JPH10134204A

JPH10134204A - グラフィックス表示装置

Info

Publication number: JPH10134204A
Application number: JP8285353A
Authority: JP
Inventors: Katsura Abe; 桂阿部; Kazuyoshi Koga; 和義古賀; Tetsuya Shimomura; 哲也下村; Ichiro Iimura; 伊智郎飯村; Norito Watanabe; 範人渡辺; Jun Sato; 潤佐藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-10-28
Filing date: 1996-10-28
Publication date: 1998-05-22

Abstract

(57)【要約】【課題】グラフィックス表示装置の陰面消去処理におい
て、描画コマンドのＺソートを高速かつ高精度に行う図
形表示装置を提供する。【解決手段】Ｚ値範囲検出部１１０で１フレームの描画
コマンドのＺ値の最大値、最小値を検出してＺ値範囲
（ｆａｒ面とｎｅａｒ面）を設定し、グループ分割数算
出部１２０でグループの分割数を決定する。分割数はコ
マンド数やＺ値範囲に基づいて最適化される。ソート処
理部１３０は、コマンドバッファ２２０から読み出した
発行順の描画コマンドについて、そのＺ値から該当する
グループに配分し、次いでグループ内のＺソートを行な
う。Ｚソートされたコマンドとそのアドレスは、グルー
プポインタテーブル２００とコマンドポインタテーブル
２１０に書き込まれて、リンクが張られる。グラフイッ
クスプロセッサ３００は、テーブルのリンク順に辿って
コマンドを読み出し描画する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はグラフィックス表示
装置に係り、特に図形描画コマンドのＺソートを小容量
のメモリで高精度に且つ、高速に行なう描画方式に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、コンピュータグラフィックスの
表示処理はトラバーサル、ジオメトリ、陰面処理、レン
ダリング、表示の手順で行われる。これら一連の処理を
行うことにより、三角形や四角形、あるいはより頂点数
の多い図形を用いて、立体感や質感のあるより現実物に
近い画像を描画および表示することが可能となる。

【０００３】陰面処理と呼ばれる処理は、視点から描画
図形を見た場合、他の図形の陰に隠れる図形については
描画しないという処理を行う部分である。この陰面処理
には一般にＺソート法とＺバッファ法があり、ジオメト
リ演算後の図形の奥行き情報を利用する。この奥行き情
報は一般にＺ値と呼ばれる。

【０００４】Ｚバッファ法による陰面処理は画素単位で
逐次処理する。すなわち、描画したい図形の画素のＺ値
とＺバッファに格納されているＺ値を比較し、Ｚバッフ
ァに格納されている図形のＺ値の方が小さければ、フレ
ームバッファに描画するとともにＺバッファの値を更新
する。比較の結果、Ｚバッファに格納されているＺ値の
方が大きければ、その画素は描画されずＺバッファも更
新されない。このような処理を行うことにより、Ｚバッ
ファを用いて図形の影に隠れる図形は描画されず、より
自然な表示図形を得ることが可能になる。

【０００５】Ｚバッファ法は画素単位に処理するので、
また、ハードウェア処理となるので高速になる。しか
し、Ｚ値を格納しておく表示画面と同じ大きさのＺバッ
ファをシステムに持つ必要があり、パソコンやゲーム機
あるいはカーナビゲーション等の低価格性が重視される
分野での適用を困難にしている。

【０００６】Ｚソート法は図形描画を行う前に、三次元
空間内での距離を用いて描画順序の並びを替える。一般
には、最も奥にある図形から最も手前にある図形の順に
並び替え、描画順位を決定し、この順位に従って図形の
描画をおこなう。

【０００７】Ｚソート法の公知例として、特開平７−２
９６１８６号公報がある。この方法は三次元空間を距離
に応じて複数のブロックに分割し、描画コマンドが生成
されると、まずどのブロックに属するか判定する。ブロ
ックが定まると描画コマンドが生成された順に描画され
るようにリンクする。そして、視点から見て奥のブロッ
クから手前のブロックへ、あるいは手前のブロックから
奥のブロックへ、描画処理されるようにリンクする。こ
れによれば、図形データ保存のためのメモリ領域が少な
く、図形データのソートも高速に行なわれる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】Ｚバッファ法は高速、
高精度に描画処理を行うことができるが、大容量のバッ
ファをもつ必要があるため、グラフィックス表示装置が
高価格になるという問題があった。

【０００９】また、上記したＺソート法は、分割ブロッ
クにソートするだけなので、ブロック内ソートが行なわ
れないため図形描画の精度が悪い。また、ブロックの分
割が所定のＺ値範囲に対して固定的に行なわれ、ブロッ
クに分配できない描画コマンドを生じたり、反対に描画
コマンドの分配のない空きブロックが発生して、描画精
度の低下やメモリの無駄な配分を生じる。

【００１０】また、従来のＺソート法では、例えば三次
元空間内で視点から見て奥から手前への順に描画コマン
ドが作成されている場合や、背景画像のように多数のフ
レームに亘って描画コマンドが変化しない場合などに
も、常にソートを行なっているため、ソートの処理時間
が長くなる問題点がある。

【００１１】本発明の目的は、上記の問題点を克服し、
グループ内ソートを含む高精度のＺソート法による描画
処理を安価に実現する、グラフィックス表示装置を提供
することにある。

【００１２】また、Ｚソートの要否や精度を選択可能に
構成し、描画図形の用途に応じて描画精度と処理速度の
要求に柔軟に対応できる、使い勝手のよいグラフィック
ス表示装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的は、３次元グラ
フィックス表示装置において、１フレーム中の描画コマ
ンドから３次元空間上で存在し得る範囲を検出し、この
存在範囲を複数のブロックに分割し、各ブロックに対応
する描画コマンドを分配し、前記存在範囲における昇順
あるいは降順に各ブロックを描画することにより達成さ
れる。

