JP3358891B2

JP3358891B2 - Ｚ値の透視変換処理方法及び画像処理装置

Info

Publication number: JP3358891B2
Application number: JP25508694A
Authority: JP
Inventors: 康浩井澤; 斉山本; 仁角谷
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1994-06-20
Filing date: 1994-10-20
Publication date: 2002-12-24
Anticipated expiration: 2017-12-24
Also published as: JPH0869546A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、Ｚバッファ法により
透視変換されたスクリーン座標のポリゴンにテクスチャ
マッピングを施す画像処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】コンピュータグラフィックスにおいて
は、視野ピラミッドというものを考えて透視変換やクリ
ッピングの処理が行われる。モデリングでは、ワールド
座標系での視点の位置、視線の方向、そして視野角を与
えることで視野ピラミッドがつくられている。

【０００３】ワールド座標系から視点座標系への変換で
は、視点が原点になるように、全体を（光線を含め）平
行移動し、更に視線がＺ軸の正方向を向くように回転移
動させる。この変換にはアフィン変換が用いられる。そ
して、変換された視点座標系からスクリーン座標系へ透
視変換を用いて変換される。

【０００４】ところで、３次元グラフィックスにおい
て、Ｚバッファ・アルゴリズムは色々な隠面処理法の中
でもアルゴリズムが単純であり、大量の形状データを高
速にレンダリングすることができるため現在最も一般的
に用いられている。

【０００５】このＺバッファ・アルゴリズムを用いた隠
面処理行う前に上記の座標変換などを行う必要がある。
この中で視野（視点）座標系からスクリーン座標系に変
換する、すなわち、３次元データを２次元データに変換
する透視変換がある。Ｚバッファ法を用いる場合、Ｘ、
Ｙ値だけでなくＺ値に対しても透視変換を行う必要があ
る。これはＺ値に対して透視変換を行わないと、直線が
直線に、平面が平面に写像されなくなり、前後関係が入
れ替わるなどの問題が発生するからである。

【０００６】このため、Ｚ値に対して透視変換する方法
が種々提案されているが、ゲームなどのようにオブジェ
クト（ポリゴンのかたまり、物体）を数多く表示させる
場合などに適した方法は提案されていない。

【０００７】一方、テクスチャマッピングの方法とし
て、ピクセル単位で逆透視変換するという方法がある
が、この方法は処理速度が遅いという欠点があり、リア
ルタイムでテクスチャマッピングを行うことはできなか
った。

【０００８】そこで、この問題を解決するために、Ｉ／
Ｏインターフェース、メモリ、辺補間回路、線分補間回
路、マッピングメモリ、乗算回路を備えたテクスチャマ
ッピング装置が特開昭６３−８０３７５号や特開平５−
２９８４５６号が提案されている。これら装置は、ディ
ジタル微分解析（ＤＤＡ）を用いてテクスチャマッピン
グを行っている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した装置
においては、奥行きを考慮していないため、テクスチャ
マップ上の直線が画面では歪んで見えたり、動かしたと
きにスムーズに動かないという問題があった。

【００１０】この発明は上述した従来の問題点に鑑み、
まずＺ値について考察し、奥行きを考慮したテクスチャ
マッピング並びにグローシェーディングの可能なＺバッ
ファ法を用いた画像処理装置を提供することを目的とし
ている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明は、Ｚバッファ
法による隠面処理に用いられるスクリーン座標上のＺ値
を透視変換により算出するＺ値の透視変換処理方法にお
いて、前方クリップ面のＺ値をＣＺＦとし、後方クリッ
プ面のＺ値をＣＺＢとし、Ｚ値の透視変換値を、Ｚｓ＝
１−ＣＺＦ／Ｚｅ（ここで、Ｚｓはスクリーン座標上の
Ｚ値、Ｚｅは視野座標上のＺ値）に基づいて算出するこ
とを特徴とする。

【００１２】また、この発明は、Ｚバッファ法による隠
面処理に用いられるスクリーン座標上のＺ値を透視変換
により算出するＺ値の透視変換処理方法において、前方
クリップ面のＺ値をＣＺＦとし、後方クリップ面のＺ値
をＣＺＢとした時、Ｚ値の透視変換値を、Ｚｓ＝ＣＺＦ
／Ｚｅ（ここで、Ｚｓはスクリーン座標上のＺ値、Ｚｅ
は視野座標上のＺ値）に基づいて算出することを特徴と
する。

【００１３】更に、この発明は、Ｚバッファ法による隠
面処理に用いられるスクリーン座標上のＺ値を透視変換
により算出するＺ値の透視変換処理方法において、前方
クリップ面のＺ値をＣＺＦとし、後方クリップ面のＺ値
をＣＺＢとした時、スクリーン座標上のＺ値（Ｚｓ）を
前方クリッピング面のＺ値に応じて１／Ｚｅ（Ｚｅは視
野座標上のＺ値）を左シフトした値を用いることを特徴
とする。

