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JP3938915B2 - Drawing calculation apparatus, computer program, and recording medium - Google Patents
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JP3938915B2 - Drawing calculation apparatus, computer program, and recording medium - Google Patents

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JP3938915B2 JP2003330612A JP2003330612A JP3938915B2 JP 3938915 B2 JP3938915 B2 JP 3938915B2 JP 2003330612 A JP2003330612 A JP 2003330612A JP 2003330612 A JP2003330612 A JP 2003330612A JP 3938915 B2 JP3938915 B2 JP 3938915B2
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Description

本発明は、複数のポリゴンにて構成される三次元対象物の描画に要する計算を行う描画用計算装置、その装置を実現するためのコンピュータプログラム及びそのプログラムが記録されたコンピュータでの読み取りが可能な記録媒体に関する。更に詳しくは布、衣服、及び毛髪等の柔軟な物体を模した三次元対象物の変形を描画するビデオゲーム装置等の描画用計算装置、コンピュータプログラム並びに記録媒体に関する。   The present invention is a drawing calculation device that performs calculations required for drawing a three-dimensional object composed of a plurality of polygons, a computer program for realizing the device, and a computer on which the program is recorded can be read. The present invention relates to various recording media. More particularly, the present invention relates to a drawing calculation device such as a video game device for drawing a deformation of a three-dimensional object simulating a flexible object such as cloth, clothes, and hair, a computer program, and a recording medium.

三次元対象物の画像を描画するための一手法として、様々な形状の三次元対象物の表面を微小なポリゴン(多角形)に分割し、分割した夫々のポリゴンにテクスチャと呼ばれる模様を貼り付ける方法が例えばビデオゲーム等の分野において広く用いられている。   As a technique for drawing an image of a three-dimensional object, the surface of the three-dimensional object of various shapes is divided into minute polygons (polygons), and a pattern called a texture is pasted on each divided polygon. The method is widely used in the field of video games, for example.

複数のポリゴンにて構成される三次元対象物の描画に要する計算を行うビデオゲーム装置等の描画用計算装置において、布、衣服及び毛髪等の柔軟な物体を模した三次元対象物の変形の描画に要する計算を行うクロスシミュレーション処理を行う場合、複数の四角形にて三次元対象物を構成し、四角形の各頂点を質点とし、相隣る質点間を接続する、四角形の各辺をバネとするモデルを想定したシミュレーションモデルにより、描画に要する計算を行っている(例えば、非特許文献1参照)。   In a drawing calculation device such as a video game device that performs calculations required for drawing a three-dimensional object composed of a plurality of polygons, the deformation of the three-dimensional object imitating a flexible object such as cloth, clothes, and hair When performing cross-simulation processing to perform calculations required for drawing, a 3D object is composed of a plurality of quadrilaterals, each vertex of the quadrilateral is used as a mass point, and adjacent quadratic points are connected, and each side of the quadrilateral is a spring. Calculations required for drawing are performed using a simulation model that assumes a model to perform (see, for example, Non-Patent Document 1).

複数の四角形にて構成される三次元対象物の描画に要する計算とは、例えば四角形の各頂点を質点とした場合の一の質点が相隣る他の四の質点から受ける力の計算、及び頂点における法線ベクトルの計算等の計算である。   The calculation required for drawing a three-dimensional object composed of a plurality of quadrilaterals is, for example, the calculation of the force received from the other four mass points adjacent to one mass point when each vertex of the quadrangle is the mass point, and This is a calculation of a normal vector at the vertex.

一の質点を基準頂点M0とし、一の質点M0と相隣る四の質点を傍頂点M1,M2,M3,M4とした場合、基準頂点M0が受ける力は、各傍頂点M1,M2,M3,M4から夫々受ける力F1,F2,F3,F4の合力として計算される。   When one mass point is the reference vertex M0 and four mass points adjacent to the one mass point M0 are the neighboring vertices M1, M2, M3, and M4, the force received by the reference vertex M0 is the respective neighboring vertices M1, M2, and M3. , M4, and the resultant force F1, F2, F3, and F4.

基準頂点M0が傍頂点M1,M2,M3,M4から夫々受ける力F1,F2,F3,F4を求める場合、先ず基準頂点M0、傍頂点M1,M2,M3,M4の位置ベクトルを夫々P0,P1,P2,P3,P4として、以下の各式により基準頂点M0から傍頂点M1,M2,M3,M4への相対ベクトルX1,X2,X3,X4を求める。   When obtaining the forces F1, F2, F3, and F4 that the reference vertex M0 receives from the neighboring vertices M1, M2, M3, and M4, respectively, first, position vectors of the reference vertex M0 and the neighboring vertices M1, M2, M3, and M4 are respectively P0 and P1. , P2, P3, and P4, relative vectors X1, X2, X3, and X4 from the reference vertex M0 to the neighboring vertices M1, M2, M3, and M4 are obtained by the following equations.

X1=P1−P0
X2=P2−P0
X3=P3−P0
X4=P4−P0
但し、X1:基準頂点M0から傍頂点M1への相対ベクトル
X2:基準頂点M0から傍頂点M2への相対ベクトル
X3:基準頂点M0から傍頂点M3への相対ベクトル
X4:基準頂点M0から傍頂点M4への相対ベクトル
そして求めた相対ベクトルX1,X2,X3,X4を用いて、基準頂点M0が傍頂点M1,M2,M3,M4から夫々受ける力F1,F2,F3,F4を以下の各式により求めることができ、求めたF1,F2,F3,F4の合力を計算することにより基準頂点M0が受ける力を得ることができる。
X1 = P1-P0
X2 = P2-P0
X3 = P3-P0
X4 = P4-P0
X1: Relative vector from the reference vertex M0 to the neighboring vertex M1
X2: Relative vector from the reference vertex M0 to the neighboring vertex M2
X3: Relative vector from the reference vertex M0 to the neighboring vertex M3
X4: Relative vector from the reference vertex M0 to the side vertex M4 and using the obtained relative vectors X1, X2, X3, X4, the forces F1, F2, received by the reference vertex M0 from the side vertexes M1, M2, M3, M4, respectively F3 and F4 can be obtained by the following equations, and the force received by the reference vertex M0 can be obtained by calculating the resultant force of F1, F2, F3, and F4.

F1=k*(|X1|−L1)*(X1/|X1|)
F2=k*(|X2|−L2)*(X2/|X2|)
F3=k*(|X3|−L3)*(X3/|X3|)
F4=k*(|X4|−L4)*(X4/|X4|)
但し、k :バネ定数
L1:基準頂点M0及び傍頂点M1間の距離
L2:基準頂点M0及び傍頂点M2間の距離
L3:基準頂点M0及び傍頂点M3間の距離
L4:基準頂点M0及び傍頂点M4間の距離
また基準頂点M0における法線ベクトルN0を求める場合、先ず基準頂点M0、傍頂点M1,M2,M3,M4の夫々の位置ベクトルP0,P1,P2,P3,P4を以下の各式により求める。
F1 = k * (| X1 | −L1) * (X1 / | X1 |)
F2 = k * (| X2 | −L2) * (X2 / | X2 |)
F3 = k * (| X3 | −L3) * (X3 / | X3 |)
F4 = k * (| X4 | −L4) * (X4 / | X4 |)
Where k is the spring constant
L1: Distance between reference vertex M0 and neighboring vertex M1
L2: distance between reference vertex M0 and neighboring vertex M2
L3: distance between reference vertex M0 and neighboring vertex M3
L4: Distance between the reference vertex M0 and the neighboring vertex M4 When obtaining the normal vector N0 at the reference vertex M0, first, the position vectors P0, P1, P2, respectively of the reference vertex M0, the neighboring vertices M1, M2, M3, and M4. P3 and P4 are obtained by the following equations.

N1=(P1−P0)×(P2−P0)/|(P1−P0)×(P2−P0)|
N2=(P3−P0)×(P1−P0)/|(P3−P0)×(P1−P0)|
N3=(P2−P0)×(P4−P0)/|(P2−P0)×(P4−P0)|
N4=(P4−P0)×(P3−P0)/|(P4−P0)×(P3−P0)|
そして求めた位置ベクトルP0,P1,P2,P3,P4から以下の式により基準頂点M0における法線ベクトルN0を計算することができる。
N1 = (P1-P0) * (P2-P0) / | (P1-P0) * (P2-P0) |
N2 = (P3-P0) × (P1-P0) / | (P3-P0) × (P1-P0) |
N3 = (P2-P0) × (P4-P0) / | (P2-P0) × (P4-P0) |
N4 = (P4-P0) × (P3-P0) / | (P4-P0) × (P3-P0) |
The normal vector N0 at the reference vertex M0 can be calculated from the obtained position vectors P0, P1, P2, P3, and P4 by the following formula.

N0=(N1+N2+N3+N4)/4
「C MAGAZINE」ソフトバンクパブリッシング、2000年9月号、p.10−42
N0 = (N1 + N2 + N3 + N4) / 4
“C MAGAZINE” Softbank Publishing, September 2000, p. 10-42

しかしながら従来の力の計算及び法線ベクトルの計算等の描画に要する計算では、計算に要する処理負荷が大きいという問題があり、この問題は三次元対象物の描画時間にも影響する。   However, the calculation required for drawing, such as the conventional force calculation and normal vector calculation, has a problem that the processing load required for the calculation is large, and this problem also affects the drawing time of the three-dimensional object.

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、三次元対象物の描画に要する計算を、例えばマトリックス演算プロセッサを用いて効率的に並列計算を実現することが可能な形式の計算式を用いて行うことにより、又は計算を簡略化する近似式を用いることにより、計算に要する処理負荷を軽減し、描画時間を短縮することが可能な描画用計算装置、その装置を実現するためのコンピュータプログラム及びそのプログラムが記録されたコンピュータでの読み取りが可能な記録媒体の提供を目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances. For example, a calculation formula in a format capable of efficiently realizing parallel calculation using a matrix arithmetic processor for calculation required for drawing a three-dimensional object. A drawing calculation device capable of reducing the processing load required for calculation and shortening the drawing time by using or an approximate expression that simplifies the calculation, and a computer for realizing the device It is an object of the present invention to provide a program and a recording medium that can be read by a computer in which the program is recorded.

請求項1に記載の本発明は、ポリゴンデータにより頂点の座標が示された複数のポリゴンにて表面が形成される三次元対象物の描画に要する計算を行う描画用計算装置であって、行列に関する演算を行うマトリックス演算プロセッサと、任意のポリゴンの一の基準頂点及び該基準頂点と相隣る複数の傍頂点を質点として抽出する手段と、質点として抽出した基準頂点及び各傍頂点の座標をポリゴンデータから求める手段と、求めた基準頂点の座標及び各傍頂点の座標の差を要素とする第1行列を、マトリックス演算プロセッサを用いて算出する手段と、基準頂点の座標及び各傍頂点の座標の差を、基準頂点から各傍頂点へのベクトルの大きさにて除し、更に基準頂点及び各傍頂点間の距離を乗じた値を要素とする第2行列を、マトリックス演算プロセッサを用いて算出する手段と、算出した第1行列及び第2行列の差に定数を乗じ第3行列を、マトリックス演算プロセッサを用いて算出する手段と、算出した第3行列の要素の中で夫々の傍頂点に関する要素の和を要素とする第4行列を、基準頂点に対する複数の傍頂点からの力の合力とする、描画に要する計算を、マトリックス演算プロセッサを用いて行う手段とを備えることを特徴とする描画用計算装置である。 The present invention described in claim 1 is a drawing computing device for performing calculations necessary for the drawing of the three-dimensional object surface is formed by a plurality of polygons vertices of coordinates indicated by the polygon data, the matrix A matrix calculation processor that performs an operation on a given polygon, means for extracting one reference vertex of an arbitrary polygon and a plurality of side vertices adjacent to the reference vertex as mass points, and a reference vertex extracted as a mass point and coordinates of each side vertex Means for calculating from the polygon data; means for calculating a first matrix having a difference between the coordinates of the obtained reference vertex and the coordinates of each of the neighboring vertices using a matrix operation processor; and coordinates of the reference vertex and each of the neighboring vertices. the difference between the coordinates, the reference vertex of the vector to each neighbor vertex divided by the size, the second matrix with further reference vertex and a value obtained by multiplying the distance between the near vertex elements, matrix Starring Means for calculating with the processor, the calculated third matrix multiplied by a constant difference between the first matrix and a second matrix, and means for calculating using the matrix arithmetic processor, among the elements of the calculated third matrix And a means for performing a calculation required for drawing using a matrix operation processor, with the fourth matrix having the sum of the elements for each of the neighboring vertices as a resultant force of the forces from the plurality of neighboring vertices with respect to the reference vertex. This is a drawing calculation device.

本発明に従えば、描画用計算装置は、ポリゴンデータにより頂点の座標が示された複数のポリゴンにて表面が構成される三次元対象物の描画に要する計算を行う。そして描画用計算装置は、行列に関する演算を行うマトリックス演算プロセッサを備え、任意のポリゴンの一の基準頂点及び該基準頂点と相隣る複数の傍頂点を質点として抽出する手段と、質点として抽出した基準頂点及び各傍頂点の座標をポリゴンデータから求める手段と、求めた基準頂点の座標及び各傍頂点の座標の差を要素とする第1行列を、マトリックス演算プロセッサを用いて算出する手段と、基準頂点の座標及び各傍頂点の座標の差を、基準頂点から各傍頂点へのベクトルの大きさにて除し、更に基準頂点及び各傍頂点間の距離を乗じた値を要素とする第2行列を、マトリックス演算プロセッサを用いて算出する手段と、算出した第1行列及び第2行列の差に定数を乗じ第3行列を、マトリックス演算プロセッサを用いて算出する手段と、算出した第3行列の要素の中で夫々の傍頂点に関する要素の和を要素とする第4行列を、基準頂点に対する複数の傍頂点からの力の合力とする、描画に要する計算を、マトリックス演算プロセッサを用いて行う手段とを備える。 According to the present invention, the drawing calculation device performs a calculation required for drawing a three-dimensional object whose surface is composed of a plurality of polygons whose vertex coordinates are indicated by polygon data. The drawing calculation device includes a matrix calculation processor that performs an operation related to a matrix, and extracts a reference vertex of an arbitrary polygon and a plurality of neighboring vertices adjacent to the reference vertex as a material point, and extracts as a material point Means for calculating the coordinates of the reference vertex and each side vertex from the polygon data; means for calculating a first matrix having a difference between the coordinates of the obtained reference vertex and the coordinates of each side vertex using a matrix processor ; The difference between the coordinates of the reference vertex and the coordinates of each side vertex is divided by the vector size from the reference vertex to each side vertex, and further multiplied by the distance between the reference vertex and each side vertex. 2 matrix, and means for calculating using the matrix arithmetic processor, a third matrix multiplied by a constant difference between the first matrix and the second matrix calculated using the matrix arithmetic processor calculates And a calculation required for drawing, in which the fourth matrix having the sum of the elements related to each of the neighboring vertices among the elements of the calculated third matrix is the resultant force of a plurality of neighboring vertices with respect to the reference vertex Means for performing the processing using a matrix arithmetic processor .

