JP2000030081A - 凹凸ポリゴンの描画方法および三次元描画装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】凹凸ポリゴンを描画する際に、単一ポリゴン
（三角形）をさらに細分することなく高速に描画する。 【解決手段】ＣＰＵ１００で、テクスチャメモリ（Ｔ
Ｍ）３００にテクスチャ画像、テクスチャ高さを設定
し、複数のポリゴンで表された物体を三角形に分割し、
三角形の描画指令を発行する。ＲＰ２００は、三角形毎
に、その法線方向を投影した線分を基に、三角内の描画
ラインの分割を行ない、描画ライン上の画素を順次、対
応するテクスチャ高さ情報により変位し、変位前の隣接
画素のテクスチャの画像データを変位後の画素位置の間
に補間して描画する。この変位による補間画素群が三角
形の周辺部を含めて凹凸を表す。この描画処理を三角形
の全ライン、さらには物体を構成する全ての三角形につ
いて繰り返す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はポリゴンモデルによ
る三次元描画装置に関し、特にテクスチャマッピングに
よる凹凸ポリゴンの描画方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】三次元グラフィックスで扱われる三次元
物体は、三次元のポリゴン（最小単位が三角形）に分割
された多面体として表現され、二次元（平面）スクリー
ン上に投影して表示される。ポリゴンの描画には、その
輪郭線及び走査線との交点を求め、ラインプロセッサで
交点範囲を塗り潰す演算処理が行なわれる。単一のポリ
ゴン上のドットは同一色の単調な形状となる。このた
め、凹凸などの複雑な表面を持つ物体を表示しようとす
ると、ポリゴンの分割数が大幅に増加して処理に時間が
かるので、大規模な演算処理装置が必要になる。

【０００３】一方、コンピュータグラフィックスの分野
ではテクスチャマッピングの手法が知られている。すな
わち、三次元物体の画像情報を、多面体の画像情報とテ
クスチャ情報に分離して用意し、多面体にテクスチャ情
報を貼り付けることによって描画を行なう。

【０００４】従来のテクスチャマッピングは、例えば
「最新三次元コンピュータグラフイックス（A.S.GLASSN
ER著、白田耕作監訳、アスキー出版局，137−147頁）」
に詳しい。ここには、手書きまたはデジタイズした画像
をテクスチャとし、格子状に配置したデータを準備し、
多角形の各頂点とテクスチャの座標との対応付けを行な
い、コンピュータが多角形を描画する各座標の色を決定
するときに、テクスチャを参照して決定する、基本的な
マッピング手法が説明されている。

【０００５】また、滑らかな球面のある特定の場所に陰
影をつける場合に、各点において計算した面の法線ベク
トルを特定の方向に少しずらして陰影付けの処理を行な
う、バンプマッピングと呼ばれるテクスチャの説明があ
る。各点における法線ベクトルの調整は、その点におけ
るテクスチャの値で決定する。つまり、面上のある点の
法線ベクトルが光源の方向を向いているほど、その点が
より明るくなるように、より白いピクセルで描画する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記したテクスチャ手
法による凹凸ポリゴンの描画は、基本的にはマッピング
するテクスチャの高さ情報により、描画する単一のポリ
ンゴンを細かい複数のポリゴンに分割する必要があるの
で、座標変換などの処理数が増大して高速の描画ができ
ない。また、用意されたテクスチャが岩の表面のような
粗い質感、あるいはレンガのような溝をもつ画像などの
場合に、描画後のポリゴンを近くや斜めからみると、滑
らかな表面に絵が描かれているとしか見えず、リアル感
が乏しい。

【０００７】また、上記のバンプマッピングの方式で
は、面の形を変えずに陰影を変化させているだけなので
処理数の上では有利になる。しかし、大きなモデルに適
用すると、テクスチャを貼り付けてもシルエットは変わ
らない。例えば、球面に凹凸のテクスチャを貼り付けて
も、その輪郭は常に円形となり、リアル感に乏しい。

