JPH1166344A - ポリゴンシェーディング方法及びその方法の実施に用いられる装置 - Google Patents
ポリゴンシェーディング方法及びその方法の実施に用いられる装置Info
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- JPH1166344A JPH1166344A JP22933497A JP22933497A JPH1166344A JP H1166344 A JPH1166344 A JP H1166344A JP 22933497 A JP22933497 A JP 22933497A JP 22933497 A JP22933497 A JP 22933497A JP H1166344 A JPH1166344 A JP H1166344A
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Abstract
の良質なレンダリング効果を得る。 【解決手段】 ポリゴン上にスペキュラーの極大点が存
在するか否かを判別し、スペキュラー極大点が存在しな
いポリゴンについてはグーローシェーディングを実行す
ると共に、然らざるポリゴンに就いては原則としてフォ
ンシェーディングを実行するか、又は、当該ポリゴンの
分割を行い、再度スペキュラーの極大点の存否を判別
し、以下上記と同様の手順を繰り返す。
Description
ラフィックに於いてポリゴンのレンダリングを行うため
の新規なシェーディング方法及びその方法を実施するた
め用いられるポリゴン選別回路を具備したコンピュータ
ーグラフィック装置に関する。
ィックに於いて、ポリゴンのレンダリングを行い、スペ
キュラー又はハイライトを表現するため、グーローシェ
ーディングやフォンシェーディングなどの技法が広くが
用いられている。グーローシェーディングは、色補間又
は濃淡シェーディングとも言われるレンダリング方法で
あり、ポリゴン内の各画素の色を、各頂点の色を線型補
間して求めるものである。この方法は計算が簡単である
が、鋭いスペキュラー表現が困難であり、特にポリゴン
の中心近くにスペキュラーの中心が現れる場合には、適
正なシェーディングができないという問題がある。
内の各画素の色を各頂点に於ける反射光ベクトルを線型
補間して求めるものであり、見事な結果が得られるが、
反射光ベクトルの比例配分には膨大な演算を要するた
め、ビデオゲーム機械などの安価な装置では採用が困難
であると言う問題がある。グーローシェーディングで
も、ポリゴンの数を増やせば問題は解決できるが、そう
すると演算量が大幅に増加し、結局フォンシェーディン
グを行うのと大差ない演算量が必要となる。
解決するためなされたものであり、その目的とするとこ
ろは、安価で単純な演算機構を用いて、高速で高品位の
シェーディングを行う方法及びその方法を実施し得るコ
ンピューターグラフィック装置を提供することにある。
リーエンジンから順次送られるポリゴンデータを解析
し、当該ポリゴン内にスペキュラーの極大点が存在する
か否かをチェックする回路を設け、スペキュラー極大点
を有しないポリゴンに就いてはレンダリングエンジンで
グーローシェーディングを行わせると共に、スペキュラ
ー極大点を有するポリゴンに就いては、フォンシェーデ
ィングを施すよう構成するか、又は、スペキュラー極大
点を有するポリゴンを複数に分割し、分割した小ポリゴ
ンのそれぞれに就いて更にその内部にスペキュラーの極
大点が存在するか否かを検し、スペキュラー極大点を有
しない小ポリゴンに就いてはグーローシェーディングを
施すと共に、スペキュラー極大点を有する小ポリゴンに
就いては、フォンシェーディングを施すよう構成する
か、或いは、小ポリゴンを更に一定の限度以下の大きさ
の小ポリゴンに分割し、それらに就いてグーローシェー
ディングを施すよう構成することにより、最小限の演算
で、完全なスペキュラー表示を実現し得る方法を提供す
ることにある。
ンとレンダリングエンジンの間にポリゴン選別回路を有
し、ジオメトリーエンジンから送られたポリゴンデータ
