JP3776416B2 - 画像生成装置及び画像生成方法 - Google Patents
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Description
【目次】
以下の順序で本発明を説明する。
発明の属する技術分野
従来の技術(図9〜図12)
発明が解決しようとする課題(図13)
課題を解決するための手段
発明の実施の形態
(1)画像生成装置の構成(図1〜図5)
(2−1)3次元のポリゴンにテクスチャマッピングをする場合(図6)
(2−2)3次元のポリゴンにフォンシェーディングをする場合(図7)
(2−3)3次元ポリゴンにテクスチャマッピングを行ないさらにフォンシェーディングをする場合(図8)
発明の効果
【0002】
【発明の属する技術分野】
本発明は画像生成装置及び画像生成方法に関し、特にゲーム機、コンピュータなど、画像メモリを有し、計算によって生成した画像や、記憶装置から読み出した画像を画像メモリ上に描画し、ディスプレイ上に出力するものに適用して好適である。
【0003】
【従来の技術】
従来、画像メモリ上に画像データを描画し、これらをテレビの同期信号に従って読み出し表示する画像生成装置では、画像メモリ上に表示すべき画素値そのものをならべて置き、読み出し装置は単にそれらをビデオ同期信号に従って読み出し、D/A(デイジタル/アナログ)変換してディスプレイ上に表示するものが主であった。
【0004】
ここで、従来の画像生成装置の構成例を図9に示す。画像生成装置1は、CPU2、メインメモリ3、画像生成プロセッサ4、画像メモリ5、画像出力プロセッサ6でなっており、CPU2、メインメモリ3及び画像生成プロセッサ4は、それぞれメインバス7に接続されておりデータを授受できるようになっている。また、画像生成プロセッサ4と画像メモリ5がデータ授受し得るように接続されている。画像メモリ5からの出力信号は画像出力プロセッサ6を介してモニタ等に送出されるように接続されている。ここでのメインメモリ3は、画像を生成するためのプログラムが格納されている。
【0005】
まず、従来の画像生成装置1における3次元のポリゴンにテクスチャマッピングをする場合について説明する。ポリゴンとは描画装置が扱う図形の最小単位(三角形や四角形)をいう。
CPU2は、メインメモリ3に格納されているプログラムに従って描画命令を画像生成プロセッサ4に出力し、画像生成プロセッサ4は描画命令に従って画像メモリ5からテクスチャ画像を読み出す。この画像メモリ5から読み出されたテクスチャ画像に変形を加えた後、再び画像メモリ5内のディスプレイ領域に書き込む。画像出力プロセッサ6はビデオ同期信号に従って画像メモリ5内のディスプレイ領域を読み出し、出力する。
【0006】
図10は上述した3次元のポリゴンにテクスチャマッピングが行なわれているときの画像メモリ5内のメモリ領域10の内容を示す。メモリ領域10は、表示すべき画像が生成されるディスプレイ領域11と、テクスチャ画像の蓄えられているテクスチャ領域12とで形成されている。ディスプレイ領域11には複数のポリゴンの領域が計算され、対応するテクスチャ画素が読み出されて変形され書き込まれる。
【0007】
例えば、三角形ABCにテクスチャ12aの三角形PQRをテクスチャマッピングするためは、三角形ABC内に含まれる各点Eに対応する三角形PQR内の点Sの画素値をコピーする。これらの処理はすべて画像生成プロセッサ4によって行なわれ、終了した後に画像メモリ5のディスプレイ領域11に書き込まれる。
【0008】
次に、従来の画像生成装置1における3次元ポリゴンにフォンシェーディングをする場合について説明する。
CPU2はプログラムに従って描画命令を画像生成プロセッサ4に出力し、画像生成プロセッサ4はこの命令に従ってポリゴンの頂点座標とそれに含まれる画素の値を計算し、画像メモリ5内のディスプレイ領域11に書き込む。画像出力プロセッサ6はビデオ同期信号に従って画像メモリ5内のディスプレイ領域11を読み出し出力する。
【0009】
図11(A)及び(B)は、上述した3次元ポリゴンにフォンシェーディングが行なわれているときの画像メモリ5におけるメモリ領域10の内容を示している。
以下に述べる処理は全て画像生成プロセッサ4によって行われるものである。メモリ領域10内のディスプレイ領域11には複数のポリゴンの領域が計算されそれに含まれる画素の値が計算され書き込まれる。例えば、三角形ABCをフォンシェーディングするためには三頂点A、B、C上の法線から三角形内の点E上の法線を求め、当該法線と光源ベクトルの内積をとったものをその点の画素値とする。この処理の後、画像メモリ5のディスプレイ領域11に書き込まれる。