本発明の描画用計算装置では、布、衣服及び毛髪等の柔軟な物体を模した三次元対象物の変形を描画するための計算として、三次元対象物を構成するポリゴンの任意の頂点にかかる合力を計算する場合に、基準頂点の座標及び各傍頂点の座標に基づく第1行列及び第2行列を算出し、算出した第1行列及び第2行列の差にバネ定数を乗じて算出した第3行列に基づいて合力を計算する。   In the drawing calculation apparatus of the present invention, as a calculation for drawing a deformation of a three-dimensional object imitating a flexible object such as cloth, clothes and hair, it is applied to an arbitrary vertex of a polygon constituting the three-dimensional object. When calculating the resultant force, the first matrix and the second matrix based on the coordinates of the reference vertex and the coordinates of each of the neighboring vertices are calculated, and the difference between the calculated first matrix and the second matrix is multiplied by a spring constant. The resultant force is calculated based on the three matrices.

この構成により、行列の演算にて合力を計算することが可能となるので、相隣る頂点からの力を夫々求めた上で合力を計算する従来の計算と比べて、マトリックス演算プロセッサ等の行列の演算に特化したサブプロセッサを効率的に使用することが可能となるので、メインプロセッサにて実施される計算に要する処理負荷を軽減することが可能である。   With this configuration, it is possible to calculate the resultant force by calculating a matrix, so that the matrix calculation processor or the like is compared with the conventional calculation that calculates the resultant force after obtaining the forces from adjacent vertices. As a result, it is possible to efficiently use a sub-processor specialized for the above calculation, so that it is possible to reduce the processing load required for the calculation performed by the main processor.

請求項2に記載の本発明は、請求項1に記載の描画用計算装置において、前記第1行列は、下記式(A)にて示され、前記第2行列は、下記式(B)にて示され、前記第3行列は、下記式(C)にて示されることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the drawing calculation device according to the first aspect, the first matrix is represented by the following formula (A), and the second matrix is represented by the following formula (B): The third matrix is represented by the following formula (C).

Figure 0003938915
Figure 0003938915

本発明に従えば、描画用計算装置は、下記式(A)にて示す第1行列を算出し、下記式(B)にて示す第2行列を算出し、下記式(C)にて示す第3行列を算出する。   According to the present invention, the drawing calculation device calculates a first matrix represented by the following formula (A), calculates a second matrix represented by the following formula (B), and represents the following formula (C): A third matrix is calculated.

Figure 0003938915
Figure 0003938915

本発明の描画用計算装置では、式(A)、式(B)及び式(C)として示す様に、マトリックスデータ構造に配置した行列を用いて計算する。   In the drawing calculation apparatus of the present invention, the calculation is performed using a matrix arranged in a matrix data structure, as shown in Expression (A), Expression (B), and Expression (C).

この構成により、普及しているビデオゲーム装置及びパーソナルコンピュータ等の装置が備えるマトリックス演算プロセッサを効率的に使用して並列計算を実現することが可能となるので、主となるプロセッサの負荷を軽減して全体としての計算時間を短縮させる。   With this configuration, it is possible to efficiently use a matrix arithmetic processor provided in devices such as popular video game devices and personal computers, thereby realizing parallel computation, thereby reducing the load on the main processor. To reduce the overall calculation time.

請求項3に記載の本発明は、請求項1又は請求項2に記載の描画用計算装置において、前記ポリゴンは、四角形であり、前記傍頂点の数は、四であることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the drawing calculation apparatus according to the first or second aspect, the polygon is a quadrangle, and the number of the side vertices is four.

本発明に従えば、画像描画用装置では、三次元対象物の変形を計算する場合に計算の対象として、複数の四角形を有するポリゴンを用い、当該ポリゴンにおける傍頂点は四である。   According to the present invention, in the image drawing device, when calculating the deformation of the three-dimensional object, a polygon having a plurality of quadrangles is used as a calculation target, and the number of side vertices in the polygon is four.

本発明の描画用計算装置では、傍頂点の数を四とすることにより、特に三次元対象物を二次元の画面に投影すべく、投影される平面を示す斉次座標を示した斉次座標系にて表現した場合に、第1行列、第2行列及び第3行列等の行列を、x座標、y座標及びz座標並びに斉次座標を含む4×4の行列として表現することができるので、マトリックス演算プロセッサの標準的な仕様に適合させて、マトリックス演算プロセッサを効率的に使用することが可能となる。   In the drawing calculation apparatus of the present invention, by setting the number of apexes to four, in particular, a homogeneous coordinate indicating a homogeneous coordinate indicating a projected plane in order to project a three-dimensional object onto a two-dimensional screen. When expressed in a system, a matrix such as the first matrix, the second matrix, and the third matrix can be expressed as a 4 × 4 matrix including x coordinates, y coordinates, z coordinates, and homogeneous coordinates. The matrix processor can be used efficiently by adapting to the standard specification of the matrix processor.

請求項4に記載の本発明は、ポリゴンデータにより頂点の座標が示された複数のポリゴンにて表面が形成される三次元対象物の描画に要する計算を行う描画用計算装置であって、前記ポリゴンは、四角形であり、任意の四角形の一の基準頂点と相隣る二乃至四の傍頂点を抽出する手段と、抽出した傍頂点が四の場合に、四の傍頂点の座標に基づく位置ベクトルを求める手段と、抽出した傍頂点が三の場合に、基準頂点の座標を一の傍頂点の座標として、四の傍頂点の座標に基づく位置ベクトルを求める手段と、抽出した傍頂点が二の場合に、基準頂点の座標を二の傍頂点の座標として、四の傍頂点の座標に基づく位置ベクトルを求める手段と、抽出した四の傍頂点により形成される四角形、又は抽出した傍頂点及び傍頂点とした基準頂点にて形成される仮想的な計算上の四角形の対角の位置にある一方の傍頂点から他方の傍頂点へ向かう二組のベクトルの外積を正規化したベクトルを、基準頂点の法線ベクトルとする、描画に要する計算を行う手段とを備えることを特徴とする描画用計算装置である。 The present invention according to claim 4 is a drawing calculation device that performs calculations required for drawing a three-dimensional object whose surface is formed by a plurality of polygons whose vertex coordinates are indicated by polygon data, A polygon is a quadrangle, means for extracting two to four neighboring vertices adjacent to one reference vertex of an arbitrary quadrilateral, and when the extracted neighboring vertices is four , a position based on the coordinates of the four neighboring vertices A means for obtaining a vector, a means for obtaining a position vector based on the coordinates of four side vertices, with the coordinates of the reference vertex being the coordinates of one side vertex when the number of extracted side vertices is 3, and In this case, the coordinate of the reference vertex is used as the coordinate of the second vertex, the position vector based on the coordinates of the four neighbors, the quadrangle formed by the extracted four neighbors , or the extracted neighbors and At the base vertex that is a neighbor vertex A vector outer product of two sets of vectors from one beside vertex at the position of the diagonal of the rectangle on the virtual computing towards the other near the apex normalized be made, the normal vector of the reference vertex, A drawing calculation apparatus comprising: means for performing calculation required for drawing.

本発明に従えば、描画用計算装置は、ポリゴンデータにより頂点の座標が示された複数のポリゴンにて表面が形成される三次元対象物の描画に要する計算を行う。そして前記ポリゴンは、四角形であり、任意の四角形の一の基準頂点と相隣る二乃至四の傍頂点を抽出する手段と、抽出した傍頂点が四の場合に、四の傍頂点の座標に基づく位置ベクトルを求める手段と、抽出した傍頂点が三の場合に、基準頂点の座標を一の傍頂点の座標として、四の傍頂点の座標に基づく位置ベクトルを求める手段と、
抽出した傍頂点が二の場合に、基準頂点の座標を二の傍頂点の座標として、四の傍頂点の座標に基づく位置ベクトルを求める手段と、抽出した四の傍頂点により形成される四角形、又は抽出した傍頂点及び傍頂点とした基準頂点にて形成される仮想的な計算上の四角形の対角の位置にある一方の傍頂点から他方の傍頂点へ向かう二組のベクトルの外積を正規化したベクトルを、基準頂点の法線ベクトルとする、描画に要する計算を行う手段とを備える。
According to the present invention, the drawing calculation device performs calculations necessary for drawing a three-dimensional object whose surface is formed by a plurality of polygons whose vertex coordinates are indicated by polygon data. The polygon is a quadrangle, and means for extracting two to four neighboring vertices adjacent to one reference vertex of an arbitrary quadrilateral, and when the extracted neighboring vertices is four, the coordinates of the four neighboring vertices are A means for obtaining a position vector based on the above, a means for obtaining a position vector based on the coordinates of the four side vertices, with the coordinates of the reference vertex being the coordinates of the one vertex when the number of extracted vertexes is three,
When the extracted side vertices are two, the coordinate of the reference vertex is the coordinates of the second side vertex, a means for obtaining a position vector based on the coordinates of the four side vertices, and a rectangle formed by the four side vertices extracted , Or , normalize the outer product of two sets of vectors from one side vertex to the other side at the diagonal position of the hypothetical computational rectangle formed by the extracted side vertex and the reference vertex as the side vertex Means for performing a calculation required for drawing, wherein the normalized vector is a normal vector of a reference vertex.

本発明の描画用計算装置では、柔軟な物体を模した三次元対象物の変形を描画するための計算として、三次元対象物を構成する四角形の頂点の法線ベクトルを計算する場合に、対角の位置にある一方の傍頂点から他方の傍頂点へ向かう二組のベクトルの外積を正規化したベクトルを、基準頂点の法線ベクトルとして計算する。   In the drawing calculation apparatus of the present invention, as a calculation for drawing deformation of a three-dimensional object imitating a flexible object, when calculating a normal vector of vertices of a quadrangle constituting the three-dimensional object, A vector obtained by normalizing the outer product of two sets of vectors from one side vertex to the other side vertex at the corner position is calculated as a normal vector of the reference vertex.

この構成により、外積及び正規化の計算を夫々四回行う従来の計算と比べて、計算が簡略化されるので計算に要する処理負荷を軽減することが可能である。   With this configuration, the calculation is simplified as compared with the conventional calculation in which the calculation of the outer product and the normalization is performed four times, and the processing load required for the calculation can be reduced.

請求項5に記載の本発明は、請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の描画用計算装置において、描画に要する計算を行う前に、前記複数のポリゴンが三角形である三次元対象物の表面を形成する複数の三角形を抽出する手段と、抽出した各三角形の長辺を削除することにより、複数の三角形にて表面が形成される三次元対象物を複数の四角形にて表面が形成される三次元対象物に変換する手段とを更に備えることを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, in the drawing calculation apparatus according to any one of the first to fourth aspects, the three-dimensional object in which the plurality of polygons are triangular before performing the calculation required for the drawing. A means to extract a plurality of triangles that form the surface of the object, and by removing the long sides of each extracted triangle, a surface is formed with a plurality of triangles, and a surface is formed with a plurality of rectangles. And a means for converting into a three-dimensional object.

本発明に従えば、描画用計算装置は、描画に要する計算を行う前に、複数のポリゴンが三角形である三次元対象物の表面を形成する複数の三角形を抽出する手段と、抽出した各三角形の長辺を削除することにより、複数の三角形にて表面が形成される三次元対象物を複数の四角形にて表面が形成される三次元対象物に変換する手段と備える。   According to the present invention, the drawing calculation device includes means for extracting a plurality of triangles forming a surface of a three-dimensional object in which a plurality of polygons are triangles before performing calculations required for drawing, and each extracted triangle And a means for converting a three-dimensional object whose surface is formed by a plurality of triangles into a three-dimensional object whose surface is formed by a plurality of quadrangles.

本発明の描画用計算装置では、ビデオゲーム装置用のデータとして形成された複数の三角形にて表面が形成される三次元対象物に対して、三次元対象物の表面を形成する三角形の長辺、即ち四角形の対角線に相当する辺を削除して複数の四角形にて表面が形成される三次元対象物に変換する前処理を行うことにより、複数の三角形にて表面が形成される三次元対象物を複数の四角形にて表面が形成される三次元対象物に容易に変換することが可能となるので、複数の三角形にて表面が形成される三次元対象物に対しても請求項1乃至請求項4のいずれかに記載した発明を適用することが可能となる。   In the drawing computing device of the present invention, the long side of the triangle that forms the surface of the three-dimensional object is compared to the three-dimensional object that is formed by a plurality of triangles formed as data for the video game device. In other words, a three-dimensional object whose surface is formed by a plurality of triangles by performing a pre-processing for converting a three-dimensional object whose surface is formed by a plurality of quadrilaterals by deleting the side corresponding to the diagonal of the quadrangle Since an object can be easily converted into a three-dimensional object whose surface is formed of a plurality of quadrangles, the three-dimensional object whose surface is formed of a plurality of triangles is also claimed. It becomes possible to apply the invention described in any one of claims 4.

請求項6に記載の本発明は、行列に関する演算を行うマトリックス演算プロセッサを備えるコンピュータに、ポリゴンデータにより頂点の座標が示された複数のポリゴンにて表面が形成される三次元対象物の描画に要する計算を行わせるコンピュータプログラムであって、コンピュータに、任意のポリゴンの位置の基準頂点及び該基準頂点と相隣る複数の傍頂点を質点として抽出させる手順と、コンピュータに、質点として抽出した基準頂点及び各傍頂点の座標をポリゴンデータから求めさせる手順と、コンピュータに、求めた基準頂点の座標及び各傍頂点の座標の差を要素とする第1行列を、マトリックス演算プロセッサを用いて算出させる手順と、コンピュータに、基準頂点の座標及び各傍頂点の座標の差を、基準頂点から各傍頂点へのベクトルの大きさにて除し、更に基準頂点及び各傍頂点の距離を乗じた値を要素とする第2行列を、マトリックス演算プロセッサを用いて算出させる手順と、コンピュータに、算出した第1行列及び第2行列の差に定数を乗じ第3行列を、マトリックス演算プロセッサを用いて算出させる手順と、コンピュータに、算出した第3行列の要素の中で夫々の傍頂点に関する要素の和を要素とする第4行列を、基準頂点に対する複数の傍頂点からの力の合力とする、描画に要する計算を、マトリックス演算プロセッサを用いて行わせる手順とを実行させることを特徴とするコンピュータプログラムである。 The present invention of claim 6, the computer having a matrix arithmetic processor for performing operations on the matrix, the drawing of the three-dimensional object surface is formed by a plurality of polygons vertices of coordinates indicated by the polygon data A computer program for performing necessary calculations, a procedure for causing a computer to extract a reference vertex of an arbitrary polygon position and a plurality of neighboring vertices adjacent to the reference vertex as mass points, and a criterion extracted by the computer as a mass point Using a matrix calculation processor, the computer calculates a first matrix whose elements are the difference between the obtained coordinates of the reference vertex and the coordinates of each side vertex, and a procedure for obtaining the coordinates of the vertex and each side vertex from the polygon data. The procedure and the difference between the coordinates of the base vertex and the coordinates of each side vertex are transferred to the computer from the base vertex to each side vertex. Dividing at the magnitude of the vector, further a second matrix as a reference vertex and element value obtained by multiplying the distance of each neighbor vertex, the procedure to be calculated using the matrix arithmetic processor, a computer, a first matrix is calculated And a procedure for calculating a third matrix obtained by multiplying a difference between the second matrix and a constant by using a matrix processor, and causing a computer to calculate a sum of elements relating to the respective paravertices among the elements of the calculated third matrix. The computer program is characterized in that a fourth matrix is used as a resultant force of a plurality of side vertices with respect to a reference vertex, and a calculation operation required for drawing is performed using a matrix arithmetic processor. .

