JPH10134206A - コンピュータグラフィックス／画像生成装置の鏡面反射のシミュレーション装置および方法 - Google Patents
コンピュータグラフィックス／画像生成装置の鏡面反射のシミュレーション装置および方法Info
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- JPH10134206A JPH10134206A JP19501197A JP19501197A JPH10134206A JP H10134206 A JPH10134206 A JP H10134206A JP 19501197 A JP19501197 A JP 19501197A JP 19501197 A JP19501197 A JP 19501197A JP H10134206 A JPH10134206 A JP H10134206A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 表示された物体の鏡面反射から得られたコン
ピュータ画像ディスプレイの各ピクセルの色強度を計算
する新規な装置および方法を提供する。 【解決手段】 ポリゴンからの鏡面反射照明強度に応答
して表示される各ピクセルの最終的な表示可能色は、デ
ータ信号を生成し、ポリゴンを照射する光源の強度と、
ポリゴンの鏡面反射係数と、そのポリゴンに指定した輝
度指数（Ｓ）によりそのポリゴンを形成するものとして
表示される連続したピクセルの各複数の選択された原色
のレンダリングされたグローシェーディング濃度（ＧＳ
Ｉ）の指数に比例するシェーディング項の積として関係
する色の現在のピクセル照度の鏡面反射成分を設定する
ことにより計算される。
ピュータ画像ディスプレイの各ピクセルの色強度を計算
する新規な装置および方法を提供する。 【解決手段】 ポリゴンからの鏡面反射照明強度に応答
して表示される各ピクセルの最終的な表示可能色は、デ
ータ信号を生成し、ポリゴンを照射する光源の強度と、
ポリゴンの鏡面反射係数と、そのポリゴンに指定した輝
度指数（Ｓ）によりそのポリゴンを形成するものとして
表示される連続したピクセルの各複数の選択された原色
のレンダリングされたグローシェーディング濃度（ＧＳ
Ｉ）の指数に比例するシェーディング項の積として関係
する色の現在のピクセル照度の鏡面反射成分を設定する
ことにより計算される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、コンピュータ画像生成
（ＣＩＧ）またはコンピュータグラフィックス装置に関
し、特に、ディスプレイプロセッサで用いる新規な鏡面
反射計算手段と、リアルタイム画像生成装置でこれらの
物体の２次元表現を表示する物体表面からの鏡面反射を
記述する画像データを処理する新規な方法に関する。
（ＣＩＧ）またはコンピュータグラフィックス装置に関
し、特に、ディスプレイプロセッサで用いる新規な鏡面
反射計算手段と、リアルタイム画像生成装置でこれらの
物体の２次元表現を表示する物体表面からの鏡面反射を
記述する画像データを処理する新規な方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】リアルタイムコンピュータ画像装置は、
戦車／車、フライトシミュレータ、戦闘ゲーム、および
エンジニアリングワークステーション等の広範囲の各種
グラフィックス装置でリアルな画像再生を行うために設
計されている。例えば、グラフィックスを用いたシミュ
レータは、戦闘員が戦場に行かず、また実際の戦闘装置
を用いなくとも練習ができる訓練装置として用いられて
いる。このシミュレータは、ユーザがパイロットや戦車
の砲手等が実戦に関する経費をかけずに自分の技術の維
持と向上を可能にする。このため、訓練や練習目的のた
めに有利なリアルなビデオディスプレイをユーザに提供
することは非常に有益である。
戦車／車、フライトシミュレータ、戦闘ゲーム、および
エンジニアリングワークステーション等の広範囲の各種
グラフィックス装置でリアルな画像再生を行うために設
計されている。例えば、グラフィックスを用いたシミュ
レータは、戦闘員が戦場に行かず、また実際の戦闘装置
を用いなくとも練習ができる訓練装置として用いられて
いる。このシミュレータは、ユーザがパイロットや戦車
の砲手等が実戦に関する経費をかけずに自分の技術の維
持と向上を可能にする。このため、訓練や練習目的のた
めに有利なリアルなビデオディスプレイをユーザに提供
することは非常に有益である。
【０００３】シミュレータ装置等の代表的なリアルタイ
ムコンピュータ画像生成装置では、画像生成をコントロ
ーラ、ジェオメトリプロセッサ、およびディスプレイプ
ロセッサの３つの個別の処理段階に分けることができ
る。
ムコンピュータ画像生成装置では、画像生成をコントロ
ーラ、ジェオメトリプロセッサ、およびディスプレイプ
ロセッサの３つの個別の処理段階に分けることができ
る。
【０００４】これらの３つの処理段階即ち部分は、それ
ぞれ独立してデータ表現を処理するか表示する３つの連
続したシーンの１つに対応している。コントローラは、
ある一定時間の間シーンのデータ即ち画像を処理し、処
理に要する時間は、フィールド時間が１６．６７ミリ秒
またはフレーム時間が３３．３ミリ秒のいずれかで、こ
の場合通常前者であり、処理されたデータをジェオメト
リプロセッサに渡す。この特定のフィールド時間とフレ
ーム時間は、代表的なテレビジョン表示形式即ち１秒間
に３０フレーム表示し１フレームで１走査線ごとにイン
タレースする。ジェオメトリプロセッサはフレームを同
じ時間内に計算し、計算が終了するとその計算結果をデ
ィスプレイプロセッサに送る。ディスプレイプロセッサ
は、常に１フィールド時間にビデオディスプレイのイン
タレースされた１フィールドを処理する。各時間インタ
ーバルの間、３つのすべてのプロセッサはビジィ状態に
あり、そのため、任意の時間においてプロセッサは３つ
の個別のシーンを処理している。各部分がこのインター
バルの間に入力を処理し出力を生成するので、データは
この３つの段階を連続的に流れる。計算の負荷は、特化
されたプロセッサ部分間で分散されているため、表示が
３フィールドまたは３フレーム遅れるにもかかわらず、
次のシーンを各フィールドまたはフレーム時間ごとに表
示できる。
ぞれ独立してデータ表現を処理するか表示する３つの連
続したシーンの１つに対応している。コントローラは、
ある一定時間の間シーンのデータ即ち画像を処理し、処
理に要する時間は、フィールド時間が１６．６７ミリ秒
またはフレーム時間が３３．３ミリ秒のいずれかで、こ
の場合通常前者であり、処理されたデータをジェオメト
リプロセッサに渡す。この特定のフィールド時間とフレ
ーム時間は、代表的なテレビジョン表示形式即ち１秒間
に３０フレーム表示し１フレームで１走査線ごとにイン
タレースする。ジェオメトリプロセッサはフレームを同
じ時間内に計算し、計算が終了するとその計算結果をデ
ィスプレイプロセッサに送る。ディスプレイプロセッサ
は、常に１フィールド時間にビデオディスプレイのイン
タレースされた１フィールドを処理する。各時間インタ
ーバルの間、３つのすべてのプロセッサはビジィ状態に
あり、そのため、任意の時間においてプロセッサは３つ
の個別のシーンを処理している。各部分がこのインター
バルの間に入力を処理し出力を生成するので、データは
この３つの段階を連続的に流れる。計算の負荷は、特化
されたプロセッサ部分間で分散されているため、表示が
３フィールドまたは３フレーム遅れるにもかかわらず、
次のシーンを各フィールドまたはフレーム時間ごとに表
示できる。
【０００５】例えば、フライトシミュレータ装置では、
パイロットの入力はコントローラに入力され、コントロ
ーラ、ジェオメトリプロセッサ、およびディスプレイプ
ロセッサで連続的に処理されてから、出力はカラーシー
ンとしてシミュレータでパイロットが見るビデオディス
プレイに送られる。パイロットが見るデータは、環境定
義に単純な制御入力が加えられると開始し、ピクセルビ
デオディスプレイ情報に変換される。コントローラで
は、パイロットの入力は飛行機の次の位置と方向の計算
に用いられる。このことから、基準座標系からディスプ
レイ座標系への物体の回転に用いられる数学的な回転マ
トリックスが計算される。飛行機、目標の位置、および
他の飛行機を処理する情報もコントローラで計算され
る。用途により、コントローラは汎用コンピュータであ
る。
パイロットの入力はコントローラに入力され、コントロ
ーラ、ジェオメトリプロセッサ、およびディスプレイプ