【0010】
さらに、従来の画像生成装置1における3次元のポリゴンにテクスチャマッピングを行い、さらにフォンシェーディングをする場合について説明する。
CPU2はプログラムに従って描画命令を画像生成プロセッサ4に出力し、画像生成プロセッサ4はこの命令に従って画像メモリ5からテクスチャ画像を読み出し変形を加えたあとシェーディングを行ない再び画像メモリ5内のディスプレイ領域11に書き込む。画像出力プロセッサ6はビデオ同期信号に従って画像メモリ5内のディスプレイ領域11を読み出して出力する。
【0011】
図12(A)及び(B)は上述した3次元のポリゴンにテクスチャマッピングが行われ、この後フォンシェーディングが行なわれているときの画像メモリ5内のメモリ領域10の内容を示している。以下の処理は全て画像生成プロセッサ4によって行われるものである。
メモリ領域10内のディスプレイ領域11には複数のポリゴンの領域が計算され、対応するテクスチャ画像が読み出されて変形されシェーディングが行われ書き込まれる。
【0012】
例えば、三角形ABCにテクスチャ12aの三角形PQRをテクスチャマッピングするためには三角形ABCに含まれる各点Eに対応する三角形PQR内の点Sの画素値をコピーする。さらに、三頂点A、B、C上の法線から三角形内の点E上の法線を求め、当該法線と光源ベクトルの内積をとり、当該点のテクスチャ値とかけあわせて画素値とする。この後、画像メモリ5のディスプレイ領域11に書き込まれる。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述の構成においては、画像データを記憶してある画像メモリ5のメモリ領域10(テクスチャ領域12)から画素データを画像生成プロセッサ4が一旦読み出し、処理を加えた後、画像メモリ5に書き込む必要がある。つまり、ひとつの画素を処理するためには、画像メモリ5からの読み出しと画像メモリ5への書き込みを最低各1回ずつ必要とする欠点がある。
【0014】
また、画像生成では3次元の物体をリアルに表現するため「隠面消去」という技術が使われる。例えば、図13に示すような上書きによって隠面消去が行なわれた画像では、実際には画面上に表示されているポリゴンより多くのポリゴンがメモリ内に書き込まれている。この隠面消去により、一旦、画像メモリ5のメモリ領域10上に描かれた画像データでも上書きされ消えることがあるが、この上書きによって消される画像データの処理が無駄になる問題がある。
【0015】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、不必要なデータ処理を軽減し得る画像生成装置及び画像生成方法を実現しようとするものである。
【0016】
【課題を解決するための手段】
上記課題に対応した本発明の第1の画像生成装置は、画像メモリと、前記画像メモリのディスプレイ領域にテクスチャアドレスを書き込む画像生成プロセッサと、前記テクスチャアドレスに基づいて、前記画像メモリからテクスチャデータを読み込んで出力画像を作成する画像出力プロセッサとを備える。
上記課題に対応した本発明の第2の画像生成装置は、画像メモリと、前記画像メモリのディスプレイ領域にポリゴンの頂点の法線ベクトルのデータを書き込む画像生成プロセッサと、前記法線ベクトルと光源ベクトルとの内積値に基づいて出力画像を作成する画像出力プロセッサとを備える。
上記課題に対応した本発明の第3の画像生成装置は、画像メモリと、前記画像メモリのディスプレイ領域にテクスチャアドレスおよびポリゴンの頂点の法線ベクトルのデータを書き込む画像生成プロセッサと、前記テクスチャアドレスに基づいて前記画像メモリからテクスチャデータを読み込むとともに、前記法線ベクトルと光源ベクトルとの内積値を算出し、前記テクスチャデータと前記内積値との積算値に基づいて出力画像を作成する画像出力プロセッサとを備える。
【0017】
上記課題に対応した本発明の第1の画像生成方法は、画像メモリのディスプレイ領域にテクスチャアドレスを書き込む処理と、前記テクスチャアドレスに基づいて、前記画像メモリからテクスチャデータを読み込んで出力画像を作成する処理とを実行する。
上記課題に対応した本発明の第2の画像生成方法は、画像メモリのディスプレイ領域にポリゴンの頂点の法線ベクトルのデータを書き込む処理と、前記法線ベクトルと光源ベクトルとの内積値に基づいて出力画像を作成する処理とを実行する。