本発明に従えば、行列に関する演算を行うマトリックス演算プロセッサを備えるコンピュータに、ポリゴンデータにより頂点の座標が示された複数のポリゴンにて構成される三次元対象物の描画に要する計算を行わせるコンピュータプログラムは、コンピュータに、任意のポリゴンの位置の基準頂点及び該基準頂点と相隣る複数の傍頂点を質点として抽出させる手順と、コンピュータに、質点として抽出した基準頂点及び各傍頂点の座標をポリゴンデータから求めさせる手順と、コンピュータに、求めた基準頂点の座標及び各傍頂点の座標の差を要素とする第1行列を、マトリックス演算プロセッサを用いて算出させる手順と、コンピュータに、基準頂点の座標及び各傍頂点の座標の差を、基準頂点から各傍頂点へのベクトルの大きさにて除し、更に基準頂点及び各傍頂点の距離を乗じた値を要素とする第2行列を、マトリックス演算プロセッサを用いて算出させる手順と、コンピュータに、算出した第1行列及び第2行列の差に定数を乗じ第3行列を、マトリックス演算プロセッサを用いて算出させる手順と、コンピュータに、算出した第3行列の要素の中で夫々の傍頂点に関する要素の和を要素とする第4行列を、基準頂点に対する複数の傍頂点からの力の合力とする、描画に要する計算を、マトリックス演算プロセッサを用いて行わせる手順とを実行させる。 According to the present invention, a computer having a matrix operation processor that performs an operation relating to a matrix performs a calculation required for drawing a three-dimensional object composed of a plurality of polygons whose vertex coordinates are indicated by polygon data. The program causes the computer to extract a reference vertex of an arbitrary polygon position and a plurality of neighboring vertices adjacent to the reference vertex as mass points, and causes the computer to extract the reference vertex extracted as the mass point and the coordinates of each neighboring vertex. A procedure for obtaining from the polygon data, a procedure for causing the computer to calculate a first matrix having a difference between the coordinates of the obtained reference vertex and the coordinates of each side vertex using a matrix operation processor, and Divide the difference between the coordinates of and the coordinates of each side vertex by the size of the vector from the reference vertex to each side vertex. , Constant second matrix, and procedures to be calculated using the matrix arithmetic processor, the difference between the computer, the calculated first matrix and a second matrix for the further reference vertex and a value obtained by multiplying the distance of each neighbor vertex with elements a third matrix multiplied by a procedure which is calculated using the matrix arithmetic processor, a computer, a fourth matrix for the sum of the elements related to near the apex of each the element in the element of the calculated third matrix, reference A procedure for performing a calculation required for drawing, which is a resultant force of a plurality of side vertices with respect to the vertices , using a matrix arithmetic processor is executed.

本発明のコンピュータプログラムでは、ビデオゲーム装置等のコンピュータにて実行することにより、複数のポリゴンにて構成される布、衣服及び毛髪等の柔軟な物体を模した三次元対象物の描画に要する計算を行う描画用計算装置としてコンピュータが動作し、三次元対象物の変形を描画するための計算として、三次元対象物を構成するポリゴンの任意の頂点にかかる合力を計算する場合に、基準頂点の座標及び各傍頂点の座標に基づく第1行列及び第2行列を算出し、算出した第1行列及び第2行列の差にバネ定数を乗じて算出した第3行列に基づいて合力を計算する。   In the computer program of the present invention, a calculation required for drawing a three-dimensional object imitating a flexible object such as cloth, clothes and hair made up of a plurality of polygons by being executed by a computer such as a video game apparatus. When the computer operates as a drawing calculation device that performs the calculation, and when calculating the resultant force applied to any vertex of the polygon constituting the three-dimensional object as a calculation for drawing the deformation of the three-dimensional object, A first matrix and a second matrix are calculated based on the coordinates and the coordinates of each of the neighboring vertices, and a resultant force is calculated based on a third matrix calculated by multiplying the difference between the calculated first matrix and the second matrix by a spring constant.

この構成により、行列の演算にて合力を計算することが可能となるので、相隣る頂点からの力を夫々求めた上で合力を計算する従来の計算と比べて、マトリックス演算プロセッサ等の行列の演算に特化したサブプロセッサを効率的に使用することが可能となるので、メインプロセッサにて実施される計算に要する処理負荷を軽減することが可能である。   With this configuration, it is possible to calculate the resultant force by calculating a matrix, so that the matrix calculation processor or the like is compared with the conventional calculation that calculates the resultant force after obtaining the forces from adjacent vertices. As a result, it is possible to efficiently use a sub-processor specialized for the above calculation, so that it is possible to reduce the processing load required for the calculation performed by the main processor.

請求項7に記載の本発明は、コンピュータに、ポリゴンデータにより頂点の座標が示された複数のポリゴンにて表面が形成される三次元対象物の描画に要する計算を行わせるコンピュータプログラムであって、前記ポリゴンは、四角形であり、コンピュータに、任意の四角形の一の基準頂点と相隣る二乃至四の傍頂点を抽出させる手順と、コンピュータに、抽出した傍頂点が四の場合に、四の傍頂点の座標に基づく位置ベクトルを求めさせる手順と、コンピュータに、抽出した傍頂点が三の場合に、基準頂点の座標を一の傍頂点の座標として、四の傍頂点の座標に基づく位置ベクトルを求めさせる手順と、コンピュータに、抽出した傍頂点が二の場合に、基準頂点の座標を二の傍頂点の座標として、四の傍頂点の座標に基づく位置ベクトルを求めさせる手順と、コンピュータに、抽出した四の傍頂点により形成される四角形、又は抽出した傍頂点及び傍頂点とした基準頂点にて形成される仮想的な計算上の四角形の対角の位置にある一方の傍頂点から他方の傍頂点へ向かう二組のベクトルの外積を正規化したベクトルを、基準頂点の法線ベクトルとする、描画に要する計算を行わせる手順とを実行させることを特徴とするコンピュータプログラムである。 The present invention according to claim 7 is a computer program for causing a computer to perform calculation necessary for drawing a three-dimensional object whose surface is formed by a plurality of polygons whose vertex coordinates are indicated by polygon data. the polygon is a square, the computer, the procedure for extracting any one of the reference vertex and phase Tonariru two to four beside the vertices of a square, the computer, if the extracted neighbor vertices four, four A procedure for determining the position vector based on the coordinates of the neighboring vertices, and when the extracted number of neighboring vertices is 3, the position based on the coordinates of the four neighboring vertices, with the coordinates of the reference vertex as the coordinates of the one neighboring vertex. The procedure for obtaining the vector and the computer, when the extracted two vertices are 2, the coordinates of the reference vertex are the coordinates of the second vertex and the position vector based on the coordinates of the fourth vertex is obtained. And procedures to fit the computer, quadrangle formed by the extracted fourth near the apex, or is formed by the reference vertex and the extracted neighbor vertex and neighbor vertex position of the diagonal of the rectangle on the virtual computing A method for performing a calculation required for drawing, wherein a vector obtained by normalizing the outer product of two sets of vectors from one neighboring vertex to the other neighboring vertex is set as a normal vector of the reference vertex. Is a computer program.

本発明に従えば、コンピュータに、ポリゴンデータにより頂点の座標が示された複数のポリゴンにて表面が形成される三次元対象物の描画に要する計算を行わせるコンピュータプログラムは、四角形であるポリゴンに対して適用され、コンピュータに、任意の四角形の一の基準頂点と相隣る二乃至四の傍頂点を抽出させる手順と、コンピュータに、抽出した傍頂点が四の場合に、四の傍頂点の座標に基づく位置ベクトルを求めさせる手順と、コンピュータに、抽出した傍頂点が三の場合に、基準頂点の座標を一の傍頂点の座標として、四の傍頂点の座標に基づく位置ベクトルを求めさせる手順と、コンピュータに、抽出した傍頂点が二の場合に、基準頂点の座標を二の傍頂点の座標として、四の傍頂点の座標に基づく位置ベクトルを求めさせる手順と、コンピュータに、抽出した四の傍頂点により形成される四角形、又は抽出した傍頂点及び傍頂点とした基準頂点にて形成される仮想的な計算上の四角形の対角の位置にある一方の傍頂点から他方の傍頂点へ向かう二組のベクトルの外積を正規化したベクトルを、基準頂点の法線ベクトルとする、描画に要する計算を行わせる手順とを実行させる。 According to the present invention, a computer program for causing a computer to perform calculations necessary for drawing a three-dimensional object whose surface is formed by a plurality of polygons whose vertex coordinates are indicated by polygon data is performed on a polygon that is a rectangle. Applied to the computer and causes the computer to extract two to four neighboring vertices adjacent to one reference vertex of an arbitrary quadrilateral, and if the extracted number of neighboring vertices is four , the computer A procedure for obtaining a position vector based on coordinates, and having the computer obtain a position vector based on the coordinates of the four side vertices with the coordinates of the reference vertex set as the coordinates of the one side vertex when the number of extracted side vertices is three Procedure and let the computer find a position vector based on the coordinates of the four neighboring vertices, using the coordinates of the second neighboring vertex as the coordinates of the second neighboring vertex when the extracted neighboring vertex is two And instructions, on the computer, a square formed by the extracted fourth near the apex, or is formed by the extracted neighbor vertex and neighbor vertex with the reference vertex while in the position of the diagonal of the rectangle on the virtual computing A procedure for performing a calculation required for drawing is performed by setting a vector obtained by normalizing the outer product of two sets of vectors from one side vertex to the other side vertex as a normal vector of the reference vertex.

本発明のコンピュータプログラムでは、ビデオゲーム装置等のコンピュータにて実行することにより、柔軟な物体を模した三次元対象物の描画に要する計算を行う描画用計算装置としてコンピュータが作動し、三次元対象物の変形を描画するための計算として、三次元対象物を構成する四角形の頂点の法線ベクトルを計算する場合に、対角の位置にある一方の傍頂点から他方の傍頂点へ向かう二組のベクトルの外積を正規化したベクトルを、基準頂点の法線ベクトルとして計算する。   In the computer program of the present invention, the computer operates as a drawing calculation device that performs calculations necessary for drawing a three-dimensional object imitating a flexible object by being executed by a computer such as a video game device, and the three-dimensional object. When calculating the normal vector of the vertices of the quadrangle that constitutes the three-dimensional object as the calculation for drawing the deformation of the object, two pairs from one side vertex at the diagonal position to the other side vertex A vector obtained by normalizing the outer product of the vectors is calculated as the normal vector of the reference vertex.

この構成により、外積及び正規化の計算を夫々四回行う従来の計算と比べて、計算が簡略化されるので計算に要する処理負荷を軽減することが可能である。   With this configuration, the calculation is simplified as compared with the conventional calculation in which the calculation of the outer product and the normalization is performed four times, and the processing load required for the calculation can be reduced.

請求項8に記載の本発明は、行列に関する演算を行うマトリックス演算プロセッサを備えるコンピュータに、ポリゴンデータにより頂点の座標が示された複数のポリゴンにて表面が形成される三次元対象物の描画に要する計算を行わせるコンピュータプログラムを記録してある、コンピュータでの読み取りが可能な記録媒体であって、コンピュータに、任意のポリゴンの位置の基準頂点及び該基準頂点と相隣る複数の傍頂点を質点として抽出させる手順と、コンピュータに、質点として抽出した基準頂点及び各傍頂点の座標をポリゴンデータから求めさせる手順と、コンピュータに、求めた基準頂点の座標及び各傍頂点の座標の差を要素とする第1行列を、マトリックス演算プロセッサを用いて算出させる手順と、コンピュータに、基準頂点の座標及び各傍頂点の座標の差を、基準頂点から各傍頂点へのベクトルの大きさにて除し、更に基準頂点及び各傍頂点の距離を乗じた値を要素とする第2行列を、マトリックス演算プロセッサを用いて算出させる手順と、コンピュータに、算出した第1行列及び第2行列の差に定数を乗じ第3行列を、マトリックス演算プロセッサを用いて算出させる手順と、コンピュータに、算出した第3行列の要素の中で夫々の傍頂点に関する要素の和を要素とする第4行列を、基準頂点に対する複数の傍頂点からの力の合力とする、描画に要する計算を、マトリックス演算プロセッサを用いて行わせる手順とを実行させるコンピュータプログラムを記録してあることを特徴とするコンピュータでの読み取りが可能な記録媒体である。 The present invention of claim 8, the computer comprising a matrix arithmetic processor for performing operations on the matrix, the drawing of the three-dimensional object surface is formed by a plurality of polygons vertices of coordinates indicated by the polygon data A computer-readable recording medium in which a computer program for performing necessary calculations is recorded, and a computer is provided with a reference vertex of an arbitrary polygon position and a plurality of adjacent vertices adjacent to the reference vertex. The procedure for extracting as the mass point, the procedure for causing the computer to obtain the coordinates of the reference vertex and each side vertex extracted as the mass point from the polygon data, and the computer for the difference between the obtained coordinates of the reference vertex and each side vertex a first matrix having a procedure for calculating using the matrix arithmetic processor, a computer, reference vertex The coordinate and difference of coordinates of each neighbor vertex, from a reference vertex of the vector to each neighbor vertex divided by the size, the second matrix whose elements further reference vertex and a value obtained by multiplying the distance of each neighbor vertex, a procedure for calculating using the matrix arithmetic processor, a computer, a third matrix multiplied by a constant difference between the first matrix and the second matrix determined, the procedure to be calculated using the matrix arithmetic processor, a computer, calculates A matrix calculation processor that performs a calculation required for drawing, with the fourth matrix having the sum of the elements related to each of the neighboring vertices as the resultant force of the plurality of neighboring vertices among the elements of the third matrix A computer-readable recording medium on which is recorded a computer program that executes a procedure to be performed using the computer.

