JPS6029430B2 - 模擬視界発生方法並びにその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は模擬視界発生方法並びにその装置に係り特に面
の各部で明暗、かすみ具合が連続的に変化するような面
をもつ視覚対象物で構成される仮定された三次元の情景
をある指定された視点から見たときの二次元画像として
表示装置に表示せしめる方法および装瞳である。

所定空間内の視界情報を記憶させておき、その空間内の
任意の一点を視点として指定しその視点から見た視界と
同じ映像を所定飛表示装置上に模擬発生させる装置はフ
ライトシミュレー夕（航空機操縦模擬訓練装置）等の各
種シミュレータ各種デザインの計算機による自動化、コ
ンピュータ・アニメーション等の分野で今後大いに利用
が期待されるものである。

しかし近年ユーザーの使用慣熟に伴い画像品質に対する
要求も多岐にわたりその程度もますます高くなりつつあ
る。本発明はかかるユーザーの要求を考慮して新しい模
擬視界発生方法並びにその装置を提案するものであって
「次の点に特徴をもつ。

映像装置に色採とその明暗を含む一定空間内における二
次元、三次元の視界情報を記憶させておき前記空間内の
任意の一点を視点として指定されたとき、その視点から
見た視界と同じ映像と模擬発生させる場合に、視点の位
置の変化に従って、夫々の物体の相対位置が変り、夫々
の物体が互に他の物体の１部または全部を遮ぎる様子が
変化する。

これらの計算即ち隠顕処理を高速に行うことは非常に難
しいとされている。本発明は物体の面が連続的に変化す
る明暗、かすみ具合をもつ物体の隠顕処理を容易に行う
ことができる模擬視界発生装置に関するものである。本
発明を実施例について添附図面を参照して詳細に説明す
る。

尚実施例においては三次元の視覚対象物をすべて凸の多
面体で規定し、曲面を有する物体は物体を構成する面の
頂点の明るさを面の辺および面の各部で一次補間するこ
とによって面に陰影をつけ曲面を表現した。

先づ本発明による装置全体の構成ブロックを第１図に示
す。図で１はディジタル計算機で仮定された三次元の情
景に含まれるすべての視覚対象物の位置、面を構成する
頂点の位置、色探等の情報を記憶し、外部からフライト
シミュレータ等で指定された視点に従って、その視界内
の視覚対象物に対して視点との位置関係に従って視点に
近い順に優先順位を付す。尚優先順位番号付けを効率的
に行う方法としては、特開昭５０−１５４０３１号にそ
の１例が詳細に説明されている。フレーム計算機２は前
記ディジタル計算機１で優先順位付けされた視覚対象物
の、指定された視点から見た透視図の計算、指定された
光源で照らされたときの各面の明るさ、かすみ具合の計
算、前記視覚対象物を規定する多面体の稜の透視図上の
線（これを以後エッジという）が視覚対象物の輪郭を表
わすものか否かの計算、等の幾何計算を行う。視点の変
化が遅い場合はこれらの計算は前記ディジタル計算機１
でソフトウェアで行いフレーム計算機２は省略すること
ができる。フレ−ム計算機で行われる計算の詳細はフレ
−ム計算機の出力が格納される次のエッジリストメモリ
３の内容の説明によって目から明らかになるであろう。
又エッジ・リスト・メモリ３はコアメモリさたはＩＣメ
モリで構成されており、エッジ・テーフル３ｂは透視図
を構成するエッジの情報を記憶し、ポィンタ。

テーブル３ａはラスター走査表示装置のスキャンライン
の本数に等しい語数を有し、各語にはそのアドレスに対
応するスキャンラィン上にエッジの上端を有するエッジ
かエッジテーブルの何番地に記憶されているかを示す。
即ちフレーム計算機２の透視図の計算結果が第３図に示
すようなものになった場合のエッジリスト・メモリ３の
内容を第２図に示す。第２図で３ａはポインタ・テーブ
ル３ｂはエッジテーブルで先づポインタテーブル３ａの
０、１，２番地の−１はスキャンライン０，１，２に上
端を発するエッジは存在しないことを示す。

