JP2000268191A

JP2000268191A - 隠面処理方法

Info

Publication number: JP2000268191A
Application number: JP11072500A
Authority: JP
Inventors: Junko Nakase; 純子中瀬; Hiromi Watanabe; 浩已渡辺; Takashi Nakamoto; 貴士中本
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-03-17
Filing date: 1999-03-17
Publication date: 2000-09-29

Abstract

(57)【要約】【課題】３次元グラフィックス処理において正確な隠面
処理を、少ない処理量で実行可能な隠面処理方法を提供
する。【解決手段】オブジェクトを構成する複数のポリゴンの
頂点座標から、オブジェクトを代表するＸ、Ｙ、Ｚ座標
の代表値を求め（１００）、得られた各オブジェクトの
Ｘ、Ｙ、Ｚ座標の代表値を比較することにより、各オブ
ジェクト間の位置関係を確定してＺバッファ適用領域を
抽出する（１０２）。Ｘ、Ｙ、Ｚの全３方向で座標の代
表値の重なりが検出された場合にＺバッファ法により隠
面処理（２１０）を行い、検出されない場合に上書きに
よる隠面処理（２０２）を行う。【効果】Ｚバッファを用いる領域を必要最小限にでき、
Ｚバッファを用いてのＺ座標値比較及び更新処理を低減
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は３次元グラフィック
ス処理の隠面処理方法に係り、特に少ない処理量で効率
よく実現可能な隠面処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、３次元グラフィックス処理におい
て、オブジェクトの可視面領域、不可視領域を判定し、
可視面領域のみを表示する隠面処理が行われている。こ
の隠面処理の方法としてはＺバッファ法とＺソート法が
知られている。なお、本明細書では、３次元の物体のこ
とをオブジェクト、オブジェクトを構成する多角形のこ
とをポリゴンとよぶ。

【０００３】上記Ｚバッファ法は正確な隠面処理を行え
る反面、Ｚバッファ用のメモリ（以下、単にＺバッファ
と称する）を必要とする上、Ｚバッファに対する書き込
み、読み出しを行うため処理時間が大きい。一方、Ｚソ
ート法は、Ｚバッファは不要であるが、ソート処理を行
うための処理量が膨大であり、複雑な位置関係にあるオ
ブジェクト間の隠面処理を正しく行えないという欠点が
ある。

【０００４】これに対して、Ｚバッファ法とＺソート法
を組み合わせることによって、正確な隠面処理を簡易に
行う方法が、例えば、特開平９−３０５７９２号公報に
開示されている。この隠面処理方法は、画面内の全ポリ
ゴンに対してポリゴン単位でＺソートを行い、次に視点
に対して手前のポリゴンから順次所定量の範囲のポリゴ
ンについてＺバッファ法を適用するものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た隠面処理を簡易に行う従来例によれば、Ｚバッファ法
を適用するポリゴンを選択するために、画面内の全ポリ
ゴンのＺ座標値比較によりポリゴンのソート処理を行う
必要がある。このため、ポリゴン数が大きいときは処理
量が膨大となる。また、Ｚバッファ用のメモリが必要で
あり、メモリ量が大きいという問題がある。

【０００６】そこで、本発明の目的は、正確な隠面処理
を少ない処理量で実行可能な隠面処理方法を提供するこ
とである。

【０００７】また、本発明の他の目的は、少ないメモリ
量のＺバッファで実現可能な隠面処理方法を提供するこ
とである。

【０００８】また、上記隠面処理方法を用いた隠面処理
装置を提供することも目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る隠面処理方法は、オブジェクトを構成
する複数のポリゴンの頂点の座標から、オブジェクトを
代表するＸ、Ｙ、Ｚ座標の代表値を求め、得られた各オ
ブジェクトの上記Ｘ、Ｙ、Ｚ座標の代表値を比較するこ
とによって、各オブジェクト間の位置関係を確定する。
そして、前記位置関係を確定することによりＸ、Ｙ、Ｚ
方向の全３方向で座標の代表値の重なりが検出された場
合にはＺバッファ法を用いて隠面処理を行い、検出され
ない場合に上書きによる隠面処理を行うというものであ
る。

【００１０】上記隠面処理方法により、Ｚバッファ法を
用いて隠面処理を行う領域（以下、Ｚバッファ適用領域
と呼ぶ）を必要最小限にすることが可能となる。この結
果、Ｚバッファへの書き込み、Ｚバッファからの読み出
し、Ｚ座標値比較の処理を低減することができる。

【００１１】したがって、上記隠面処理方法を用いた本
発明に係る隠面処理装置はオブジェクトを構成する複数
のポリゴンの頂点の座標から、オブジェクトを代表する
Ｘ、Ｙ、Ｚ座標の代表値を求める手段と、得られた各オ
ブジェクトの上記Ｘ、Ｙ、Ｚ座標の代表値を比較するこ
とによって、各オブジェクト間の位置関係を確定する手
段と、前記位置関係を確定する手段によりＸ、Ｙ、Ｚ方
向の全３方向で座標の代表値の重なりが検出された場合
にはＺバッファ法を用いて隠面処理を行い、検出されな
い場合に上書きによる隠面処理を行う手段とを少なくと
も備えたことを特徴とするものである。

【００１２】さらに、本発明に係る隠面処理方法はＺバ
ッファ適用領域を小領域に分割し、各小領域内に全頂点
が含まれるポリゴンを新たに定義した後、この新たに定
義したポリゴンを用いて前記隠面処理を行うようにして
もよい。この隠面処理方法により、Ｚバッファのサイズ
が画面サイズより小さい場合でも、各小領域毎に隠面処
理を行うことが可能となる。

【００１３】前記隠面処理装置に、Ｚバッファ適用領域
を小領域に分割する手段と、各小領域内に全頂点が含ま
れるポリゴンを新たに定義する手段とを設け、この新た
に定義したポリゴンを用いてＺバッファ法による隠面処
理を各小領域ごとに行って、各小領域内の表示画像を形
成する手段をさらに備えれば好適である。

