WO1994004990A1

WO1994004990A1 - Image synthesizer

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Publication number: WO1994004990A1
Application number: PCT/JP1993/001206
Authority: WO
Inventors: Hiroyuki Murata; Takashi Yokota
Original assignee: Namco Ltd.
Priority date: 1992-08-26
Filing date: 1993-08-26
Publication date: 1994-03-03
Also published as: US5615322A; GB2270243A; US5553208A; US6333747B1; WO1994004989A1; GB2272137B; US5870101A; GB9317791D0; GB2275402B; US5621867A; GB2270243B; GB9407871D0; GB2275402A; GB2272137A; GB9317708D0; GB9407870D0; GB2275403B; US5561746A; GB2275403A

Description

明細書

画像合成装置

[技術分野]

本発明は画像合成装置、特に画像情報をリアルタイムで合成出力することが可能な画像合成装置に関する。

[背景技術]

従来、例えば 3次元ゲームあるいは飛行機及び各種乗物の操縦シュミレー夕等に使用される画像合成装置として種々のものが知られている。このような画像合成装置では、図 2 4に示す 3次元物体 3 0 0に関する画像情報が、あらかじめ装置に記憶されている。そして、この画像情報をスクリーン 3 0 6上に透視変換することにより疑似 3次元画像 3 0 8をスクリーン 3 0 6上に画像表示している。プレーヤ 3 0 2力操作パネル 3◦ 4により回転、並進等の操作を行うと、装置は、この操作信号に基づいて 3次元物体 3 0 0に対する回転、並進等の演算処理をリアルタイムに行う。その後、この回転等の演算処理が施された 3次元画像を、スクリーン 3 0 6上に透視変換して疑似 3次元画像を表示する。この結果、プレーヤ 3 0 2は、自身の镍作により 3次元物体 3 0 0をリアルタイムに回転、並進等することが可能となり、仮想的な 3次元空間を疑似体験できることとなる。

図 2 5には、このような画像合成装置の構成の一例が示される。なお、以下の説明では、画像合成装置を 3次元ゲームに適用した場合を例にとり説明を進める。

図 2 5に示すように、この画像合成装置は、操作部 5 1 0、ゲーム空間演算部 5 0 0、画像合成部 5 1 2、 C R T 5 1 8により構成される。

ゲーム空間演算部 5 0 0では、操作部 5 1 0からの操作信号、中央処理部 5 0 6に記憶されたゲームプログラムにしたがって、ゲーム空間の設定が行われる。即ち、 3次元物体 3 0◦をどの位置に、どの方向で配置するかの演算が行われる。

画像合成部 5 1 2は、画像供給部 5 1 4、画像形成部 5 1 6を含んで構成される。そして、画像合成部 5 1 2では、ゲーム空間演算部 5 0 0によるゲーム空間の設定情報にしたがって疑似 3次元画像の画像合成が行われる。さて、本画像合成装置では、ゲーム空間を構成する 3次元物体は、 3次元のポリゴンに分割された多面体として表現されている。例えば、図 2 4において 3次元物体 3 0 0は、 3次元のポリゴン（1) ~ (6) (ポリゴン（4) ~ (6 ) は図示せず）に分割された多面体として表現される。そして、この 3次元のポリゴンの各頂点の座標及び付随データ等（以下、頂点画像情報と呼ぶ）が 3次元画像情報記憶部 5 5 2に記憶されている。

画像供給部 5 1 4では、ゲーム空間演算部 5 0 0の設定情報にしたがって、この頂点画像情報に対する回転、並進等の各種の演算及び透視変換等の各種の座標変換が行われる。そして、演算処理の終了した頂点画像情報は、所定の順序に並び換えられた後、画像形成部 5 1 6に出力される。

画像形成部 5 1 6は、ポリゴン発生回路 5 7 0とパレツト回路 5 8 0を含んで構成され、ポリゴン発生回路 5 7 0は、輪郭点演算部 3 2 4、ラインプ口セッサ 3 2 6を含んで構成される。画像形成部 5 1 6では、ポリゴン内部の全ドットを所定の色データ等で塗りつぶす演算処理が以下の手順で行われる o

まず、輪郭点演算部 3 2 4において、図 2 6に示すように、ポリゴンの輪郭線 A B、 B C , C D、 D A等と走査線との交点である左右輪郭点が演算される。次に、ラインプロセッサ 3 2 6により、これらの左右輪郭点により囲まれた部分、例えば図 2 6における L Q間、 Q R間が指定された色データに塗りつぶされる。図 2 6においては、 L Q間は赤色及び Q R間は青色の色デ —夕に塗りつぶされる。その後、この塗りつぶされた色デ一夕はパレット回路 5 8 0において R G B変換され、 C R T 5 1 8より出力表示されることになる。

さて、このような従来の画像合成装置では、以上述べたように一つのポリゴン上のドットは全て同一色にしか塗りつぶすことができなかった。例えば- 図 2 6では、ポリゴン（1) 上のドットは赤色のみ、ポリゴン（2) 上のドッ卜は黄色のみ、ポリゴン（3) 上のドットは青色のみにしか塗りつぶすことかできなかった。従って、形成された画像は単調であり、リアリティ感に欠けるものであつた。

逆に、このような単調さを避けるため、複雑な表面を持つ物体を表示しようとすると、ポリゴンの分割数を大幅に増加させる必要が生ずる。例えば図 2 7に示すようなカラー情報のテクスチャが施された 3次元物体 3 3 2を、従来の装置で画像合成する場合には、ポリゴンを、例えば（1)〜（80) ( (41) 〜（80)は図示せず）に分割して演算処理を行わなければならない。即ち、これらの全てのポリゴンに対して回転、並進、透視変換及び各ポリゴンの輪郭線の演算、ポリゴン内部の塗りつぶし等の演算処理を行わなければならなかつた。従って、図 2 4のようにテクスチャが施されていない 3次元物体 3 0 0を処理する場合に比べて、 1◦数倍もの数のポリゴンを処理する必要が生じることとなる。ところが、本装置のようにリアルタイムで画像合成を行う装置では、例えば 1フィールド（1 / 6 0秒）毎に全てのポリゴンに対する処理を行い、表示画面の描画を終了しなければならない。従って、このようなカラ一情報のテクスチャが施された 3次元物体 3 3 2を描くためには、装置を構成するハードウヱァの処理スピードを大幅に向上させるか、もしくは、装置のハードウユアを大規模化して並列演算処理により処理せざるを得なかつた。更に、処理するポリゴン数が増加すれば、これに伴って、装置内部の記憶装置、データ処理装置も必然的に大型化する。従って、例えばビデオゲーム機など、コスト上、あるいは設置面積上、制限のある画像合成装置では，このように繊細にテクスチャが施された高品質の疑似 3次元画像を描くことは、実質上不可能となっていた。

ところで、コンピュータグラフィックス等の分野においては、図 2 8に示すテクスチャマッピングと呼ばれる手法が知られている。つまり、この手法による画像合成装置では、 3次元物体 3 3 2の画像情報を、多面体 3 3 4の画像情報とテクスチャ 3 3 6 、 3 3 8のテクスチャ情報に分離して装置に記憶する。そして、画像出力する際に、多面体 3 3 4に、このテクスチャ 3 3 6 、 3 3 8のテクスチャ情報をはり付けることによって画像合成を行っている（テクスチャマッピングを用いた画像合成の技術として、例えば特開昭 6 3 - 8 0 3 7 5に開示された従来技術がある）。

しかしながら、高品質のテクスチャマツピング手法は、グラフィックス · ワークステ一ションと呼ばれる画像処理専用コンピュータゃ、フライトシミユレ一夕等、かなり大規模で高価な画像処理装置の分野において実現されている物である。例えばビデオゲーム機など比較的廉価な画像合成装置の分野においては、ハードウェアの超高速化や大規模化が困難であるため、テクスチヤマツビングを実現している物は極めて少ない。実現しているわずかな例を見ても、表示可能な 3次元物体の数や大きさが限定されており、かつ、簡単な近似手法による演算しか行えないために不正確なマツビングになっていた。この結果、画像のリアリティを著しく損ねていた。また、画面が更新される頻度が毎秒数フレーム程度と低いため、リアルタイム性も不十分であつた。

さて、ハードウユアの高速化、小規模化を図るべく、ハードウユアの演算回数を減少させるには、最も数の多いデータの演算、即ち、表示画面の各ドットにおける表示座標、テクスチャ情報、輝度情報等の線形補間演算の回数を少なくすればよい。このためには、これらのデータを間引きして演算し、出力する際にこれを補間することが 1つの有効な手段となる。

しかし、従来のビットマップ方式の画像合成装置では、フィールドバッファ部にはカラー情報自体が記憶されていた。このようなカラ一情報自体がフィ一ルドバッファ部に記憶される構成により、前記の間引き ·補間処理を行おうとすると、次のような問題が生じる。即ち、まず、フィールドバッファ部に記憶されるカラ一情報が、カラ一コードつまり符号化されたカラ一情報である場合は、補間すること自体が不可能であり、この場合は、全く論外である。次に、記憶されるカラー情報が、 R G B出力等のカラー情報である場合は、合成された画像の質が極度に悪化するという事態が生じる。即ち、テクスチヤ情報は表示したい画像に応じて任意に与えられるものである。従つて、そのデータの並びには、線形性はおろか、何らの数学的規則性もない。この結果、このような情報を間引くということは、画像情報自体の欠落を意味することになる。そして、この欠落した画像情報は補間によってこれを取り戻すことは不可能である。従って、合成された画質は、データの抜けを生じるなど極度に悪化することになる。この結果、従来のビットマップ方式を用いた画像合成装置では、間引き ·補間手法によるハードウユアの小規模化、処理の高速化を図ることは実質上不可能であつた。

本発明は、以上のような従来の課題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、特に間引き ·補間手法を用いることにより、ハードウヱァの高速化、小規模化を図ることができる画像合成装置を提供することにある _c

[発明の開示]

前記目的を達成するために本発明に係る画像合成装置は、ポリゴンで構成される 3次元画像を所定投影面上に透視変換して疑似 3次元画像を合成する画像合成装置であって、

ポリゴンの各頂点に与えられた頂点画像情報より、 3次元画像を構成するポリゴン内部の各ドッ卜の座標及びこの各ドッ卜の座標に対応すべきテクスチャ座標を求めるプロセッサ部と、

前記各ドッ卜の座標により指定されるァドレス位置に、前記プロセッサ部により求められた前記テクスチャ座標を記憶するフィールドバッファ部と、前記テクスチャ座標により指定されるァドレス位置に所定のレンダリング情報を記憶するレンダリング情報記憶部と、

前記フィ一ルドバッファ部から前記テクスチャ座標を読み出し、このテクスチヤ座標に基づいて前記レンダリング情報記憶部からレンダリング情報を読み出して画像情報を形成する画像情報形成部とを含み、

前記プロセッサ部は、前記各ドットの座標及びこれに対応するテクスチャ座標を間引いて演算する間引き演算部を有し、

前記画像情報形成部は、間引かれたドッ卜の両隣のドットの前記フィールドバッファ部に記憶されたテクスチャ座標に基づいて、間引かれたドットのテクスチャ座標を補間処理する補間演算部を有することを特徴とする。