ロセッサで連続的に処理されてから、出力はカラーシー
ンとしてシミュレータでパイロットが見るビデオディス
プレイに送られる。パイロットが見るデータは、環境定
義に単純な制御入力が加えられると開始し、ピクセルビ
デオディスプレイ情報に変換される。コントローラで
は、パイロットの入力は飛行機の次の位置と方向の計算
に用いられる。このことから、基準座標系からディスプ
レイ座標系への物体の回転に用いられる数学的な回転マ
トリックスが計算される。飛行機、目標の位置、および
他の飛行機を処理する情報もコントローラで計算され
る。用途により、コントローラは汎用コンピュータであ
る。
【０００６】ジェオメトリプロセッサは、データベース
から格納されたシーンの３次元デジタル表現で可視であ
るかもしれない物体の記述を読み込む。読み込まれた物
体は、コントローラで計算された回転マトリックスを用
いてディスプレイ座標に変換される。これらの３次元物
体の端は、物体が表示ウィンドウの境界を越えて延びる
場合、境界を越えた部分をジェオメトリプロセッサがク
リップする。ジェオメトリプロセッサは、３次元データ
を２次元ディスプレイウィンドウに数学的に射影する。
ディスプレイウィンドウの境界を越えて延びた物体の面
は２次元画像空間にクリップされる。さらに、ジェオメ
トリプロセッサは、どの物体が前方にありどの物体が他
の物体の後方にあるか計算（デプスバッファ等を用い
て）し、この情報をプライオリティリストに格納する。
処理された各物体は個別の面から成り、各面は直線端で
境界を成すポリゴンで形成されている。プライオリティ
リストは、シーンのすべての面の順序を格納しており、
このうちリストの最初の面が最も優先順位が高く、最後
の面が最も優先順位が低い。２つの面がディスプレイ上
で重なっているときは常に優先順位の高い面が表示さ
れ、優先順位の低い面は表示されない。最後に、ジェオ
メトリプロセッサは２次元面の境界を形成する端の表示
終点と、これらの境界の端を記述する直線の係数を計算
する。
から格納されたシーンの３次元デジタル表現で可視であ
るかもしれない物体の記述を読み込む。読み込まれた物
体は、コントローラで計算された回転マトリックスを用
いてディスプレイ座標に変換される。これらの３次元物
体の端は、物体が表示ウィンドウの境界を越えて延びる
場合、境界を越えた部分をジェオメトリプロセッサがク
リップする。ジェオメトリプロセッサは、３次元データ
を２次元ディスプレイウィンドウに数学的に射影する。
ディスプレイウィンドウの境界を越えて延びた物体の面
は２次元画像空間にクリップされる。さらに、ジェオメ
トリプロセッサは、どの物体が前方にありどの物体が他
の物体の後方にあるか計算（デプスバッファ等を用い
て）し、この情報をプライオリティリストに格納する。
処理された各物体は個別の面から成り、各面は直線端で
境界を成すポリゴンで形成されている。プライオリティ
リストは、シーンのすべての面の順序を格納しており、
このうちリストの最初の面が最も優先順位が高く、最後
の面が最も優先順位が低い。２つの面がディスプレイ上
で重なっているときは常に優先順位の高い面が表示さ
れ、優先順位の低い面は表示されない。最後に、ジェオ
メトリプロセッサは２次元面の境界を形成する端の表示
終点と、これらの境界の端を記述する直線の係数を計算
する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ディスプレイプロセッ
サは、面の色、面消失情報、面のプライオリティリス
ト、セルのテクスチャ、細部の混合レベル、半透明度、
および曲率のシェーディング情報とともに２次元面の記
述を受け取り、この情報を用いてシーンの各ピクセルの
データ記述をカラーディスプレイに出力する。装置の各
カラーディスプレイは、通常１０２４行の映像情報から
成り、各行は１０２４個の個々の色ドット即ちピクセル
から成る。しかし、他の行数と行ごとのピクセル数の組
み合わせも勿論可能である。ディスプレイプロセッサ
は、ピクセルに多くの面が存在し、面のある部分が他の
面で隠され、複数の光源がそのピクセルに光を反射する
各表面部分を照射するものとすると、各ピクセルについ
て、ピクセルをどのような色と輝度にすべきか決定しな
ければならない。ディスプレイには、１０２４×１０２
４のピクセルが存在し、これらのすべてを１秒の１／６
０で計算する必要があるので、ディスプレイプロセッサ
の処理負荷は非常に大きくなる。マルチディスプレイ装
置（１つの装置に１４ものディスプレイを備える）の映
像を計算するには、ディスプレイプロセッサは、１秒当
たり１０億以上の速度で計算しなければならない。途方
もなく大きな処理負荷のため、ディスプレイプロセッサ
は、わずかなディスプレイしかドライブすることができ
ない。装置によっては、１つのコントローラとジェオメ
トリプロセッサとを用いて、各ディスプレイプロセッサ
に接続された数台のディスプレイをドライブするいくつ
かのディスプレイプロセッサをドライブする。それゆ
え、ディスプレイプロセッサは、コンピュータ画像生成
装置で大部分の処理を担当しており、このため、ＣＩＧ
装置の機能とリアリティを向上させる多くの努力は、デ
ィスプレイプロセッサの部分に集中している。
サは、面の色、面消失情報、面のプライオリティリス
ト、セルのテクスチャ、細部の混合レベル、半透明度、
および曲率のシェーディング情報とともに２次元面の記
述を受け取り、この情報を用いてシーンの各ピクセルの
データ記述をカラーディスプレイに出力する。装置の各
カラーディスプレイは、通常１０２４行の映像情報から
成り、各行は１０２４個の個々の色ドット即ちピクセル
から成る。しかし、他の行数と行ごとのピクセル数の組
み合わせも勿論可能である。ディスプレイプロセッサ
は、ピクセルに多くの面が存在し、面のある部分が他の
面で隠され、複数の光源がそのピクセルに光を反射する
各表面部分を照射するものとすると、各ピクセルについ
て、ピクセルをどのような色と輝度にすべきか決定しな
ければならない。ディスプレイには、１０２４×１０２
４のピクセルが存在し、これらのすべてを１秒の１／６
０で計算する必要があるので、ディスプレイプロセッサ
の処理負荷は非常に大きくなる。マルチディスプレイ装
置（１つの装置に１４ものディスプレイを備える）の映
像を計算するには、ディスプレイプロセッサは、１秒当
たり１０億以上の速度で計算しなければならない。途方
もなく大きな処理負荷のため、ディスプレイプロセッサ
は、わずかなディスプレイしかドライブすることができ
ない。装置によっては、１つのコントローラとジェオメ
トリプロセッサとを用いて、各ディスプレイプロセッサ
に接続された数台のディスプレイをドライブするいくつ
かのディスプレイプロセッサをドライブする。それゆ
え、ディスプレイプロセッサは、コンピュータ画像生成
装置で大部分の処理を担当しており、このため、ＣＩＧ
装置の機能とリアリティを向上させる多くの努力は、デ
ィスプレイプロセッサの部分に集中している。
【０００８】懸案となっている問題の１つが、例えば、
物体表面からのぎらぎらする反射効果を記述する鏡面反
射を表現するためのピクセルの色強度情報を処理するこ
とであった。鏡面反射は、光る面からの入射光の反射に
よって起こる。光る表面ほど鏡面反射量は大きくなる。
３次元グラフィックスのレンダリングで用いる各ピクセ
ルに適切な照明をする鏡面反射を計算する方法は当業者
に周知であるが、しかし、これらの周知の方法は、必要
とする計算時間が非常にかかるという問題があるので、
通常リアルタイム３次元グラフィックスシミュレーショ
ンでは用いられない。
物体表面からのぎらぎらする反射効果を記述する鏡面反
射を表現するためのピクセルの色強度情報を処理するこ
とであった。鏡面反射は、光る面からの入射光の反射に
よって起こる。光る表面ほど鏡面反射量は大きくなる。
３次元グラフィックスのレンダリングで用いる各ピクセ
ルに適切な照明をする鏡面反射を計算する方法は当業者
に周知であるが、しかし、これらの周知の方法は、必要
とする計算時間が非常にかかるという問題があるので、
通常リアルタイム３次元グラフィックスシミュレーショ
ンでは用いられない。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明によるリアルタイ
ムコンピュータ画像生成器のディスプレイプロセッサの
鏡面反射照明強度装置は、（ａ）現在レンダリングされ
ているポリゴンの鏡面反射係数（ＳＣ）と、（ｂ）現在
のポリゴンに指定された輝度指数（Ｓ）と、現在のポリ
ゴンを照射する光源の輝度（C）とを特徴とする入力デ
ータ信号受信手段と、ポリゴンを形成するものとして表
