JPH103466A - 中央演算処理装置およびこれを用いた画像生成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型で、しかも安価であって、描画機能の高
いグラフィックス機器ようのＣＰＵを提供する。 【解決手段】 中央演算処理部本体１１１と、この中央
演算処理部本体１１１と内部バス１１０を介して接続さ
れ、マトリクス演算機能を専用に実行する第１の専用演
算部１１４と、中央演算処理部本体１１１と内部バス１
１０を介して接続され、積和演算を専用に実行する第２
の専用演算部１１５とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば、グラフ
ィックコンピュータ、特殊効果装置、ゲーム機などのコ
ンピュータを利用した画像生成装置のように高速に画像
を生成する必要がある装置に使用して好適な中央演算処
理装置（以下、ＣＰＵという）およびこれを使用した画
像生成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えばグラフィックコンピュータにより
３次元画像を生成（描画）する場合には、次のような処
理手順で画像描画処理をする。

【０００３】すなわち、コンピュータグラフィックスで
は、描画しようとする物体（オブジェクトと称される）
は小さな基本図形（ポリゴン（多角形））に分割され、
そのポリゴンの形、位置、向き、色、模様などが画像を
決めるポリゴンデータとして与えられる。ポリゴンの
形、位置、向きは、その頂点の座標で決まる。

【０００４】画像描画処理としては、先ず、例えばメモ
リや記録媒体に蓄えられている描画データを読み込み、
その描画データからポリゴンデータのみを抽出する。次
に、所定の入力手段から入力された視点位置の情報を元
に、当該視点に正対するスクリーンを仮想して、オブジ
ェクトを構成する各ポリゴンの頂点座標を、そのスクリ
ーン上の座標に変換し、変換後のデータをメモリに一時
格納する。

【０００５】この頂点座標の座標変換は、視点を基準に
したオブジェクトの向きに変換するための３次元座標変
換と、上記のスクリーンに対して視点からの物体までの
距離に応じた透視変換（２次元座標変換）とを行う。３
次元座標変換は、座標変換マトリクスを用いて行い、透
視変換は、頂点の奥行き情報（Ｚ情報）を用いた割算演
算を行うものである。

【０００６】そして、得られた変換後の頂点データを、
メモリから取り出し、その座標に従ってビデオＲＡＭ上
にポリゴンの描画を行う。

【０００７】ところで、最近は、パーソナルコンピュー
タやテレビゲーム機で３次元グラフィックス表示ができ
るようになり、シュミレーション、バーチャルリアリテ
ィなどで３次元世界を表現することができるようになっ
ている。これに伴い、グラフィックス用の専用ハードウ
エアが開発され、座標変換、透視変換などの演算処理が
高速にできるようになった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述のような３次元世
界の表現能力の向上に伴い、オブジェクト自身がその動
きや移動に応じて変形するような場合などの物理的変化
の表現能力を向上させて、よりリアルが表現が行えるよ
うにする要求が増加しているが、従来は、上述のような
幾何マトリクス演算に比べて、物理表現のための計算能
力は低かった。これは、従来のグラフィックスにおいて
は、物理表現については、それ程、問題にされていなか
ったので、ＣＰＵがソフトウエアにより物理表現のため
の演算処理を行っても十分に対応できたからである。

【０００９】しかし、最近のような高度の表現が要求さ
れるようになると、物理表現のための演算が増加し、高
速の座標変換演算に比べてバランスが悪いものとなって
しまっている。

【００１０】この発明は、以上の点にかんがみ、例え
ば、小型で、描画機能の高いグラフィック機器を製作す
る場合に、ハードウエアを増大させることなく、描画速
度を高めることが可能なＣＰＵを提供することを目的と
する。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明によるＣＰＵは、中央演算処理部本体と、
前記中央演算処理部本体と内部バスを介して接続され、
マトリクス演算機能を専用に実行する第１の専用演算部
と、前記中央演算処理部本体と内部バスを介して接続さ
れ、積和演算を専用に実行する第２の専用演算部と、を
備えることを特徴とするものである。

【００１２】また、この発明による画像生成装置は、中
央演算処理部本体と、前記中央演算処理部本体と内部バ
スを介して接続され、マトリクス演算機能を専用に実行
する第１の専用演算部と、前記中央演算処理部本体と内
部バスを介して接続され、積和演算を専用に実行する第
２の専用演算部とを備えるＣＰＵを有し、２次元表現あ
るいは３次元表現の動画の画像データを生成する際に、
前記第１の専用演算部により座標変換演算を行い、前記
第２の専用演算部により物理的変化、変形等の物理表現
演算を行うようにすることを特徴とする。

