JPH02132572A

JPH02132572A - 画像表示装置

Info

Publication number: JPH02132572A
Application number: JP63285698A
Authority: JP
Inventors: Takashi Matsumoto; 尚松本
Original assignee: NIPPON I B M KK; IBM Japan Ltd
Current assignee: NIPPON I B M KK; IBM Japan Ltd
Priority date: 1988-11-14
Filing date: 1988-11-14
Publication date: 1990-05-22
Also published as: EP0369965A3; EP0369965B1; DE68926843D1; EP0369965A2

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】Ａ．産業上の利用分野この発明は画像表示装置に関し、特に任意の三次元の領
域へのクリッピングを簡易な構成で高速に実現できるよ
うにしたものである。

Ｂ．従来技術従来、二次元のクリッピングについて、盛んに研究がな
され、色々な手法が考案されてきた。近年、ＣＡＤ（コ
ンピュータ支援設計）やＣＧ　（：２冫ビュータ・グラ
フィックス）で三次元データの取扱いが一般的に行なわ
れるようになり、不必要なデータの削除や画像の加工の
ために三次元領域へのクリッピングが重要になっている
。三次元のクリッピングについても、いくつか手法が考
案されている。しかし、これらはピクセル毎の処理で済
まない手法であるため、ハードウェア化が難しく高速化
が困難である。すなわち、最近の高速三次元画像表示装
置はポリゴンをピクセル毎のデータに変換する高速ハー
ドウェアを持っているので、このハードウェア上で三次
元領域へのクリッピングの処理も同時に行なえるような
手法が望ましい。

しかし、従来の手法ではこれを満たしていない。

例えば、任意の凸の三次元領域にクリッピングする手法
としてＣｙｒｕｓ−Ｂｅａｋアルゴリズムがある。これ
は領域の境界面の内向法線を使って線分をクリッピング
する手法で、これを使ってポリゴンからピクセルへの展
開時にクリッピングを実行しようとすると、ピクセル毎
にすべての境界面の内向法線を参照し内積計算をする必
要がある。これではピクセル毎の計算としては複雑すぎ
てハードウェア化は困難である。

ｔｔ　オ、Ｃｙｒｕｓ−Ｂｅａｋアルゴリズムや他のク
リッピング手法の詳細については、例えばＤａｖｉｄ　
Ｆ．Ｒｏｇｅｒｓの”ＰＲＯＣＥＤＵＲＡＬ　ＥＬＥＭ
ＥＮＴＳ　ＦＯＲ　ＣＯＭＰＵＴＥＲＧＲＡＰＨＩＣＳ
　”ＭｃＧｒａｖ−Ｈｉｌｌ　Ｂｏｏｋ　Ｃｏｍｐａｎ
ｙ，　１９８５年のクリッピングの章を参照されたい。

Ｃ．発明が解決しようとする問題点この発明は以上の事情を考慮してなされたものであり、
少ない計算量のピクセル毎の処理で高速に三次元のクリ
ッピングを施した画像を生成することのできる画像表示
装置を提供することを目的としている。

Ｄ．問題点を解決するための手段この発明では、以上の目的を達成するために、表示物体
上の構成面のデプス値をピクセル毎に展開し、このデプ
ス値を参考にして陰面消去しながら画像生成するいわゆ
るＺパッファ法（デプス・バッファ法）をクリッピング
に展開、拡張するようにしている。すなわちスクリーン
のピクセル毎にデプス値を格納する複数のバッファを用
意し、これらのパッファにクリッピング領域の境界面の
デプス値を表示物体の構成面の展開と同様の手順で展開
して格納する。その後、表示対象となる物体をピクセル
毎のデータに展開し、バッファ内の境界面のデプス値を
使って、そのデータがクリッビング領域内にある物体の
ものであるかどうか判定する。領域内ならば実際にスク
リーンに表示される可能性があるので、さらに陰面消去
してスクリーンに表示するかどうか決定する。領域外で
あれば、そのピクセルについてはその物体は表示される
可能性がないので、データを捨てる。この処理を物体毎
、ピクセル毎に繰り返して、三次元領域へのクリッピン
グが施された画像を生成する。

Ｅ．実施例以下、この発明の一実施例について図面を参照しながら
説明しよう。なお、以下の実施例では、実用性の観点か
ら任意の凸の三次元領域へのクリッピングに限定し、さ
らにＺバッファ法による陰面消去法との効率よい融合を
図り、ピクセル毎のバッファの数を極力減らしている。