示される連続したピクセルの各複数の選択された原色の
グローシェーディング濃度（ＧＳＩ）をレンダリングす
る手段と、選択された鏡面反射係数を持つ任意の光源強
度とＧＳＩのＳ乗に比例するシェーディング項目の積と
して、関連する色の現在のピクセル照射強度の鏡面反射
成分を設定するデータ信号を生成する手段とから成る。
ムコンピュータ画像生成器のディスプレイプロセッサの
鏡面反射照明強度装置は、（ａ）現在レンダリングされ
ているポリゴンの鏡面反射係数（ＳＣ）と、（ｂ）現在
のポリゴンに指定された輝度指数（Ｓ）と、現在のポリ
ゴンを照射する光源の輝度（C）とを特徴とする入力デ
ータ信号受信手段と、ポリゴンを形成するものとして表
示される連続したピクセルの各複数の選択された原色の
グローシェーディング濃度（ＧＳＩ）をレンダリングす
る手段と、選択された鏡面反射係数を持つ任意の光源強
度とＧＳＩのＳ乗に比例するシェーディング項目の積と
して、関連する色の現在のピクセル照射強度の鏡面反射
成分を設定するデータ信号を生成する手段とから成る。
【００１０】リアルタイムコンピュータ画像生成器で生
成されるポリゴンからの鏡面反射照度に応答する表示手
段により表示される各ピクセルの最終的な表示可能な色
を計算する方法は、（ａ）現在レンダリングされている
ポリゴンの鏡面反射係数（ＳＣ）と（ｂ）ポリゴンに指
定した輝度指数（ＳＣ）と（Ｃ）ポリゴンを照射する光
源の強度とを含むことを特徴とする入力データ信号を受
信するステップと、ポリゴンを形成するものとして表示
される連続するピクセルの各複数の選択された原色のレ
ンダリングされたグローシェーディング濃度（ＧＳＩ）
のデータを入力するステップと、光源の強度、鏡面反射
係数、およびＧＳＩのＳ乗に比例するシェーディング項
の積として、関連する色の現在のピクセルの照射強度の
鏡面反射指数を設定するデータ信号を生成し、ピクセル
の表示された強度を計算するステップとから成る。
成されるポリゴンからの鏡面反射照度に応答する表示手
段により表示される各ピクセルの最終的な表示可能な色
を計算する方法は、（ａ）現在レンダリングされている
ポリゴンの鏡面反射係数（ＳＣ）と（ｂ）ポリゴンに指
定した輝度指数（ＳＣ）と（Ｃ）ポリゴンを照射する光
源の強度とを含むことを特徴とする入力データ信号を受
信するステップと、ポリゴンを形成するものとして表示
される連続するピクセルの各複数の選択された原色のレ
ンダリングされたグローシェーディング濃度（ＧＳＩ）
のデータを入力するステップと、光源の強度、鏡面反射
係数、およびＧＳＩのＳ乗に比例するシェーディング項
の積として、関連する色の現在のピクセルの照射強度の
鏡面反射指数を設定するデータ信号を生成し、ピクセル
の表示された強度を計算するステップとから成る。
【００１１】従って、本発明の目的は、表示された物体
の鏡面反射から得られたコンピュータ画像装置ディスプ
レイの各ピクセルの部分の色強度を計算する新規な装置
と方法を提供することである。
の鏡面反射から得られたコンピュータ画像装置ディスプ
レイの各ピクセルの部分の色強度を計算する新規な装置
と方法を提供することである。
【００１２】本発明のこれと他の目的は、添付した図面
とともに以下の好適な実施例の詳細な説明を読めば明ら
かになる。
とともに以下の好適な実施例の詳細な説明を読めば明ら
かになる。
【００１３】
【発明の実施の形態】まず、図１を参照すると、飛行機
のコックピットのシミュレーション装置のようなコンピ
ュータ画像生成装置１０の機能ブロック図が示してあ
る。３次元レンダリングについてのさらに詳しい情報
は、１９８８年２月２３日に発行された米国特許番号
４，７２７，３６５（Bunker他）「高性能映像物体生成
器」と１９８９年４月２５日に発行された米国特許番号
４，８２５，３９１（D. Merz）「リアルタイムコンピ
ュータ画像生成装置のデプスバッファ優先処理」を含む
既存のＣＩＧ技術を参照されたい。なお、ここであげた
これらの米国特許の内容は全体として本明細書に援用す
る。
のコックピットのシミュレーション装置のようなコンピ
ュータ画像生成装置１０の機能ブロック図が示してあ
る。３次元レンダリングについてのさらに詳しい情報
は、１９８８年２月２３日に発行された米国特許番号
４，７２７，３６５（Bunker他）「高性能映像物体生成
器」と１９８９年４月２５日に発行された米国特許番号
４，８２５，３９１（D. Merz）「リアルタイムコンピ
ュータ画像生成装置のデプスバッファ優先処理」を含む
既存のＣＩＧ技術を参照されたい。なお、ここであげた
これらの米国特許の内容は全体として本明細書に援用す
る。
【００１４】この装置はコントローラ装置１２、ジェオ
メトリプロセッサ装置１４、およびディスプレイプロセ
ッサ装置１６から成る。ディスプレイプロセッサ装置１
６は、コックピットのプロセッサウィンドウ１８に情報
を表示し、シーン上での飛行機の移動をシミュレートす
る。ゲームプレーヤ、パイロット訓練者等のユーザ２０
は、入力制御インタフェース２２を介してコンピュータ
画像生成装置１０にリンクされている。インタフェース
２２には、ジョイスティックや他の制御入力装置２２ａ
が含まれる。装置２２ａからのユーザの操縦動作は入力
制御インタフェース２２に送られる。入力制御インタフ
ェースは、ユーザからコントローラ１２への適切なデー
タ(例えば、飛行機の位置、飛行機の横揺れ、縦揺れ、
および高度の偏揺れ)に変換する。
メトリプロセッサ装置１４、およびディスプレイプロセ
ッサ装置１６から成る。ディスプレイプロセッサ装置１
６は、コックピットのプロセッサウィンドウ１８に情報
を表示し、シーン上での飛行機の移動をシミュレートす
る。ゲームプレーヤ、パイロット訓練者等のユーザ２０
は、入力制御インタフェース２２を介してコンピュータ
画像生成装置１０にリンクされている。インタフェース
２２には、ジョイスティックや他の制御入力装置２２ａ
が含まれる。装置２２ａからのユーザの操縦動作は入力
制御インタフェース２２に送られる。入力制御インタフ
ェースは、ユーザからコントローラ１２への適切なデー
タ(例えば、飛行機の位置、飛行機の横揺れ、縦揺れ、
および高度の偏揺れ)に変換する。
【００１５】コントローラ１２で、ユーザの入力は制御
された物体（例えば、飛行機）の次の位置と方向の計算
に用いられ、このことから、基準座標系からディスプレ
イ座標系への物体の回転に用いられる数学的な回転マト
リックスが計算される。この方法は従来の技術で広く知
られている。シーンを操作する他の情報である目標の位
置、あるいは他の物体はコントローラで計算される。Ｃ
ＩＧ／＃Ｄグラフィック装置によっては、コントローラ
装置が汎用コンピュータであることもある。
された物体（例えば、飛行機）の次の位置と方向の計算
に用いられ、このことから、基準座標系からディスプレ
イ座標系への物体の回転に用いられる数学的な回転マト
リックスが計算される。この方法は従来の技術で広く知
られている。シーンを操作する他の情報である目標の位
置、あるいは他の物体はコントローラで計算される。Ｃ
ＩＧ／＃Ｄグラフィック装置によっては、コントローラ
装置が汎用コンピュータであることもある。
【００１６】コントローラ装置１２は、最後にユーザが
制御した物体（飛行機）の方向によって定期的に更新さ
れる。この方向には、対象とする飛行機の横揺れ、縦揺
れ、偏揺れ、および入力制御インタフェース２２を介し
たパイロットからコントローラ１２への位置が含まれ
る。コントローラ１２は、フィールド時間やフレーム時
間の間シーンを制御して、それから、ジェオメトリプロ
セッサ１４にデータを渡す。
制御した物体（飛行機）の方向によって定期的に更新さ
れる。この方向には、対象とする飛行機の横揺れ、縦揺
れ、偏揺れ、および入力制御インタフェース２２を介し
たパイロットからコントローラ１２への位置が含まれ
る。コントローラ１２は、フィールド時間やフレーム時
間の間シーンを制御して、それから、ジェオメトリプロ
セッサ１４にデータを渡す。
【００１７】ジェオメトリプロセッサ１４は、シーンデ
ータベースメモリ２４から管制塔、道路、川、格納庫等
の物体の記述を読み出す。これらの記述は地上の格納さ
れた３次元デジタル表現で可視である。物体はシーンデ
ータベースから読み出され、コントローラ１２で計算さ
れた回転マトリックスを用いてディスプレイ座標に変換
される。ジェオメトリプロセッサ１４は、対象空間のビ
ューウィンドウを越えて延びるすべての端をクリップす
る。こうして、３次元物体データを２次元ディスプレイ
ウィンドウに数学的に射影する。ディスプレイウィンド
