JP2590783B2 - 三次元図形表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、濃淡付けを施した三次
元の図形表示装置に関し、特に光の反射モデルに基づく
物体の濃淡付け表示に好適な輝度制御装置を有する表示
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】三次元図形を二次元の装置に自然な立体
感を付けて表示するため、表示される図形の各点の輝度
を場所により変化させること（シェーディング）は周知
である。輝度を計算するためのモデル式の１つが次の文
献に紹介されている。

【０００３】“ファンダメンタルズ オブ インタラク
ティブ コンピュータ グラフィックス”、アディソン
ウェスリィ パブリッシュ カンパニー（“Fundamen
tals of Interactive Computer Graphics”, Addison W
esely Publishing Company)，１９８２，pp５７５〜５
７８。

【０００４】すなわち、ある画（反射面）上のある点
（反射点）から視点に到着する反射光の強度（輝度）
は、（１）式で表わされる。

【０００５】

【数１】

【０００６】図２は、式（１）にでてくるいろいろのベ
クトルを図示したものである。ここで、上記諸変数の
内、Ｋ_a，Ｋ_d，Ｋ_s，ｋ，ｎ以外の変数の値は、反射面
上の個々の反射点の位置に依存して変わる。Ｋ_a，Ｋ_d，
Ｋ_s，ｎは、反射面を形成している物質によって異なる
もので、反射面上の個々の反射点の位置にはよらない。
またＫ_a，Ｋ_d，Ｋ_s，Ｉ_a，Ｉ_pは、赤成分（Ｒ），緑成
分（Ｇ），青成分（Ｂ）に分けられ、式（１）は、それ
ぞれの色成分別に成立する。このことは、以下の式につ
いても同じである。

【０００７】

【数２】

【０００８】ところで、上記（１）式の第３項の内積
（→Ｒ・→Ｖ）は、光源と視線の中間方向（→Ｌと→Ｖ
の和の向き）の単位ベクトル→Ｒと→Ｎの内積（→Ｎ・
→Ｈ）に置き換えられ、（１）式は次の（３）式に変換
される。

【０００９】

【数３】

【００１０】さらに（３）式は次の２つの項の和と考え
ることができる。

【００１１】

【数４】

【００１２】

【数５】

【００１３】式（４）においてはＩ_aＫ_aは周囲光による
拡散反射光成分であり、残りは光源からの光による拡散
反射光成分である。したがってＩ_ad′は、全体として拡
散反射光成分を表わす。一方、式（５）のＩ_s′鏡面反
射光成分を示す。しかも、これらの２つの成分は、いず
れも奥行き値（視点と反射点の間の距離）ｒと、反射面
の単位法線ベクトル→Ｎの関数である。

【００１４】また、上記刊行物ｐｐ５４３，５４４記載
の技術では、奥行き値ｒによってのみ各点の輝度Ｉを変
化させて表示している。

【００１５】また、本願より先に出願され、本願の優先
日後に公開された特願昭５９−２２３９２２号の図形シ
ェーディング装置では、前記（３）式の奥行き値ｒを一
定と見なして、次の（６）式によって各反射点の輝度Ｉ
を計算して表示することを提案した。

【００１６】

【数６】

【００１７】ここで Ｃ：定数

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】三次元図形を二次元的
に表示する表示装置では、各表示画素ごとに、その表示
画素に対応する三次元図形上の点（反射点）の輝度Ｉを
計算する必要がある。しかし、その計算に前記（３）式
を用いると、（３）式が乗除算を含むため、この計算
は、非常に時間がかかる。

【００１９】また、奥行き値ｒによってのみ輝度変化を
与える表示技術では、同一の奥行き値ｒを有する異なる
面が同一の輝度を有し、表示図形によっては立体値が十
分ではない。

【００２０】また奥行き値ｒを一定と見なした前記
（６）式の表示装置のように、反射面の方向のみの輝度
変化では、表示する複数の図形の画が同一方向に存在す
るときや、光源・視点の方向と同一角度を成していると
きは、それらの図形は同一の輝度で表示されるので、そ
れらの図形が隣接している場合、それらの図形の境界が
識別できなくなり、立体感がそこなわれる場合がある。

