、光強度Ｄ２：オブジェクトデータ（各オブジェクトの原デー
タ）詳細形状データリスト・頂点、位置座標、法線ベクトル（ローカル座標系）・各面を構成する頂点のリストオブジェクトデータリスト・オブジェクトのローカル座標系から世界座標系への変
換式・オブジェクトの表面属性（反射特性）Ｄ３：オブジェクト表示データ（透視変換結果）頂点データリスト（画面座標ｙの順でソーティン
グ）・頂点座標（画面座標系）・オブジェクト番号・辺データへのポインタ辺データリスト・辺両端の頂点へのポインタ・辺に隣接する面へのポインタ・シェーディングに必要なデータ（シェーディングモデ
ルによって異なる）面データリスト・オブジェクト番号・シェーディングに必要なデータ（シェーディングモデ
ルによって異なる）図４（ａ）〜（ｃ）には本実施例の画像生成装置におけ
る画面表示の一例が例示されており、また、図５（ａ）
〜（ｃ）にはそれぞれ図４（ａ）〜（ｃ）に対応するオ
ブジェクト表示データの状態が示されている。

【００１４】図４において、Ａ及びＢはそれぞれオブジ
ェクト、Ａ１〜Ａ３及びＢ１〜Ｂ３は各オブジェクトの
頂点、ａ１〜ａ３及びｂ１〜ｂ３は各オブジェクトの
辺、５０は表示画面、５２及び５４はそれぞれ各オブジ
ェクトの表示画面５０上への投影画像、Ｒａは描画範
囲、Ｒｂ及びＲｃは描き直し（再描画）範囲を示す。先
ず、オブジェクトＡを画面上で表示する操作を行うと、
オブジェクト表示データは図５（ａ）に示すような状態
となり、このデータに基づき、図４（ａ）に示すよう
に、画面上でオブジェクトＡを含むような領域Ｒａにつ
いて描画が行われる。

【００１５】この状態で更にオブジェクトＢを画面上で
表示する操作を行うと、オブジェクト表示データは図５
（ｂ）に示すような状態となり、このデータに基づき、
図４（ｂ）に示すように、画面上でオブジェクトＢを含
むような領域Ｒｂについて描画が行われる。次いで、オ
ブジェクトＢを移動させる操作を行うと、先ず、オブジ
ェクトＢに関連するデータがオブジェクト表示データか
ら削除されて図５（ａ）に示すような状態となり、続い
て、オブジェクトＢの新たなデータがオブジェクト表示
データに挿入されて図５（ｃ）に示すような状態とな
る。このデータに基づいて、図４（ｃ）に示すように、
画面上でオブジェクトＢの元の位置（破線で示す）と新
たな位置の両方を包含する領域Ｒｃについて描画が行わ
れる。

【００１６】図６には本実施例の画像生成装置によって
行われるスキャンラインアルゴリズムを用いた描画処理
の一例が示される。図示の例では、２つのオブジェクト
Ａ，Ｂを表示する場合を示している。図６（ａ）は画面
５０（Ｑ₁,Ｑ₂,Ｑ₄及びＱ₃によって規定される面）上
での描画の様子を示し、図６（ｂ）は画面座標系で表現
された３次元空間を示し、図６（ｃ）はスキャン平面
（Ｑ₅,Ｑ₆,Ｑ₁₂及びＱ₁₁によって規定される平面）での
オブジェクトの断面を示す。なお、画面座標系とは、表
示画面５０のヨコ方向をｘ軸、タテ方向をｙ軸、奥行き
方向をｚ軸とする座標系であり、ｘとｙが同一値の点は
画面上で同じ位置を占め、ｚ値が小さいものが手前とな
る。

【００１７】表示処理に際し、先ずオブジェクトＡ及び
Ｂについて、前述の画像生成パラメータＤ１に基づき、
各オブジェクトのオブジェクトデータＤ２について透視
変換を行い、画面座標系におけるデータ（オブジェクト
表示データ）に変換する。画面座標系に変換されたオブ
ジェクト表示データについては、図５（ａ）〜（ｃ）に
示す例のように、頂点データを画面座標ｙの順でソーテ
ィングしたリストを作成する。

【００１８】描画は、表示画面５０の上部（つまりｙ値
が小さい側）から順にスキャンライン毎に行う。図６
（ａ）〜（ｃ）に示す例では、中間のスキャンラインＳ
Ｌ上の描画を行う様子が示されている。同図に示すよう
に、描画処理を行うスキャンラインＳＬを含むスキャン
平面ＳＰでの各オブジェクトＡ，Ｂの断面６２，６４を
求め、それをスキャンラインＳＬ上（つまり画面上）に
投影し、スキャンライン上の描画を行う。図示の例で
は、スキャンラインＳＬ上のｓ１及びｓ５の位置に背景
が、ｓ２及びｓ４の位置にオブジェクトＡの投影画像
が、ｓ３の位置にオブジェクトＢの投影画像が、それぞ
れ描画される。