本発明によれば、フィールドバッファ部にはカラー情報ではなくテクスチャ座標が記憶される。そして、フィールドバッファ部からこのテクスチャ座標を読み出し、この読み出されたテクスチャ座標によりレンダリング情報記憶部（テクスチャ情報記憶部）に記憶されているレンダリング情報（テクスチヤ情報）を読み出し、画像情報を形成している。従って、ハ一ドウアの小規模化、処理の高速化を図れる間引き ·補間処理を画像の質をそれほど劣化させることなく実現できる。即ち、プロセッサ部において間引き処理を行い、フィールドバッファ部に間引いたテクスチャ座標を記憶させる。そして、フィ一ルドバッファ部から読み出す際にこれを補間処理すれば、画像の質をそれほど劣化することなく、ハードウユアの負担を軽減できる演算手法を実現できることになる。

この場合、前記プロセッサ部は、ポリゴンの各頂点に与えられた頂点画像情報より、前記各ドットの座標に対応する輝度情報を更に求め、

前記フィールドバッファ部には、前記各ドットの座標により指定されるァドレス位置に、前記プロセッサ部により求められた前記輝度情報が更に記憶され、

前記補間演算部が、間引かれたドッ卜の両隣のドッ卜の前記フィールドバッファ部に記憶された輝度情報に基づいて、間引かれたドッ卜の輝度情報についても補間処理を行ってもよい。

このように構成することで、輝度情報についてもレンダリングを行うことができ、グ一ローシュ一ディング等の手法を用いた画像合成が可能となる。そして、この場合にも、輝度情報について間引き ♦補間処理を行うことができるため、ハ一ドウユアの小規模化、処理の高速化を図りながら、高品質の画像の合成が可能となる。また、前記レンダリング情報記憶部に代えて、前記テクスチャ座標に対して所定の関数演算処理を施すことでレンダリング情報を求める関数演算部を含み、

前記画像情報形成部は、前記フィールドバッファ部から前記テクスチャ座標を読み出し、このテクスチャ座標に基づいて前記関数演算部によりレンダリング情報を求め画像情報を形成してもよい。

このように構成することで、テクスチャ座標に基づいて関数演算部により所望のレンダリング情報を形成することにより、テクスチャマツビングを用いた高品質な画像合成が可能となる。また、例えばバンプマッピングと呼ばれるテクスチャマツピングを比較的小規模の回路構成により行うこともできる。特に、乱数発生器等を用いることにより従来にない映像効果を作り出すこともできる。

また、前記レンダリング情報記憶部に記憶されるレンダリング情報のうち少なくとも一種類がカラ一情報であり、このカラー情報を前記テクスチャ座標により読み出して画像情報の形成を行うことが望ましい。

また、前記レンダリング情報記憶部に記憶されるレンダリング情報のうち少なくとも一種類が表面形状情報であり、この表面形状情報を前記テクスチャ座標により読み出して画像情報の形成を行ってもよい。 - このようにテクスチャマツビングを行うレンダリング情報としてはカラー情報、表面形状情報を用いることができ、また、輝度情報、透明度情報、拡散反射率情報等も用いることができる。例えば表面形状情報として法線べクトル、法線べクトルの偏位（摂動成分）、物体表面に形成される起伏の高さを用いれば、バンプマッビングによるテクスチャマツビングを行うこともでさる。

また、前記補間演算部は、間引かれたドッ卜の両隣のドッ卜のテクスチャ座標を線形補間することにより前記補間処理を行うことが望ましい。

このように補間処理を線形補間により行うことで、より簡易な構成で補間演算部を形成することが可能となる。また、前記間引き演算部は、ポリゴンの輪郭線上のドット又は他のポリゴンとの境界線上のドッ卜については間引き処理を行わないことが望ましい。これにより、間引き ·補間処理を行った場合に、ポリゴンの輪郭及び他のポリゴンとの境界がぼやけることを効果的に防止することができる。

また、前記フィールドバッファ部には、ポリゴンの画像が描かれないドットは空きドットとして書き込まれ、また、ポリゴンを識別するためのポリゴン識別番号が更に書き込まれ、

前記補間演算部は、処理の対象となるドッ卜が空きドットであり、そのドッ卜の両隣のドッ卜のポリゴン識別番号が同一であり且つそのドッ卜の両隣のドットのいずれも空きドットではないドッ卜について前記補間処理を行うことが望ましい。

このように構成することで、空きドット及びポリゴン識別番号を用いた補間処理が可能となる。即ち、補間演算部は、処理の対象となるドッ卜が空きドットか否か、そのドッ卜の両隣のドットのポリゴン識别番号が同一か否か、両隣のドッ卜が空きドッ卜か否かを判断するだけで、補間処理を行うべきドットか否かを判断できることになる。この結果、非常に簡易な構成で補間演算部を形成することができ、ハードウユアの小規模化、処理の簡易化、処理の高速化を図ることができる。 - また、前記間引き演算部、補間演算部における間引き処理、補間処理が画面上で連続した複数ドット毎に行ってもよい。

このように間引き率を高めることにより、更にハードウエアの小規模化、処理の高速化を図ることが可能となる。

また、 3次元画像を構成する各ポリゴンに共通の画像情報であるァトリビユートデ一夕を記憶するァトリビュートデータ記憶部を更に含み、

前記フィールドバッファから読み出された前記ポリゴン識別番号に基づいて前記ァトリビュートデ一夕記憶部からァトリビュートデ一夕を読み出して画像情報の形成を行ってもよい。

このようにポリゴンに共通の画像情報であるァトリビュ一トデータをァトリビュートデ一夕記憶部に記憶させる。そして、このアトリビュートデータを、フィ一ルドバッファ部に書き込まれたポリゴン識別番号により読み出すことにより、更に高品質な画像合成を、より簡易な回路構成で実現できる。例えば、バンプマッピングを法線ベクトルの偏位により行う場合に、もとの法線べクトルを、このアトリビュートデータにより指定することもできる。

[図面の簡単な説明]

第 1図は、本発明にかかる画像合成装置の一例について示すプロック図であ o

第 2図は輝度の連続性の問題について示す概略説明図である。

第 3図は、本発明にかかる画像装置における画像処理演算の概要を示すフ口チャート図である。

第 4図は、本発明にかかる画像装置における画像処理演算の概要を視覚的に示した概略説明図である。

第 5図は本発明にかかる画像合成装置により合成された疑似 3次元画像の —例である。

第 6図は、本発明の実施例の具体的な構成を示すプロック図である。第 7図は、フィ一ルドバッファ部の周辺回路及び周辺回路との接続について示すブロック図である。

第 8図は、フィ一ルドバッファコントローラの内部回路を示すブロック図である。

第 9図は、ブイールドバッファ部に対する書き込みシーケンスを示すタイミングチヤ一ト図である。

第 1 0図は、テクスチャ記憶平面の構造について説明するための概略説明図である。

第 1 1図は、テクスチャ情報記憶部におけるデータの流れを示す概略説明図である。

第 1 2図は、フィールドバッファ部へのデータ書き込み後、画像出力するまでのデータの流れを説明するためのプロック図である。

第 1 3図は、間引き ·補間処理を行わない場合の画像合成装置の一例を示すブロック図である。

第 1 4図は、間引きされたフィールドバッファ上のデータの一例を示す概略説明図である。

第 1 5図は、補間処理手法の一例について示す説明するための概略説明図め o

第 1 6図は、間引き ·補間処理を行った場合の本実施例の具体的な回路構成を示すプロック図である。

第 1 7図は、ブイールドバッフアコントローラと補間回路の具体的な接続関係を示すプロック図である。

第 1 8図は、補間回路の内部回路について示すプロック図である。

第 1 9図は、補間回路の動作を説明するためのタイミングチヤ一ト図である 0

第 2 0図はバンプマッビングについて示す概略説明図である。

第 2 1図は、摂動バンプマッピングの概念を説明するための概略説明図である C)

第 2 2図（A ) 〜（C ) は、テクスチャ情報記憶部を論理演算回路で構成した場合について説明するための概略説明図である。

第 2 3図（A ) 、 ( B ) は、論理演算回路を乱数器を用いて形成した場合の概略説明図である。

第 2 4図は、従来の画像処理装置の概念について説明するための概略説明図である。

第 2 5図は、従来の画像処理装置の一例を示すプロック図である。

第 2 6図は、スクリーン上に投影された疑似 3次元画像について説明するための概略説明図である。

第 2 7図は、テクスチャがマツビングされた 3次元物体を画像合成する画像装置について説明するための概略説明図である。第 2 8図は、テクスチャマツビングの概念について説明するための概略説明図である。

[発明を実施するための最良の形態]

( 1 ) 装置全体の説明

実施例の画像合成装置は、図 1に示すように、操作部 1 2、ゲーム空間演算部 1 3、画像合成部 1、 C R T 4 6を含んで構成される。また、画像合成部 1は、画像供給部 1 0、画像形成部 2 8を含んで構成される。なお、以下の説明では、本画像合成装置を 3次元ゲームに適用した場合を例にとり説明する。

.ゲーム空間演算部 1 3では、中央処理部 1 4内に格納されたゲームプログラムと、操作部 1 2からの操作信号とによりゲーム空間の設定が行われる。具体的には、ゲーム空間を構成する 3次元ォブジュク卜（例えば、敵飛行機、山、ビル等）の位置 ·方向情報、プレーヤの位置 ·視野方向情報等により構成されるゲーム空間設定情報が演算され、画像合成部 1内の画像供給部 1 0 へと出力される。

画像供給部 1 0では、前記のゲーム空間設定情報にしたがって、所定の演算処理が行われる。具体的には、絶対座標系から視点座標系への座標変換、クリッビング処理、透視変換、ソ一ティング処理等の演算処理が行われ、画像形成部 2 8へとデ一夕が出力される。なお、この場合、出力されるデ一夕はポリゴン毎に分割されたデータとして表現されており、具体的にはポリゴンの各頂点の位置座標、テクスチャ座標、その他の付随情報等の頂点画像情報から構成されている。

画像形成部 2 8は、このポリゴンの各頂点ごとに与えられた頂点画像情報に基づいてポリゴン内部の画像情報を演算して、これを C R T 4 6に出力するものである。

さて、本実施例の画像合成装置では、より高品質の画像をより効率よく画像合成すベく、テクスチャマツピング手法及びグーローシュ一ディング手法と呼ぶ手法により画像合成を行っている。以下、これらの手法の概念について簡単に説明する。

図 27には、テクスチャマツビング手法の概念について示される。

図 27に示すような 3次元オブジェクト 332の各面に例えば格子状、縞状の模様等が施されたものを画像合成する場合には、従来は、 3次元ォブジェクトを、 3次元ポリゴン（1〉〜（80) (3次元ポリゴン（41)〜（80)については図示せず）に分割し、これらの全てのポリゴンに対して画像処理を行っていた。その理由は、従来の画像合成装置では、 1つのポリゴン内の色の塗りつぶしは、指定された一つの色でしか行えなかったためである。この結果、複雑な模様等が施された高品質な画像を合成する場合には、ポリゴン数が非常に増加してしまうため、実質的に、このような高品質の画像を合成することは不可能であった。