ウの境界を越えて延びる物体の面は２次元画像空間にク
リップされる。２次元の物体は、点、線、閉凸ポリゴ
ン、あるいはその組み合わせから構成される。各閉凸ポ
リゴンは面として知られている。このため、処理された
各面は個々の面から成り、各面は直線の端により境界を
形成している。いったん面が３次元物体からジェオメト
リプロセッサ１４で計算されると、データがディスプレ
イプロセッサ１６に渡される。さらに、ジェオメトリプ
ロセッサ１４は周知の方法でどの面が前方にあり、どの
面が他の面の後方にあるか計算し、この情報をプライオ
リティリストに格納する。プラオリティリストはシーン
のすべての面の順序を格納する。ここで、プライオリテ
ィリストの最初の面が最も優先順位が高く、最後の面が
最も優先順位が低い。２つの面が重なっているときは常
に優先順位の高い面が表示され、優先順位が低い面は表
示されない。プライリティリストの計算後、ジェオメト
リプロセッサ１４は、２次元面の境界を形成する線分の
表示終点と、境界端を記述する直線の方程式の係数を計
算する。ジェオメトリプロセッサ１４は、各端の終点と
境界面を記述する各端の傾きを計算する。これらのデー
タは、次にディスプレイプロセッサ１６に渡される。
ータベースメモリ２４から管制塔、道路、川、格納庫等
の物体の記述を読み出す。これらの記述は地上の格納さ
れた３次元デジタル表現で可視である。物体はシーンデ
ータベースから読み出され、コントローラ１２で計算さ
れた回転マトリックスを用いてディスプレイ座標に変換
される。ジェオメトリプロセッサ１４は、対象空間のビ
ューウィンドウを越えて延びるすべての端をクリップす
る。こうして、３次元物体データを２次元ディスプレイ
ウィンドウに数学的に射影する。ディスプレイウィンド
ウの境界を越えて延びる物体の面は２次元画像空間にク
リップされる。２次元の物体は、点、線、閉凸ポリゴ
ン、あるいはその組み合わせから構成される。各閉凸ポ
リゴンは面として知られている。このため、処理された
各面は個々の面から成り、各面は直線の端により境界を
形成している。いったん面が３次元物体からジェオメト
リプロセッサ１４で計算されると、データがディスプレ
イプロセッサ１６に渡される。さらに、ジェオメトリプ
ロセッサ１４は周知の方法でどの面が前方にあり、どの
面が他の面の後方にあるか計算し、この情報をプライオ
リティリストに格納する。プラオリティリストはシーン
のすべての面の順序を格納する。ここで、プライオリテ
ィリストの最初の面が最も優先順位が高く、最後の面が
最も優先順位が低い。２つの面が重なっているときは常
に優先順位の高い面が表示され、優先順位が低い面は表
示されない。プライリティリストの計算後、ジェオメト
リプロセッサ１４は、２次元面の境界を形成する線分の
表示終点と、境界端を記述する直線の方程式の係数を計
算する。ジェオメトリプロセッサ１４は、各端の終点と
境界面を記述する各端の傾きを計算する。これらのデー
タは、次にディスプレイプロセッサ１６に渡される。
【００１８】図１に、ビデオディスプレイ１８のドライ
ブに用いられるディスプレイプロセッサ１６が示されて
いる。装置によっては、単一のコントローラ１２とジェ
オメトリプロセッサ１４を用いて、１つ以上のディスプ
レイプロセッサをドライブしているものもある。ディス
プレイプロセッサ１６は、リアルタイムコンピュータ画
像生成装置の大部分の処理とハードウェアを担当してい
る。このため、ハードウェアのサイズの低減と処理時間
を短縮する多くの努力はディスプレイプロセッサ部分に
傾注されている。ディスプレイプロセッサはビデオディ
スプレイ１８に表示される情報を処理する。ディスプレ
イプロセッサ１６は、ピクセルに多くの面が存在し、面
のある部分が他の面で隠されるものとすると、各ピクセ
ルについて、ピクセルをどのような色と輝度にすべきか
決定しなければならない。ピクセルの優先順位の競合を
解決した後で、ピクセルの各可視面が面の色と乗算さ
れ、これらのすべての重み付けされた色がピクセルの色
として出力される。こうして、ディスプレイプロセッサ
１６は、面の色、面のプライオリティリストとともにジ
ェオメトリプロセッサ１４から２次元面の記述を受け取
り、この情報を用いてシーンをカラービデオディスプレ
イ１８に出力する。装置の各カラーディスプレイは、１
０２４行あるいはそれ以上の映像情報から構成すること
ができ、各行には通常１０２４個の個別の色ドット即ち
ピクセル（画素）がある。ディスプレイに１００万個以
上のピクセルが存在し、リアリタイム画像を１秒の１／
６０で計算しなければならないので、ディスプレイプロ
セッサの負荷は非常に大きくなる。各ピクセルごとに、
ディスプレイは、ピクセルの色を記述する強度情報の一
部として１２ビットの赤データ信号、１２ビットの緑デ
ータ信号、および１２ビットの青データ信号を受け取
る。
ブに用いられるディスプレイプロセッサ１６が示されて
いる。装置によっては、単一のコントローラ１２とジェ
オメトリプロセッサ１４を用いて、１つ以上のディスプ
レイプロセッサをドライブしているものもある。ディス
プレイプロセッサ１６は、リアルタイムコンピュータ画
像生成装置の大部分の処理とハードウェアを担当してい
る。このため、ハードウェアのサイズの低減と処理時間
を短縮する多くの努力はディスプレイプロセッサ部分に
傾注されている。ディスプレイプロセッサはビデオディ
スプレイ１８に表示される情報を処理する。ディスプレ
イプロセッサ１６は、ピクセルに多くの面が存在し、面
のある部分が他の面で隠されるものとすると、各ピクセ
ルについて、ピクセルをどのような色と輝度にすべきか
決定しなければならない。ピクセルの優先順位の競合を
解決した後で、ピクセルの各可視面が面の色と乗算さ
れ、これらのすべての重み付けされた色がピクセルの色
として出力される。こうして、ディスプレイプロセッサ
１６は、面の色、面のプライオリティリストとともにジ
ェオメトリプロセッサ１４から２次元面の記述を受け取
り、この情報を用いてシーンをカラービデオディスプレ
イ１８に出力する。装置の各カラーディスプレイは、１
０２４行あるいはそれ以上の映像情報から構成すること
ができ、各行には通常１０２４個の個別の色ドット即ち
ピクセル（画素）がある。ディスプレイに１００万個以
上のピクセルが存在し、リアリタイム画像を１秒の１／
６０で計算しなければならないので、ディスプレイプロ
セッサの負荷は非常に大きくなる。各ピクセルごとに、
ディスプレイは、ピクセルの色を記述する強度情報の一
部として１２ビットの赤データ信号、１２ビットの緑デ
ータ信号、および１２ビットの青データ信号を受け取
る。
【００１９】ここで図２を参照すると、鏡面反射による
精密な照明効果を表現する一般的な１つの方法が示され
ている。光源３０からいくらか色分散のある光が小さな
表面増分の点Ｐの表面３２に当たる光１０ｒに沿って照
射される。表面部分３２ｉは、一般的な３次元表面上の
小さな多角形２次元区域即ち面であり、点Ｐで２次元表
面部分３２ｉに垂直なベクトル３４ｉがある。入射光３
０ｉは法線面３４ｉに対し角度θで入射し、基本的に同
じ角度θで反射光３０ｒとして出射される。反射光は照
明の色成分（赤、青、緑色）から成り、それぞれの大き
さは、入射光３０ｉの色相の大きさと増分面３２ｉの反
射品質によって異なる。観測位置Ｌにいる観測者２０の
目にある強度の光線３６が入射する。この光線は鏡面反
射した光の一部であり、反射した光３０ｒと観測者の光
３６の間の角度αによって異なる。観測者の目に到達す
る全反射した鏡面反射照明は、位置Ｌにいる観測者に見
える全表面３２の各増分面３２ｉの寄与を考慮して計算
された合計である。鏡面反射した光の振幅ＳＬは、光源
の強度Ｉsとコサイン（ｃｏｓα）のＮ乗の積として与
えられるのが普通である。ここで、Ｎ乗は１より大きく
それ自体はさまざまな面から経験的に求めたものであ
る。従って、ＳＬ＝Ｉs＊（ｃｏｓα）N ＝ Ｉs＊（ｃ
ｏｓα）↑Ｎであり、ここで、↑は指数計算を示す。こ
の量ＳＬは、位置Ｌで観測者の目に入射する反射光の量
を決定するが、しかし、リアルタイム３次元グラフィッ
クスシミュレーションで行うにはあまりにも計算時間が
かかる。
精密な照明効果を表現する一般的な１つの方法が示され
ている。光源３０からいくらか色分散のある光が小さな
表面増分の点Ｐの表面３２に当たる光１０ｒに沿って照
射される。表面部分３２ｉは、一般的な３次元表面上の
小さな多角形２次元区域即ち面であり、点Ｐで２次元表
面部分３２ｉに垂直なベクトル３４ｉがある。入射光３
０ｉは法線面３４ｉに対し角度θで入射し、基本的に同
じ角度θで反射光３０ｒとして出射される。反射光は照