【００１３】上記の構成のＣＰＵを備える画像生成装置
においては、ＣＰＵ内に、座標変換演算用の専用演算部
を備えると共に、物理表現演算用の専用演算部を備える
ため、座標変換演算だけでなく、物理表現のための演算
も高速に並列して行え、計算能力が向上する。そして、
両専用演算部が同一ＣＰＵ内にあるので、物理表現演算
のために、関連する座標変換演算結果を利用することが
容易であり、また、ＣＰＵの外部に専用のハードウエア
がある場合に比べて、ＣＰＵが接続されるメインバスの
干渉を少なくすることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、この発明によるＣＰＵおよ
びそれを使用した画像生成装置の一実施の形態を、テレ
ビゲーム機の場合について、図を参照しながら説明す
る。

【００１５】図２は、この発明の一実施の形態の画像生
成装置の構成例を示すもので、この例は３次元グラフィ
ックス機能と、動画再生機能とを備えるゲーム機の場合
の例である。

【００１６】図３は、この例のゲーム機の外観を示すも
ので、この例のゲーム機は、ゲーム機本体１と、ユーザ
の操作入力部を構成するコントロールパッド２とからな
る。コントロールパッド２は、このコントロールパッド
２に接続されているケーブル３の先端に取り付けられて
いるコネクタプラグ４を、ゲーム機本体１のコネクタジ
ャック５Ａに結合させることにより、ゲーム機本体１に
接続される。この例では、いわゆる対戦ゲーム等のため
に、２個のコントロールパッド２がゲーム機本体１に対
して接続することができるように、２個のコネクタジャ
ック５Ａ，５Ｂがゲーム機本体１に設けられている。

【００１７】この例のゲーム機は、ゲームプログラムや
画像データが書き込まれた補助記憶手段としてのＣＤ−
ＲＯＭディスク６をゲーム機本体１に装填することによ
り、ゲームを楽しむことができる。

【００１８】次に、図２を参照しながら、この例の画像
生成装置の構成について説明する。この例の画像生成装
置としてのゲーム機は、メインバス１０と、サブバス２
０とからなる２つのシステムバスを備える構成を有して
いる。これらメインバス１０と、サブバス２０との間の
データのやり取りは、バスコントローラ３０により制御
される。

【００１９】そして、メインバス１０には、メインＣＰ
Ｕ１１と、メインメモリ１２と、画像伸長部１３と、前
処理部１４と、描画処理部１５と、メインのＤＭＡコン
トローラ１６（以下、メインＤＭＡＣという）が接続さ
れている。描画処理部１５には、処理用メモリ１７が接
続されていると共に、この描画処理部１５は表示データ
用のいわゆるフレームメモリと、Ｄ／Ａ変換回路を含
み、この描画処理部１５からのアナログビデオ信号がビ
デオ出力端子１８に出力される。図示しないが、このビ
デオ出力端子１８は、表示装置としての例えばＣＲＴデ
ィスプレイに接続される。

【００２０】サブバス２０には、サブＣＰＵ２１と、サ
ブメモリ２２と、ブートＲＯＭ２３と、サブのＤＭＡコ
ントローラ２４と、音声処理用プロセッサ２５と、入力
部２６と、ＣＤ−ＲＯＭデコーダ２７と、拡張用の通信
インターフェース部２８とが接続される。ブートＲＯＭ
２３には、ゲーム機としての立ち上げを行うためのプロ
グラムが格納されている。また、音声処理用プロセッサ
２５に対しては、音声処理用メモリ２５Ｍが接続されて
いる。そして、この音声処理用プロセッサ２５はＤ／Ａ
変換回路を備え、これよりはアナログ音声信号を音声出
力端子２９に出力する。

【００２１】そして、ＣＤ−ＲＯＭデコーダ２７は、Ｃ
Ｄ−ＲＯＭドライバ４０に接続されており、ＣＤ−ＲＯ
Ｍドライバ４０に装填されたＣＤ−ＲＯＭディスク６に
記録されているアプリケーションプログラム（例えばゲ
ームのプログラム）やデータをデコードする。ＣＤ−Ｒ
ＯＭディスク６には、例えば離散コサイン変換（ＤＣ
Ｔ）により画像圧縮された動画や静止画の画像データ
や、ポリゴンを修飾するためのテクスチャー画像の画像
データも記録されている。また、ＣＤ−ＲＯＭディスク
６のアプリケーションプログラムには、ポリゴン描画命
令が含まれている。