【００１４】上記１／Ｚｅを演算した出力を、バレルシ
フタまたはマルチプレクサにより、ＣＺＦの値に応じて
シフトさせるとよい。

【００１５】この発明の画像処理装置は、上記したいず
れかの方法でＺ値の透視変換を行う処理手段と、このＺ
値及び表示するポリゴンのスクリーンデータ、テクスチ
ャマップアドレスデータをポリゴン辺の２点間の補間処
理でエッジ展開する手段と、エッジ展開された各データ
をエッジ２点間の補間処理でピクセル展開する手段と、
ピクセル展開されたテクスチャマップアドレスデータに
応じてテクスチャマッピングメモリからテクスチャデー
タとして読み出す手段と、を備える。

【００１６】また、この発明の画像処理装置は、透視変
換を行う処理手段とエッジ展開手段との間にレジスタフ
ァイルを設け、数ポリゴン分のデータを一度に転送する
とよい。

【００１７】更に、この発明の画像処理装置は、テクス
チャマップアドレスデータを透視変換したＺ値で乗算
し、この乗算したテクスチャマップアドレスデータをピ
クセル展開し、ピクセル展開したテクスチャマップアド
レスデータを透視変換したＺ値で除算することを特徴と
する。

【００１８】上記エッジ展開手段は、ポリゴンを構成す
る辺の傾きが入力される第１のマルチプレクサと、この
傾きデータを格納するシフトレジスタと、このシフトレ
ジスタからの出力をフィードバックして前記第１のマル
チプレクサに与える手段と、前記シフトレジスタの出力
を一方の入力とする加算器と、この加算器の出力及び始
点データが入力される第２のマルチプレクサと、前記第
２のマルチプレクサからの出力を格納するシフトレジス
タと、このシフトレジスタからの出力を前記加算回路に
与える手段とからなることを特徴とする。

【００１９】上記ピクセル展開手段として、２分子１分
母除算器を用いるよい。

【００２０】また、輝度値データを透視変換したＺ値で
乗算し、この乗算した輝度値データをピクセル展開し、
ピクセル展開した輝度値データを透視変換したＺ値で除
算するように構成することもできる。

【００２１】透明か否かのフラグを格納した透明マッピ
ングメモリを備えると良い。

【００２２】

【作用】上記の構成によれば、従来の無駄な計算のみ省
いているので、計算量が少なく、また、精度も保たれ
る。

【００２３】

【００２４】２次元のテクスチャマップデータを透視変
換逆透視変換することで、奥行きを考慮したテクスチャ
マッピングが行える。

【００２５】

【実施例】以下、この発明の実施例につき図面を参照し
て説明する。

【００２６】図１は、この発明の第１の実施例の全体構
成を示すブロック図である。

【００２７】前述したように、３次元グラフィックスに
おいて、Ｚバッファ・アルゴリズムは色々な隠面処理法
の中でもアルゴリズムが単純であり、大量の形状データ
を高速にレンダリングすることができる。

【００２８】画像処理装置においては、このＺバッファ
・アルゴリズムを用いた隠面処理行う前に視点座標系か
らスクリーン座標系に変換する必要がある。すなわち、
ワールド座標系から視点座標系への変換をアフィン変換
により行いこれらの変換をマイクロプロセッサ部１で行
う視点座標系からスクリーン座標系に変換する透視変換
が行われる。

【００２９】前述したように、Ｚバッファ法を用いる場
合、Ｘ、Ｙ値だけでなくＺ値に対しても透視変換を行う
必要がある。これはＺ値に対して透視変換を行わない
と、直線が直線に、平面が平面に写像されなくなり、前
後関係が入れ替わるなどの問題が発生するからである。

【００３０】Ｚ値に対して、透視変換する方法として
は、次の数式（１）に示すものがある。

【００３１】

【数１】Ｚｓ＝１／Ｚｅ …（１）ここで、Ｚｓはスクリーン座標上のＺ値、Ｚｅは視野座
標上のＺ値である。

【００３２】上記（１）式を用いることにより、Ｚ値を
透視変換することができるが、この方法では精度が悪い
という問題がある。

【００３３】そこで、この精度をよくするためにビュー
・ボリュームの奥行き方向の範囲をなるべく狭くし、Ｚ
値を０と１の間に正規化し、下記の数式（２）により透
視変換する方法が提案されている（例えば、ＰＩＸＥＬ
（Ｎｏ．７３）８８頁ないし８９頁参照。）。

【００３４】

【数２】Ｚｓ＝Ｚ／Ｗ＝（Ａ・Ｚｅ＋Ｂ）／Ｃ・Ｚｅ＝ａ（１−ＣＺＦ／Ｚｅ） …（２）ただし、ａ＝ＣＺＢ／（ＣＺＢ−ＣＺＦ）ここで、ＣＺＦは前方クリップ面の値、ＣＺＢは後方ク
リップ面の値である。

【００３５】ところで、ゲームなどのように、オブジェ
クトを数多く表示させる場合には、どうしてもＣＺＦと
ＣＺＢの距離が大きくなる。そこで、この発明は、オブ
ジェクトを多く表示させる必要がある場合、すなわちＣ
ＺＢ》ＣＺＦの場合には、ａは約１になるので、上記
（２）式は次の数式（３）になる。

