JPS61206076A - 三次元画像バツフアを用いた図形表示方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はコンピュータ・エイデツド・デザイン（Ｃｏｍ
ｐｕｔｅｒ　Ａｉｄｅｄ　Ｄｅｓｉｇｎ以下ＣＡＤと略
す）における図形処理に係わり、特に対話酷な形状記述
に好適なコンストラクチイブ・ソリッド・ジオメトリ（
Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｖａ　５ｏｌｉｄ　Ｇｅｏｍｅｔ
ｒｙ以下Ｃ８Ｇと略す）形式の幾何モデルの表示方法に
関する。

［発明の背景］ 従来の幾何モデル表示における表示画面から幾何モデル
へのアクセスは、計算機内又は表示装置内に設けられた
セグメントバッファを介して行われている。セグメント
は線分、領域ぬりつぶし等の一群の描画命令を識別番号
を付けて登録したもので１図形処理システムは表示画面
座標の入力に対して近傍のセグメントを検出する機構を
設えている、従って例えば第２図の様に幾何モデルの形
状表面を単純な曲面に分割し、該分割曲面の表示画面に
投影し、隠面処理を施した領域のぬりつぶし命令群をセ
グメントとして登録し、一方該セグメントの持つ前記識
別番号と前記幾何モデルの構成要素との対応関係を保存
することにより５表示画面から幾何モデルの持つ情報を
辿ることができる。しかし形状を予め定められた形を持
つ三次元領域（プリミティブと呼ぶ）の集合演算結果と
して表わすＣ１０形式幾何モデルの場合、形状表面を分
割し隠面処理後表示する方法には以下の問題があり、結
果としてセグメントバッファの使用は困難である。

（１）形状表面の分割の問題 第３図は前記Ｃ１０形式幾何モデルの断面図である。ハ
ツチング部が形状であり、プリミティブＰ□、Ｐ、の和
集合からプリミティブＰ、を引いたものとして定義され
ている。Ｃ１０形式ではプリミティブ間の相貫線Ｅ、〜
Ｅ４の情報を持たぬため、前記表面分割に際しては該相
貫線の算出の処理が必要となるが、該処理は複雑で時間
を要す。

（２）隠面処理の問題 第４図に示す例を用いて隠面処理によって表示されなか
った面の再表示（隠面再生と呼ぶ）の必要性について説
明する。同図は投影処理をプリミティブ追加層に従って
画面に垂直な断面より見たものでハツチング部が形状で
ある。同図（イ）でプリミティブＰ１が、（ロ）でプリ
ミティブＰ２が、（ハ）でプリミティブＰ、が入力され
ている。

同図（ロ）の画面４においては隠面消去によりプリミテ
ィブＰ１．　Ｐ、が各々Ｆ０．　Ｆ、の領域に表示され
ている。しかるに同図（ハ）ではＰｉがＰ３により削ら
れ、画面７上のＰｔの表示領域Ｆ２′　　が同図（ロ）
に比べ拡大している。すなわち隠面再生の必要性が生じ
ている。従来の隠面処理法では隠面データは保持されぬ
ため隠面再生は不可能であり、プリミティブが追加され
る毎に前記形状表面分割処理と隠面処理の両方を行って
表示するが、この方法による処理時間はプリミティブ数
が増えるに従い莫大なものとなる。

問題（１）（２）を解決する方法は二種類考えられてお
り、第１にプリミティブ単位に稜線、輪郭線を隠面処理
をせずに表示し、プリミティブ間の集合演算は表示に反
映させない方法であり、第２は三次元画像バッファを用
いた方法である。第１の方法ではセグメントバッファの
利用が可能であるが、幾何モデルを正確に表示するもの
ではない。

前記三次元画像バッファを用いた表示法はエイ・シーエ
ム・コンピュータ・グラフィックス（ＡＣＭ　Ｃｏｍｐ
ｕｔｅｒ　Ｇｒａｐｈｉｃｓ）Ｖ　ｏ　Ｌ　、　１５　
ｋ　３（１９１１１）　）におけるアサ−トン（Ａｔｈ
ａｒｔｏｎ）にょる「カラービデオディスプレイでのＣ
ＡＤ面モデモデル示法」（原題：“ＡＭａｔｈａｄ　ｏ
ｆ　Ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆ　ＣＡ　Ｄ　５ｕ
ｒｆａｃｅ　Ｍｏｄｅｌｓ　ｏｎ　ａ　Ｃｏ１ｏｒ　Ｖ
ｉｄｅ。