【０００８】本発明の目的は、上記した従来技術の問題
点を克服し、単一のポリゴンを細かい複数のポリゴンに
分割することなく高速に描画できるテクスチャ方式によ
り、リアル感のある凹凸ポリゴンを描画する方法と装置
を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明は、三次元の物体を複数の三角形に分割したポリゴン
モデルを用い、前記三角形を順次、フレームメモリに画
素展開して前記物体の描画を行なうときに、前記三角形
の表面に凹凸を表現するテクスチャをマッピングする凹
凸ポリゴンの描画方法において、前記三角形毎にその法
線ベクトルから二次元の表示座標系への投影ベクトルを
求め、該ベクトルに平行な複数の線分（以下、描画ライ
ン）で前記三角形をライン分割し、前記描画ライン上の
画素の始点から順に対応する前記テクスチャの画像デー
タを取り込み、前記画素に対し前記テクスチャの高さ情
報に応じた変位を求め、同様に求めた隣接画素の変位と
の間を補間した画素をフレームメモリに描画し、これを
三角形内の全描画ライン、さらに前記物体を表す全三角
形について繰り返し、上記の補間画素によって前記凹凸
を表現することを特徴とする。ここで、前記変位した位
置間の画素の補間は、変位前の画素とその隣接画素の各
テクスチャの色データの輝度から補間する。

【００１０】本発明によれば、従来のように三角形を細
分することなくその表面に凹凸をマッピングできるので
処理を高速化できる。かつ、凹凸を表現する補間画素は
高さ情報に応じて変位し、例えば三角形の周辺を出入り
する変位の位置に描画されるので、リアル感のある凹凸
を与えることができる。

【００１１】また、前記描画ライン上の画素位置の始点
は、前記表示座標系の走査ラインが最初に交わる前記三
角形の一辺との交点であり、かつ、前記描画ラインは前
記走査ライン毎に＋１ずつインクリメントすることを特
徴とする。これにより、走査ラインに対して傾きを持つ
描画ラインのインクリメントが走査ラインの正数増分に
従うので、実数演算の累積誤差によって描画抜けを生じ
ることがない。

【００１２】さらに、変位前の画素の奥行値とその変位
に対応する前記フレームメモリの画素の奥行値を比較
し、前者が手前となる場合に前記補間画素を前記フレー
ムメモリに描画することを特徴とする。これにより、変
位により既に展開されている画素との間での陰面消去処
理が可能になる。

【００１３】さらに、上記した本発明の方法を実現する
三次元描画装置は、前記テクスチャの高さ情報を取り込
んで変位を求めるときに、倍率係数を可変するための設
定手段を具備しているので、表示された凹凸ポリゴンを
観察しながらその高さ情報を変えてリアルな表現を実現
することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明を
実現する三次元描画装置の一実施例を示す。描画装置は
座標計算を行い、表示座標系における三角形の頂点情報
や法線情報を算出するＣＰＵ１００、三角形単位に画素
展開を行う描画プロセッサ（ＲＰ）２００、テクスチャ
の画像データを格子状の画素毎に記憶するテクスチャメ
モリ（ＴＭ）３００、テクスチャを貼り付けた（合成し
た）対象物体の描画画素を記憶するフレームメモリ（Ｆ
Ｍ）４００、ＦＭ４００の描画画素を表示するＣＲＴ５
００、図示を省略した入力装置などのハード構成からな
る。

【００１５】ＣＰＵ１００は、入出力処理を含む描画装
置全体の制御を行なうとともに、物体を表すポリゴン
（多面体）から、その頂点座標を基に単一のポリゴン
（本実施例では三角形）に分割する三角形分割部１１
０、三角形単位に描画ライン（以下では、ｎｋライン）
と３頂点座標及び各頂点に対応するテクスチャの座標を
表示座標系に変換して発行する描画指令発行部１２０、
手書きやデジタイザ等によるテクスチャの各画素の座標
と色情報を取り込み、ＴＭ３００に格納するテクスチャ
画像設定部１３０、テクスチャ画像の各画素の高さ情報
を基本設定するテクスチャ高さ情報設定部１４０及びテ
クスチャ高さ情報の倍率を可変する倍率設定部１５０を
有している。