３番地の０はエッジ・テーブルの０番地にスキャン・ラ
イン３に上端を発するエッジＥａが存在することを示す
。

以下同様である。エッジ・テーフルｑｓは各エッジのス
タート則ちエッジの上端のスキャン・ラインの番号を示
す。ｑＥはエンド則ちエッジの下端のスキャン・ライン
の番号を示す。Ｐｓはエッジの上端の水平方向（Ｐ方向
）の位置、ＰはＰ方向変位、肥はエッジとスキャンライ
ンとの交点の位置の垂直方向（ｑ方向）の変化率、１は
エッジ上端の明るさｄｌｑはエッジの明るさの垂直方向
の変化率、ｄｉｐはエッジの右側の面の水平方向の明る
さの変化率、Ｃはエッジの右側の面の色のコード、Ｅ／
１はエッジが対象物の輪郭線か否か、ＯＢＪはディジタ
ル計算機１で計算された優先順位を示しており、又チェ
ィンＣＨＡＩＭま他にエッジの上端を同じくするエッジ
があればそのエッジが記憶されているエッジテーフル３
ｂの番地を示す。

尚、ここでＥａＥｂＥｃＥ雌ｅＥｆは三角錐Ｅの各エッ
ジを示し、Ｅ′ｇＥ′ｈＥ′ｉＥ′ｊＥ′ｋＥ′ＩＥ′
ｍＥ′肥′ｏは立体Ｅ′の各エッジを示している。

必要であればフェィド（かすみ）Ｆ等の情報も１（明る
さ）と同様にフレーム計算機２で計算しエッジ・リスト
・メモリ３に記憶する。スキャン・ライン計算機ははラ
スター走査表示装置６が１スキャンする間に、次のスキ
ャンライン上の画像情報則ち交点情報を時分割で、エッ
ジ・リスト・メモリ３の情報と前回のスキャン・ライン
の交点情報から逐次的に計算しており、交点更新（アッ
プデート）回路４１は入替（ソート）回路４２から出力
されるｑ番目のスキャンラインと各エッジとの交点と情
報即ちｑＥ，Ｐ，ｄＰ，１，ｄｌｑ，ｄｉｐ，Ｃ，Ｅ／
１，ＯＢＪからｑ＋１番目のスキャンラインと各エッジ
の交点の情報を計算し入替回路４２に送る。即ち次式を
計算する。

Ｐｑ十，＝ＰｑｄｑＰ、１ｑ十，＝ｌｑ＋ｄｌｑこれは
ｑＥくｑが成立するまで行われる。

ｑＥ三ｑが成立するとｑｓ三ｑとなるエッジがエッジ・
リスト・メモリ３に存在するか判定し存在すればそのエ
ッジ情報を入替（ソート）回路４２に送る。上の計算は
飛越し走査を考慮して一般に書くと次のようになるＰｑ
十△ｑ＝Ｐｑ＋△ｑ・ｄＰ、ｌｑ＋△ｑ＝ｌｑ＋△ｑ；
（ｑ８三ｑ）のときＰｑ＋△ｑ＝ＰＳ＋（ｑ−ｑＳ）・
ｄＰ、ｌｑ＋△ｑ：ＩＳ十（ｑ−ｑＳ）△ｌｑ；（ｑＥ
＜ｑ）（ｑＳＳｑ）のとき交点更新回路４１の実施例結
線図を第４図に示す。

４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄはセレクタで４１ｇ比
較器の出力が（ｑ８≧ｑ）のときエッジ・リスト。

メモリ３の出力はＰｓＮ、２ｄｐＮ、ｌｓＮ、がｌｑＮ
を出力し、（ｑＥ＜ｑ）（ｑｓ＜ｑ）のとき入替回路（
ソート）の出力Ｐｑ、ｄＰ、ｌｑ、ｄｌｑを、（ｑＥ＜
ｑ）（ｑｓ＝ｑ）のときＰｓ、０、ｌｑ、０をそれぞれ
出力する。