そこで、本画像合成装置では、 3次元ォブジヱクト 332の回転、並進、透視変換等の座標変換及びクリッビング等の処理を、各面を構成する 3次元ポリゴン A、 B、 Cごとに行い（具体的には各 3次元ポリゴンの頂点ごと）、格子状、縞状の模様については、テクスチャとして取り扱い、ポリゴンの処理と分割して処理を行っている。即ち、図 1に示すように画像形成部 28内にはテクスチャ情報記憶部（レンダリング情報記憶部） 42が設けられ、この中には各 3次元ポリゴンにはり付けるべきテクスチャ情報（レンダリング情報）、つまり格子状、縞状の模様等の画像情報が記憶されている。

そして、このテクスチャ情報を指定するテクスチャ情報記憶部 42のァドレスを、各 3次元ポリゴンの各頂点のテクスチャ座標 VTX、 VTY として与えておく。具体的には、図 27に示すように、ポリゴン Aの各頂点に対しては、（VTX0、 VTY0) 、（VTX1、 V TY1) 、（VTX2、 V TY2) 、 (VTX3、 VTY3) のテクスチャ座標が設定される。

画像形成部 28では、この各頂点のテクスチャ座標 VTX、 VTY から、ポリゴン内の全てのドットについてのテクスチャ座標 TX、 TY が求められる。そして、求められたテクスチャ座標 TX、 TY により、テクスチャ情報記憶部 2 2から対応するテクスチャ情報が読み出され、図 2 7に示すような、格子状、縞状等のテクスチャが施された 3次元ォブジュクトを画像合成することが可能となる。

以上の手法によれば、データの処理量を大幅に減らすことができる。この結果、リアルタイムに高品質な画像処理を行う画像合成装置に最適な構成とる。

また、本画像合成装置では前記したように図 2 7の 3次元ォブジェクト 3 3 2を 3次元ポリゴンの固まりとして表現している。従って、各 3次元ポリゴンの境界における輝度情報の連続性が問題となる。例えば複数の 3次元ポリゴンを用いて球を表現しょうとする場合、 3次元ポリゴン内の全ドッ卜が全て同じ輝度に設定されると、実際は「丸み」を表現したいのに、各 3次元ポリゴンの境界が「丸み」として表現されない事態が生じる。そこで、本画像合成装置では、グーローシヱ一ディングと呼ばれる手法によりこれを回避している。この手法では、前記したテクスチャマッピング手法と同様に、 3 次元ポリゴンの各頂点に図 2 7に示すように各頂点の輝度情報 V B R I 0 ~ V B R I 3 を与えておき、画像形成部 2 8で最終的に画像表示する際に、この各頂点の輝度情報 V B R I 0 〜V B R I 3 より 3次元ポリゴン内の全てのドッ卜についての輝度情報を補間により求めている。この手法に-より、図 2 に示すように、ポリゴンの多面体で表現された 3次元ォブジュクト Kを、境界における「丸み」が表現された 3次元ォブジェク卜 Lとして画像合成することができる。

以上の手法によれば、前記した「丸み」の問題を解決できると同時に、画像合成装置内で必要とされる演算処理量を減らすことができる。従って、リアルタイムに高品質な画像処理を行う画像合成装置に最適な構成となる。

( 2 ) 画像供給部

画像供給部 1 0では、以下の処理が行われる。即ち、まず処理部 1 5は、ゲーム空間に配置すべき 3次元ォブジク卜の画像情報を 3次元画像情報記憶部 1 6より読み出す。次に、処理部 1 5は、この 3次元オブジェクトの画像情報に位置♦方向情報を含ませて座標変換部 1 8に出力する。その後、座標変換部 1 8において絶対座標系から視点座標系へと座標変換が行われる。次にクリッピング処理部 1 9、透視変換部 2 0、ソーティング処理部 2 2において、それぞれクリッビング処理、透視変換、ソ一ティング処理が行われる。そして、処理が終了したポリゴンの頂点画像情報は、画像形成部 2 8へと出力される。

さて、ソーティング処理部 2 2では、ポリゴンの頂点画像情報の出力順序を、所定の優先順位にしたがって並び換える演算処理が行われている。具体的には、ソ一ティング処理部 2 2では、表示画面に対してより手前にあるポリゴンの頂点画像情報から順に出力されることになる。従って、画像形成部

2 8での演算処理は、より手煎にあるポリゴンから順に行われることとなる _c ( 3 ) 画像形成部

画像形成部 2 8は、ソ一ティング処理部 2 2から所定の順序にしたがって入力されたポリゴンの頂点画像情報から、 3次元ポリゴン内部の全ドッ卜の画像情報を演算する機能を有する。以下、画像形成部 2 8の動作の概略について説明する。 - まず、ソーティング処理部 2 2から、ポリゴンの頂点両像情報、即ち、ポリゴンの各項点の表示座標、テクスチャ座標、輝度情報等がプロセッサ部 3 0に順次入力される。また、ポリゴン内の全てのデ一夕に通のデ一夕は、ァトリビュートデータとしてァトリビュート R A M部 3 8に入力される。プロセッサ部 3 0では、この各頂点の表示座標、テクスチャ座標、輝度情報等から、ポリゴン内の全てのドッ卜の表示座標、テクスチャ座標 T X、 T Y 、輝度情報 B R Iが求められる。そして、この求められたテクスチャ座標 T X、 T Y 、輝度情報 B R Iは前記した表示座標をァドレスとしてフィールドバッファ部 4 0に書き込まれる。

なお、メインプロセッサ 3 2には、処理ドット指示部 3 7及び終了フラッグ記憶部 3 6が接続されている。この処理ドット指示部 3 7及び終了フラッグ記憶部 3 6は、既に演算処理が終了して塗りつぶしてしまったドットの演算処理を省略するために用いられるものである。これにより、その後の演算処理の負担を非常に軽減することが可能となる。

画像表示する際には、このフィル一ドバッファ部 4 0からテクスチャ座標 T X 、 T Y が読み出され、これをアドレスとしてテクスチャ記憶部 4 2からテクスチャ情報が読み出される。そして、この情報とアトリビュート R A M 部 3 8からのァトリビュートデータとから、パレツト&ミキサ回路 4 4にて R G Bデータが形成され、 C R T 4 6を介して画像出力されることになる。図 3には、本実施例の画像合成装置の動作を示すフローチヤ一卜が示される。また、図 4 ( A ) 〜（K ) には、このフローチャートのフロー 1 1 0 0， 1 2 0 0及び 1 3 0 0で実行される演算手法が視覚的に示されている。

実施例の画像合成装置では、画像供給部 1 0及びソ一ティング処理部 2 2 において、図 3に示すフロー 1 0 0◦に示す動作が実行される。そして、ソ一ティング処理部 2 2からは、各ポリゴン毎にポリゴンデータが出力される _c このとき、各ポリゴンには予め優先順位が与えられており、ソーティング処理部 2 2からは、優先順位にしたがって、各ポリゴンのデータが出力される _c このとき出力される各ポリゴンのポリゴンデータは、各ポリゴンの各頂点の透視変換表示座標、各頂点のテクスチャ座標を含む。

このときソ一ティング処理部 2 2から出力される各ポリゴンの各頂点の透視変換表示座標 V X * , V Y * はメインプロセッサ 3 2へ入力され、ここでプロ一 1 1 0 0に従った演算が実行される。即ち、左右輪郭点が演算され、左右輪郭点に囲まれた走査線上における各ドッ卜の透視変換表示座標 X * 、が演算され、ポリゴンを構成する全てのドッ卜についての演算が終了するまで上記演算が繰り返される。そして、このようにして演算された各ドッ卜の透視変換表示座標 X * , Y * は、フィールドバッファ部 4 0への書き込みアドレスとして出力される。そして、この書き込みアドレスで指定されたフィールドバッファ部 4 0内には、ポリゴン識別番号 P N力そのデータの 1 つとして書き込まれる。

また、このフロー 1 10◦に示す動作と並行して、コプロセッサ 34により、フロー 1200, 1 300に示す動作が実行される。

すなわち、ソ一ティング処理部 22からポリゴンの各頂点のテクスチヤ座標 VTX , VTY と、各頂点の透視変換表示座標 VZ と後述する各頂点の輝度情報とが入力される。

そして、コプロセッサ 34では、フロー 1200に従って、各頂点のテクスチヤ座標 VTX、 VTY から各頂点の透視変換テクスチャ座標 VTX * , VTY が求められる。次に、この VTX , VTY * から左右輪郭点が演算され、この左右輪郭点に挾まれる走査線上の各ドット毎の透視変換テクスチヤ座標 ΤΧ ^τ , ΤΥ * が演算され、ポリゴンを構成する全てのドットについての演算が終了するまで上記演算が繰り返される。

このような演算と並行して、コプロセッサ 34では、フロー 1300の演算動作が行われ、ポリゴンの透視変換表示座標の演算が対応する各ドット毎に fわれる。

そして、フロー 1200のステップ 34において、各ドット毎に求めた透視変換テクスチャ座標 ΤΧ τ , TY * を、透視変換表示座標を用い、逆透視変換し、テクスチャ座標 TX , TY として出力する。この様に出力されたテクスチャ座標 ΤΧ , TY は、前記フロー 1 100のステップ 23で出力されるフィ一ルドバップア部 40の書き込みァドレス位置へ書き込まれることになる。

このようにして、フィールドバッファ部 40には、フロー 1 100で指定されたァドレス位置、すなわちポリゴンを構成する各ドットのァドレス位置に、当該アドレスに対応したテクスチャ座標 TX , TY とポリゴン識別番号 P Nが書き込まれることになる。

また、このような書き込み動作と並行して、フロー 1 500の動作に従い、アトリビュート R A M部 38にはソ一ティング処理部 22から出力される各ポリゴンのアトリビュートデータが順次記憶される。このような一連の動作を、ソーティング処理部 22から各ポリゴンのポリゴンデータが出力される毎に繰り返して行い、フィールドバッファ部 40及びァトリビュート RAM部 38へのデータの書き込みが繰り返して行われる。このようにして、一画面分のデータの書き込みが終了すると、次にフィールドバッファ部 40, ァトリビュート RAM部 38からのデータの読み出しが開始される。但し、本実施例においては、フィールドバッファ部 40及びァトリビュート RAM部 38における画像情報の記憶空間は、 2画面分を記憶できるように構成されている。従って、実際には、この書き込みと読み出しは同時に行われており、これにより、演算処理時間の効率化が図られている

まず、フィールドバッファ部 40からは、例えばディスプレイの水平走査に同期して、各ドット毎に書き込まれたテクスチャ座標 TX , TY が読出しアドレスとしてテクスチャ情報記憶部 42へ向け出力される。そして、これと共に、ポリゴン識別番号 P Nが読出しアドレスとして、アトリビュート R AM部 38へ向け出力される。