【００２１】また、表示装置の用途によって奥行き値ｒ
の違いによる輝度変化を強くしたい場合と、反射面の方
向→Ｎの違いによる輝度変化を強くしたい場合がある。
しかし、従来の技術ではこのようなことはできなかっ
た。

【００２２】本発明の目的は、各表示画素位置に表示さ
れる三次元図形上の点（反射点）の輝度Ｉを、その反射
点での反射面の法線方向（以下単に表示画素の方向と呼
ぶ）と、その反射点の奥行き値（以下単に表示画素の奥
行き値と呼ぶ）の両方に依存して変化させることがで
き、その輝度Ｉの決定を高速に行い得る表示装置を提供
することにある。

【００２３】さらに、本発明の他の目的は、奥行き値ｒ
による輝度変化と表示画素の方向→Ｎによる輝度変化の
割合を適宜変更可能な装置を提供することにある。

【００２４】

【課題を解決するための手段】本発明では、式（３）を
次のように変形する。

【００２５】

【数７】Ｉ＝Ｉ_r＋Ｉ_N …（７） 但し

【００２６】

【数８】

【００２７】

【数９】

【００２８】式（８）は、式（３）のＩ_aＫ_a以外の部分
の２つの内積（→Ｎ・→Ｌ），（→Ｎ・→Ｈ）の値をそ
れぞれ定数Ｃ₁，Ｃ₂で近似したものである。ここで、Ｋ
₁，Ｋ_a，Ｋ_sは表示すべき図形の反射面の材質によりあ
らかじめ定められる量である。したがって、同一面内の
複数の表示画素に関しては、奥行き値ｒのみによってＩ
_rが変化する。

【００２９】一方、式（９）は、式（３）の奥行き値ｒ
を一定値Ｃ₄とみなすことにより得られる。ここで、
Ｋ_d，Ｋ_aは表示すべき図形の反射面の材質によりあらか
じめ定められる量である。したがって式（９）は、図形
の画の材質が定まれば、２つの内積（→Ｎ・→Ｌ），
（→Ｎ・→Ｈ）に依存する。

【００３０】ところで、式（８），（９）において、Ｋ
₁，Ｋ₂は、Ｉ_r，Ｉ_Nの相対比率を決めるための数値であ
る。式（８）と式（９）の加算である式（７）により輝
度Ｉを算出した場合その値は、式（３）により算出した
値と異なる。しかし、実際の図形表示装置においては、
輝度Ｉの緻密な値が問題となるのではなく、むしろ輝度
Ｉが、表示画素に対する奥行き値ｒ，画素の方向→Ｎ、
画の材質によりどのように変化するかである。従って式
（７）により得られた輝度で図形を表示しても、それら
の輝度の分布は何等不自然なものではない。

【００３１】しかも、Ｉ_r，Ｉ_Nは、ｒと→Ｎの一方のみ
に依存しているため、その算出が容易である。さらに、
式（８），（９）のＫ₁，Ｋ₂の比率を適宜定めることに
より、奥行き値による輝度変化と、画素の方向による輝
度変化の割合を、任意に変更することが可能になる。こ
のことは表示目的によっては有用である。

【００３２】本発明の三次元図形表示装置は、表示手段
と、該表示手段の表示画面を構成する複数の画素の内、
表示すべき三次元図形を二次元平面に投影して得られる
二次元図形に含まれる表示画素の各々の輝度として、各
図形の表示画素に対応する三次元上の奥行き値に依存し
て定まる輝度を示す第１の輝度信号を出力する手段と、
各図形の面の法線方向に依存して定まる輝度を示す第２
の輝度信号を出力する手段と、該第２の輝度信号をアナ
ログの映像信号に変換する第３の手段と、該第３の手段
の出力を入力信号として上記第１の輝度信号に基づいて
上記入力信号を調整して該表示画面上の表示画素の輝度
を決定する手段とから構成されている。

【００３３】

【作用】本発明の装置では奥行き値に対応して画素の方
向により変化する輝度信号のゲインを調整する手段を設
けたことにより、加算回路による遅延を無くし、高速に
輝度制御が行えるため、三次元図形の表示処理自体を高
速に行うことができる。