Ｄｉｓｐｌａｙ”）　と題する論文で論じられている。

この方法は三次元画像バッファの内容として、表示画面
の各画素に関する視線と幾何モデルの交点を、視線上の
座標値で持つものである。この方法によれば問題（１）
、（２）を解決する他に切断表示等の応用処理も可能で
ある。しかし表示データが画像であるために、前記セグ
メントバッファとの整合性が悪く、又三次元画像データ
が幾何モデルの形式と独立しているために表示画面から
幾何モデルへのアクセスは困難である。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、Ｃ１０形式幾何モデルを用いた図形処
理システムにおいて同モデルを正確に表示し、しかもシ
ステムの利用者の前記モデルの持つ情報の獲得を補助す
るために、必要とされる情報を持つ同モデル上の点を表
示画面上で指示表示する図形表示方法を提供することに
ある。

〔発明の概要〕

三次元画像によるＣ１０形式幾何モデルを行い、さらに
同画像内に幾何モデルへのポインタを持たせることによ
り表示画面から幾何モデルへのアクセスを可能にする。

（発明の実施例〕 以下、本発明の一実施例を図に従って説明する。

第５図は本発明が適用される図形処理システムの−例で
ある。まずプリミティブの入力から表示に至る処理につ
いて述べる。システム利用者の文字数値入力装置５又は
座標読取装置６の操作によりシステム制御部１に幾何モ
デル変更命令が入力される。システム制御部１は幾何モ
デル操作部２を介して幾何モデル記憶部９の内容を変更
し、次に三次元画像操作部３を介し三次元画像バッファ
８の内容を変更する。さらに表示制御部４により三次元
画像の表示データを作成し１図形表示装置７で表示を行
う８次に前記利用者が三次元画像バッファを介して、幾
何モデルの持つ情報を得る時の処理について述べる。利
用者はシステム制御部に対し文字数値入力装置５又は座
標読取装置６を用いて、得たい情報についての記述デー
タと、座標読取装置６を用いて表示画面座標を入力する
。

システム制御部は三次元画像操作部３を介し三次元画像
バッファ８を読み、該座標に関する三次元画像が持つ幾
何モデルへのポインタ１０を辿り。

前記記述に沿った情報を得る。

第６図は本発明で用いられるＣ１０形式幾何モデルの例
を示したもので、同図（イ）、（ロ）はプリミティブの
例、（ハ）、（ニ）、（ホ）は該モデルの記述例、（へ
）、（ホ）は該モデルの前記図形処理システム内での記
憶法の例である。

（イ）、（ロ）に示す様に各プリミティブを構成する面
は、各プリミティブ内で固有の識別番号を持つ。例えば
円柱体（イ）では、三次元領域を構成する三面について
、ｚ”、ｚ−面は平行平面であるため同一の識別番号１
を与え、残る円筒面に識別番号２を与えている。又、直
方体（ロ）ではｘ９゜Ｘ−面、’／”＊Ｙ−面、ｚ”、
　ｚ−面が各々平行面であり、各々に識別番号１〜３が
与えられる。（ハ）〜（ホ）に示す様にプリミティブを
順次追加し形状を記述した時の図形処理システム内での
幾何モデル記憶法は１例えばプリミティブテーブル（へ
）とユーザデータエリア（ト）から成る形式である。

プリミティブテーブル（へ）の各行では順次入力された
プリミティブについて基本的な情報が保存され、さらに
必要に応じてユーザデータエリア’：　１１１（ト）に
格納された各プリミティブ固有の情報゛を”参照可能に
する。プリミティブの識別番号は行番号と同一とする。

第１図、第７図は三次元画像の例である。第１図（イ）
は表示画面上の各格子点で持つ情報、（ロ）は視線と曲
面の交点識別番号について、第７図は三次元画像バッフ
ァのデータ構造例である。

三次元画像は表示画面上の各格子点について、該格子点
に関する視線と形状の交差情報を（イ）に示す様に以下
の値により表し格納するものである。

（１）深さ情報 （ａ）表示面深さ：視線の方向に対し最も手前にある交
点の視点からの距離 （ｂ）裏面深さ：視線の方向に対し最も奥にある交点の
視点からの距離 （２）ブロック数 視線上で形状と交差する連続領域をブロックと呼ぶとき
のブロックの数、ブロックには視線方向順に１〜ブロツ
ク数の番号が付けられる。