【００１４】前記描画コマンドは３次元の奥行き情報を
示すＺ値を有し、前記存在範囲は１フレーム中の描画コ
マンドのＺ値の最大値と最小値により決定することを特
徴とする。

【００１５】前記ブロックの分割数は、１フレーム毎に
最適化されることを特徴とする。この最適化は前記描画
コマンド数および／または前記存在範囲に基づいて決定
される。

【００１６】上記目的は、３次元グラフィックス表示装
置において、３次元の奥行きを複数のグループに分割す
る際に、視点からみて最も手前と最も奥のグループの各
々に、１フレーム中の少なくとも一つの描画コマンドが
分配されるように分割する手段を設けることによって達
成される。

【００１７】上記目的は、３次元グラフィックス表示装
置において、発行された描画コマンドをそのＺ値に応じ
て複数のグループに分配するとともに、各グループ内で
そのＺ値に応じてソートし、グループのＺ値及びグルー
プ内のＺ値の昇順あるいは降順に描画処理を行うことに
よって達成される。

【００１８】グループ内の描画コマンドのＺソートは、
コマンドのＺソートリンクテーブル（ＧＰＴとＣＰＴ）
を設け、コマンドが発行される度に前記テーブルの該当
グループにリンクし、グループ内のリンク張り替え処理
によって行なわれる。

【００１９】上記他の目的は、３次元グラフィックス表
示装置において、Ｚソートの要否や図形精度（グループ
への分配のみか、グループ内ソートも行なうかなど）
を、適宜に選択する手段を設けたことにより達成され
る。

【００２０】また、図形精度の選択にＺ値の代表点を選
択する手段を設ける。すなわち、三角形や四角形等によ
る描画コマンドの、Ｚソート時に参照する点を第１頂点
Ｚ値、重心Ｚ値または最小Ｚ値から選択する。

【００２１】さらに、グラフィックスプロセッサの描画
処理と、次フレーム描画のための描画コマンド生成処理
を効率的に行うために、複数の前記描画コマンド保持部
と描ポインタ保持部と、それらの書き込みと読み出しを
交替ないしサイクリックに行なう指定手段を設けてい
る。あるいは、複数の前記描画コマンド保持部の一部で
背景画のように複数のフレームで共用する描画コマンド
を保持し、該部分の描画コマンドの転送とＺソートを省
略して処理を高速化する。

【００２２】図２に、本発明によるＺソート方式の概念
図を示す。図中の四角形中の数字１〜５は描画コマンド
の発行順序を示している。この描画コマンドの発行順序
は不規則であり、視点からみて正しい画像を表示するた
めには、三次元空間における距離、特に奥行き情報であ
るＺ値に関して、最も大きなコマンドから最も小さなコ
マンドの順番（昇順）に描画する必要がある。

【００２３】図２の場合、描画する三次元空間をコマン
ドのＺ値の存在範囲によりグループ１〜グループ３に分
割する。この分割数はコマンド数などに基づいて最適化
される。そして、コマンドが発行される度に、そのＺ値
がどのグループに属するか判定する。判定されたコマン
ドはＺソートリンクテーブルの該当グループにリンクさ
れ、そのグループ内に属するコマンドと順次Ｚ値の比較
を行い、Ｇｒ２のようにＺ値の大きなコマンド順にリン
クを張り替える。図示例の場合、コマンド４から開始
し、以下１、３、２、５の順で描画するようにＺソート
が行なわれる。

【００２４】この操作を１フレームの描画コマンドの全
てに対して行い、Ｚ値の大きなグループから先に描画す
れば、所望の画像を表示することができる。グループ内
も、前記Ｚソートポインターテーブルのリンクを辿るだ
けの簡単な処理となるので、Ｚ値の大きなコマンドから
Ｚ値の小さなコマンドの順で高速に描画できる。もし、
三次元空間において手前の物体の描画が重要とされる場
合は、リンクの張り替え作業及び、リンクの辿り方を、
Ｚ値に関して上記と逆に行えばよい。

【００２５】

【発明の実施の形態】本発明の一実施形態であるＺソー
ト方式及び、それを用いたグラフィックス表示装置につ
いて、図面を参照しながら詳細に説明する。

【００２６】図１は、本発明の一実施形態によるグラフ
ィックス表示装置の構成図である。本表示装置はデータ
処理、表示処理、入出力処理及びＺソート処理をおこな
う処理部１０、データや描画コマンドを記憶し、データ
の読み出しまたは書き込みの処理がおこなわれるメイン
メモリ２０、ＣＲＴ４０等の表示部、他の処理装置や記
憶装置との入出力処理をおこなうＩ／Ｏ装置５０から構
成される。

【００２７】処理部１０は、データ処理や他のプロセッ
サの制御を行うＣＰＵ６００と、描画データを処理する
グラフィックスプロセッサ３００と、表示部の表示タイ
ミングなどを処理する表示プロセッサ５００と、ＣＰＵ
６００、グラフィックスプロセッサ３００、表示プロセ
ッサ５００等のインメモリ２０のアクセスを調停するメ
モリコントローラ４００と、Ｚソート部１００から構成
されている。

【００２８】なお、本実施例では、ＣＰＵ６００、グラ
フィックスプロセッサ３００、表示プロセッサ５００、
メモリコントローラ４００及びＺソート部１００を、１
チップＬＳＩで構成しているが、これに限られるもので
はない。