【００３４】

【実施例】図１は、本発明の第１の実施例の全体装置構
成である。

【００３５】座標変換プロセッサ２０は、ホストプロセ
ッサ１０から同時に表示すべき複数の図形の各々に関す
る表示データと視点の位置データを受け取って、表示を
行うための視覚的変換や拡大・縮小のための変換等の座
標変換を行う。ここで表示データは、各図形の各頂点に
おける座標値と単位法線ベクトルをもつ三次元のポリラ
イン（線分列）データもしくは三次元のポリゴン（画図
形）データと各図形の材質番号からなる。ここで座標値
は、座標変換プロセッサ２０における視覚的変換によ
り、ＸとＹ座標値は画面に投影された値であり、Ｚ座標
値は、視点から三次元図形の投影面である画面に垂直な
方向に測った図形までの距離である。一般に図形と投影
面（画面）の距離に比べ、図形と視点の距離が十分長け
れば、Ｚ座標と前記モデル式の奥行き値ｒは同じ値と近
似できる。

【００３６】画素発生プロセッサ３０は、各図形ごとに
順次以下の処理を行う。すなわち、レジスタ４３に処理
中の図形の材質番号Ｍをセットする。次に前記座標変換
後の表示データからその図形を表示するに必要な複数の
表示画素の位置を決定する。各表示画素の位置（Ｘ，
Ｙ，Ｚ）は、各図形の各頂点の値から補間法により求め
る。前記の通り、Ｚ座標は奥行き値ｒとして利用され
る。

【００３７】奥行きバッファ７４は、表示画面上の表示
画素ごとに、そこに表示されてある図形上の点の奥行き
値を記憶する領域を有する。

【００３８】同様に、フレームバッファ７１〜７３は、
表示画面上の表示画素ごとに、そこに表示されてある図
形上の点の輝度Ｉの赤成分Ｉ_R，緑成分Ｉ_G，青成分Ｉ_B
をそれぞれ記憶する領域を有する。

【００３９】上記画素発生プロセッサ３０は、上記決定
された一つの表示画素について、上記奥行き値バッファ
７４、フレームバッファ７１〜７３内の対応する記憶領
域のアドレスとして表示画素のＸ，Ｙ座標をこれらのバ
ッファに出力する。ここでバッファ７１〜７４の各記憶
領域は、表示画面上の画素に対応して設けられている。
表示画面上の座標（Ｘ，Ｙ）と、記憶領域のアドレス
（Ｘ，Ｙ）は１対１に対応している。

【００４０】奥行きバッファ７４には、現行処理中の表
示画素に対して発生した奥行き値ｒ（Ｚ座標）を送出
し、内積計算回路４１には、反射面の単位法線ベクトル
→Ｎ、光源方向単位ベクトル→Ｌを送出し、内積計算回
路４２には、反射面の単位法線ベクトル→Ｎ、光源・視
線中間方向単位ベクトル→Ｈを送出し、奥行きバッファ
７４、フレームバッファ７１〜７３に、上記処理中の表
示画素に対するアドレスおよび書き込み許可信号ＷＥを
選出する。奥行きバッファ７４には発声された奥行き値
ｒが書き込まれ、フレームバッファ７１〜７３には、以
下のようにして算出される輝度ＩのＲ，Ｇ，Ｂ成分
Ｉ_R，Ｉ_G，Ｉ _B が書かれる。

【００４１】内積計算回路４１，４２は、それぞれ画素
発生プロセッサ３０から出力された、表示画素の法線ベ
クトル→Ｎと光源方向単位ベクトル→Ｌ、および→Ｎと
光源・視線中間方向単位ベクトル→Ｈを入力として、そ
れぞれ内積（→Ｎ・→Ｌ），（→Ｎ・→Ｈ）を計算す
る。プロセッサ４１と４２の出力は、レジスタ４３内の
材質番号Ｍと合成され、輝度テーブル５１〜５６に対す
る読出しアドレスとして使用される。