【００１６】ＲＰ２００は、単一ポリゴンを表す三角形
を、傾きをもつ線分（以下傾きをもった線分をラインと
呼ぶ）に展開するライン分割部２１０、ラインを画素に
展開する変位量算出部２２０および補間付ライン描画部
２３０を有している。

【００１７】次に、本実施例による三次元描画装置の動
作を説明する。図２に、描画手順の概略フローを示す。
はじめに、ＣＰＵ１００からＴＭ３００へ、テクスチャ
画像と、テクスチャ画像の各画素に対応する高さ情報を
設定する（ｓ１０１，ｓ１０２）。高さ情報は、テクス
チャ画像中の黒を基底とし、白くなるほど高い値となる
ように作成される。

【００１８】次に、物体の形状をその頂点座標を基に複
数の三角形へ分割する（ｓ１０３）。そして、三角形毎
に３次元の法線Ｎを求め、頂点座標などとともに表示座
標系の座標値に変換する（ｓ１０４）。法線Ｎは１つの
三角形に対して一律である。

【００１９】変換後の各値は法線Ｎベクトル（成分：ｎ
ｘ，ｎｙ）、３頂点の座標値（ｘ１，ｙ１）、（ｘ２，
ｙ２）、（ｘ３，ｙ３）、３頂点の奥行き値ｗ１，ｗ
２，ｗ３、及び三角形の各頂点に対応したテクスチャの
座標値（ｕ１，ｖ１）、（ｕ２，ｖ２）、（ｕ３，ｖ
３）となる。

【００２０】法線Ｎベクトル（成分：ｎｘ，ｎｙ）は三
次元物体上の各三角形の法線を投影した表示座標系上の
投影ベクトルである。また、奥行きｗは視点から投影面
までの距離を正規化したとき、投影面から頂点までの相
対距離である。ＣＰＵ１００はこれらの情報を算出して
ＲＰ２００へ渡す。

【００２１】図３に、表示座標系における長軸（ｌ）、
短軸（ｓ）と三角形のｘ値、ｙ値の関係を示す。本実施
例では、後述するｎｋラインの演算処理を容易にするた
めに、表示座標系の長軸をｌ，短軸をｓとし、法線Ｎベ
クトルのｎｘとｎｙの値の大小比較に応じて、ｘ軸とｙ
軸の置換を行なっている。なお、３次元から変換された
直後の表示座標系（ｘ，ｙ）の座標値をｘ値、ｙ値で表
し、置換後の表示座標系（ｌ，ｓ）の座標値をｌ値、ｓ
値で表すものとする。

【００２２】（ａ）のように長軸がｘ軸（ｎｘ≧ｎｙ）
の場合は、ｘ軸をｌ軸、ｙ軸をｓ軸と定義し、（ｂ）の
ように長軸がｙ軸（ｎｘ＜ｎｙ）の場合は、ｙ軸をｌ
軸、ｘ軸をｓ軸と定義する。従って、法線Ｎ（ｎｘ，ｎ
ｙ）及び三角形の３頂点の座標値は、表示座標系（ｌ，
ｓ）に対し数１のように置換される。（１）〜（４）は
長軸がｘ軸の場合、（５）〜（８）は長軸がｙ軸の場合
を示す。