しかし、ピクセル毎のバッファの数に制限を設けなけれ
ば、凹の領域を含む任意の三次元領域へのクリッピング
が可能である。また、従来の高速画像表示装置と同様に
、曲面は複数のポリゴン（多角形）で近似されているも
のとする。

Ｅｌ．クリッピング　　に関する　　条件三次元凸クリ
ッピング領域と視線は二回交わるか、交わらないかのい
ずれかである（第１図参照）。ただし、境界は領域に含
まないものとする。

ある物体上の一点がクリッピング領域内にあり、実際に
スクリーン上のあるピクセルに投影されて表示される場
合は、そのピクセルを通る視線はクリッピング領域と二
回交わっており、投影される点のデプス値はその二つの
交点のデプス値の間の値でなくてはならない。

もう少し具体的に例を挙げて説明する。今、第２図のよ
うな直方体をクリッピング領域とし、その内部の物体の
みを表示するものとし、物体上の点Ｐがスクリーン上の
点Ｓに投影されるとする。

あらかじめクリッピング領域の直方体と点Ｓを通る視線
との２交点Ｌ１、Ｌ２のデプス値ＺＬＩ、ＺＬ２を点Ｓ
のピクセルに対して求めて保持してあれば、点Ｐのデプ
ス値をＺＰとして、ＺＬＩ＜ＺＰ＜ＺＬ２という条件が成立する点Ｐのみをスクリーンへの表示対
象とすればよい。よって、図中の点Ｑ，　Ｈのような点
は条件を満たさず表示されない。なお今後、デプス値は
小さいほど手前側を示すと決めておく。

Ｅ２．クリッピング節Ｅ１に従ってクリッピングを行なうためには明らかに
、ピクセル毎にデプス値を格納するバッファがＺＬＩ、
ＺＬ２に対応して二つ必要であるが、後ろ側の点のバッ
ファつまりＺＬ２に対応するバッファは、従来の陰面陰
線消去のためのＺバッファで兼用できる。そこで、ピク
セル毎にＺＬＩに対応するデプス値を格納するバッファ
を設けることにし、Ｌバッファ（リミットＺバッファ）
と呼ぶことにする。結局、各ピクセルはカラー・バッフ
ァ、Ｚバッファ、Ｌバッファで構成される（第３図参照
）。以下、クリッピング手法を二通り示す。手法（−）
は計算量の少なさを特徴としており、手法（二）は複数
のクリッピング領域を用いると、それらの共通領域への
クリッピングが行なえることを特徴としている。

クリッピング　　（一）手順を順に述べると、（１）クリッピング領域の境界面を見える境界面（　Ｆ
　Ｂ　Ｐ　：　Ｆｒｏｎｔ−ｆａｃｉｎｇ　Ｂｏｕｎｄ
ａｒｙ　Ｐｏｌｙｇｏｎ）つまり視点から見て手前側の
境界面と見えない境界面（　Ｂ　Ｂ　Ｐ　：　Ｂａｃｋ
−ｆａｃｉｎｇ　Ｂｏｕｎｄａｒｙ　Ｐｏｌｙｇｏｎ）
つまり視点から見て後ろ側の境界面とに分ける。第４図
を使ってもう少し説明する。六面体ＡＢＣＤＥＦＧＨの
内部がクリッピング領域で、スクリーンにこの６面体を
仮に表示した場合に第４図のように見えるとする。図中
の点線は他の面の裏側で実際には表示されない。四角形
ＡＢＣＤ，ＢＣＧＦ１ＣＤＨＧの三つがＦＢＰで四角形
ＡＢＦＥ，ＥＦＧＨ，ＡＤＨＥの三つがＢＢＰである。

（２）カラー・バッファと２バッファとＬバッファをす
べてのピクセルについて適当な値に初期化する。例えば
、カラー・バッファは背景色に、Ｚバッファは最遠点の
値に、Ｌバッファは最近点の値に初期化する。

（３）Ｚバッファ法等で用いる通常のポリゴン展開法で
、ＦＢＰのすべてのポリゴンをピクセル毎のデータに展
開する。この時、カラー・バッファとＺバッファは変更
せずに、ピクセルにおけるデプス値がそのピクセルのＬ
バッファの現在の値より遠くにあることを示す値であっ
たときのみ、Ｌバッファの値を新しいデプス値で更新す
る。同様に、ＢＢＰのポリゴンもすべてピクセル毎のデ
ータに展開する。この時、カラー・バッファとＬバッフ
ァは変更せずに、ピクセルにおけるデプス値がそのピク
セルのＺバッファの現在の値より手前にあることを示す
値であったときのみ、２バッファの値を新しいデプス値
で更新する。