【００４２】輝度テーブル５７〜５９には、奥行き値ｒ
と図面の面の材質に依存して定まる輝度成分を、Ｒ，
Ｇ，Ｂ成分別にそれぞれあらかじめ記憶してある。すな
わち、式（８）により定まる輝度Ｉ_rのＲ，Ｇ，Ｂ成分
Ｉ _rR ，Ｉ_rG，Ｉ_rBをあらかじめある材質について奥行き
値ｒをかえて算出する。この計算を材質をかえて行う。
こうして得られたデータを、Ｒ，Ｇ，Ｂ成分別にそれぞ
れテーブル５７〜５９内の、材質番号と奥行き値ｒに依
存して定まる記憶位置に順次記憶する。したがって、レ
ジスタ４３内の材質番号Ｍおよび画素発生プロセッサ３
０から出力される奥行き値ｒが組み合わさって、読み出
しアドレスとしてこれらの輝度テーブル５７〜５９がア
クセスされると、それぞれから輝度成分Ｉ_rR，Ｉ_rG，Ｉ
_rB がそれぞれ加算器６４〜６６に出力される。

【００４３】一方、輝度テーブル５１〜５６には、表示
画素の方向→Ｎと反射面の材質に依存して定まる輝度成
分をあらかじめ記憶してある。すなわち、式（９）は更
に２つの量の和と考えることができる。

【００４４】

【数１０】 但し

【００４５】

【数１１】

【００４６】

【数１２】

【００４７】式（１１）の輝度Ｉ_adは、周囲光による反
射光成分と拡散反射光成分とからなる。式（１２）の輝
度Ｉ_sは、鏡面反射光成分のみからなる。あらかじめ、
式（１１）で定まる輝度Ｉ_adのＲ，Ｇ，Ｂ成分Ｉ_adR，
Ｉ_adG，Ｉ_adBを図形の画のある材質について、内積値
（→Ｎ・→Ｌ）の値をかえて算出し、さらに同じ計算を
材質をかえて行う。こうして得た結果をそれぞれ輝度テ
ーブル５１〜５３の、材質番号と内積値（→Ｎ・→Ｌ）
に依存して定まる記憶位置に記憶しておく。

【００４８】一方、式（１２）にて定まる輝度Ｉ_sの
Ｒ，Ｇ，Ｂ成分についても同様に材質および内積値（→
Ｎ・→Ｈ）をかえてあらかじめ計算したものを記憶して
おく。

【００４９】したがって、内積計算回路４１からの出力
（→Ｎ・→Ｌ）とレジスタ４３内の材質番号Ｍとが組み
合わさって、テーブル５１〜５２に供給されると、これ
らのテーブルから、対応する輝度Ｉ_adR，Ｉ_adG，Ｉ_adB
がそれぞれ加算器６４〜６６に出力される。

【００５０】同様に、内積計算回路４２の出力（→Ｎ・
→Ｈ）とレジスト４３内の材質番号Ｍとが組合わさって
アドレスとしてテーブル５４〜５６に供給されると、こ
れらのテーブルから、対応する輝度Ｉ_sR，Ｉ_sG，Ｉ_sBが
それぞれ加算器６４〜６６に出力される。

【００５１】こうして、加算器６４〜６６では、式
（８），（１１），（１２）で加算された輝度Ｉ_r，Ｉ
_ad，Ｉ_sのＲ，Ｇ，Ｂ成分について加算を行い、最終的
な輝度ＩのＲ，Ｇ，Ｂ成分Ｉ_R，Ｉ_G，Ｉ_Bをフレームバ
ッファ７１〜７３にそれぞれ選出する。これらのバッフ
ァは、画素発生プロセッサ３０から出力されたアドレス
（Ｘ，Ｙ）と書き込み許可信号ＷＥに応答して、加算器
６４〜６６の出力Ｉ_R，Ｉ_G，Ｉ_Bをそれぞれ記憶する。

【００５２】こうして、一つの画素について輝度データ
の生成およびフレームバッファ７１〜７３への書込みが
終了する。

【００５３】以下、同じ処理が、他の表示画素にについ
て行われる。

【００５４】フレームバッファ７１〜７３の内容は、ラ
スタスキャンされ、それぞれ８４，８５，８６のＤＡ変
換器によってアナログの映像信号に変換されてＣＲＴデ
ィスプレイ９０の輝度を制御する。