【００１４】

【発明の実施の形態】次に、本発明に係る隠面処理方法
の実施の形態につき、具体的な実施例を用いて添付図面
を参照しながら以下詳細に説明する。なお、以下の説明
では、ポリゴンは三角形形状のものであるとする。ま
た、表示画像面の水平方向がＸ軸、垂直方向がＹ軸、奥
行きがＺ軸であるとして説明を行う。

【００１５】＜実施例１＞本実施例は、各オブジェクト
を包含する直方体を求め、得られた直方体間の位置関係
により処理を異ならせる隠面処理方法である。具体的に
は、各オブジェクトを包含する直方体同士が、Ｘ、Ｙ、
Ｚ方向の全３方向で重なりを持つ場合に、その重なりの
領域に含まれるポリゴンに対しＺバッファ法を用いた隠
面処理を行う。それ以外の場合には、視点に対して遠い
オブジェクトから近いオブジェクトの順に描画し、近い
オブジェクトで遠いオブジェクトを上書きすることによ
って隠面処理を行う。なお、本実施例で扱うオブジェク
トは３次元凸形状のオブジェクトであるとする。

【００１６】図１に、本実施例の隠面処理方法の処理フ
ローを示す。この処理フローを用いて、本隠面処理方法
の概要を説明する。ここでは一画面内に、ｎ個のオブジ
ェクトがあるとする。

【００１７】まず、ステップ１００において、入力され
たｎ個のオブジェクトデータが図２で後述するようにメ
モリ１０に格納される。ここで入力されるオブジェクト
のデータとは、各オブジェクトを構成するポリゴンのデ
ータが記述されているものであり、後述するポリゴンリ
スト（図６（ｃ）参照）に相当する。

【００１８】次に、ステップ１０１において、入力され
た各オブジェクトデータに対し、各オブジェクトの代表
値を求める。ここで代表値とは、各オブジェクト内Ｘ、
Ｙ、Ｚ座標のそれぞれの最小値、最大値である。

【００１９】次に、ステップ１０２において、この得ら
れた代表値を用いて、Ｚバッファ法による処理が必要な
領域（Ｚバッファ適用領域）を抽出し、Ｚバッファ適用
領域リストに記述する。

【００２０】さらに、ステップ１０３において、オブジ
ェクトソート処理を行い、各オブジェクトを視点から遠
い順に並べたオブジェクトリストを作成する。

【００２１】次に、描画処理のルーチン２００に移る
が、オブジェクトの描画処理は上記オブジェクトリスト
に記述された順で行う。すなわち、視点から最も遠いオ
ブジェクトから順に描画処理を開始する。

【００２２】ステップ２０１において、先ず視点から最
も遠い、１番目に描画するオブジェクトにＺバッファ適
用領域が有るか無いかを判定する。

【００２３】オブジェクトにＺバッファ適用領域が有る
場合にはステップ２１０に進み、Ｚバッファ法による隠
面処理を行い、Ｚバッファ適用領域がない場合にはステ
ップ２０２へ進み、上書きによる隠面処理を行い、オブ
ジェクトを描画する。

【００２４】ステップ２０３において、次に描画処理す
るオブジェクトの有無を判定する。ここでは１画面にｎ
個のオブジェクトがあるとして説明しているので、ステ
ップ２０４へ進み、次の２番目に遠いオブジェクトの描
画処理に移り、上記と同様にステップ２０１と２０２又
はステップ２０１と２１０の処理を行い、ステップ２０
３を経由してステップ２０４に進み、次の3番目に遠い
オブジェクトの描画処理に移る。このように描画処理ル
ーチンをｎ番目のオブジェクトまで繰り返し、ステップ
２０３において処理するオブジェクトが無いと判定した
ら描画処理を終了する。以上が、本実施例の隠面処理方
法の概略である。

【００２５】なお、ステップ２１０のＺバッファ法によ
る隠面処理は、詳細に示せば図１２のように表される。
すなわち、ステップ２０１でオブジェクトがＺバッファ
適用領域ありの場合は、ステップ２１１において、更に
オブジェクト内の処理中の画素がＺバッファ適用領域外
が否かを判定する。その画素がＺバッファ適用領域外で
はない場合、すなわち処理中の画素がＺバッファ適用領
域内の場合は、ステップ２１２へ進み、Ｚバッファ１２
を使用したＺ値比較を行い、可視画素の場合のみフレー
ムメモリ１１へ書き込み、ステップ２１４へ進む。ま
た、可視画素の場合は、更にＺバッファ１２のＺ座標値
を、その処理中の画素のＺ座標値に更新する。一方、ス
テップ２１１において、Ｚバッファ適用領域外の場合
は、ステップ２１３へ進みフレームメモリ１１へ上書き
し、ステップ２１４へ進む。ステップ２１４において、
その処理中のオブジェクト内の画素全部の処理が終了し
たか否かを判定し、全画素の処理をしていない場合は、
ステップ２１１へ戻り、全画素の処理を終了した場合
は、図１のステップ２０３へ進む。

【００２６】図２は、本隠面処理方法を実現する隠面処
理回路のブロック図である。本隠面処理回路１５は、ポ
リゴンリスト、オブジェクトリスト、Ｚバッファ適用領
域リスト等を記憶するメモリ１０と、表示画像データを
記憶するフレームメモリ１１と、１画面分のＺ座標値を
記憶するＺバッファ１２とを持つ。さらに、隠面処理部
２０には、代表値算出部２１、Ｚバッファ適用領域抽出
部２２、オブジェクトソート部２３、画素補間部２４、
Ｚバッファ適用領域判定部２５、及びＺ座標値比較部２
６を持つ。更に、隠面処理部２０と各メモリ１０，１
１，１２との間でデータのやり取りをするためのデータ
バスライン１３を持つ。また、隠面処理部２０の動作を
制御する制御部１４を持つ。

