JPH0679214B2 - Segment management device - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は３次元多面体物体を、隠れ面処理を行ないなが
ら２次元スクリーン上に投影して表示する３次元コンピ
ュータグラフィック装置におけるセグメント管理装置に
関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a segment management device in a three-dimensional computer graphic device for displaying a three-dimensional polyhedral object by projecting it onto a two-dimensional screen while performing hidden surface processing. .

従来の技術 ３次元物体を２次元スクリーン上に合成して表示する場
合、手前に存在する物体がそれより奥にある物体の一部
またはすべてを隠してしまう現象を何らかの方法で処理
して、ラスタスキャンの順に各画素の色・輝度を表示装
置に出力しなければならない。このような３次元グラフ
ィック装置は一般に第２図に示すような構成をとる。2. Description of the Related Art When a three-dimensional object is combined and displayed on a two-dimensional screen, the phenomenon that an object existing in the front hides a part or all of the object located behind it is processed by some method, and rasterization is performed. The color and brightness of each pixel must be output to the display device in the order of scanning. Such a three-dimensional graphic device generally has a structure as shown in FIG.

まずワールド座標系上で多面体として定義された物体の
各頂点座標を、座標変換・透視変換装置11が視点からみ
た座標系に変換し、正規デバイス座標系のデータを出力
する。正規デバイス座標系では、すべての可視領域が座
標軸X,Y,Zの長さが１の立方体の内部に写像されてい
る。次に表示制御装置12は、これら変換された座標値を
もつ頂点から構成される平面（ポリゴン）に隠れ面処理
を施した後、表示装置15に輝度情報を出力する。この表
示制御装置を構成する方法として、従来よりワトキンス
の方法が知られている。この方法は ジー．エス．ワトキンス， “ア リアルタイム ビジブル サーフェイス アルゴ
リズム", ユタ大学 コンピュータサイエンス学科， UTEC-CSc-70-101,1970年６月に示され、さらに 山口富士夫， “コンピュータディスプレイによる図形処理工学",日刊
工業社，昭和56年 の第5.7.9節（PP.281-292）に詳しく解説されている。
この方法は第２図における表示制御装置12内の処理プロ
グラムをセグメント管理部13と隠れ面処理部14とに分離
する。隠れ面処理部14は、表示装置15のラスタスキャン
に相当する１スキャンライン単位に奥行きデータ（Ｚ）
を基に隠れ面処理を行なうもので、セグメント管理部13
はスキャンラインが変わるごとに刻々変化するポリゴン
の各スキャンライン上での始点と終点を計算し、隠れ面
処理部14に出力する。第３図はこの様子を図示したもの
でａ図は正規デバイス座標のＸ軸,Y軸を表示装置15の水
平軸，垂直軸にそれぞれ対応させ、水平・垂直解像度を
Ｎ×Ｍとし、その空間内に存在するポリゴン20と,Y＝ｙ
にさしかかったスキャンラインとの関係を表わしてい
る。ここでポリゴンがいかなる形状をしていても凸多角
形を想定している限りは、ポリゴンを構成する陵線とス
キャンライン面との交点は２点しかなく、ポリゴンは一
スキャンライン面上の左右端点D,Eによって一意に規定
される。この正規デバイス座標系を直正面から見た図が
第３図ｂ、Ｙ＝ｙの断面を示したのが第３図ｃである。
第２図の隠れ面処理部14は第３図ｃのセグメント21（ポ
リゴン20とスキャンライン面の交線）の両端点座標、特
に奥行きデータZl,Zrに注目して隠れ面処理を行なう。
第２図のセグメント管理部13は第３図ｂにおいてたえず
変化するスキャンラインに追従して各セグメント21の両
端点座標を第２図の隠れ面処理部14に出力する。このセ
グメント管理部13は、ポリゴン20の構成する陵線は常に
直線であることを利用して、第４図に示すような処理フ
ローをとっている。現スキャライン面と交叉するポリゴ
ン（アクティブポリゴン）に関する情報をリスト構造で
主記憶装置上にもち、これを管理する。新しいスキャン
ラインになった時、ある陵線が新たに侵入（アクティブ
になる）した場合（第３図（ｂ）において、スキャンラ
インが点Ａにさしかかった場合は陵線ABと陵線ACが、ま
たスキャンラインが点Ｃにさしかかった場合は陵線CBが
これにあたる）、このリストを更新，作成して付加し、
また退出する陵線がある場合（第３図（ｂ）において、
スキャンラインが点Ｃににさしかかった場合は陵線AC
が、スキャンラインが点Ｂにさしかかった場合は陵線AB
と陵線CBがこれにあたる）にはやはりリストを更新して
除去する。その後すべてのアクティブポリゴンについて
隠れ面処理を行ない、次のスキャンラインのためにすべ
ての陵線について Ｘ＝Ｘ＋dX/dY Ｚ＝Ｚ＋dZ/dY を計算する。dX/dY,dZ/dYは一度前もって計算しておけ
ば、スキャンラインが変わるたびの計算はインクリメン
タルにできるため、プログラムで実行するにしては高速
化できるという特徴がある。First, the coordinate transformation / perspective transformation device 11 transforms each vertex coordinate of an object defined as a polyhedron on the world coordinate system into a coordinate system viewed from the viewpoint, and outputs data of the regular device coordinate system. In the regular device coordinate system, all visible regions are mapped inside a cube whose coordinate axes X, Y, Z have a length of 1. Next, the display control device 12 performs hidden surface processing on a plane (polygon) composed of vertices having these converted coordinate values, and then outputs luminance information to the display device 15. A Watkins method has been conventionally known as a method of configuring this display control device. This method is Gee. S. Watkins, “A Real-Time Visible Surface Algorithm”, Department of Computer Science, University of Utah, UTEC-CSc-70-101, shown in June 1970, and Fujio Yamaguchi, “Graphic Processing Engineering by Computer Display”, Nikkan Kogyosha, Showa It is explained in detail in Section 5.7.9 (PP.281-292) of 1981.