（４）ＦＢＰとＢＢＰのポリゴンの展開に用いたのと同
じ方法で、すべての表示対象（ポリゴン、直線、点）を
ピクセル毎のデータに展開する。この時、Ｌバッファは
変更せずに、各ピクセルにおいて以下の三つの条件が成
立したときのみ、そのピクセルのカラー・バッファとＺ
バッファの値を新たに展開された値で更新する。

ａ．展開されたデプス値がＺバッファ内に保持された値
よりも手前を意味する値である。

ｂ．展開されたデプス値がＬバッファ内に保持された値
よりも奥側を意味する値である。

Ｃ．そのピクセルがＦＢＰまたはＢＢＰのポリゴンの展
開時に少なくとも一度はアクセスされているつまり処理
対象となっている。

なお、この手法（−）においては複数のクリッピング領
域の組み合わせられた領域へのクリッピングも考慮され
ている。もし、クリッピング領域が単一の凸多面体領域
であれば、上記の手順（３）においてＦＢＰ１８ＢＰの
ポリゴンを展開する際、ＬバッファやＺバッファの現在
の値と比較することなしに単に新しいデプス値をセット
すればよい。

また、手順（４）の条件Ｃをチェックするためにはピク
セル毎に手順（３）でそのピクセルに対し処理がなされ
たかどうかが記憶されてなければならない。このために
実現上は１ビットのフラグをピクセル毎に用意する。

クリッピング　　（二）手順を順に述べると、（１）クリッピング領域の境界面を見える境界面（　Ｆ
　Ｂ　Ｐ　：　Ｆｒｏｎｔ−ｆａｃｉｎｇ　Ｂｏｕｎｄ
ａｒｙ　Ｐｏｌｙｇｏｎ）つまり視点から見て手前側の
境界面と見えない境界面（ＢＢＰ：Ｂａｃｋイａｃｉｎ
ｇ　Ｂｏｕｎｄａｒｙ　Ｐｏｌｙｇｏｎ）つまり視点か
ら見て後ろ側の境界面とに分ける。

（２）境界面を以下のようにして拡張する。各ＦＢＰに
ついて、全スクリーンまたはスクリーン上にピューポー
トがある場合はビューポートを、対象としているＦＢＰ
を含む平面に逆方向に射影して、その像であるＥ　Ｆ　
Ｂ　Ｐ　（Ｅｘｔｅｎｄｅｄ　Ｆｒｏｎｔ−ｆａｃｉｎ
ｇＢｏｕｎｄａｒｙ　Ｐｏｌｙｇｏｎ）を求める。この
時、逆射影するための視線とＦＢＰを含む平面が視点よ
りもスクリーン側で交点を持たず、射影できない部分が
スクリーンまたはビューポート上にある場合がある。そ
の場合は、スクリーンまたはピューポート上の射影でき
ない部分についてはデプス値が最遠値をとるＥＦＢＰが
存在するとみなし、結局一枚のＦＢＰから二枚のＥＦＢ
Ｐを作ることにする（第５図参照）。同様に、すべての
ＢＢＰについて％Ｅ　Ｂ　Ｂ　Ｐ　（Ｅｘｔｅｎｄｅｄ
　Ｂａｃｋ−ｆａｃｉｎｇ　ＢｏｕｎｄａｒｙＰｏｌｙ
ｇｏｎ）　　を求める。

（３）　カラー・バッファと２バッファとＬバッファを
すべてのピクセルについて適当な値に初期化する。例え
ば、カラー・バッファは背景色に、Ｚバッファは最遠点
の値に、Ｌバッファは最近点の値に初期化する。

（４）Ｚバッファ法等で用いる通常のポリゴン展開法で
、ＥＦＢＰのすべてのポリゴンをピクセル毎のデータに
展開する。この時、カラー・バッファと２バッファは変
更せずに、ピクセルにおけるデプス値がそのピクセルの
しバッファの現在の値より遠くにあることを示す値であ
ったときのみ、Ｌバッファの値を新しいデプス値で更新
する。同様に、ＥＢＢＰのポリゴンもすべてピクセル毎
のデータに展開する。この時、カラー・パッフＴとＬバ
ッファは変更せずに、ピクセルにおけるデプス値がその
ピクセルのＺバッファの現在の値より手前にあることを
示す値であったときのみ、Ｚバッファの値を新しいデプ
ス値で更新する。

（５）ＥＦＢＰとＥＢＢＰのポリゴンの展開に用いたの
と同じ方法で、すべての表示対象（ポリゴン、直線、点
）をピクセル毎のデータに展開する。この時、Ｌバッフ
ァは変更せずに、各ピクセルにおいて以下の二つの条件
が成立したときのみ、そのピクセルのカラー・バッファ
と２バッファの値を新たに展開された値で更新する。