【００２７】以下、図２のブロック図を参照しながら説
明を行う。まず、入力されるオブジェクトのデータ（ポ
リゴンリスト）がメモリ１０に記憶される。オブジェク
トのデータの内容は、オブジェクト番号、オブジェクト
を構成するポリゴン番号と、各ポリゴンの頂点座標
（Ｘ、Ｙ、Ｚ座標）、頂点におけるＲＧＢの色輝度情報
等である（図６（ｃ）ポリゴンリスト参照）。

【００２８】次に、代表値算出部２１はポリゴンリスト
を、データバスライン１３を介してメモリ１０から読み
出し、オブジェクトを代表するＸ、Ｙ、Ｚ座標を求め
る。本実施例では、オブジェクトを構成する全ポリゴン
の全頂点座標からＸ、Ｙ、Ｚ座標の最小値、最大値を求
め、これを代表値とする。ここで、オブジェクトの代表
値として求めたＸ座標の最小値、最大値をそれぞれｘｍ
ｉｎ、ｘｍａｘ、Ｙ座標の最小値、最大値をそれぞれｙ
ｍｉｎ、ｙｍａｘ、Ｚ座標の最小値、最大値をそれぞれ
ｚｍｉｎ、ｚｍａｘとする。

【００２９】図３に、３次元空間におけるオブジェクト
とその代表値との関係を示す。Ｘ＝ｘｍｉｎを通るＹＺ
平面に平行な平面、Ｘ＝ｘｍａｘを通るＹＺ平面に平行
な平面、Ｙ＝ｙｍｉｎを通るＸＺ平面に平行な平面、Ｙ
＝ｙｍａｘを通るＸＺ平面に平行な平面、Ｚ＝ｚｍｉｎ
を通るＸＹ平面に平行な平面、Ｚ＝ｚｍａｘを通るＸＹ
平面に平行な平面の６平面を面として持つ直方体３０
は、すべての面がＸＹ平面、ＹＺ平面、ＸＺ平面のいず
れかに平行な、オブジェクト３１を包含する最小の直方
体となる。すなわち、ｘｍｉｎ、ｘｍａｘ、ｙｍｉｎ、
ｙｍａｘ、ｚｍｉｎ、ｚｍａｘを求めることは、オブジ
ェクト３１を包含する直方体３０の位置を確定すること
に等しい。画面内に存在する全てのオブジェクトについ
て、同様にそのオブジェクトを含む直方体の位置を求め
る。なお、これらの最小値と最大値（ｘｍｉｎ、ｘｍａ
ｘ、ｙｍｉｎ、ｙｍａｘ、ｚｍｉｎ、ｚｍａｘ）のこと
を以下直方体のパラメータとよぶ。

【００３０】次に、Ｚバッファ適用領域抽出部２２で
は、上記直方体のパラメータを用いて直方体間の位置関
係を確定し、以後の処理に使用するリストを作成する。
二つの直方体間の位置関係は、（１）３次元空間で重な
りを持つ場合と、（２）３次元空間で重なりを持たない
場合、の二通りに分類される。

【００３１】（１）の場合、直方体に含まれるオブジェ
クト同士が３次元空間で重なりを有する可能性があるた
め、直方体の重なり部分のＸＹ平面における投影面に対
し、Ｚバッファ１２を用いてＺバッファ法による隠面処
理を行う。

【００３２】（２）の場合は、視点から遠い方のオブジ
ェクトを先にフレームメモリ１１に描画した後、手前の
オブジェクトをフレームメモリ１１に描画することによ
り、すなわち上書きすることにより隠面処理を行う。た
だし、ここで、オブジェクトの描画とは、オブジェクト
を構成する三角形ポリゴンのうち、面が視点に対して表
向きの有効なポリゴン（すなわち、視点から見える面）
を描画することを意味する。視点に対して面が裏向きの
ポリゴン（すなわち、視点から見えない面）は描画され
ない。

【００３３】直方体間の位置関係の確定は、次のように
行われる。一例として、図４にオブジェクト１とオブジ
ェクト２をそれぞれ包含する直方体同士の位置関係を示
し、この重なりを調べる手順を説明する。なお、図４
（ａ）はＸＹ平面における重なりを、（ｂ）はＹＺ平面
における重なりを示している。

【００３４】まず、オブジェクト１、オブジェクト２を
包含する直方体を、それぞれ直方体１、直方体２とす
る。また、直方体１のｘｍｉｎ、ｘｍａｘをそれぞれｘ
ｍｉｎ１、ｘｍａｘ１とする。同様に直方体２のｘｍｉ
ｎ、ｘｍａｘをそれぞれｘｍｉｎ２、ｘｍａｘ２とす
る。このとき、直方体１と直方体２がＸ方向で重なりを
持たない条件は、ｘｍａｘ１＜ｘｍｉｎ２またはｘｍａ
ｘ２＜ｘｍｉｎ１である。したがって、この条件を満た
すときにはＸ方向で重なりが存在しない。この条件を満
たさないときは、Ｘ方向で重なりが存在するかもしれな
いといえる。

【００３５】同様にＹ方向、Ｚ方向についても直方体の
パラメータを用いて重なりの有無を調べる。Ｘ、Ｙ、Ｚ
の全３方向において重なりが存在するときには、上記
（１）の「３次元空間で重なりを持つ場合」に分類で
き、Ｘ、Ｙ、Ｚの全３方向のうち少なくとも１方向で重
なりが存在しないときには、上記（２）の「３次元空間
で重なりを持たない場合」に分類できる。

【００３６】上述したように直方体間の位置関係を分類
した結果、（１）の「３次元空間で重なりを持つ場合」
に分類された場合は、ＸＹ平面における重なりの領域を
Ｚバッファ適用領域Ｚｂとし、領域を規定するパラメー
タを求める。このパラメータのことを領域パラメータと
呼ぶことにする。領域パラメータは、Ｚバッファ適用領
域Ｚｂの４辺を規定する二つのＸ座標と二つのＹ座標で
ある。図４に示した例では、Ｘ＝ｘｍｉｎ２、ｘｍａｘ
１とＹ＝ｙｍｉｎ１、ｙｍａｘ２である。