上記課題に対応した本発明の第3の画像生成方法は、画像メモリのディスプレイ領域にテクスチャアドレスおよびポリゴンの頂点の法線ベクトルのデータを書き込む処理と、前記テクスチャアドレスに基づいて前記画像メモリからテクスチャデータを読み込むとともに、前記法線ベクトルと光源ベクトルとの内積値を算出し、前記テクスチャデータと前記内積値との積算値に基づいて出力画像を作成する処理とを実行する。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明の一実施例を詳述する。
【0019】
(1)画像生成装置の構成
図9との対応部分に同一符号を付した図1は、本発明の画像生成装置20の全体構成を示す。画像生成装置20は、CPU2、メインメモリ3、画像生成プロセッサ21、画像メモリ22、画像出力プロセッサ23でなっており、CPU2、メインメモリ3及び画像生成プロセッサ21は、それぞれメインバス7に接続されておりデータを授受できるようになっている。また、画像生成プロセッサ21はデータの出力先となる画像メモリ22と接続されており、画像メモリ22と画像出力プロセッサ23はデータを相互に授受できるように接続されており、画像出力プロセッサ23からの出力データはモニタ等に送出されるようになされている。ちなみにメインメモリ3には、画像を生成するためのプログラムが格納されている。
【0020】
次に、画像メモリ22内に蓄えられる情報例を図2に示す。画像メモリ22に蓄える情報としては4種類の画素モード(mode=0〜3)がある。これらの各画素モードは、ディスプレイ領域の各画素に格納されるデータの意味を表している。例えば、mode=0は「RGB」のデータを表し、mode=1は「テクスチャアドレス」、mode=2は「法線ベクトル」、mode=3は「テクスチャアドレスと法線ベクトル」のデータをそれぞれ表している。
【0021】
また、図3においてはディスプレイ領域、テクスチャ領域及び画素モードの対応について表している。画素モードは前述のようにmode=0〜3でなっている。mode=0はディスプレイ領域内の座標値(R、G、B)を表し、mode=1はテクスチャアドレスとしてテクスチャ領域のページ数Tp及び当該テクスチャ領域内の座標値(U、V)を表す。また、mode=2はディスプレイ領域における法線ベクトル(Nx、Ny、Nz)を表し、mode=3はmode=1とmode=2の内容すなわちテクスチャアドレスと法線ベクトルを表している。
【0022】
ここで、図4においては、画像出力プロセッサ23の構成例を示す。
画像出力プロセッサ23は、モード判定回路24、リードアドレスゲン25、インナープロダクト26、データセレクタ27及び積算器28で構成されている。このモード判定回路24は、画像メモリ22から送出されるデータを入力し、当該データのモード判定結果をデータセレクタ27へと出力するようになされている。
【0023】
画像メモリ22からのデータがmode=0の場合、データセレクタ27へと出力され、mode=1の場合、データセレクタ27へと出力されると共にテクスチャ領域の座標値(U、V)のアドレスをリードアドレスゲン25を介して、当該アドレスを画像メモリ22に出力する。また、画像メモリ22からのデータがmode=2の場合、画像メモリ22からのデータである法線ベクトル(Nx、Ny、Nz)と光源ベクトルをインナープロダクト26で内積を求め、データセレクタ27へと出力される。さらにmode=3の場合、mode=2の場合と同様にして得られた法線ベクトルと光源ベクトルの内積と、mode=1のテクスチャアドレスを用いて画像メモリ22から読みだしたmode=0のRGB値とを積算器28でかけたものをデータセレクタ27へと出力する。
このデータセレクタ27は、入力される各データのうちモード判定回路24から送出される判定結果で得られたモードに対応するデータを外部へと出力する。
【0024】
この画像出力プロセッサ23でのモード判定回路24によるモード判定の処理手順を表すフローチャートを図5に示す。まず、ステップSP1で処理を開始する。ステップSP2において、モード判定を行い、当該判定結果がmode=0のとき、ステップSP3へと移る。ステップSP3では、画像メモリ22にRGB値を書き込み、ステップSP4で画像メモリ22からRGB値を読みだし、ステップSP5へと移る。