【００３６】

【数３】Ｚｓ＝１−ＣＺＦ／Ｚｅ …（３）

【００３７】上記（３）式は、（２）式に比べて単純と
なり、演算が簡単に行える。このため、この発明では、
オブジェクトを多く表示させるなどの場合は、上記
（３）式に基づきマイクロプロセッサ部１でＺ値を透視
変換する。スクリーン座標上のＸ、Ｙ値（Ｘｓ、Ｙｓ）
は次の数式（４）で計算される。

【００３８】

【数４】Ｘｓ＝Ｘｅ・ｄ／Ｚｅ、Ｙｓ＝Ｙｅ・ｄ／Ｚｅ …（４）ここで、ｄは視点からスクリーンまでの距離である。

【００３９】また、ＺｅはＣＺＦとＣＺＢとの間で変化
するため、上記（３）式のＺｓは０から（１−ＣＺＦ／
ＣＺＢ）＝１の間で変化する。Ｚバッファ法を用いる場
合、０から１でも１から０に変化してもＺバッファの初
期化の値を変えるだけでよいので、上記（３）式は下記
の数式（５）のように取り扱っても問題はない。

【００４０】

【数５】Ｚｓ＝ＣＺＦ／Ｚｅ …（５）

【００４１】また、上記（１）式の結果をシフトして用
いることにより、（１）式の精度をよくすることができ
る。すなわち、Ｚｓの値をＣＺＦの値に応じてシフトさ
せる。例えば、ＣＺＦ＝Ｚｅ＝３３の時、１／Ｚｅを小
数点以下１６ビットで表すと、０７ｃ１ｈとなる。ＣＺ
Ｆ≦Ｚｅの関係から、ＣＺｆが３３の時は１６ビット中
上位５ビットは０固定となる。すなわち、１６ビットの
値を５ビット左シフトしても問題がない。但し、この場
合、１／Ｚｅは小数点以下２１ビット以上求めておかな
ければならないが、マイクロプロセッサ部１の除算器の
結果が３２ビットのものを使用すれば全く問題はない。

【００４２】以上のことから、この発明の第１の実施例
を示す図１の画像処理装置では、マイクロプロセッサ部
１からエッジ展開回路２へ出力される透視変換後のＺ値
において、上記（３）式又は上記（５）式を用いる。

【００４３】なお、アフィン変換は予めシステムで行っ
ても良いが、このマイクロプロセッサ部１にて行うよう
に構成してもよい。

【００４４】更にマイクロプロセッサ部１の負担を少な
くしたい場合には、上記（１）式を用い、そして精度を
上げるためにＺｅをシフトさせればよい。特に、（１）
式を用いる場合には、マイクロプロセッサ部１でシフト
させても良いが、１／Ｚｅのデータをそのまま出力し、
受け取る側の回路、この例では、エッジ展開回路２でバ
レルシフタあるいはマルチプレクサを用いてシフトさせ
るように構成している。図２にエッジ展開回路２のデー
タ入力部を構成するシフタ回路の一例を示す。マイクロ
プロセッサ部１から透視変換されたＸ，Ｙ，１／Ｚｅ，
Ｉ（輝度値）、ＭＸ，ＭＹがバレルシフタ（ＢＲＳ）２
１に与えられる。ＢＲＳ２１からシフトされたＺ値と、
Ｘ，Ｙ，Ｉ，ＭＸ，ＭＹが出力され、エッジ展開され
る。また、１ワードのデータに数パラメータ（ＸとＹな
ど）が含まれる場合には、ＢＲＳコントローラ２２に入
力されるＣＺＦに基づいて判定すればよい。

【００４５】図１に示す画像処理装置において、１ポリ
ゴン分のデータをダイレクト・メモリ・アクセス（ＤＭ
Ａ）転送によって、マイクロプロセッサ部１からエッジ
展開回路２に転送される。マイクロプロセッサ部１には
ＤＭＡ転送のための回路が含まれている。

【００４６】しかし、１ポリゴンづつデータを転送する
と、無駄な時間が多くなるかあるいは、無駄な時間を少
なくするための制御回路が必要となる。そこで、この発
明では、図３に示すように、数ポリゴン分あるいは、そ
れ以上のポリゴンデータを格納するためのレジスタファ
イル（ＲＧＦ）２３が設けられている。このレジスタフ
ァイル２３はＲＧＦアドレスコントローラ２４により制
御され、マイクロプロセッサ部１からのＺ値、Ｘ，Ｙ，
Ｉ，ＭＸ，ＭＹが格納される。

【００４７】このようにレジストファイル２３を設けれ
ばＤＭＡ転送時の無駄な処理時間がその分少なくすむ。

【００４８】図４にエッジ展開回路２の構成を示す。図
４に示すように、マイクロプロセッサ部１からスクリー
ン座標値のＸｓ、Ｙｓ、Ｚｓ、ＭＸｓ、ＭＹｓと輝度値
（Ｉ）がレジスタファイル２３にＤＭＡ転送される。こ
の時、ポリゴンに対する各フラグ、例えば、フラットシ
ェーディング或いはグローシェーディングなどのフラグ
も転送される。そして、このレジストファイル２３から
初期演算部２５にデータが送られ、この実施例では、こ
の初期演算部２５は、図２に示すバレルシフタ２１によ
るシフト動作を行う。エッジ展開回路２では、ポリゴン
データを図５のように、左辺と右辺のエッジに展開す
る。なお、この実施例では４角形で説明するが、別に何
角形でもよい。図５に示すように、左辺と右辺と分割さ
れたそれぞれのデータを右辺は補間回路２６で左辺は補
間回路２７でディジタル微分解析（ＤＤＡ）により補間
処理し、補間して得られたそれぞれのデータをピクセル
展開回路３に転送する。また、ＤＤＡコントロール部２
８からはスキャンライン、すなわちＹデータとフラグが
出力される。