【００５５】なお、以上の奥行きバッファ７４、フレー
ムバッファ７１〜７３内のデータの書き込みは、いわゆ
る図面に対するデータのときは行われない。すなわち、
画素発生プロセッサ３０は、奥行きバッファ７４への奥
行き値ｒの書き込み前に、その書き込み位置にすでに記
憶された奥行き値ｒ_sを読み出す。この値ｒ_oは、他の図
形上のある点に対する奥行き値である。画素プロセッサ
３０は、その奥行き値ｒ_oと、今、画素発生プロセッサ
３０で発生した奥行き値ｒを比較し、前者が後者より小
さいとき、画素発生プロセッサ３０は、書き込み許可信
号ＷＥをバッファ７０〜７４には送出しない。つまり、
奥行きバッファ７４、フレームバッファ７１〜７３につ
いて前述した書き換えをしない。このように、奥行きバ
ッファ７４から読み出されたデータｒ_oが、画素発生プ
ロセッサ３０で発生した奥行き値ｒより小さいときは、
画素発生プロセッサ３０が表示しようとしている図形よ
り手前に別の図形が存在している場合であり、この場
合、後者を表示しない（いわゆる図面消去する）ため
に、今処理中の表示画素については、上記バッファ７
４，７１〜７３の変更は行なわない。

【００５６】以上から明らかな通り、本実施例では、輝
度テーブル５１〜５９に輝度Ｉの算出に必要なデータを
記憶してあるので、輝度の算出を高速に行いうる。さら
に各輝度テーブル内のデータは、奥行き値ｒ、内積（→
Ｎ，→Ｌ），（→Ｎ，→Ｈ）のいずれか一つと画の材質
にのみ依存するので、式（３）のように奥行き値ｒと内
積値（→Ｎ，→Ｌ），（→Ｎ，→Ｈ）のすべてに依存し
て求める場合に比べて必要とするデータ量が少ない。さ
らに、これらのテーブルに記憶するデータは、式
（８），（９）に示される係数Ｋ₁，Ｋ₂を変更すること
により、奥行き値ｒに依存する輝度Ｉ_r，あるいは内積
（→Ｎ・→Ｌ），（→Ｎ・→Ｈ）に依存する輝度Ｉ_Nの
相対比率を容易に変更できる。

【００５７】図３は、本発明の第２の実施例を示す。

【００５８】ホストプロセッサ１０、座標変換プロセッ
サ２０、画素発生プロセッサ３０、内積計算回路４１と
４２、レジスタ４３、奥行きバッファ７４、ＤＡ変換器
８４〜８６、ＣＲＴディスプレイ９０は、前記図１の実
施例と同じである。図３では、新たに材質番号Ｍ、内積
値（→Ｎ・→Ｌ），（→Ｎ・→Ｈ）をそれぞれ記憶する
ための、ＣＲＴディスプレイ９０の表示画素の各々に対
応した記憶領域を有するフレームバッファ７５〜７７が
新たに設けられている。内積計算回路４１，４２により
図１と同じように、図形を表示するための画素ごとに、
内積値（→Ｎ・→Ｌ），（→Ｎ・→Ｈ）が計算される。
これらの回路の出力およびレジスタ４３内の材質番号Ｍ
は、両素発生プロセッサ３０から出力されるアドレス
（Ｘ，Ｙ）と書き込み許可信号にしたがい、フレームバ
ッファ７５〜７７に書き込まれる。これらのフレームバ
ッファ７５〜７７および奥行きバッファ７４は、ＣＲＴ
ディスプレイ９０からのアドレス２００に同期して読み
出される。

【００５９】カラールックアップテーブル８３は、図１
の輝度テーブル５７，５８，５９に保持された輝度デー
タＩ_rR，Ｉ_rG，Ｉ_rBまとめて、奥行き値ｒと材質番号Ｍ
の組合せに対応した記憶位置にあらかじめ記憶してい
る。

【００６０】カラールックアップテーブル８１は、図１
の輝度テーブル５１，５２，５３に保持された輝度デー
タＩ_adR，Ｉ_adG，Ｉ_adBをまとめて、材質番号Ｍと内積
値（→Ｎ・→Ｌ）の組合せに対応した記憶位置にあらか
じめ記憶している。