これにより、テクスチャ情報記憶部 42からは、当該アドレスに指定されていカラ一コードカ《パレツト&ミキサ回路 44へ向け出力され、さらにァトリビュート RAM部 38からは、ポリゴン識別番号 P Nに対応したァトリビュ一トデ一夕力パレツト&ミキサ回路 44に向け出力される。これにより、ノ、'レツト&ミキサ回路 44では、カラー情報、例えば RG B出力が C RT4 6へ出力され、所望の疑似 3次元画像が合成表示されることになる。

図 4には、画像形成部 28において行われる演算処理の概要が視覚的に示されている。既に述べたように、画像形成部 28では、ポリゴンの頂点画像情報に基づいて、ポリゴン内の全ての画像情報を形成する演算処理が行われる。この場合、ポリゴンにはり付けるべきテクスチャ情報は、テクスチャ情報記憶部 42に記憶されており、このテクスチャ情報を読み出すために、テクスチヤ座標 TX 、 TY が必要となる。そして、図 4 (F) 、 (G) 、 (H) 、（ I ) には、ポリゴン内の全ての透視変換テクスチャ座標 TX 、 TY * を求める演算処理の様子が視覚的に示されている。この演算処理はコプロセッサ 34において行われる。また、図 4 (B) 、（C) 、 (D) . (E) には、テクスチャ情報を表示すべき座標である透視変換表示座標 X 、 Y を求める演算処理の様子が視覚的に示されている。この演算処理は、メインプ口セッサ 32において行われる。そして、図 4 ( J ) に示すように、演算されれた透視変換テクスチャ座標 TX *、 TY *はテクスチャ座標 TX、 TY に逆透視変換され、この逆透視変換されたテクスチャ座標 TX、 TY により、テクスチャ情報記憶部 42からテクスチャ情報が読み出される。最後に、図 4 (K) に示すように、演算された X 、 Y *の座標位置に、読み出されたテクスチャ情報を対応づけることで、画像合成が行われることになる。以下に、図 4 (A) 〜（K) のそれぞれのステップで行われる演算処理の概要について説明する。

図 4 (A) において、多面体 48の頂点例えば A、 B、 C、 Dに対して、テクスチャ座標 VTa、 VTb、 VTc、 V Td が対応づけられている。この頂点テクスチャ座標 VTa〜VTd は、項点 A~Dにより形成されるポリゴンにはり付けるテクスチャ情報のァドレスを指定するものである。即ち、具体的にいえば、テクスチャ情報記憶部 42内の記憶手段に記憶されているテクスチャ情報を読み出すためのァドレスを指定するテクスチャ-座標である。図 4 (B) 、 (F) において、この各頂点の表示座標 A〜D、テクスチャ座標 VTa〜VTd は、各頂点の透視変換座標 A*〜0^ 、透視変換テクスチヤ座標 VTa *〜VTd * に透視変換される。これにより、 XY座標系のみならず、 Tx、 TY座標系も透視変換されることとなり、各座標系間の線形性が保たれることとなる。

次に、図 4 (C) 、（G) に示すように、各頂点の透視変換座標 A* ~D * 、及び、透視変換テクスチャ座標 VTa * ~VTd * により形成されるポリゴンの輪郭点が線形補間演算される。即ち、図 4 (D) 、 (H) における左右輪郭点座標、 R* 、及び、左右輪郭点テクスチャ座標 T1 *、 Tr * の線形補間演算が行われる。次に、図 4 (D) 、 (H) に示すように、前記左右輪郭点座標、 R* - 及び、左右輪郭点テクスチャ座標 T1 、 Tr τ により、これらの左右輪郭点を結ぶ走査線上の各ドッ卜の座標が線形補間演算される。

上記した、図 4 (C) 、 (G) 及び（D) 、（H) の演算処理は順次繰り返され、最終的には、図 4 (E) 、（ I ) に示すように、ポリゴンを構成する全てのドットの透視変換表示座標 X 、 Y*及び透視変換テクスチャ座標

Τχ * , TY * の線形補間演算が行われる。

次に、図 4 ( J ) に示すように、透視変換テクスチャ座標 TX * , TY * を、テクスチャ座標 TX 、 TY に逆透視変換し、このテクスチャ座標 TX 、

TY を用いて、前記したテクスチャ情報記憶部 42からカラーコードが読み出される。

以上のようにして、読み出されたカラ一コードを、透視変換表示座標 X* 、 Y* に対応させる。これにより、図 4 (K) に示すように、スクリーン上に画像が合成され、遠近感、直線性が損なわれないテクスチャマッピングが可能となる。

図 5には、このようにして合成された疑似 3次元画像の一例が示される。図 5に示すように例えば家 594、遠くに見える道 592、煉瓦道 597等において所望のテクスチャマッピングが行われている。これにより、ポリゴンの表面を単一色で塗りつぶす場合に比べて、非常にリァリティ溢れる画像表示が可能となっている。また、図 5に示すように煉瓦道 597において、はり付けられたテクスチャの遠近感、直線性が損なわれていない。このように本実施例の画像合成装置によれば、非常に高品質でリ了リティ溢れる疑似 3次元画像の合成が可能となる。

なお、図 4には、透視変換表示座標 Z *及び輝度情報 BR Iの演算方法については示されていないが、両者の演算は、図 4における TX 、 TY の演算方法とほぼ同様な演算方法により行われる。このように、輝度情報の補間演算についても、 TX 、 TY と同様の方法により行うことにより、前述したように、これらの座標系間の関係を線形に保つことができ、よりリアリティ溢

― 1 q ― れる画像を合成することが可能となる。

(4) フィールドバッファ部

図 6には、ソ一ティング処理部 22、プロセッサ部 30、ァトリビュート RAM部 38、フィールドバッファ部 40、テクスチャ情報記憶部 42を含んで構成される本実施例の具体的な構成が示される。

なお、図 6及び後に説明する図 7、図 12においては、説明を簡単にするために補間回路 180〜186を省略している。

フィ一ルドバッファ部 4〇は、図 6に示すように、ビデオ RAM 10〇、 102、 104、 106と、これらのビデオ RAMをコントロールするフィ —ルドバッファコントローラ 90、 92、 94、 96を含む。

この、ビデオ RAMI 00-106により構成されるフィ一ルドバッファ空間には、 C RTの表示スクリーンの各ドッ卜に 1対 1に対応するデータが格納される。本実施例において、このフィールドバッファ空間に格納されるデータは、コプロセッサ 34で演算されたテクスチャ座標 TX、 TY 、輝度情報 BR I及びポリゴン識別番号 PNであり、書き込むべきァドレスは、メィンプロセッサ 32で演算された表示座標 X*、 Y* により決定される。なお、ビデオ RAMは、マルチポート RAM構成となってお、ランダムポート（RAM) 、シリアルポート（SAM) に分かれている。本実施例では、フィールドバッファ空間へのデータの書き込みは、ランダムアクセスにより行われ、読み出しはドットクロックに同期してシリアルに行われる。また、フィールドバッファ空間は、書き込み用のバンク及び読みだし用のバンクの 2つのバンクに分割され、 1フィールド（1 60秒）毎に、バンクの切り替えを行っている。

図 7には、このフィ一ルドバッファ部 40の周辺回路及び周辺回路との接続の詳細が示され、図 8には、フィールドバッファ部 40を構成するフィールドバッファコントローラ 9 C！〜 96の内部回路の一例が示される。また、図 9には、フィールドバッファ部 40に対する、データの書き込みシーゲンスが示される。

図 7に示されるようにフィールドバッファ部 40には、以下の信号が入力される。即ち、制御回路 70からは、透視変換表示座標 X 、 Y* がァドレス A I C！〜 9として、また、 X P F I R、 X VW、 XHWがフィ一ルドバッファコントローラ 90〜96の制御信号として入力される。また、除算器 8 2〜86からは、テクスチャ座標 TX 、 TY 及び B R Iが、フィ一ルドバッファコントローラ 92~96のそれぞれの入力データ D I 0〜 1 1として、入力される。この他、フィールドバッファ部 40には、プログラムレジスタのプログラム信号、クロック、同期信号等が入力される。

また、図 7に示されるように、フィールドバッファ部 40からは、以下の信号が出力される。即ち、制御回路 70等で構成されるプロセッサ部 30に対しては、データ書き込みの禁止を指令する XWA I T信号が出力される。また、テクスチャ情報記憶部 42には、読み込みデータであるテクスチャ座標 TX 、 TY が出力される。また、ァトリビュート RAM部 38には、ポリゴン識別番号 P Nが、パレット &ミキサ回路 44には、輝度情報 BR Iが出力される。

フィールドバッファコントローラ 9◦ ~ 96の内部回路は、図 8に示す構成となっている。 - ここで、本実施例におけるフィールドバッファコントローラは、マスタ一モード、スレーブモード、拡張モードの 3つのモードを備えており、本実施例では、ポリゴン識別番号 P Nを取り扱うフィールドバッファコントローラ 9〇をマスターモードにて、テクスチャ座標 TX 、 TY を取り扱うフィールドノくッファコントローラ 92〜94をスレーブモードにて、輝度情報 B R I を取り扱うフィールドバッファコントローラ 96を拡張モードとして使用している。これにより、スレーブ♦拡張モードで使用されるフィ一ルドバッファコントローラ 92〜 96は、マスターモードで使用されるフィールドバッファコントローラ 90の支配の下に同期して制御され、大きなフィールドバッファ空間を同じ回路構成のフィ一ルドバッファコントローラ 90〜 96により同時に制御することが可能となる。この場合、図 8に示すように、マス夕一、スレーブ、拡張の切り替えは、 XMA S T E R信号を用いてセレクタ 1 16により行われる。即ち、マスターモードの時は、 PNカウンタ 1 18 により発生されるポリゴン識別番号 PNが、セレクタ 1 16によりセレクトされ、データ Q u e u e l 24に入力される。逆に、スレープ ·拡張モードの時は、 D I C！〜 1 1がセレクトされ、データ Q u e u e l 24に入力される o

フィールドバッファコン卜ローラ 90〜96に入力されたク口ック信号及び外部同期信号は、内部クロック &同期信号発生回路 134に入力され、この回路において内部ク口ック及び一群の同期信号が発生され、フィ一ルドバッファコントローラ 90〜96内の制御信号として用いられる。また、プログラム信号は、プログラマブルレジス夕 132に入力され、これにより、コン卜ローラ内の内部パラメータ郡が決定される。

ァドレス信号 A I 0〜9、入力データ D I 0〜： L 1、制御信号 XP F I R、 XVW、 XHWは、ラッチ 1 10、 1 12、 1 14により一時ラツチされる _c

X P F I Rは、 PNカウンタ 1 18をカウントアップするために用いられ、この PNカウンタ 1 18のカウントアツプ値により、ポリゴンの識別番号 P Nが決定される。即ち、 X P F I Rは、図 9に示すように、新たなポリゴンの処理を開始する毎に XP F I R- Lとなるように、メインプロセッサ 32 の制御回路 70より出力され、 XP F I R = Lとなると PNカウンタ 1 18 がカウントアップする。そして、次のフィールドの処理が開始される前に、 PNカウンタ 1 18はリセットされる。これにより、ポリゴンの優先順位が高い順に、 0、 1、 2、 3、 4……というようにポリゴン識別番号 PNが、各ポリゴンに設定されることになる。