本発明に従えば、行列に関する演算を行うマトリックス演算プロセッサを備えるコンピュータに、ポリゴンデータにより頂点の座標が示された複数のポリゴンにて表面が形成される三次元対象物の描画に要する計算を行わせるコンピュータプログラムを記録してある、コンピュータでの読み取りが可能な記録媒体は、コンピュータに、任意のポリゴンの位置の基準頂点及び該基準頂点と相隣る複数の傍頂点を質点として抽出させる手順と、コンピュータに、質点として抽出した基準頂点及び各傍頂点の座標をポリゴンデータから求めさせる手順と、コンピュータに、求めた基準頂点の座標及び各傍頂点の座標の差を要素とする第1行列を、マトリックス演算プロセッサを用いて算出させる手順と、コンピュータに、基準頂点の座標及び各傍頂点の座標の差を、基準頂点から各傍頂点へのベクトルの大きさにて除し、更に基準頂点及び各傍頂点の距離を乗じた値を要素とする第2行列を、マトリックス演算プロセッサを用いて算出させる手順と、コンピュータに、算出した第1行列及び第2行列の差に定数を乗じ第3行列を、マトリックス演算プロセッサを用いて算出させる手順と、コンピュータに、算出した第3行列の要素の中で夫々の傍頂点に関する要素の和を要素とする第4行列を、基準頂点に対する複数の傍頂点からの力の合力とする、描画に要する計算を、マトリックス演算プロセッサを用いて行わせる手順とを実行させる。 According to the present invention, a computer having a matrix operation processor that performs an operation related to a matrix performs a calculation required for drawing a three-dimensional object whose surface is formed by a plurality of polygons whose vertex coordinates are indicated by polygon data. A computer-readable recording medium on which a computer program to be recorded is recorded, the computer having a computer to extract a reference vertex of an arbitrary polygon position and a plurality of neighboring vertices adjacent to the reference vertex as mass points; , Causing the computer to obtain the coordinates of the reference vertices extracted as the mass points and the coordinates of each side vertex from the polygon data, and the computer to obtain a first matrix having the difference between the coordinates of the obtained reference vertices and the coordinates of each side vertex as elements. , a procedure for calculating using the matrix arithmetic processor, a computer, a reference vertex coordinates and Kakusobaitadaki Difference and dividing by the magnitude of the vector to each neighbor vertex from a reference vertex, a second matrix with further reference vertex and element value obtained by multiplying the distance of each neighbor vertex, using the matrix arithmetic processor of the coordinates a procedure for calculating Te, a computer, a third matrix multiplied by a constant difference between the first matrix and the second matrix determined, the procedure to be calculated using the matrix arithmetic processor, a computer, the calculated third matrix The matrix calculation processor is used to perform the calculation required for drawing, with the fourth matrix having the sum of the elements related to each of the neighboring vertices as the combined force of the forces from the plurality of neighboring vertices with respect to the reference vertex . And execute the procedure.

本発明のコンピュータでの読み取りが可能な記録媒体では、記録されているコンピュータプログラムを、ビデオゲーム装置等のコンピュータにて実行することにより、複数のポリゴンにて構成される布、衣服及び毛髪等の柔軟な物体を模した三次元対象物の描画に要する計算を行う描画用計算装置としてコンピュータが動作し、三次元対象物の変形を描画するための計算として、三次元対象物を構成するポリゴンの任意の頂点にかかる合力を計算する場合に、基準頂点の座標及び各傍頂点の座標に基づく第1行列及び第2行列を算出し、算出した第1行列及び第2行列の差にバネ定数を乗じて算出した第3行列に基づいて合力を計算する。   In the recording medium that can be read by the computer of the present invention, the recorded computer program is executed by a computer such as a video game device, so that cloth, clothes, hair, and the like composed of a plurality of polygons can be obtained. The computer operates as a drawing calculation device that performs calculations required to draw a three-dimensional object imitating a flexible object, and as a calculation for drawing the deformation of the three-dimensional object, the polygons constituting the three-dimensional object are calculated. When calculating the resultant force on an arbitrary vertex, the first matrix and the second matrix are calculated based on the coordinates of the reference vertex and the coordinates of each of the neighboring vertices, and the spring constant is set as the difference between the calculated first matrix and second matrix. The resultant force is calculated based on the third matrix calculated by multiplication.

この構成により、行列の演算にて合力を計算することが可能となるので、相隣る頂点からの力を夫々求めた上で合力を計算する従来の計算と比べて、マトリックス演算プロセッサ等の行列の演算に特化したサブプロセッサを効率的に使用することが可能となるので、メインプロセッサにて実施される計算が簡略化されるので計算に要する処理負荷を軽減することが可能である。   With this configuration, it is possible to calculate the resultant force by calculating a matrix, so that the matrix calculation processor or the like is compared with the conventional calculation that calculates the resultant force after obtaining the forces from adjacent vertices. Since it is possible to efficiently use a sub-processor specialized for the above calculation, the calculation performed by the main processor is simplified, so that the processing load required for the calculation can be reduced.

請求項9に記載の本発明は、コンピュータに、ポリゴンデータにより頂点の座標が示された複数のポリゴンにて表面が形成される三次元対象物の描画に要する計算を行わせるコンピュータプログラムを記録してある、コンピュータでの読み取りが可能な記録媒体であって、前記ポリゴンは、四角形であり、コンピュータに、任意の四角形の一の基準頂点と相隣る二乃至四の傍頂点を抽出させる手順と、コンピュータに、抽出した傍頂点が四の場合に、四の傍頂点の座標に基づく位置ベクトルを求めさせる手順と、コンピュータに、抽出した傍頂点が三の場合に、基準頂点の座標を一の傍頂点の座標として、四の傍頂点の座標に基づく位置ベクトルを求めさせる手順と、コンピュータに、抽出した傍頂点が二の場合に、基準頂点の座標を二の傍頂点の座標として、四の傍頂点の座標に基づく位置ベクトルを求めさせる手順と、コンピュータに、抽出した四の傍頂点により形成される四角形、又は抽出した傍頂点及び傍頂点とした基準頂点にて形成される仮想的な計算上の四角形の対角の位置にある一方の傍頂点から他方の傍頂点へ向かう二組のベクトルの外積を正規化したベクトルを、基準頂点の法線ベクトルとする、描画に要する計算を行わせる手順とを実行させるコンピュータプログラムを記録してあることを特徴とするコンピュータでの読み取りが可能な記録媒体である。 The present invention according to claim 9 records a computer program for causing a computer to perform calculations necessary for drawing a three-dimensional object whose surface is formed by a plurality of polygons whose vertex coordinates are indicated by polygon data. A computer-readable recording medium, wherein the polygon is a quadrangle, and the computer causes the computer to extract two to four side vertices adjacent to one reference vertex of an arbitrary quadrangle; When the computer has 4 extracted apexes , the computer determines the position vector based on the coordinates of the 4 adjacent vertices . The procedure for obtaining the position vector based on the coordinates of the four neighboring vertices as the coordinates of the neighboring vertices, and when the extracted number of neighboring vertices is two, the reference vertex coordinates are As the coordinates of the point, the procedure causes obtain the position vector based on the coordinates of the four beside vertex, the computer, quadrangle formed by the extracted fourth near the apex, or by the reference vertex and the extracted neighbor vertices and near the vertex A vector obtained by normalizing the outer product of two sets of vectors from one side vertex to the other side vertex at the diagonal position of the formed virtual calculation rectangle is defined as a normal vector of the reference vertex. A computer-readable recording medium on which a computer program for executing a procedure for performing a calculation required for drawing is recorded.

本発明に従えば、コンピュータに、ポリゴンデータにより頂点の座標が示された複数のポリゴンにて表面が形成される三次元対象物の描画に要する計算を行わせるコンピュータプログラムを記録してある、コンピュータでの読み取りが可能な記録媒体は、四角形であるポリゴンに対して適用され、コンピュータに、任意の四角形の一の基準頂点と相隣る二乃至四の傍頂点を抽出させる手順と、コンピュータに、抽出した傍頂点が四の場合に、四の傍頂点の座標に基づく位置ベクトルを求めさせる手順と、コンピュータに、抽出した傍頂点が三の場合に、基準頂点の座標を一の傍頂点の座標として、四の傍頂点の座標に基づく位置ベクトルを求めさせる手順と、コンピュータに、抽出した傍頂点が二の場合に、基準頂点の座標を二の傍頂点の座標として、四の傍頂点の座標に基づく位置ベクトルを求めさせる手順と、コンピュータに、抽出した四の傍頂点により形成される四角形、又は抽出した傍頂点及び傍頂点とした基準頂点にて形成される仮想的な計算上の四角形の対角の位置にある一方の傍頂点から他方の傍頂点へ向かう二組のベクトルの外積を正規化したベクトルを、基準頂点の法線ベクトルとする、描画に要する計算を行わせる手順とを実行させる。 According to the present invention, a computer program for causing a computer to perform calculations necessary for drawing a three-dimensional object whose surface is formed by a plurality of polygons whose vertex coordinates are indicated by polygon data is recorded. The recording medium that can be read by the method is applied to a polygon that is a rectangle, and causes the computer to extract two to four neighboring vertices adjacent to one reference vertex of an arbitrary rectangle; When the number of extracted apexes is 4, the procedure for obtaining the position vector based on the coordinates of the 4 adjacent vertices, and when the number of extracted apexes is 3, the coordinate of the reference vertex is set as the coordinate of the one adjacent vertex. The procedure for obtaining the position vector based on the coordinates of the four neighboring vertices and the computer, if the extracted neighboring vertices are two, the coordinates of the reference vertex are And a procedure for obtaining a position vector based on the coordinates of the four side vertices and a computer formed by a quadrature formed by the extracted four side vertices, or a reference vertex that is the extracted side vertices and side vertices. Necessary for drawing, with the normal vector of the reference vertex set as the normal vector of the two sets of vectors from one side vertex to the other side vertex at the diagonal position of the virtual calculation rectangle And a procedure for performing the calculation.

本発明のコンピュータでの読み取りが可能な記録媒体では、記録されているコンピュータプログラムを、ビデオゲーム装置等のコンピュータにて実行することにより、柔軟な物体を模した三次元対象物の描画に要する計算を行う描画用計算装置としてコンピュータが
作動し、三次元対象物の変形を描画するための計算として、三次元対象物を構成する四角形の頂点の法線ベクトルを計算する場合に、対角の位置にある一方の傍頂点から他方の傍頂点へ向かう二組のベクトルの外積を正規化したベクトルを、基準頂点の法線ベクトルとして計算する。
In the recording medium readable by the computer of the present invention, a calculation required for drawing a three-dimensional object imitating a flexible object by executing a recorded computer program on a computer such as a video game apparatus. When the computer operates as a drawing calculation device that performs the calculation and calculates the normal vector of the vertices of the quadrangle constituting the three-dimensional object as a calculation for drawing the deformation of the three-dimensional object, the diagonal position A vector obtained by normalizing the outer product of two sets of vectors from one side vertex to the other side vertex is calculated as a normal vector of the reference vertex.

この構成により、外積及び正規化の計算を夫々四回行う従来の計算と比べて、計算が簡略化されるので計算に要する処理負荷を軽減することが可能である。   With this configuration, the calculation is simplified as compared with the conventional calculation in which the calculation of the outer product and the normalization is performed four times, and the processing load required for the calculation can be reduced.

請求項1乃至請求項3、請求項6、及び請求項8に記載の本発明によれば、布、衣服及び毛髪等の柔軟な物体を模した、ポリゴンデータにより頂点の座標が示された複数のポリゴンにて表面が形成される三次元対象物、特に複数の四角形にて表面が形成される三次元対象物の変形を描画するための計算として、任意の四角形の一の基準頂点及び該基準頂点と相隣る四の傍頂点を質点として抽出し、質点として抽出した基準頂点及び各傍頂点の座標の差を要素とする第1行列を、マトリックス演算プロセッサを用いて算出し、基準頂点の座標及び各傍頂点の座標の差を、基準頂点から各傍頂点へのベクトルの大きさにて除し、更に基準頂点及び各傍頂点の距離を乗じた値を要素とする第2行列を、マトリックス演算プロセッサを用いて算出し、算出した第1行列及び第2行列の差にバネ定数を乗じ第3行列を、マトリックス演算プロセッサを用いて算出し、算出した第3行列の要素の中で夫々の傍頂点に関する要素の和を要素とする第4行列を、基準頂点に対する四の傍頂点からの力の合力とする計算を、マトリックス演算プロセッサを用いて行う。 According to the present invention described in any one of claims 1 to 3, 6, and 8, a plurality of vertex coordinates are indicated by polygon data imitating a flexible object such as cloth, clothes and hair. As a calculation for drawing the deformation of a three-dimensional object whose surface is formed by a polygon, particularly a three-dimensional object whose surface is formed by a plurality of rectangles, one reference vertex of the arbitrary rectangle and the reference The four neighboring vertices adjacent to the vertex are extracted as mass points, and a first matrix having the difference between the reference vertex extracted as the mass point and the coordinates of each neighboring vertex is calculated using a matrix arithmetic processor , Dividing the difference between the coordinates and the coordinates of each side vertex by the magnitude of the vector from the reference vertex to each side vertex, and further multiplying the distance between the reference vertex and each side vertex by the second matrix , calculated using the matrix arithmetic processor, A third matrix multiplied by a spring constant to the difference between the first matrix and a second matrix out, calculated using the matrix arithmetic processor, the sum of the elements for near the vertex of each in the elements of the calculated third matrix The matrix calculation processor is used to calculate the fourth matrix as an element as the resultant force of the four side vertices with respect to the reference vertex.

この構成により、行列の演算にて合力を計算することが可能となるので、相隣る頂点からの力を夫々求めた上で合力を計算する従来の計算と比べて、マトリックス演算プロセッサ等の行列の演算に特化したサブプロセッサを効率的に使用することが可能となるので、メインプロセッサにて実施される計算に要する処理負荷を軽減することが可能である。   With this configuration, it is possible to calculate the resultant force by calculating a matrix, so that the matrix calculation processor or the like is compared with the conventional calculation that calculates the resultant force after obtaining the forces from adjacent vertices. As a result, it is possible to efficiently use a sub-processor specialized for the above calculation, so that it is possible to reduce the processing load required for the calculation performed by the main processor.

特に三次元対象物を二次元の画面に投影すべく、投影される平面を示す斉次座標を示した斉次座標系にて表現した場合に、第1行列、第2行列及び第3行列等の行列を、x座標、y座標及びz座標並びに斉次座標を含む4×4の行列として表現することができるので、普及しているビデオゲーム装置及びパーソナルコンピュータ等の装置が備えるマトリックス演算プロセッサを効率的に使用して並列計算を実現することが可能となるので、主となるプロセッサの負荷を軽減して装置全体としての計算時間を短縮させることが可能である。   In particular, in order to project a three-dimensional object onto a two-dimensional screen, the first matrix, the second matrix, the third matrix, etc., when expressed in a homogeneous coordinate system showing the homogeneous coordinates indicating the projected plane Can be expressed as a 4 × 4 matrix including x-coordinate, y-coordinate and z-coordinate and homogeneous coordinates, so that a matrix arithmetic processor provided in devices such as popular video game devices and personal computers can be used. Since the parallel calculation can be realized by using it efficiently, it is possible to reduce the load on the main processor and reduce the calculation time of the entire apparatus.

このようにしてポリゴン画像である三次元対象物の複数の頂点にかかる力を計算する時間を短縮させることにより、三次元対象物の描画時間が短縮するので、例えば一定時間内に描画すべき画像のフレーム数を増加させて三次元対象物の円滑な動きを表現することが可能となり、また各四角形の大きさを小さくして全体の四角形の数を増加させることにより、三次元対象物を緻密に表現することが可能となる等、優れた効果を奏する。   In this way, the drawing time of the three-dimensional object is shortened by reducing the time for calculating the force applied to a plurality of vertices of the three-dimensional object that is a polygon image. It is possible to express the smooth movement of the 3D object by increasing the number of frames, and by reducing the size of each quadrangle and increasing the total number of squares, It has excellent effects such as being capable of being expressed.