【００３７】３次元空間にオブジェクトが３個以上存在
する場合には、各オブジェクトを包含する直方体の全て
の組み合わせについて、上記の手順で位置関係を分類
し、Ｚバッファ適用領域Ｚｂを求める。

【００３８】上記（１）に分類された場合は、直方体の
領域のうちＺバッファ適用領域Ｚｂの部分に対してＺバ
ッファ法を用いた隠面処理を行う。Ｚバッファ適用領域
Ｚｂ以外の部分については、Ｚバッファ法が不要な領域
であるため、視点から遠い順に直方体内のポリゴンを描
画し、上書きによる隠面処理を行う。

【００３９】上記（２）に分類された直方体の領域は、
上記（１）の領域のうちＺバッファ適用領域以外の領域
と同様に、Ｚバッファ法が不要な領域なので、上書きに
よる隠面処理を行う。この上書きによる隠面処理のた
め、オブジェクトソート部２３では直方体を処理の順番
に並べるソート処理を行い、全ての直方体を視点に対し
て遠い順番で並べる。

【００４０】次に、オブジェクトリストとＺバッファ適
用領域リストの作成手順について説明する。一例として
４個のオブジェクト１〜４が３次元空間に存在する場合
を考える。図５に、オブジェクト１〜４をそれぞれ包含
する直方体１〜４の位置関係を示す。なお、図５におい
て、（ａ）はＸＹ平面、（ｂ）はＹＺ平面での重なりを
それぞれ示す。また、この場合のオブジェクトリスト、
Ｚバッファ適用リストを図６に示す。直方体間の位置関
係の確定処理は、次の６通りの直方体の組み合わせにつ
いて行う。６通りの組み合わせとは、すなわち、直方体
１と直方体２〜４との組み合わせ、直方体２と直方体
３、４との組み合わせ、直方体３と直方体４との組み合
わせである。

【００４１】Ｚバッファ適用領域抽出部２２による位置
関係の確定処理の結果、直方体２と３が上記（１）の
「３次元空間で重なりを持つ場合」に分類され、Ｚバッ
ファ適用領域Ｚｂを共有することがわかる。このＺバッ
ファ適用領域ＺｂをＺバッファ適用領域１とし、Ｚバッ
ファ適用領域リストに領域番号と領域パラメータを記述
する（図６（ｂ）参照）。

【００４２】また、オブジェクトソート部２３では、各
直方体のｚｍｉｎ（ＸＹ平面に平行な視点に近い面のＺ
座標）により直方体１〜４のソート処理を行う。この結
果、直方体は視点から遠い順に３、２、４、１となる。
この結果をオブジェクトリストに記述する（図６（ａ）
参照）。オブジェクトリストには、オブジェクトの番号
（直方体の番号）と共に、Ｚバッファ適用領域Ｚｂの有
無、Ｚバッファ適用領域が存在する場合にはその番号を
記述する。これらＺバッファ適用領域リスト、オブジェ
クトリストはメモリ１０に書き込まれる。

【００４３】上述したように、オブジェクトリスト、Ｚ
バッファ適用領域リストを作成した後、これらのリスト
を参照して、描画処理を行う。この処理の概要を以下に
説明する。

【００４４】まず、オブジェクトリストを１行ずつ読み
出し、各行に記述されている番号のオブジェクトの処理
を行う。各オブジェクトについて、そのオブジェクトの
ポリゴンが記述されているポリゴンリストを読み出し、
記述されているポリゴンを一つずつ処理する。（ここ
で、ポリゴンリストとは図６（ｃ）に例を示すように、
各オブジェクトを構成しているポリゴンについて頂点の
座標値、色輝度等が記述してあるリストであり、オブジ
ェクトのデータとして外部から入力されるものであ
る。）画素補間部２４では、各ポリゴンについて、ポリ
ゴンの頂点の座標、色輝度からポリゴン内の画素の色輝
度を補間する画素補間処理を行い、フレームメモリ１１
に書き込む。ただし、Ｚバッファ適用領域Ｚｂを有する
オブジェクトを処理する場合、すなわち図１のステップ
２０１でＺバッファ適用領域ありの場合には、Ｚバッフ
ァ適用領域判定部２５において、処理中の画素のＸ、Ｙ
座標がそのオブジェクトのＺバッファ適用領域Ｚｂに含
まれるか否かのチェックを行う（図１２のステップ２１
１）。すなわち、処理中の画素がＺバッファ適用領域外
か否かを判定し、「否」の場合（すなわち、Ｚバッファ
適用領域内に含まれる場合）には、図１２のステップ２
１２に進み、その画素についてＺバッファ１２を用いて
処理を行う。ただし、Ｚバッファ１２とは、画素のＸ、
Ｙ座標に対するＺ座標値を記憶しておくバッファメモリ
のことである。処理中の画素がＺバッファ適用領域外で
あれば、ステップ２１３へ進みフレームメモリへ書き込
む（上書きする）。

【００４５】ステップ２１２のＺバッファ１２を用いた
処理では、Ｚ座標値比較部２６において、Ｚバッファ１
２に記憶してあるＺ座標値を読み出し、これと処理中の
画素のＺ座標値を比較し、処理中の画素のＺ座標値の方
が小さければその画素は可視、大きければ不可視である
と判定する。可視と判定した場合には、フレームメモリ
１１にその画素の色輝度を書き込むと共に、Ｚバッファ
１２のＺ座標値をその画素のＺ座標に更新する。なお、
Ｚバッファ１２のＺ座標値は初期状態では視点から十分
に遠いＺ座標にしておく。このステップ２１１と２１２
またはステップ２１１と２１３の処理を、オブジェクト
内の全画素に対して行い（ステップ２１４と２１５）、
全画素終了したら図１のステップ２０３ヘ進み、次のオ
ブジェクトがあれば、ステップ２０１へ進み、無ければ
描画処理ルーチン２００を終了する。

