JPH06301792A

JPH06301792A - テクスチャマッピング装置

Info

Publication number: JPH06301792A
Application number: JP8848793A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Oka; 正昭岡
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1993-04-15
Filing date: 1993-04-15
Publication date: 1994-10-28
Anticipated expiration: 2017-09-24
Also published as: JP3327986B2

Abstract

(57)【要約】【構成】画像表示すべき物体を構成するポリゴンに対
してテクスチャ画像を貼り付ける際に、グラフィックプ
ロセッサ１６内のスクリーン座標計算機能部２１で求め
られたポリゴンの各頂点のスクリーン座標に基づいてポ
リゴン分割数決定機能部２２にて分割数を決定し、ポリ
ゴン分割機能部２３で該ポリゴンを分割して、これらの
分割された小ポリゴン毎にテクスチャマッピング機能部
２４でテクスチャマッピングを行う。【効果】計算量を増加させることなくポリゴンの対角
線上での画質劣化を有効に防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、コンピュータを用いた
映像機器であるグラフィックコンピュータ、特殊効果装
置、ビデオゲーム機等においてテクスチャマッピングの
手法を使って画像を作成するようなテクスチャマッピン
グ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、家庭用ＴＶゲーム機やパーソナ
ルコンピュータ装置、あるいはグラフィックコンピュー
タ装置等において、テレビジョン受像機やモニタ受像機
あるいはＣＲＴディスプレイ装置等に出力されて表示さ
れる画像のデータ（表示出力画像データ）を生成あるい
は作成する際に、いわゆるテクスチャ（生地、地模様）
の画像を表示される多面体等の所望の面（画像表示すべ
き物体を構成する単位となる多角形領域、いわゆるポリ
ゴン）に貼り付けるようなテクスチャマッピングの手法
が採られることがある。

【０００３】ここで図６は、従来のテクスチャマッピン
グ機能を有する画像作成装置の構成の一例を示すブロッ
ク図である。この図６において、マイクロプロセッサ等
から成るＣＰＵ１０１がバスライン１０９に接続され、
このバスライン１０９には、プログラムやデータ等を格
納するメインメモリ１０２、上記テクスチャのソースと
なる画像（テクスチャソース画像）のデータを格納する
ビデオメモリ１０３、及び生成あるいは作成された上記
表示出力画像のデータが格納されるビデオメモリ１０４
が少なくとも接続されている。ＣＰＵ１０１は、ビデオ
メモリ１０３からテクスチャソース画像のデータを読み
出して、必要に応じて変形を加え、ビデオメモリ１０４
に書き込む。ビデオメモリ１０４の表示領域内に書き込
まれた上記表示出力画像のデータは、Ｄ／Ａ変換器１０
５でアナログ信号に変換されて映像出力として取り出さ
れる。

【０００４】この図６に示すような構成の画像作成装置
等を用いてテクスチャマッピング処理を行う際には、任
意の１つのいわゆるポリゴン（画像表示すべき物体を構
成する単位となる多角形領域）に所定のテクスチャ画像
を貼り付けようとするとき、例えば次のような方法が採
用されている。この方法について、図７のフローチャー
トを参照しながら説明する。

【０００５】この図７において、ポリゴンの各頂点、例
えば三角形の３つの頂点の３次元座標（ローカル座標
系）に、座標変換マトリックスの乗算（ステップＳ９
１）と、平行移動ベクトルの足し算（ステップＳ９２）
を行い、表示のためのスクリーンに固定の座標系での３
次元座標を求める。

【０００６】次に、スクリーン座標系での３次元座標を
透視変換（ステップＳ９３）し、スクリーン（表示面）
上での２次元座標を求める。

【０００７】以上でテクスチャ画像とスクリーン上のポ
リゴンの間に各三角形の３頂点での対応関係ができたの
で、これをもとに一次変換式を作る（ステップＳ９４）
ことができる。この一次変換式を使って、ポリゴンに含
まれる画素に対応するテクスチャ画像上の点を求め、そ
の画素値をポリゴン内の画素に書き込む（ステップＳ９
５）。