請求項4、請求項7、及び請求項9に記載の本発明によれば、衣服及び毛髪等の柔軟な物体を模した、ポリゴンデータにより頂点の座標が示された複数のポリゴンにて表面が形成される三次元対象物、特に複数の四角形にて表面が形成される三次元対象物の変形を描画するための計算として、三次元対象物の表面を形成する四角形の頂点の法線ベクトルを計算する場合に、任意の四角形の一の基準頂点と相隣る二乃至四の傍頂点を抽出し、抽出した傍頂点が四の場合に、四の傍頂点の座標に基づく位置ベクトルを求め、抽出した傍頂点が三の場合に、基準頂点の座標を一の傍頂点の座標として、四の傍頂点の座標に基づく位置ベクトルを求め、抽出した傍頂点が二の場合に、基準頂点の座標を二の傍頂点の座標として、四の傍頂点の座標に基づく位置ベクトルを求め、抽出した四の傍頂点により形成される四角形、又は抽出した傍頂点及び傍頂点とした基準頂点にて形成される仮想的な計算上の四角形の対角の位置にある一方の傍頂点から他方の傍頂点へと向かう二組のベクトル、即ち対角線となる二組のベクトルの外積を正規化したベクトルを、基準頂点の法線ベクトルとして計算する。 According to the present invention of claim 4, claim 7, and claim 9, the surface is made up of a plurality of polygons whose vertex coordinates are indicated by polygon data, imitating flexible objects such as clothes and hair. As a calculation to draw the deformation of a three-dimensional object to be formed, particularly a three-dimensional object whose surface is formed by a plurality of quadrangles, the normal vector of the vertexes of the quadrangle that forms the surface of the three-dimensional object is used. When calculating, extract two to four neighboring vertices adjacent to one reference vertex of an arbitrary rectangle, and when the extracted neighboring vertices is four, obtain a position vector based on the coordinates of the four neighboring vertices, If the number of extracted side vertices is 3, if the coordinates of the base vertex are the coordinates of the one side vertex, the position vector based on the coordinates of the four side vertices is obtained. Based on the coordinates of the four neighboring vertices. While in the Ku position seek vector, rectangle formed by the extracted fourth near the apex, or extracted neighbor vertices and diagonal positions of virtual computational quadrangle formed by the reference vertex and neighbor vertex A vector obtained by normalizing an outer product of two sets of vectors from one side vertex to the other side vertex, that is, a pair of diagonal vectors, is calculated as a normal vector of the reference vertex.

この構成により、各頂点について外積及び正規化の計算を夫々四回行う従来の計算と比べて、計算が簡略化されるので計算に要する処理負荷を軽減することが可能である。   With this configuration, the calculation is simplified and the processing load required for the calculation can be reduced compared to the conventional calculation in which the calculation of the outer product and the normalization is performed four times for each vertex.

このようにしてポリゴン画像である三次元対象物の複数の頂点の法線ベクトルを計算する時間を短縮させることにより、三次元対象物の描画時間が短縮するので、例えば一定時間内に描画すべき画像のフレーム数を増加させて三次元対象物の円滑な動きを表現することが可能となり、また各四角形の大きさを小さくして全体の四角形の数を増加させることにより、三次元対象物を緻密に表現することが可能となる等、優れた効果を奏する。   In this way, the drawing time of the 3D object is shortened by reducing the time for calculating the normal vectors of the vertices of the 3D object which is a polygon image. It is possible to express the smooth movement of the 3D object by increasing the number of frames of the image, and by reducing the size of each rectangle and increasing the number of the entire rectangle, Excellent effects such as being able to express precisely.

請求項5に記載の本発明によれば、ビデオゲーム装置用のデータとして形成された複数の三角形にて表面が形成される三次元対象物に対して、合力の計算及び法線ベクトルの計算等の描画に要する計算を行う場合に、描画に要する計算を行う前に、複数の三角形にて表面が形成される三次元対象物から複数の三角形を抽出し、抽出した各三角形の頂点を削除することにより複数の三角形にて表面が形成される三次元対象物を複数の四角形にて表面が形成される三次元対象物に変換する。   According to the present invention described in claim 5, calculation of resultant force, calculation of normal vector, etc. for a three-dimensional object whose surface is formed by a plurality of triangles formed as data for a video game apparatus. When performing calculations required for drawing, extract multiple triangles from a three-dimensional object whose surface is formed by multiple triangles and delete the vertices of each extracted triangle before performing the calculations required for drawing Thus, a three-dimensional object whose surface is formed by a plurality of triangles is converted into a three-dimensional object whose surface is formed by a plurality of quadrangles.

この構成により、例えばCG(Computer Graphics) 用ソフトウェアを用いて三次元対象物をデザインする段階にて作成された複数の四角形にて表面が形成される三次元対象物のデータが、ビデオゲーム装置用のデータとして複数の三角形にて表面が形成される三次元対象物のデータに変換された場合にでも、複数の三角形にて表面が形成される三次元対象物から、三次元対象物の表面を形成する三角形の長辺、即ち四角形の対角線に相当する辺を削除して複数の四角形にて表面が形成される三次元対象物を容易に形成することが可能となるので、複数の三角形にて表面が形成される三次元対象物に対しても請求項1乃至請求項4のいずれかに記載した発明を適用することが可能となる等、優れた効果を奏する。   With this configuration, for example, data of a three-dimensional object whose surface is formed by a plurality of rectangles created at the stage of designing the three-dimensional object using CG (Computer Graphics) software is used for a video game device. Even if the data is converted into the data of a three-dimensional object whose surface is formed by a plurality of triangles, the surface of the three-dimensional object is converted from the three-dimensional object whose surface is formed by a plurality of triangles. The long side of the triangle to be formed, that is, the side corresponding to the diagonal of the quadrangle, can be deleted to easily form a three-dimensional object whose surface is formed by a plurality of quadrilaterals. The present invention has an excellent effect that the invention described in any one of claims 1 to 4 can be applied to a three-dimensional object on which a surface is formed.

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings illustrating embodiments thereof.

図1は本発明の描画用計算装置100の構成を示すブロック図である。   FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a drawing calculation apparatus 100 according to the present invention.

描画用計算装置100は、家庭用ビデオゲーム装置を用いたコンピュータの一種であり、装置全体を制御するメインプロセッサであるCPU(Central Processing Unit)101と、画像データ及び音声データの生成及び加工処理等の信号処理を行う信号処理プロセッサ102、4×4の行列に関する計算を行うマトリックス演算プロセッサ103、並びに画像描画処理を行う画像描画処理プロセッサ104等のCPU101の制御に基づき動作する各種サブプロセッサと、本発明のコンピュータプログラム201及びデータ等の各種情報を記録したROM(Read Only Memory)カートリッジ、CD−ROM(Compact Disc Read Only Memory)及びDVD(Digital Versatile Disc)等の記録媒体200から各種情報を読み取るスロット、CD−ROMドライブ及びDVDドライブ等の補助記憶手段105と、計算データ及び表示用の画像データ等の情報を一時的に記憶するRAM(Random Access Memory)106とを備えている。   The drawing computing device 100 is a kind of computer using a home video game device, and includes a CPU (Central Processing Unit) 101 which is a main processor for controlling the entire device, generation and processing of image data and audio data, and the like. A signal processing processor 102 that performs signal processing of the matrix, a matrix operation processor 103 that performs calculations relating to a 4 × 4 matrix, various sub-processors that operate based on the control of the CPU 101 such as an image drawing processing processor 104 that performs image drawing processing, Slot for reading various information from a recording medium 200 such as a ROM (Read Only Memory) cartridge, a CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory), and a DVD (Digital Versatile Disc) in which various information such as the computer program 201 and data is recorded. , CD-ROM drive and DVD drive etc. An auxiliary storage means 105 and a RAM (Random Access Memory) 106 for temporarily storing information such as calculation data and display image data are provided.

そして補助記憶手段105により記録媒体200に記録されている本発明のコンピュータプログラム201及びデータ等の各種情報を読み取り、RAM106に記憶させてCPU101の制御に基づき実行することで、家庭用ビデオゲーム装置として用いられているコンピュータは、本発明の描画用計算装置100として動作する。   Then, various information such as the computer program 201 and data of the present invention recorded on the recording medium 200 is read by the auxiliary storage means 105, stored in the RAM 106, and executed based on the control of the CPU 101. The computer used operates as the drawing calculation apparatus 100 of the present invention.

また描画用計算装置100は、入力用インターフェース回路(入力用I/F)107を介して接続する専用コントローラ等の入力手段108を備えている。   The drawing calculation apparatus 100 includes an input unit 108 such as a dedicated controller connected via an input interface circuit (input I / F) 107.

さらに描画用計算装置100は、音声データの出力に用いられる音声出力用インターフェース回路(音声出力用I/F)109を備え、音声出力用インターフェース回路109から出力されたデジタル信号である音声データは、音声用D/Aコンバータ(音声用D/A)110によりアナログ信号に変換され、音声用D/Aコンバータ110により変換されたアナログ信号はプリメインアンプ111にて増幅された後、音声データに基づいて音声を出力するスピーカ等の音声出力手段120へ送出される。   Further, the drawing calculation apparatus 100 includes an audio output interface circuit (audio output I / F) 109 used for outputting audio data, and audio data that is a digital signal output from the audio output interface circuit 109 is: The analog signal is converted into an analog signal by an audio D / A converter (audio D / A) 110, and the analog signal converted by the audio D / A converter 110 is amplified by the pre-main amplifier 111, and then based on the audio data. The sound is output to sound output means 120 such as a speaker that outputs sound.

さらに描画用計算装置100は、画像データの出力に用いられる画像出力用インターフェース回路(画像出力用I/F)112を備え、画像出力用インターフェース回路112から出力されたデジタル信号である画像データは、画像用D/Aコンバータ(画像用D/A)113によりアナログ信号に変換され、画像データに基づいて画像を出力するテレビジョンモニタ等の表示手段130へ送出される。   Further, the drawing calculation device 100 includes an image output interface circuit (image output I / F) 112 used for outputting image data, and image data that is a digital signal output from the image output interface circuit 112 is: It is converted into an analog signal by an image D / A converter (image D / A) 113 and sent to display means 130 such as a television monitor that outputs an image based on the image data.

なお1台のテレビジョンモニタを、音声出力手段120及び表示手段130を兼用する装置として用いてもよい。   A single television monitor may be used as a device that serves as both the audio output means 120 and the display means 130.

次に本発明の描画用計算装置100を用いてゲーム空間内に三次元対象物を表現するために行われる処理について説明する。   Next, processing performed to represent a three-dimensional object in the game space using the drawing calculation apparatus 100 of the present invention will be described.

描画用計算装置100では、CPU101の制御に基づいて、信号処理プロセッサ102及びマトリックス演算プロセッサ103が各種計算処理を行い、計算の結果に基づいて画像描画処理プロセッサ104、RAM106の一部である表示エリア(フレームバッファ)上に描画すべき画像データの書き込み処理を行う。   In the drawing calculation apparatus 100, the signal processor 102 and the matrix calculation processor 103 perform various calculation processes based on the control of the CPU 101, and the display area that is a part of the image drawing processor 104 and the RAM 106 based on the calculation result. Write processing of image data to be drawn on the (frame buffer).

なおRAM106は、非表示エリア及び表示エリアを有しており、非表示エリアは、ポリゴンデータ及びテクスチャデータ等の画像描画処理における途中計算データを記憶し、また表示エリアは表示手段130に表示されるべき画像データを記憶し、記憶されている画像データは、画像用D/Aコンバータ113を介して表示手段130へ送出される。   The RAM 106 has a non-display area and a display area. The non-display area stores intermediate calculation data in image drawing processing such as polygon data and texture data, and the display area is displayed on the display means 130. The image data to be stored is stored, and the stored image data is sent to the display means 130 via the image D / A converter 113.

ポリゴンデータとは、ゲーム空間内で設定される三次元対象物の表面を形成する複数の四角形等のポリゴン(多角形)の頂点の空間座標を示すデータであり、ポリゴンデータにより示される三次元対象物の表面には、テクスチャデータとして示される模様及び材質等の表面を示す画像が貼り付けられ、これによりゲーム空間内の様々な仮想物体が示される。   Polygon data is data indicating the spatial coordinates of the vertices of polygons (polygons) such as a plurality of quadrilaterals that form the surface of a three-dimensional object set in the game space, and the three-dimensional object indicated by the polygon data An image indicating the surface such as a pattern and material indicated as texture data is pasted on the surface of the object, thereby showing various virtual objects in the game space.

そしてゲーム空間内の三次元対象物を示す画像を表示手段130に表示する場合、CPU101の制御に基づく各プロセッサの処理により、ポリゴンデータにより頂点の座標が示された複数のポリゴンにて表面が形成される三次元対象物の空間座標を平面座標に変換し、更に透視投影処理を行うことによって、二次元上におけるポリゴンの各頂点の平面座標を計算し、計算した平面座標に基づくポリゴンにテクスチャデータを貼り付けた画像データを生成し、生成した画像データをRAM106の表示エリアに記憶させる。   When an image showing a three-dimensional object in the game space is displayed on the display unit 130, a surface is formed by a plurality of polygons whose vertex coordinates are indicated by polygon data by processing of each processor based on the control of the CPU 101. By converting the spatial coordinates of the three-dimensional object to be converted into plane coordinates and further performing perspective projection processing, the plane coordinates of each vertex of the polygon in two dimensions are calculated, and the texture data is converted into the polygon based on the calculated plane coordinates. Is generated, and the generated image data is stored in the display area of the RAM 106.

RAM106の表示エリアに記憶させた画像データは、前述した様に画像用D/Aコンバータ113を介して表示手段130へ送出され、表示手段130に表示される。   The image data stored in the display area of the RAM 106 is sent to the display means 130 via the image D / A converter 113 and displayed on the display means 130 as described above.

次に本発明の描画用計算装置100における三次元対象物の描画に要する計算について説明する。   Next, calculations required for drawing a three-dimensional object in the drawing calculation apparatus 100 of the present invention will be described.

布、衣服、及び毛髪等の柔軟な物体を模した三次元対象物は、動画として描画する場合に、様々な形状に変化する動きが求められ、自然な動きを表現するためには様々な力学的計算が必要となる。   Three-dimensional objects that imitate flexible objects such as cloth, clothes, and hair are required to move in various shapes when rendered as moving images. Various dynamics are required to express natural movement. Calculation is required.

図2は本発明の描画用計算装置100における三次元対象物を模式的に示す説明図である。   FIG. 2 is an explanatory view schematically showing a three-dimensional object in the drawing calculation apparatus 100 of the present invention.

図2(a)は、柔軟な物体を模した三次元対象物を形成する複数の四角形を示す説明図である。図2(a)は正方形の布を模した三次元対象物を示しており、複数の四角形により形成されている。   FIG. 2A is an explanatory diagram showing a plurality of quadrilaterals that form a three-dimensional object imitating a flexible object. FIG. 2A shows a three-dimensional object simulating a square cloth, which is formed by a plurality of quadrangles.