【００２３】

【数１】 （ｎｘ，ｎｙ）⇒（ｎｌ，ｎｓ） …（１） （ｘ１，ｙ１）⇒（ｌ１，ｓ１） …（２） （ｘ２，ｙ２）⇒（ｌ２，ｓ２） …（３） （ｘ３，ｙ３）⇒（ｌ３，ｓ３） …（４） （ｎｘ，ｎｙ）⇒（ｎｓ，ｎｌ） …（５） （ｘ１，ｙ１）⇒（ｓ１，ｌ１） …（６） （ｘ２，ｙ２）⇒（ｓ２，ｌ２） …（７） （ｘ３，ｙ３）⇒（ｓ３，ｌ３） …（８） ｌ軸の変化量ｎ１に対するｓ軸の変化量ｎｓの比を傾き
ｎｋとすると、傾きｎｋは数２から求まる。この傾きｎ
ｋのラインをｎｋラインと呼ぶ。ｎｋラインは、三次元
物体上での三角形の法線Ｎから表示座標系（ｌ，ｓ）へ
の投影ベクトルと平行な線分となる。ｎｋラインは以下
のように分割され、三角形の描画ラインとなる。

【００２４】

【数２】 ｎｋ＝ｎｓ／ｎｌ （０≦ｎｋ≦１） …（９） そこで、三角形を傾きｎｋのラインに分割し（ｓ１０
５）、１ラインずつ描画することで三角形の描画を可能
にする。数１の置換により、数２のｎｓ／ｎｌの値は常
に１以下となるので、割算処理が容易になる。

【００２５】図４、図５に、三角形のライン分割処理の
フローを示す。まず、表示座標系における法線Ｎのベク
トル成分（ｎｘ，ｎｙ）の長軸を判定する（ｓ２０
１）。判定の結果（ｓ２０２）、長軸がｘ軸の場合はｘ
軸をｌ軸、ｙ軸をｓ軸として、法線ベクトル及び三角形
の３頂点の対応設定を、式（１）〜（４）により行なう
（ｓ２０３）。長軸がｙ軸の場合は、ｙ軸をｌ軸、ｘ軸
をｓ軸として、式（５）〜（８）により対応設定を行な
う（ｓ２０４）。

【００２６】次に、ベクトル（ｎｌ，ｎｓ）の傾きｎｋ
を式（９）より算出する（ｓ２０５）。また、三角形の
各頂点について、傾きｎｋの直線式、つまり定数項ｎｃ
を、数３により求める（ｓ２０６）。

【００２７】

【数３】 ｎｃ＝ｓ−ｎｋ・ｌ (ｓ：ｓ１〜ｓ３，ｌ：ｌ１〜ｌ３） …（10） 次に、各頂点の定数項ｎｃ（ａｃ，ｂｃ，ｃｃ）を比較
し、最小となる頂点を頂点Ａ、最大となる頂点を頂点
Ｃ、その他を頂点Ｂとする（ｓ２０７）。そして、頂点
Ａ，Ｂ，Ｃ間の各辺を数４により定義する（ｓ２０
８）。

【００２８】

【数４】 頂点ＡＢ：ｓ＝ａｂｋ・ｌ＋ａｂｃ …（11） 頂点ＢＣ：ｓ＝ｂｃｋ・ｌ＋ｂｃｃ …（12） 頂点ＣＡ：ｓ＝ｃａｋ・ｌ＋ｃａｃ …（13） 次に、ｎｃ＝ａｃとして（ｓ２０９）、ｎｃ＜ｃｃとな
るまで、ｎｃを＋１しながら、以下の処理（ｓ２１０〜
ｓ２１５）を繰り返す。まず、ｌ値とｓ値の描画始点
（ｓｌ，ｓｓ）を数５により算出する（ｓ２１０）。

【００２９】

【数５】 ｓｌ＝（ｎｃ−ｃａｃ）／（ｃａｋ−ｎｋ） …（14） ｓｓ＝ｎｋ・ｓｌ＋ｎｃ …（15） 次に、ｎｃ＜ｂｃの場合は数６、ｎｃ≧ｂｃの場合は数
７により、それぞれ描画終点（ｅｌ，ｅｓ）を算出する
（ｓ２１２，ｓ２１３）。