【００１９】図７には本実施例に係る画像生成装置によ
る表示処理の種々の例が示される。図中、７２，７４及
び７６はオブジェクト、Ｒ₁〜Ｒ₃は再描画を行う範囲
を示す。先ず、図７（ａ）に示す初期状態に対して、一
部のオブジェクト（図示の例ではオブジェクト７４）に
移動等の変更を加えた場合、図７（ｂ）に示すように、
変更されたオブジェクト７４の元の表示位置（破線で示
す）と変更後の表示位置の両方を含む領域Ｒ₁について
再描画が行われる。

【００２０】また、図７（ｃ）に示すように、新たなオ
ブジェクト７６が追加された場合には、その新たなオブ
ジェクト７６の表示位置を含む領域Ｒ₂について再描画
が行われる。また、図７（ｄ）に示すように、オブジェ
クト７４を削除した場合には、その削除されたオブジェ
クト７４の元の位置（破線で示す）を含む領域Ｒ₃につ
いて再描画が行われる。

【００２１】また、図７（ｅ）に示すように視点のデー
タが変更された場合、或いは、図７（ｆ）に示すように
光源のデータが変更された場合には、表示画面５０全体
について再描画が行われる。次に、本実施例に係る画像
生成装置によって行われる描画処理について、図８に示
すフローチャートを参照しながら説明する。

【００２２】先ずステップ１００では、ユーザの編集指
示を入力する。次のステップ１０２では、上記の編集指
示に基づいて画像生成パラメータＤ１が変化したか否
か、すなわち、視点又は光源が変化した（ＹＥＳ）か否
（ＮＯ）かの判定を行う。この判定結果に基づき、判定
結果がＹＥＳの場合にはステップ１０４に進み、判定結
果がＮＯの場合にはステップ１１０に進む。

【００２３】ステップ１０４では、オブジェクト表示デ
ータＤ３を全てクリアする。次のステップ１０６では、
画像生成パラメータＤ１とオブジェクトデータＤ２に基
づいて、表示画面上に描画されている全てのオブジェク
トに関するデータについて透視変換を行い、オブジェク
ト表示データＤ３を作成する。次のステップ１０８で
は、その作成されたオブジェクト表示データＤ３を用い
て、画面の表示領域全体を描き直す。この後、本フロー
は「エンド」となる。

【００２４】一方、ステップ１１０では、ユーザが編集
の対象としたオブジェクトに関連するオブジェクト表示
データをメモリ３８内のオブジェクト表示データＤ３か
ら削除する。更にステップ１１２において、そのオブジ
ェクトが表示画面上で占めていた領域を記憶する。この
領域を指示するデータはメモリ３８に格納される。次の
ステップ１１４では、編集されたオブジェクトのオブジ
ェクトデータについて透視変換を行い、その結果をオブ
ジェクト表示データとしてメモリ３８内のオブジェクト
表示データＤ３へ挿入する。さらにステップ１１６にお
いて、編集されたオブジェクトが表示画面上で占めるべ
き領域を記憶する。この領域を指示するデータはメモリ
３８に格納される。

【００２５】次のステップ１１８では、ステップ１１２
及び１１６でそれぞれ記憶された各領域を包含する領域
を描画対象として設定し、それに対応する表示領域のみ
をオブジェクト表示データＤ３を用いて描き直す。この
後、本フローは「エンド」となる。以上説明したように
本実施例によれば、一部のオブジェクトをユーザが修正
した場合で、視点又は光源が変化しない時には、そのオ
ブジェクトに関連した部分についてのみ透視変換が行わ
れ、表示画面上の該当する一部分だけが描き直される。
これによって、画像編集の対話処理の際に十分な速度で
描画を行うことができる。

【００２６】すなわち、部分的なデータの変更に伴うオ
ブジェクト表示データの修正及び再描画の範囲を必要最
小限とすることができるので、現実のイメージをそのま
ま表現できる品質の高い画像を効率良く作成することが
可能となる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るスキ
ャンラインアルゴリズムを用いた３次元画像生成装置に
よれば、任意の視点又は光源から見た３次元座標空間に
おいてオブジェクト画像が得られている状態で、当該オ
ブジェクトに対しユーザの編集指示が与えられた場合
に、視点又は光源が変化しない時には、編集対象となっ
ているオブジェクトの一部のみをユーザの指示に従って
修正するようにしているので、部分的なデータの変更に
伴うオブジェクト表示データの修正及び再描画の範囲を
必要最小限とすることができる。