【００２９】本実施例のＺソート部１００はＺ値範囲検
出部１１０、グループ分割数算出部１２０及びソート処
理部１３０を有している。Ｚ値範囲検出部１１０は、１
フレームないし１シーンの全描画コマンドのＺ値から最
大値Ｚｍａｘ、最小値Ｚｍｉｎを求めて、描画データの
存在範囲（ｎｅａｒ面とｆａｒ面）を過不足なく決定す
る。グループ分割数算出部１２０は、Ｚ値範囲をコマン
ド数やＺ値範囲の大きさに基づいて、グループの最適分
割数を決定し、Ｚ値範囲を複数のグループに分割する。
ソート処理部１３０は、描画コマンドが発行される度
に、そのＺ値により該当するグループに配分し、グルー
プ内でのリンク張り替えによるＺソートを行なう。Ｚソ
ートはＺ値の昇順でなく降順でもよい。

【００３０】Ｚソート部１００は、ソフトウェア的に処
理される場合にはＣＰＵ６００がその機能を具備してい
る。あるいは、グラフィックスプロセッサ３００に内蔵
されてもよい。

【００３１】メインメモリ２０は、グループポインタテ
ーブル（以下、ＧＰＴと略称）２００、コマンドポイン
タテーブル（以下、ＣＰＴと略称）２１０、コマンドバ
ッファ２２０及びフレームバッファ２３０を備えてい
る。コマンドバッファ２２０は、グラフィックスプロセ
ッサ３００が処理する描画コマンドを一時的に保持す
る。フレームバッファ２３０には、コマンドバッファ２
２０から読み出した描画コマンドの描画が行なわれる。

【００３２】上記Ｚソートリンクテーブルは、ＧＰＴ２
００とＣＰＴ２１０から構成され、描画コマンドの処理
順を表すリンク情報が書き込まれる。例えば、図１０に
示すように、ＧＰＴ２００はグループ毎に、各グループ
に属する描画コマンドの開始及び終了のアドレスを管理
する。ＣＰＴ２１０はコマンド毎に、描画コマンドのア
ドレスとＺソートのリンク先のアドレスを管理する。

【００３３】次に、本グラフィックス表示装置の処理手
順について説明する。まず、ＣＰＵ６００において図形
データのジオメトリ演算が行われる。ジオメトリ演算が
行われた描画コマンドは、メモリコントローラ４００に
より制御されて、Ｚソート部１００へ転送される。な
お、ＣＰＵ６００のジオメトリ演算では描画コマンドの
Ｚ値を、コマンドの三角形や四角形等の代表点により演
算する。後述のように、代表点が最小Ｚ値あるいは重心
Ｚ値等と選択指定される場合には、各々に対応する演算
ルーチンが用意される。

【００３４】Ｚソート部１００は後述するように、ＧＰ
Ｔ２００とＣＰＴ２１０のテーブル内容を書き替え、Ｚ
値の大きなコマンドからＺ値の小さなコマンドの順にリ
ンクを張り替えていく。１シーン分の描画コマンドにつ
いてＺソートを行うと、Ｚソート部１００はメモリコン
トローラ４００を介して、グラフィックスプロセッサ３
００に描画開始のための信号を送る。

【００３５】グラフィックスプロセッサ３００は主に、
三次元グラフィックスの図形データの演算処理を行う。
即ち、メインメモリ２０のＧＰＴ２００の先頭アドレス
を読み込んで解釈し、演算結果である図形データをフレ
ームバッファ２３０に描画処理する。このときＧＰＴ２
００あるいはＣＰＴ２１０に格納されているリンク情報
を次々と辿っていくことにより、所望の図形データを描
画することができる。

【００３６】リンク情報の辿りかたはまず、最もＺ値の
大きなグループへ読み込みのためのアクセスをおこな
う。そのグループに属するコマンドをＣＰＴ２１０のア
ドレスを基に参照し、描画処理する。次に、一つ手前の
グループに属するコマンドを描画する。

【００３７】以下、Ｚソート部１００の構成と動作を詳
細に説明する。図３に、Ｚ値範囲におけるｎｅａｒ面
（最前面）とｆａｒ面（最奥面）の設定例を示す。図示
のように、実際の奥行き情報をカバーしない場合は、ｎ
ｅａｒ面の手前側とｆａｒ面の奥側は描画されないた
め、描画精度が低下することになる。一般には、奥行き
に対するｎｅａｒ面は視点位置、ｆａｒ面はシステムの
設定可能な最大値がそれぞれ固定的に設定され、実際の
奥行き情報より広い範囲をカバーしていることが多い。
この場合、分割された複数のグループのうちに、空デー
タとなるものが多く存在すると、ソートのために確保し
たメモリエリアが無駄になる。

【００３８】図４に、本実施例によるＺ値検出部の構成
を示す。Ｚ値範囲検出部１１０は、最大Ｚ値検出部１１
１と最小Ｚ値検出部１１４から構成され、Ｚソートを行
う前に１フレームの全コマンドのＺ値を調べ、最大のＺ
値と最小のＺ値を求める。そして、最大のＺ値をｆａｒ
面のＺ値、最小のＺ値をｎｅａｒ面のＺ値とすることに
より、発行された描画コマンドを全ての描画を保証す
る。

【００３９】初期状態では、最大Ｚ値レジスタ１１２に
は小さい値、例えば０がセットされる。最小Ｚ値レジス
タ１１５に大きな値が設定される。例えば、扱っている
データが１６ビットであれば、（２の１６乗−１）など
が設定される。そして、逐次発行されるコマンドのＺ値
と、最大Ｚ値レジスタの値を比較器１１３，１１６によ
り比較し、コマンドのＺ値が最大Ｚ値レジスタ１１２の
値よりも大きければ、コマンドのＺ値を最大Ｚレジスタ
１１２に設定する。また、コマンドのＺ値が最小Ｚ値レ
ジスタ１１５の値よりも小さい場合には、コマンドのＺ
値を最小Ｚ値レジスタ１１５に設定する。この処理を１
フレームの全部のコマンドに対して行い、最小Ｚ値をｎ
ｅａｒ面のＺ値、最大Ｚ値をｆａｒ面のＺ値とする。