【００４６】以下、図６（ａ）のオブジェクトリストを
用いて描画処理を行う場合を具体例にとり説明する。

【００４７】まず、オブジェクトリストの一行目を読み
出す。この場合、オブジェクトの番号は３でＺバッファ
適用領域Ｚｂは１となっているので、オブジェクト３を
構成するポリゴンの記述を図６（ｃ）のポリゴンリスト
から読み出し、画素補間部２４でポリゴン毎に画素補間
処理を行う。この際に、処理画素のＸ、Ｙ座標がＺバッ
ファ適用領域１内である場合には、Ｚバッファ１２を用
いて処理を行う。

【００４８】オブジェクト３の処理が終了した時点で、
フレームメモリ１１には、オブジェクト３のポリゴンの
画素データが書き込まれている。また、Ｚバッファ１２
のＺバッファ適用領域１の部分には、それぞれのＸ、Ｙ
座標値におけるオブジェクト３のポリゴンのＺ座標値が
書き込まれている。

【００４９】次に、オブジェクトリストの２行目に記述
されているオブジェクト２に対する処理を行う。オブジ
ェクト２は、オブジェクト３と同様にＺバッファ適用領
域１を持つ。したがって、オブジェクト２のポリゴン内
の画素のうち、Ｚバッファ適用領域１内に含まれる画素
についてはＺバッファ１２を用いて処理を行う。Ｚバッ
ファ１２のＺバッファ適用領域１の部分で、オブジェク
ト３のポリゴンの画素が存在する部分には、既にオブジ
ェクト３のＺ座標値が書き込まれている。そのため、オ
ブジェクト３とオブジェクト２のポリゴンの画素がＸＹ
平面で重なっている部分では、Ｚバッファ１２を参照し
てＺ座標値の比較を行うことはオブジェクト２とオブジ
ェクト３のＺ座標値比較を行うことに等しい。

【００５０】この比較の結果、オブジェクト２の画素の
方が視点に近い場合には、フレームメモリ１１にオブジ
ェクト２の画素を書き込み、Ｚバッファ１２のＺ座標値
をオブジェクト２のＺ座標値に書き換える。Ｚバッファ
適用領域１に含まれない画素の場合は、Ｚバッファ１２
を参照することなしに、フレームメモリ１１へ書き込
む。オブジェクト２の処理が完了した時点で、フレーム
メモリ１１にはオブジェクト２とオブジェクト３の画素
が隠面処理を施された状態で書き込まれていることにな
る。

【００５１】引き続きオブジェクトリストに従い、オブ
ジェクト４、オブジェクト１の処理を順番に行う。オブ
ジェクト４とオブジェクト１はどちらもＺバッファ適用
領域Ｚｂを持たないので、各オブジェクトを構成するポ
リゴンの画素を、Ｚバッファ１２を参照することなしに
フレームメモリ１１に書き込む。

【００５２】以上述べたように、オブジェクトリストに
従いオブジェクト３、２、４、１の順で処理を行った結
果、フレームメモリ１１には、オブジェクト１〜４の隠
面処理を施したデータが書き込まれる。このフレームメ
モリ１１を読み出して表示することにより所望の表示画
像を得ることができる。

【００５３】このように、本実施例では、３次元オブジ
ェクトを、そのオブジェクトを含む直方体で代表させ、
直方体間の位置関係を調べることによって隠面処理の順
番を決めている。このため、従来例のように、ポリゴン
単位でソート処理を行う場合に比べ、ソート処理の処理
量が少ない。また、Ｚバッファ法を適用する領域を最小
限にできるため、Ｚバッファ用のメモリに対する書き込
み、読み出しの処理量を低減できる。すなわち、Ｚバッ
ファを用いる領域を必要最小限にでき、Ｚバッファを用
いてのＺ座標値比較及び更新処理を低減できる。

【００５４】＜実施例２＞図７は、本発明の隠面処理方
法を実現する隠面処理回路の別の構成例を示すブロック
図である。本実施例は、Ｚバッファのサイズが画面のサ
イズよりも小さい場合に、一つのＺバッファを複数の領
域に共用する隠面処理方法である。なお、図７におい
て、前記実施例の図２で示した部分と同じ構成部分に
は、同一の参照符号を付してその詳細な説明は省略す
る。すなわち、本実施例の構成は、図２で示した隠面処
理回路１５の隠面処理部２０に、Ｚバッファ適用領域分
割部７１とポリゴン分割部７２を付加している点、およ
びＺバッファのサイズに関する点で前記実施例と相違す
る。図７に示した隠面処理回路７０におけるＺバッファ
７３のサイズは、ｍ画素×ｎ画素である。ただし、ここ
で画面サイズは、Ｍ画素×Ｎ画素であり、ｍとＭ及びｎ
とＮの関係は、ｍ＜Ｍ、ｎ＜Ｎであるとする。すなわ
ち、前記実施例と異なり、本実施例のＺバッファ７３
は、１画面分よりも少ないＺ座標値を記憶するメモリ量
のＺバッファである。

【００５５】以下、本実施例の隠面処理方法について説
明する。前記実施例と同様に、代表値算出部２１におい
て、メモリ１０に入力されたオブジェクトデータに基づ
きオブジェクトを包含する直方体を求める。そして、Ｚ
バッファ適用領域抽出部２２において直方体間の位置関
係を確定し、オブジェクトソート部２３ではオブジェク
トを視点から遠い順に並べたオブジェクトリストを作成
する。また、Ｚバッファ適用領域抽出部２２は、直方体
間の位置関係を確定した結果３次元空間で重なりありと
分類された場合には、Ｚバッファ適用領域Ｚｂの領域パ
ラメータを求める。