【００２８】これによって、画像編集の対話処理の際に
十分な速度で描画を行うことが可能となり、ひいては処
理効率を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る３次元画像生成装置の原理構成図
である。

【図２】本発明の一実施例に係る３次元画像生成装置の
外観構成を示す図である。

【図３】図２に示す装置のシステム構成を示すブロック
図である。

【図４】図２に示す装置における表示画面の一例を示す
図である。

【図５】図４に示す表示画面に対応したオブジェクト表
示データの状態を示す図である。

【図６】図２に示す装置によって行われるスキャンライ
ンアルゴリズムを用いた描画処理の説明図である。

【図７】図２に示す装置によって行われる表示処理の例
を示す図である。

【図８】図２に示す装置によって行われる描画処理の一
例を表したフローチャートである。

【符号の説明】

Ｄ１…画像生成パラメータＤ２…オブジェクトデータＤ３…オブジェクト表示データ１０…メモリ手段１２…第１の手段（パラメータ変化判定）１４…第２の手段（一部オブジェクト透視変換）１６…第３の手段（一部画面描き直し）２０…コンピュータ本体２４…ディスプレイ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者太田雅明神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内 (72)発明者松本均神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内 (72)発明者進藤秀郎東京都稲城市大字大丸1405番地株式会社富士通パソコンシステムズ内 (72)発明者大江和久東京都稲城市大字大丸1405番地株式会社富士通パソコンシステムズ内 (72)発明者長井友一東京都稲城市大字大丸1405番地株式会社富士通パソコンシステムズ内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】スキャンラインアルゴリズムを用いてシ
ェーディング表示の３次元画像を生成し表示画面上に描
画する装置であって、視点及び光源の少なくとも一方に関するデータを規定し
た画像生成パラメータ（Ｄ１）が予め格納されているメ
モリ手段（１０）と、前記メモリ手段と動作可能に接続され、ユーザの編集指
示が入力された時に前記画像生成パラメータが変化した
か否かを判定する第１の手段（１２）と、該第１の手段により前記画像生成パラメータが変化しな
かったことを示す判定結果が得られた時に、編集対象と
なったオブジェクトに関するデータのみについて透視変
換を行う第２の手段（１４）と、該第２の手段によって行われた前記透視変換の結果を用
いて前記表示画面上の該当する一部分を描き直す第３の
手段（１６）と、を具備することを特徴とする３次元画像生成装置。
【請求項２】前記メモリ手段は更に、表示画面上に描
画されるべき各オブジェクトに関する原データを規定し
たオブジェクトデータ（Ｄ２）と、各オブジェクトを前
記表示画面上に描画する際に用いられるデータを規定し
たオブジェクト表示データ（Ｄ３）とを格納することを
特徴とする請求項１に記載の３次元画像生成装置。
【請求項３】前記第２の手段は、前記編集対象となっ
たオブジェクトに関するオブジェクト表示データを前記
メモリ手段内の前記オブジェクト表示データから削除す
る手段と、前記編集対象となったオブジェクトが前記表
示画面上で占めていた第１の領域を前記メモリ手段に記
憶する手段と、編集されたオブジェクトのオブジェクト
データについて透視変換を行いその結果をオブジェクト
表示データとして前記メモリ手段内の前記オブジェクト
表示データへ挿入する手段と、前記編集されたオブジェ
クトが前記表示画面上で占めるべき第２の領域を前記メ
モリ手段に記憶する手段とを有することを特徴とする請
求項２に記載の３次元画像生成装置。
【請求項４】前記第３の手段は、前記メモリ手段に記
憶された前記第１及び第２の領域を包含する領域を描画
対象として設定する手段と、該設定された領域に対応す
る前記表示画面上の表示領域のみを前記メモリ手段内の
前記オブジェクト表示データを用いて描き直す手段とを
有することを特徴とする請求項３に記載の３次元画像生
成装置。
【請求項５】前記第１の手段により前記画像生成パラ
メータが変化したことを示す判定結果が得られた時に、
前記表示画面上に描画されている全てのオブジェクトに
関するデータについて透視変換を行う手段と、前記全て
のオブジェクトについて得られた前記透視変換の結果を
用いて前記表示画面の全体を描き直す手段とを更に有す
ることを特徴とする請求項２に記載の３次元画像生成装
置。
【請求項６】前記透視変換を行う手段は、前記メモリ
手段内の前記オブジェクト表示データを全てクリアする
手段と、前記メモリ手段内の前記画像生成パラメータ及
びオブジェクトデータに基づいて、前記表示画面上に描
画されている全てのオブジェクトについて透視変換を行
いオブジェクト表示データを作成する手段とを有するこ
とを特徴とする請求項５に記載の３次元画像生成装置。