【００４９】ピクセル展開回路３は、補間回路２６、２
７から出力される点データを入力とし、これらの点デー
タの２点により決まるスキャンラインに平行な直線を補
間してピクセル展開し、この展開されたデータをアドレ
スとして、テクスチャマッピングメモリ４をアクセスす
る。テクスチャマッピングメモリ４は、ピクセル展開回
路３から出力されるデータが示すアドレス値のテクスチ
ャデータを出力し、カラー演算回路５に出力する。

【００５０】カラー演算回路５では、ピクセル展開回路
３から読み出されたＬＵＴＡＤからルックアップテーブ
ルメモリ６をアクセスし、そのピクセルの色情報（Ｒ、
Ｇ、Ｂ）を取り出す。そして、カラー演算を行う。

【００５１】メモリ制御回路７では、上述した方法で計
算したＺｓをピクセル展開したＺｓが格納されているフ
レームメモリ９と同じフォーマットのＺバッファメモリ
８とフレームメモリ（Ｒ、Ｇ、Ｂ値が格納されている）
の制御を行う。

【００５２】このメモリ制御回路７では、まず、Ｚバッ
ファメモリ８のそのピクセルのデータを読み出し計算し
たピクセルのＺｓ値比較し、Ｚｓ値の方が大きければ、
すなわち、計算されたピクセルが手前にあればフレーム
メモリ９とＺバッファメモリ８にそれぞれのデータを書
き込み、逆に小さければ何も書き込まない。またＣＲＴ
コントローラ１０の制御信号により、１つ前のフレーム
のＲＧＢデータを読みだす。このＣＲＴコントローラは
フレームメモリのＲＧＢデータをＤ／Ａコンバータ、Ｒ
ＧＢエンコーダを経てコンポジットビデオ信号をＣＲＴ
に出力する。

【００５３】このようにして、Ｚバッファ法に基づくテ
クスチャマッピングが容易に行える。

【００５４】前述した装置におけるテクスチャ・マッピ
ング装置では、奥行きを考慮していないため、図２１に
示すように、Ｚ１とＺ２が等しい場合には問題がない
が、Ｚ１≠Ｚ２の場合、奥行きを考慮していないため、
図２２に示すようにはならないという問題がある。更
に、テクスチャマップ上の直線がスクリーン画面上では
直線にならなかったり、回転などして動かした場合動き
がスムーズにならないという問題がある。そこで、この
発明の第２の実施例では、これらの問題を解決するため
に、次のようにテクスチャマッピングを行っている。

【００５５】まず、テクスチャマップアドレスＭＸ、Ｍ
Ｙの透視変換（スクリーン変換）を次の数式（６）によ
り行う。

【００５６】

【数６】ＭＸｓ＝ＭＸ／Ｚｅ、ＭＹｓ＝ＭＹ／Ｚｅ …（６）ここで、ＭＸｓ、ＭＹｓはスクリーン上のテクスチャマ
ップアドレスである。

【００５７】そして、ＭＸｓ、ＭＹｓをポリゴンデータ
からピクセルデータまでデジタル微分解析（ＤＤＡ）に
より展開する。

【００５８】ピクセル展開された（ＭＸｓ、ＭＹｓ）を
元のテクスチャマップアドレス（ＭＸ、ＭＹ）に次の数
式（７）に従い逆変換する。

【００５９】

【数７】ＭＸ＝ＭＸｓ／Ｚｓ、ＭＹ＝ＭＹｓ／Ｚｓ …（７）ここで、Ｚｓはピクセルに展開されたＺｓ値である。

【００６０】このように演算することで、奥行きを考慮
したテクスチャマッピングが可能となる。

【００６１】図６は、上述した方法を用いた画像処理装
置を示すブロック図である。図６に示すように、マイク
ロプロセッサ部１では、前述の第１の実施例と同様に座
標変換、シェーディング、クリッピングなどを行い、ス
クリーン座標値のＸｓ、Ｙｓ、Ｚｓ、ＭＸｓ、ＭＹｓと
輝度値（Ｉ）をＤＭＡ転送する。この時、ポリゴンに対
する各フラグ、例えば、フラットシェーディング或いは
グローシェーディングなどのフラグも転送される。ま
た、このマイクロプロセッサ部１は、アフィン変換やＤ
ＭＡ転送などの専用ハードウェアも含まれている。そし
て、上記（６）式の演算並びに上述したＺ値の透視変換
はこのブロックで行われる。