【０００８】このような方法で複数の三角形から成るポ
リゴンにテクスチャマッピングを行う場合、例えばポリ
ゴンが四角形である場合には、図８のＢに示すように四
角形８１を２つの三角形８２、８３に分割し、上記マッ
ピング操作を各三角形８２、８３に対して行う。図８の
Ａはテクスチャ画像側の対応する四角形８１ｔ及び２つ
の分割三角形８２ｔ、８３ｔをそれぞれ示している。

【０００９】図９は、テクスチャの具体例として格子模
様（方眼地）としたときのテクスチャ画像側の四角形８
１ｔ及び２つの分割三角形８２ｔ、８３ｔと、これがマ
ッピングされた表示（スクリーン）画像側の四角形８１
及び２つの分割三角形８２、８３とをそれぞれ示してい
る。

【００１０】ここで、ポリゴンの大きさが大きく、平行
四辺形に比べてひずんでいるときには、上述した方法に
よるテクスチャマッピングでは、例えば図９のＢに示す
ように、分割三角形８２、８３のつなぎめのところでテ
クスチャの屈折が生じ、表示画像の画質を損なう。

【００１１】そこで、このようなテクスチャの屈折によ
る画質の劣化を防ぐために、図１０のフローチャートに
示すような方法が考えられている。

【００１２】すなわち、先ずステップＳ７１において、
上記ポリゴンを図１１のＢに示すようにいくつかの（例
えば４つの）分割領域である小ポリゴンに分割する。次
のステップＳ７２において、上記各小ポリゴンに対応す
るように、テクスチャ画像も分割する（図１１のＡ）。

【００１３】次のステップＳ７３以降では、分割された
小ポリゴン毎に、上記図７のステップＳ９１からステッ
プＳ９５までの処理を行う。すなわち、図１０の各ステ
ップＳ７３、Ｓ７４、Ｓ７５、Ｓ７６、及びＳ７７は、
上記図７の各ステップＳ９１、Ｓ９２、Ｓ９３、Ｓ９
４、及びＳ９５にそれぞれ対応し、同様な処理を小ポリ
ゴンに対して行う。ステップＳ７８では、上記ステップ
Ｓ９１〜Ｓ９５の処理が全ての小ポリゴンに対して行わ
れたか否かを判別し、ＮＯのときはステップＳ７３に戻
り、ＹＥＳのときは処理を終了することにより、全体の
テクスチャマッピングを完成させている。

【００１４】このようなポリゴンを分割して得られた小
ポリゴン毎にテクスチャマッピング処理を施すことによ
り、それぞれの小ポリゴンの中でのみ画像のひずみが生
じ、全体としては画質の劣化が減ることになる。

【００１５】図１２は、テクスチャの具体例として格子
模様（方眼地）としたときのテクスチャ画像側をＡに、
これがマッピングされた表示（スクリーン）画像側の四
角形のポリゴンをＢにそれぞれ示している。この図１２
のＢと、上記図９のＢとを比べれば、ポリゴン（四角
形）の対角線上でのテクスチャの折れ曲がりが、図１２
のＢの方が少なくなっている（目立たなくなっている）
ことがわかる。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記図１０
に示したような方法によれば、ポリゴンの頂点の数が上
記分割数に比例して増えるため、全体の計算量も増加す
ることになる。すなわち、ポリゴンとして四角形を想定
するとき、この四角形のポリゴンにテクスチャマッピン
グを施すときには、 (1) ポリゴンを再分割しないと対角線上で画質が劣化す
る。 (2) ポリゴンを再分割すると分割数だけ計算量が増え
る。 (3) 分割数を前もって増やしておくと、分割前のポリゴ
ンが小さいとき計算が無駄になる。という問題点がある。