図2(b)は、図2(a)に示した三次元対象物の描画に必要な計算を行う場合に想定される力学モデルを示す説明図である。図2(a)にて示される三次元対象物の描画に要する計算を行う場合には、図2(b)に示す様に各四角形の頂点を質点とし、相隣る質点間はバネにて接続され、このバネにより各質点は相隣る四の質点(布の端部の質点では相隣る二又は三の質点)から力を受けるという力学モデルを想定する。   FIG. 2B is an explanatory diagram illustrating a dynamic model that is assumed when performing calculations necessary for drawing the three-dimensional object illustrated in FIG. When the calculation required for drawing the three-dimensional object shown in FIG. 2A is performed, the vertexes of each square are used as mass points as shown in FIG. A dynamic model is assumed in which each mass point is connected by this spring and receives a force from four adjacent mass points (two or three adjacent mass points at the end of the fabric).

このような力学モデルを想定することにより、例えば布の端部を引っ張るという動きを描画する場合に、布の端部に相当する質点にかかる力、またその質点に相隣る質点にかかる力、更にその質点に相隣る質点にかかる力を計算することが可能となり、布を模した三次元対象物の形状の変化を計算により求めることが可能となる。   By assuming such a dynamic model, for example, when drawing the movement of pulling the end of the cloth, the force applied to the mass point corresponding to the end of the cloth, the force applied to the mass point adjacent to the mass point, Further, it is possible to calculate the force applied to the mass point adjacent to the mass point, and it is possible to obtain the change in the shape of the three-dimensional object imitating the cloth by calculation.

さらに三次元対象物の描画に要する計算の一つとして、例えば三次元対象物にテクスチャデータを貼り付けた画像データを生成する場合に、三次元対象物の表面で反射する光の向きを計算するために、各頂点における法線ベクトルを求める計算が必要となる。   Furthermore, as one of the calculations required for drawing a three-dimensional object, for example, when generating image data in which texture data is pasted on a three-dimensional object, the direction of light reflected on the surface of the three-dimensional object is calculated. Therefore, it is necessary to calculate a normal vector at each vertex.

次に本発明の描画用計算装置100における三次元対象物の描画に要する計算について説明する。   Next, calculations required for drawing a three-dimensional object in the drawing calculation apparatus 100 of the present invention will be described.

本発明の描画用計算装置100においては、ビデオゲーム装置用のデータとして形成された三次元対象物の表面を形成する複数の多角形が三角形である場合に、マトリックス演算プロセッサ103を効果的に用いるべく、三次元対象物の描画に要する合力の計算及び法線ベクトルの計算等の計算を行う前に、複数の三角形で表面が形成された三次元対象物を、複数の四角形で表面が形成された三次元対象物に変換する処理を行う。   In the drawing calculation apparatus 100 of the present invention, the matrix arithmetic processor 103 is effectively used when the plurality of polygons forming the surface of the three-dimensional object formed as data for the video game apparatus are triangles. Therefore, before calculating the resultant force required to draw the three-dimensional object and calculating the normal vector, the surface of the three-dimensional object formed with a plurality of triangles is formed with a plurality of rectangles. A process of converting into a three-dimensional object is performed.

図3は本発明の描画用計算装置100のポリゴン変換処理を示すフローチャートである。   FIG. 3 is a flowchart showing polygon conversion processing of the drawing calculation apparatus 100 of the present invention.

描画用計算装置100では、RAM106に記憶させたコンピュータプログラム201を実行するCPU101の制御に基づいて、三次元対象物の描画に要する合力の計算及び法線ベクトルの計算等の計算を行う前に、複数の三角形にて表面が形成される三次元対象物に含まれる複数の三角形を抽出し(S101)、抽出した各三角形の長辺を削除することにより、複数の三角形にて表面が形成される三次元対象物を複数の四角形にて表面が形成される三次元対象物に変換する(S102)。ステップS102において三角形の長辺を削除して四角形に変換するとしているが、ここでいう削除とは計算の対象とするデータから外すという意味であり、データ自体を削除して複数の三角形にて構成される三次元対象物に復元することが不可能な状態にするものではない。   In the drawing calculation apparatus 100, based on the control of the CPU 101 that executes the computer program 201 stored in the RAM 106, before performing calculation such as calculation of resultant force and normal vector calculation required for drawing of the three-dimensional object, A plurality of triangles included in a three-dimensional object whose surface is formed by a plurality of triangles are extracted (S101), and a long side of each extracted triangle is deleted, whereby a surface is formed by the plurality of triangles. The three-dimensional object is converted into a three-dimensional object whose surface is formed by a plurality of squares (S102). In step S102, the long side of the triangle is deleted and converted to a quadrangle, but the deletion here means to remove from the data to be calculated, and the data itself is deleted to form a plurality of triangles. It does not make it impossible to restore the 3D object.

図4は本発明の描画用計算装置100のポリゴン変換処理による三次元対象物のポリゴンの変換を示す説明図である。図4は、図3を用いて説明したポリゴン変換処理を行う前の複数の三角形にて表面が形成される三次元対象物を示しており、夫々の三角形の三辺の中で点線にて示した辺が、図3におけるステップS102にて削除される各三角形の長辺である。   FIG. 4 is an explanatory diagram showing conversion of a polygon of a three-dimensional object by polygon conversion processing of the drawing calculation apparatus 100 of the present invention. FIG. 4 shows a three-dimensional object whose surface is formed by a plurality of triangles before performing the polygon conversion processing described with reference to FIG. 3, and is indicated by a dotted line among the three sides of each triangle. The long side is the long side of each triangle deleted in step S102 in FIG.

図4に示す様にポリゴン変換処理を行う前の三角形の長辺は、変換後の四角形の対角線に相当する辺であり、長辺を削除することにより複数の三角形にて表面が形成される三次元対象物を複数の四角形にて表面が形成される三次元対象物に変換する処理を容易に行うことが可能である。   As shown in FIG. 4, the long side of the triangle before performing the polygon conversion process is a side corresponding to the diagonal of the quadrangle after the conversion, and a tertiary whose surface is formed by a plurality of triangles by deleting the long side. It is possible to easily perform the process of converting the original object into a three-dimensional object whose surface is formed by a plurality of quadrangles.

次に本発明の描画用計算装置100にて、三次元対象物を構成する四角形の頂点に相当する一の質点にかかる他の質点からの力の合力を計算する方法について説明する。   Next, a description will be given of a method for calculating the resultant force from another mass point applied to one mass point corresponding to the vertex of a quadrangle constituting the three-dimensional object in the drawing calculation apparatus 100 of the present invention.

図5は本発明の描画用計算装置100の合力計算処理を示すフローチャートであり、図6は本発明の描画用計算装置100の合力計算処理における基準頂点M0及び該基準頂点M0と相隣る四の傍頂点M1,M2,M3,M4の結合関係を模式的に示す説明図である。   FIG. 5 is a flowchart showing the resultant force calculation process of the drawing calculation apparatus 100 of the present invention. FIG. 6 shows the reference vertex M0 and the four adjacent to the reference vertex M0 in the resultant force calculation process of the drawing calculation apparatus 100 of the present invention. It is explanatory drawing which shows typically the connection relation of near vertex M1, M2, M3, and M4.

描画用計算装置100では、RAM106に記憶させたコンピュータプログラム201を実行するCPU101の制御に基づいて、三次元対象物の表面を形成する任意の四角形の一の基準頂点M0及び該基準頂点M0と相隣る四の傍頂点M1,M2,M3,M4を質点として抽出し(S201)、質点として抽出した基準頂点M0及び各傍頂点M1,M2,M3,M4の三次元空間における座標をポリゴンデータから求める(S202)。   In the drawing calculation apparatus 100, based on the control of the CPU 101 that executes the computer program 201 stored in the RAM 106, one reference vertex M0 that forms the surface of the three-dimensional object, and the reference vertex M0. The four neighboring vertices M1, M2, M3, and M4 are extracted as mass points (S201), and the reference vertex M0 extracted as the mass point and the coordinates of each of the neighboring vertices M1, M2, M3, and M4 in the three-dimensional space are extracted from the polygon data. Obtained (S202).

ステップS202にて求められる基準頂点M0及び各傍頂点M1,M2,M3,M4の三次元空間における座標は以下の様に示される。   The coordinates in the three-dimensional space of the reference vertex M0 and the neighboring vertices M1, M2, M3, and M4 obtained in step S202 are shown as follows.

P0=(x0,y0,z0,w0)
P1=(x1,y1,z1,w1)
P2=(x2,y2,z2,w2)
P3=(x3,y3,z3,w3)
P4=(x4,y4,z4,w4)
但し、P0:基準頂点M0の座標
P1:傍頂点M1の座標
P2:傍頂点M2の座標
P3:傍頂点M3の座標
P4:傍頂点M4の座標
なおx0,x1,x3,x4は、x軸、y軸及びz軸にて示される三次元座標上でのxの値、y0,y1,y3,y4は、yの値、そしてz0,z1,z3,z4は、zの値を示すものであり、このような座標系にて示せることよりP0,P1,P2,P3,P4は基準頂点M0及び傍頂点M1,M2,M3,M4の位置ベクトルであると解釈することもできる。
P0 = (x0, y0, z0, w0)
P1 = (x1, y1, z1, w1)
P2 = (x2, y2, z2, w2)
P3 = (x3, y3, z3, w3)
P4 = (x4, y4, z4, w4)
However, P0: coordinates of the reference vertex M0
P1: Coordinates of the near vertex M1
P2: coordinates of the near vertex M2
P3: Coordinates of the near vertex M3
P4: Coordinates of the near vertex M4 x0, x1, x3, and x4 are the values of x on the three-dimensional coordinates indicated by the x-axis, y-axis, and z-axis, and y0, y1, y3, and y4 are y The values z0, z1, z3, and z4 indicate the values of z, and P0, P1, P2, P3, and P4 indicate the reference vertex M0 and the side vertices M1, M2 by showing in such a coordinate system. , M3, and M4.

またw0,w1,w2,w3,w4は、三次元対象物を二次元の画面に投影する場合に、投影される平面を示す斉次座標であり、例えばw=1として示される二次元の平面上に投影することを想定した場合、w0=w1=w2=w3=w4=1の値が用いられる。   Further, w0, w1, w2, w3, and w4 are homogeneous coordinates indicating a plane to be projected when a three-dimensional object is projected onto a two-dimensional screen. For example, a two-dimensional plane indicated as w = 1. Assuming that the image is projected upward, a value of w0 = w1 = w2 = w3 = w4 = 1 is used.

そして描画用計算装置100では、RAM106に記憶させたコンピュータプログラム201を実行するCPU101の制御に基づいて、求めた基準頂点M0の座標及び各傍頂点M1,M2,M3,M4の座標の差を要素とする下記の式(1)に示す第1行列MXを算出する(S203)。   In the drawing calculation apparatus 100, based on the control of the CPU 101 that executes the computer program 201 stored in the RAM 106, the difference between the obtained coordinates of the reference vertex M0 and the coordinates of the respective neighboring vertices M1, M2, M3, and M4 is used as an element. The first matrix MX shown in the following equation (1) is calculated (S203).

Figure 0003938915
Figure 0003938915

さらに描画用計算装置100では、RAM106に記憶させたコンピュータプログラム201を実行するCPU101の制御に基づいて、基準頂点M0の座標及び各傍頂点M1,M2,M3,M4の座標の差を、基準頂点M0から各傍頂点M1,M2,M3,M4へのベクトルの大きさにて除し、更に基準頂点M0及び各傍頂点M1,M2,M3,M4間の距離L1,L2,L3,L4を乗じた値を要素とする下記の式(2)に示す第2行列MLを算出する(S204)。なお式(2)において基準頂点M0及び各傍頂点M1,M2,M3,M4間の夫々の距離L1,L2,L3,L4は、伸縮しない頂点間の距離を示すため常に一定である。   Further, in the drawing calculation apparatus 100, based on the control of the CPU 101 that executes the computer program 201 stored in the RAM 106, the difference between the coordinates of the reference vertex M0 and the coordinates of the neighboring vertices M1, M2, M3, and M4 is determined as the reference vertex. Divide by the magnitude of the vector from M0 to each of the neighboring vertices M1, M2, M3, M4, and further multiply by the distance L1, L2, L3, L4 between the reference vertex M0 and each of the neighboring vertices M1, M2, M3, M4 The second matrix ML shown in the following formula (2) having the obtained value as an element is calculated (S204). In equation (2), the distances L1, L2, L3, and L4 between the reference vertex M0 and the neighboring vertices M1, M2, M3, and M4 are always constant because they indicate the distances between the vertices that do not expand and contract.

Figure 0003938915
Figure 0003938915

そして描画用計算装置100では、RAM106に記憶させたコンピュータプログラム201を実行するCPU101の制御に基づいて、第1行列MX及び第2行列MLの差にバネ定数kを乗じて下記の式(3)に示す第3行列MFを算出する(S205)。なお式(3)では、基準頂点M0及び各傍頂点M1,M2,M3,M4を質点とみなし、基準頂点M0及び各傍頂点M1,M2,M3,M4間に働く引力を計算するものであり、便宜上基準頂点M0及び各傍頂点M1,M2,M3,M4間をバネ定数kの仮想的なバネにて繋いだ状態を仮定してその力を計算しているが、基準頂点M0及び各傍頂点M1,M2,M3,M4間の夫々の距離L1,L2,L3,L4は一定であるため、基準頂点M0及び各傍頂点M1,M2,M3,M4間を繋ぐ仮想的なバネは伸縮しないものとする。   In the drawing calculation device 100, the difference between the first matrix MX and the second matrix ML is multiplied by the spring constant k based on the control of the CPU 101 that executes the computer program 201 stored in the RAM 106, and the following equation (3) 3 is calculated (S205). In the expression (3), the reference vertex M0 and the neighboring vertices M1, M2, M3, and M4 are regarded as mass points, and the attractive force acting between the reference vertex M0 and the neighboring vertices M1, M2, M3, and M4 is calculated. For the sake of convenience, the force is calculated on the assumption that the reference vertex M0 and each side vertex M1, M2, M3, M4 are connected by a virtual spring having a spring constant k. Since the distances L1, L2, L3, and L4 between the vertices M1, M2, M3, and M4 are constant, the virtual spring that connects between the reference vertex M0 and the neighboring vertices M1, M2, M3, and M4 does not expand and contract. Shall.

第3行列MF=k*(MX−ML) ……式(3)
但し、k:バネ定数
そして描画用計算装置100では、RAM106に記憶させたコンピュータプログラム201を実行するCPU101の制御に基づいて、算出した第3行列の要素の中で夫々の傍頂点M1,M2,M3,M4に関する要素の和を要素とする第4行列Fを計算する(S206)。
Third matrix MF = k * (MX−ML) (3)
However, k: spring constant In the drawing calculation device 100, each of the neighboring vertexes M1, M2, and M2 among the calculated third matrix elements based on the control of the CPU 101 that executes the computer program 201 stored in the RAM 106. A fourth matrix F having the sum of elements relating to M3 and M4 as elements is calculated (S206).