【００５６】更に、Ｚバッファ適用領域分割部７１で
は、そのＺバッファ適用領域ＺｂをＺバッファ７３のサ
イズに含まれるように分割する。ここで、Ｚバッファ適
用領域の分割の一例を図８に示す。図８に示すように、
例えばＺバッファ適用領域Ｚｂの左上から右上、左下、
右下の順番にＺバッファ７３のサイズを当てはめ、Ｚバ
ッファ適用領域ＺｂをＺバッファサブ領域Ｓ１〜Ｓ４に
分割する。なお、分割する順番は、この順に限るもので
はない。

【００５７】次にポリゴン分割部７２において、これら
Ｚバッファサブ領域Ｓ１〜Ｓ４に対して、それぞれのＺ
バッファサブ領域Ｓｋ（ｋ＝正の整数、この例ではｋ＝
１〜４）内に含まれるポリゴンのデータを抽出する。こ
こで、図９にＺバッファサブ領域Ｓｋと抽出されるポリ
ゴンとの関係の一例を示す。

【００５８】図９の例は、Ｚバッファサブ領域Ｓｋにポ
リゴンＰ１の一部が含まれている場合である。このと
き、Ｚバッファサブ領域Ｓｋに含まれている四角形の部
分を、ポリゴンＰ１−１とポリゴンＰ１−２の二つのポ
リゴンに分割する。ポリゴンＰ１−１とポリゴンＰ１−
２は、Ｚバッファサブ領域Ｓｋに全ての頂点が含まれる
ポリゴンである。Ｚバッファサブ領域のパラメータは、
図１０（ａ）に示すような、Ｚバッファ適用領域番号、
Ｚバッファサブ領域数、サブ領域番号、座標値から構成
されるＺバッファサブ領域リストに記述される。Ｚバッ
ファサブ領域に新たに定義されたポリゴンの頂点データ
と色輝度データは、図１０（ｂ）に示すような、Ｚバッ
ファサブ領域番号、サブポリゴン数、サブポリゴン番
号、頂点座標から構成されるサブポリゴンリストに記述
される。サブポリゴンリストは、一つのＺバッファサブ
領域を共有する複数のオブジェクトについてまとめて記
述される。すなわち、Ｚバッファサブ領域内のポリゴン
データの情報は、まとめてサブポリゴンリストに記述さ
れることになる。これらのＺバッファサブ領域リスト、
サブポリゴンリストはメモリ１０に格納される。

【００５９】上記リストを作成した後、次のように描画
処理を行う。ここで、図１１に本実施例の隠面処理方法
における描画処理フローの概略を示す。前記実施例の図
２で示した描画処理フローと異なる点は、描画処理ルー
チン２００において、図１のＺバッファ法による隠面処
理部分２１０が、ステップ２２１〜ステップ２２４から
なるＺバッファ適用領域外処理部分２２０と、Ｚバッフ
ァ適用領域未処理の有無を判定するステップ２３０と、
ステップ２４１〜ステップ２４３からなるＺバッファ適
用領域内処理部分２４０とに置き換わっている点であ
る。

【００６０】本実施例の描画処理は、前記実施例同様に
オブジェクトリストに従って視点から最も遠いオブジェ
クトから順に描画処理を開始し、オブジェクト毎に処理
を行う。

【００６１】ステップ２０１において、描画するオブジ
ェクトにＺバッファ適用領域が有るか否かをＺバッファ
適用領域判定部２５で判定し、Ｚバッファ適用領域が存
在するオブジェクトを処理する場合には、ステップ２２
１において、Ｚバッファ適用領域リストを参照し、処理
中の画素がＺバッファ適用領域外か否か、すなわちＺバ
ッファ適用領域に含まれるか否かをチェックする。処理
中の画素がＺバッファ適用領域外の場合（Ｚバッファ適
用領域に含まれない場合）は、ステップ２２２へ進み、
Ｚバッファ適用領域に含まれる場合はステップ２２４へ
進み、次の画素に対してステップ２２１からの処理を繰
り返す。すなわち、処理中の画素がＺバッファ適用領域
に含まれない場合のみ、その画素をフレームメモリ１１
に書き込み、上書きによる隠面処理をする。

【００６２】次にステップ２２３へ進み、オブジェクト
内にあるＺバッファ適用領域外の全画素の隠面処理が終
了したかを判定し、未だの場合は次の画素に対してステ
ップ２２１へ戻り同様の処理を繰り返す。Ｚバッファ適
用領域外の全画素の処理が終了した場合は、ステップ２
３０へ進む。

【００６３】ステップ２３０では、処理中のオブジェク
トにＺバッファ適用領域の未処理部分があるかを判定
し、未処理部分がある場合にはＺバッファ適用領域内処
理部分２４０へ進み、無い場合にはステップ２０３へ進
む。

【００６４】ステップ２０３では描画処理をするオブジ
ェクトの有無を判定し、有りの場合はステップ２０４を
経由して次のオブジェクトに対してステップ２０１から
の同様の処理を繰り返す。

【００６５】Ｚバッファ適用領域内処理部分２４０の画
素の処理は、Ｚバッファ適用領域外のポリゴンの画素処
理とは独立に次の手順で行う。なお、Ｚバッファ適用領
域がある場合には、前述したようにＺバッファ適用領域
分割部７１により、そのＺバッファ適用領域はＺバッフ
ァ７３のサイズに含まれるようにＺバッファサブ領域に
分割され、そのＺバッファサブ領域のパラメータはＺバ
ッファサブ領域リストに記述されている。そして、ポリ
ゴン分割部７２により、各Ｚバッファサブ領域内に含ま
れるポリゴンのデータが抽出され、サブポリゴンリスト
に記述されている。これらのリストは、メモリ１０に格
納されている。