明の色成分（赤、青、緑色）から成り、それぞれの大き
さは、入射光３０ｉの色相の大きさと増分面３２ｉの反
射品質によって異なる。観測位置Ｌにいる観測者２０の
目にある強度の光線３６が入射する。この光線は鏡面反
射した光の一部であり、反射した光３０ｒと観測者の光
３６の間の角度αによって異なる。観測者の目に到達す
る全反射した鏡面反射照明は、位置Ｌにいる観測者に見
える全表面３２の各増分面３２ｉの寄与を考慮して計算
された合計である。鏡面反射した光の振幅ＳＬは、光源
の強度Ｉsとコサイン（ｃｏｓα）のＮ乗の積として与
えられるのが普通である。ここで、Ｎ乗は１より大きく
それ自体はさまざまな面から経験的に求めたものであ
る。従って、ＳＬ＝Ｉs＊（ｃｏｓα）N ＝ Ｉs＊（ｃ
ｏｓα）↑Ｎであり、ここで、↑は指数計算を示す。こ
の量ＳＬは、位置Ｌで観測者の目に入射する反射光の量
を決定するが、しかし、リアルタイム３次元グラフィッ
クスシミュレーションで行うにはあまりにも計算時間が
かかる。
【００２０】ここで図３に移ると、上述した方法に比べ
ると物理的に多少精度が劣るが好ましい新規な方法は、
それにもかかわらず計算時間がそれほどかからず、さら
に美観的にも美しいハイライトを形成する。現時点で
は、ディスプレイプロッセ色強度サブプロセッサ１６ａ
を用いるのを推奨するが、本発明の方法は、装置１０内
の選択された多くの位置の１つで用いることができる。
Ｓｔｅｉｎｅｒの輝度計算方法は、表面３２′の各増分
鏡面部分３２′ｘ（この実施例では、ｆ≦ｘ≦ｋ）での
各周知の光源（入射光３０′ｉで示す）の反射により、
その増分面の点Ｐｘでグローシェーディング濃度（ＧＳ
Ｉ値）（−１．０と＋１．０の間）を生成するように、
平面３７で各３次元平面を２次元平面３２′として近似
する。グローシェーディングは、３次元照明面の実効輝
度を変化させる周知の方法である。従って、照明の鏡面
反射成分ＳＬを計算するため表面の各点ＰでのＧＳＩ値
を用いて、表面のその点でのシェーディング濃度値を得
る。グローシェーディング濃度は、表面部分３２′ｘの
輝度から経験的に求められたＳ乗に上げられ、次に、指
数計算を含む量（ＧＳＩ）↑Ｓは鏡面反射係数ＳＣと光
源強度Ｉsで乗算される。この一連の算術演算により、
反射光の表面部分の鏡面反射成分ＳＬをＳＬ＝ＳＣ＊
（ＧＳＩ↑Ｓ）＊Ｉsとして計算する。ここで記号↑は
指数計算を示す。この方法は、各原色の色強度について
順次または並列に繰り返される（例えば、各表示ピクセ
ルの個々の赤、青、および緑成分の色強度について直列
または並列に、３回別々に演算される）。
ると物理的に多少精度が劣るが好ましい新規な方法は、
それにもかかわらず計算時間がそれほどかからず、さら
に美観的にも美しいハイライトを形成する。現時点で
は、ディスプレイプロッセ色強度サブプロセッサ１６ａ
を用いるのを推奨するが、本発明の方法は、装置１０内
の選択された多くの位置の１つで用いることができる。
Ｓｔｅｉｎｅｒの輝度計算方法は、表面３２′の各増分
鏡面部分３２′ｘ（この実施例では、ｆ≦ｘ≦ｋ）での
各周知の光源（入射光３０′ｉで示す）の反射により、
その増分面の点Ｐｘでグローシェーディング濃度（ＧＳ
Ｉ値）（−１．０と＋１．０の間）を生成するように、
平面３７で各３次元平面を２次元平面３２′として近似
する。グローシェーディングは、３次元照明面の実効輝
度を変化させる周知の方法である。従って、照明の鏡面
反射成分ＳＬを計算するため表面の各点ＰでのＧＳＩ値
を用いて、表面のその点でのシェーディング濃度値を得
る。グローシェーディング濃度は、表面部分３２′ｘの
輝度から経験的に求められたＳ乗に上げられ、次に、指
数計算を含む量（ＧＳＩ）↑Ｓは鏡面反射係数ＳＣと光
源強度Ｉsで乗算される。この一連の算術演算により、
反射光の表面部分の鏡面反射成分ＳＬをＳＬ＝ＳＣ＊
（ＧＳＩ↑Ｓ）＊Ｉsとして計算する。ここで記号↑は
指数計算を示す。この方法は、各原色の色強度について
順次または並列に繰り返される（例えば、各表示ピクセ
ルの個々の赤、青、および緑成分の色強度について直列
または並列に、３回別々に演算される）。
【００２１】各色についての鏡面反射色強度成分は、モ
デラーによりグラフィックデータベースに定義されたよ
うに、環境光とシェーディング濃度により同じ色の同じ
ポリゴンの背景色強度成分に加えられる。このため、各
色成分ＰＣＣz（ｚが関連する複数の原色表示の１つ、
例えば、３原色装置の赤、青、緑成分についてそれぞれ
ｚ＝１，２，または３である）について、格納されたＰ
ＣＣの値がＰＣＣz＝ＳＬz＋ＤＬzで与えられる。ここ
で、ＤＬは環境光源から寄与する直接光強度と、これに
関連するグローシェーディングである。各表面部分３
２′ｘの全体において、本発明の方法は、表示ピクセル
の照明に寄与する各色（ｚ）の全強度ＰＣＣx,zを計算
する。
デラーによりグラフィックデータベースに定義されたよ
うに、環境光とシェーディング濃度により同じ色の同じ
ポリゴンの背景色強度成分に加えられる。このため、各
色成分ＰＣＣz（ｚが関連する複数の原色表示の１つ、
例えば、３原色装置の赤、青、緑成分についてそれぞれ
ｚ＝１，２，または３である）について、格納されたＰ
ＣＣの値がＰＣＣz＝ＳＬz＋ＤＬzで与えられる。ここ
で、ＤＬは環境光源から寄与する直接光強度と、これに
関連するグローシェーディングである。各表面部分３
２′ｘの全体において、本発明の方法は、表示ピクセル
の照明に寄与する各色（ｚ）の全強度ＰＣＣx,zを計算
する。
【００２２】ＰＣＣx,z＝ＳＣ＊（ＧＳＩ↑Ｓ）＊Ｉs＋
ＰＣx,z＊（ＧＳＩ＋ＬＡ） ここで、ＰＣx,zは、点ＰＣxのポリゴン表面部分の同じ
色のポリゴン色成分（例えば、赤、青、または緑）であ
り、ＰＣx,zはモデラーがデータベースで指定した色成
分を含む。ＬＡはユーザやプロセッサの計算結果として
指定したように、シーンに存在する環境光（遍在する等
方性の光）である。
ＰＣx,z＊（ＧＳＩ＋ＬＡ） ここで、ＰＣx,zは、点ＰＣxのポリゴン表面部分の同じ
色のポリゴン色成分（例えば、赤、青、または緑）であ
り、ＰＣx,zはモデラーがデータベースで指定した色成
分を含む。ＬＡはユーザやプロセッサの計算結果として
指定したように、シーンに存在する環境光（遍在する等
方性の光）である。
【００２３】鏡面反射係数ＳＣは、シミュレートされて
いる物体表面の特性であり、ＳＣは表面３２′から反射
されたスペクトル光Ｉsの一部である。鏡面反射係数を
用いるときに、ＳＣは完全な鏡に対し近似１であり、大
きな拡散面については近似０である。指数（Ｓ）は表面
の輝度であり、Ｓは大きな拡散表面の１から光沢表面の
１００以上を経て完全な鏡の無限に近付き、特定の３次
元グラフィックスプロセッサで用いられた輝度データワ
ードのデータビット数で設定された上限を持つ。（Ｓ）
の大きな数は小さな鏡面点サイズになる。指数（Ｓ）と
その効果はFoley,van Dam,FeinerとHughesによる第２版
のテキスト「ｖｖｖｖｖｖｖ」の１６．１．４章７２８
ページ（出版者と編集日データ）に定義された指数
（ｎ）に関連しているが、同じではない。
いる物体表面の特性であり、ＳＣは表面３２′から反射
されたスペクトル光Ｉsの一部である。鏡面反射係数を
用いるときに、ＳＣは完全な鏡に対し近似１であり、大
きな拡散面については近似０である。指数（Ｓ）は表面
の輝度であり、Ｓは大きな拡散表面の１から光沢表面の
１００以上を経て完全な鏡の無限に近付き、特定の３次
元グラフィックスプロセッサで用いられた輝度データワ
ードのデータビット数で設定された上限を持つ。（Ｓ）
の大きな数は小さな鏡面点サイズになる。指数（Ｓ）と
その効果はFoley,van Dam,FeinerとHughesによる第２版
のテキスト「ｖｖｖｖｖｖｖ」の１６．１．４章７２８
ページ（出版者と編集日データ）に定義された指数
（ｎ）に関連しているが、同じではない。
【００２４】連続した曲線３６は、精密であるが複雑な
近似の従来の技術で与えられるグローシェーディング濃
度の（ｃｏｓα）N曲線を示す。一方、点線で示す曲線
３８は本発明の方法により簡単に計算されたＳｔｅｉｎ
ｅｒシェーディング曲線の形状を示す。わずかなポリゴ
ンしか存在しない画面では多少の差でも簡単にわかり、
ポリゴン頂点間の距離は比較的大きいことがわかる。モ
デル中のポリゴン数が多くなるに従い、ポリゴン頂点間
の距離が小さくなると、Ｓｔｅｉｎｅｒシェーディング
曲線３８の形状がＣｏｓ（α）N曲線３６に近づく。こ
のため、この方法を用いると、多くの小さなポリゴンを
構成する物体への精密な照明方法の近似形状を備える鏡