４１ｅ，４１ｆは加算器で、それぞれ、４１ａの出力十
４１ｂの出力、４１ｃの出力＋４１ｄの出力の加算を行
う。

４１ｈ，４１ｉはゲート回路で４１ｇ比較の出力が（ｑ
８三ｑ）または（ｑｓＮ＜ｑ）のとき４１ｅ，４１ｆの
出力、即ちＰｑ＋，、ｌｑ＋，を入替回路に出力する。

次に入替（ソート）回路４２は次の隠顕処理を可能とす
るためにスキャンライン上の交点をスキャンラインの左
から右へ順に並べかえる機能を持つもので比較的簡単な
回路で、高速の入替（ソート）を可能とする入替（ソー
ト）回路４２の実施例として第５図に結線図を示す。こ
の入替（ソ−ト）回路は高速のソートを簡単な回路で行
うためにソートのキーであるＰとそれ以外の交点情報ｑ
８，ｄＰ，１，ｄｌｑ，ｄｉｐ，Ｃ，Ｅ／１，ＯＢＪが
分離され、後者はＲＡＭ（ＲＡＮＤＯＭ ＡＣＣＥＳＳ
ＭＥＭＯＲＹ）４２ｐに書き込まれ、そのときのアドレ
ス・レジスタ４２ｎの出力ＡとＰがベアになって入替（
ソート）が行われるように構成されている。交点更新回
路４１で計算されたＰがレジスタ４２Ｍ・こ入力される
毎にＰは、すでに以前に入力されたＰが入っているＦＩ
ＦＯメモリ（ＦＩＲＳＴ ＩＮＦＩＲＳＴＯＯＴメモＩ
Ｊ）４２ｄの出力と比較器４２ａで比較されＦＩＦＯメ
モリ４２ｄに、次にＦＩＦＯメモリ４２ｄの出力をＦＩ
ＦＯメモリ４２ｄに書き込む動作をＦＩＦＯメモリに入
っているすべてのＰについて繰返し行い、ＦＩＦＯメモ
リの中のＰが少さし、順に並ぶようにする。

以上の動作を新しいＰが交点更新回路４１から入力され
る毎に行いＦＭ○メモリ４２ｄが１ぱし、になったら、
ＦＩＦＯメモリ４２ｄの内容を第２のＦＩＦＯメモリ４
２ｅ，に移す。次にＦＩＦＯメモリ４２ｄが１ばし、に
なったら第３のＦＩＦＯメモリ４２ｅ２に移す。第２、
第３のＦＩＦＯメモリが１ぱし、になったらマージ（合
併）を行い第２、第３のＦＩＦＯメモリを空にし、マー
ジした結果を第４のＦＩＦＯメモリ４２ｈ，に入れる。
即ち、第２のＦＩＦＯメモリ４２ｅ２の出力と第３のＦ
ＩＦＯメモリ４２ｅ２の出力を比較器４２ｆで比較しよ
り小さい方の出力をセレクタ４２ｇで読み出し、４２ｈ
，に入力する。これを第２、第３のＦＩＦＯメモリの内
容が空になるまで行う。以上の動作を第４、第５のＦＩ
ＦＯメモリ４２ｈ，、４２ｈ２、第６、第７のＦＩＦＯ
メモリ４２ｋ，、４２ｋ２について比較器４２ｉ、セレ
クタ４２ｊ、比較器４２夕、セレクタ４２ｍで行うこと
によりセレクタ４２ｍの出力から、小さい順に並べかえ
られたＰとその対になる交点情報が入っているＲＡＭ４
２ＰのアドレスＡに出てくる。次に隠顕処理回路４３は
視点により近い視覚対象物がより遠方の視覚対象物の１
部または全部を遮ぎる場合遮られた部分の表示装置への
表示の除去、遮られずに願われている部分の色、明るさ
、かすみの程度等を計算するものである。