このように本実施例においては、外部からポリゴン識别番号 PNを入力しなくても、内部において、即ちフィールドバッファコントローラ 9〇において、ポリゴン識別番号 P Nを発生させることができる。そして、このポリゴン識別番号 P Nを利用することにより、ポリゴンを画像上に表示するデータのうち、ポリゴンを構成する各ドッ卜に共通のデータと、共通でないデータを分けて処理することが可能となり、ハードウユアの高速化、小規模化を図ることが可能となる。

ァドレス信号 A I 0〜9、入力データ D 1 0〜 1 1は、 8段 F I F 012 0の座標 Q u e u e 122及びデータ Q u e u e 124に一旦蓄積され、その後ビデオ RAMに格納される。この場合、ァドレス信号 A I 0~9を、 X アドレスとして認識するか Yァドレスとして認識するかは、 Q u e u eコントローラ 1 26に入力された制御信号 XV W及び XHWにより選択される。即ち、図 9に示すように、 XVW= L、 XHW=Hの時は、 A I 0〜9は、 Yァドレスとして認識され、 XVW=H、 XHW-Lの時は、 A I 0〜9は、 Xアドレスとして認識される。更に、 X VW、 XHWは、入力データ D I 〇〜 1 1が有効なデータであるかどうかの識別信号ともなつている。

シーケンサ 130は、 8段 F I F O 120に蓄積されているデータをモニターしており、これにより、外部に対しては XWA I T信号を、 8段 F I F 0120に対しては、読み出し制御信号を出力して、データ制御を行っている。また、ビデオ RAMを制御するためのシーケンス信号も、このシーケンサ 130により生成されている。

8段 F I F 01 20に蓄えられた X、 Yデータは RAMァドレス発生回路 1 36へ、 Tx 、 ΤΥ 、 B R Iデータはレジスタ 1 38へ、それぞれ、ディレイ回路 128を介して出力される。そして、レジスタ 138に蓄えられたデータは、 RAMァドレス発生回路 136より発生された RAMアドレスにしたがって、ビデオ RAMに書き込まれることとなる。このように 8段 F I F 0120を設けることにより、前段のプロセッサ部 30等の演算処理を中断させることなくビデオ RAMI 00〜1 06へのデ一夕の書き込みが可能となる。これにより処理の効率を高めることができる。もし、プロセッサ部 30のデータ出力の速度の変動が大きい場合は、この F I F Oの段数を更に増やせばよいことになる。

また、シーケンサ 130からのシーケンス信号も、ディレイ回路 1 28を介して RAM制御信号発生回路 14◦及び S AM制御回路 142に出力され、それぞれの回路にて書き込み用ポートである RAMの制御信号及び読み込み用ポートである S AMの制御信号が発生されることとなる。

端子 146は、入出力切り替え可能な双方向データバスとなっている。そして、シリアルポート S AMの初期化を行う際には、出力端子に切り替わり S AMクリアコ一ド発生回路 144にて発生されたクリアコードが出力され、メモリの初期化が行われる。また、 SAMよりデータを読み込む際には、入力端子に切り替わり S AMに記憶されているデ一夕が入力される。この入力されたデータは、シリアル出力 D 0 ~ 1 1としてフィールドバッファコントローラ 90 96から出力されることとなる。即ち、フィールドバッファコントローラ 90の出力であるポリゴン識別番号 P Nはアトリビュート R A M 部 38へ、フィールドバッファコントローラ 92 94の出力であるテクスチヤ情報 TX TY はテクスチャ情報記憶部 42 フィールドバッファコントロ一ラ 96の出力である輝度情報 B R Iはディレイ回路 168を介して、'レツト&ミキサ回路 44へと、それぞれ出力されることとなる。

図 9には、フィ一ルドバッファ部 40に対するデータの書き込みシーゲンスが示される。図 9に示されるように、画像データは、 XP F I R- Lとなる毎にポリゴン毎に書き込まれる。また、 1枚のポリゴンのデ一夕が 1ラインずつ組にして書き込まれるように、アドレス A I C！〜 9力 XVW信号及び XHW信号を用いて制御されている。

(5) ァトリビュート RAM部

ァトリビュート RAM部 38は、図 6に示すように、アトリビュ一卜 RA M部 152及びァ卜リビュー卜データ制御部 15◦を有する。

ソーティング処理部 22より入力されたパレットナンバー P A L、カラー Z値 C Z、プロック番号 B N等のァトリビュートデータは、ァトリビュートデータ制御部 150に入力される。ここでパレットナンパ一 PALは、 'レットテ一ブルを指定するためのナンバーであり、カラー Z値 C Zは、奥行き変化による色変化に対応するために用いられるものである。またブロック番号 BNは、テクスチャ情報記憶部 42内の記憶空間のプロック指定を行うための信号である。これらのアトリビュートデ一タはァトリビュートデータ制御部 150により、アトリビ i—ト RAMI 52に格納される。そしてアトリビュート RAM 1 2からの読み込みは、フィ一ルドバッファ部 40から入力されるポリゴン識別番号 P Nにしたがって行われ、パレツト&ミキサ回路 44にポリゴン毎のデータとして出力されることとなる。

テクスチャ情報記憶部 42内の記憶空間のプロック指定を行うためのプロック番号 BNも、このアトリビュート制御回路 150より発生されテクスチャ記憶部 42に出力される。

(6) テクスチャ情報記憶部（レンダリング情報記憶部）

テクスチャ情報記憶部 42は、図 6に示すように、キャラクタコード記憶部 160及びキャラクタジェネレータ 164を含む。このテクスチャ情報記憶部 42には、フィールドバッファ部 40からのテクスチャ座標 Tx 、 ΤΥ により実際の画面を表示するための例えばカラーコ一ドが記憶されており、記憶部のスピ一ドを補うために 2段構成となっている。これらの記憶部を構成するものとしては、例えばマスク ROM、 E E PROM、 SRAM. DR AM等を用いることができる。特に、 RAMを用いて、この RAMに記憶される内容を例えば 1フィールド（1 60秒）毎に書き換えれば、自身の画像をフィ一ドバックしてまたテクスチャにモニタ一する等特有の画像効果を得ることが可能となる。

図 10には、このテクスチャ情報記憶部 42により構成されるテクスチャ記憶平面の一例が示される。

このテクスチャ記憶平面は、例えば図 10に示すような階層構造となつており、これにより、少ない容量の記憶部により広いテクスチャ記憶平面を表現することができる。即ち、テクスチャ記憶平面は例えば 16のプロックに分割され、各プロックは、 256 X 256のキャラクタに分割されている。そして、このキヤラクタは 16 X 16のドットに分割され、各キヤラクタには、テクスチャ記憶平面を構成するための絵柄が記憶されている。そして、この絵柄を用いてテクスチャ記憶平面が全て埋められることとなる。

図 10に示すように、ポリゴンへのテクスチャリングは、ポリゴンにはり付けたいテクスチャの各頂点座標を指定することにより行われる。但し、ブ口ック間にまたがるポリゴンの指定をすることはできない。

図 1 1には、テクスチャ情報記憶部 42におけるデータの流れの一例が示される。

本実施例において、テクスチャ情報記憶部 42には、それぞれ 12ビットのテクスチャ X座標 TX0〜TX11 及び 16ビッ卜のテクスチャ Υ座標 ΤΥ0〜 TY15 が、計 28ビッ卜のデータとして入力される。

ここでテクスチャ座標の下位ビット ΤΧ0〜ΤΧ3及び ΤΥ0〜ΤΥ3は、キャラクタジェネレータ 164におけるキャラクタのアドレスを指定するために使用され、テクスチャ Υ座標の上位ビット TY12 -TY15 は、テクスチャ記憶平面でのブロック番号 ΒΝを指定するために使用されている。即ち、上位ビッ卜 TY12 -TY15 によりテクスチャ記憶平面のブロックが指定され、 ΤΧ4 〜ΤΧ11 及び ΤΥ4〜ΤΥ11 によりブロック内のキャラクタのァドレスが指定される。これにより、キャラクタコード C CO 〜C C 12がキヤラクタコード記憶部 160から読み出されることとなる。一方、下位ビット TX0~TX3及び ΤΥ0~ΤΥ3は、キャラク夕記憶部 160をバイパスし、前記キャラクタコ — ド C CO 〜C C 12と結合して、キャラクタジェネレータ 164に入力される。そして、キャラクタジヱネレー夕 164からは、最終的な出力である例えば 8ビットのカラ一コードが、パレツト&ミキサ回路 44に出力されることとる。

(7) パレツト &ミキサ回路

パレツト&ミキサ回路 44は、輝度情報 B R I、カラ一データ C 0 L、パレツトナンバー PAL及びカラ一 Z値 C Zより画像出力を行うための R G B データを合成するための回路である。

画像出力は、フィールドバッファ部 40に記憶されるドット毎のデータと、ァトリビュー卜 RAM部 38に記憶されるポリゴン毎のデータにより、予め設定されているパレツ卜より RG Bデータを引き出すことによって合成される。ノ、'レツ卜には R G B各 8ビッ卜で、計 24ビッ卜の色データが格納されている。そして、パレットは全部で 128バンクに分割されており、このバンク指定はパレットナンバー P A Lにより行われる。また、 1バンクは、 2 56色のデータを持ち、このバンク内での色指定は、カラーコード C OLにより行われることとなる。

図 12には、フィ一ルドバッファ部 40及び了トリビュート RAM部 38 へのデータ書き込み後、画像出力するまでの信号の流れが示されている。即ち、以下のような信号の流れにしたがって、最終的な画像が出力される。

①フィ一ルドバップア部 40から 1 ドット毎のデ一夕（P N、 TX、 TY、 B R I ) が出力される。

②ァトリビュートデー夕 RAM部 38から、前記ポリゴン識別番号 P Nに対応したポリゴンのデータ（BN、 PAL、 C Z ) が出力される。-

③ TX、 TY、 B Nがテクスチャ情報記憶部 42に入力され、対応したカラ一データ C 0 Lが出力される。この場合、アトリビュート RAM部 38を経由する BNと夕イミングを合わせるため、 TX、 TY はディレイ回路 168 を介してテクスチャ情報記憶部 42に入力される。

④ C O L、 PAL、 BR I、 C Zは、ディレイ回路 170、 172、 1 74 により夕イミング合わせが行われ、同時にパレツト&ミキサ回路 44に入力される。そして、 PAL、 C O Lよりパレットのバンクとバンク内のカラ一コードが指定され、パレットから 1つの色データが選択される。この選択された色データは、 BR I、 C Zの値により色演算される。その後、ガンマ補正を経て、 DZA変換され、 R G Bデータとしてパレット &ミキサ回路 44 から出力され、 C R T 4 6へ画像入力されることとなる。

( 8 ) 間引き ·補間処理

(A) 概要

以上のように、本実施例では、フィ一ルドバッファ部 4 0にはカラー情報自体ではなく、テクスチャ座標が記憶される。このようにフィールドバッファ部 4 0にテクスチャ座標が記憶されることにより、以下に述べる間引き · 補間手法を用いた画像合成が可能となり、これによりハードウユアの高速化、小規模化を図ることが可能となる。

