JPH02275594A - 付影処理方法およびその装置 - 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】 〈産業上の利用分野〉 この発明は付影処理方法およびその装置に関し、さらに
詳細にいえば、光源が複数個存在する場合に適用できる
新規な付影処理方法およびその装置に関する。

〈従来の技術、および発明が解決しようとする課題〉 従来からコンピュータ・グラフィックスにおいては表示
の高度化の要請が強くなっており、具体的には、描画対
象図形単体としての立体表現のみならず描画対象図形全
体としての立体表現をも行なうことができる何形処理機
能を具備させることが研究され始めている。

この何形処理機能として、 ■　投影面上の各画素に対する点と視点を結ぶ視線を想
定し、視線と交わる一番手前の図形との交点を得、交点
と光源を結ぶ線分を得て、得られた線分と交差する図形
を検出し、検出された図形上の画素を影とする方法、 ■　何れかの図形の辺を他の図形上に投影し、さらにそ
れを投影面上に投影して走査線上の影の領域を得る方法
、および ■　光源からみた状態で各図形について隠面処理と同じ
アルゴリズムを適用することにより影領域を得、次いで
視点からみた状態で各図形について隠面処理を施すとと
もに、上記影領域を投影面上にマツピングする方法 が提案されている。

これらのうち、■の付影処理方法は簡単なアルゴリズム
で何形処理が施された表示を行なわせることができるの
であるが、画素毎に処理を行なわなければならないので
あるから処理所要時間が著しく長くなってしまうという
問題がある。

また、■の付影処理方法は画素毎の処理を行なうのでは
なく、走査線毎に処理を行なうのであるから■の付影処
理方法と比較して処理所要時間を短縮することができる
のであるが、所要時間を十分には短縮することができな
いという聞届がある。

そして、上記何れの付影処理方法においても、特に双３
次パラメトリック方程式で表現される自由曲面を対象と
する場合には計算時間が著しく長くなってしまい、この
結果、何形処理所要時間も著しく長くなってしまうとい
う問題がある。

さらに、■の付影処理方法は隠面処理方法と同様のアル
ゴリズムにより影領域を得るのであるから所要時間を短
くすることができるのであるが、マツピング処理を行な
うことが必要であるため、付加データの瓜が増加すると
ともに、構成および処理が複雑化し、しかも全画素が何
形処理の対象になるため、何形処理所要時間を十分には
短縮することができないという問題がある。さらに、面
と面との相対関係を処理することが必要になるため処理
可能な対象図形に制限があるという問題もある。

これらの問題点を考慮して、光源座標系および視点座標
系の双方についてそれぞれデプス・バッファ・アルゴリ
ズムを適用することにより何形処理を行なう方法（ｒＺ
−バッファ法による簡易造影法」　清水相貌はか３名　
情報処理学会第３０回（昭和６０年前期）全国大会　参
照）が提案されている。

しかし、この方法は何形処理のために必要な座標変換、
座標値比較等が画素毎の処理を対象とすることになり、
演算量が著しく多く、しかも無駄な演算を行なうことに
なるのであるから、未だ十分な何形処理所要時間の短縮
効果を達成することができないという問題がある。

さらに、上記前れの付影処理方法も１光源時における何
形処理に有効なだけであり、複数の光源が存在するモデ
ル（現実にはこのようなモデルが圧倒的に多い）には適
用することができないという問題がある。