面反射色強度が得られる。しかし、この近似で物体のハ
イライトの位置は、照明源方向と法線面で計算される。
一方、精密な照明近似ではハイライトは照明源方向、法
線面、および目への方向によって計算される。
近似の従来の技術で与えられるグローシェーディング濃
度の（ｃｏｓα）N曲線を示す。一方、点線で示す曲線
３８は本発明の方法により簡単に計算されたＳｔｅｉｎ
ｅｒシェーディング曲線の形状を示す。わずかなポリゴ
ンしか存在しない画面では多少の差でも簡単にわかり、
ポリゴン頂点間の距離は比較的大きいことがわかる。モ
デル中のポリゴン数が多くなるに従い、ポリゴン頂点間
の距離が小さくなると、Ｓｔｅｉｎｅｒシェーディング
曲線３８の形状がＣｏｓ（α）N曲線３６に近づく。こ
のため、この方法を用いると、多くの小さなポリゴンを
構成する物体への精密な照明方法の近似形状を備える鏡
面反射色強度が得られる。しかし、この近似で物体のハ
イライトの位置は、照明源方向と法線面で計算される。
一方、精密な照明近似ではハイライトは照明源方向、法
線面、および目への方向によって計算される。
【００２５】ここで、図４を参照すると、サブアッセン
ブリ１６ａ等で用いる好適な鏡面反射色強度データ処理
装置３０が示されている。装置３０はその入力ポート３
０ａ−１から３０ａ−６を経由してデジタルデータワー
ドを受け取り、デジタルピクセル色データワードを出力
ポート３０ｂに送る。以前のピクセルレンダラー（図示
せず）は、入力装置３０ａ−１を介してレンダリングし
たＧＳＩデジタルデータを入力し、第１のデジタル加算
手段の第１の入力３２ａと算術／指数演算手段４０の第
１の入力に結合する。レンダリングした環境光強度デー
タは入力３０ａ−２を介して第１加算手段の別の入力３
２ｂに入力し、その出力データを第１のデジタル乗算手
段３４の第１の入力に送る。手段３４の別の入力３４ｂ
は、入力装置３０ａ−３からデジタルデータワードを受
け取り、処理中の３原色の１つの環境光強度が処理され
る。出力３４ｃで結果的に得られたデジタルデータ積
は、そのピクセルの色成分の拡散光成分であり、出力加
算手段３６の第１の入力３６ａに結合される。
ブリ１６ａ等で用いる好適な鏡面反射色強度データ処理
装置３０が示されている。装置３０はその入力ポート３
０ａ−１から３０ａ−６を経由してデジタルデータワー
ドを受け取り、デジタルピクセル色データワードを出力
ポート３０ｂに送る。以前のピクセルレンダラー（図示
せず）は、入力装置３０ａ−１を介してレンダリングし
たＧＳＩデジタルデータを入力し、第１のデジタル加算
手段の第１の入力３２ａと算術／指数演算手段４０の第
１の入力に結合する。レンダリングした環境光強度デー
タは入力３０ａ−２を介して第１加算手段の別の入力３
２ｂに入力し、その出力データを第１のデジタル乗算手
段３４の第１の入力に送る。手段３４の別の入力３４ｂ
は、入力装置３０ａ−３からデジタルデータワードを受
け取り、処理中の３原色の１つの環境光強度が処理され
る。出力３４ｃで結果的に得られたデジタルデータ積
は、そのピクセルの色成分の拡散光成分であり、出力加
算手段３６の第１の入力３６ａに結合される。
【００２６】一般的にユーザが指定する照明（鏡面反
射）源の強度デジタルデータを出力３８ｃに接続し、ピ
クセルの色の計算された鏡面反射成分を出力加算手段の
別の入力３６ｂに送って、単一入力３０ａ−４を介して
第２デジタル乗算手段の入力３８ｂに送る。第２の乗算
手段の第２の入力３８ａは、手段４０の出力４０ｂに接
続されている。現在のポリゴンの鏡面反射係数（ＳＣ）
デジタルデータワードは、単一入力３０ａ−５に入力さ
れ、手段４０の第２の入力ポート４０ｂに接続される。
これは単一入力３０ａ−６を介して現在のポリゴンの輝
度（Ｓ）数のデータビットを受け取る第３のデジタルデ
ータポート４０ｃを備えている。最初に手段４０は指数
（ＧＳＩ↑Ｓ）を計算し、次に、鏡面反射係数（ＳＣ）
を乗算し入力３８ａで必要なデータを得て、ピクセル色
強度鏡面反射成分を計算する。
射）源の強度デジタルデータを出力３８ｃに接続し、ピ
クセルの色の計算された鏡面反射成分を出力加算手段の
別の入力３６ｂに送って、単一入力３０ａ−４を介して
第２デジタル乗算手段の入力３８ｂに送る。第２の乗算
手段の第２の入力３８ａは、手段４０の出力４０ｂに接
続されている。現在のポリゴンの鏡面反射係数（ＳＣ）
デジタルデータワードは、単一入力３０ａ−５に入力さ
れ、手段４０の第２の入力ポート４０ｂに接続される。
これは単一入力３０ａ−６を介して現在のポリゴンの輝
度（Ｓ）数のデータビットを受け取る第３のデジタルデ
ータポート４０ｃを備えている。最初に手段４０は指数
（ＧＳＩ↑Ｓ）を計算し、次に、鏡面反射係数（ＳＣ）
を乗算し入力３８ａで必要なデータを得て、ピクセル色
強度鏡面反射成分を計算する。
【００２７】さてここで、簡略化されたテーラー級数展
開または他の多項式近似を用い、指数計算（ＧＳＩ↑
Ｓ）を近似してさらにコストを低減させることが望まし
い。Ｃm＊ＧＳＩmのＭ項の合計を求めてＧＳＩ↑Ｓを近
似することが好ましい。ここで、最大指数Ｎは、選択さ
れた整数輝度値Ｓより大きい２↑ｎの次の値である。
開または他の多項式近似を用い、指数計算（ＧＳＩ↑
Ｓ）を近似してさらにコストを低減させることが望まし
い。Ｃm＊ＧＳＩmのＭ項の合計を求めてＧＳＩ↑Ｓを近
似することが好ましい。ここで、最大指数Ｎは、選択さ
れた整数輝度値Ｓより大きい２↑ｎの次の値である。
【００２８】（ＧＳＩ↑Ｓ）≠Ｃ1＊ＧＳＩ＋Ｃ2＊ＧＳ
Ｉ2＋Ｃ4＊ＧＳＩ4＋Ｃ8＊ＧＳＩ8+Ｃ8＊ＧＳＩ8＋… 係数Ｃiは一般に１より小さく、全デジタル除算器が用
いられた場合、０と１の間の任意の値に設定できる。計
算をさらに単純化するには２-Iの形の係数Ｃｉだけを用
いる。ここで、Ｉは整数であるので、Ｃi＊ＧＳＩ↑Ｉ
の積は全デジタル除算器ではなく、デジタルデータシフ
ト段を用いて得られる。代表的な使用例において、Ｓの
選択した値に近くなければ係数Ｃiの多くはゼロに設定
される。例えば、Ｓ＝１５０の近似は、展開式の第７項
がＣ64＝０．１に、第８項がＣ128＝０．５に、第９項
をＣ256＝０．４に設定し、そして、他のすべての係数
をゼロに設定する。
Ｉ2＋Ｃ4＊ＧＳＩ4＋Ｃ8＊ＧＳＩ8+Ｃ8＊ＧＳＩ8＋… 係数Ｃiは一般に１より小さく、全デジタル除算器が用
いられた場合、０と１の間の任意の値に設定できる。計
算をさらに単純化するには２-Iの形の係数Ｃｉだけを用
いる。ここで、Ｉは整数であるので、Ｃi＊ＧＳＩ↑Ｉ
の積は全デジタル除算器ではなく、デジタルデータシフ
ト段を用いて得られる。代表的な使用例において、Ｓの
選択した値に近くなければ係数Ｃiの多くはゼロに設定
される。例えば、Ｓ＝１５０の近似は、展開式の第７項
がＣ64＝０．１に、第８項がＣ128＝０．５に、第９項
をＣ256＝０．４に設定し、そして、他のすべての係数
をゼロに設定する。
【００２９】図５は、Ｍ個のデジタル乗算手段４２でこ
の機能（ＧＳＩ↑Ｓ）を実行する回路の第１実施例の概
略図を示す。ｉが１≦ｉ≦ｍの範囲にある各手段４２−
ｉは、同じ入力データを同時に受け取る第１の入力４２
−ｉａと第２の入力４２−ｉｂとを備えているので、出
力４２−ｉｃは入力の２乗（平方）した値を出力する。
ｊが１≦ｊ≦ｎの間にあるｎ＝ｍ＋１係数乗算回路４４
−ｊのそれぞれは、関連するデータワードＧＳＩ↑（２
i-1）で動作する。選択された特定の乗算器は、Ｉが整
数Ａ≦Ｉ≦Ｎの範囲のＩ段のデータシフタのように２Ｉ
の因数で除算して、Ｃi＊乗算係数と演算を行う。シフ
タ回路の入力４４−ｊａは、単一入力４０ａまたは関連
する乗算器４２−ｉｃの出力から累乗されたＧＳＩデー
タを受け取り、Ｓデータポート４０ｂの第２の入力４４
−ｊｂでシフト／除算器因数Iを受け取る。各段のスケ
ールが設定された出力４４−ｊｃからデータワード（２
-I）＊（ＧＳＩ↑ｉ）が出力される。同一の各複数のＡ
ＮＤゲート４６ｊは、除算器の単一出力４４−ｊｃデー
タとＳ入力ポート４０ｂからの関連する制御ライン４０
ｂ−ｊのｊ段のＳ制御ビットを受け取る。ｊ段のライン
４０ｂ−ｊのＳビットが０であれば、ゲートは複数入力
加算手段４８の関連する入力４８ｊにデータを渡さな
い。逆に、ライン４０ｂ−ｊのＳビットが１であれば、
ｊ段のゲートは入力４８ｉにデータを渡し、出力４８ｘ
でデータ合計に算入される。これは単一出力４０−１ｘ
での（ＧＳＩ↑Ｓ）の近似である（係数ＳＣによる後の
乗算）。整数Ｉの級数展開係数Iはモデラーにより選択
され、所望のシェーディング効果を与える。さらにコス
ト効率の高い装置４０−１は固定整数係数シフタ４４を