（３）プリミティブ識別番号、プリミティブ構成面識別
番号、視線面交点識別番号 前２者については第６図において説明済みである。視線
面交点識別番号は（ロ）に示す様に視線と曲面又は視線
と平行平面の交点に視線方向順に番号付けしたものであ
る。（１）、（２）、（３）は第７図に示すデータ構造
で三妖元画像バッファ内に格納される。三次画像バッフ
ァは画素対応領域１１と交差情報領域１２とからなる０
画素対応領域１１は画面上の格子点と一対一対応する三
次元配列で、各配列要素１７は該格子点の視線と形状が
交差する場合交差情報領域１２へのポインタを格納する
。視線と形状が交差しない場合ポインタ値はＯとする。

交差情報領域１２は一次元配列であり、−格子点につい
て一つの深さ情報域１３とブロック数個の形状情報域１
４〜１６とが割り当てられる。前記ポインタは該深さ情
報域３の位、置を指しており、形状情報域１４〜１６は
その直後の位置より形状情報域内のポインタによってブ
ロック番号順に結合される。深さ情報域１３は同図（ロ
）に示す様に各々１８ｂｉｔの表示面深さ、裏面深さと
１２ｂｉｔのブロック数を持ち、形状情報域１４〜１６
は各ブロックの視線方向逆側（前面と呼ぶ）と視線方向
側（背面と呼ぶ）の交点について各々７　ｂｉｔのプリ
ミティブ識別番号、５ｂｉｔのプリミティブ構成面識別
番号、２　ｂｉｔの視線面交点識別番号を持つ。

本実施例の三次元画像バッファは表示装置での表示デー
タである各格子点の色・輝度データは持たぬため、以下
の表示データ作成処理が必要である。各格子点について （１）視線式と表示面深さより第１ブロック前面交点の
幾何モデル定義空間での位置を求める。

（２）該位置で該交点のプリミティブ識別番号とプリミ
ティブ構成面識別番号を持つ面の法線を求める。

（３）該識別番号のプリミティブの色情報と該法線、及
び別途定められた入射光線方向から各格子点の色、輝度
を算出する。

幾何モデルを記述の際の第５図〜第７図に示す図形処理
システム各部の挙動例を第６図（ハ）〜（ホ）の形状入
力を例にとって説明する。

（１）初期状態 第７図（イ）の画素対応領域１の各要素は総て値がＯに
なっている。交差情報領域２．第７図（へ）、（ホ）の
プリミティブテーブル、ユーザーデータエリアの値は不
定である。

（２）第１プリミテイブ入力（第６図（ハ））図形処理
システム利用者は第５図に示す文字入力装置５により、
プリミティブ各がＰｌであること、プリミティブタイプ
が円柱体であること、集合演算タイプはＯＲであること
円柱の半径及び高さ９位置、姿勢、付加属性を数値及び
文字で入力する。システム制御部１は幾何モデル操作部
２に対し、プリミティブ追加命令及び前記入力データを
渡す。プリミティブ操作部２は、幾何モデル記憶部９内
のプリミティブテーブル（第６図（へ））第１行に前記
入力データを格納し、ユーザデータエリア（第６図（ホ
））に付加属性を格納する。

続いてシステム制御部１は三次元画像操作部３に対し三
次元画像変更命令を送る。三次元画像操作部３は表示装
置７の画面上の前記各格子点につぃて視線と前記入力プ
リミティブとの前記交差情報を求め、三次元画像内に蓄
える０表示制御部４は三次元画像に基づき前記格子点の
輝度を決定し、表示装置７に該輝度データを送る。

（３）第３プリミテイブ入力（第６図（ニ））前記利用
者は第２プリミテイブについても第１プリミテイブと同
様のデータを入力しなければならないが、第１．第２プ
リミティブ間ではプリミティブタイプ、半径、姿勢が同
一であるため、それらについては文字又は数値による入
力法の他、以下の手順による入力方法が考えられる。