In this method, the processing program in the display control device 12 in FIG. 2 is divided into a segment management unit 13 and a hidden surface processing unit 14. The hidden surface processing unit 14 sets depth data (Z) in units of one scan line corresponding to the raster scan of the display device 15.
Hidden surface processing based on
Calculates the start point and the end point on each scan line of a polygon that changes every time the scan line changes, and outputs it to the hidden surface processing unit 14. FIG. 3 illustrates this state. In FIG. 3A, the X and Y axes of the normal device coordinates are made to correspond to the horizontal and vertical axes of the display device 15, respectively, and the horizontal / vertical resolution is N × M, and the space Polygon 20 existing inside, and Y = y
This shows the relationship with the scan line that is about to come. As long as a polygon is assumed to be a convex polygon, no matter what shape the polygon has, here there are only two intersections between the ridge lines and the scan line surface that make up the polygon, and the polygon is on either side of one scan line surface. It is uniquely defined by the end points D and E. A view of this normal device coordinate system from the front is FIG. 3b, and FIG. 3c shows the cross section Y = y.
The hidden surface processing unit 14 in FIG. 2 performs the hidden surface processing by paying attention to the coordinates of both end points of the segment 21 (intersection line of the polygon 20 and the scan line surface) in FIG. 3C, particularly the depth data Zl and Zr.
The segment management unit 13 in FIG. 2 outputs the coordinates of both end points of each segment 21 to the hidden surface processing unit 14 in FIG. 2 in accordance with the scan line that constantly changes in FIG. The segment management unit 13 takes the processing flow as shown in FIG. 4 by utilizing that the ridgeline formed by the polygon 20 is always a straight line. Information about polygons (active polygons) intersecting with the current scan line surface is held in a main storage device in a list structure and managed. When a certain ridgeline newly enters (becomes active) when it becomes a new scanline (in FIG. 3 (b), when the scanline is approaching point A, ridgeline AB and ridgeline AC are If the scan line is nearing point C, the ridge line CB will correspond to this), this list will be updated, created and added,
Also, if there is an exiting mausoleum (Fig. 3 (b),
If the scanline is near point C, the ridgeline AC
However, if the scan line reaches the point B, the ridgeline AB
And the tomb line CB corresponds to this), the list is updated again and removed. Hidden surface processing is then performed on all active polygons, and X = X + dX / dY Z = Z + dZ / dY is calculated for all ridges for the next scanline. If dX / dY and dZ / dY are calculated in advance, the calculation every time the scan line changes can be made incremental, which is a feature that it can be executed at high speed by a program.