また、ステップSP2のモード判定結果がmode=1のとき、ステップSP6へと移り、画像メモリ22にテクスチャアドレスを書き込む。この後ステップSP7へ移り、画像メモリ22から読みだしたテクスチャアドレスで再度画像メモリ22からRGB値を読みだし、ステップSP5へと移る。
【0025】
さらに、前述のモード判定結果がmode=2のとき、ステップSP8へと移り、画像メモリ22に法線ベクトルを書き込む。この後ステップSP9へ移り、画像メモリ22から読みだした法線ベクトルと光源ベクトルの内積値をRGB値とし、ステップSP5へ移る。
またさらにモード判定結果がmode=3のとき、ステップSP10へと移り、画像メモリ22に法線ベクトルとテクスチャアドレスを書き込む。この後ステップSP11へ移り、画像メモリ22から読みだした法線ベクトルと光源ベクトルの内積を、画像メモリ22から読みだしたテクスチャアドレスを用いて読みだしたRGB値にかけて、ステップSP5へ移る。
ここでステップSP5ではRGB値を出力し、ステップSP12で処理終了となる。
【0026】
(2−1)3次元のポリゴンにテクスチャマッピングをする場合
以上の構成において、まず3次元のポリゴンにテクスチャマッピングをする場合について述べる。
CPU2はメインメモリ3内に格納されているプログラムに従って描画命令を画像生成プロセッサ21に出力し、当該画像生成プロセッサ21はこの命令に従って画像メモリ22のディスプレイ領域31に表示すべき画素値の格納されているテクスチャ領域32のアドレスを書き込む。
画像出力プロセッサ23はビデオ同期信号に従って画像メモリ22のディスプレイ領域31を読み出し、読み出したテクスチャアドレスに従って画像メモリ22のテクスチャ領域32からテクスチャ画素値を読みだし出力する。
【0027】
図6は画像生成プロセッサ21で行なわれる処理によるメモリ領域30を示す。ここでは、画像生成プロセッサ21が三角形の頂点アドレスとテクスチャアドレスをうけとり画像メモリ22上に描画する場合を示す。画像生成プロセッサ21は三角形ABCの3頂点と内点Eの位置関係から描画すべき画素値の格納されている位置すなわちテクスチャアドレスを計算し、三角形ABCの内点Eに当該テクスチャアドレスを書き込む。
【0028】
(2−2)3次元のポリゴンにフォンシェーディングをする場合
次に、3次元のポリゴンにフォンシェーディングをする場合について述べる。
メインメモリ3には画像を生成するためのプログラムが格納されている。CPU2はプログラムに従って描画命令を画像生成プロセッサ21に出力し、画像生成プロセッサ21はそれに従って画像メモリ22のディスプレイ領域31にポリゴンのRGB値と各点の法線ベクトルを書き込む。
画像出力プロセッサ23はビデオ同期信号に従って画像メモリ22のディスプレイ領域31を読み出し、読み出した法線ベクトルと光源ベクトルの内積をポリゴンのRGB値にかけた画素値として出力する。
【0029】
図7は画像生成プロセッサ21で行なわれる処理によるメモリ領域30を示す。ここでは、画像生成プロセッサ21が三角形の頂点アドレスと法線ベクトルを受け取り画像メモリ22上に描画する場合を示す。画像生成プロセッサ21は三角形ABCの3頂点と内点Eの位置関係から描画すべき画素上の法線ベクトルを計算し、三角形ABCの内点EにポリゴンのRGB値と法線ベクトルを書き込む。
【0030】
(2−3)3次元ポリゴンにテクスチャマッピングを行ないさらにフォンシェーディングをする場合
次に、3次元ポリゴンにテクスチャマッピングを行ないさらにフォンシェーディングをする場合について述べる。メインメモリ3には画像を生成するためのプログラムが格納されている。CPU2はプログラムに従って描画命令を画像生成プロセッサ21に出力し、画像生成プロセッサ21はそれに従って画像メモリ22のディスプレイ領域に表示すべき画素値の格納されているテクスチャ領域のアドレスを書き込む。
また、各点の法線ベクトルを書き込む。画像出力プロセッサ23はビデオ同期信号に従って画像メモリ22のディスプレイ領域31を読み出し、読み出したテクスチャアドレスに従って画像メモリ22のテクスチャ領域32からテクスチャ画素値を読み出し読み出した法線ベクトルと光源ベクトルの内積を、テクスチャ画素値にかけたものを画素値として出力する。
【0031】
図8は画像生成プロセッサ21で行なわれる処理によるメモリ領域30を示す。ここでは、画像生成プロセッサ21が三角形の頂点アドレス、テクスチャアドレス、法線ベクトルをうけとり画像メモリ22上に描画する場合を示す。