【００３０】

【数６】 ｅｌ＝（ｎｃ−ａｂｃ）／（ａｂｋ−ｎｋ） …（16） ｅｓ＝ｎｋ・ｅｌ＋ｎｃ …（17）

【００３１】

【数７】 ｅｌ＝（ｎｃ−ｂｃｃ）／（ｂｃｋ−ｎｋ） …（18） ｅｓ＝ｎｋ・ｅｌ＋ｎｃ …（19） 次に、始点、終点を算出したｎｋライン単位に、ライン
上の画素を順次、テクスチャの高さ情報で変位する変位
量の算出を行ない（ｓ１０６）、変位前の隣接画素を変
位した画素位置に移しその間を補間してラインの描画を
行なう（ｓ１０７）。

【００３２】図６に、分割したｎｋラインによる三角形
の描画の説明図を示す。（ａ）は、ｎｋラインの描画
を、三角形のＡＣ辺上を始点として、ｎｋラインをＡＣ
辺上で＋１ずつインクリメントしながら描画した例であ
る。ｎｋラインは視点や三角形の向きによってその傾き
が変わり、表示座標系（ｌ，ｓ）、つまりハードの走査
ラインと平行にならない場合がある。このとき、ＡＣ辺
に沿った＋１の増分は表示座標系のｄｌ，ｄｓで少数値
となり、走査ラインに対応させる実数の加算処理が必要
になる。そのため、実数演算の精度により、インクリメ
ントの度に誤差が累積して、ＡＣ辺の終点に辿り着けな
かったり、始点のずれによりｎｋライン間に描画されな
い隙間を生じたりする。

【００３３】（ｂ）は、始点を表示座標系のｌ値＝０と
し、ｓ成分について＋１ずつインクリメントしている。
このため、インクリメントが整数演算のみで高速化でき
るのみならず、（ａ）のような累積誤差による描画漏れ
がない。なお、実際の描画始点と描画終点は三角形枠で
クリッピングを行う。しかし、テクスチャ高さによる画
素変位による三角形枠外の画素を描画可能とするため
に、画素展開は三角形枠外への変位を含んで行なわれ
る。

【００３４】図７に、三角形枠を含むｎｋライン群の範
囲の決定方法を説明する。これは、上記したステップｓ
２０６〜ｓ２０８の処理によるものである。表示座標系
（ｌ，ｓ）の三角形の３頂点Ａ，Ｂ，Ｃの座標値（ｌ
１，ｓ１）、（ｌ２，ｓ２）、（ｌ３，ｓ３）を、数３
のｌ，ｓに代入して、各頂点を通過するｎｋラインの直
線の方程式の定数項ｎｃを算出する。この結果、ｎｃが
最小となる頂点Ａはｎｃ＝ａｃ、ｎｘｃが最大となる頂
点Ｃはｎｃ＝ｃｃ、他の頂点Ｂはｎｃ＝ｂｃとなり、ａ
ｃからｃｃまでがｓ軸上（ｌ値が０の軸上）における三
角形を含むｎｋライン群の範囲となる。従って、ａｃ≦
ｎｃ＜ｃｃの範囲で、ｎｃを＋１ずつ加算しながら、ｎ
ｋライン群の処理が行なわれる。

【００３５】数４により、三角形の頂点間の各辺が定義
され、ｎｋラインの描画始点を頂点ＣＡ間とし、ａｃ≦
ｎｃ＜ｂｃの場合は描画終点を頂点ＡＢ間、ｂｃ≦ｎｃ
＜ｃｃの場合は描画終点を頂点ＢＣ間とする。次に、ｎ
ｋラインを構成する画素から、三角形枠内に含まれる画
素の始点と終点を、数５〜数７により求める。これによ
り、ｌ軸座標における画素処理範囲はｓｌ≦ｌ＜ｅｌと
なるので、ｌを＋１ずつ変化させながら、画素単位の処
理を行う。なお、ｓ軸座標の値はｌ値を、数３へ代入し
て求める。

【００３６】図８に、テクスチャ高さ情報による変位量
の算出処理と、テクスチャ画素の補間付きラインの描画
処理のフロー、図９にその説明図を示す。なお、三角形
の各頂点のデータと、対応するテクスチャのデータを以
下のように定義する。