をそのポリゴン選別回路により解析し、当該ポリゴン内
にスペキュラーの極大点が存在するか否かを判別し、そ
の判別結果に応じて上記の如き処理を行い、演算量を殆
ど増加することなく良質のシェーディングを行い得るよ
う構成されたコンピューターグラフィック装置を提供す
ることである。
頂点に於ける法線ベクトルの方向と光源ベクトルの方向
を比較解析して、そのポリゴン上にスペキュラーの極大
点が存在するか否かを判別する。更に具体的に言えば、
ポリゴンで近似される曲面上の点A及びBを結ぶ測地線
ABが、ポリゴンの一稜線ABにより置換されるとき、
少なくとも一本の稜線ABに就いて、その測地線AB
と、その曲率中心OABとにより定まる平面PABに於い
て、稜線ABと、光源の平面PABへの正投影点FABと曲
率中心OABとを結ぶ線分FABOABとが、頂点A及びBの
間に交点を有するときは、そのポリゴン上にスペキュラ
ーの極大点が存在するものとし、複数の測地線の何れに
就いても然らざるときは、そのポリゴン上にスペキュラ
ーの極大点は存在しないものとする。
や回転楕円面、回転放物面などの場合には、スペキュラ
ーの極大点は一点のみとなるが、円錐面や円筒面などに
対してはその一母線上の全ての点がスペキュラーの極大
点となり得る。即ち、曲面1が円錐面又は円筒面である
ときは、ポリゴン2を横切る一直線に沿ってスペキュラ
ーの極大点が無数に現れることとなり、その曲面1が球
面や回転楕円面、回転放物面などの場合には、スペキュ
ラーの極大点は、ポリゴン2の内部又は稜線上の一点に
現れることになる。従って、実際の判定には、ポリゴン
に対応する曲面の形状データを参照することが望まし
い。
は、ポリゴンが大きなものである場合や、スペキュラー
の極大点がポリゴンの中心部に現れる場合に特に問題と
なるものである。従って、ポリゴンが小さいときや、ス
ペキュラーの極大点がポリゴンの中心部に存在しないと
きには、殆ど問題は生じないから、このような場合には
スペキュラーの極大点が存在してもそれを無視すること
が可能である。尚、本明細書の説明では方形のポリゴン
を用いているが、三角形、五角形、六角形、菱形、台形
など如何なる形状のポリゴンでも同様に扱うことができ
る。
説明する。図1は、本明細書で使用する用語並びに記号
の説明図、図2及び図3はスペキュラーの極大点の有無
を検知する方法の説明図、図4は本発明に係るコンピュ
ーターグラフィック装置の一実施例の構成を示すブロッ
クダイヤグラム、図5はその作動を示すフローチャー
ト、図6は本発明の他の一実施例を示すブロックダイヤ
グラム、図7はそのフローチャートフローチャートであ
る。
立体画像の曲面の一部、2はその曲面1に対応するポリ
ゴン、3は光源である。曲面1上の点A、B、C及びD
はポリゴン2の頂点であり、曲面1の境界線AB、B
C、CD及びDAは、それぞれ、点A及びB、B及び
C、C及びD、D及びAを結ぶ曲面1上の測地線であ
る。又、点OAB、OBC、OCD及びODAは、測地線AB、
BC、CD及びDAの曲率中心であり、PABは、頂点A
及びBと曲率中心OAB、により定められる平面である。
A、B、C及びDに於ける曲面1の法線ベクトル、NAB
及びNADは、法線ベクトルNA のOABA方向及びODAA
方向の成分ベクトル、NBA及びNBCは、法線ベクトルN
B のOABB及びOBCB方向の成分ベクトルである。ポリ
ゴンの任意の点Sから光源3に向かう単位ベクトルを、
その点Sに於ける光源ベクトルLS とし、頂点A及びB
に於ける光源ベクトルをそれぞれLA 及びLB とする。
LAP及びLBPは、それぞれ頂点A及びBに於ける光源ベ
クトルLA 及びLB の平面PAB上の成分ベクトルであ
る。なお、点FABは、平面PABに対する光源3の正投影
点である。
の光が、曲面1の接平面に直角に入射する部分に存在す
る。これは換言すれば、入射光が法線ベクトルと同方向
で逆向きに入射し、反射光が法線ベクトルと同方向で同
じ向きとなっていることを意味する。さらに言えば、曲
面上の点Sがスペキュラーの極大点であるときには、点
Sに於ける光源ベクトルLS と法線ベクトルNS が合致