発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記のような構成では、主記憶装置にある
リスト構造をもつアクティブポリゴンテーブルを、逐次
処理型プロセッサで管理するため、高速化に限界がある
という欠点を有していた。Problems to be Solved by the Invention However, the above-mentioned configuration has a drawback in that there is a limit to the speedup because the active polygon table having the list structure in the main memory is managed by the sequential processor. Was there.

本発明はかかる点に鑑み、上記セグメント管理を高速に
動作可能なセグメント管理装置を提供することを目的と
する。In view of the above point, the present invention has an object to provide a segment management device capable of operating the segment management at high speed.

問題点を解決するための手段 本発明は凸形アクティブポリゴンを構成する左右の陵線
の座標データを記憶する連想メモリと、この座標データ
を更新するための加算器を備えたセグメント管理装置で
ある。Means for Solving the Problems The present invention is a segment management device including an associative memory for storing coordinate data of left and right ridges forming a convex active polygon, and an adder for updating the coordinate data. .

作用 本発明は前記した構成により、ポリゴンがスキャンライ
ンに対してアクティブな間、左右陵線のX,Z座標値およ
びその変位情報（dX/dY,dZ/dY）を連想メモリ内に格納
し、スキャンラインが変わるたびに進入陵線があればポ
リゴン番号をキーとして連想メモリに書込み、次にすべ
てのアクティブポリゴンのセグメントについて現X,Z座
標を読み出し、同時に退出陵線以外に対しては、これら
に変位情報を加算器を用いて加算し、再び連想メモリに
書込むものである。Action The present invention, by the configuration described above, while the polygon is active with respect to the scan line, stores the X and Z coordinate values of the left and right ridgelines and its displacement information (dX / dY, dZ / dY) in the associative memory, If there is an approaching edge line each time the scan line changes, write it to the associative memory using the polygon number as a key, then read the current X and Z coordinates for all active polygon segments. The displacement information is added by using an adder, and the result is written again in the associative memory.

実施例 第１図は本発明の実施例におけるセグメント管理装置の
ブロック図、および陵線となる線分情報を示すものであ
る。第１図（ａ）において、１は連想メモリ、２はカレ
ント垂直座標レジスタ、３はインクリメンタ、4,6はセ
レクタ、５は垂直座標比較器、７は加算器である。第１
図（ｂ）に１本の線分を一意に規定する、始点座標（X
s,Ys,Zs），始点から終点にいたる変位情報（dX/dY,dZ/
dY），始点のＹ座標Yendの関係を図示している。Embodiment FIG. 1 shows a block diagram of a segment management device in an embodiment of the present invention and line segment information which is a ridge. In FIG. 1A, 1 is an associative memory, 2 is a current vertical coordinate register, 3 is an incrementer, 4 and 6 are selectors, 5 is a vertical coordinate comparator, and 7 is an adder. First
In the figure (b), the starting point coordinates (X
s, Ys, Zs), displacement information from the start point to the end point (dX / dY, dZ /
dY) and the Y-coordinate Yend of the starting point are illustrated.

以上のように構成された本実施例のセグメント管理装置
について、以下その動作を説明する。The operation of the segment management device of this embodiment configured as described above will be described below.