【００３７】頂点Ａの座標（ｌａ，ｓａ）、奥行値ｗ
ａ、テクスチャの座標（ｕａ，ｖａ）、高さｈａ、頂点
Ｂの座標（ｌｂ，ｓｂ）、奥行値ｗｂ、テクスチャの座
標（ｕｂ，ｖｂ）、高さｈｂ、頂点Ｃの座標（ｌｃ，ｓ
ｃ）、奥行値きｗｃ、テクスチャの座標（ｕｃ，ｖ
ｃ）、高さｈｃとする。また、部率設定手段１５０より
設定される高さ倍率係数をｄとする。

【００３８】まず、３頂点の奥行き値ｗａ、ｗｂ、ｗｃ
より、表示座標系（ｌ，ｓ）に対応する奥行値ｗを算出
する（ｓ３０１）。次に、ｎｋラインのｌ成分のｎｌ
と、高さ倍率係数ｄと、３頂点に対応しＴＭ３００から
読み出したテクスチャ画素の高さｈと、算出した奥行値
ｗにより、座標ｌにある画素の変位した座標ｐｔのｌ値
（ｐｌ）、ｓ値（ｐｓ）を、数８により算出する（ｓ３
０２）。

【００３９】

【数８】ｐｌ＝ｎｌ・ｄ・ｈ／ｗ＋ｌ …（20） ｐｓ＝ｎｋ・ｐｌ＋ｎｃ …（21） 図９は、ｎｋライン上で隣接する画素Ｐ１、Ｐ２の描画
処理を示す説明図である。座標ｌにある画素Ｐ１は変位
量ｐｔ１（ｌ値がｐｌ１）のＰ１’に、座標ｌ＋１にあ
る画素Ｐ２は変位量Ｐｔ２（ｐｌ２）のＰ’に変位さ
れ、ｐ１’〜Ｐ２’間は補間画素Ｃｍにより描画されて
いる。

【００４０】ＲＰ２００は処理中のｎｋライン上で、ｐ
ｌ＝ｐｌ１、ｐｓ＝ｐｓ１とし（ｓ３０３）、ＦＭ４０
０から座標（ｐｌ，ｐｓ）に格納されている画素データ
の奥行値ｗｆを読み出す（ｓ３０４）。ＦＭ４００の座
標（ｐｌ，ｐｓ）には、本実施例の変位補間により既に
他の画素位置から描画されていることがある。また、背
景画像など合成する他の画像が格納されている場合もあ
る。

【００４１】このため、陰面消去が必要になる。描画指
令より受け取ったＰ１のｗ値とＦＭ４００から読み出し
たＰ１’〜Ｐ２’の格納済のｗｆを比較し、ｗ≦ｗｆの
場合、つまり今回の変位による補間画素が手前の場合
（ｓ３０５）、ＦＭ４００の座標（ｐｌ，ｐｓ）へＰ
１’〜Ｐ２’の補間描画を行なう。ここで、ｐｔ１から
ｐｔ２までの画素は、画素Ｐ１のｗ値として一律とす
る。一律のｗ値を使用する方法は処理が簡単であるが、
複数の三角形が隣接して重なるときには、正確な陰面処
理ができない。より正確な陰面処理を行うためには、法
線Ｎのｚ成分を考慮したｗ値の補間演算が必要となる。

【００４２】ここで、Ｐ１’〜Ｐ２’間の補間描画にお
ける各画素の輝度値は、画素Ｐ１に対応するテクスチャ
画像の色データの輝度から画素Ｐ２の色データの輝度へ
補間演算（内挿）により求める（ｓ３０６）。

【００４３】次に、ｐｌ（最初はｐｌ１）を＋１し（ｓ
３０７）、ｐｌ≧ｐｌ２になるまでステップｓ３０４か
らの処理を繰り返す（ｓ３０８）。これにより、ｎｋラ
インを描画ラインとする補間付きのライン描画が行なわ
れる。