【００４０】これによれば、最も手前と最も奥のグルー
プには少なくとも一つの描画コマンドが属するようにな
り、範囲固定の場合に比べてＧＰＴ２００のメモリ割り
当ての無駄がなくなる。さらに、分解能も上がるという
利点を持つ。その後、Ｚソートを行えば全ての描画コマ
ンドを表示処理することが可能になる。

【００４１】図５に、本実施例によるグループ分割数算
出部の構成を示す。本例のグループ分割数算出部１２０
はコマンド数依存最適化部１２１を有している。この最
適化部１２１はコマンド数設定部１２１１、マスク部１
２１２、分割シフト量を格納するレジスタ１２１３及び
シフト部１２１４からなる。レジスタ１２１３には、一
つのグループに分配したいコマンド数に関する情報、例
えばコマンド数を２のべき乗で表す場合に、そのべき乗
を格納する。一つのグループに平均して８個（２の３
乗）のコマンドを分配したい場合は３が格納される。

【００４２】コマンド数設定部１２１１にコマンド数が
設定されると、マスク部１２１２ではそのコマンド数を
超えない２のべき数を算出する。例えばコマンド数＝７
００の場合は、べき数＝５１２を出力する。シフト部１
２１４はマスク部１２１２の出力値を分割数シフト量の
分だけ右シフトし、結果が０になる場合は値１を出力す
る。マスク部１２１２の出力が５１２、分割数シフト量
が３の場合、シフト部１２１４の出力は６４となり、グ
ループ分割数となる。この例の１グループの平均コマン
ド数は１１（７００／６４）となり、所望の８に近い値
となる。

【００４３】コマンドの数はフレームにより大きく増減
する。コマンド数が少ない場合に、分割数が大きすぎる
とソート処理が遅くなり、ＧＰＴなどのテーブルを無駄
にする。また、コマンド数が多い場合に、分割数が少な
すぎるとソート処理が遅くなる。しかし、本実施例によ
ればコマンド数に応じてグループ分割数を最適化するの
で、ソート処理時間を短縮でき、メモリの無駄な配分も
なくなる。

【００４４】本実施例では、速度最優先などから予め設
定される固定分割数１２３を採用することも可能であ
る。この場合の選択はセレクタ１２２によって行なわれ
る。なお、分割数シフト量は、システムのメモリ容量や
フレームの平均コマンド数などから、経験的に妥当な数
値が設定される。

【００４５】図６に、他の実施例によるグループ分割数
算出部の構成を示す。本例のグループ分割数算出部１２
０’には、図５の構成に対しＺ値依存最適化部１２５を
付加している。これは、コマンド数依存による最適化の
場合に、Ｚ値の分解能によってはグループの分割数が大
きすぎて無駄になることがあるためである。

【００４６】本実施例では、コマンド数依存最適化部１
２１の分割数（例えば６４）がべき数算出部１２５１に
入力され、そのべき数（＝６）が算出される。一方、減
算器１２５４は最大Ｚ値１２５２と最小Ｚ値１２５３の
減算値（例えば３２）を出力する。シフト部１２５５
は、この減算値（＝３２）をべき数（＝６）の分だけ右
シフトし、コマンド数に関して最適化した分解能（＝
０．５）を得る。

【００４７】さらに、比較器１２５７で、予め設定され
ているＺ値分解能１２５６（例えば２）と比較し、Ｚ値
分解能１２５６より大きい場合はコマンド数依存最適化
部１２１出力値（＝６４）をそのまま出力する。この例
の場合には、Ｚ値分解能より小さくなるので、べき数算
出部１２５８でＺ値分解能１２５６のべき数（＝１）を
算出し、シフト部１２５９でコマンド数依存最適化部１
２１からの分割数を（べき数＋１＝２）だけ右シフト
し、Ｚ値分解能で最適化した分割数（＝１６）を出力す
る。ただし、シフト部１２５９の出力値は整数切上げと
する。

【００４８】この結果、本実施例により最適化される分
割数は、一つのグループの奥行きが常にＺ値の分解能以
上になるように保証しながら、グループ分割数の無駄を
排除している。

【００４９】図７に、本実施例のＺソート部による概略
の処理フローを示す。まず、Ｚ値範囲検出部１１０から
のＺ値範囲により、描画する図形のｎｅａｒ面とｆａｒ
面（最奥面）を設定し（Ｓ１）、グループ分割数算出部
１２０によるグループ分割数を取り込む（Ｓ２）。

【００５０】次に、ソート処理部１３０による処理に移
行し、ＧＰＴ２００とＣＰＴ２１０が、分割数に応じて
初期化される（Ｓ３）。即ち、ＧＰＴ２００に分割数に
対応したグループＩＤが設定され、そのコマンドアドレ
スには全て「ＮＯＰ」が設定される。このとき、ＣＰＴ
２１０は空である。次に、発行される描画コマンドが順
次入力される（Ｓ４）。そして描画コマンドに付加され
ているＺ値を用いて、分割したグループのどれに属する
かの判定が行われる（Ｓ５）。

【００５１】次に、既にグループ内に属しているコマン
ドとのＺ値比較を行ない（Ｓ６）、Ｚ値の順に接続する
リンク張り替えが行なわれる（Ｓ７）。最後に、発行さ
れた描画コマンドが１フレームの最終コマンドの確認
を、処理コマンドの数が全コマンド数に達したかどうか
によって判定する（Ｓ８）。最終の描画コマンドであれ
ばＺソートは終了であり、グラフイックプロセッサ３０
０による描画が開始される。最終でなければ、次に発行
される描画コマンドを受け取り、上記のソート処理を繰
返す。