【００２２】入力部２６は、前述した操作入力手段とし
てのコントロールパッド２と、ビデオ信号の入力端子
と、音声信号の入力端子を備えるものである。

【００２３】メインＣＰＵ１１は、メインバス１０側の
各部の管理および制御を行なう。また、このメインＣＰ
Ｕ１１は、物体を多数のポリゴンの集まりとして描画す
る場合の処理の一部を行う。メインＣＰＵ１１は、後述
もするように、１画面分の描画画像を生成するための描
画命令例をメインメモリ１２上に作成する。メインＣＰ
Ｕ１１とメインバス１０とのデータのやり取りは、デー
タをパケット形式にしてパケット単位に行い、バースト
転送を可能にしている。このメインＣＰＵ１１の内部構
成については、後でさらに詳述する。

【００２４】メインメモリ１２は、動画や静止画の画像
データに対しては、圧縮された画像データのメモリ領域
と、伸長デコード処理された伸長画像データのメモリ領
域とを備えている。また、メインメモリ１２は、描画命
令列などのグラフィックスデータのメモリ領域（これを
パケットバッファという）を備える。このパケットバッ
ファは、メインＣＰＵ１１による描画命令列の設定と、
描画命令列の描画処理部への転送とに使用される。

【００２５】画像伸長部１３は、ＣＤ−ＲＯＭディスク
６から再生された圧縮画像データの伸長処理を行なうも
ので、ハフマン符号のデコーダと、逆量子化回路と、逆
離散コサイン変換回路のハードウエアを備える。ハフマ
ン符号のデコーダの部分は、メインＣＰＵ１１がソフト
ウエアとしてその処理を行うようにしてもよい。

【００２６】描画処理部１５は、メインメモリ１２から
転送されてくる描画命令を実行して、その結果をフレー
ムメモリに書き込む。フレームメモリから読み出された
画像データは、Ｄ／Ａ変換器を介してビデオ出力端子１
８に出力され、画像モニター装置の画面に表示される。

【００２７】前処理部１４は、ＣＰＵを備えるプロセッ
サの構成とされるもので、メインＣＰＵ１１の処理の一
部を分担することができるようにするものである。例え
ばポリゴンデータを、表示のための２次元座標データに
変換する処理も、この前処理部１４が行う場合がある。

【００２８】このゲーム機の基本的な処理について以下
に説明する。

【００２９】［ＣＤ−ＲＯＭディスク６からのデータの
取り込み］図２の例のゲーム機に電源が投入され、ゲー
ム機本体１にＣＤ−ＲＯＭディスク６が装填されると、
ブートＲＯＭ２３の、ゲームを実行するためのいわゆる
初期化処理をするためのプログラムが、サブＣＰＵ２１
により実行される。すると、ＣＤ−ＲＯＭディスク６の
記録データが次のようにして取り込まれる。

【００３０】すなわち、ＣＤ−ＲＯＭディスク６から、
圧縮画像データ、描画命令及びメインＣＰＵ１１が実行
するプログラムが、ＣＤ−ＲＯＭドライバ４０、ＣＤ−
ＲＯＭデコーダ２７を介して読み出され、サブＤＭＡＣ
２４によってサブメモリ２２に一旦ロードされる。

【００３１】そして、このサブメモリ２２に取り込まれ
たデータは、サブＤＭＡＣおよびバスコントローラ３
０、さらにはメインＤＭＡＣ１６によってメインメモリ
１２に転送される。なお、サブＣＰＵ２１は、描画処理
部１５のフレームに対して直接的にアクセスできるよう
に構成されており、このサブＣＰＵ２１によっても表示
画像内容の変更が、描画処理部１５の制御とは離れて可
能とされている。

【００３２】［圧縮画像データの伸長及び転送］メイン
メモリ１２の入力データのうち、圧縮画像データは、こ
の例では、メインＣＰＵ１１がハフマン符号のデコード
処理を行った後、再びメインＣＰＵ１１によりメインメ
モリ１２に書き込まれる。そして、メインＤＭＡＣ１６
は、このハフマン符号のデコード処理後の画像データを
メインメモリ１２から画像伸長部１３に転送する。画像
伸長部１３は、逆量子化の処理と、逆ＤＣＴの処理を行
って画像データの伸長デコード処理を行う。伸長された
画像データは、メインＤＭＡＣ１６が、メインメモリ１
２に転送する。