ａ．展開されたデプス値がＺバッフＴ内に保持された値
よりも手前を意味する値である。

Ｅ３．　゛のム節Ｅ２では凸の三次元多面体領域内へのクリッピングを
行なう基本手法を述べた。これらの手法は少し手を加え
るだけで、スクリーン上のビューポートへのビューボー
ト・クリッピングや凸の三次元領域外へのクリッピング
やクリッピングを応用した画像の三次元での合成なども
行なえる。ここでは、そのための拡張法について述べる
。

ビューポート・クリッピング手法（−）、（二）ともに、ＺバッファとＬバッファの
初期化の時に、ビューポートの外側のピクセルについて
はすべて、Ｚバッファのデプス値がＬバッファの値の間
のデプス値より手前を意味する値であるように初期化す
る。これにより、ビューボートの外側のピクセルにおい
ては、ＬバッファとＺバッファの値の間のデプス値は存
在せず、表示対象物体が書き込まれることがなくなり、
ビューボート・クリッピングが行なえる。

また、手法（一）に関しては、ピクセルを更新する際に
そのピクセルが境界面（ＦＢＰまたはＢＢＰ）の展開時
にアクセスされていなければならないという条件がある
。通常、これを調べるためにピクセル毎にフラグを用意
して、境界面の展開時に『アクセスした』という値にフ
ラグをセットする。よって、表示対象物体のピクセルへ
の展開の直前に、ビューボートの外側のすべてのピクセ
ルにおいて『アクセスしていない』という値にフラグを
セットすれば、ビューポート・クリッピングが行なえる
。

の外側へのクリッピング凸の三次元多面体領域の外側は凹の領域であり、前にも
述べたようにデプス値を格納するバッファがピクセル毎
に視線とその領域との交点の数以上あれば、Ｅ２で述べ
た手順と同様にして、凹の領域のクリッピングが可能で
ある。凸の領域の外側の領域は視線と最高２回しか交わ
らない。しかし、この場合はＥ２の領域内へのクリッピ
ングとは異なり、通常の２バッファで後方の交点のデプ
ス値に対するバッファを兼用することはできない。もち
ろん、Ｌバッファに相当するものをピクセル毎に二つ用
意して、更新しようとするデータのデプス値が手前の値
よりもさらに手前にあるか、奥の値よりもさらに奥にあ
るかのどちらかの条件を満たし、その上にＺバッファの
値より手前にある時のみ更新するという方法でこのクリ
ッピングが実行できる。けれども、ここではハードウエ
ア量のことも考慮して、少し手間は増えるが、Ｚバッフ
ァとＬバッファそれぞれ一つずつで済む手法について述
べる。

ここでは、手法（一）を手法の基本として使用し、手法
（−）をクリッピングのためのしバッファとＺバッファ
への値の設定を変えて２回繰り返し実行することで凸の
三次元領域の外側の領域へのクリッピングを実現する。

まず、１回目の実行では手法（一）の手順（３）におい
て、凸の三次元領域のＢＢＰを展開して、Ｌバッファに
値をセットする。つまり、手順（３）のＦＢＰをＢＢＰ
に置き換えて実行する。Ｚバッファについては、すべて
のピクセルにおいて最遠点の値にしておく。初期化で最
遠点の値になっていれば、Ｚパッファは手順（３）では
操作しない。残りは手法（一）のまま実行する。２回目
の実行では１回目の実行結果を残すため、（２）でカラ
ー・バッファの初期化は行なわない。手順（３）におい
て、今度はＬバッファは最近点の値にしておき、凸の三
次元領域のＦＢＰを展開してＺバッファに値をセットす
る。また、手順（４）においてはＣ．の条件を外して、
二つの条件で実行する。これらの変更を行なって２回目
の手法（一）の実行を行なう。第６図のように、１回目
の実行で凸の三次元領域の後ろの境界面（Ｂ　Ｂ　Ｐ）
より後ろ側の物体が描画され、２回目の実行で手前の境
界面（ＦＢＰ）より手前側と視線と凸の三次元領域が交
わらない領域にある物体が描画され、クリッピングが完
了する。

画　の三゛元合ビューポート・クリッピングを応用すれば、平面的な画
像の重ね合せによる画像の合成は簡単に実現できる。こ
こで扱うのは三次元のモデルのある場所に他のモデルの
一部分を三次元的に埋め込んだ画像を生成する方法であ
る。一つの方法として、別々に画像をデプス値と一緒に
複数組生成して、ピクセル毎にデプス値を使ってどの絵
が可視であるか判定しながら合成する方法がある。しか
し、ここではバッファ類を一組で済ませる方法を述べる
。