【００６２】１ポリゴン分のデータをＤＭＡ転送によっ
て、マイクロプロセッサ部１からエッジ展開回路２に転
送される。しかし、１ポリゴンづつデータを転送する
と、無駄な時間が多くなるかあるいは、無駄な時間を少
なくするための制御回路が必要となる。そこで、この実
施例においても、図３に示すように、数ポリゴン分ある
いは、それ以上のポリゴンデータを格納するためのレジ
スタファイル２３が設けられている。このようにレジス
トファイル２３を設けたエッジ展開回路２では、ポリゴ
ンデータを図５のように、左辺と右辺のエッジに展開す
る。

【００６３】図７にこのエッジ展開回路の構成を示す。
このエッジ展開回路は前述の第１の実施例と同様に構成
されるが、この実施例における初期演算部では、図２に
示すシフト動作と、更に上記（６）式に示すＭＸをＭＸ
ｓに、ＭＹをＭＹｓに変換する処理が行われる。この初
期化演算回路２５ａは図８に示すように構成されてい
る。

【００６４】マイクロプロセッサ部１からＤＭＡ転送さ
れたデータを一時的にレジスタファイル（ＲＧＦ２３）
に格納し、１ポリゴンづつ初期演算部２５ａにデータを
転送する。バレルシフタ２５０でＺ値のシフト処理を行
いＭＸｓ，ＭＹｓ演算部２５１で、ＭＸ、ＭＹにＺｓを
乗算して、ＭＸｓ、ＭＹｓに変換する。この演算部２５
１でＭＸ，ＭＹをスクリーン座標に変換するのは、マイ
クロプロセッサ部１でＭＸ、ＭＹを上記（６）式に基づ
いてスクリーン座標に変換するよりも、このブロックで
スクリーン変換したＺｓ値を乗算した方が精度が良くな
り、入力データのビット数も少なくすむからである。

【００６５】そして、ＤＤＡ初期設定部２５２でＹ値を
判定して、図５のように、右辺と左辺を識別し、傾きデ
ータを算出する。傾きデータは、例えば、Ｘｓの時は、
（Ｘｓ１−Ｘｓ０）／Ｙｓ１−Ｙｓ０）（０、１はポリ
ゴンの端点番号）で求める。このブロックで計算された
各パラメータの傾きデータと始点データを右辺と左辺の
補間回路２６、２７に転送する。図９にその補間回路、
図１０に加算回路を示す。なお、Ｙｓ値については、１
づつ加算するだけでよいので、図７のＤＤＡコントロー
ル部２８で計算する。また、Ｙｓ値の算出はカウンタで
行っても良い。

【００６６】図９に示される補間回路２６、２７は、そ
れぞれ加算回路２６ａ（２７ａ）〜６ｅ（２７ｅ）にて
構成され、加算回路２６ａ（２７ａ）は、Ｘ座標を補間
して生成する回路、加算回路２６ｂ（２７ｂ）は、Ｚ値
を補間して生成する回路、加算回路２６ｃ（２７ｃ）
は、Ｉ（輝度値）を補間して生成する回路、加算回路２
６ｄ（２７ｄ）は、ＭＸ値を補間して生成する回路、加
算回路２６ｅ（２７ｅ）は、ＭＹ値を補間して生成する
回路である。

【００６７】これら加算回路の具体的構成例の一例を図
１０に示す。この加算回路は、ＤＤＡ変換部２５２で算
出された傾きデータを格納するレジスタ２６１を備えて
おり、このレジスタ２６１からのデータが加算器２６２
に与えられる。また、始点データはマルチプレクサ２６
３に与えられ、このマルチプレクサ２６３には加算回路
２６２からの出力が与えられる。マルチプレクサ２６３
のデータはレジスタ２６４に保持され、このレジスタ２
６４の値が加算回路２６２に与えられる。従って、始点
データはまず、マルチプレクサ２６３を介してレジスタ
２６４に保持され、そして、レジスタ２６４に保持され
た始点データとレジスタ２６１に保持された傾きデータ
が加算器２６２で加算され、その値がマルチプレクサ２
６３に介してレジスタ２６４に与えられ、この補間され
たデータが出力される。続いて、前回補間されたデータ
と傾きデータとが加算器２６２で加算され、逐次補間処
理が行われる。

【００６８】このエッジ展開を行う回数は、ピクセル展
開回路３を並列化したとき以外は、ピクセル展開を行う
回数に比べて少ない。従って、図９のように、１サイク
ルで全てのパラメータを補間する必要はない。

【００６９】図１１は複数のパラメータを補間していく
加算回路を、図１２はこの加算回路を用いた補間回路を
示す。図１１に示すように、複数の傾きデータはマルチ
プレクサ２６５を介してシフトレジスタ２６７に与えら
れ、このシフトレジスタ２６７からはマルチプレクサ２
６５及び加算器２６８に出力がそれぞれ与えられる。加
算回路２６８からはマルチプレクサ２６９を介してレジ
スタ２７０のデータが転送され、このレジスタ２７０か
らシフトレジスタ２６６を介して加算器２６６にデータ
が与えられる。複数の始点データはマルチプレクサ２６
９を介してレジスタ２７０に与えられる。このように構
成することで、順次複数のパラメータの補間処理が行え
る。このように構成すれば、回路規模が小さくなる。ま
た、このように構成することで、傾きデータを算出する
ための除算回路も各パラメータごとに持つ必要はない。