この隠顕処理回路４３の実施例結線図を第６図について
説明する。入力データとして入替（ソート）回路から出
力された２次元透視図が第７図ａのような場合について
説明すると、入替（ソート）回路４２からは第７図ａに
示す三角錐のエッジＥａ，Ｅｃと立方体のエッジＥ′ｋ
、三角錐のエッジＥｆ、立方体のエッジＥ′ｍ，Ｅ′ｏ
とス キ ヤ ン ライ ンとの交点Ｐ，，Ｐ２，Ｐ３
，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６の交点情報が順に入力され、その中
、ＯＢＪ、Ｅ／１が高速優先順位決定回路４３１に与え
られ、一方Ｅ／１、ＯＢＪ以外の交点情報Ｃ色彩コード
、１明るさ、ｄｉｐ明るさのＰ方向の変化率、Ｐ交点の
Ｐ方向の位置はメモリ４３４のＯＢＪ番地に書き込まれ
る。高速優先順位決定回路から、現在までに入力されリ
セットされていない最高位のＯＢＪ番号が出力される。

これをＯＢＪＨと現在のＯＢＪとが比較器４３２で比較
され、ＯＢＪ幻ＢＪＨ（但し、ＯＢＪの数が小さい程優
先順位は高い）のときアクティブ（顕）と判定され直前
に入替（ソート）回路から入力された交点は他の視覚対
象物によって遮られることなく、指定された視点から見
える交点である。そうでないものは手前の視覚対象物に
よって遮られている部分となる。アクティブの場合は後
に説明する補正計算回路４３５で計算された交点情報が
ビデオ信号発生機６に送られ、そうでない場合は無視さ
れる。これを第７図ａについて詳細に説明する。第７図
ａの詳しいデータを第８図に示す。交点Ｐ，の入力直後
からＰ４の入力直前までは第８図に示すように三角錐Ｅ
の優先順位０か最高位であるので交点Ｐ３について立方
体Ｅ′の優先順位が１であるのでＯＢＪ（＝１）ミＯＢ
ＪＨ（＝０）が成立せず交点Ｐ３は隠された交点という
ことになり隠顕処理回路４３から出力されない。

次にメモリ４３４のＯＢＪＨ番地を読出し最高位の優先
順位の交点の色彩、明かるさ、明かるごの水平方向変化
率、Ｐ方向の変位、ＣＨ， １川 ｄｉｐ日、ＰＨとす
る。かくて補正計算回路４３５でＣＨ，ＩＨ＋（Ｐ−Ｐ
Ｈ）＋ｄｉｐ日、ｄｉｐ日、Ｐを計算しビデオ信号発生
回路５に出力することによって部分的に遮ぎれらた視覚
対象の面の色、明るさ、明るさの水平方向（Ｐ方向）の
変化率を正確に計算して第７図ｂとしてえられることが
できる。

更に第７図ａについて説明すると交点Ｐ，，Ｐ２につい
てはＯＢＪ＝ＯＢＪＨであるので（Ｐ−ＰＨ）＝０とな
り交点更新回路４１で計算された交点の位置、色、明る
さ、明るさの変化率が各交点の交点情報である。Ｐ３に
ついて前記のようにＯＢＪ生ＯＢＪＨで隠された点とい
うことになり削除される。Ｐ４についてはＯＢＪ（＝０
）ミＯＢＪＨ（＝１）となりＣＨ、ＩＨ・・・・・・は
Ｐ３の交点情報となり両ＡＢＣＤの点Ｐ４における明る
さは（Ｐ４一Ｐ３）に対応する分だけ正確に補正される
ことになる。また必要ならば明るさだけでなく画像のか
すみの程度や奥行き等も明るさと同様にして計算するこ
とができる。また遮ぎられが幾重にも行われても以上の
計算は正確に計算させる。ビデオ信号発生回路５は隠顕
処理回路４３から出力される交点の情報をもとにしてビ
デオ信号を発生する則ちラスター走査表示装置６のスポ
ットを左から右に走査する過程においてスポット位置と
交点情報の交点位置と一致した時に色、明るさ、明るさ
の変化率によってスポットの変調を行つｏ最後に本発明
装置の効果について述べると二次元画像のスキャンーラ
ィンへの分解がインターレースの処理を含めて一般的に
交点更新（アップデート）回路において逐次的に行われ
るので簡単な回路で高速に行うことができる。