【００１７】本発明は、このような実情に鑑みてなされ
たものであり、計算量を大幅に増大させることなく、ポ
リゴンの対角線上でのテクスチャの折れ曲がり等の画質
劣化を有効に改善し得るようなテクスチャマッピング装
置を提供することを目的とするものである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明に係るテクスチャ
マッピング装置は、画像表示すべき物体を構成する単位
となる多角形領域（いわゆるポリゴン）に対して所望の
テクスチャ画像を貼り付けるテクスチャマッピング装置
において、上記多角形領域の各頂点のスクリーン座標か
ら求められた該多角形領域の形状に関する情報に応じて
該多角形領域の分割数を決定する手段と、上記多角形領
域の各頂点のスクリーン座標から上記分割数に応じて内
挿によって複数の分割多角形領域（いわゆる小ポリゴ
ン）に分割する手段と、この分割された各分割多角形領
域のそれぞれの各頂点のスクリーン座標を用いて各分割
多角形領域のテクスチャマッピングを行う手段とを有し
て成ることにより、上述の課題を解決するものである。

【００１９】ここで、上記形状に関する情報としては、
上記多角形領域のひずみ量及び／又は面積（大きさ）を
用いることができる。

【００２０】

【作用】スクリーン上のポリゴン（単位多角形領域）の
対角線上のテクスチャの屈折等の画質劣化を、該ポリゴ
ンの分割により改善すると共に、このときの分割数を該
ポリゴンのひずみ量や面積（大きさ）に応じて決定して
いるため、必要最小限の分割が行われ、無駄な計算量の
増大を防止できる。また、スクリーン座標系での小ポリ
ゴン（分割された各多角形領域）の各頂点座標は、元の
ポリゴンのスクリーン座標系での頂点座標から内挿で求
めているため、各小ポリゴンの頂点座標を座標変換で求
めなくてもよく、計算量の増加が少ない。

【００２１】

【実施例】以下、本発明に係る好ましい実施例について
図面を参照しながら説明する。図１は本発明に係るテク
スチャマッピング装置の一実施例の要部の概略構成を示
すブロック回路図である。

【００２２】この図１において、マイクロプロセッサ等
から成るＣＰＵ１１がバスライン１９に接続され、この
バスライン１９には、プログラムやデータ等を格納する
メインメモリ１２と、入力パッド等の入力デバイス１４
からの操作データを取り込むためのインターフェース１
３と、画像を生成するためのグラフィックプロセッサ１
６とが接続されており、グラフィックプロセッサ１６に
は生成された画像を格納するためのビデオメモリ１５が
接続されている。ここで、メインメモリ１２には、プロ
グラムのみならず、描画しようとする物体の３次元頂点
座標（ローカル座標あるいはオブジェクト座標）や、座
標変換マトリックスや、表示される物体の各面を構成す
る単位となる多角形領域（いわゆるポリゴン）に貼り付
けられるいわゆるテクスチャ画像の格納場所を示す情報
等の各種情報が格納されている。ＣＰＵ１１は、メイン
メモリ１２に格納されているプログラムの実行に従って
必要とされる情報をメインメモリ１２から取り出し、グ
ラフィックプロセッサ１６に転送する。

【００２３】グラフィックプロセッサ１６は、表示され
る画像の作成や描画等の処理を行うものであるが、特に
テクスチャマッピングに関連した主要な処理について、
機能ブロックにて表して説明する。これらの機能ブロッ
クは、ソフトウェア的に実現される各機能をハードウェ
ア的に表したものである。

【００２４】スクリーン座標計算機能部２１では、メイ
ンメモリ１２に格納されている上記物体の頂点座標（ロ
ーカル座標）や座標変換マトリックス等から、スクリー
ンに固定の座標系（スクリーン座標系）での３次元座標
を計算し、さらには実際に表示されるスクリーン上での
２次元座標を求める。