内蔵し、一定数の２乗算器で達成可能なＳ値の数を制限
するが、制御ライン４０−ｂＩを除去して、より複雑な
データポート４０ｂと可変制御シフト手段４４のコスト
を低減させる。
の機能（ＧＳＩ↑Ｓ）を実行する回路の第１実施例の概
略図を示す。ｉが１≦ｉ≦ｍの範囲にある各手段４２−
ｉは、同じ入力データを同時に受け取る第１の入力４２
−ｉａと第２の入力４２−ｉｂとを備えているので、出
力４２−ｉｃは入力の２乗（平方）した値を出力する。
ｊが１≦ｊ≦ｎの間にあるｎ＝ｍ＋１係数乗算回路４４
−ｊのそれぞれは、関連するデータワードＧＳＩ↑（２
i-1）で動作する。選択された特定の乗算器は、Ｉが整
数Ａ≦Ｉ≦Ｎの範囲のＩ段のデータシフタのように２Ｉ
の因数で除算して、Ｃi＊乗算係数と演算を行う。シフ
タ回路の入力４４−ｊａは、単一入力４０ａまたは関連
する乗算器４２−ｉｃの出力から累乗されたＧＳＩデー
タを受け取り、Ｓデータポート４０ｂの第２の入力４４
−ｊｂでシフト／除算器因数Iを受け取る。各段のスケ
ールが設定された出力４４−ｊｃからデータワード（２
-I）＊（ＧＳＩ↑ｉ）が出力される。同一の各複数のＡ
ＮＤゲート４６ｊは、除算器の単一出力４４−ｊｃデー
タとＳ入力ポート４０ｂからの関連する制御ライン４０
ｂ−ｊのｊ段のＳ制御ビットを受け取る。ｊ段のライン
４０ｂ−ｊのＳビットが０であれば、ゲートは複数入力
加算手段４８の関連する入力４８ｊにデータを渡さな
い。逆に、ライン４０ｂ−ｊのＳビットが１であれば、
ｊ段のゲートは入力４８ｉにデータを渡し、出力４８ｘ
でデータ合計に算入される。これは単一出力４０−１ｘ
での（ＧＳＩ↑Ｓ）の近似である（係数ＳＣによる後の
乗算）。整数Ｉの級数展開係数Iはモデラーにより選択
され、所望のシェーディング効果を与える。さらにコス
ト効率の高い装置４０−１は固定整数係数シフタ４４を
内蔵し、一定数の２乗算器で達成可能なＳ値の数を制限
するが、制御ライン４０−ｂＩを除去して、より複雑な
データポート４０ｂと可変制御シフト手段４４のコスト
を低減させる。
【００３０】図６は、輝度指数項をたった１つの累乗項
で満足のいくように近似できる場合のよりコスト効率の
高い実施例４０−１′を示す。従って、Ｓは合計を求め
ずまたは精密な近似をすることなく、Ｃ1＊ＧＳＩ、Ｃ2
＊ＧＳＩ2、Ｃ3＊ＧＳＩ4またはＣk＊ＧＳＩ↑
（２k-1）のような１項だけでラフに近似し得る。ここ
で、各Ｍ係数乗算器の段４４の出力は、所望のスケール
に設定された使用される２乗指数項を選択する１つの非
ゼロビットだけを含む入力４０ｂでのＳ′データワード
に応答して、「単一極」選択手段の（Ｍ＋１）入力の異
なった１つ、即ち入力４０ｂでＳ′Ｍ＋１データワード
の１つだけを選択する手段に個別に接続される。ここで
データワードＳ′は、ただ１つの非ゼロビットだけを含
み、所望のスケールに設定された２乗指数項を選択す
る。
で満足のいくように近似できる場合のよりコスト効率の
高い実施例４０−１′を示す。従って、Ｓは合計を求め
ずまたは精密な近似をすることなく、Ｃ1＊ＧＳＩ、Ｃ2
＊ＧＳＩ2、Ｃ3＊ＧＳＩ4またはＣk＊ＧＳＩ↑
（２k-1）のような１項だけでラフに近似し得る。ここ
で、各Ｍ係数乗算器の段４４の出力は、所望のスケール
に設定された使用される２乗指数項を選択する１つの非
ゼロビットだけを含む入力４０ｂでのＳ′データワード
に応答して、「単一極」選択手段の（Ｍ＋１）入力の異
なった１つ、即ち入力４０ｂでＳ′Ｍ＋１データワード
の１つだけを選択する手段に個別に接続される。ここで
データワードＳ′は、ただ１つの非ゼロビットだけを含
み、所望のスケールに設定された２乗指数項を選択す
る。
【００３１】コンピュータ画像生成器のピクセルの色成
分を計算する装置および方法のいくつかの好適な実施例
をここで詳細に説明してきたが、多くの修正と変更は当
業者に明らかである。それゆれ、本発明は、添付したク
レームの範囲によってのみ制限され、ここで説明する特
定の装置と方法によっては制限されない。
分を計算する装置および方法のいくつかの好適な実施例
をここで詳細に説明してきたが、多くの修正と変更は当
業者に明らかである。それゆれ、本発明は、添付したク
レームの範囲によってのみ制限され、ここで説明する特
定の装置と方法によっては制限されない。
【００３２】
【発明の効果】以上のように、整数の級数展開係数Ｉは
モデラーにより選択され、所望のシェーディング効果を
得る。さらに、コスト効率の高い４０−１は固定整数係
数シフタを内蔵し、一定数の２乗算器で達成可能なＳ値
の数を制限するが、制御ライン４０−ｂＩを除去して、
より複雑なデータポート４０ｂと可変制御シフト手段４
４のコストを低減させるという効果がある。
モデラーにより選択され、所望のシェーディング効果を
得る。さらに、コスト効率の高い４０−１は固定整数係
数シフタを内蔵し、一定数の２乗算器で達成可能なＳ値
の数を制限するが、制御ライン４０−ｂＩを除去して、
より複雑なデータポート４０ｂと可変制御シフト手段４
４のコストを低減させるという効果がある。
【００３３】さらに、輝度指数項をたった１つの累乗項
で満足のいくように近似できるので、Ｓは合計を求めず
また精密な近似をすることなく、Ｃ1＊ＧＳＩ、Ｃ2＊Ｇ
ＳＩ2、Ｃ3＊ＧＳＩ4、またはＣk＊ＧＳＩ↑（２k-1）
のような１項だけでラフに近似し得るという効果があ
る。
で満足のいくように近似できるので、Ｓは合計を求めず
また精密な近似をすることなく、Ｃ1＊ＧＳＩ、Ｃ2＊Ｇ
ＳＩ2、Ｃ3＊ＧＳＩ4、またはＣk＊ＧＳＩ↑（２k-1）
のような１項だけでラフに近似し得るという効果があ
る。
【図１】本発明の装置と方法が実施され得るコンピュー
タ画像生成（ＣＩＧ）装置の概略的なブロック図であ
る。
タ画像生成（ＣＩＧ）装置の概略的なブロック図であ
る。
【図２】物体表面を照射する光源と物体表面から観測者
への鏡面反射間の関係の図示であり、鏡面反射の物理を
理解するのに有用な空間図である。
への鏡面反射間の関係の図示であり、鏡面反射の物理を
理解するのに有用な空間図である。
【図３】グローシェーディング濃度または本発明による
グローシェーディングの大きさの鏡面反射照度ととも
に、物体表面セグメント列とそれへの法線を示す図であ
る。
グローシェーディングの大きさの鏡面反射照度ととも
に、物体表面セグメント列とそれへの法線を示す図であ
る。
【図４】ＣＩＧディスプレイプロセッサで用いる本発明
の原理による鏡面反射色強度データ処理装置のブロック
図である。
の原理による鏡面反射色強度データ処理装置のブロック
図である。
【図５】図４の装置で用いる２つの異なる輝度指数近似
装置の概略的なブロック図である。
装置の概略的なブロック図である。
【図６】図４の装置で用いる２つの異なる輝度指数近似
装置のもう一つの例の概略的なブロック図である。
装置のもう一つの例の概略的なブロック図である。
１０ コンピュータ画像生成装置 １０ｒ，３６ 光線 １２ コントローラ装置 １４ ジェオメトリプロセッサ装置 １６ ディスプレイプロセッサ装置 １６ａ ディスプレイプロセッサ色強度サブプロセッサ １８ ビデオディスプレイ ２０ 観測者 ２２ 入力制御インタフェース ２２ａ 制御入力装置 ２４ シーンデータベースメモリ ３０ 光源 ３０ａ−１，３０ａ−６ 入力ポート ３０ｂ 出力ポート ３２ 表面 ３２′ｘ 鏡面部分 ３２′ ２次元平面 ３４ｉ 法線面 ３６ 出力加算手段 ３８ 第２のデジタル乗算手段 ４０ 算術／指数演算装置 ４２ デジタル乗算手段 ４４ 固定整数係数シフタ
Claims (4)
- 【請求項１】 リアルタイムコンピュータ画像生成器の
ディスプレイプロセッサの鏡面反射色強度データ処理装
置であり、（ａ）現在レンダリングされているポリゴン
の鏡面反射係数（ＳＣ）と（ｂ）前記ポリゴンに指定し
た輝度係数（Ｓ）と（ｃ）ポリゴンを照射する光源の強
度（Ｉs）とを特徴とする個々の入力データ信号の受信
手段と、前記ポリゴンを形成するものとして表示される
連続したピクセルの各複数の選択された原色の入力グロ
ーシェーディング濃度（ＧＳＩ）データ信号をレンダリ
ングする手段と、前記光源強度Ｉsデータ信号と前記鏡
面反射係数（ＳＣ）データ信号とＧＳＩのＳ乗に比例し
たシェーディング項のデータ信号との積として関連する
色の現在のピクセル照度の鏡面反射成分を設定するデー
タ信号（ＳＬ）を生成する手段とから成ることを特徴と
する鏡面反射照明色強度データ処理装置。 - 【請求項２】 拡散成分データ信号を前記鏡面反射成分
データ信号に加え、全ピクセル色強度信号を生成して表
示されるピクセルの実際の色と強度を計算する手段をさ