【００４４】三角形枠内のｎｋラインを構成する全ての
画素間について以上の処理を行うことで、１本のｎｋラ
インの処理が完了する。さらに、ａｃ≦ｎｃ＜ｃｃの範
囲でｎｃを＋１ずつ加算して、範囲内の全てのｎｋライ
ンの描画を行うことで、凹凸のある１つの三角形の描画
が完了する。

【００４５】図１０は、三角形の輪郭付近のｎｋライン
の描画処理を示す説明図である。ｎｋライン上で、互い
に隣接する変位前の画素Ｐ１，Ｐ２がＰｔ１，Ｐｔ２に
変位し、三角形のＢＣ辺の外に補間描画画素Ｃｍとして
描画されている。本実施例では、描画始点と描画終点の
選択にはクリッピングを用いるが、その後の補間付きラ
イン描画の結果には適用しないので、三角形枠外の描画
が可能になる。

【００４６】図１１に、本実施例により描画した三角形
の表示例を示す。各画素の色はｎｋラインごとに変えて
いる。図示のように、補間描画画素群が本来は面一な三
角形の表面に凹凸感を与えている。とりわけ、各三角形
の周辺部では、テクスチャ高さに基づく変位により、三
角形の理想線に対して出入りのある描画となり、凹凸感
をきわだたせている。なお、凹凸の画質は、ＣＲＴ５０
０に画像表示しながら、倍率設定部１５０で高さｈ倍率
係数を変えることで、所望の画質を得ることができる。

【００４７】以上のように、本実施例は三角形の３次元
の法線ベクトルを投影した表示座標系の投影ベクトルに
平行な複数のｎｋラインにしたがって、三角形の描画処
理を行なうとき、ｎｋライン上の画素を対応するテクス
チャの高さ情報で順次変位し、変位によって生じた画素
間をテクスチャ輝度で補間描画する。この結果、テクス
チャの高さと輝度が補間画素として反映されるので、本
来は面一な三角形（単一ポリゴン）に、その周辺部を含
めてリアル感のある凹凸を描画することができる。しか
も、ポリゴンの細分割を必要とせず、基本的にはライン
分割と変位量の算出のみで可能になるので、処理が簡単
で汎用（普通の処理能力）の描画装置で実現できる。

【００４８】

【発明の効果】本発明によれば、三角形の法線方向を投
影したラインを基に、表示系上の三角系を分割する描画
ラインを定め、描画ライン上の画素を順次、テクスチャ
高さを基に変位し、変位した画素間を補間してライン描
画するので、ポリゴンの細分による座標変換等の処理数
を増やすことなく、周辺部を含めて凹凸のあるポリゴン
を高速に描画でき、また安価な装置で実現できる効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による三次元描画装置の構成
図。