するものである。従って、ポリゴン2 の全ての点に就い
て光源ベクトルLS と法線ベクトルNS を比較すればそ
の曲面1の上にスペキュラーの極大点が存在するか否か
を知ることを得るが、そのようにするとフォンシェーデ
ィングと同等以上の演算が必要となる。
な平面、例えば頂点D及びAと、曲率中心点ODAとによ
り定まる平面PDA等の上に存在する点又はベクトル成分
を解析することによりスペキュラーの極大点の有無を判
定するものである。今、図1、図2及び図3によって、
スペキュラーの極大点が存在するポリゴンと、然らざる
ポリゴンとの判定方法に就いて説明する。今、ポリゴン
2のそれぞれの稜線を等分割し、相対応する稜線の対応
点を結んで成るメッシュ座標により、点Sの座標が(S
AB,SDA)であるとする。(図1参照)
AB、曲面1の測地線AB、頂点A及びBに於ける法線
ベクトルの成分ベクトルNAB及びNBA、同じく頂点A及
びBに於ける反射光ベクトルの成分ベクトルRAB及びR
BA、光源3の正投影点FABが示されている。而して、L
AP及びLBPは、点Sに於ける光源ベクトルLS の成分ベ
クトルである。
心OABを通る光源ベクトル成分の方向線、即ち直線OAB
FABと、ポリゴンの稜線ABとの交点SABは、ポリゴン
の両端点A及びBの間に存在する。この場合、OABとF
ABを結ぶ線分と、稜線ABとは、頂点A、B間に於いて
交差するものであり、その交点SABがスペキュラーの極
大点となるものである。即ち、この平面PAB上では、点
SABに於いて、光源ベクトル成分と、法線ベクトル成分
と反射光ベクトル成分が全て一致し、従ってSABは、強
く輝いて見え、スペキュラーの極大点となる。
を結ぶ線分と、稜線ABとは、頂点A、B間に於いては
交差していない。線分OABFABは、稜線ABの延長線と
交差するが、その交点SABは頂点A、B間には存在しな
いから、その交点SABはスペキュラーの極大点とはなり
得ない。換言すれば、このポリゴンには少なくともこの
図3の紙面に平行な平面内に於いては、光源からの光は
ポリゴンに対して斜めに照射しており、このためポリゴ
ンの稜線AB間には、強く輝いて見えるスペキュラーの
極大点は現れない。
就いて行われる。而して、何れの平面に就いても、スペ
キュラーの極大点がないと判定されたときは、このポリ
ゴン内にはスペキュラーの極大点がないと判定され、少
なくとも何れか一つの平面にスペキュラーの極大点が認
められたときは、そのポリゴン内にはスペキュラーの極
大点が少なくとも一点あると判定される。尚、方形のポ
リゴンの場合、より確実に判定を行うためには、3本の
稜線に就いてチェックを行うことが望ましい。一般的に
は、N角形のポリゴンは、(N−1)本の稜線に就いて
チェックすることが望ましい。
のスペキュラーの極大点のあるポリゴンに就いてのみフ
ォンシェーディングを行い、然らざるポリゴンに就いて
は原則としてグーローシェーディングによりレンダリン
グを行うよう構成することにある。本発明に係るコンピ
ュータグラフィック装置の一実施例に於いては、ジオメ
トリーエンジンとレンダリングエンジンの間に、スペキ
ュラーの極大点の有無をチェックするポリゴン判別回路
を設け、その判別結果に応じて、レンダリングエンジン
に対して当該ポリゴンのシェーディング方法を選択させ
るように構成する。なお、前記の如く、一定限度以下の
小さいポリゴンや、スペキュラーの極大点の存在する位
置がポリゴンの中心部でない場合には、スペキュラーの
極大点の存在を無視することもある。
グラフィック装置は図4に示されており、そのフローチ
ャートは図5に示されている。図4に於いて、10は、C
PU11、ジオメトリーエンジン12、ポリゴン判別回路1
3、レンダリングエンジン14及びディスプレイ15とから
成るコンピュータグラフィック装置である。
ジン12から送られるポリゴンデータを解析し、スペキュ
ラーの極大点の有無を検し、その結果により、レンダリ
ングエンジン14で行われるシェーディング方法を選択す
る。即ち、前記の如く、スペキュラーの極大点がないポ