ステップS206にて計算される第4行列Fとは、第3行列MFの各列の和を要素とする列ベクトルであり、基準頂点M0に対する複数の傍頂点M1,M2,M3,M4からの力の合力を示すベクトルである。   The fourth matrix F calculated in step S206 is a column vector whose element is the sum of the columns of the third matrix MF, and the force from the plurality of neighboring vertices M1, M2, M3, M4 with respect to the reference vertex M0. Is a vector indicating the resultant force.

図7は本発明の描画用計算装置100における三次元対象物の端部の結合関係を模式的に示す説明図である。図7は、例えば図2にて示した正方形の布を模した三次元対象物の端部を示しており、図7(a)が正方形の辺に相当する端部であり、図7(b)が正方形の頂点に相当する端部である。   FIG. 7 is an explanatory diagram schematically showing the connection relationship between the ends of the three-dimensional object in the drawing calculation apparatus 100 of the present invention. FIG. 7 shows an end portion of a three-dimensional object simulating a square cloth shown in FIG. 2, for example. FIG. 7 (a) is an end portion corresponding to a square side, and FIG. ) Is the end corresponding to the apex of the square.

図7(a)に示す端部では、基準頂点M0に対する四の傍頂点M1,M2,M3,M4の中で傍頂点M4となるべき頂点が存在しない。   At the end shown in FIG. 7A, there is no vertex that should become the side vertex M4 among the four side vertices M1, M2, M3, and M4 with respect to the reference vertex M0.

このような場合でも基準頂点M0には相隣る四の傍頂点M1,M2,M3,M4が接続されていると仮定し、傍頂点M4の座標P4として基準頂点M0の座標P0を用いて計算を行う。   Even in such a case, it is assumed that four neighboring apexes M1, M2, M3, and M4 are connected to the reference vertex M0, and calculation is performed using the coordinate P0 of the reference vertex M0 as the coordinate P4 of the neighboring vertex M4. I do.

図7(b)に示す端部では、基準頂点M0に対する四の傍頂点M1,M2,M3,M4の中で傍頂点M3,M4となるべき頂点が存在しない。   At the end shown in FIG. 7B, there are no vertices that should become the side vertices M3 and M4 among the four side vertices M1, M2, M3, and M4 with respect to the reference vertex M0.

このような場合でも基準頂点M0には相隣る四の傍頂点M1,M2,M3,M4が接続されていると仮定し、傍頂点M3,M4の座標P3,P4として基準頂点M0の座標P0を用いて計算を行う。   Even in such a case, it is assumed that the four neighboring vertices M1, M2, M3, and M4 are connected to the reference vertex M0, and the coordinates P0 of the reference vertex M0 are used as the coordinates P3 and P4 of the neighboring vertices M3 and M4. Calculate using.

これらの合力計算処理は、三次元対象物を構成する全ての四角形の頂点に対して行われるが、第1行列MX、第2行列ML及び第3行列MFは、4×4の行列として表現されているため、その計算にはマトリックス演算プロセッサ103が効果的に使用され並列計算にて行われるため、他のCPU101及び各種プロセッサへの負荷を軽減し、装置全体としての計算時間を短縮させる。   These resultant force calculation processes are performed on all quadrangular vertices constituting the three-dimensional object, but the first matrix MX, the second matrix ML, and the third matrix MF are expressed as 4 × 4 matrices. Therefore, since the matrix arithmetic processor 103 is effectively used for the calculation and is performed by parallel calculation, the load on the other CPUs 101 and various processors is reduced, and the calculation time of the entire apparatus is shortened.

実際にテストを行ったところ、従来の方法の70〜90%の時間で計算を完了することができるという結果が得られた。   When actually tested, it was found that the calculation could be completed in 70 to 90% of the time of the conventional method.

次に本発明の描画用計算装置100にて、三次元対象物を構成する四角形の頂点の法線ベクトルを計算する方法について説明する。図8は本発明の描画用計算装置100の法線ベクトル演算処理を示すフローチャートであり、図9は本発明の描画用計算装置100の法線ベクトル演算処理における基準頂点V0及び該基準頂点V0と相隣る四の傍頂点V1,V2,V3,V4の結合関係を模式的に示す説明図である。   Next, a method for calculating the normal vectors of the vertices of the quadrangle constituting the three-dimensional object in the drawing calculation apparatus 100 of the present invention will be described. FIG. 8 is a flowchart showing normal vector calculation processing of the drawing calculation apparatus 100 according to the present invention. FIG. 9 shows the reference vertex V0 and the reference vertex V0 in the normal vector calculation processing of the drawing calculation apparatus 100 according to the present invention. It is explanatory drawing which shows typically the connection relation of four adjacent vertexes V1, V2, V3, and V4.

描画用計算装置100では、RAM106に記憶させたコンピュータプログラム201を実行するCPU101の制御に基づいて、三次元対象物の表面を形成する任意の四角形の一の基準頂点V0及び該基準頂点V0と相隣る四の傍頂点V1,V2,V3,V4を抽出し(S301)、抽出した各傍頂点V1,V2,V3,V4の三次元空間における座標に基づく位置ベクトルP1,P2,P3,P4を求める(S302)。   In the drawing calculation apparatus 100, based on the control of the CPU 101 that executes the computer program 201 stored in the RAM 106, one reference vertex V0 of an arbitrary quadrilateral that forms the surface of the three-dimensional object, and the reference vertex V0 are combined. The four neighboring vertices V1, V2, V3, V4 are extracted (S301), and position vectors P1, P2, P3, P4 based on the coordinates of the extracted neighboring vertices V1, V2, V3, V4 in the three-dimensional space are obtained. Obtained (S302).

ステップS302にて求められる各傍頂点V1,V2,V3,V4の座標に基づく位置ベクトルP1,P2,P3,P4とは、図5を用いて説明した合力計算処理のステップS202にて求めた座標P1,P2,P3,P4である。   The position vectors P1, P2, P3, and P4 based on the coordinates of the neighboring vertices V1, V2, V3, and V4 obtained in step S302 are the coordinates obtained in step S202 of the resultant force calculation process described with reference to FIG. P1, P2, P3, and P4.

そして描画用計算装置100では、RAM106に記憶させたコンピュータプログラム201を実行するCPU101の制御に基づいて、ステップS301にて抽出した四の傍頂点により形成される四角形の対角の位置にある一方の傍頂点から他方の傍頂点へ向かう二組のベクトルの外積を正規化した下記の式(4)にて示すベクトルN0を計算する(S303)。   In the drawing computing device 100, based on the control of the CPU 101 that executes the computer program 201 stored in the RAM 106, one of the four diagonal vertices formed by the four side vertices extracted in step S301 is located at the diagonal position. A vector N0 represented by the following equation (4) obtained by normalizing the outer product of two sets of vectors from the neighboring vertex to the other neighboring vertex is calculated (S303).

法線ベクトルN0
=(P1−P3)×(P2−P4)/|(P1−P3)×(P2−P4)|
……式(4)
Normal vector N0
= (P1-P3) × (P2-P4) / | (P1-P3) × (P2-P4) |
...... Formula (4)

ステップS303にて計算されるベクトルN0は、基準頂点V0の法線ベクトルとして用いられる。   The vector N0 calculated in step S303 is used as a normal vector of the reference vertex V0.

なお対角の位置にある一方の傍頂点から他方の傍頂点へ向かう二組のベクトルとは、図9における傍頂点V1から傍頂点V3へ向かうベクトル及び傍頂点V2から傍頂点V4へ向かうベクトルである。   In addition, the two sets of vectors from one side vertex to the other side vertex at the diagonal position are a vector from the side vertex V1 to the side vertex V3 and a vector from the side vertex V2 to the side vertex V4 in FIG. is there.

図10は本発明の描画用計算装置100における三次元対象物の端部の結合関係を模式的に示す説明図である。図10は、例えば図2にて示した正方形の布を模した三次元対象
物の端部を示しており、図10(a)が正方形の辺に相当する端部であり、図10(b)が正方形の頂点に相当する端部である。
FIG. 10 is an explanatory diagram schematically showing the coupling relationship between the ends of the three-dimensional object in the drawing calculation apparatus 100 of the present invention. FIG. 10 shows, for example, an end of a three-dimensional object simulating a square cloth shown in FIG. 2, and FIG. 10 (a) is an end corresponding to a square side, and FIG. ) Is the end corresponding to the apex of the square.

図10(a)に示す端部では、基準頂点M0に対する四の傍頂点V1,V2,V3,V4の中で傍頂点V4となるべき頂点が存在しない。   At the end shown in FIG. 10 (a), there are no vertices that should become the side vertices V4 among the four side vertices V1, V2, V3, V4 with respect to the reference vertex M0.

このような場合でも基準頂点M0には相隣る四の傍頂点M1,M2,M3,M4が接続されていると仮定し、傍頂点M4の座標P4として基準頂点V0の座標P0を用いて計算を行う。   Even in such a case, it is assumed that four neighboring apexes M1, M2, M3, and M4 are connected to the reference vertex M0, and calculation is performed using the coordinate P0 of the reference vertex V0 as the coordinate P4 of the neighboring vertex M4. I do.

図10(b)に示す端部では、基準頂点M0に対する四の傍頂点V1,V2,V3,V4の中で傍頂点V3,V4となるべき頂点が存在しない。   In the end portion shown in FIG. 10B, there are no vertices that should become the side vertices V3 and V4 among the four side vertices V1, V2, V3, and V4 with respect to the reference vertex M0.

このような場合でも基準頂点M0には相隣る四の傍頂点V1,V2,V3,V4が接続されていると仮定し、傍頂点V3,V4の座標P3,P4として基準頂点M0の座標P0を用いて計算を行う。   Even in such a case, it is assumed that the four neighboring vertices V1, V2, V3, V4 are connected to the reference vertex M0, and the coordinates P0 of the reference vertex M0 are used as the coordinates P3, P4 of the neighboring vertices V3, V4. Calculate using.

上述した法線ベクトル計算処理により計算時間を短縮することが可能であり、実際にテストを行ったところ、従来の方法の20〜25%の時間で計算を完了することができるという結果が得られた。   It is possible to shorten the calculation time by the normal vector calculation process described above, and when the test is actually performed, the result that the calculation can be completed in 20 to 25% of the time of the conventional method is obtained. It was.

前記発明を実施するための最良の形態では、複数の四角形にて表面が形成される三次元対象物の描画に関する計算を行う形態を示したが、本発明はこれに限らず、複数の三角形にて表面が形成される三次元対象物等の四角形以外のポリゴンの頂点に対する合力の計算に適用することも可能である。   In the best mode for carrying out the invention, an embodiment has been shown in which a calculation relating to drawing of a three-dimensional object whose surface is formed by a plurality of quadrangles is performed. However, the present invention is not limited to this, and a plurality of triangles are used. It is also possible to apply to the calculation of the resultant force for the vertexes of polygons other than a quadrangle such as a three-dimensional object on which the surface is formed.

本発明の描画用計算装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the calculation apparatus for drawing of this invention. 本発明の描画用計算装置における三次元対象物を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the three-dimensional target object in the calculation apparatus for drawing of this invention. 本発明の描画用計算装置のポリゴン変換処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the polygon conversion process of the calculation apparatus for drawing of this invention. 本発明の描画用計算装置のポリゴン変換処理による三次元対象物のポリゴンの変換を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows conversion of the polygon of the three-dimensional target object by the polygon conversion process of the calculation apparatus for drawing of this invention. 本発明の描画用計算装置の合力計算処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the resultant force calculation process of the calculation apparatus for drawing of this invention. 本発明の描画用計算装置の合力計算処理における基準頂点及び該基準頂点と相隣る四の傍頂点の結合関係を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the connection relation of the reference vertex in the resultant force calculation process of the drawing calculation apparatus of this invention, and the four side vertex adjacent to this reference vertex. 本発明の描画用計算装置における三次元対象物の端部の結合関係を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the connection relation of the edge part of the three-dimensional target object in the calculation apparatus for drawing of this invention. 本発明の描画用計算装置の法線ベクトル演算処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the normal vector calculation process of the calculation apparatus for drawing of this invention. 本発明の描画用計算装置の法線ベクトル演算処理における基準頂点及び該基準頂点と相隣る四の傍頂点の結合関係を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the connection relation of the reference vertex in the normal vector calculation process of the calculation apparatus for drawing of this invention, and the four side vertex adjacent to this reference vertex. 本発明の描画用計算装置における三次元対象物の端部の結合関係を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the connection relation of the edge part of the three-dimensional target object in the calculation apparatus for drawing of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

100 画像処理装置
101 CPU
102 信号処理プロセッサ
103 マトリックス演算プロセッサ
104 画像描画処理プロセッサ
105 補助記憶手段
106 RAM
107 入力用インターフェース回路
108 入力手段
109 音声出力用インターフェース回路
110 音声用D/Aコンバータ
111 プリメインアンプ
112 画像出力用インターフェース回路
113 画像用D/Aコンバータ
120 音声出力手段
130 表示手段
200 記録媒体
201 コンピュータプログラム
100 Image processing apparatus 101 CPU
DESCRIPTION OF SYMBOLS 102 Signal processor 103 Matrix arithmetic processor 104 Image drawing processor 105 Auxiliary storage means 106 RAM
DESCRIPTION OF SYMBOLS 107 Input interface circuit 108 Input means 109 Audio | voice output interface circuit 110 Audio | voice D / A converter 111 Pre-main amplifier 112 Image output interface circuit 113 Image | video D / A converter 120 Audio | voice output means 130 Display means 200 Recording medium 201 Computer program

Claims (9)