また、本件発明者は、上記Ｚ−バッファ法による簡易造
影法の問題点を解消し得る付影処理方法として、描画対
象図形データから何形対象とする描画対象図形データを
抽出して光源方向を奥行き方向とする光源座標系上の描
画図形データに変換し、変換後の描画対象図形が、光が
当る面が全面か一部の面か全く存在しない−かを判別し
、視線方向を奥行き方向とする視点座標系上の描画対象
図形を描画するに当って、判別結果に基づいて光が当ら
ない面に対応させて影情報に基づく描画処理を施す方法
を提案している（特願昭８３−１７５７７８号明細書参
照）。したがって、この方法を複数光源の場合に適用す
れば、複数光源による何形処理を高精度に達成できると
思われるが、実際には、光源数と等しい数のプライオリ
ティ格納用メモリを準備する必要がある関係上、構成が
著しく大型化するという問題がある。また、表示演算時
に視点座標系における捕間演算、輝度計算、各光源座標
系における補間演算を行ないながら各プライオリティを
比較し、比較結果に基づいて定まる輝度値を画像メモリ
に書込まなければならず、光源数の増加に伴なって演算
量が著しく多くなるので、何形処理所要時間が長くなっ
てしまうという問題がある。

〈発明の目的〉 この発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、
光源数が多い場合でも何形処理所要時間を著しく短縮す
ることができる新規な付影処理方法およびその装置を提
供することを目的としている。

く課題を解決するための手段〉 上１妃の目的を達成するための、この発明の付影処理方
法は、視点座標系における図形について各光源毎の座標
系に基づいて奥行き方向のソートを行なって各光源毎の
可視・不可視を検出し、各光源毎の可視・不可視検出結
果に基づいて影情報を抽出し、抽出された影情報を考慮
して各図形の各部における輝度を算出する方法である。

但し、各光源毎の座標系に基づいて奥行き方向のソート
を行なってプライオリティを得、プライオリティに基づ
いて各光源毎の可視・不可視検出データを生成する方法
であることが好ましい。

以上の目的を達成するための、この発明の付影処理装置
は、視点座標系における図形について各光源毎の座標系
に基づいて奥行き方向のソートを行なってプライオリテ
ィを得るプライオリティ生成手段と、生成されたプライ
オリティを格納するプライオリティ格納手段と、プライ
オリティに基づいて各光源毎の可視・不可視検出データ
を生成する可視・不可視検出データ生成手段と、生成さ
れた可視・不可視検出データを視点座標系で格納する可
視・不可視検出データ格納手段と、各光源毎の可視・不
可視検出データに基づいて影情報を抽出する影情報抽出
手段と、抽出された影情報を考慮して各図形の各部にお
ける輝度を算出する輝度算出手段とを具備している。

上記の目的を達成するための、他の発明の付影処理方法
は、視点座標系における図形について各光源毎の座標系
に基づいて奥行き方向のソートを行なって、視点座標系
における奥行き方向のソート結果をも考慮して、光が当
る領域と影の領域とにそれぞれ対応する輝度を設定し、
全ての光源について輝度を累積加算する方法である。

上記の目的を達成するための、他の発明の付影処理装置
は、視点座標系における図形について各光源毎の座標系
に基づいて奥行き方向のソートを行なって光源側プライ
オリティを得る光源側プライオリティ生成手段と、生成
された光源側プライオリティを視点座標系で格納するプ
ライオリティ格納手段と、図形について視点座標系に基
づいて奥行き方向のソートを行なって視点側プライオリ
ティを得る視点側プライオリティ生成手段と、各光源に
基づいて定まる光が当る部分の輝度と影の部分の輝度と
を出力する輝度出力手段と、両プライオリティに基づい
てピクセル単位で光が当る領域か影の領域かを判別する
領域判別手段と、明域判別結果に基づいて該当する輝度
を選択する選択手段と、選択された輝度を既に格納され
ている輝度に累積加算する累積加算手段とを具備してい
る。

く作用〉 以上の付影処理方法であれば、視点座標系における図形
について各光源毎の座標系に基づいて奥行き方向のソー
トを行なって各光源毎の可視・不可視を検出し、各光源
毎の可視・不可視検出結果に基づいて影情報を抽出する
のであるから、従来公知のＺ−ソート処理と同様の方法
により簡単に影情報を得ることができ、しかも、得られ
た影情報に基づいて簡単に輝度を算出することができ、
この結果、複数の光源ををするモデルを影付は表示する
ための演算量を大幅に減少させ、所要１．１７間を大幅
に短縮することができる。