連想メモリ１は左右の陵線のそれぞれについて現スキャ
ンライン時点のＸ座標,Z座標，およびスキャンラインが
次ラインに移ることによるX,Z座標の変化量、dX/dY,dZ/
dY,またその陵線の終端点のＹ座標（Yend），有効デー
タフラグ（Ｖ）を格納し、ポリゴン番号PNをキーとして
連想読出し／書込みができるものである。現在のスキャ
ンラインの位置（Ycur）はカレント垂直座標レジスタ２
に格納されている。The associative memory 1 has X-coordinates and Z-coordinates at the time of the current scan line for each of the left and right ridges, and a change amount of the X- and Z-coordinates when the scan line moves to the next line, dX / dY, dZ /.
dY, the Y coordinate (Yend) of the end point of the ridgeline, and the valid data flag (V) are stored, and associative reading / writing can be performed using the polygon number PN as a key. The current scan line position (Ycur) is the current vertical coordinate register 2
It is stored in.

本発明のセグメント管理装置の前段から、ポリゴン構成
要素となる線分の始点（２端点のうち垂直座標の小さい
方）の小さい順にソーティング（一般にｙソートとい
う）された線分情報（所属がポリゴン番号，始点の座標
（Xs,Ys,Zs），および終点の垂直座標Yend,陵線の水平
変位dX/dY,奥行き変位（dZ/dY）が供給される。まず比
較器５がセレクタ４を介して入力される上記Ysとカレン
ト垂直座標レジスタ２のデータYcurと比較し、もし一致
した場合進入陵線として上記線分情報をポリゴン番号を
キーとして上記連想メモリに書込む。この時連想メモリ
内に、同一ポリゴン番号がすでに登録済み、すなわち有
効データ（V1,Vrの一方がON）として同一ポリゴン番号P
Nが記憶されている場合には、有効データフラグＶがOFF
になっている側の陵線データ格納領域に線分情報（Xs,Z
s,Yend,dX/dY,dZ/dY）を書込み、有効データフラグＶを
ONにする。From the previous stage of the segment management device of the present invention, line segment information (affiliation is a polygon number) that is sorted (generally referred to as y-sort) in ascending order of the start point (the smaller of the two vertical coordinates of the two end points) of the line segment that is a polygon constituent element. The coordinates of the starting point (Xs, Ys, Zs), the vertical coordinates of the ending point Yend, the horizontal displacement of the ridge line dX / dY, and the depth displacement (dZ / dY) are supplied. The above Ys input is compared with the data Ycur of the current vertical coordinate register 2, and if they match, the line segment information as an approach line is written in the associative memory using the polygon number as a key. The same polygon number has already been registered, that is, the same polygon number P as valid data (one of V1 and Vr is ON)
If N is stored, the valid data flag V is OFF
Line segment information (Xs, Z
s, Yend, dX / dY, dZ / dY) and write valid data flag V
Turn it on.

反対に連想メモリ内に同一ポリゴン番号が未登録の場
合、新たなセグメントとして新しく登録する。具体的に
は連想メモリの空き領域にポリゴン番号キーPNを書込
み、また左右陵線データ格納領域の一方に線分情報（X
s,Zs,Yend,dX/dY,dZ/dY）を書込み有効データフラグＶ
をONにする。On the contrary, if the same polygon number is not registered in the associative memory, it is newly registered as a new segment. Specifically, the polygon number key PN is written in the empty area of the associative memory, and line segment information (X
s, Zs, Yend, dX / dY, dZ / dY) write valid data flag V
Turn on.