【００５２】図８、図９を参照して、グループ内判定
（Ｓ６）とリンク張り替え処理（Ｓ７）の詳細な説明を
行う。本処理では、ＧＰＴ２００の開始コマンド部及び
終了コマンド部に設定されるコマンドをそれぞれＳＣＯ
Ｍ、ＥＣＯＭ、グループ内で直前にＺ値比較したコマン
ドをＰＣＯＭ、そのリンク先をＮＣＯＭ、今回発行の自
コマンドをＣＯＭの文字変数で表す。なお、ＮＯＰは描
画コマンドへのリンクがなく（初期状態のまま）、描画
時に何も実行されない状況を表す。

【００５３】まず、ＧＰＴ２００の該当グループにおい
て、ＳＣＯＭがＮＯＰか判定する（Ｓ１０）。判定結果
が「真」であれば、該当グループには現在、描画コマン
ドは１つも屬していないので、ＧＰＴ２００のＳＣＯ
Ｍ、ＥＣＯＭに自コマンドＣＯＭのアドレスを設定する
（Ｓ１３０）。

【００５４】処理Ｓ１０において判定結果が「偽」とな
った場合は、ＣＯＭとＳＣＯＭのＺ値を比較する（Ｓ２
０）。ＣＯＭのＺ値が「真（大）」であれば（Ｓ３
０）、自コマンドＣＯＭが該当グループにおいては最も
Ｚ値が大きい。そこで、ＣＯＭのリンク先にＳＣＯＭの
アドレスを設定し（Ｓ１４０）、さらにＧＰＴ２００の
ＳＣＯＭにＣＯＭのアドレスを設定する（Ｓ１５０）。

【００５５】処理Ｓ３０においてＣＯＭのＺ値が「偽
（小）」となった場合、ＳＣＯＭのリンク先がＮＯＰで
あるか判定する（Ｓ４０）。これは、当該グループ内に
ある描画コマンドの数が１か、それ以上かを判定するも
のである。処理Ｓ４０の結果が「真（ＮＯＰ）」となっ
た場合は、グループに属している描画コマンド数が一つ
であることを意味している。すでに、ＣＯＭのＺ値の方
が小さいことが判明しているため、リンクの順序はＳＣ
ＯＭ、ＣＯＭの順になる。つまり、ＳＣＯＭのリンク先
にＣＯＭのアドレスを設定し（Ｓ１６０）、ＧＰＴ２０
０のＥＣＯＭにＣＯＭのアドレスを設定する（Ｓ１７
０）。

【００５６】処理Ｓ４０において「偽」となった場合
は、グループ内に複数のコマンドが属している。ＣＯＭ
のＺ値はＳＣＯＭより小さいことが判明しているので、
当該グループ内でのＺ値は二番目以下になる。そこで、
同グループ内で直前にＺ値比較したコマンドＰＣＯＭの
リンク先をＮＣＯＭとする（Ｓ５０）。この操作は、リ
ンク情報を辿っていけば、容易に得ることが可能であ
る。即ち、ＧＰＴ２００に設定されているＳＣＯＭまた
はＥＣＯＭのアドレスを起点に、ＣＴＰ２１０のアドレ
スとリンク先をコマンド設定順または逆順に辿ること
で、ＮＣＯＭの設定が可能になる。

【００５７】次に、ＣＯＭとＮＣＯＭのＺ値比較を行な
い（Ｓ６０）、ＣＯＭのＺ値が大きいか判定し（Ｓ７
０）、比較の結果が「真（大）」であれば、ＰＣＯＭの
リンク先にＣＯＭのアドレスを設定し（Ｓ１１０）、Ｃ
ＯＭのリンク先にＮＣＯＭのアドレスを設定する（Ｓ１
２０）。

【００５８】また、処理Ｓ７０において「偽（小）」と
なった場合は、ＮＣＯＭのリンク先がＮＯＰであるか判
定する（Ｓ８０）。結果が「真（ＮＯＰ）」であれば、
ＣＯＭがグループ中で最もＺ値が小さいことがわかる。
よって、ＮＣＯＭのリンク先にＣＯＭのアドレスを設定
し（Ｓ９０）、さらにＧＰＴ２００のＥＣＯＭにＣＯＭ
のアドレスを設定する（Ｓ１００）。

【００５９】処理Ｓ８０で結果が「偽」となった場合
は、自コマンドＣＯＭよりもＺ値が小さい描画コマンド
が存在する可能性があるので、処理Ｓ５０へ戻って、リ
ンクが完成するまでＺ値の比較処理を繰り返す。

【００６０】図１０〜図１３に、ＧＰＴ及びＣＰＴの構
成とＺソートによる設定内容の遷移を示す。ソート処理
は、図２に示すコマンドを例にしたものである。初期状
態ではＧＰＴ２００、ＣＰＴ２１０にはすべてＮＯＰが
入っている。

【００６１】最初にＣＯＭ１が発行されると、ＧＰＴ２
００のＧｒ２のＳＣＯＭ，ＥＣＯＭには、処理Ｓ１０、
Ｓ１３０を経て図１０（ａ）のように、ＣＯＭ１のアド
レスＣ１が設定される。ＣＰＴ２１０のＣＯＭ１のリン
ク先はＮＯＰである。

【００６２】次にＣＯＭ２が発行されると、ＣＯＭ１と
同じＧｒ２でＣＯＭ１よりＺ値が小さいため、処理Ｓ１
０〜Ｓ４０、Ｓ１６０及びＳ１７０経て、図１１
（ａ）、（ｂ）のようになる。ＣＯＭ２のリンク先はＮ
ＯＰである。

【００６３】ＣＯＭ３の場合には、ＣＯＭ１と同じＧｒ
２でＺ値がＣＯＭ１より小さくＣＯＭ２より大きいの
で、リンクの張替処理が行なわれる。即ち、Ｓ１０〜Ｓ
７０、Ｓ１１０及びＳ１２０を経て、リンク張り替え操
作が終了し、図１２（ａ）、（ｂ）のようになる。