埋め込もうとする部分の領域（ただし、ここでは凸に限
定）とそれを埋め込み先に置いた場合の外側の領域を、
それぞれ埋め込む部分を含むモデルと埋め込み先のモデ
ルのクリッピング領域として用いて、手法（一）と前記
領域の外側へのクリッピングの手法を利用する。計３回
、手法（一）を手直しした手順を繰り返すことにより、
合成が完了する。１回目の実行においては、埋め込み先
のモデル内の物体を描画対象として前記の外側の領域へ
のクリッピングの前半つまり手順の１回目を実行する。

２回目の実行においては、埋め込む部分を含むモデル内
の物体を描画対象として埋め込もうとする部分の領域を
クリッピング領域として用いて、カラー・バッファの初
期化だけは行なわないで手法（一）を実行する。ただし
、クリッピング領域の境界面がスクリーン上で１回目と
一致するように座標変換しておく。３回目の実行におい
ては、再び、埋め込み先のモデル内の物体を描画対象と
して前記の外側の領域へのクリッピングの後半つまり手
順の２回目を実行する。この手順により、第７図のよう
に三次元的に合成された画像が生成できる。

Ｅ４．システムの概要第８図はこの発明の実施例のシステム構成を示している
。以下では主な部分をハードウェアで実現したシステム
について述べているけれども、節Ｅ２で述べた手法をそ
のままソフトウェアで実現できることはもちろんである
。このシステムでは節Ｅ２で述べた手法にスキャンライ
ン法を組み合わせ、ＺパッファとＬバッファの量をスキ
ャンライン１本分のピクセル数に抑えている。また、ス
パン（ポリゴンのスキャンラインに掛かっている部分）
をピクセルに展開する処理は、スキャンライン上のピク
セル数分の処理装置（ピクセル・プロセッサ）を持つピ
クセル・プロセッサ・アレイで高速並列処理している。

この画像表示装置の基本的な機能は陰面消去、グーロー
・シェーディング及び三次元領域へのクリッピングであ
る。なお、以下のシステムは手法（−）、（二）の両方
に対応している。

ホスト・コンピュータ１上ではグラフィックス・アブリ
ケーシロンが実行され、ジオメトリック・プロセッサ２
にワールド座標表示のポリゴン・データ、すなわちポリ
ゴンの各頂点の座標及び色情報と、手前の境界面（ＦＢ
Ｐ）、後ろの境界面（ＢＢＰ）のデータ、すなわち境界
面の各頂点の座標が供給されている。ジオメトリック・
プロセッサ２はワールド座標を透視変換、スケール変換
して、スクリーン上の座標及びデプス値に変換する。ま
た、手法（二）の場合はＦＢＰ１ＢＢＰからＥＦＢＰＸ
ＥＢＢＰへの変換も行なう。スパン・データ生成部３は
ＤＤＡ　（デジタル・ディファレンシャル・アナライザ
）等の手法でスクリーン上のポリゴン・データからその
ポリゴンが掛かっているスキャンライン毎のスパン・デ
ータを生成している。

ピクセル・プロセッサ・アレイ５はスキャンライン法に
基づきスキャンライン毎にスパン・データをまとめて処
理する。よって、スパン・データ生成部３はスパン・デ
ータを表示リスト・メモリ４に出力する際に、パケット
・ソート法等を用いてスパン・データがスキャンライン
毎にまとまるようにする。つまり、表示リスト・メモリ
４はスパン・データをスキャンライン毎にまとめるため
のワーク・エリアである。スキャンライン毎にまとまっ
たスパン・データを１本のスキャンライン内で最初にＦ
ＢＰのスパン・データ、次にＢＢＰのスパン・データ、
次に表示対象すべてのスパン・データという順序（第９
図）でピクセル・プロセッサ・アレイ５に入力する。ピ
クセル・プロセッサ・アレイ５はＥ２で述べた手法に従
って、スパン・データを処理する。スキャンライン１本
分のスパン・データの処理が済んだら、結果のピクセル
毎の色情報がフレーム・バッファ６に出力される。

ピクセル・プロセッサ・アレイ５は次々にスキャンライ
ンの処理を行ない、１スクリーン分の処理を終えると画
像が完成する。

処理の中心になっているピクセル・プロセッサ・アレイ
５における処理について、もう少し詳しく述べることに
しよう。まず、スバンデータと表記法を説明する。スキ
ャンライン単位で処理を行なうので、各ポリゴンのある
スキャンライン上のデータ（スパンデータ）として以下
のものを用いることとする。