次に、上記連想メモリから有効セグメント情報を順次読
出し、このうちポリゴン番号PNと左右の水平・奥行き座
標（Xl,Zl,Xr,Zr）を系外に出力する。これらのデータ
は次段の隠れ面処理装置の入力データとなる。この時流
出されたセグメント情報のうち左右陵線の終点垂直座標
Ylend,Yrendがセレクタ４を介して比較器５に供給さ
れ、やはりYcurと比較される。もしYcur＜Ylendの時
は、 Xl＝Xl＋ΔXl/ΔY,Zl＝Zl＋ΔZl/ΔＹまたYcur＜Yrend
の時は、 Xr＝Xr＋ΔXr/ΔY,Zr＝Zr＋ΔZr/ΔＹを加算器７により
計算し、結果をセレクタ６を介して連想メモリ６に書込
み更新する。しかし、もしYcur≧Ylend,またはYcur≧Yr
endの時は、この陵線が存在するアクティブ範囲（Ys〜Y
end）が終わり、退出することを意味するため、左右対
応する有効データフラグ（VlまたはVr）をオフして上記
連想メモリに書込む。Next, the effective segment information is sequentially read from the associative memory, and the polygon number PN and the left and right horizontal / depth coordinates (Xl, Zl, Xr, Zr) are output to the outside of the system. These data become the input data of the hidden surface processing device in the next stage. Of the segment information leaked at this time, the vertical coordinates of the end points of the left and right ridgelines
Ylend and Yrend are supplied to the comparator 5 via the selector 4 and also compared with Ycur. If Ycur <Ylend, Xl = Xl + ΔXl / ΔY, Zl = Zl + ΔZl / ΔY and Ycur <Yrend
In this case, Xr = Xr + ΔXr / ΔY and Zr = Zr + ΔZr / ΔY are calculated by the adder 7, and the result is written and updated in the associative memory 6 via the selector 6. But if Ycur ≧ Ylend, or Ycur ≧ Yr
At the end, the active range (Ys ~ Y
end) means to exit and to exit, so the corresponding valid data flag (Vl or Vr) is turned off and written to the associative memory.

上記の連想メモリ更新手続きをすべての有効セグメント
について完了した時点で、カレント垂直座標レジスタ２
の内容Ycurをインクリメンタ３により１増加させてカレ
ント垂直座標レジスタ２に再び書込み、次のスキャンラ
インの処理に移る。When the above associative memory update procedure is completed for all valid segments, the current vertical coordinate register 2
The content Ycur is incremented by 1 by the incrementer 3 and written in the current vertical coordinate register 2 again, and the process for the next scan line starts.

以上のように本実施例によれば、アクティブポリゴンを
連想メモリによって管理することにより、大幅な処理の
高速化が実現可能となる。As described above, according to this embodiment, by managing the active polygons by the associative memory, it is possible to significantly speed up the processing.