（ａ）プリミティブタイプ、半径、姿勢が各々入力済の
プリミティブの持つ値と同一であることを、文字数値入
力装置５より入力する。

（ｂ）表示装置７の画面上で第１プリミテイブを表示し
ている任意の画素の座標値を、座標読取り装置６により
入力する。

この方法によりデータが入力された場合、システム制御
部ｌは、三次元画像操作部３を介し入力座標における格
子点が表示しているプリミティブの識別番号を求め、さ
らに幾何モデル操作部２を介して、幾何モデルより該識
別番号を持つプリミティブのプリミティブタイプ、半径
、姿勢を得る。

以降第１プリミテイブの入力時と同様に幾何モデル記憶
部９内のプリミティブテーブル第２行に入力データを格
納し、三次元画像を変更し、さらに表示内容を変更する
。但し三次元画像の各格子点に関する情報の変更法は、
まず視線と第２プリミテイブの交差領域を求め、次に三
次元画像と視線数式より既存形状と視線の交差領域を求
め、最後に以上視線上の二領域間の集合演算を行うこと
によって得られた。新らたな形状と視線との交差情報を
三次元画像に格納することによる。

（４）第３プリミテイブ入力以降 第３プリミテイブ入力以降の図形処理システム各部の挙
動は、第２プリミティブ入力時と同様である。

本実施例によれば、視線と形状の交差情報を具体的な位
置情報として持たず、必要に応じて算出する手法を採用
したため、必要メモリー量を増加させずに本発明を実現
できる。又、プリミティブ入力に当り、すべての情報を
文字・数値として入力する必要がなくなり、画面座標入
力という簡単な方法を用いて般何モデルの記述を行うこ
とが可能になる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、画面座標を入力することにより、該座
標点で表示している幾何モデル表面上の点、及び鎖点に
よって隠面消去された前記幾何モデル表面上の魚群につ
いて、該魚群より検索可能な総ての情報にアクセスでき
るので、前記Ｃ１０形式幾何モデルの入力処理において
、入力済の該モデルの持つ情報を容易に利用し得ること
となり。

図形処理システムの対話性向上に効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は三次元画像バッファの蓄積内容の実施例、第２
図は幾何モデル形状表面分割による表示法、第３図はＣ
１０形式幾何モデルの断面図、第４図は隠面再生の必要
性、第５図は本発明が実施される図形処理システム例、
第６図はＣ１０形式幾何モデル例、第７図は三次元画像
バッファのデータ構造例である。 １・・・システム制御部、２・・・幾何モデル操作部、
３・・・三次元画像操作部、４・・・表示制御部、５・
・・文字数値入力装置、６・・・座標読取装置、７・・
・表示装置。 ８・・・三次元画像バッファ、９・・・幾何モデル、１
０・・・ポインタ、１１・・・画素対応領域、１２・・
・交差情報領域、１３・・・深さ情報域、１４〜１６・
・・形状情報域、１７・・・交差情報域ポインタ。 Ｘこノ 第１５２１ （イノ　各ａ林ｒ　τｐシウ１貞〕ｈえｔｏ）　Ｗ瞭ｅ
妖截別３ 手打羊駿 第２０ 第３５２１ プリミティブ日 梵何乞デンし＝ＣＰｒｕＰｚノーｅ３ 第４部 （イノ　　　　　　　　　　　　Ｃ０ｖ（へジ ｒｒ−Ｆ２’ ＃５　図 第６　（￥ｌｌ （イ）　　　　　　　　　　　　　　　（ｏ）第６ｉ （ヘノ 篤７　目 傅伎造柩威（６１５四り

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、識別番号を付けた一つ以上の曲面によつて構成され
   識別番号を付けた三次元閉領域の集合演算結果として形
   状を表わした幾何モデルを用い、該モデルの蓄積手段と
   、図形表示装置と、該表示装置画面座標入力装置と、文
   字数値入力装置と、ディジタル計算機とからなる図形処
   理装置において前記幾何モデルを表示する際に、 前記表示画面上の一画素又は近接する複数の画素に一点
   の割合で格子点を設け、 該格子点毎に投影法によつて定まる視線を仮定し、 該視線に対し、該視線と前記幾何モデル表面との交差を
   含む前記曲面の前記識別番号と該曲面が構成する前記三
   次元領域の前記識別番号を三次元画像バッファを前記計
   算機内又は表示装置内に設けられた三次元画像バッファ
   メモリに記憶し、前記画面座標値の入力に対し、前記曲
   面識別番号又は前記三次元領域識別番号により検索可能
   な情報を辿り表示をおこなうことを特徴とする三次元バ
   ッファを用いた図形表示方法。