リゴンに就いてはグーローシェーディングにより、然ら
ざるポリゴンに就いてはフォンシェーディングにより、
それぞれレンダリングを行わせる。尚、この場合、スペ
キュラーの極大点の位置が、ポリゴンの中央部でなく、
稜線の近くである場合には、グーローシェーディングに
よりレンダリングしても特に問題がないから、ポリゴン
の選別に就いてこのような状況を参酌することも推奨さ
れる。
ラーの極大点があると判定されたポリゴンのデータはレ
ンダリングエンジンに送らず、その代わりに、CPUに
対し当該ポリゴンの分割を指令する。CPUは予め定め
られた方法で機械的にポリゴンを分割するか、又は、ス
ペキュラーの極大点に関する位置情報を参照してポリゴ
ンを分割し、そのデータを再びジオメトリーエンジンに
送る。
ータグラフィック装置の構成が示されており、図7に
は、そのポリゴン判別とレンダリングのためのフローチ
ャートが示されている。図6に於いて、20は、CPU2
1、ジオメトリーエンジン22、ポリゴン判別回路23、レ
ンダリングエンジン24及びディスプレイ25とから成るコ
ンピュータグラフィック装置である。
ジン22から送られるポリゴンデータを分析し、スペキュ
ラーの極大点の有無を検し、そのポリゴンデータをレン
ダリングエンジン24に供給するか否かを決定する。即
ち、前記の如く、スペキュラーの極大点ないポリゴンに
就いては直ちにデータをレンダリングエンジン24に送っ
てグーローシェーディングを行わせるが、然らざる場合
には、そのポリゴンの大きさを調べ、その大きさが一定
限度以上であれば、ポリゴンの分割を行わせ、然らざる
場合は、レンダリングエンジンによりグーローシェーデ
ィングを行わせるものである。尚、この場合も、スペキ
ュラーの大きさと共にその極大点の位置を参酌してポリ
ゴンの処理方法の選択を行うことが推奨される。
るときは、スペキュラーの極大点があったとても、グー
ローシェーディングでレンダリングしても特別な支障は
ないから、スペキュラーの極大点があるポリゴンを一定
限度以下に迄分割し、全てのポリゴンをグーローシェー
ディングするように構成することも可能である。而し
て、ポリゴンの分割方法としては、スペキュラーの極大
点の位置を参酌することなく、予め定められた方法によ
り、機械的に分割する方法と、スペキュラーの極大点に
関する位置情報を参照してポリゴンを分割する方法が考
えられる。
方形である場合、その対角線あるいは各対辺の中点を結
ぶ線での分割することが考えられ、三角形のポリゴンの
場合には、各辺の中点を結ぶ線により4分割すること
や、一頂点と対辺を等分割する複数の点を結ぶ線により
分割することなどが考えられる。又、スペキュラーの極
大点の位置情報を利用する場合には、スペキュラーの極
大点が存在する部分を含むできるだけ小さいポリゴン
と、その周囲のやや大きいポリゴンとに分割することが
推奨される。スペキュラーの極大点が存在するとして
も、そのポリゴンが一定限度以下の小さいものであれ
ば、そのポリゴンをグーローシェーディングでレンダリ
ングしても一向に支障はないし、又、フォンシェーディ
ングを行う場合でも演算量が少なくて済むからである。
は及びその装置は叙上の如く構成されるので、本発明に
よるときは、フォンシェーディングに比して僅かな演算
量で、欠陥のない見事なレンダリング効果が得られる。
ある。
説明図である。
説明図
の一実施例の構成を示すブロックダイヤグラム
ラム
Claims (10)
- 【請求項1】下記のステップを含むポリゴンシェーディ
ング方法。 (1) ポリゴン上に、スペキュラーの極大点が存在す
るか否かを判別するステップ。 (2) スペキュラー極大点が存在しないポリゴンにつ
いて、グーローシェーディングを実行するステップ。 (3) スペキュラー極大点が存在するポリゴンについ
て、フォンシェーディングを実行するステップ。 - 【請求項2】下記のステップを含むポリゴンシェーディ
ング方法。 (1) ポリゴン上に、スペキュラーの極大点が存在す
るか否かを判別するステップ。 (2) スペキュラーの極大点が存在しないポリゴンに