【００６１】カラールックアップテーブル８２は、図１
の輝度テーブル５４，５５，５６にそれぞれ保持された
輝度データＩ_sR，Ｉ_sG，Ｉ_sBをまとめて、材質番号Ｍと
内積値（→Ｎ・→Ｈ）の組み合わせに対応した記憶位置
に予め記憶している。前述のように、奥行きバッファ７
４、フレームバッファ７５〜７７がＣＲＴディスプレイ
９０の走査に同期してアクセスされると、ＣＲＴディス
プレイの走査位置にある画素に対する奥行き値ｒ、材質
番号Ｍ、内積値（→Ｎ・→Ｌ），（→Ｎ・→Ｈ）が前記
のバッファより読み出され、カラールックアップテーブ
ル８３には、読み出された奥行き値ｒと材質番号Ｍとが
アドレスとして供給され、対応する輝度データＩ_rR，Ｉ
_rG，Ｉ_rBがそれぞれ加算器１０１，１０２，１０３へ読
み出される。同様に、読み出された材質番号Ｍと内積値
（→Ｎ・→Ｌ）がカラールックアップテーブル８１にア
ドレスとして供給され、そこから輝度データＩ_adG，Ｉ
_adR，Ｉ_adBが読み出され、それぞれ加算器１０１，１０
２，１０３へ送られる。同様に、カラールックアップテ
ーブル８２には、読み出された材質番号Ｍおよび内積値
（→Ｎ・→Ｈ）がアドレスとして入力され、輝度データ
Ｉ_sR，Ｉ_sG，Ｉ_sBが読み出され、それぞれ加算器１０
１，１０２，１０３へ読み出される。加算器１０１，１
０２，１０３はそれぞれに入力された輝度データを加算
して、Ｒ，Ｇ，Ｂに関する最終的な輝度データＩ_R，
Ｉ_G，Ｉ_Bを生成してＣＲＴディスプレイに送出する。

【００６２】このように図３は図１の回路と実質的に同
一結果を得ることができる。

【００６３】図４は、本発明の他の実施例である。図４
において、１０，２０，３０，４１，７４，７５，８４
〜８６，９０は図３のものと同一である。図４では、図
３のフレームバッファ７６，７７，カラールックアップ
テーブル８２、加算器１０１〜１０３が省略されてい
る。フレームバッファ７７の省略に伴い、カラールック
アップテーブル８１，８３にはそれぞれ、内積値（→Ｎ
・→Ｌ）および奥行き値ｒのみがそれぞれアドレスとし
て与えられる。本実施例では、同時に表示すべき図形が
複数あっても、それらの材質が同一と想定している。図
４で、図３のフレームバッファ７７が省略されているの
はこの理由による。図４で重要なことは、内積値（→Ｎ
・→Ｈ）を保持するフレームバッファ７６（図３）を省
略するかわりに、カラールックアップテーブル８１の記
憶内容を、図２の場合と変えてあることである。式（１
２）で示される鏡面反射光成分は、内積（→Ｎ・→Ｈ）
が１に近い、即ち単位法線ベクトル→Ｎと光源・視線中
間方向単位ベクトル→Ｈのなす角α（図２）が０ないし
０に近い範囲内でのみ有意な値となる。ここで、光源方
向ベクトル→Ｌと→Ｎのなす角をβ、→Ｌと→Ｈのなす
角をδとすると、α＝δ−βとして表わされる。またｃ
ｏｓα＝（→Ｎ・→Ｈ），ｃｏｓβ（→Ｎ・→Ｌ）であ
る。従って、光源および視点の位置を固定すれば、δが
一定となるので、βに近いある範囲の（→Ｎ・→Ｌ）に
対してのみ、（→Ｎ・→Ｈ）に比例する鏡面反射成分が
有意な値となる。

【００６４】以上の理由により図４のカラールックアッ
プテーブル８１には、あらかじめ、ある範囲内にある内
積値（→Ｎ・→Ｌ）に対して、式（１２）の値を式（１
１）に加算した値Ｉ_adsを記憶しておく。これにより、
図３の７６，８２が存在したときと同様な鏡面反射光成
分を反映した輝度データが得られる。

【００６５】図４のカラールックアップテーブル８３に
は、図３のカラールックアップテーブル８３のデータの
うち、１つの材質番号に対する輝度が、奥行き値ｒに対
応する位置に記憶されている。

【００６６】図４の装置で、もし異なる材質の図形を表
示しようとするときは、カラールックアップテーブル８
１と８３の内容を、それぞれ対応する材質の輝度に変更
することによって実現することが可能である。

【００６７】図４においてカラールックアップテーブル
８１の出力Ｉ_adsR，Ｉ_adsG，Ｉ_adsBおよび８３の出力Ｉ
_rR，Ｉ_rG，Ｉ_rBは、このようにして得られた輝度データ
Ｒ，Ｇ，Ｂ成分を示す。