【００３３】メインＣＰＵ１１は、伸長された画像デー
タのマクロブロックと呼ばれる単位データが一定量、メ
インメモリ１２に蓄積された時点で、当該伸長データを
描画処理部１５のフレームメモリに転送する。この際
に、伸長画像データがフレームメモリの画像メモリ領域
に転送されれば、そのまま背景動画像として画像モニタ
ー装置で表示されることになる。また、フレームメモリ
のテクスチャー領域に転送される場合もある。このテク
スチャー領域の画像データは、テクスチャー画像とし
て、ポリゴンの修飾に使用される。

【００３４】［描画命令列についての処理と転送］物体
の面を構成するポリゴンは、３次元的な奥行きの情報で
あるＺデータに従って奥行き方向の深い位置にあるポリ
ゴンから順に描画することにより、２次元画像表示面に
立体的に画像を表示することができる。メインＣＰＵ１
１は、このように奥行き方向の深い位置にあるポリゴン
から順に、描画処理部１５で描画が行われるようにする
ための描画命令列をメインメモリ１２上に作成する。

【００３５】メインＣＰＵ１１は、入力部２６のコント
ロールパッドからのユーザーの操作入力に基づいて、物
体や視点の動きを計算し、メインメモリ１２上にポリゴ
ン描画命令列を作成する。

【００３６】この描画命令列が完成すると、メインＤＭ
ＡＣ１６は、前処理部１４を通じて、描画命令毎に、メ
インメモリ１２から描画処理部１５に転送する。

【００３７】描画処理部１５では、送られてきたデータ
を順次実行して、その結果を、フレームメモリの描画領
域に格納する。このポリゴン描画の際、データは、描画
処理部１５の勾配計算ユニットに送られ、勾配計算が行
なわれる。勾配計算は、ポリゴン描画で多角形の内側を
マッピングデータで埋めていく際、マッピングデータの
平面の傾きを求める計算である。テクスチャーの場合は
テクスチャー画像データでポリゴンが埋められ、また、
グーローシェーディングの場合は輝度値でポリゴンが埋
められる。

【００３８】更に、動画のテクスチャーが可能である。
つまり、動画テクスチャーの場合には、前述したよう
に、ＣＤ−ＲＯＭディスク６からの圧縮された動画デー
タは、一旦、メインメモリ１２に読み込まれる。そし
て、この圧縮画像データは、画像伸長部１３に送られ
る。画像伸長部１３で、画像データが伸長される。この
とき、前述したように、伸長処理の一部は、メインＣＰ
Ｕ１１が負担する。

【００３９】そして、伸長された動画データは描画処理
部１５のフレームメモリ上のテクスチャー領域に送られ
る。テクスチャー領域は、この描画処理部１５のフレー
ムメモリ内に設けられているので、テクスチャーパター
ン自身も、フレーム毎に書き換えることが可能である。
このように、テクスチャー領域に動画を送ると、テクス
チャーが１フレーム毎に動的に書き換えられて変化す
る。このテクスチャー領域の動画により、ポリゴンへの
テクスチャーマッピングを行えば、動画のテクスチャー
が実現される。

【００４０】［メインＣＰＵの構成例］図１は、メイン
ＣＰＵ１１の内部構成例を示すものである。このメイン
ＣＰＵ１１は、ＣＰＵ本体１１１に対して、内部バス１
１０を介して、命令キャッシュメモリ１１２と、データ
キャッシュメモリ１１３と、座標変換等の主としてマト
リクス演算や関数演算を実行する幾何演算部１１４と、
デジタル微分解析器（ＤＤＡ；Digital Differencial A
nalyzer ）を構成する物理演算部１１５とが接続され
る。

【００４１】このように、メインＣＰＵ１１は、内部に
命令キャッシュメモリ１１２と幾何演算部１１４および
物理演算部１１５とを有しているため、その処理をメイ
ンバス１０を使用しなくても、ある程度行うことができ
るため、メインバス１０を開放しやすい。