入替（ソート）回路はキーとそれ以外のデータを分離し
、キーと分離したデータのアドレスのベアをソートする
方式をとったのでデータの操作が少く回路が簡単である
。

またキーとアドレスのベアのソートは基本的にロガリズ
ミックソート方式を用いたので回路が簡単で高速のソー
トが行われる。隠顕処理は先に本出願人が別に出願して
いる高速度先順位決定回路を用いているので簡単な回路
で高速の処理が可能となった。

この回路自身の簡単さに加えて、この回路はコード化さ
れたＯＢＪ番号を直接入力としコード化されたＯＢＪＨ
を出力するので公開特許公報特開昭５０＝１５４０３１
の第８図の回路を用いた場合に〈らべて入力と出力にそ
れぞれデコーダ、ェンコーダが不要となり隠顕処理回路
全体が簡単になった。本発明の隠顕処理回路により連続
的な明暗の変化、かすみ具合の変化をもった面が部分的
に遮ぎられた場合の残りの面の明暗、かすみ具合を補正
計算することができるがこの回路は遮ぎりの計算回路と
完全に直列になっているのぇパイプライン構成にするこ
とにより計算時間の負荷の増大は全く考えなくてよい。

以上のことから本発明装置の総合的な効果について述べ
ると三次元の色彩をもった連続的な明暗のある面則ち曲
面をもつ，た視覚対象物で構成された仮定された情景を
任意の指定された視点から見た必要ならば遠方がかすん
だ状態の二次元画像を高速に計算表示することができる
のでフライト・シミュレータ等の模擬訓練装置に現実に
近い視界感覚を提供することができ実機を使用した訓練
のより多くの部分を効果的に模擬訓練装置で代替するこ
とが期待できる。

またＣＡＤ（ＣＯＭＰＵＴＯＲＡＩＤＥＤ ＤＥＳＩＧ
Ｎ）におけるデザインのチェック等の場合には従来は線
画のＧＲＡＰＨＩＲ ＤＩＳＰＬＡＹがｍａｎ−ｍａｃ
ｈｉｎｅｉｎｔｅｈａｃｅとして用いられてきたが本発
明装置によれば面をもった物体の表示が可能なのでより
効果的なｍａｎ−ｍａｃＭｎｅｉｎｔｅｈａｃｅとなる
。