ついて、グーローシェーディングを実行するステップ。 (3) スペキュラーの極大点が存在するポリゴンを複
数の小ポリゴンに分割するステップ。 (4) 分割された小ポリゴンについて、再びスペキュ
ラーの極大点が存在するか否かを判別するステップ。 (5) スペキュラー極大点が存在しない小ポリゴンに
ついて、グーローシェーディングを実行するステップ。 (6) スペキュラー極大点が存在する小ポリゴンにつ
いて、フォンシェーディングを実行するステップ。 - 【請求項3】スペキュラー極大点が存在するポリゴンの
分割と、その分割されたポリゴンのスペキュラーの極大
点の有無のチェックと、スペキュラーの極大点のないポ
リゴンのグーローシェーディングが複数回繰り返して実
行され、最終回に於いてはスペキュラーの極大点のある
ポリゴンにフォンシェーディングが施される請求項2に
記載のポリゴンシェーディング方法。 - 【請求項4】スペキュラーの極大点が存在するポリゴン
の分割と、その分割されたポリゴンのスペキュラーの極
大点の有無のチェックと、スペキュラーの極大点のない
ポリゴンのグーローシェーディングが複数回繰り返して
実行され、分割されたポリゴンの大きさが一定限度以下
となったときは、スペキュラーの極大点があってもその
存在が無視される、請求項1ないし3の何れか一に記載
のポリゴンシェーディング方法。 - 【請求項5】ポリゴン上に存在するスペキュラーの極大
点の位置が、ポリゴンの中心部でない場合には、そのス
ペキュラーの極大点の存在は無視される、請求項1ない
し6の何れか一に記載のポリゴンシェーディング方法。 - 【請求項6】ポリゴンの各頂点に於ける法線ベクトルの
方向と光源ベクトルの方向を比較解析して、そのポリゴ
ン上にスペキュラーの極大点が存在するか否かを判別す
る、請求項1ないし4の何れか一に記載のポリゴンシェ
ーディング方法。 - 【請求項7】ポリゴンで近似される曲面上の点A及びB
を結ぶ測地線ABが、ポリゴンの一稜線ABにより置換
されるとき、少なくとも一本の稜線ABに就いて、その
測地線ABと、その曲率中心OABとにより定まる平面P
ABに於いて、稜線ABと、光源の平面PABへの正投影点
FABと曲率中心OABとを結ぶ線分FABOABとが、頂点A
及びBの間に交点を有するときは、そのポリゴン上にス
ペキュラーの極大点が存在するものとし、複数の測地線
の何れに就いても然らざるときは、そのポリゴン上にス
ペキュラーの極大点は存在しないものとする、請求項6
に記載のポリゴンシェーディング方法。 - 【請求項8】コンピューターグラフィック装置のジオメ
トリーエンジンとレンダリングエンジンの間に設けら
れ、ジオメトリーエンジンから送られたポリゴンデータ
を解析し、当該ポリゴン内にスペキュラーの極大点が存
在するか否かを判別し、スペキュラーの極大点が認めら
れないときはレンダリングエンジンにグーローシェーデ
ィングを行わせ、然らざるときは、フォンシェーディン
グを行わせる、上記請求項1ないし6の何れか一に記載
のポリゴンシェーディイング方法の実施に用いられるポ
リゴン選別回路を具備したコンピューターグラフィック
装置。 - 【請求項9】ジオメトリーエンジンとレンダリングエン
ジンの間に設けられ、ジオメトリーエンジンから送られ
たポリゴンデータを解析し、当該ポリゴンの大きさと、
そのポリゴン内にスペキュラーの極大点が存在するか否
かを判別し、一定限度以下の小さいポリゴン及びスペキ
ュラーの極大点が認められないポリゴンに就いては、そ
のポリゴンデータをレンダリングエンジンに供給してグ
ーローシェーディングを行わせ、然らざるときは、CP
Uに指令して当該ポリゴンの分割を行わせ、その分割さ
れたポリゴンのデータを再度ジオメトリーエンジンに供
給させる、上記請求項1ないし6の何れか一に記載のポ
リゴンシェーディイング方法の実施に用いられるポリゴ
ン選別回路を具備したコンピューターグラフィック装
置。 - 【請求項10】ジオメトリーエンジンとレンダリングエ
ンジンの間に設けられ、ジオメトリーエンジンから送ら
れたポリゴンデータを解析し、当該ポリゴンの大きさ
と、そのポリゴン内にスペキュラーの極大点が存在する