【００４２】そして、内部バス１１０と、メインバス１
０との間のデータの入出力は、バスインターフェース１
１６を介してパケットデータとして行われると共に、デ
ータのパケット化およびアンパケット化の手順が変更可
能なプログラマブルパケットエンジン（以下、ＰＫＥと
いう）１１７を介しても行われる場合もある。

【００４３】そして、幾何演算部１１４および物理演算
部１１５は、それぞれの演算処理部１１４Ｐおよび１１
５Ｐと、レジスタパケット１１４Ｒおよび１１５Ｒとか
らなり、演算処理をパケット単位で実行することができ
る。

【００４４】物理演算部１１５の演算処理部１１５Ｐを
構成するＤＤＡアレー（以下、ＤＤＡアレー１１５Ｐと
いう）は、複数個の加算器とレジスタとで構成されるも
のである。図４は、このＤＤＡアレーからなる演算部１
１５Ｐの一例を示すものである。

【００４５】すなわち、ＤＤＡアレー１１５Ｐは、並列
処理を行うための複数個、この例では、４対のレジスタ
５１および５２、５３および５４、５５および５６、５
７および５８と、対応する数、この例では４個の加算器
６１、６２、６３、６４とからなる。対のレジスタのそ
れぞれの一方のレジスタ５１、５３、５５、５７の内容
は、順次入力データにより書き替えられる。対のレジス
タのそれぞれの他方のレジスタ５２、５４、５６、５８
には、前回の加算演算結果が蓄えられる。

【００４６】そして、各加算器６１、６２、６３、６４
は、それぞれ対のレジスタ５１および５２、５３および
５４、５５および５６、５７および５８のデータを互い
に加算し、その加算出力データを、他方のレジスタ５
２、５４、５６、５８に上書きするように構成されてい
る。

【００４７】こうして、一方のレジスタ５１、５３、５
５、５７に、変化量を順次にセットして演算を繰り返し
実行すると、他方のレジスタ５２、５４、５６、５８に
は、微分方程式の解法としての積分結果が得られること
になる。

【００４８】したがって、ＣＰＵ本体１１１や、幾何演
算部１１４での計算により求められたオブジェクトの変
化量などを、物理演算部１１５に送ると、目的とする物
理量が高速演算されて得られることになる。

【００４９】例えば、ユーザー入力や、ＣＤ−ＲＯＭか
ら読み込まれたゲームプログラムのゲーム環境から、加
わる力Ｆと、オブジェクトの質量Ｍ（重さ）のデータか
ら、ＣＰＵ本体１１１や幾何演算部１１４で加速度が演
算されると、その加速度のデータに基づいてオブジェク
トの変化位置のデータが得られることになる。

【００５０】図５は、この場合のＤＤＡアレー１１５Ｐ
の利用例を説明するための図である。この場合、図５に
おいて、１／Ｍは１／重さ（質量）配列データ、Ｆは力
配列データ、Ａは加速度配列データ、Ｖは速度配列デー
タ、Ｐは位置配列データで、これらのデータは、パケッ
ト単位で、かつ、フレームレートで変えられるものであ
る。

【００５１】また、図５において、一点鎖線で囲んだ部
分は、ＤＤＡアレー１１５Ｐがそれぞれ演算を実行する
部分である。すなわち、この例の場合には、ＤＤＡアレ
ー１１５Ｐは、２回使用されて、加速度配列データから
位置配列データが求められるものである。

【００５２】すなわち、図５の例の場合、例えば、ゲー
ムプログラムにより設定されているオブジェクトの１／
重さ配列データ１／Ｍと、ユーザー入力やそのときの環
境から作られる力配列データＦとが、ＣＰＵ本体１１０
や幾何演算部１１４で掛け算演算が行われ、加速度配列
データＡが求められる。

【００５３】そして、この加速度配列データＡがＤＤＡ
アレー１１５Ｐのレジスタ５１、５３、５５、５７に転
送されて書き込まれる。この書き込まれた加速度配列デ
ータＡは、レジスタ５２、５４、５６、５８に蓄えられ
ている前回速度配列データ（あるいは初期速度配列デー
タ）Ｖ（前）に、加算器６１、６２、６３、６４におい
て加算される。そして、その加算結果の速度配列データ
Ｖがレジスタ５２、５４、５６、５８に書き込まれる。

【００５４】次に、このようにして求められた速度配列
データＶを、次回の演算に使用する前回速度配列データ
Ｖ（前）として退避しておくと共に、この速度配列デー
タＶをＤＤＡアレー１１５Ｐのレジスタ５１、５３、５
５、５７に書き込む。そして、レジスタ５２、５４、５
６、５８に、退避されていた前回位置配列データ（ある
いは初期位置配列データ）Ｐ（前）をセットする。