テクスチャ座標等に対する間引き演算は、プロセッサ部 3 0において行われる。また、図 1に示すようにフィ一ルドバッファ部 4 0の出力には、補間回路 1 8 0 、 1 8 2 、 1 8 4 、 1 8 6が設けられている。そして、この補間回路 1 8 0 〜 1 8 6により、補間演算を行い、間引かれた点のテクスチャ座標等を求め、テクスチャ情報記憶部 4 2からテクスチャ情報を読み出す。この場合、スクリーン上でのテクスチャ座標は非線形なデータであるが、微小部分ではこのように線形に補間しても、画質をほとんど悪化させることがなく、良質な画像を得ることが可能となる。

このように本画像合成装置では、画質を良好なものに保ちつつ、 1つのデ一夕を間引く毎に、最もデータ量の多い演算の回数を 1 Z 2以下にすることができ、ハードウヱァの高速化、小規模化を図ることが可能となる。なお、図 1 3には、間引き ♦補間処理を行わない場合の画像合成装置のプロック図が示される。図 1と図 1 3を比較すればわかるように、本実施例では、補間回路 1 8 0 〜 1 8 6を付加する等の非常に簡易な手法で、間引き ·補間処理が可能となる。

次に、間引き ·補間演算を行う場合の本実施例の概要を説明する。

図 1に示す画像合成装置において、間引き演算手段は、プロセッサ部 3 0 に含まれている。具体的には、プロセッサ部 3 0における走査線上の各ドッ卜の演算を行う際に、間引いて演算することによりこれを実現している。この間引き演算動作は、図 1 4に示すように例えば以下のルールにしたがって行われる。

まず、データの間引きは、水平方向（X方向）に例えば 1 ドット毎に（例えば Xが偶数のドットを）間引き処理する。但し、以下のドットに対しては間引き処理を行わない。

①ポリゴンの輪郭のドット

②他のポリゴンとの境界線のドット

③画面左右点のドット

以上のルールに従って、間引かれたフィ一ルドバッファ上のデータのィメ一ジが図 1 4に示される。同図に示すように、上記①〜③に該当するドットについては、間引き処理が行われず、それ以外のドットは、 1 ドット毎に間引かれている。

なお、ここで空きドッ卜とは、上記ルールに従って、間引かれたドット及び、ポリゴンの描かれないところ即ち背景になる部分をいい、例えば T X = T Y = F F F hに設定されている。フィールドバッファは、 1画面分のデー夕の書き込み開始時に、全ドットがクリア（全ビット 1 ) され、前記した F F F hの値が全ドットに設定されることとなる。 - 次に補間演算手段について説明する。本実施例における補間演算手段は、図 1に示すように、フィールドバッファ部 4◦の出力に補間回路 1 8◦、 1 8 2、 1 8 4、 1 8 6を接続することにより実現される。ここで、補間回路 1 8 0はポリゴン識別番号 P Nの補間を行うものであり、補間回路 1 8 2、 1 8 4は、テクスチャ座標 T X 、 T Y の補間を行うものである。また、補間回路 1 8 6は輝度情報 B R Iの補間を行うものである。具体的には、これらの補間回路 1 8 0〜1 8 6による補間動作は、図 1 5に示すように例えば以下のようなルールにしたがって行われる。即ち、補間処理は次の様なドットに対して行われる。 ①空きドット、即ち TX = TY = F F F hであり、かつ、

②右隣と左隣のドッ卜のポリゴン識別番号が同じであり、且つ、右隣と左隣のドッ卜が空きドッ卜でない。そして、補間処理は上記のような空きドッ卜に対して以下のような処理を施すことにより行われる。

①ポリゴン識別番号 PNを両隣のドッ卜の PNと同じ値にする。

②テクスチャ座標 TX、 TY 及び輝度情報 BR Iは両隣のドットの TX、 TY 及び BR Iの平均値に設定する。図 1 5には、上記ルールに従って補間処理を行った場合の一例が示される _c 図 1 5に示すように、補間処理は、ポリゴン識別番号 P Nが同じであるドッ卜に囲まれた空きドッ卜に対して行われる。即ち、図 15においては、空きドットであり両隣のドッ卜のポリゴン識別番号 P Nがともに" 0 " であるドッ卜に対して補間処理が行われる。これに対して、空きドッ卜であっても両隣のドットのポリゴン識別番号 P Nが異なるドットに対しては補間処理は行われない。このようなドットは間引かれたドットではなく、ポリゴン間の隙間と判定されるからである。 - 補間処理を行うべきドッ卜に対しては、図 1 5に示すように次のような補間処理が行われる。まず、補間回路 180において、両隣のドットのポリゴン識別番号 PNと同じ値が、空きドットのポリゴン識別番号として設定される。即ち、この例では PN = 0に設定される。

また、補間回路 182、 184において、両隣のドッ卜のテクスチャ座標 TX 、 TY の例えば平均値が求められ、この値が空きドットのテクスチャ座標 TX 、 TY として設定される。この例では、 TX = 1 50、 TY = 30の値が設定されることとなる。

同様にして、補間回路 186にて、両隣のドッ卜の輝度情報 BR Iの例えば平均値が求められ、この値が空きドッ卜の輝度情報 BR I として設定される。この例では、 B R I =48の値が設定されることとなる。次に、間引き ·補間演算を行う場合の本実施例の具体的な構成 ·動作について詳述する。

(B) 間引き演算手段の具体例

本実施例における間引き処理は、図 4 (D) 、 (H) に示される走査線上の各ドットの演算を行う際に行われる。そして、これは走査線上の各ドットの演算を行う際の X *座標のカウントアップ値を変化させることにより行われる。例えば、間引き率を 1 Z2とする場合には、このカウントアップ値を 2とする。また、間引き率を 1 3とする場合には、このカウントアップ値を 3とすればよい。これにより、走査線上のドッ卜の演算が 2 ドット毎、 3 ドット毎に行われることとなり、間引き演算処理が可能となる。

なお、本実施例では、走査線上の各ドッ卜の演算を行う際に、間引きを行つている力《、本発明はこれに限られるものではない。例えば、この間引き処理を図 4 (C) 、 (G) に示される輪郭点を演算する際に行ってもよい。この場合は、輪郭点を演算する際の Y *座標のカウントアップ値を変化させることで、この間引き率を変更することができることとなる。 -

(C) 補間演算手段の具体例

既に述べたように、本実施例における補間演算手段は、フィールドバッファ部 40の出力に補間回路 180〜 186を設けることにより構成される。図 1 6には、この場合のビデオ R AM 1 0 C！〜 1 06、フィールドバッファコントローラ 90〜96、補間回路 180~ 186の間の接続関係が示される。また、図 1 7には、 P N用のフィールドバッファコントローラ 90と P N用の捕間回路 180の接続関係について示される（TX 用、 TY 用、 B R I用のフィールドバッファコントローラ 92、 94、 96と補間回路 182、 184、 186との接続関係も同様の関係になる）。更に、図 18には、補間回路 180〜 186の内部回路の一例が示される。

図 16に示すように、本実施例では、ビデオ RAM 100〜 106への書き込み動作は、フィールドバッファコントローラ 90~ 96により、所定の了ドレス信号に基づいてデータをランダムに書き込むことにより行われる。一方、ビデオ RAM 100〜 106からのデータの読み出し動作は、 D S 0 〜1 1端子を介して、ドットクロックに同期してデ一夕をシリアルに読み出すことにより行われる。この場合、フィールドバッファコントローラ 90の双方向バッファ D S C！〜 1 1から入力されたデータは、図 17に示すように、 DO 0〜l 1出力を介して補間回路 180にシリアルに出力される。同様に、フィールドバッファコントローラ 92〜 96の DO 0~l l出力からは、補間回路 182〜 186に対してデータがシリアルに出力されることになる。この場合、補間回路 180〜 186は、図 18に示すような同じ構成の回路により形成されている。そして、それぞれの補間回路 180~186間の制御は、 XNUL B端子、 XNUL I端子、 X E Q端子により行われることになる。

図 18に示す補間回路 180〜186の内部回路において、レジスタ 19 2〜214はデータの保持 · シフト機能を有する。また、論理回路 220、 222、 224、 226、 228はインバータ、 NOR等の論理演算を行う機能を有する。空きドット判定回路 230は、処理の対象となるドッ卜が空きドットか否かを判定する回路である。また、ポリゴンナンバー致判定回路 232は、処理の対象となるドッ卜の両隣のドッ卜のポリゴン識別番号 P N が一致するか否かを判定する回路である。また、平均値演算回路 234は、補間処理を行う際に、両隣のドットのテクスチャ座標 TX 、 TY 及び輝度情報 B R Iの平均値を求めるための回路である。また、マルチプレクサ 236 は、補間処理を行ったデータを出力するか、もとのデータを出力するかを選択するための回路である。

さて、既に述べたように、本実施例では、ポリゴン識别番号 PNを取り扱ぅフィ一ノレドバッファコントローラ 90はマスターモードにて、テクスチャ座標 TX、 TY データを取り扱うフィールドバッファコントローラ 92、 9 4はスレーブモードにて、輝度情報 B R Iを取り扱うフィールドバッフアコントロ一ラ 96は拡張モードにて使用されている。そして、補間回路 180 〜 186の双方向バッファである XNU L B、 X E Q端子は、それぞれのモ一ドにしたがって、図 16に示すように出力端子あるいは入力端子となる。具体的には、補間回路 180 (マスターモード）の XNU L B端子は入力端子に、 X E Q端子は出力端子となる。また、補間回路 182、 184 (スレーブモード）の XNU L B端子は出力端子に、 X E Q端子は入力端子になる _t また、補間回路 186 (拡張モード）の XNU L B端子、 X E Q端子は共に入力端子となる。なお、 XNUL I端子は全ての補間回路 180〜186にお L、て入力端子となっている。

ところで、図 1 5に示したように補間処理を行うためには、補間を行うドットの前後のドットの P N、 TX、 TY、 B R Iの値を参照する必要がある _c 従って、補間回路 180〜 186の間でコミニユゲーションを行うための信号が必要であり、補間制御信号 XNU L B、 XNU L K X E Qがその役目を果たすことになる。

ここで、図 18に示すように XNU L B端子 21 6は双方向バッファとなつている。そして、スレーブモードの補間回路 182からは、処理の対象となるドッ卜の TX の値が F F F Hか否かを示す信号が X U L B信号として出力される（以下、この信号を XNU L B (X) 信号と呼ぶ）。同様に補間回路 184からも、 TY の値が F F F Hか否かを示す信号が XNU B信号として出力される（以下、この信号を XNU L B (Y) 信号と呼ぶ）。 TX あるいは TY の値が F F F Hか否かは、空きドット判定回路 230により判定される。そして、 TX = F F F Hの場合には XNU L B (X) 信号が" 0" となり、 TY - F F F Hの場合は XNU L B (Y) 信号が" 0" となる。 XN U L B (X) 信号、 XNU L B (Y) 信号がともに" 0" の場合に、そのドットは空きドットであるということになる。