らに備えることを特徴とする請求項１に記載のグラフィ
ックスデータ処理装置。 - 【請求項３】 前記生成手段は、鏡面反射係数ＳＣと輝
度データ信号Ｓでデジタル的に累乗したＧＳＩデータ信
号の積に応答してデジタルデータ信号（ＳＬ′）を供給
する第１の手段と、光源強度Ｉsデータ信号とＳＬ′デ
ジタルデータ信号とをデジタル的に乗算して鏡面反射成
分ＳＬデジタルデータ信号を供給する手段とを備えるこ
とを特徴とする請求項１に記載のグラフィックスデータ
処理装置。 - 【請求項４】 リアルタイムコンピュータ画像生成器に
より表示されるポリゴンからの鏡面反射照度に応答する
表示手段で表示される各ピクセルの最終的に表示可能な
色を計算する方法であり、（１）（ａ）現在レンダリン
グされているポリゴンの鏡面反射係数と（ｂ）ポリゴン
に指定した輝度指数（Ｓ）と（ｃ）ポリゴンを照射する
光源の輝度（Ｉs）とを特徴とする個々の入力データ信
号を受け取るステップと、（２）ポリゴンを形成するも
のとして表示される連続したピクセルの各複数の選択さ
れた原色のレンダリングされたグローシェーディング濃
度（ＧＳＩ）値のデータを入力するステップと、（３）
（ｘ）光源強度Ｉsデータ信号と（ｙ）鏡面反射係数
（ＳＣ）データ信号と（ｚ）ＧＳＩのＳ乗に比例したシ
ェーディング項のデータ信号の積として関連する色の現
在のピクセル照度の鏡面反射成分を設定するデータ信号
（ＳＬ）を生成するステップと、（４）ステップ（３）
の鏡面反射色強度に応答してピクセルを表示するステッ
プとを含む方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/731,635 | 1996-10-15 | ||
| US08/731,635 US5854632A (en) | 1996-10-15 | 1996-10-15 | Apparatus and method for simulating specular reflection in a computer graphics/imaging system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10134206A true JPH10134206A (ja) | 1998-05-22 |
Family
ID=24940352
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19501197A Pending JPH10134206A (ja) | 1996-10-15 | 1997-07-04 | コンピュータグラフィックス／画像生成装置の鏡面反射のシミュレーション装置および方法 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5854632A (ja) |
| EP (1) | EP0837429B1 (ja) |
| JP (1) | JPH10134206A (ja) |
| DE (1) | DE69723798T2 (ja) |
| SG (1) | SG74026A1 (ja) |
| TW (1) | TW338141B (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2023107547A (ja) * | 2022-01-24 | 2023-08-03 | キヤノン株式会社 | 情報処理装置、情報処理システム、情報処理方法、及びプログラム |
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|---|---|---|---|---|
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| AUPP265298A0 (en) * | 1998-03-27 | 1998-04-23 | Canon Kabushiki Kaisha | Simulated illumination of planar, two dimensional shapes |
| US6259455B1 (en) * | 1998-06-30 | 2001-07-10 | Cirrus Logic, Inc. | Method and apparatus for applying specular highlighting with specular components included with texture maps |
| US6212484B1 (en) * | 1998-09-08 | 2001-04-03 | Autodesk, Inc. | Instance-based mirroring method in feature modeling |
| CA2315302A1 (en) * | 2000-07-13 | 2002-01-13 | Paul A. Halmshaw | Three dimensional imaging system |
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| US8133115B2 (en) | 2003-10-22 | 2012-03-13 | Sony Computer Entertainment America Llc | System and method for recording and displaying a graphical path in a video game |
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| US5253339A (en) * | 1990-07-26 | 1993-10-12 | Sun Microsystems, Inc. | Method and apparatus for adaptive Phong shading |
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| JP2682559B2 (ja) * | 1992-09-30 | 1997-11-26 | インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレイション | 物体の画像をディスプレイ装置上に表示する装置及び方法並びにコンピュータ・グラフィックス表示システム |
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- 1996-10-15 US US08/731,635 patent/US5854632A/en not_active Expired - Lifetime
-
1997
- 1997-06-27 TW TW086109133A patent/TW338141B/zh not_active IP Right Cessation
- 1997-07-04 JP JP19501197A patent/JPH10134206A/ja active Pending
- 1997-10-13 SG SG1997003726A patent/SG74026A1/en unknown
- 1997-10-15 DE DE69723798T patent/DE69723798T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1997-10-15 EP EP97308183A patent/EP0837429B1/en not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
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|---|---|
| EP0837429A2 (en) | 1998-04-22 |
| SG74026A1 (en) | 2000-07-18 |
| DE69723798T2 (de) | 2004-06-17 |
| EP0837429B1 (en) | 2003-07-30 |
| HK1005524A1 (en) | 1999-01-15 |
| TW338141B (en) | 1998-08-11 |
| US5854632A (en) | 1998-12-29 |
| DE69723798D1 (de) | 2003-09-04 |
| EP0837429A3 (en) | 1998-12-09 |
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