【００６４】さらに、Ｇｒ１に属するＣＯＭ４、Ｇｒ３
に属するＣＯＭ５がリンクされ、図２の３次元空間に位
置する描画コマンド１〜５は、最終的に図１３（ａ）、
（ｂ）のようにＺソートされる。

【００６５】本実施例のＺソートによれば、ＧＰＴ２０
０及びＣＰＴ２１０によるグループ内ソートは、開始コ
マンドから最終コマンドと各々のリンク先を、コマンド
のアドレスで示すリンクの張りかえによって行なわれ
る。

【００６６】次に、本発明の他の実施例を説明する。図
１４に、本実施例によるＺソート部の構成を示す。Ｚソ
ート部以外の構成は、図１のグラフイックス表示装置と
同様になる。Ｚソート部１００’には代表点選択部１４
０、ソート選択部１５０、ソート処理部１３０が設けら
れている。なお、図１に示したＺ値範囲検出部１１０及
びグループ分割数算出部１１０は必須ではないが、設け
た方がベターである。

【００６７】代表点選択部１４０は、発行された描画コ
マンドをＺソートする際に、図形のどの点のＺ値を利用
するか、選択的に指定する手段である。利用する代表点
Ｚ値によって、描画精度や処理速度を可変できる。

【００６８】図１５に、Ｚ値の代表点として利用可能な
典型例の説明図を示す。（ａ）は、Ｚ値が最小となる点
の最小Ｚ値、（ｂ）は重心のＺ値、（ｃ）は第一頂点Ｚ
値（複数の頂点データの内、描画コマンドにより最初に
与えられる点）による、それぞれのベクトルとその描画
図形を示す。

【００６９】描画精度は、（ａ）の最小Ｚ値が最も高
く、コマンド通りの描画が得られる。（ｂ）の重心Ｚ値
は、この例では同じ結果を得ているが、一般には（ａ）
より劣る。（ｃ）の第一頂点座標は、図示のように図形
の重なりが前後で逆になるなど、奥行き方向の描画精度
は保証されない。しかし、処理時間はこれとは反対に、
（ｃ）は代表点の計算が不要なため最も短い。次いで、
（ｂ）、（ａ）の順となる。

【００７０】本実施例の代表点選択部１４０は、この３
種類の何れかを指定する代表点フラグ保持手段１４１を
含んでいる。代表点フラグの指定はユーザがアプリケー
ションプログラムを通じて行なう。この代表点フラグは
メモリコントローラ４００を介してＣＰＵ６００に与え
られ、描画コマンドのジオメトリ演算におけるＺ値算出
に反映される。これにより、ユーザは描画図形の種類や
用途に応じて所望の代表点を選択し、図形精度と処理速
度の優先度合いを適宜に変更できる。

【００７１】一方、ソート選択部１５０はグループソー
ト選択部１５１、グループソートフラグ格納部１５３、
グループ内ソート選択部１５２及びグループソートフラ
グ格納部１５４を備えている。選択部１５１，１５２は
その指定に応じて、対応するフラグ格納部１５３，１５
４のフラグをセット／リセットする。ソート処理部１３
０は、非ソート部１３１、グループソート部１３２及び
グループ内ソート部１３３を備え、ソート選択部１５０
からの指定されるソートフラグの種別に応じたソートを
実行する。

【００７２】この構成により、表示精度を無視して処理
速度を最優先する場合には、非ソートフラグがセットさ
れ、単なる配線でしかない非ソート部１６１を経由し
て、描画コマンドを発行順にコマンドバッファ２２０に
書き込む。この場合、ＧＰＴ２００、ＣＰＴ２１０は不
要であるため、メインメモリ２０上にはＧＰＴ２００と
ＣＰＴ２１０のメモリ領域は確保しない。

【００７３】表示精度より表示速度が優先される場合は
グループソートフラグがセットされ、グループソート部
１６２のみが起動されて、描画コマンドはＺ値別のグル
ープに分配される。表示精度が最優先される場合はグル
ープ内ソートフラグがセットされ、グループソート部１
６２とグループ内ソート１６３が起動され、図７に示し
たＺソートが行なわれる。

【００７４】本実施例によれば、描画精度または描画速
度の優先度合に応じたシステムの処理性能が実現できる
ので、描画の種類や用途に応じた最適な使い分けが可能
になる。また、システム内のメモリ領域をより有効に活
用することができる。

【００７５】次に、本発明のさらに他の実施例を説明す
る。本実施例のグラフイックス表示装置は、メインメモ
リ２０内に複数バッファを備える構成を特徴とする。

【００７６】図１６はその一例で、ダブルバッファ構造
のグラフイックス表示装置の構成を示している。図１と
同様のＧＰＴＡ２００、ＣＰＴＡ２１０、コマンドバッ
ファＡ２２０に対し、それぞれＧＰＴＢ２４０、ＣＰＴ
Ｂ２５０、コマンドバッファＢ２６０をペアにしてい
る。このダブルバッファの制御は、Ｚソート部１００に
設けられたバッファ選択部１６０で行なわれる。なお、
図１のＺソート部１００に設けられる他の要素は図示を
省略しているが、設けた方ベターである。

【００７７】バッファ選択部１６０は、テーブルバッフ
ァ選択部１６１とテーブルバッファフラグ保持部１６２
をもつ。二つのバッファ及びテーブルの内、どちらを読
み出しに用い、どちらを書き込みに用いるかは、ＣＰＵ
６００がテーブルバッファ選択部１６１を介して、テー
ブルバッファフラグ保持部１６２のセット／リセットに
より行なう。