そして、各光源毎の座標系に基づいて奥行き方向のソー
トを行なってプライオリティを得、プライオリティに基
づいて各光源毎の可視・不可視検出データを生成する方
法である場合には、Ｚ−ソートを行なって一部各光源毎
のプライオリティを得ておき、得られたプライオリティ
を考慮して可視・不可視検出データを生成するのである
から、従来公知の処理をそのまま適用できる。

以上の構成の付影処理装置であれば、視点座標系におけ
る図形について各光源毎の座標系に基づいて奥行き方向
のソートを行なうことにより、プライオリティ生成手段
によりプライオリティを得てプライオリティ格納手段に
格納する。そして、プライオリティ格納手段に格納され
たプライオリティに基づいて可視・不可現検出データ生
成手段により各光源毎の可視・不可現検出データを生成
して視点座標系で可視・不可視検出データ格納手段に格
納する。全ての光源について可視・不可視検出データが
可視・不可視検出データ格納手段に格納されたことを条
件として、各光源毎の可視・不可視検出データに基づい
て影情報抽出手段により影情報を抽出し、輝度値算出手
段により各図形の各部における輝度を算出することがで
きる。

さらに詳細に説明すると、複数の光源が存在する場合に
は全ての光源に対して影となる本影領域と何れかの光源
に対してのみ影となる半影領域とが存在するのであり、
影領域毎に輝度を変化させることが必要になるのである
から従来は複数光源のモデルに対する灯影処理は全く行
なわれていなかった。しかし、本件発明者は、特定の光
源に基づく輝度が周囲光と拡散光と反射光との和になる
ことに着１１シ、複数の光源が存在する場合には各光源
に基づく輝度の和をとることにより最終的に表示される
べき輝度を得ることができ、しがも他の図形により影に
なる部分については該当する反射光を０にするだけで簡
単に灯影処理を行ない得ることを見出し、本件発明を完
成させたのである。

したがって、各光源に対する可視・不可視に基づいて反
射光成分を加味するか否かを判別して輝度を得ることに
より、少ない演算量で高速に、高品質の灯影処理を達成
することができる。

他の発明の付影処理方法であれば、予め各光源毎の可視
・不可視の判別を行なっておき、全ての可視・不可視を
総合して輝度を算出するのではなく、各光源毎に影情報
に基づく描画が否がを判別して輝度を書込み、全ての輝
度を累積加算することにより最終的に表示されるべき輝
度を得ることができる。

他の発明の付影処理装置であれば、視点座標系における
図形について各光源毎の座標系に基づいて奥行き方向の
ソートを行なって光源側プライオリティ生成手段により
光源側プライオリティを得て視点座標系でプライオリテ
ィ格納手段に格納しておき、図形について視点座標系に
基づいて奥行き方向のソートを行なって視線側プライオ
リティ生成手段により視点側プライオリティを得て、領
域判別手段により両プライオリティに基づいてピクセル
単位で光が当る領域か影の領域かを判別して光が当る部
分の輝度または影の部分の輝度を選択的に出力する。そ
して、選択された輝度を累積加算手段に供給することに
より、選択された輝度値を既に格納されている輝度値に
累積加算する。

上記一連の処理が全ての光源について行なわれれば、最
終的に表示されるべき輝度が得られるので、得られた輝
度に基づいて図形を表示することにより何形処理を達成
することができる。

〈実施例〉 以下、実施例を示す添付図面によって詳細に説明する。

第１図はこの発明の付影処理方法の一実施例を示すフロ
ーチャートであり、ステップ■において視点座標系上の
図形を選択された光源に基づく光源座標系に変換し、ス
テップ■において光源座標系上で図形をＺ−ソートして
プライオリティを生成し、ステップ■において、得られ
たプライオリティを一時保持し、ステップ■において、
プライオリティに基づいて可視・不可視検出データに変
換して選択された光源の種類と共に一時保持する。