しかもこのような場合は視点の動きは遅くてよいのでフ
レーム計算機は省略することができるのでより簡単な装
置となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る実施例装置全体の構成ブロック図
、第２図は第１図におけるエッジリストメモリ３の一内
容を示す図、第３図は第１図のフレーム計算機２の計算
結果を示す透視図、第４図は第１図におけるスキャンラ
イン計算機４に含まれる交点更新（アップデント）回路
の実施例結線図、第５図は同スキャンライン計算機４に
含まれる入替（ソート）回路の実施例結線図、第６図は
同スキャンライン計算機４に含まれる隠顕処理（オカル
ティング）回路の実施例結線図、第７図ａ，ｂは第３図
に従って夫々入替回路隠顕処理回路から出力された二次
元透視図、第８図は第７図ａの透視図に係る詳細なデー
タを示す表図である。 図で１はディジタル計算機、２はフレーム計算機、３は
エッジリストメモリ、４はスキャンライン計算機、５は
ビデオ信号発生回路、６はラスター走査表示装置、４１
は交点更新回路、４２は入替回路、４３は隠顕処理回路
、４３１は最高優先順位決定回路、４３２は比較器、４
３３はアドレスセレクタ、４３４はＲＡＭメモリ、４３
５は補正計算回路。第１図 第６図 第７図 第８図 第２図 第３図 第４図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 仮定された三次元の情景を指定された視点からみた
   二次元画像として表示を行うために、前記三次元の情景
   に関する情報を記憶する工程と、指定された視点の視界
   内にある各々の物件のすべてについて他の物体を遮る可
   能性の高い順に優先順位を付す工程と、前記優先順位の
   付された前記情景の視界内の物体の投影面への透視図お
   よび仮定された光源で照らされた場合の物体の明るさ、
   かすみ程度その他の物体各面の計算を行う工程と、前記
   計算結果にもとづいて各スキヤンライン毎に各スキヤン
   ラインと前記透視図との交点の位置、交点上の明るさ、
   かすみの程度、奥行きを計算する工程と前記交点の中、
   より手前の物体により遮られている交点を削除し、面の
   遮られていない部分の明るさ、かすみの程度を計算する
   工程と前記計算結果からビデオ信号を発生する工程とを
   備えることを特徴とする模擬視界発生方法。 ２ 仮定された三次元の情景を指定された視点からみた
   二次元画像として表示を行うために、前記三次元の情景
   に関する情報を記憶する装置と指定された視点の視界内
   にある各々の物件のすべてについて他の物体を遮る可能
   性の高い順に優先順位を付する装置を備えたデイジタル
   計算機と、前記視界内の優先順位を付されたすべての物
   体の投影面への透視図の計算および仮定された光源で照
   らされた場合の物体の明るさ、かすんだ程度の幾何計算
   を行うフレーム計算機と、前記フレーム計算機の出力を
   記憶するエツジリストメモリと、前記エツジリストメモ
   リの情報からスキヤンラインと前記透視図との交点の明
   るさ、明るさの変化率、色、かすみ程度等を計算したり
   、交点の情報の入替を行つたり手前の物体で遮ぎられて
   いる部分を除去し、更に一部分しかみえていない面の明
   るさの補正計算を行う等種種の計算や入替を行うスキヤ
   ンライン計算機と、前記スキヤンライン計算機の出力か
   らビデオ信号発生回路の出力により仮定された三次元情
   報を指定された視点からみた二次元画像として表示する
   ラスタ走査表示装置とを備えることを特徴とする模擬視
   界発生装置。 ３ 前記スキヤンライン計算機には前記エツジリストメ
   モリの情報から各スキヤンライン毎に逐次的に各視覚対
   象の透視図とスキヤンラインとの交点および交点におけ
   る明るさ、明るさの変化率、色、かすみ程度等を計算す
   る交点更新回路を含むことを特徴とする特許請求の範囲
   第２項記載の模擬視界発生装置。 ４ 前記スキヤンライン計算機には交点の情報をスキヤ
   ンラインの左の位置の交点から右へ順に並びかえるよう
   な入替えを行う入替回路を含むことを特徴とする特許請
   求の範囲第２項記載の模擬視界発生装置。 ５ 前記スキヤンライン計算機には各視覚対象の透視図
   とスキヤンラインとの交点の内、手前の物体で遮ぎられ
   ている部分を除去し、更に一部分しかみえていない面の
   明るさを補正計算する隠顕処理回路を含むことを特徴と
   する特許請求の範囲第２項記載の模擬視界発生装置。 ６ 前記隠顕処理回路には高速優先順位決定回路と、比
   較器と、アドレスセレクタと、ＲＡＭメモリと、補正計
   算回路とを備えることを特徴とする特許請求の範囲第２
   項乃至第５項いずれか記載の模擬視界発生装置。 ７ 補正計算回路にはＰ−ＰＨをとり出す加算器と（Ｐ
   −ＰＨ）×ｄＩ＿Ｐ＿Ｈをとりだす乗算器とＩ＿Ｈ＋（
   Ｐ−ＰＨ）×ｄＩ＿Ｐ＿Ｈをとりだす加算器（但しＰは
   透視図とスキヤンラインとの交点の水平方向の位置、Ｐ
   Ｈは最高優先順位のＰを表わす、以下同様にｄＩ＿Ｐ＿
   Ｈは交点の右側の面の明るさの水平方向の変化率、Ｉ＿
   Ｈは交点の明るさ）とを備えることを特徴とする特許請
   求の範囲第２，５，６又は第７項記載の模擬視界発生装
   置。