【００７０】更に、ピクセル展開回路３ではエッジ展開
回路２から出力された各パラメータの始点と終点、ここ
で、始点は左辺データ、終点は右辺データからピクセル
に補間する。計算方法はエッジ展開回路２と同じであ
る。図１３にピクセル展開回路の構成を示す。

【００７１】初期演算部３１にて各傾きデータの初期値
を演算し、この初期データを補間回路３２に与える。補
間回路３２は、前述の加算回路２６０と同様に構成さ
れ、ＤＤＡにより左辺と右辺の２点間に挟まれたスキャ
ンライン毎にピクセル展開して行く。この補間回路３２
によって、ピクセル展開された各パラメータのうち、Ｍ
ＸｓとＭＹｓは逆変換回路３３でＭＸ、ＭＹに変換しな
ければならない。図１４にその逆変換回路の構成を示
す。なお、この回路の除算器３３１、３３２は逐次型除
算器である。ここで、分子はＭＸｓとＭＹｓの２種類で
あるが、分母はＺｓの１種類だけであるので、図１６に
示す除算器を用いれば回路規模が小さくなる。この図１
６は２分子１分母除算器の具体的構成を示す回路図であ
る。この除算器を用いたピクセル展開回路を図１５に示
す。なお、この除算器３３０には小数点以下の四捨五入
回路を含む。また分母のＺｓデータは除算結果と一緒に
出力されるので、シフトレジスタは不要となる。

【００７２】このようにして求めた（ＭＸ、ＭＹ）とフ
ラグ（ＦＬＡＧ）に含まれるテクスチャマップブロック
番号（ＭＢ）からテクスチャマップメモリ制御部３４は
そのピクセルでのルックアップテーブルアドレス（ＬＵ
ＴＡＤ）を読み出し、カラー演算回路５へ転送する。

【００７３】カラー演算回路５では、ピクセル展開回路
３から読み出されたＬＵＴＡＤとＭＢからルックアップ
テーブルメモリをアクセスし、そのピクセルの色情報
（Ｒ、Ｇ、Ｂ）を取り出す。そして、Ｉ、ＦＲ、ＦＧ、
ＦＢ（Ｉが最大値の時の色情報）から図１７のフロー図
に従ってカラー演算を行う。ただしこのフロー図は一例
を示すに過ぎない。図１８はＦＲの色強度を示す模式図
である。図１９にカラー演算部のブロック図を示す。輝
度値Ｉはレジスタ５１に与えられ、この輝度値がＲ演算
回路５２に与えられる。このＲ演算回路にはＦＲとＲが
与えられ、図１９に示す強度応じて演算が行われる。ま
た、輝度値がＧ演算回路５３に与えられる。このＧ演算
回路にはＦＧとＧが与えられ、図１９に示す強度と同様
に設定された強度で演算が行われる。更に、輝度値がＢ
演算回路５４に与えられる。このＢ演算回路にはＦＢと
Ｂが与えられ、図１９に示す強度と同様に設定された強
度応じて演算が行われる。これら各データはＬＵＴアド
レス制御部により制御され、読み出される。

【００７４】図１７のフロー図に示すように、まず図１
８に８０ｈより大きいか否か判断され（ステップ１）、
８０ｈより大きい場合には、ＦＲから８０ｈの値を減算
し、そして、この結果に輝度値の上位７ビット分を乗算
する（ステップ２、４）。そして、８０ｈより小さいと
きは、８０ｈの値を出力し、この値に輝度値の上位７ビ
ット分を乗算する（ステップ３、４）。続いて、８０ｈ
より大きいか否か判断され（ステップ５）、大きい場合
には、Ｒ１とＲ０を加算し、また大きくない場合にはＲ
１の値を出力する。

【００７５】メモリ制御回路７では、上述した方法で計
算したＺｓをピクセル展開したＺｓが格納されている。
そして、フレームメモリと同じフォーマットのＺバッフ
ァメモリ８とフレームメモリ９（Ｒ、Ｇ、Ｂ値が格納さ
れている）の制御を行う。

【００７６】まず、Ｚバッファメモリ８のそのピクセル
のデータを読み出し計算したピクセルのＺｓ値比較し、
Ｚｓ値の方が大きければ、すなわち、計算されたピクセ
ルが手前にあればフレームメモリとＺバッファメモリに
それぞれのデータを書き込み、逆に小さければ何も書き
込まない。またＣＲＴコントローラ１０の制御信号によ
り、１つ前のフレームのＲＧＢデータを読みだす。この
ＣＲＴコントローラ１０はフレームメモリ９のＲＧＢデ
ータをＤ／Ａコンバータ、ＲＧＢエンコーダを経てコン
ポジットビデオ信号をＣＲＴに出力する。