そして、ステップ■において全ての光源に対する処理が
終了したか否を判別し、終了していなければ、ステップ
■において次の光源を選択し、再びステップ■の処理を
行なう。逆に、ステップ■において全ての光源に対する
処理が終了したと判別された場合には、ステップ■にお
いて、全ての光源について一時保持されている可視・不
可現検出データに基づいて ■−Σ（周囲光＋拡散光子反射光） （但し、影の部分は反射光を０にする）の演算を行なう
ことにより各図形の各部の輝度■を算出し、ステップ■
において、算出された輝度に基づく可視的表示を行なう
ことにより、複数の光源に基づく灯影表示を達成する。

即ち、各光源毎に２−ソートを行なって可視・不可視を
検出し、検出結果に基づいて輝度計算を行なうだけでよ
いから、演算量を大幅に減少させて高速に何形処理を行
なうことができる。具体的には、描画時のみの処理時間
についてみれば、影付けを行なわない場合とほぼ等しい
描画速度を達成することができた。また、描画の前段階
における処理も余り複雑ではないから、全体として何形
処理速度を大幅に高速化できる。

〈実施例２〉 第２図はこの発明の付影処理装置の一実施例を示すブロ
ック図であり、視点塵（頭糸上の図形を光源座標系に変
換する座標変換部（１）と、座標変換された図形をＺ−
ソートし、プライオリティを生成するＺ−バッファ（２
）と、生成されたプライオリティを格納する光源座標系
でのプライオリティ・バッファ（３）と、プライオリテ
ィ・バッファ（３）からプライオリティを読出して可視
・不可視検出データに変換するとともに、選択された光
源を示す光源識別データを生成するデータ斐換部（４）
と、変換された可視・不可視検出データおよび光源識別
データを光源毎に格納する視点座漂系での光源ナンバー
・バッファ（５）と、光源の数だけ座標変換、２−ソー
トおよびデータ変換を行なわせる制御部（６）と、必要
な全てのデータが光源ナンバー・バッファ（５）に書込
まれたことを条件として光源ナンバー・バッファ（５）
から可視・不可現検出データおよび光源識別データを読
出して ■−Σ（周囲光＋拡散光子反射光） の演算を行なう輝度算出部（７）と、算出された輝度を
格納する画像メモリ（８）と、画像メモリ（８）の内容
に基づく可視的表示を行なうＣＲＴデイスプレィ装置（
９）とを有している。上記輝度算出部（７）は、影領域
の抽出機能をも具備するものであるが、影領域抽出機能
と輝度算出機能とを分離してもよいことは勿論である。

したがって、この実施例の場合には、例えば、第３図（
Ａ）に示すように視点座標系上で図形が定義されており
、光源座標系に座標変換することにより第３図（Ｂ）に
示す状態となる場合を例にとれば、プライオリティ・バ
ッファ（３）には、第３図（Ｃ）に示すようなプライオ
リティが格納され、光源ナンバー・バッファ（５）の、
光源ナンバーに対応するブレーンに上記プライオリティ
に基づいて定まる可視・不可現検出データ（但し、“１
”が可視、“０”が不可視にそれぞれ対応している）が
書込まれる（第３図（Ｄ）参照）。したがって、光源ナ
ンバー・バッファ（５）の内容に基づいて輝度を算出す
る場合には、反射光をＯにすべき光源が簡単に識別され
ることになり、識別結果に基づいて輝度を算出すること
により、高品質の何形処理を達成することができる。