【００２５】ポリゴン分割数決定機能部２２は、上記ポ
リゴン（単位多角形領域）の各頂点のスクリーン座標か
ら求められた該ポリゴンの形状に関する情報に応じて、
該ポリゴンの分割数を決定するものである。具体的に
は、上記ポリゴンを四角形とするとき、４頂点のスクリ
ーン上での２次元座標の「ひずみ」や「大きさ（あるい
は面積）」に応じてポリゴンの分割数を決める。例え
ば、平行四辺形から形がずれるほど「ひずみ」は大きく
なる。また、「大きさ」はスクリーン座標系における大
きさ（面積）、すなわち見た目の大きさである。

【００２６】ポリゴン分割機能部２３は、上記ポリゴン
の各頂点のスクリーン座標から上記分割数に応じて、内
挿によって当該ポリゴンを複数の分割領域（小ポリゴ
ン）に分割するものである。この場合、辺の２分点は両
端点の平均、ポリゴンの中心点は４頂点の平均によって
決めればよい。

【００２７】テクスチャマッピング機能部２４は、分割
された各領域（小ポリゴン）のそれぞれの各頂点のスク
リーン座標を用いて、各小ポリゴンのテクスチャマッピ
ングを行うものである。具体的に、上記ポリゴンが四角
形で、これを分割した小ポリゴンも四角形の場合には、
各小ポリゴンについて三角形分割を行い、それぞれの三
角形について一次変換式を求め、この一次変換式を用い
て、各小ポリゴンに含まれる画素に対応するテクスチャ
画像上の点を求め、その画素値を各小ポリゴン内の画素
に書き込むようにすればよい。

【００２８】次に、本発明の実施例の処理の流れの具体
例について、図２のフローチャートを参照しながら説明
する。この具体例においては、説明を簡略化するため
に、画像表示の物体の単位構成要素となる多角形領域で
ある上記ポリゴンとして、例えば四角形を用いるものと
する。

【００２９】上述したポリゴンの具体例としての四角形
の４頂点の３次元座標（ローカル座標系）に対して、ス
テップＳ３１にて上記座標変換マトリックスの乗算を行
い、ステップＳ３２にて平行移動ベクトルの加算を行う
ことにより、スクリーンに固定の座標系（スクリーン座
標系）での３次元座標を求める。次のステップＳ３３で
は、上記スクリーン座標系での３次元座標を透視変換
し、スクリーン上での２次元座標を求める。

【００３０】次のステップＳ３４においては、上記工程
により求められた４頂点のスクリーン座標から、「ひず
み」、「大きさ（あるいは面積）」を求め、これらの
「ひずみ」、「大きさ」の少なくとも一方に応じて、上
記ポリゴンである四角形の分割数を決定する。ここで、
図３は上記「ひずみ」、「大きさ」の定義を説明するた
めの図であり、図３のＡ、Ｂに示すように、平行四辺形
から形がずれるほど「ひずみ」が大きくなり、図３の
Ｃ、Ｄに示すように、スクリーン座標系における見た目
の大きさ（面積）により「大きさ」の大小が決まる。こ
れらの「ひずみ」、「大きさ」の大小に応じて上記四角
形の分割数を決定する。