（Ａｔｔｒ，ＸＬ，ＸＲ，ＺＬ，ｄＺ．ＩＬ，ｄＩ）Ｘ
Ｌ，ＸＲはスパンの両端のＸ座標を表わし、今は便宜上
それぞれ左端、右端とする。ＺＬ１　ＩＬはそれぞれＸ
Ｌにおけるデプス値、輝度値（カラー表示の場合は三原
色に応じて三つの輝度値を必要とするが、ここでは一つ
に略記する）を表わす。

ｄＺ，ｄｌはＸＬ側からＸＲ側へスキャンライン上で、
１ピクセルずれたときのデプス値、輝度値の変化量（差
分二線形補完なので定数）を表わす。

よって、スバンデータの展開はＸＬからＸＲに向かって
、デプス値と輝度値にそれぞれｄＺ１ｄＩをピクセル毎
に加算することによって行なわれる。

ＦＢＰ．！：ＢＢＰと普通のポリゴンを区別したり、ピ
クセル・プロセッサ・アレイの初期化や出力のための若
干の情報を付加したりするために、属性項Ａ　ｔ　ｔ　
ｒ　（ａｔｔｒｉｂｕｔｅ）　　が含まれている。Ａｔ
ｔｒの実際に取りうる値（属性）は以下のものである。

ＯＰ：クリッピング領域の境界面でない普通のポリゴン
のスパン（Ｏｒｄｉｎａｒｙ　Ｐｏｌｙｇｏｎ）ＦＰ：
クリッピング領域の手前側の境界面（ＦＢＰ）ＢＰ：クリッピング領域の後ろ側の境界面（ＢＢＰ）ＩＴ：ピクセル・プロセッサへの初期化指令（Ｉｎｉｔ
ｉａｌｉｚｅ　Ｔｏｋｅｎ）ＯＴ：ピクセル・プロセッ
サへの出力指令（Ｏｕｔｐｕｔ　Ｔｏｋｅｎ）ＮＴ：ピクセル・プロセッサへの無動作指令（Ｎｏ　ｏ
ｐｅｒａｔｉｏｎ　Ｔｏｋｅｎ）手法（二）で用いられ
るＥＦＢＰ１ＥＢＢＰはそれぞれＦＰ，ＢＰの属性で兼
用される。なお、ＡｔｔｒがＩＴ１０Ｔ１ＮＴのスパン
−データでは他のスパン・データの要素は意味を持たず
、ＦＰ，ＢＰのスパン・データではＩＬ１ｃｌｌは意味
を持たない。スキャンライン毎に第９図のような順序で
ピクセル・プロセッサ・アレイに入力されて、処理され
る。

次にピクセル・プロセッサ・アレイを説明する。

第１０図にピクセル・プロセッサ・アレイの構成を示し
、第１１図にピクセル・プロセッサの構成を示す。ピク
セル・プロセッサ拳アレイはピクセル・プロセッサがス
キャンライン上のピクセル数（例えば、１０２４個）だ
け連なった構造を持っており、ピクセル・プロセッサは
前段のピクセル・プロセッサからデータをもらい、処理
をして、次段のピクセル・プロセッサにデータをわたす
。すべてのピクセル・プロセッサは同一クロックで同期
しながら、並列に動作する。これにより、クロック毎に
一つのスパン・データをピクセル・プロセッサ・アレイ
に入力できる。

第１１図に沿ってピクセル・プロセッサの説＋１Ｊｌを
する。

アドレス部８はピクセル・プロセッサ毎に固有の識別番
号（ｐｉｘｅｌ　ＩＤ）　を持っており、その値はスキ
ャンライン上でのＸ座標に対応している。つまり、ｐｉ
ｘｅｌ　ＩＤが０番のピクセル・プロセッサはスキャン
ライン上で一番最初のピクセル（ここでは、左端とする
）担当のピクセル・プロセッサであり、１００番のピク
セル・プロセッサは１０１番目の物である。スキャンラ
インが１０２４個のピクセルから成るとすると、ｐｉｘ
ｅｌ　ＩＤは０から１０２３までとなる。アドレス部８
はこのｐｉｘｅｌ　ＩＤを使って、入力されるスパン・
データのＸＬ１ＸＲの間に自分の担当するピクセルが含
まれているかチェックする。すなわち、ＸＬ，１ｐｉｘｅｌ　　ＩＤ≦ＸＲの条件をチェックする。また、アドレス部は入力された
ＸＬ１ＸＲの値をそのまま次段のピクセル・プロセッサ
に出力する。