〈実施例３〉 第４図はこの発明の付影処理方法の他の実施例。

を示すフローチャートであり、ステップ■において視点
座標系上の図形を選択された光源に基づく光源座標系に
変換し、ステップ■において光源座標系上で図形をＺ−
ソートして光源側プライオリティを生成し、ステップ■
において視点座標系上で図形をＺ−ソートして視点側プ
ライオリティを生成し、ステップ■において両プライオ
リティを比較することにより、該当する光源に関して影
になる部分と光が当る部分とを区分し、ステップ■にお
いて、影になる部分、光が当る部分のそれぞれに対して
該当する輝度を選択し、ステップ■において、既に格納
されている輝度に対して累積加算し、ステップ■におい
て全ての光源に対する処理が終了したか否を判別し、終
了していなければ、ステップ■において次の光源を選択
し、再びステップ■の処理を行なう。逆に、ステップ■
において全ての光源に対する処理が終了したと判別され
た場合には、ステップ■において、全ての光源について
累積加算された輝度に基づいて可視的表示を行なうこと
により、複数の光源に基づく何形表示を達成する。

即ち、各光源毎にＺ−ソートを行なって視点座標系上で
のＺ−ソート結果とに基づいて影か否かを区分し、この
区分結果に基づいて輝度を算出して出力すればよ（、全
ての輝度を累積加算するだけで簡単に表示すべき輝度を
得ることができる。

〈実施例４〉 第５図はこの発明の前影処理装置の他の実施例を示すブ
ロック図であり、視点座標系上の図形データが１共給さ
れることにより、図形表示のために必要な演算を行なっ
て座標、プライオリティ、影の部分の輝度、光が当る部
分の輝度を出力する表示演算部（１１）と、光源座標系
に座標変換された図形データを入力としてプライオリテ
ィを生成するプライオリティ生成部（１２）と、生成さ
れたプライオリティを視点座標系で格納するプライオリ
ティ・バッファ（１３）と、上記座標値に基づいてプラ
イオリティ・バッファ（１３）から続出されるプライオ
リティと表示ｅＬｎ部から出力されるプライオリティと
を比較して領域識別信号を得る比較部（１４）と、開城
識別信号に基づいて該当する輝度を選択する選択部（１
５）と、選択部（１５）により選択された輝度を、既に
画像メモリ（１８）に書込まれている輝度に対して累積
加算する累積加算部（Ｉ６）と、表示演算、プライオリ
ティ生成、プライオリティ比較を光源の数だけ反復して
行なわせる制御部（１７）とを有している。

したがって、この実施例の場合には、光源毎の処理を行
なう場合に、何れかの輝度を選択するだけでよく、第２
図の実施例のような輝度算出動作を行なう必要がない。

また、光源数分の可視・不可視検出データを保持してお
く必要がないので光源ナンバー・バッファ（５）が不要
になり、代わりにハードウェア量が少ない累積加算部（
１６）が必要になるだけであるから、構成が簡素化でき
る。

尚、この発明は上記の実施例に限定されるものではなく
、例えば、比較部（１４）に変えてデコーダを使用する
ことが可能であるほか、周囲光を予め定数として与えて
おき、 １−（周囲光）＋Σ（拡散光子反射光）の演算を行なう
ことにより輝度を算出することが可能であり、その他、
この発明の要旨を変更しない範囲内において種々の設計
変更を施すことが可能である。

〈発明の効果〉 以上のように第１の発明は、従来公知のＺ−ソート処理
と同様の方法により簡ｌｉｔに影情報を得、しかも、得
られた影情報に基づいて簡単に輝度を算出するので、複
数の光源ををするモデルを影付は表示するための演算量
を大幅に減少させ、所要時間を大幅に短縮することがで
きるという特をの効果を奏する。

第２の発明は、Ｚ−ソートを行なって一部各光源毎のプ
ライオリティを得ておき、得られたプライオリティを考
慮して可視・不可視検出データを生成するのであるから
、従来公知の処理をそのまま適用でき、何形処理のため
のシステム構築を簡単化できるという特有の効果を奏す
る。

第３の発明は、簡単に影情報を得、しかも、得られた影
情報に基づいて簡単に輝度を算出するので、複数の光源
を有するモデルを影付は表示するだめの演算量を大幅に
減少させ、所要時間を大幅に短縮することができるとい
う特有の効果を奏する。