【図２】本発明の一実施例による凹凸ポリゴン描画の手
順を示す概略フロー図。

【図３】座標表示系の長短軸（ｌ，ｓ）と三角形の長短
軸（ｘ，ｙ）の置換を示す説明図。

【図４】三角形のライン分割処理の手順を示すフロー
図。

【図５】図４の続きを示すフロー図。

【図６】三角形描画時のｎｋライン分割を示す説明図。

【図７】三角形枠を含むｎｋライン群の範囲を示す説明
図。

【図８】変位量算出と補間を含むライン描画処理のフロ
ー図。

【図９】ｎｋライン上で隣接する画素の描画処理を示す
説明図。

【図１０】三角形の周辺部における画素の描画処理を示
す説明図。

【図１１】本実施例の描画処理による凹凸三角形の描画
例を示す説明図。

【符号の説明】

１００…ＣＰＵ、１１０…三角形分割部、１２０…描画
指令発行部、１３０…テクスチャ画像設定部、１４０…
テクスチャ高さ情報設定部、１５０…倍率設定部、２０
０…ＲＰ、２１０…ライン分割部、２２０…変位量算出
部、２３０…補間付ライン描画部、３００…ＴＭ、４０
０…ＦＭ、５００…ＣＲＴ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上野 孝敏 茨城県日立市大みか町五丁目２番１号 日 立プロセスコンピュータエンジニアリング 株式会社内 (72)発明者 赤津 正光 茨城県日立市大みか町五丁目２番１号 日 立プロセスコンピュータエンジニアリング 株式会社内 (72)発明者 鬼木 一徳 茨城県日立市大みか町五丁目２番１号 株 式会社日立製作所大みか工場内 (72)発明者 小沢 幸次 茨城県日立市大みか町五丁目２番１号 株 式会社日立製作所大みか工場内 Ｆターム(参考） 5B050 BA07 BA18 EA09 EA28 EA30 5B080 AA14 AA19 GA14 GA22 GA23

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 三次元の物体を複数の三角形に分割した
   ポリゴンモデルを用い、前記三角形を順次、フレームメ
   モリに画素展開して前記物体の描画を行なうときに、前
   記三角形の表面に凹凸を表現するテクスチャをマッピン
   グする凹凸ポリゴンの描画方法において、 前記三角形毎にその法線ベクトルから二次元の表示座標
   系への投影ベクトルを求め、該ベクトルに平行な複数の
   線分（以下、描画ライン）で前記三角形をライン分割
   し、 前記描画ライン上の画素の始点から順に対応する前記テ
   クスチャの画像データを取り込み、前記画素に対し前記
   テクスチャの高さ情報に応じた変位を求め、同様に求め
   た同じ描画ライン上の隣接画素の変位との間を補間した
   画素をフレームメモリに描画し、これを三角形内の全描
   画ライン、さらに前記物体を表す全三角形について繰り
   返し、上記の補間画素によって前記凹凸を表現すること
   を特徴とする凹凸ポリゴンの描画方法。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記変位間の画素の補間は、変位前のある画素とその隣
   接画素の各テクスチャの色データの輝度から補間するこ
   とを特徴とする凹凸ポリゴンの描画方法。
3. 【請求項３】 請求項１または２において、 前記描画ライン上の画素位置の始点は、前記表示座標系
   の走査ラインが最初に交わる前記三角形の一辺との交点
   であり、かつ、前記描画ラインは前記走査ライン毎に＋
   １ずつインクリメントすることを特徴とする凹凸ポリゴ
   ンの描画方法。
4. 【請求項４】 請求項１、２または３において、 変位前の画素の奥行値とその変位に対応する前記フレー
   ムメモリの画素の奥行値を比較し、前者が手前となる場
   合に前記補間画素を前記フレームメモリに描画すること
   を特徴とする凹凸ポリゴンの描画方法。
5. 【請求項５】 三次元の物体をポリゴンの最小単位であ
   る複数の三角形に分割し、三角形単位に二次元の表示座
   標系に変換して描画指令を発行する描画指令演算手段
   と、前記描画指令により前記三角形を順次、画素展開す
   る描画プロセッサ及びフレームメモリと、フレームメモ
   リに展開された画素を表示する表示装置を備える三次元
   描画装置において、 前記三角形の表面に凹凸を表現するテクスチャの色デー
   タ及び高さ情報を含む画像データを記憶するテクスチャ
   メモリを設け、 前記描画指令演算手段は、前記三角形毎の法線ベクトル
   から表示座標系への投影ベクトルと、前記三角形の二次
   元変換された頂点に対応するテクスチャの座標を求め、 前記描画プロセッサは、前記投影ベクトルに平行な複数
   の線分（以下、描画ライン）で前記三角形をライン分割
   し、前記描画ライン上の画素の始点から順に対応するテ
   クスチャの画像データを取り込み、前記画素について前
   記高さ情報に応じた変位を求め、同様に求めた隣接画素
   の変位との間を補間した画素を前記フレームメモリに描
   画することを特徴とする三次元描画装置。
6. 【請求項６】 請求項５において、 前記テクスチャの高さ情報を可変する倍率設定手段を設
   けたことを特徴とする三次元描画装置。