ポリゴンデータにより頂点の座標が示された複数のポリゴンにて表面が形成される三次元対象物の描画に要する計算を行う描画用計算装置であって、
行列に関する演算を行うマトリックス演算プロセッサと、
任意のポリゴンの一の基準頂点及び該基準頂点と相隣る複数の傍頂点を質点として抽出する手段と、
質点として抽出した基準頂点及び各傍頂点の座標をポリゴンデータから求める手段と、
求めた基準頂点の座標及び各傍頂点の座標の差を要素とする第1行列を、マトリックス演算プロセッサを用いて算出する手段と、
基準頂点の座標及び各傍頂点の座標の差を、基準頂点から各傍頂点へのベクトルの大きさにて除し、更に基準頂点及び各傍頂点間の距離を乗じた値を要素とする第2行列を、マトリックス演算プロセッサを用いて算出する手段と、
算出した第1行列及び第2行列の差に定数を乗じ第3行列を、マトリックス演算プロセッサを用いて算出する手段と、
算出した第3行列の要素の中で夫々の傍頂点に関する要素の和を要素とする第4行列を、基準頂点に対する複数の傍頂点からの力の合力とする、描画に要する計算を、マトリックス演算プロセッサを用いて行う手段と
を備えることを特徴とする描画用計算装置。
A drawing calculation device for performing calculations necessary for drawing a three-dimensional object whose surface is formed by a plurality of polygons whose vertex coordinates are indicated by polygon data,
A matrix processor that performs matrix-related operations;
Means for extracting one reference vertex of an arbitrary polygon and a plurality of neighboring vertices adjacent to the reference vertex as mass points;
Means for obtaining the coordinates of the reference vertex and each side vertex extracted as a mass point from polygon data;
Means for calculating , using a matrix arithmetic processor, a first matrix whose elements are the difference between the coordinates of the obtained reference vertex and the coordinates of each neighboring vertex;
The difference between the coordinates of the reference vertex and the coordinates of each side vertex is divided by the vector size from the reference vertex to each side vertex, and further multiplied by the distance between the reference vertex and each side vertex. Means for calculating two matrices using a matrix arithmetic processor ;
Means for calculating a third matrix obtained by multiplying the calculated difference between the first matrix and the second matrix by a constant using a matrix arithmetic processor ;
Matrix calculation is performed for the calculation required for drawing with the fourth matrix having the sum of the elements related to each of the neighboring vertices as the combined force of the forces from the plurality of neighboring vertices with respect to the reference vertex. A drawing computing device comprising: means for performing processing using a processor .
前記第1行列は、下記式(A)にて示され、
前記第2行列は、下記式(B)にて示され、
前記第3行列は、下記式(C)にて示される
ことを特徴とする請求項1に記載の描画用計算装置。
Figure 0003938915
The first matrix is represented by the following formula (A):
The second matrix is represented by the following formula (B):
The drawing calculation apparatus according to claim 1, wherein the third matrix is represented by the following formula (C).
Figure 0003938915
前記ポリゴンは、四角形であり、
前記傍頂点の数は、四である
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の描画用計算装置。
The polygon is a rectangle,
The number of the side vertices is four. The drawing calculation device according to claim 1, wherein the number of the side vertices is four.
ポリゴンデータにより頂点の座標が示された複数のポリゴンにて表面が形成される三次元対象物の描画に要する計算を行う描画用計算装置であって、
前記ポリゴンは、四角形であり、
任意の四角形の一の基準頂点と相隣る二乃至四の傍頂点を抽出する手段と、
抽出した傍頂点が四の場合に、四の傍頂点の座標に基づく位置ベクトルを求める手段と、
抽出した傍頂点が三の場合に、基準頂点の座標を一の傍頂点の座標として、四の傍頂点の座標に基づく位置ベクトルを求める手段と、
抽出した傍頂点が二の場合に、基準頂点の座標を二の傍頂点の座標として、四の傍頂点の座標に基づく位置ベクトルを求める手段と、
抽出した四の傍頂点により形成される四角形、又は抽出した傍頂点及び傍頂点とした基準頂点にて形成される仮想的な計算上の四角形の対角の位置にある一方の傍頂点から他方の傍頂点へ向かう二組のベクトルの外積を正規化したベクトルを、基準頂点の法線ベクトルとする、描画に要する計算を行う手段と
を備えることを特徴とする描画用計算装置。
A drawing calculation device for performing calculations necessary for drawing a three-dimensional object whose surface is formed by a plurality of polygons whose vertex coordinates are indicated by polygon data,
The polygon is a rectangle,
Means for extracting two to four neighboring vertices adjacent to one reference vertex of an arbitrary rectangle;
Means for obtaining a position vector based on the coordinates of the four neighboring vertices when the extracted neighboring vertices is four ;
Means for obtaining a position vector based on the coordinates of the four side vertices, with the coordinates of the reference vertex set as the coordinates of the one side vertex when the number of extracted side vertices is 3,
Means for obtaining a position vector based on the coordinates of the four neighboring vertices, with the coordinates of the second neighboring vertex being the coordinates of the second neighboring vertex when the extracted number of neighboring vertices is two;
A quadrangle formed by the extracted four vertices , or one of the opposite vertices at the diagonal position of a virtual calculation rectangle formed by the extracted vertices and a reference vertex as a vertice. A drawing calculation apparatus comprising: means for performing calculation required for drawing, wherein a vector obtained by normalizing an outer product of two sets of vectors toward a side vertex is a normal vector of a reference vertex.
描画に要する計算を行う前に、
前記複数のポリゴンが三角形である三次元対象物の表面を形成する複数の三角形を抽出する手段と、
抽出した各三角形の長辺を削除することにより、複数の三角形にて表面が形成される三次元対象物を複数の四角形にて表面が形成される三次元対象物に変換する手段と
を更に備えることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の描画用計算装置。
Before performing the calculation required for drawing,
Means for extracting a plurality of triangles forming a surface of a three-dimensional object in which the plurality of polygons are triangles;
Means for converting a three-dimensional object whose surface is formed by a plurality of triangles into a three-dimensional object whose surface is formed by a plurality of quadrilaterals by deleting the long side of each extracted triangle. The drawing calculation apparatus according to claim 1, wherein the calculation apparatus is a drawing calculation apparatus.
行列に関する演算を行うマトリックス演算プロセッサを備えるコンピュータに、ポリゴンデータにより頂点の座標が示された複数のポリゴンにて表面が形成される三次元対象物の描画に要する計算を行わせるコンピュータプログラムであって、
コンピュータに、任意のポリゴンの位置の基準頂点及び該基準頂点と相隣る複数の傍頂点を質点として抽出させる手順と、
コンピュータに、質点として抽出した基準頂点及び各傍頂点の座標をポリゴンデータから求めさせる手順と、
コンピュータに、求めた基準頂点の座標及び各傍頂点の座標の差を要素とする第1行列を、マトリックス演算プロセッサを用いて算出させる手順と、
コンピュータに、基準頂点の座標及び各傍頂点の座標の差を、基準頂点から各傍頂点へのベクトルの大きさにて除し、更に基準頂点及び各傍頂点の距離を乗じた値を要素とする第2行列を、マトリックス演算プロセッサを用いて算出させる手順と、
コンピュータに、算出した第1行列及び第2行列の差に定数を乗じ第3行列を、マトリックス演算プロセッサを用いて算出させる手順と、
コンピュータに、算出した第3行列の要素の中で夫々の傍頂点に関する要素の和を要素とする第4行列を、基準頂点に対する複数の傍頂点からの力の合力とする、描画に要する計算を、マトリックス演算プロセッサを用いて行わせる手順と
を実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。
A computer program for causing a computer having a matrix operation processor for performing an operation relating to a matrix to perform calculations necessary for drawing a three-dimensional object whose surface is formed by a plurality of polygons whose vertex coordinates are indicated by polygon data. ,
A procedure for causing a computer to extract a reference vertex of an arbitrary polygon position and a plurality of neighboring vertices adjacent to the reference vertex as mass points;
A procedure for causing a computer to obtain the coordinates of reference vertices and respective side vertices extracted as mass points from polygon data;
A procedure for causing a computer to calculate a first matrix having a difference between the coordinates of the obtained reference vertex and the coordinates of each of the neighboring vertices using a matrix processor ;
The computer divides the difference between the coordinates of the reference vertex and the coordinates of each side vertex by the size of the vector from the reference vertex to each side vertex, and further multiplied by the distance between the reference vertex and each side vertex. A procedure for calculating a second matrix to be calculated using a matrix arithmetic processor ;
A procedure for causing a computer to calculate a third matrix obtained by multiplying a difference between the calculated first matrix and second matrix by a constant using a matrix arithmetic processor ;
The computer performs a calculation required for drawing, with the fourth matrix having the sum of the elements related to each of the neighboring vertices among the calculated third matrix elements as the resultant force of the forces from the plurality of neighboring vertices. And a computer program for executing a procedure to be performed using a matrix arithmetic processor .
コンピュータに、ポリゴンデータにより頂点の座標が示された複数のポリゴンにて表面が形成される三次元対象物の描画に要する計算を行わせるコンピュータプログラムであって、
前記ポリゴンは、四角形であり、
コンピュータに、任意の四角形の一の基準頂点と相隣る二乃至四の傍頂点を抽出させる手順と、
コンピュータに、抽出した傍頂点が四の場合に、四の傍頂点の座標に基づく位置ベクトルを求めさせる手順と、
コンピュータに、抽出した傍頂点が三の場合に、基準頂点の座標を一の傍頂点の座標として、四の傍頂点の座標に基づく位置ベクトルを求めさせる手順と、
コンピュータに、抽出した傍頂点が二の場合に、基準頂点の座標を二の傍頂点の座標として、四の傍頂点の座標に基づく位置ベクトルを求めさせる手順と、
コンピュータに、抽出した四の傍頂点により形成される四角形、又は抽出した傍頂点及び傍頂点とした基準頂点にて形成される仮想的な計算上の四角形の対角の位置にある一方の傍頂点から他方の傍頂点へ向かう二組のベクトルの外積を正規化したベクトルを、基準頂点の法線ベクトルとする、描画に要する計算を行わせる手順と
を実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。
A computer program for causing a computer to perform calculations necessary for drawing a three-dimensional object whose surface is formed by a plurality of polygons whose vertex coordinates are indicated by polygon data,
The polygon is a rectangle,
A procedure for causing a computer to extract two to four neighboring vertices adjacent to one reference vertex of an arbitrary rectangle;
A procedure for causing a computer to obtain a position vector based on the coordinates of the four neighboring vertices when the extracted neighboring vertices is four ;
A procedure for causing the computer to obtain a position vector based on the coordinates of the four side vertices when the number of extracted side vertices is 3, using the coordinates of the reference vertex as the coordinates of the one side vertex,
A procedure for causing the computer to obtain a position vector based on the coordinates of the four side vertices, with the coordinates of the reference vertex being the coordinates of the second side vertex when the number of extracted side vertices is 2,
On the computer, the quadrangle formed by the extracted four vertices , or one of the vertices of the hypothetical computational rectangle formed by the extracted vertices and the reference vertex as the vertices. A computer program for executing a calculation required for drawing, wherein a vector obtained by normalizing an outer product of two sets of vectors from one to the other neighboring vertex is set as a normal vector of a reference vertex.
行列に関する演算を行うマトリックス演算プロセッサを備えるコンピュータに、ポリゴンデータにより頂点の座標が示された複数のポリゴンにて表面が形成される三次元対象物の描画に要する計算を行わせるコンピュータプログラムを記録してある、コンピュータでの読み取りが可能な記録媒体であって、
コンピュータに、任意のポリゴンの位置の基準頂点及び該基準頂点と相隣る複数の傍頂点を質点として抽出させる手順と、
コンピュータに、質点として抽出した基準頂点及び各傍頂点の座標をポリゴンデータから求めさせる手順と、
コンピュータに、求めた基準頂点の座標及び各傍頂点の座標の差を要素とする第1行列を、マトリックス演算プロセッサを用いて算出させる手順と、
コンピュータに、基準頂点の座標及び各傍頂点の座標の差を、基準頂点から各傍頂点へのベクトルの大きさにて除し、更に基準頂点及び各傍頂点の距離を乗じた値を要素とする第2行列を、マトリックス演算プロセッサを用いて算出させる手順と、
コンピュータに、算出した第1行列及び第2行列の差に定数を乗じ第3行列を、マトリックス演算プロセッサを用いて算出させる手順と、
コンピュータに、算出した第3行列の要素の中で夫々の傍頂点に関する要素の和を要素とする第4行列を、基準頂点に対する複数の傍頂点からの力の合力とする、描画に要する計算を、マトリックス演算プロセッサを用いて行わせる手順と
を実行させるコンピュータプログラムを記録してあることを特徴とするコンピュータでの読み取りが可能な記録媒体。
A computer program that performs a calculation required for drawing a three-dimensional object whose surface is formed by a plurality of polygons whose coordinates of vertexes are indicated by polygon data is recorded in a computer having a matrix calculation processor that performs matrix-related calculations. A computer-readable recording medium,
A procedure for causing a computer to extract a reference vertex of an arbitrary polygon position and a plurality of neighboring vertices adjacent to the reference vertex as mass points;
A procedure for causing a computer to obtain the coordinates of reference vertices and respective side vertices extracted as mass points from polygon data;
A procedure for causing a computer to calculate a first matrix having a difference between the coordinates of the obtained reference vertex and the coordinates of each of the neighboring vertices using a matrix processor ;
The computer divides the difference between the coordinates of the reference vertex and the coordinates of each side vertex by the size of the vector from the reference vertex to each side vertex, and further multiplied by the distance between the reference vertex and each side vertex. A procedure for calculating a second matrix to be calculated using a matrix arithmetic processor ;
A procedure for causing a computer to calculate a third matrix obtained by multiplying a difference between the calculated first matrix and second matrix by a constant using a matrix arithmetic processor ;
The computer performs a calculation required for drawing, with the fourth matrix having the sum of the elements related to each of the neighboring vertices among the calculated third matrix elements as the resultant force of the forces from the plurality of neighboring vertices. A computer-readable recording medium having recorded thereon a computer program for executing a procedure performed using a matrix arithmetic processor .
コンピュータに、ポリゴンデータにより頂点の座標が示された複数のポリゴンにて表面が形成される三次元対象物の描画に要する計算を行わせるコンピュータプログラムを記録してある、コンピュータでの読み取りが可能な記録媒体であって、
前記ポリゴンは、四角形であり、
コンピュータに、任意の四角形の一の基準頂点と相隣る二乃至四の傍頂点を抽出させる手順と、
コンピュータに、抽出した傍頂点が四の場合に、四の傍頂点の座標に基づく位置ベクトルを求めさせる手順と、
コンピュータに、抽出した傍頂点が三の場合に、基準頂点の座標を一の傍頂点の座標として、四の傍頂点の座標に基づく位置ベクトルを求めさせる手順と、
コンピュータに、抽出した傍頂点が二の場合に、基準頂点の座標を二の傍頂点の座標として、四の傍頂点の座標に基づく位置ベクトルを求めさせる手順と、
コンピュータに、抽出した四の傍頂点により形成される四角形、又は抽出した傍頂点及び傍頂点とした基準頂点にて形成される仮想的な計算上の四角形の対角の位置にある一方の傍頂点から他方の傍頂点へ向かう二組のベクトルの外積を正規化したベクトルを、基準頂点の法線ベクトルとする、描画に要する計算を行わせる手順と
を実行させるコンピュータプログラムを記録してあることを特徴とするコンピュータでの読み取りが可能な記録媒体。
A computer program for performing calculations necessary for drawing a three-dimensional object whose surface is formed by a plurality of polygons whose vertex coordinates are indicated by polygon data is recorded on the computer and can be read by the computer. A recording medium,
The polygon is a rectangle,
A procedure for causing a computer to extract two to four neighboring vertices adjacent to one reference vertex of an arbitrary rectangle;
A procedure for causing a computer to obtain a position vector based on the coordinates of the four neighboring vertices when the extracted neighboring vertices is four ;
A procedure for causing the computer to obtain a position vector based on the coordinates of the four side vertices when the number of extracted side vertices is 3, using the coordinates of the reference vertex as the coordinates of the one side vertex,
A procedure for causing the computer to obtain a position vector based on the coordinates of the four side vertices, with the coordinates of the reference vertex being the coordinates of the second side vertex when the number of extracted side vertices is 2,
On the computer, the quadrangle formed by the extracted four vertices , or one of the vertices of the hypothetical computational rectangle formed by the extracted vertices and the reference vertex as the vertices. A computer program is recorded that executes a calculation procedure required for drawing, with a vector obtained by normalizing the outer product of two sets of vectors from one to the other neighboring vertex as a normal vector of the reference vertex. A recording medium that can be read by a computer.
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