か否かを判別し、スペキュラーの極大点が認められない
ポリゴンに就いては、そのポリゴンデータをレンダリン
グエンジンに供給してグーローシェーディングを行わせ
ると共に、一定限度以下の小さいポリゴンに就いてはそ
のポリゴンデータをレンダリングエンジンに供給してフ
ォンシェーディングを行わせ、一定限度以上の大きいポ
リゴンであってスペキュラーの極大点を有するものに就
いては、CPUに指令して当該ポリゴンの分割を行わ
せ、その分割されたポリゴンのデータを再度ジオメトリ
ーエンジンに供給させる、上記請求項1ないし6の何れ
か一に記載のポリゴンシェーディイング方法の実施に用
いられるポリゴン選別回路を具備したコンピューターグ
ラフィック装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP22933497A JPH1166344A (ja) | 1997-08-26 | 1997-08-26 | ポリゴンシェーディング方法及びその方法の実施に用いられる装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP22933497A JPH1166344A (ja) | 1997-08-26 | 1997-08-26 | ポリゴンシェーディング方法及びその方法の実施に用いられる装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1166344A true JPH1166344A (ja) | 1999-03-09 |
Family
ID=16890535
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP22933497A Pending JPH1166344A (ja) | 1997-08-26 | 1997-08-26 | ポリゴンシェーディング方法及びその方法の実施に用いられる装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH1166344A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7379618B2 (en) | 2005-01-19 | 2008-05-27 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Image conversion method, texture mapping method, image conversion device, server-client system, and image conversion program |
CN112041894A (zh) * | 2018-04-16 | 2020-12-04 | 辉达公司 | 渲染期间提高涉及水面的场景的真实感 |
-
1997
- 1997-08-26 JP JP22933497A patent/JPH1166344A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7379618B2 (en) | 2005-01-19 | 2008-05-27 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Image conversion method, texture mapping method, image conversion device, server-client system, and image conversion program |
CN112041894A (zh) * | 2018-04-16 | 2020-12-04 | 辉达公司 | 渲染期间提高涉及水面的场景的真实感 |
CN112041894B (zh) * | 2018-04-16 | 2024-03-22 | 辉达公司 | 渲染期间提高涉及水面的场景的真实感 |
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