【００６６】描画処理は、Ｚバッファ適用領域内のＺバ
ッファサブ領域（以下では、単にサブ領域と呼ぶ）毎に
行われる。

【００６７】ステップ２４１において、サブ領域の一つ
をＺバッファ法により隠面処理を行う。ここでは先ず、
Ｚバッファサブ領域リストを参照し、サブ領域の番号と
領域パラメータを求める。次に、サブポリゴンリストを
参照してそのサブ領域内に含まれるポリゴンデータを求
め、ポリゴン毎に処理を行う。画素補間部２４により各
ポリゴンについて、ポリゴン内の画素を補間し、Ｚバッ
ファ７３を用いた隠面処理、すなわちＺバッファ法によ
る隠面処理を行うと共に、フレームメモリ１１に書き込
む。そのサブ領域内の全ポリゴンの処理を終了したら、
次のステップ２４２に進み、処理すべき次のサブ領域が
有るかを判定する。次のサブ領域有りの場合はステップ
２４３へ進み、Ｚバッファ７３を初期化して、ステップ
２４１へ戻り、次のサブ領域について同様の処理を行
う。

【００６８】ステップ２４２の判定で、Ｚバッファ適用
領域内の全サブ領域について処理が終了すれば、処理中
のオブジェクトに対するＺバッファ適用領域の描画処理
は終了となる。従って、ステップ２０３へ進み、描画処
理をする次のオブジェクトの有無を判定し、有りの場合
にはステップ２０４へ進み、更にステップ２０１へ戻
り、次のオブジェクトに対して同様の処理を行う。一
方、次のオブジェクト無しと判定した場合には、描画処
理を終了する。

【００６９】なお、図１１のフローチャートでは、ステ
ップ２０１でＺバッファ適用領域有りの場合、Ｚバッフ
ァ適用領域外処理２２０の後にＺバッファ適用領域内処
理２４０を行う場合を示したが、この順序は逆でもかま
わない。

【００７０】また、本実施例では、オブジェクトリスト
に記述される順番でオブジェクトの処理を行うが、Ｚバ
ッファ適用領域に関しては、そのＺバッファ適用領域を
共有する二つのオブジェクトのうち、オブジェクトリス
トで先に記述されているオブジェクトの処理の前か後に
行う。例えば、前記実施例１の説明で用いた４個のオブ
ジェクトの例（図５参照）では、オブジェクトリストに
オブジェクト３、２、４、１の順で記述されている。オ
ブジェクト３と２は、図６（ａ）に示したように、Ｚバ
ッファ適用領域１を共有する。この場合の処理の順番
は、オブジェクト３のＺバッファ適用領域以外の部分、
Ｚバッファ適用領域１、オブジェクト２のＺバッファ適
用領域以外の部分、オブジェクト４、オブジェクト１の
順となる。

【００７１】上記したように、本実施例では、処理する
オブジェクトがＺバッファ適用領域を持つ場合、そのオ
ブジェクトのＺバッファ適用領域外とＺバッファ適用領
域内とで画素の処理が異なる。すなわち、Ｚバッファ適
用領域外の画素はフレームメモリに上書きするが、Ｚバ
ッファ適用領域内の画素はＺバッファサブ領域単位で処
理を行う。

【００７２】また、各オブジェクトのＺバッファ適用領
域は一度だけ処理されれば良い。例えば、あるＺバッフ
ァ適用領域がオブジェクト１とオブジェクト２で共通に
参照される場合、オブジェクト１の処理のときにそのＺ
バファ適用領域の処理を行えば、オブジェクト２の処理
時に、そのＺバッファ適用領域は処理しなくてよいた
め、各オブジェクトの処理では、Ｚバッファ適用領域が
未処理の場合のみ、Ｚバッファサブ領域単位の処理を行
えばよい。Ｚバッファ適用領域が未処理か、処理済かの
判定を行うために、例えば、図６(ｂ)に示したＺバッフ
ァ適用領域リストの項目に、Ｚバッファ適用領域の処理
状態を示す１ビットのフラグを追加し、各Ｚバッファ適
用領域を一度処理した後、そのフラグを立てるなどの方
法が可能である。

【００７３】本実施例では、Ｚバッファのメモリ量を一
画面分持つことなく少ないＺバッファ量で隠面処理を実
現できるため、前記実施例の効果に加えて、更に隠面処
理回路のメモリ量を低減できるという効果がある。

【００７４】なお、実施例１、２で述べた本発明の隠面
処理方法及び、この隠面処理方法を適用した隠面処理装
置は、３次元オブジェクトのデータ等を格納するメモ
リ、オブジェクトのＺ座標値を記憶するＺバッファ、Ｃ
ＲＴなどのディスプレイ装置に表示する表示データを記
憶するフレームメモリを有し、オブジェクトデータ等の
画像データを演算処理する演算処理回路等を備えた３次
元グラフィックス描画装置や、パーソナルコンピュータ
等における演算処理によりグラフィックス画像を作成す
る装置であれば、画像データの演算処理機能を構成する
部分に、ハード的及び／又はソフト的に、図２及び図７
のブロック図の隠面処理部２０で説明した演算処理機能
を持たせることにより実現することができる。

【００７５】以上、本発明の好適な実施例について説明
したが、本発明は前記実施例に限定されることなく、本
発明の精神を逸脱しない範囲内において種々の設計変更
をなし得ることは勿論である。

【００７６】例えば、上述した二つの実施例では、オブ
ジェクトを代表する値としてオブジェクトを包含する直
方体のパラメータを求めるとしたが、代わりに、オブジ
ェクトを構成するポリゴンのうち、面が視点に対して表
向きの有効なポリゴンを全て含む最小の直方体のパラメ
ータを求めてもよい。この場合は、直方体のパラメータ
を求めるための処理量をより低減できる。

【００７７】また、上記の説明ではオブジェクトとして
３次元凸形状のオブジェクトを仮定して説明した。凹形
状のオブジェクトを扱う場合には、そのオブジェクトを
凸形状の複数のオブジェクトに分解して処理することに
より同様に処理可能である。この場合、分解により生成
される複数のオブジェクトを包含する複数の直方体のう
ち、隣接する直方体同士は３次元空間で重なりを持つ。
しかし、隣接する直方体に含まれるオブジェクトは交錯
することがないことが明らかである。すなわち、この場
合はＺバッファが必要でなく、上書きによる隠面処理が
可能である。したがって、凹形状のオブジェクトを分解
して生成された凸形状のオブジェクトについては、その
分解情報を付加することによって、他の場合とは別に扱
い、すなわちＺバッファ適用領域の除外領域として扱う
ことにより、処理量を低減することが可能である。