【００７７】以上のことを行えば、奥行きを考慮したテ
クスチャマッピングが可能となり、また並列化も可能と
なる。

【００７８】また、Ｉ（輝度値）に対してもＭＸ、ＭＹ
に行った処理と同様の処理を行えば奥行きを考慮したグ
ローシェーディングが可能となる。

【００７９】すなわち、ＩをＩｓ（Ｉｓはスクリーン座
標上の輝度値）に、Ｉｓ＝Ｉ＊Ｚｓ …（７）

【００８０】Ｉｓをポリゴンデータからピクセルデータ
にＤＤＡにより展開する。

【００８１】ＩｓをＩに、Ｉ＝Ｉｓ／Ｚｓ …（８）

【００８２】なお、この場合は、前述の２分子１分母除
算器を３分子１分母除算器にする。

【００８３】この発明の画像処理装置の処理能力を向上
させるために並列化する場合、テクスチャマッピングメ
モリを並列化分用意するか或いは、高速のメモリを用意
しなければならない。

【００８４】そこで、テクスチャマップの透明のフラグ
のみを格納した透明マッピングメモリを使用した実施例
を説明する。

【００８５】図２０にマイクロプロセッサ部以降を並列
化したときのブロック図を示す。この例では、図６のテ
クスチャマッピングメモリのところに透明マッピングメ
モリを用い、ここで透明か否かのみを判断する。そし
て、フレームメモリにはＲＧＢデータの変わりに、Ｉ、
ＭＢ、ＭＸ、ＭＹを格納する。テクスチャマッピングメ
モリ、カラー演算はフレームメモリ読み出し時に行う。

【００８６】このように行えば、テクスチャマッピング
メモリは複数個使用しなくても良い。また、余分に透明
マッピングメモリが複数個必要になるが、テクスチャマ
ッピングメモリを複数個用いるよりはかなり容量が少な
くすむ。また、透明データの入ったテクスチャマップも
以前と同様に使用することができる。

【００８７】なお、図２０のポリゴンレジスタファイル
（ＰｏｌｙＲＧＦ）とラインレジスタファイル（Ｌｉｎ
ｅＲＧＦ）はレジスタファイルまたはファーストインフ
ァーストアウト（ＦＩＦＯ）であり、これらを用いるこ
とで、無駄な処理を少なくしている。

【００８８】

【発明の効果】この発明は、Ｚ値の透視変換を、Ｚｓ＝
１−ＣＺＦ／Ｚｅ（ここで、Ｚｓはスクリーン座標上の
Ｚ値、Ｚｅは視野座標上のＺ値）に基づいて行うこと
で、従来の無駄な計算のみ省いているので、計算量が少
なく、また、精度も保たれる。

【００８９】また、この発明は、Ｚ値の透視変換を、Ｚ
ｓ＝ＣＺＦ／Ｚｅ（ここで、Ｚｓはスクリーン座標上の
Ｚ値、Ｚｅは視野座標上のＺ値）に基づいて行うことで
も計算が簡単になり、全体の処理能力が向上する。

【００９０】更に、この発明は、スクリーン座標上のＺ
値（Ｚｓ）を前方クリッピング面の値に応じて１／Ｚｅ
（Ｚｅは視野座標上のＺ値）を左シフトした値を用いる
ことでも、精度をあまり落とさずに処理能力が大幅に向
上させることができる。

【００９１】上記１／Ｚｅを演算した出力を、バレルシ
フタまたはマルチプレクサにより、ＣＺＦの値に応じて
シフトさせることで、更に、処理能力を向上させること
ができる。

【００９２】この発明の画像処理装置は、上記した方法
でＺ値の透視変換を行う処理手段と、このＺ値及び表示
するポリゴンのスクリーンデータ、テクスチャマップデ
ータをポリゴン辺の２点間の補間処理でエッジ展開する
手段と、エッジ展開された各データをエッジ２点間の補
間処理でピクセル展開する手段と、ピクセル展開された
テクスチャマップデータに応じてテクスチャマッピング
メモリからテクスチャデータとして読み出す手段と、を
備えることで、最適な処理を効率よく行うことができ
る。

【００９３】また、この発明の画像処理装置は、透視変
換を行う処理手段とエッジ展開手段との間にレジスタフ
ァイルを設け、数ポリゴン分のデータを一度に転送する
ことで、無駄な処理を軽減することができる。

【００９４】更に、この発明の画像処理装置は、テクス
チャマップデータを透視変換したＺ値で乗算し、この乗
算したテクスチャマップデータをピクセル展開し、ピク
セル展開したテクスチャマップデータを透視変換したＺ
値で除算することで、奥行きを考慮したテクスチャマッ
ピングが行える。

【００９５】上記ピクセル展開手段として、２分子１分
母除算器を用いることで、回路規模を小さくできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施例の全体構成を示すブロ
ック図である。