【００５５】そして、加算器６１、６２、６３、６４で
演算を実行し、その加算結果を上述と同様にしてレジス
タ５２、５４、５６、５８に書き込む。これにより、こ
れらレジスタ５２、５４、５６、５８から、当該フレー
ムにおけるオブジェクトの位置配列データＰが求められ
る。この求められた位置配列データＰは、次回の演算に
使用する前回速度配列データＰ（前）として退避してお
くと共に、当該フレームの位置配列データＰとして、出
力する。

【００５６】次のフレームになると、再び、ゲームプロ
グラムにより設定されているオブジェクトの１／重さ配
列データ１／Ｍと、ユーザー入力やそのときの環境から
作られる力配列データＦとが、ＣＰＵ本体１１０や幾何
演算部１１４で掛け算演算が行われて、加速度配列デー
タＡが求められ、ＤＤＡアレー１１５Ｐのレジスタ５
１、５３、５５、５７にセットされる。そして、退避さ
れていた前回速度データＶ（前）と加算器６１〜６４に
より加算し、その加算結果をレジスタ５２、５４、５
６、５８に書き込む。以下、上述の動作を各フレームに
おいて繰り返すことにより、各フレームのオブジェクト
の位置配列データＰを得ることができる。

【００５７】次に、図６に、ＤＤＡアレー１１５Ｐを用
いて簡単な周期運動を計算する場合について説明する。
この場合も、一点鎖線で囲んだ部分は、ＤＤＡアレー１
１５Ｐがそれぞれ演算を実行する部分である。すなわ
ち、この例の場合には、ＤＤＡアレー１１５Ｐは、繰り
返し使用されて、加速度配列データから位置配列データ
が求められるものである。

【００５８】すなわち、この例の場合には、ＤＤＡアレ
ー１１５Ｐの出力データとしての位置配列データＰか
ら、ＣＰＵ本体１１０あるいは幾何演算部１１４は、周
期運動の逆側の位置（−Ｐ）方向に向かう加速度配列デ
ータＡ（−Ｐ）を演算より求める。そして、この逆位置
の加速度配列データＡ（−Ｐ）を、ＤＤＡアレー１１５
Ｐのレジスタ５１、５３、５５、５７にセットする。ま
た、前回速度配列データ（あるいは初期速度配列デー
タ）をＤＤＡアレー１１５Ｐのレジスタ５２、５４、５
６、５８にセットする。

【００５９】そして、加算器６１〜６４の加算結果であ
る今回の速度配列データをＤＤＡアレー１１５Ｐのレジ
スタ５２、５４、５６、５８に書き込む。求めた速度配
列データＶを、次回の演算に使用する前回速度配列デー
タＶ（前）として退避しておくと共に、この速度配列デ
ータＶをＤＤＡアレー１１５Ｐのレジスタ５１、５３、
５５、５７に書き込む。そして、レジスタ５２、５４、
５６、５８に、退避されていた前回位置配列データ（あ
るいは初期位置配列データ）Ｐ（前）をセットする。

【００６０】そして、この求めた位置配列データＰをＣ
ＰＵ本体１１１あるいは幾何演算部１１４に内部バス１
１０を通じて渡し、前述したように、逆位置に対する加
速度配列データＡ（−Ｐ）を求める。そして、前述した
ように、この逆位置に対する加速度配列データＡ（−
Ｐ）をＤＤＡアレー１１５Ｐに上述のようにして渡して
セット（負帰還）して、以上の処理を繰り返す。これに
より、周期運動を簡単に実現することができる。

【００６１】こうして、各フレーム毎に上述の演算を物
理演算部１１５を用いて行うことにより、オブジェクト
に関する加速度配列データから、位置配列データを高速
に得ることができ、描画表現能力が上がる。

【００６２】この場合、ＣＰＵ本体１１１は、加速度配
列データの計算だけでよいので、負担が少なく、高速処
理に寄与する。すなわち、ＣＰＵ本体１１１により上述
のような積和演算を実行させる場合には、物理計算結果
を一旦レジスタに溜めて、また、読み出して演算を実行
するというような処理手順となり、ＣＰＵ本体１１１の
負荷が非常に大きくなる。しかし、この実施の形態の場
合には、ＣＰＵ本体１１１は、加速度などの計算結果を
物理演算部１１５に送れば、積和演算が自動的に実行さ
れる。したがって、ＣＰＵ本体１１１の負荷が非常に減
る。