【００７８】例えば、テーブルバッファフラグ保持部１
６２にフラグがセットされている場合、ＧＰＴＡ２０
０，ＣＰＴＡ２１０，コマンドバッファＡ２２０を書き
込み用に、ＧＰＴＢ２４０、ＣＰＴＢ２５０、コマンド
バッファＢ２６０を読み出し用に用いる。この結果、読
み出しと書き込みが並列処理されるため、無駄な待ち時
間が少なくなり、グラフィックス表示装置の描画処理が
スピードアップされる。

【００７９】ところで、監視画像などでは人間や車両な
どのように刻々と変動する画像と、背景のようにほとん
ど変動しない画像を合成して描画することが多い。図１
８（ａ）はこの例を示し、変動する人間Ａと背景にあり
変動しない建物Ｂを描画している。この場合、ＡとＢの
間に図形が何もないと、Ｚソート時のＧＰＴ２００の分
解能が低下し、フレームバッファ２３０に描画される図
形データの精度が悪くなることがある。また、Ｂのよう
な背景図形は複数フレームに亘って描画コマンドが変化
しない場合が多く、フレーム単位のＺソートはオーバヘ
ッドの増大となる。

【００８０】そこで、複数フレームに亘って変化しない
描画コマンドを別扱いとして、この問題点を克服する。
図１７に、トリプルバッファ構造によるグラフイックス
表示装置を示す。

【００８１】トリプル構造は、図１６に示したダブルバ
ッファ構造に加えて、背景画などを扱うＧＰＴＣ２７
０、ＣＰＴＣ２８０、コマンドバッファＣ２９０を設け
ている。ダブルバッファ構造部では、テーブルバッファ
フラグ１６２によりフレーム単位で交替に書き込みと読
み出しが行なわれているのに対し、この付加部分に対し
ては、バッファ選択部１６０のテーブルバッファ選択部
１６１を介して、ＣＰＵ６００からテーブル処理順序フ
ラグ１６３がセットされた場合にのみ、ＧＰＴ２７０と
ＣＰＴ２８０によるリンク張り替えと該当フレームの書
き込み処理が行なわれる。

【００８２】これによれば、Ｚソートを含む描画処理が
高速化できるとともに、背景図形のような静止画像を毎
回Ｚソートの対象としないので、描画精度が維持できる
とともに処理が高速化できる。図１８（ｂ）に、本実施
例によるカーナビゲーションの画面例を示す。図示の枠
部や右下のボタンは固定物で、フレーム毎にコマンドを
発行する必要はない。従って、これらの描画コマンドに
対する処理順序フラグ１６３は最初にセットされるのみ
である。また、道路や建物などの背景図形は、矢印で示
される車の位置が一定距離以上変化したときに更新され
るので、このときフラグ１６３が発行されて背景の再描
画が行なわれる。

【００８３】従って、静止画像や背景図形などの描画コ
マンドとリンクをＧＰＴＣ、ＣＰＴＣ、コマンドバッフ
ァＣに格納し、テーブル処理順序フラグ１６３がセット
された場合に更新し、常時はダブルバッファとして動作
するＧＰＴＡ、ＣＰＴＡ、コマンドバッファＡ及びＧＰ
ＴＢ、ＣＰＴＢ、コマンドバッファＢで車の図形のＺソ
ートと描画を実行し、その後にコマンドバッファＣの描
画を実行すれば、少ないコマンド転送量で高速の描画が
実現できる。

【００８４】

【発明の効果】本発明の三次元グラフィックス表示装置
によれば、グラフィックス処理の陰面消去方法の一つで
あるＺソートを行う場合に、グループ分割数を最適化し
て描画コマンドを各グループに分配することで、高速か
つ高精度な描画処理が可能になる。

【００８５】また、フレーム毎のコマンドからＺ値範囲
を検出してグループ分割を行なうので、全てのコマンド
を対応するＺ値のグループに分配でき、且つコマンドの
配分されない無駄なグループを低減できる。

【００８６】本発明によれば、グループ内のＺソートが
Ｚソートテーブルのリンクを辿るだけの簡単な処理とな
る。特に、同グループの前回コマンドないしそのリンク
先を基準にしてリンクを張り替えるので、グループ内の
Ｚソートを高速化できる。

【００８７】これにより、低価格性と高速性が要求され
る個人向け情報端末機器などに適用して、高品質の三次
元グラフィックス表示装置が提供できる。

【００８８】また、本発明によれば、ソートに用いるＺ
値を複数の代表点から選択可能にしているので、表示精
度と処理速度の要求に応じて適宜選択でき、システムの
性能と使い勝手を向上できる。

【００８９】また、本発明によれば、ソートの要否及や
ソートレベル（グループ分配のみかグループ内ソートを
含むか）を選択可能に構成しているので、表示精度と処
理速度の要求に応じて適宜選択でき、システムの性能と
使い勝手を向上できる。

【００９０】さらに、本発明によれば、複数のＺソート
テーブルとコマンドバッファを備えて、それらの書き込
みと読み出しを制御可能に構成にしているので、従来の
ダブルバッファやトリプルバッファによる描画処理にそ
のまま適用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のグラフィックス表示装置の一実施形態
を示す構成図。