画像生成プロセッサ21は三角形ABCの3頂点と内点Eの位置関係から描画すべき画素値の格納されている位置すなわちテクスチャアドレスを計算し、三角形ABCの内点Eに当該テクスチャアドレスを書き込む。
また、描画すべき画素上の法線ベクトルを計算し、三角形ABCの内点EにポリゴンのRGB値と法線ベクトルを書き込む。
【0032】
以上の構成によれば、従来画面メモリに書き込む前に画像生成プロセッサで行なっていた処理の一部を画像出力プロセッサで読み出したあとに行なうことにより、画像データをテクスチャ領域32から読み出すことなく画像メモリ22へのアドレスの書き込みだけで行なえるようにし、処理量を軽減する。すなわち、画像生成プロセッサ21はディスプレイ領域31への書き込みだけで描画が行なえる。また画像出力プロセッサ33はどんな場合でもディスプレイ領域31に含まれる画素の数だけ処理をすれば良く、ポリゴンが多重に重なっているような画像でも表示する画素分の処理だけで表示が行なえる。以上のことから、最終的に表示される画素分の処理だけですむため、画像データの処理量を軽減することができる。
【0033】
【発明の効果】
以上のように本発明の画像生成装置または画像生成方法によれば、データ処理量を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の画像生成装置の構成を示す略線的ブロック図である。
【図2】 画素モード例を示す図表である。
【図3】 画像メモリ内のディスプレイ領域及びテクスチャ領域を示す略線図である。
【図4】 画像出力プロセッサの構成を示す略線的ブロック図である。
【図5】 画像出力プロセッサのモード判定による処理手順を示すフローチャートである。
【図6】 3次元ポリゴンにテクスチャマッピングをする際のメモリ領域を示す略線図である。
【図7】 3次元ポリゴンにフォンシェーディングをする際のメモリ領域を示す略線図である。
【図8】 3次元ポリゴンにテクスチャマッピングをした後に、フォンシェーディングをする際のメモリ領域を示す略線図である。
【図9】 従来の画像生成装置の構成を示す略線的ブロック図である。
【図10】 従来の画像生成装置による3次元ポリゴンにテクスチャマッピングをする際のメモリ領域を示す略線図である。
【図11】 従来の画像生成装置による3次元ポリゴンにフォンシェーディングをする際のメモリ領域を示す略線図である。
【図12】 従来の画像生成装置による3次元ポリゴンにテクスチャマッピングをした後に、フォンシェーディングをする際のメモリ領域を示す略線図である。
【図13】 隠面消去によるポリゴンを示す略線図である。
【符号の説明】
1、20・・・画像生成装置、2・・・CPU、3・・・メインメモリ、4、21・・・画像生成プロセッサ、 5、22・・・画像メモリ、6、23・・・画像出力プロセッサ、7・・・メインバス、10、30・・・メモリ領域、11、31・・・ディスプレイ領域、12、32・・・テクスチャ領域。
Claims (4)
- 画像生成装置であって、
画像メモリと、
前記画像メモリのディスプレイ領域にポリゴンの頂点の法線ベクトルのデータを書き込む画像生成プロセッサと、
前記法線ベクトルと光源ベクトルとの内積値に基づいて出力画像を作成する画像出力プロセッサとを備える画像生成装置。 - 画像生成装置であって、
画像メモリと、
前記画像メモリのディスプレイ領域にテクスチャアドレスおよびポリゴンの頂点の法線ベクトルのデータを書き込む画像生成プロセッサと、
前記テクスチャアドレスに基づいて前記画像メモリからテクスチャデータを読み込むとともに、前記法線ベクトルと光源ベクトルとの内積値を算出し、前記テクスチャデータと前記内積値との積算値に基づいて出力画像を作成する画像出力プロセッサとを備える画像生成装置。 - 画像生成方法であって、
画像メモリのディスプレイ領域にポリゴンの頂点の法線ベクトルのデータを書き込む処理と、
前記法線ベクトルと光源ベクトルとの内積値に基づいて出力画像を作成する処理とを実行する画像生成方法。 - 画像生成方法であって、
画像メモリのディスプレイ領域にテクスチャアドレスおよびポリゴンの頂点の法線ベクトルのデータを書き込む処理と、
前記テクスチャアドレスに基づいて前記画像メモリからテクスチャデータを読み込むとともに、前記法線ベクトルと光源ベクトルとの内積値を算出し、前記テクスチャデータと前記内積値との積算値に基づいて出力画像を作成する処理とを実行する画像生成方法。
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