【００６８】図４において重要な他の１つは、カラール
ックアップテーブル８１，８３の出力を加算する加算器
が用いられず、かわりにカラールックアップテーブル８
１の出力Ｉ_adsR，Ｉ_adsG，Ｉ_adsBをそれぞれ８４，８
５，８６のＤＡ変換器によってアナログの映像信号に変
換し、さらにそれらの映像信号を増幅する映像増幅器９
１〜９３の利得をカラールックアップテーブル８３の出
力Ｉ_rR，Ｉ_rG，Ｉ_rBの値に応じて増大せしめることであ
る。

【００６９】この結果、ＣＲＴディスプレイ９０に出力
される映像信号の輝度は、カラールックアップテーブル
８１，８３の出力の両方に依存する。従って、奥行き値
ｒ、内値積（→Ｎ・→Ｌ）および（→Ｎ・→Ｈ）に依存
することになる。

【００７０】なお、この場合、映像信号の輝度は、図
１、図３の場合のように、奥行き値ｒに依存する輝度Ｉ
ｒ（式（８））と、ベクトル→Ｎに依存する輝度Ｉ
_N（式（９））の積に依存することになるが、図４の場
合も、図１または図３の場合に得られる表示画面に近い
画面が得られる。

【００７１】図４の場合、図３におけるフレームバッフ
ァ７６および加算器１０１〜１０３が省略でき、それだ
け回路が簡単である。とくに、図３の加算器１０１〜１
０３は、そこにおける信号遅延時間を十分小さくしなけ
ればならないが、図４では、このような回路が不要であ
ることは、実用上のメリットが大きい。

【００７２】

【発明の効果】本発明によれば、三次元図形の表示装置
において、各表示画素の方向と奥行き値による輝度の変
化を任意の割合で制御できるので、表示的に応じた図形
の立体的な表示が可能である。

【００７３】また表示画素の一連の方向や奥行き値に対
して、あらかじめ輝度を計算した結果を輝度テーブルに
設定し、参照・加算する方式であるので、光の反射モデ
ルを表示画素ごとに逐一演算する場合に比べ、表示処理
が大幅に高速化し、更に表示画素の方向と奥行き値の双
方に関して変化する輝度の表示制御を高速に行える。

【００７４】また奥行き値による輝度制御を映像増幅器
のゲイン調整で可能とする手段によれば、ハードウェア
の追加が少なくて済み、かつ表示速度を下げることがな
い利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による表示システムの第１の実施例のブ
ロック図。

【図２】三次元図形（物体）の反射強度を算出するのに
用いる種々のベクトルを示す図。

【図３】本発明による表示システムの第２の実施例のブ
ロック図。

【図４】本発明による表示システムの第３の実施例のブ
ロック図。

【符号の説明】

３０…画素発生プロセッサ、４１，４２…内積計算回
路、５１，５９…輝度テーブル、７１〜７３，７５〜７
９…フレームバッファ、７４…奥行きバッファ、８１〜
８３…カラールックアップテーブル、６４〜６６，１０
１〜１０３…加算器。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】表示手段と、 該表示手段の表示画面を構成する複数の画素の内、表示
   すべき三次元図形を二次元平面に投影して得られる二次
   元図形に含まれる表示画素の各々の輝度として、各図形
   の表示画素に対応する三次元上の奥行き値に依存して定
   まる輝度を示す第１の輝度信号を出力する手段と、 各図形の面の法線方向に依存して定まる輝度を示す第２
   の輝度信号を出力する手段と、該第２の輝度信号をアナログの映像信号に変換する第３
   の手段と、 該第３の手段の出力を入力信号として上記第１の輝度信
   号に基づいて上記入力信号を調整して該 表示画面上の表
   示画素の輝度を決定する手段とを備えたことを特徴とす
   る三次元図形表示装置。
2. 【請求項２】請求項１において、表示すべき図形の材質
   が一定であることを特徴とする三次元図形表示装置。
3. 【請求項３】請求項１において、表示する画における単
   位法線ベクトルと光源・視線中間方向単位ベクトルのな
   す角が０ないし０に近い値であることを特徴とする三次
   元図形表示装置。