【図２】本発明のＺソート方式の概念を示す説明図。

【図３】ｎｅａｒ面とｆａｒ面を固定した場合の問題点
を示す説明図。

【図４】Ｚ値範囲検出部の一実施例を示す構成図。

【図５】グループ分割数算出部の一実施例を示す構成
図。

【図６】グループ分割数算出部の他の実施例を示す構成
図。

【図７】本発明の一実施形態によるＺソートの処理方法
の概略を示すフローチャート。

【図８】図７のＺソート処理方法のグループ内判定とリ
ンク張り替え処理の詳細を示すフローチャート。

【図９】図９の続きを示すフローチャート。

【図１０】ＧＰＴとＣＰＴの構成とテーブルの初期内容
を示す説明図。

【図１１】図１０からの遷移内容を示す説明図。

【図１２】図１１からの遷移内容を示す説明図。

【図１３】図１２からの遷移内容を示す説明図。

【図１４】Ｚソート部の他の実施例を示す構成図。

【図１５】Ｚ値の代表点である最小Ｚ値、重心Ｚ値及び
第一頂点Ｚ値の説明図。

【図１６】ダブルバッファ構造のメインメモリとＺソー
ト部の構成図。

【図１７】トリプルバッファ構造のメインメモリとＺソ
ート部の構成図。

【図１８】トリプルバッファの適用図形を示す説明図。

【符号の説明】

１０…処理部、２０…メインメモリ、１００…Ｚソート
部、１１０…Ｚ値範囲検出部、１１１…最大値検出部、
１１４…最小値検出部、１２０…グループ分割数算出
部、１２１…コマンド数依存最適化部、１２５…Ｚ値依
存最適化部、１３０…ソート処理部、１３１…非ソート
部、１３２…グループソート部、１３３…グループ内ソ
ート部、１４０…代表点選択部、１５０…ソート選択
部、１５１…グループソート選択部、１５２…グループ
内ソート選択部、１６０…バッファ選択部、１６１…テ
ーブルバッファ選択部、１６２…テーブルバッファフラ
グ、１６３…テーブル処理順序フラグ、２００…ＧＰＴ
（グループポインタテーブル）、２１０…ＣＰＴ（コマ
ンドポインタテーブル）、２２０…コマンドバッファ、
２３０…フレームバッファ、３００…グラフィックスプ
ロセッサ、４００…メモリコントローラ、５００…表示
プロセッサ。

フロントページの続き (72)発明者飯村伊智郎茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者渡辺範人茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者佐藤潤東京都小平市上水本町五丁目20番１号株式会社日立製作所半導体事業部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】奥行き情報を含む図形データの描画コマ
ンドを記憶するメモリと、前記描画コマンドを所定順に
読み出して描画するプロセッサと、画面表示する表示部
を備える３次元のグラフィックス表示装置において、１フレーム中の描画コマンドから３次元空間上で存在し
得る範囲を検出する存在範囲検出手段と、この存在範囲
を複数のブロックに分割するブロック分割手段と、各ブ
ロックに対応する描画コマンドを分配するソート手段を
設け、前記存在範囲における昇順あるいは降順に各ブロ
ックを描画することを特徴とするグラフィックス表示装
置。
【請求項２】請求項１において、前記存在範囲検出手段は、前記奥行き情報（以下、Ｚ値
と呼ぶ）の最大値と最小値によるＺ値範囲を検出し、前記ソート手段は、各描画コマンドのＺ値に基づいて各
ブロックに対応する描画コマンドを分配するとともに、
ブロック内の描画コマンドを前記Ｚ値範囲の昇順または
降順にＺソートすることを特徴とするグラフィックス表
示装置。
【請求項３】請求項１または２において、前記ブロック分割手段は、１フレームの描画コマンド数
または前記存在範囲の値に基づいて、ブロックの分割数
を最適化することを特徴とするグラフィックス表示装
置。
【請求項４】Ｚ値を含む図形データの描画コマンドを
記憶するメモリと、前記描画コマンドを所定順に読み出
して描画するプロセッサと、画面表示する表示部を備え
る３次元のグラフィックス表示装置において、Ｚ値の方向を複数のブロックに分割する際に、視点から
みて最も手前と最も奥のグループの各々に、１フレーム
中の少なくとも一つの描画コマンドが分配されるように
分割するブロック分割手段と、発行された描画コマンド
をそのＺ値に対応するグループに分配するソート手段を
設けたことを特徴とするグラフィックス表示装置。
【請求項５】請求項１〜４のいずれか１項において、前記ソート手段は、前記描画コマンドをグループ分けし
てソートするためのＺソートリンクテーブルを有し、前
記描画コマンドが発行される度にそのＺ値に応じて前記
テーブルの該当グループにリンクし、グループ内に存在
する複数の描画コマンドに対しＺ値の昇順または降順に
リンクを張り替えることを特徴とするグラフィックス表
示装置。
【請求項６】請求項２〜５のいずれか１項において、前記描画コマンドに含まれるＺ値の算出方法を、前記描
画コマンドで表現される多角形の最小Ｚ値、重心Ｚ値ま
たは第一頂点Ｚ値のいずれか一つから選択する、Ｚ値代
表点選択手段を設けたことを特徴とするグラフィックス
表示装置。
【請求項７】Ｚ値を含む図形データの描画コマンドを
複数のバッファで記憶するメモリと、前記描画コマンド
を所定順に読み出して描画するプロセッサと、画面表示
する表示部を備える３次元のグラフィックス表示装置に
おいて、１フレームの描画コマンドに含まれるＺ値範囲を複数の
ブロックに分割するブロック分割手段と、発行された描
画コマンドをそのＺ値に対応するグループに分配すると
ともにグループ内でＺ値の昇順または降順にソートする
ソート手段と、ソートされた描画コマンドの描画順序を
記憶する前記バッファと同数のＺソートリンクテーブル
を設けたことを特徴とするグラフィックス表示装置。
【請求項８】請求項７において、前記バッファと前記Ｚソートリンクテーブルの組が二重
に構成され、各組の書き込みと読み出しをフレーム毎に
交替に行なうことを特徴とするグラフィックス表示装
置。
【請求項９】請求項７において、前記バッファと前記Ｚソートリンクテーブルの組が三重
に構成され、その二組を書き込みと読み出しをフレーム
毎に交替に行ない、残る一組の書き込みを背景図形の更
新時などに行なうことを特徴とするグラフィックス表示
装置。