図 1 6に示すように、補間回路 182の出力信号である XNU L B (X) 信号は、補間回路 18◦の XNUL B端子、補間回路 184、 186の XN U L I端子に入力される。同様に、補間回路 184の出力信号である XNU L B (Y) 信号は、補間回路 180、 182の？^1；1^ I端子、補間回路 1 86の XNU L B端子に入力される。従って、図 18に示す補間回路 180 〜 186内の論理回路 228には、 XNU L B端子、 XNUL I端子を介して、 XNUL B (X) 信号及び XNUL B (Y) 信号が入力されることになる。この結果、 XNUL B (X) 信号、 XNUL B (Y) 信号がともに" 0 " の場合、即ち、対象となるドットが空きドッ卜と判定された場合、論理回路 228の出力は" 1 " となる。そして、この論理回路 228の出力は、レジスタ 21 2、 214、論理回路 226等に伝達されることになる。

XE Q端子 218も双方向バッファとなっている。そして、マスタ一モードの補間回路 180からは、処理の対象となるドットの両隣のドットのポリゴン識別番号 P Nが同一か否かを示す信号が X E Q信号として出力される。具体的には、レジスタ 1 92、 196に保持されたドットのポリゴン識別番号 P Nが、ポリゴンナンバー致判定回路 232に入力される。そして、一致した場合には、 X E Q端子から" 0" が出力されることになる。

スレーブ ·拡張モードの補間回路 182〜186では、 XE Q端子 218 は入力端子となっている。そして、図 16に示すように補間回路 180の出力である XE Q信号が入力される。これにより、補間回路 182~186に対して、両隣のドッ卜のポリゴン識別番号が一致するか否かの情報が知らされることになる。即ち、両隣のドッ卜のポリゴン識別番号 PNがー致した場合は、補間回路 180の XE Q端子の出力が" 0" となり、この出力が補間回路 180~ 186内のインバータ 220に入力される。そして、このインバー夕 220の出力が、レジスタ 206、論理回路 226に入力されることになる。

以上より、処理の対象となるドッ卜が空きドットであり、そのドットの両隣のドットのポリゴン識別番号 P Nがー致し、両隣のドットが空きドットでない場合に、そのドットは補間されるべきドットであると判断される。これにより図 18の論理回路 226の出力が" 1 " となり、マルチプレクサ 23 6は、レジスタ 1 98の出力ではなく、平均値演算回路 234の出力を選択する。この結果、レジスタ 1 96、 20◦に保持されたデータである P N、 TX、 TY、 B R Iの平均値が計算され、補間データが演算されることになる。なお、この場合、両隣のドットのポリゴン識別番号 P Nは一致しているため、両隣のドッ卜の平均値を計算するということは、両隣のドットと同じ P Nに設定することと等価となる。このように本実施例においては、ポリゴン識別番号 P N、テクスチャ座標 TX、 TY 、輝度情報 B R Iに対する補間処理を、全て同じ回路構成の補間回路で行うことが可能となる。

次に、本実施例における補間演算手段の動作について簡単に説明する。図 1 9には、ビデオ RAMから読み出されたデータ力 <、フィールドバッフアコントロ一ラ内で補間処理を受けて出力されるまでの様子が示されている。図 1 9に示すように、本実施例では、以下の 7つのフェーズ (#◦〜# 6) によるパイプラィン処理で補間処理を行っている。

#〇 S AM読み出しフェーズ

S AM読み出し用クロック S Cの立ち上がりで、マルチポートビデオ R A Mから対応するドットのデータが出力される。

# 1 S AMデータ取り込みフヱーズ -

D S 0~ 1 1端子に到達したデータを S Cに同期してフィ一ルドバッファコントローラ 90〜 96、補間回路 180〜186内に取り込む。

# 2 空きドット判定フヱーズ

スレーブモードの捕間回路 182、 184力 TX、 TY の値が F F F h であるかどうかをチェックし、 XNU L B信号を出力する。

# 3 間引きドット判定フェーズ

マスターモ一ドの捕間回路 180力両隣のドッ卜のポリゴン識別番号 P Nを比較し、一致したかどうかを X E Q信号として出力する。

#4、 # 5 補間処理フヱーズ

ポリゴン識別番号 PN、テクスチャ座標 TX、 TY 、輝度情報 B R Iの補間を、両隣の平均値を求めることにより行う。但し、補間処理を行わないドッ卜に関しては、マルチプレクサ 236にて、何も処理を行わずそのままデ —夕を通過させる。

# 6 データの出カフヱーズ

ドットクロック D C Kの立ち上がりに同期してデータを出力する。

なお、図 19にて、 ①〜⑤は以下のことを示している。

① S Cの立ち上がりによりビデオ RAMからデータが読み出される（フエ一ズ # 0)

②フィ一ルドバッファコントローラ 90〜 96、補間回路 180〜 186内にデータが取り込まれる（フヱーズ # 1)

③データ（C) に対応した XNU L Bの出力が行われる（フェーズ # 2)

④データ (C) に対応した X E Qの出力が行われる（フェーズ # 3)

⑤補間処理を受けたデータが出力される

(9) テクスチャ情報記憶部を論理演算回路で構成する場合

テクスチャ情報記憶部は、 ROMや RAMのようにテクスチャ情報の数値そのものを記憶するものに限らず、テクスチャ座標等の入力に対する関数の形で表現することも可能である。この場合のテクスチャ情報記憶部は、論理演算回路として構成される。

さて、これまでの説明では、ポリゴンにはり付けるテクスチャ情報としてカラ一情報を用いた場合について述べた。し力、し、ポリゴンにはり付けることができるテクスチャ情報としては、これに限らず、あらゆる種類のレンダリング情報を考えることができる。例えばポリゴン表面の形状の情報をはり付けることも可能である。このようなマツビング手法はバンプマツビングと呼ばれている。この手法により、図 20に示すように 3次元オブジェクト M に対して例えば Lに示すようにクレー夕状のマツビングを施すことが可能となる。バンプマツピングは摂動マッピングとも呼ばれ、物体表面形状に対する摂動成分（多くは、法線べクトルの偏位）をテクスチャ情報として持つことができる。この摂動成分からなるテクスチャ情報を、以下バンプと呼ぶ。また、このバンプテクスチャ情報を読み出すためのテクスチャ座標をバンプテクスチヤ座標 BX、 BY と呼ぶ。

本実施例では、アトリビュートデータ（ポリゴン毎の定数）の 1種として「ポリゴンの面の法線ベクトル」をもつ。そして、この「ポリゴン面の法線べクトル」力摂動成分によってドット毎に摂動を受ける。これにより各ドッ卜の法線べクトル Nが求められることになる。この様子が図 21に示される 0

このようにしてドット毎の法線べクトルが求まつたら、この法線べクトル情報に基づいて、各ドットの輝度情報 BR Iを求める。この場合、法線べクトルから各ドット毎の輝度情報 BR Iを求めるための照明モデルが必要とな 0

本実施例では、この照明モデルとして、単一光源による平行光線と、鏡面反射、拡散反射、周囲光を考える。この場合、シエーディング関数と呼ばれる半ば理論的に半ば経験的に得られた次のような式が知られている。

B R I = I a Ka + { I I / (Z +K) } x (Kd cos φ + Ks cosn φ ) (1) この照明モデルの演算式におけるそれぞれの記号は、

B R I 各ドッ卜の輝度情報

I a 周囲光の強度〔F〕

I 1 入射光の強度〔F〕

Ka 周囲光の拡散反射係数〔0〕（a : ambient)

Kd 拡散反射係数〔0〕（d： diffuse)

Ks 鏡面反射係数〔0〕（s : specular) K ：任意定数（近距離にある物体の輝度を補正）〔F〕

Z ：ドット毎の Z座標値〔場合によっては 0〕

φ ：光源べクトル Lと法線べクトル Nとの角度

==反射光べクトル Rと法線べクトル Nとの角度

ø ：反射光ベクトル Rと視線ベクトル E = 〔0 , 0 , 1〕との角度 n _: 任意定数（ハイライトの鋭さ）〔0〕

〔F〕：画面（フィールド）毎の定数。

〔0〕：物体（あるいはポリゴン）毎の定数。

という意味である。

即ち、補間演算により求められた各ドットにおける法線べクトル Nを用いて、（1) 式における角度 ø、 < >が求められる。また、必要ならば各ドット毎に Z座標も求められる。また、これ以外の係数はポリゴン毎にアトリビュートデータとして与えられている。従って、これらのデータ値を（1) 式に代入することで、各ドット毎の輝度情報が求められることになる。

このように、各ドット毎のの輝度情報を求め、この輝度情報を基に各ドット色情報を求めることにより、図 2 0に示すように物体の表面にクレー夕状の形状が施された画像等を合成できることになる。

さて、このようなバンプマッピングを用いる場合、テクチヤ情報記憶部には、物体の表面形状情報、例えば法線べクトル情報、あるいは、法線べクトルの摂動成分が記憶されることになる。そして、この表面形状情報は、バンプテクスチャ座標により読み出されることになる。し力、し、本実施例では、これに限らず、バンプテクスチャ座標に対して所定の関数演算を施し、各ドットの表面形状情報を求めることができる。

例えば図 2 2 ( A ) に示されるようなジクザク形状の関数は、 1次関数の複合体なので、

•■{ (j/i) · (w mod 2i )-j} ( (w mod 4i) < 2 i )

u

- { (j/i ) · (w mod 2i )-j} ( (w mod 4i ) 21 ) (w:バンプテクスチャ座標（B x, B y) u:摂動成分（α，） i, 定数）

(a mod b は、除算 aノ bの剰余を意味する）のように表せる。この関数は、疑似サイン曲線の表面形状を発生させることができる。これは最も基本的なバンプのひとつなので用途が広い。これをバンプテクスチャ座標 B Xと B yの片方あるいは両方に適用して利用することができる。

定数 iを 2の整数乗とすると、図 22 (B) に示すような乗算器 900、減算器 902、補数器 904で構成される回路で実現できる。ここで乗算器 900には、 Wm ~W0 (Wの下位 m+ 1 ビット）及び jが入力される。そして、乗算器 900の出力は下位 mビッ卜が切り捨てられ減算器 902に入力される。減算器 902の出力は補数器 904に入力される。ここで補数器 904の E入力には Wm+1 (Wのビット m + 1 ) が入力されている。

更に、定数〗も 2の整数乗とすると、図 22 (C) のようにさらに簡単な回路になる。この回路は、シフ夕 906、デクリメンタ 908、補数器 91 0により構成される。シフタ 906には Wn！〜 WO (Wの下位 m-+ 1ビット）が入力される。ここで、シフタ 906は、以下の演算機能を有する。 i < j (m< n) の場合、 j 一 i ビットの" 0" を下位に追加（左シフト） i = j (m = n ) の場合は、何もしない

i > j (m > n ) の場合、下位 i 一 j ビットを削除する（右シフト）

(3者のいずれかの状態に固定）

シフ夕 906の出力はデクリメンタ 908に入力される力下位 mビットについてはバイパスして補数器 910に入力される。補数器 910の E入力には Wm+i (Wのビット m+ 1) が入力されている。