アトリビュート部９は入力されるスパン・データのＡｔ
ｔｒの部分を解析し、ピクセル・プロセッサの他の部分
の動作をコントロールする。また、アトリピュート部は
入力されたＡｔｔｒの値をそのまま次段に出力する。

デプス部１０はＺバッファとＬバッファを持っており、
デプス値に関する条件のチェックとＺバッファ、Ｌバッ
ファの管理とデプス値の補完を行なう。デプス値に関す
る条件のチェックとＺバッファ、Ｌバッファの管理につ
いては、Ａｔｔｒの値によってデプス部の動作が異なる
ので、Ａｔｔｒの値別に記述する。Ｚバッファ、Ｌバッ
ファの現在の値をそれぞれＺ　　ｂｕｒ１Ｚ　　Ｌとし
、ピクセル・プロセッサに入力されるスパン・データの
デプス値を２とする。

（１）ＡｔｔｒがＯＴ，ＮＴのとき：何もしない。

（２）ＡｔｔｒがＩＴのとき：Ｚバッファ、Ｌバッファを初期化する。

（３）ＡｔｔｒがＦＰのとき：Ｚ＞Ｚ　　Ｌの条件をチェックし、条件を満たしていれ
ば、ＬバッファをＺで更新する。

（４）ＡｔｔｒがＢＰのとき：Ｚ≦Ｚ　　ｂｕｆの条件をチェックし、条件を溝たして
いれば、ＺバッファをＺで更新する。

（４）ＡｔｔｒがＯＰのとき：Ｚ　　Ｌ＜Ｚ：ａＺ　　ｂｕｆの条件をチェックし、条
件を溝たしていれば、ＺバッファをＺで更新する。

また、デプス値の補完に関しては、入力スパン・データ
のピクセル毎のデプス値の変化量をｄＺとすると、デプ
ス部はアドレス部の条件チェックが溝たされていなけれ
ば、デプス値としてＺをそのまま次段のピクセル・プロ
セッサに出力し、満たされていれば％　Ｚ＋ｄＺを次段
に出力する。デプス値の変化量としては条件にかかわら
ず、ｄＺをそのまま次段に出力する。

アクセス・コントロール部１１ＢＡＦ（Ｂｏｕｎｄａｒｙ　ｐｏｌｙｇｏｎ　Ａｃｃｅｓｓ　
Ｆｌａｇ）　Ｎ　Ｏ　Ａ　Ｆ（Ｏｒｄｉｎａｒｙ　ｐｏ
ｌｙｇｏｎ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｆｌａｇ）の二つのフラグ
を持っている。ＢＡＦは手法（−）の手順（４）のＣ．
の条件チェックに使うためのフラグで、ＯＡＦはＥ３（
二）、（三）のような手法を実現する際に用いるフラグ
である。アクセス・コントロール部はＢＡＦ，ＯＡＦの
管理を行なう。動作はＡｔｔｒの値によって異なるので
、値ごとに述べる。

（１）ＡｔｔｒがＮＴのとき：何もしない。

（２）ＡｔｔｒがＩＴのとき：ＢＡＦ１０ＡＦを０に初期化する。

（３）ＡｔｔｒがＯＴのとき：ＯＡＦをアレイ外部に出力する。

（４）ＡｔｔｒがＦＰ１ＢＰのとき：アドレス部の条件を満たしていれば、ＢＡＦに１をセッ
トする。

（５）ＡｔｔｒがＯＰのとき：アドレス部とデプス部の条件とＢＡＦ＝　１を共に満た
していれば、ＯＡＦに１をセットする。

ＯＡＦの使用法を述べる。ピクセル・プロセッサ・アレ
イがスキャンライン法に基づいているため、Ｅ３（二）
、（三）のように手法（一）の変形したものを繰り返し
て実行する手法はピクセル・プロセッサ・アレイ上では
実現が難しい。そこで、フレーム・バッファ上で最終的
な画像を合成することにして、この困難を回避する。つ
まり、画像の合成等を行なうときは、ピクセル・プロセ
ッサ・アレイからフレーム・バッファへ輝度値を出力す
，るときに、ＯＡＦに従って、ＯＡＦが１のピクセルの
みをフレーム・バッファ上で更新する。

輝度部１２はカラー・バッファ（ここでは、三原色に対
応する三つの輝度値の記憶場所）を持うている。輝度部
はカラー・バッフＴの管理とスパン・データの輝度値の
補完を行なう。カラー・バッファの管理動作はＡｔｔｒ
の値によって異なるので、値毎に述べる。ピクセル・プ
ロセッサに入力されるスパン・データの輝度値をＩ（三
つの値を一つで代表させる）とする。