【図２】エッジ展開回路の入力部を構成するシフタ回路
を示すブロック図である。

【図３】この発明に用いられるレジスタファイルの構成
を示すブロック図である。

【図４】エッジ展開回路の一例を示すブロック図であ
る。

【図５】ポリゴンデータを示す模式図である。

【図６】この発明の第２の実施例の全体構成を示すブロ
ック図である。

【図７】エッジ展開回路の一例を示すブロック図であ
る。

【図８】初期化演算回路の一例を示すブロック図であ
る。

【図９】補間回路の一例を示すブロック図である。

【図１０】補間回路に用いられる加算回路の構成例を示
すブロック図である。

【図１１】複数のパラメータを補間する加算回路の構成
例を示すブロック図である。

【図１２】図１１の加算回路を用いた補間回路を示すブ
ロック図である。

【図１３】ピクセル展開回路の一例を示すブロック図で
ある。

【図１４】逆変換回路の構成を示すブロック図である。

【図１５】ピクセル展開回路の構成を示すブロック図で
ある。

【図１６】２分子１分母除算器の具体的構成を示す回路
図である。

【図１７】カラー演算の動作を示す模式図である。

【図１８】ＦＲの色強度を示す模式図である。

【図１９】カラー演算部の構成を示すブロック図であ
る。

【図２０】マイクロプロセッサ部以降を並列化した時の
ブロック図である。

【図２１】ポリゴンとＺ値との関係を示す図である。

【図２２】ポリゴンとＺ値との関係を示す図である。

【符号の説明】

１マイクロプロセッサ部２エッジ展開回路３ピクセル展開回路４テクスチャマッピングメモリ５カラー演算回路

フロントページの続き (56)参考文献特開平５−189203（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G06T 15/40 200 G06T 15/30

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｚバッファ法による隠面処理に用いられ
るスクリーン座標上のＺ値を透視変換により算出するＺ
値の透視変換処理方法において、前方クリップ面のＺ値
をＣＺＦとし、後方クリップ面のＺ値をＣＺＢとし、Ｚ
値の透視変換値を、Ｚｓ＝１−ＣＺＦ／Ｚｅ（ここで、Ｚｓはスクリーン座
標上のＺ値、Ｚｅは視野座標上のＺ値）に基づいて算出
することを特徴とするＺ値の透視変換処理方法。
【請求項２】Ｚバッファ法による隠面処理に用いられ
るスクリーン座標上のＺ値を透視変換により算出するＺ
値の透視変換処理方法において、前方クリップ面のＺ値
をＣＺＦとし、後方クリップ面のＺ値をＣＺＢとした
時、Ｚ値の透視変換値を、Ｚｓ＝ＣＺＦ／Ｚｅ（ここで、Ｚｓはスクリーン座標上
のＺ値、Ｚｅは視野座標上のＺ値）に基づいて算出する
ことを特徴とするＺ値の透視変換処理方法。
【請求項３】Ｚバッファ法による隠面処理に用いられ
るスクリーン座標上のＺ値を透視変換により算出するＺ
値の透視変換処理方法において、前方クリップ面のＺ値
をＣＺＦとし、後方クリップ面のＺ値をＣＺＢとした
時、スクリーン座標上のＺ値（Ｚｓ）を前方クリッピン
グ面のＺ値に応じて１／Ｚｅ（Ｚｅは視野座標上のＺ
値）を左シフトした値を用いることを特徴とするＺ値の
透視変換処理方法。
【請求項４】上記１／Ｚｅを演算した出力を、バレル
シフタまたはマルチプレクサにより、ＣＺＦの値に応じ
てシフトさせることを特徴とする請求項３に記載のＺ値
の透視変換処理方法。
【請求項５】上記請求項１ないし３のいずれかに記載
した方法でＺ値の透視変換を行う処理手段と、このＺ値
及び表示するポリゴンのスクリーンデータ、テクスチャ
マップアドレスデータをポリゴン辺の２点間の補間処理
でエッジ展開する手段と、エッジ展開された各データを
エッジ２点間の補間処理でピクセル展開する手段と、ピ
クセル展開されたテクスチャマップアドレスデータに応
じてテクスチャマッピングメモリからテクスチャデータ
を読み出す手段と、を備える画像処理装置。
【請求項６】透視変換を行う処理手段とエッジ展開手
段との間にレジスタファイルを設け、数ポリゴン分のデ
ータを一度に転送することを特徴とする請求項５に記載
の画像処理装置。
【請求項７】テクスチャマップアドレスデータを透視
変換したＺ値で乗算し、この乗算したテクスチャマップ
アドレスデータをピクセル展開し、ピクセル展開したテ
クスチャマップデータを透視変換したＺ値で除算するこ
とを特徴とする請求項５または６に記載の画像処理装
置。
【請求項８】上記エッジ展開手段は、ポリゴンを構成
する辺の傾きが入力される第１のマルチプレクサと、こ
の傾きデータを格納するシフトレジスタと、このシフト
レジスタからの出力をフィードバックして前記第１のマ
ルチプレクサに与える手段と、前記シフトレジスタの出
力を一方の入力とする加算器と、この加算器の出力及び
始点データが入力される第２のマルチプレクサと、前記
第２のマルチプレクサからの出力を格納するシフトレジ
スタと、このシフトレジスタからの出力を前記加算回路
に与える手段とからなることを特徴とする請求項５ない
し６のいずれかに記載の画像処理装置。
【請求項９】ピクセル展開手段として、２分子１分母
除算器を用いたことを特徴とする請求項５ないし８のい
ずれかに記載の画像処理装置。
【請求項１０】輝度値データを透視変換したＺ値で乗
算し、この乗算した輝度値データをピクセル展開し、ピ
クセル展開した輝度値データを透視変換したＺ値で除算
することを特徴とする請求項５または６に記載の画像処
理装置。
【請求項１１】透明か否かのフラグを格納した透明マ
ッピングメモリを備えてなる請求項５または６に記載の
画像処理装置。