第４の発明は、各光源毎に影情報に基づく描画か盃かを
判別して輝度を書込み、全ての輝度を累積加算すること
により最終的に表示されるべき輝度を得るので、表示す
べき輝度を算出するための演算を不要にすることができ
るという特有の効果を奏する。

第５の発明は、各光源毎に影情報に基づ（描画か否かを
判別して輝度を書込み、全ての輝度を累積加算すること
により最終的に表示されるべき輝度を得るので、表示す
べき輝度を算出するための演算手段を不要にすることが
できるという特有の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の付影処理方法の一実施例を示すフロ
ーチャート、 第２図はこの発明の射影処理装置の一実施例を示すブロ
ック図、 第３図は何形処理動作を説明する概略図、第４図はこの
発明の付影処理方法の他の実施例を示すフローチャート
、 第５図はこの発明の射影処理装置の他の実施例を示すブ
ロック図。 （２）・・・Ｚ−バッファ、 （３）・・・光源座標系でのプライオリティ・ノ＜・ソ
ファ、（４）・・・データ変換部、 （５）・・・視点座標系での光源ナンノく−・／＜・７
フア、（７）・・・輝度算出部、（１１）・・・表示演
算部、（１２）・・・プライオリティ生成部、（１３）
・・・プライオリティ・バ・ソファ、（１４）・・・比
較部、（１５）・・・選択部、（１Ｂ）・・・累積加算
部特許出願人　　ダイキン工業株式会社 代　　理　　人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、視点座標系における図形について各光 源毎の座標系に基づいて奥行き方向のソ ートを行なって各光源毎の可視・不可視 を検出し、各光源毎の可視・不可視検出 結果に基づいて影情報を抽出し、抽出さ れた影情報を考慮して各図形の各部にお ける輝度を算出することを特徴とする付 影処理方法。 ２、各光源毎の座標系に基づいて奥行き方 向のソートを行なってプライオリティを 得、プライオリティに基づいて各光源毎 の可視・不可視検出データを生成する上 記特許請求の範囲第１項記載の付影処理 方法。 ３、視点座標系における図形について各光 源毎の座標系に基づいて奥行き方向のソ ートを行なってプライオリティを得るプ ライオリティ生成手段（２）と、生成されたプライオリ
   ティを格納するプライオリテ ィ格納手段（３）と、プライオリティに基づいて各光源
   毎の可視・不可視検出データ を生成する可視・不可視検出データ生成 手段（４）と、生成された可視・不可視検出データを視
   点座標系で格納する可視・不 可視検出データ格納手段（５）と、各光源毎の可視・不
   可視検出データに基づいて影 情報を抽出する影情報抽出手段（７）と、抽出された影
   情報を考慮して各図形の各部 における輝度を算出する輝度算出手段（７）とを具備す
   ることを特徴とする付影処理 装置。 ４、視点座標系における図形について各光 源毎の座標系に基づいて奥行き方向のソ ートを行なって、視点座標系における奥 行き方向のソート結果をも考慮して、光 が当る領域と影の領域とにそれぞれ対応 する輝度を設定し、全ての光源について 輝度を累積加算することを特徴とする付 影処理方法。 ５、視点座標系における図形について各光 源毎の座標系に基づいて奥行き方向のソ ートを行なって光源側プライオリティを 得る光源側プライオリティ生成手段（１２）と、生成さ
   れた光源側プライオリティを 視点座標系で格納するプライオリティ格 納手段（１３）と、図形について視点座標系に基づいて
   奥行き方向のソートを行なっ て視点側プライオリティを得る視点側プ ライオリティ生成手段（１１）と、各光源に基づいて定
   まる光が当る部分の輝度と影 の部分の輝度とを出力する輝度出力手段 （１１）と、両プライオリティに基づいてピクセル単位
   で光が当る領域か影の領域か を判別する領域判別手段（１４）と、領域判別結果に基
   づいて該当する輝度を選択す る選択手段（１５）と、選択された輝度を既に格納され
   ている輝度に累積加算する累 積加算手段（１６）とを具備することを特徴とする付影
   処理装置。