なお、シフタ 906は能動的な回路ではなく、各ビットの結線の違いをブラックボックス化して表現したものに過ぎない。バンプの深さ情報 B D E P THがアトリビュートデ一夕に含まれる場合は特に図 22 (C) の回路で十分である。

なお、簡単で有用性の高い物のひとつに、乱数器がある。この乱数器は、テクスチャ座標などの入力に対して一意に定まる疑似乱数を発生する。この例を図 23 (A) に示す。この例では乱数発生回路をュニット化し、乱数ュニット A〜Dというように多段構成にしている。図 23 (B) に示すように、いろいろな乱数ュニット 91 2、 914、 916等を取捨選択して、目的にあうバンプパターンを見つけることができる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。

例えば、テクスチャ情報記憶手段を構成する記憶装置としては、 E E PR OM、 S RAM, DRAM, マスク ROM等、各種の記憶装置を使用することができる。

また、テクスチャ情報記憶部に記憶されるテクスチャ情報（レシダリング情報）としては、カラー情報、表面形状情報、輝度情報、表面形状情報、透明度情報、拡散反射率情報等、あらゆる種々のものを用いることが'できる。例えば、透明度情報をレンダリング情報として用いることにより、物体の一部分が透明から半透明、半透明から透明へと変化するおぼろげな物体を表現できる。また、拡散反射率情報をレンダリング情報として用いることにより、部分により「つや」の異なる物体を表現することが可能となる。

また、ポリゴンにテクスチャをはり付けるテクスチャマツビングの手法も、本実施例に示した手法に限らず、あらゆる種類のテクスチャマツビング手法を用いることができる。例えば、ある程度の画質の低下を犠牲にして、テクスチヤを単なる線形補間によりそのままはり付ける手法を用いてもよい。また、先行技術である（テクスチャマッピングについて（1) 柴本猛、小林誠情報処理学会第 3 1回講演論文集（社）情報処理学会昭和 6 0年 9月 9 日発行）に記載された手法を用いることもできる。この手法では、まず、ポリゴンの各頂点の透視変換された表示座標を逆透視変換して透視変換前の状態に戻す。そして、各頂点に対応したテクスチャ座標を手掛かりに、透視変換前の表示座標をテクスチャ座標に変換する「変換マトリクス」を求めておく。次に、ポリゴン上の全ドッ卜についてそれぞれの表示座標に逆透視変換をかけ、変換マトリクスによってテクスチャ座標を求める。

また、間引き演算手段における間引き率としては 1 2に限らず、画質の許す限り、例えば 1 3 、 1 Z 4等各種の間引き率を採用することができる。そして、この時、補間演算手段における補間処理は 2 ドット毎、あるいは 3 ドット毎等のように複数ドット毎に行われることになる。なお、この場合の「処理の対象となるドッ卜の両隣のドット」とは、処理の対象となる複数のドッ卜うち最も左に位置するドッ卜の左隣のドット及び最も右に位置するドットの右隣のドットをいうことになる。また、この場合の間引き補間の手段としては、例えば直線補間等を用いることができる。

また、本発明によりポリゴンにテクスチャマッピングされるテクスチャの形状としては、このポリゴンと同一の形状もしくは相似形状のもめには限られず、任意の形状のテクスチャをマッピングすることができる。例えば、ポリゴンの形状と全く異なる形状のテクスチヤをマッピングすることにより、テクスチャを歪ませるなど特殊な画像効果を得ることもできる。

また、上記実施例では、演算における「走査線」と「C R Tの走査線」とを特に区別していなかつたが、例えばビデオ R A Mの S A M容量等のハードウェア上の制約しだいでは、両走査線が別個のものであって、例えば直交しているように場合も考えられる。

Claims

請求の範囲

( 1 ) ポリゴンで構成される 3次元画像を所定投影面上に透視変換して疑似 3次元画像を合成する画像合成装置であって、

ポリゴンの各頂点に与えられた頂点画像情報より、 3次元画像を構成するポリゴン内部の各ドットの座標及びこの各ドッ卜の座標に対応すべきテクスチヤ座標を求めるプロセッサ部と、

前記各ドッ卜の座標により指定されるァドレス位置に、前記プロセッサ部により求められた前記テクスチャ座標を記憶するフィ一ルドバッファ部と、前記テクスチャ座標により指定されるァドレス位置に所定のレンダリング情報を記憶するレンダリング情報記憶部と、

前記フィールドバッファ部から前記テクスチャ座標を読み出し、このテクスチヤ座標に基づいて前記レンダリング情報記憶部からレンダリング情報を読み出して画像情報を形成する画像情報形成部とを含み、

前記プロセッサ部は、前記各ドッ卜の座標及びこれに対応するテクスチャ座標を間引いて演算する間引き演算部を有し、

前記画像情報形成部は、間引かれたドットの両隣のドットの前記フィールドバッファ部に記憶されたテクスチャ座標に基づいて、間引かれたドッ卜のテクスチャ座標を補間処理する補間演算部を有することを特徴とする画像合成装 ₀

( 2 ) 請求項（ 1 ) において、

前記プロセッサ部は、ポリゴンの各項点に与えられた頂点画像情報より、前記各ドットの座標に対応する輝度情報を更に求め、

前記フィールドバッファ部には、前記各ドッ卜の座標により指定されるァドレス位置に、前記プロセッサ部により求められた前記輝度情報が更に記憶され、

前記補間演算部が、間引かれたドッ卜の両隣のドッ卜の前記フィールドバッファ部に記憶された輝度情報に基づいて、間引かれたドットの輝度情報についても補間処理を行うことを特徵とする画像合成装置。

(3) 請求項（1 ) において、

前記レンダリング情報記憶部に代えて、前記テクスチャ座標に対して所定の関数演算処理を施すことでレンダリング情報を求める関数演算部を含み、前記画像情報形成部は、前記フィ一ルドバッファ部から前記テクスチヤ座標を読み出し、このテクスチャ座標に基づいて前記関数演算部によりレンダリング情報を求め画像情報を形成することを特徴とする画像合成装置。

(4) 請求項（1 ) において、

前記レンダリング情報記憶部に記憶されるレンダリング情報のうち少なくとも一種類がカラー情報であり、このカラー情報を前記テクスチャ座標により読み出して画像情報の形成を行うことを特徴とする画像合成装置。

(5) 請求項（1 ) において、

前記レンダリング情報記憶部に記憶されるレンダリング情報のうち少なくとも一種類が表面形状情報であり、この表面形状情報を前記テクスチャ座標により読み出して画像情報の形成を行うことを特徴とする画像合成装置。

(6) 請求項（1 ) において、

前記補間演算部は、間引かれたドッ卜の両隣のドットのテクスチャ座標を線形補間することにより前記補間処理を行うことを特徴をする画像合成装置。

(7) 請求項（2) において、 - 前記補間演算部は、間引かれたドッ卜の両隣のドッ卜のテクスチャ座標を線形補間することにより前記補間処理を行うことを特徴をする画像合成装置。

(8) 請求項（ 1 ) において、

前記間引き演算部は、ポリゴンの輪郭線上のドット又は他のポリゴンとの境界線上のドットについては間引き処理を行わないことを特徵とする両像合成装置 0

(9) 請求項（2) において、

前記間引き演算部は、ポリゴンの輪郭線上のドット又は他のポリゴンとの境界線上のドットについては間引き処理を行わないことを特徴とする画像合成装置。

( 1 0 ) 請求項（3 ) において、

前記間引き演算部は、ポリゴンの輪郭線上のドット又は他のポリゴンとの境界線上のドッ卜については間引き処理を行わないことを特徴とする画像合成装置。

( 1 1 ) 請求項（1 ) において、

前記フィールドバッファ部には、ポリゴンの画像が描かれないドットは空きドットとして書き込まれ、また、ポリゴンを識別するためのポリゴン識別番号が更に書き込まれ、

前記補間演算部は、処理の対象となるドットが空きドットであり、そのドッ卜の両隣のドッ卜のポリゴン識別番号が同一であり且つそのドッ卜の両隣のドッ卜のいずれも空きドッ卜ではないドットについて前記補間処理を行うことを特徴とする画像合成装置。

( 1 2 ) 請求項（2 ) において、

前記補間演算部は、処理の対象となるドッ卜が空きドットであり、そのドットの両隣のドットのポリゴン識別番号が同一であり且つそのド-ッ卜の両隣のドッ卜のいずれも空きドッ卜ではないドッ卜について前記補間処理を行うことを特徴とする画像合成装置。

( 1 3 ) 請求項（3 ) において、

前記補間演算部は、処理の対象となるドットが空きドットであり、そのドットの両隣のドットのポリゴン識别番号が同一であり且つそのドッ卜の両隣のドッ卜のいずれも空きドットではないドッ卜について前記補間処理を行うことを特徴とする画像合成装置。

(14) 請求項（8) において、

前記補間演算部は、処理の対象となるドットが空きドットであり、そのドッ卜の両隣のドッ卜のポリゴン識別番号が同一であり且つそのドッ卜の両隣のドッ卜のいずれも空きドットではないドットについて前記補間処理を行うことを特徴とする画像合成装置。

(15) 請求項（9) において、

前記フィ一ルドバッファ部には、ポリゴンの画像が描かれないドットは空きドットとして書き込まれ、また、ポリゴンを識別するためのポリゴン識別番号が更に書き込まれ、

前記補間演算部は、処理の対象となるドットが空きドットであり、そのドットの両隣のドットのポリゴン識別番号が同一であり且つそのドットの両隣のドットのいずれも空きドッ卜ではないドッ卜について前記補間処理を行うことを特徴とする画像合成装置。

(16) 請求項（10) において、

前記フィールドバッファ部には、ポリゴンの画像が描かれない-ドットは空きドットとして書き込まれ、また、ポリゴンを識別するためのポリゴン識別番号が更に書き込まれ、 ' 前記補間演算部は、処理の対象となるドッ卜が空きドットであり、そのドットの両隣のドットのポリゴン識別番号が同一であり且つそのドッ卜の両隣のドッ卜のいずれも空きドッ卜ではないドットについて前記補間処理を行うことを特徴とする画像合成装置。

(17) 請求項（14) において、

前記間引き演算部、補間演算部における間引き処理、補間処理が画面上で連続した複数ドット毎に行われることを特徴とする画像合成装置。

(18) 請求項（15) において、前記間引き演算部、補間演算部における間引き処理、補間処理が画面上で連続した複数ドット毎に行われることを特徴とする画像合成装置。

(19) 請求項（16) において、

前記間引き演算部、補間演算部における間引き処理、補間処理が画面上で連続した複数ドット毎に行われることを特徴とする画像台成装置。

(20) 請求項（14) において、

3次元画像を構成する各ポリゴンに共通の画像情報であるァトリビュートデータを記憶するァ卜リビュー卜デ一夕記憶部を更に含み、

前記フィ一ルドバッファから読み出された前記ポリゴン識別番号に基づいて前記ァトリビュートデータ記憶部からァトリビュートデ一夕を読み出して画像情報の形成を行うことを特徴とする画像合成装置。