（１）ＡｔｔｒがＮＴＸＦＰ１ＢＰ（７）とき：何もし
ない。

（２）ＡｔｔｒがＩＴのとき：カラー・バッファを初期化する。

（３）ＡｔｔｒがＯＴのとき：カラー・バッファの値をアレイ外部に出力する。

（４）ＡｔｔｒがＯＰのとき：アドレス部とデプス部の条件とＢＡＦ＝　１を共に溝た
していれば、カラー・バッファを■で更新する。

また、輝度値の補完に関しては、入力スパン・デ二夕の
ピクセル毎の輝度値の変化量をｄＩとすると、輝度部は
アドレス部の条件チェックが満たされていなければ、輝
度値として■をそのまま次段のピクセル・プロセッサに
出力し、溝たされていれば、Ｉ＋ｄＩを次段に出力する
。輝度値の変化量としては条件にかかわらず、ｄＩをそ
のまま次段に出力する。

アレイ外部に出力されたカラー・バッファの値がフレー
ム・バッファの対応するピクセルに書き込まれて画像が
生成される。

Ｆ．発明の効果以上説明したように、この発明によればピクセルへの表
示対象物体の展開時にデプス値をバッファ内の値と比較
するだけで、任意の三次元領域へのクリッピングを行な
うようにしているため、計算量が少なく高速に画像が生
成でき、また実施例のシステムのようなピクセル・プロ
セッサ・アレイを使ったハードウェア化が容易にできる
。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図はこの発明の原理を説明するための図、
第３図は実施例で採用するピクセル当りのバッファ構成
を示す図、第４図はＦＢＰ，ＢＢＰを説明するための図
、第５図はＥＩ？’ＢＰ，ＥＢＢＰを説明するための図
、第６図は凸領域外へのクリッピングを説明するための
図、第７図は画像の三次元合成を説明する図、第８図は
この発明のー実施例のシステム構成を示す図、第９図は
スパン・データのピクセル・プロセッサ・アレイへの入
力順序を示す図、第１０図はピクセル・プロセッサ・ア
レイの構成を示す図、第１１図はピクセル・プロセッサ
の構成を示す図である。１０・・・・Ｚバッファ及びＬバッファを具備するデプ
ス部、１２・・・・輝度部である。出願人　　日本アイ・ビー・エム株式会社復代理人　弁
理士　　澤　　田　　俊　　夫Ｍ１図第２図第３図票６図第７図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）クリッピング領域の手前側境界面の各位置のデプ
ス値を画面上のピクセル位置と関連付けてストアする第
１バッファと、上記クリッピング領域の後ろ側境界面の各位置のデプス
値を上記画面上のピクセル位置と関連付けてストアする
第２バッファと、表示対象上の各位置のデプス値を上記画面上のピクセル
位置と関連付けて生成する手段と、上記生成されたデプ
ス値を上記第１バッファの対応するデプス値及び上記第
２バッファの対応するデプス値とそれぞれ比較する比較
手段と、上記比較手段の比較結果に基づいて上記表示対
象上の各位置が上記クリッピング領域内にあるかどうか
を判別する手段とを有することを特徴とする画像表示装
置。
（２）ピクセルデータを画面上のピクセル位置と関連付
けてストアするピクセルデータバッファと、クリッピン
グ領域の手前側境界面の各位置のデプス値を上記画面上
のピクセル位置と関連付けてストアする第１バッファと
、上記クリッピング領域の後ろ側境界面の各位置のデプス
値を上記画面上のピクセル位置と関連付けてストアする
第２バッファと、表示対象上の各位置のピクセルデータ及びデプス値を上
記画面のピクセル位置と関連付けて生成する手段と、上記生成されたデプス値が上記第１バッファの対応する
デプス値より大きく、かつ上記第２バッファのデプス値
より小さいときに、上記第２バッファの対応するデプス
値を上記生成されたデプス値で置き換え、かつ上記ピク
セルデータバッファの対応するピクセルデータを上記生
成したピクセルデータで置き換える手段とを有すること
を特徴とする画像表示装置。
（３）上記第１バッファまたは上記第２バッファにスト
アされているデプス値に関連する上記画面上のピクセル
位置を指示するフラグバッファを具備し、上記指示され
たピクセル位置でのみ上記表示対象のピクセルデータ及
びデプス値を生成するようにした特許請求の範囲第１項
または第２項記載の画像表示装置。