【００３１】この「ひずみ」や「大きさ」に応じて上記
分割数を決めるための評価式の例について、図４と共に
説明する。この図４に示すポリゴン（四角形）の４頂点
をＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄとし、辺ＡＢのベクトルをａ、辺Ａ
Ｄのベクトルｂ、辺ＤＣのベクトルをｃ、辺ＢＣの
ベクトルｄとし、さらにベクトルａの互いに直交す
るｘ、ｙ成分を（ａ₀、ａ₁）、ベクトルｂの各成分
を（ｂ₀、ｂ₁）、ベクトルｃの各成分を（ｃ₀、ｃ
₁）、ベクトルｄの各成分を（ｄ₀、ｄ₁）とすると
き、上記「ひずみ」の量（ひずみ量）Ｈを、Ｈ＝（ａ₀−ｃ₀）²＋（ａ₁−ｃ₁）² ＋（ｂ₀−ｄ₀）²＋（ｂ₁−ｄ₁）² ・・・（１）また、上記「大きさ」を表す量Ｅを、Ｅ＝｜ａ₀ｂ₁−ａ₁ｂ₀｜＋｜ｃ₀ｄ₁−ｃ₁ｄ₀｜・・・（２）と定義する。そして、これらの値Ｈ及びＥを用いて、分
割数Ｄ_ivを、Ｄ_iv＝ｋＥＨ（ただしｋは定数）・・・（３）のように決定することができる。この分割数は、自然数
であることが必要とされるが、２の倍数、あるいは２の
べき乗とすることが分割を容易化する上で好ましい。上
記（１）式に示すひずみ量Ｈは、ベクトルａとｃと
の平行度及びベクトルｂとｄとの平行度を表すもの
であるが、面積の成分も含んでいるため、純粋なひずみ
成分のみを求めたい場合には、例えば面積成分で除算す
ることによる正規化を施すようにしてもよい。分割数を
決定する要素としては、上記ひずみや大きさの他に、ポ
リゴン（四角形）の「細さ」等も考えられる。

【００３２】以上のようにしてポリゴン（四角形）の分
割数が決まったら、ステップＳ３５において、例えば図
５に示すようにポリゴンをいくつかの小ポリゴンに分割
してゆく。図５では４分割の例を示しており、図５のＢ
に示すポリゴン（四角形）の４頂点をＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄと
するとき、辺ＡＢを２分する分割点Ｍ、辺ＢＣの分割点
Ｎ、辺ＣＤの分割点Ｐ、及び辺ＤＡの分割点Ｑについて
は、それぞれの両端点の平均、すなわち、Ｍ＝（Ａ＋Ｂ）／２Ｎ＝（Ｂ＋Ｃ）／２Ｐ＝（Ｄ＋Ｃ）／２Ｑ＝（Ａ＋Ｄ）／２により求め、ポリゴンの中心点Ｏについては、４頂点の
平均、すなわち、Ｏ＝（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）／４により求めるようにすれば、計算が容易である。

【００３３】ステップＳ３６では、図５のＡに示すよう
に、テクスチャ画像側でも同様の分割を行う。

【００３４】このように充分細かく分割し終わった後、
図５に示すように各小ポリゴンについて三角形分割を行
い、ステップＳ３７にてそれぞれの微小三角形について
一次変換式を求める。この一次変換式は、スクリーン画
像側での微小三角形の各頂点に対応するテクスチャ画像
の座標に基づき、上記微小三角形の内部の画素の位置に
対応するテクスチャ画像の各点の座標を求めるものであ
り、この一次変換式を用いて、ステップＳ３８では上記
小ポリゴンに含まれる画素に対応するテクスチャ画像上
の点を求めて、その画素データを上記小ポリゴン内の画
素位置に書き込むことにより、描画を行う。

【００３５】次のステップＳ３９では、上記ステップＳ
３７、Ｓ３８の処理が全ての小ポリゴンについて実行さ
れたか否かを判別しており、ＮＯのときはステップＳ３
７に戻って、上記処理が施されていない小ポリゴンにつ
いて一次変換式を作成し、ステップＳ３８で上記描画処
理を施す。ステップＳ３９でＹＥＳと判別されたときに
は、このテクスチャマッピング処理を終了する。

【００３６】このような実施例によれば、分割前のポリ
ゴンでは対角線上で目立つテクスチャの折れ曲がりが目
立たなくなり、しかも、ポリゴンの分割数がポリゴンの
「ひずみ」、「大きさ」等に従って適応的にわかるた
め、無駄に計算量が増えることもない。さらに、分割に
よって増える計算は座標変換後の計算であるから、最初
からポリゴンを分割して全ての頂点について座標計算を
行うのに比べて、格段に計算量を減らすことができる。