【００７８】

【発明の効果】前述した実施例から明らかなように、本
発明の隠面処理方法によれば、３次元オブジェクトを、
そのオブジェクトを含む直方体で代表させ、オブジェク
ト同士の位置関係を調べることによって処理の順番を決
めるため、ポリゴン単位でソート処理を行う場合に比
べ、ソート処理の処理量が少ない。

【００７９】また、Ｚバッファを用いる領域を必要最小
限にすることによって、Ｚバッファを用いてのＺ座標値
比較および更新の処理を低減できる。この結果、正確な
隠面処理を少ない処理量で実行可能な隠面処理方法およ
び装置を提供できる。

【００８０】さらに、Ｚバッファ量が少ない場合にも、
Ｚバッファを複数の領域に共用できるため、メモリ量の
少ない隠面処理装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る隠面処理方法の第１の実施例を示
す処理フロー図である。

【図２】第１の実施例の隠面処理方法を実現する隠面処
理回路のブロック図である。

【図３】本発明に係る隠面処理方法における、３次元空
間のオブジェクトとその代表値との関係を示す図であ
る。

【図４】オブジェクトを包含する二つの直方体における
Ｚバッファ適用領域を説明する図であり、同図（ａ）は
ＸＹ平面における重なりを、同図（ｂ）はＹＺ平面にお
ける重なりの一例を示す図である。

【図５】オブジェクトを包含する四つの直方体における
Ｚバッファ適用領域を説明する図であり、同図（ａ）は
ＸＹ平面における重なりを、同図（ｂ）はＹＺ平面にお
ける重なりの一例を示す図である。

【図６】本発明に係る隠面処理方法で用いるリストの一
例を示す図であり、同図（ａ）はオブジェクトリスト、
同図（ｂ）はＺバッファ適用領域リスト、同図（ｃ）は
ポリゴンリストである。

【図７】第２の実施例の隠面処理方法を実現する隠面処
理回路のブロック図である。

【図８】第２の実施例におけるＺバッファ適用領域の分
割の一例を説明する図である。

【図９】第２の実施例におけるポリゴンの分割の一例を
説明する図である。

【図１０】第２の実施例で用いるサブリストの一例であ
り、同図（ａ）はＺバッファサブ領域リスト、同図
（ｂ）はサブポリゴンリストである。

【図１１】第２の実施例における隠面処理のフロー図で
ある。

【図１２】図１のステップ２１０を詳細に示したフロー
図である。

【符号の説明】

１０…メモリ、１１…フレームメモリ、１２…Ｚバッフ
ァ、１３…データバスライン、１４…制御部、１５…隠
面処理回路、２０…隠面処理部、２１…代表値算出部、
２２…Ｚバッファ適用領域抽出部、２３…オブジェクト
ソート部、２４…画素補間部、２５…Ｚバッファ適用領
域判定部、２６…Ｚ座標値比較部、３０…オブジェクト
を包含する直方体、３１…オブジェクト、７０…隠面処
理回路、７１…Ｚバッファ適用領域分割部、７２…ポリ
ゴン分割部、７３…Ｚバッファ。

フロントページの続き (72)発明者中本貴士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システムＬＳＩ開発センタ内Ｆターム(参考） 5B080 AA13 GA02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｘ、Ｙ、Ｚの３次元座標により表現した複
数のオブジェクトの隠面処理方法であって、前記複数の
オブジェクトを代表する３次元領域をそれぞれ求め、前
記複数の３次元領域同士が３次元で重なりを有する場合
に、その重なりに含まれる前記複数のオブジェクトの画
素のＺ座標値を比較して表示画像を形成することを特徴
とする隠面処理方法。
【請求項２】上記３次元領域は、オブジェクトを構成す
る複数のポリゴンのうち面が視点に対して表向きの有効
なポリゴンを包含し、かつ、６面の全てがＸＹ平面、Ｙ
Ｚ平面、ＸＺ平面のいずれかに平行な最小の直方体であ
る請求項１記載の隠面処理方法。
【請求項３】上記最小の直方体は、オブジェクトのＸ、
Ｙ、Ｚ座標の各座標における最大値と最小値で表される
直方体である請求項2記載の隠面処理方法。
【請求項４】上記複数の３次元領域同士の３次元におけ
る重なりの部分を複数の小領域に分割し、小領域毎にＺ
座標値の比較を行う請求項１〜３のいずれか１項に記載
の隠面処理方法。
【請求項５】上記複数の小領域に含まれるポリゴンのデ
ータに基づき、頂点が各小領域内に含まれるポリゴンを
新たに定義したのち、その新たに定義したポリゴンを用
いて小領域内の表示画像を形成する請求項４記載の隠面
処理方法。
【請求項６】3次元オブジェクトのデータを格納するメ
モリ、オブジェクトのＺ座標値を記憶するＺバッファ、
ディスプレイ装置に表示する表示データを記憶するフレ
ームメモリを有し、前記オブジェクトのデータの隠面処
理をする処理回路と、この処理回路を制御する制御部と
を備えた隠面処理装置において、オブジェクトを構成す
る複数のポリゴンの頂点の座標から、オブジェクトを代
表するＸ、Ｙ、Ｚ座標の代表値を求める手段と、得られ
た各オブジェクトの上記Ｘ、Ｙ、Ｚ座標の代表値を比較
することによって、各オブジェクト間の位置関係を確定
する手段と、前記位置関係を確定する手段によりＸ、
Ｙ、Ｚ方向の全３方向で座標の代表値の重なりが検出さ
れた場合にはＺバッファ法を用いて隠面処理を行い、検
出されない場合に上書きによる隠面処理を行う手段とを
前記処理回路に少なくとも備えたことを特徴とする隠面
処理装置。