発明の効果 以上説明したように、本発明によれば、スキャンライン
単位で隠れ面処理を行なう方法におけるアクティブポリ
ゴンのセグメント管理を非常に高速化でき、その実用的
効果は大きい。EFFECTS OF THE INVENTION As described above, according to the present invention, the segment management of active polygons in the method of performing hidden surface processing on a scan line basis can be made extremely fast, and its practical effect is great.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第１図は本発明における一実施例のセグメント管理装置
のブロック図、第２図，第３図は本発明がかかわる３次
元グラフィックス装置の基本的概念の説明図、第４図は
従来のセグメント管理部のフロー図である。 １……連想メモリ、２……カレント垂直座標レジスタ、
５……垂直座標比較器、７……加算器。FIG. 1 is a block diagram of a segment management device of one embodiment of the present invention, FIGS. 2 and 3 are explanatory views of the basic concept of a three-dimensional graphics device to which the present invention relates, and FIG. 4 is a conventional segment. It is a flowchart of a management part. 1 ... Associative memory, 2 ... Current vertical coordinate register,
5 ... Vertical coordinate comparator, 7 ... Adder.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】３次元空間上に定義された物体を、ラスタ
スキャン形ディスプレイ装置の２次元スクリーン上に隠
れ面処理を施しながら水平方向にスキャンして表示する
３次元コンピュータグラフィックス装置において、３次
元物体を構成する各凸多角形平面（ポリゴン）の境界を
定める各線分の終点（３端点のうち垂直座標の大きい
方）の垂直座標（Yend），現在のスキャンライン位置で
の水平座標（Ｘ），奥行き座標（Ｚ）,1スキャンライン
進むごとの水平座標変位（dX/dY），奥行き座標変位（d
Z/dY），およびこれらのデータが有効であることを示す
有効データフラグを、ポリゴンの左右の陵線についてそ
れぞれ記憶し、ポリゴン番号をキーとして読出し書込み
可能な連想メモリと、現在のスキャンライン位置（Ycu
r）を保持するカレント垂直座標レジスタと、全物体の
ポリゴン構成要素となる線分の始点（２端点のうち垂直
座標の小さい方）の小さい順にソーティングされて系外
から順次供給され、所属ポリゴン番号、始点，終点の垂
直，水平，奥行きの各座標のデータをもつ線分情報の中
で、始点垂直座標が上記カレント垂直座標レジスタの内
容（Ycur）と一致した時に、この線分情報を上記連想メ
モリに登録する手段と、上記登録手続き後、上記連想メ
モリから順次有効セグメント情報を読出し、ポリゴン番
号，左右の陵線の水平座標，奥行き座標を系外に出力す
る手段と、同時に読出されたセグメント情報のうち左右
の陵線の終点垂直座標と上記カレント垂直座標レジスタ
の内容（Ycur）とを比較する比較器と、上記比較器の出
力が、Ycur＜Yendの時は、読出されたセグメント情報の
うち、左右陵線のうち対応するX,ZのデータにdX/dY,dZ/
dYをそれぞれ加算し、有効データフラグと共に再び上記
連想メモリに書込み更新し、それ以外は有効データフラ
グをオフして上記連想メモリに書込む手段と、上記連想
メモリ内のすべての有効データについて上記更新手続き
を完了した時点で、上記カレント垂直座標レジスタを１
だけインクリメントする手段を備えたことを特徴とする
セグメント管理装置。1. A three-dimensional computer graphics device for horizontally scanning an object defined in a three-dimensional space while performing hidden surface processing on a two-dimensional screen of a raster scan type display device for display. The vertical coordinate (Yend) of the end point (the one with the larger vertical coordinate of the three endpoints) of each line segment that defines the boundary of each convex polygonal plane (polygon) that constitutes the three-dimensional object, the horizontal coordinate (X ), Depth coordinate (Z), horizontal coordinate displacement (dX / dY), depth coordinate displacement (d
Z / dY) and a valid data flag indicating that these data are valid for each of the right and left ridges of the polygon, and an associative memory that can be read and written using the polygon number as a key and the current scan line position (Ycu
r), the current vertical coordinate register, and the starting points of the line segments that are the polygon constituent elements of all objects (whichever of the two end points has the smaller vertical coordinate) are sorted in ascending order and are sequentially supplied from outside the system. , Among the line segment information having vertical, horizontal, and depth coordinate data of the start point and end point, when the start point vertical coordinate matches the contents (Ycur) of the current vertical coordinate register, this line segment information is associated with the above A means for registering in the memory, a means for sequentially reading out effective segment information from the associative memory after the registration procedure, and outputting a polygon number, horizontal coordinates of right and left ridgelines, and depth coordinates out of the system, and a segment read simultaneously. Among the information, the comparator that compares the vertical coordinates of the end points of the left and right ridgelines with the contents (Ycur) of the current vertical coordinate register, and if the output of the comparator is Ycur <Yend Of the read segment data, corresponding X of the left and right Ling line, dX / dY the Z data, dZ /
dY is added respectively, the valid data flag is written and updated again in the associative memory, otherwise the valid data flag is turned off and written in the associative memory, and all valid data in the associative memory are updated. When the procedure is completed, set the current vertical coordinate register to 1
A segment management device comprising means for incrementing only.