【００６３】また、幾何演算部１１４やＣＰＵ本体１１
１で計算した加速度などのデータを利用して物理演算部
１１５で物理演算を実行させるようにできるので、座標
変換演算やその他の複雑な動き演算に関連付けながら、
物理演算部１１５で物理演算をすることができるため、
より自然で複雑な動きを、高速演算処理により実現する
ことが可能になる。

【００６４】また、関連性のある座標変換と物理演算と
を同時に並行して計算することができ、レジスタへのデ
ータのロード、リロードなどのオーバーヘッドを低減で
きる。そして、座標変換演算と同様に、物理演算を専用
の演算器により行うようにすることにより、３次元世界
の物理現象を高速にバランスよく実現する画像生成装置
を得ることができる。

【００６５】特に、ゲーム機の場合、オブジェクトの画
像が衝突と共に、物理的に変形するような複雑かつ視覚
的に自然な画像を、これら幾何演算部１１４および物理
演算部１１５を用いて、得ることができ、動きと座標計
算が密接した処理が容易に実現でき、描画機能の向上が
図れる。

【００６６】そして、物理計算をＣＰＵ本体内で実行す
る場合には、プログラミングスタイルとして種々のもの
が出てきて、統一が取れなくなるおそれがあるが、この
実施の形態によれば、幾何演算部１１４と物理演算部１
１５とは専用ハードウエアとしてＣＰＵ本体とは別個に
設けられているので、プログラミングスタイルが規定さ
れ、統一が取れるという利点もある。

【００６７】なお、以上の例は、この発明によるＣＰＵ
をゲーム機に適用した場合であるが、この発明によるＣ
ＰＵは、画像生成装置に限定されない種々の用途に使用
できることはいうまでもない。

【００６８】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、ＣＰＵ内にＤＤＡアレーからなる簡単なハードウエ
アを設けて、物理演算を専用に実行させることにより、
専用に座標変換演算などを行う幾何演算部と相俟って、
描画機能の高いＣＰＵおよび画像生成装置を実現するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明によるＣＰＵの内部構成の一実施の形
態を示すブロック図である。

【図２】この発明による画像生成装置の一実施の形態と
してのゲーム機の構成例を示すブロック図である。

【図３】図２の例のゲーム機の外観例を示す図である。

【図４】この発明によるＣＰＵの内部の物理演算部の要
部の構成例を示す図である。

【図５】図４の物理演算部を使用した物理計算例を説明
するための図である。

【図６】図４の物理演算部を使用した物理計算例を説明
するための図である。

【符号の説明】

１０…メインバス、１１…メインＣＰＵ、１１０…内部
バス、１１１…ＣＰＵ本体、１１２…命令キャッシュメ
モリ、１１３…データキャッシュメモリ、１１４…幾何
演算部、１１５…物理演算部、１１５Ｐ…物理演算処理
部（ＤＤＡアレー）、５１〜５８…レジスタ、６１〜６
４…加算器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】中央演算処理部本体と、 前記中央演算処理部本体と内部バスを介して接続され、
   マトリクス演算機能を専用に実行する第１の専用演算部
   と、 前記中央演算処理部本体と内部バスを介して接続され、
   積和演算を専用に実行する第２の専用演算部とを備える
   中央演算処理装置。
2. 【請求項２】マトリクス演算機能を専用に実行する第１
   の専用演算部と、積和演算を専用に実行する第２の専用
   演算部とが、内部バスを介して中央演算処理部本体に接
   続されて設けられている中央演算処理装置を有し、 ２次元表現あるいは３次元表現の動画の画像データを生
   成する際に、前記第１の専用演算部により座標変換演算
   を行い、前記第２の専用演算部により物理的変化、変形
   等の物理表現演算を行うようにすることを特徴とする画
   像生成装置。
3. 【請求項３】記憶媒体に記憶されている、画像を描画す
   るためのデータを読み出す読み出し手段を備え、この読
   み出したデータを用いて画像を生成する装置であって、 前記記憶媒体には、ゲームのデータが前記画像を描画す
   るデータと共に記憶されて、ゲーム機の構成とされてな
   る請求項３に記載の画像生成装置。