【００３７】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明によれば、画像表示すべき物体を構成する単位となる
多角形領域（いわゆるポリゴン）の各頂点のスクリーン
座標から求められた該多角形領域の形状に関する情報
（ひずみ量や大きさ）に応じて該多角形領域の分割数を
決定し、これらの各頂点のスクリーン座標から上記分割
数に応じて内挿によって複数の分割多角形領域（いわゆ
る小ポリゴン）に分割し、この分割された各分割多角形
領域のそれぞれの各頂点のスクリーン座標を用いて各分
割多角形領域のテクスチャマッピングを行っている。従
って、ポリゴンの対角線上でのテクスチャの屈折等の画
質劣化を防止できると共に、ポリゴンのひずみ量や大き
さに応じて適応的に分割数を変化させているため、ポリ
ゴンのひずみ量が小さい場合や大きさが小さい場合は分
割の数も小さくなり、無駄な計算量の増加がない。ま
た、分割数が増えても、座標変換の回数は増えず、内挿
の回数が増えるだけであるので、計算量の増加も少なく
て済む。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るテクスチャマッピング装置の一実
施例が適用される画像作成装置の一例を示すブロック回
路図である。

【図２】該一実施例の動作を説明するためのフローチャ
ートである。

【図３】該一実施例に用いられるポリゴンのひずみ及び
大きさを説明するための図である。

【図４】該一実施例に用いられるポリゴンのひずみ及び
大きさを評価するための評価式の一例を説明するための
図である。

【図５】該一実施例のテクスチャマッピングを説明する
ための図である。

【図６】従来のテクスチャマッピングが施される画像作
成装置の一例を示すブロック回路図である。

【図７】従来のテクスチャマッピングの処理の流れを説
明するためのフローチャートである。

【図８】従来のテクスチャマッピングの処理を説明する
ための図である。

【図９】従来のテクスチャマッピングの処理を説明する
ための図である。

【図１０】従来のテクスチャマッピングのポリゴン分割
を伴う処理の流れを説明するためのフローチャートであ
る。

【図１１】従来のポリゴン分割を伴うテクスチャマッピ
ングの処理を説明するための図である。

【図１２】従来のポリゴン分割を伴うテクスチャマッピ
ングの処理を説明するための図である。

【符号の説明】

１１・・・・・ＣＰＵ１２・・・・・メインメモリ１４・・・・・ビデオメモリ１６・・・・・グラフィックプロセッサ２１・・・・・スクリーン座標計算機能部２２・・・・・ポリゴン分割数決定機能部２３・・・・・ポリゴン分割機能部２４・・・・・テクスチャマッピング機能部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画像表示すべき物体を構成する単位とな
る多角形領域に対して所望のテクスチャ画像を貼り付け
るテクスチャマッピング装置において、上記多角形領域の各頂点のスクリーン座標から求められ
た該多角形領域の形状に関する情報に応じて該多角形領
域の分割数を決定する手段と、上記多角形領域の各頂点のスクリーン座標から上記分割
数に応じて内挿によって複数の分割多角形領域に分割す
る手段と、この分割された各分割多角形領域のそれぞれの各頂点の
スクリーン座標を用いて各分割多角形領域のテクスチャ
マッピングを行う手段とを有して成ることを特徴とする
テクスチャマッピング装置。
【請求項２】上記形状に関する情報として、上記多角
形領域のひずみ量を用いることを特徴とする請求項１記
載のテクスチャマッピング装置。
【請求項３】上記形状に関する情報として、上記多角
形領域の面積を用いることを特徴とする請求項１記載の
テクスチャマッピング装置。
【請求項４】上記形状に関する情報として、上記多角
形領域のひずみ量及び面積を用いることを特徴とする請
求項１記載のテクスチャマッピング装置。