JP4372282B2 - パラメトリック・マッピング装置およびパラメトリック・マッピング方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ポリゴン（多角形）による３次元コンピュータグラフィックス分野にかかり、ポリゴン表面に各種情報を張り付けるマッピング装置及びマッピング方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、３ＤＣＧ（３ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｒａｐｈｉｃｓ：３次元コンピュータ・グラフィックス）において描画処理（レンダリング）を行う画像処理装置では、テクスチャマッピング・リフレクションマッピング・バンプマッピング・色相マッピング・マルチテクスチャマッピング等、多数の情報をマッピングしたい場合にはそれぞれ直接、透視変換・輪郭沿いの補間・走査線沿いの補間・逆透視変換を経ることでマッピングしていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の３ＤＣＧ描画装置では、マッピングしたい情報（マッピング変数）は精々テクスチャ座標とディフューズ輝度程度のものであった。しかしながら昨今の３ＤＣＧ描画においてはリフレクションマッピング・バンプマッピング・色相マッピング・マルチテクスチャマッピング等の技術が一般的となり、これらを別々にマッピングしていたらハードウェアやソフトウェア資源が巨大になってしまうという問題点が出てきた。
【０００４】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、各種マッピングを行うためのハードウェアやソフトウェア資源の簡単化を図るパラメトリック・マッピング装置およびパラメトリック・マッピング方法を得ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１記載の発明にかかるパラメトリック・マッピング装置は、マッピング変数を各ピクセル上にマッピングするマッピング装置において、各種マッピング変数の代わりに媒介変数をポリゴンを構成するピクセルに対してマッピングする手段と、当該ポリゴンの各頂点上の前記マッピング変数を用いて表現された、当該ポリゴンを構成する各ピクセル上にマッピングされた前記媒介変数から当該ポリゴンを構成する各ピクセル上にマッピングしたい前記マッピング変数への所定の変換式、を用いることでマッピングを実行する手段を有することを特徴とするものである。
【０００６】
請求項２記載の発明にかかるパラメトリック・マッピング装置は、上記請求項１に記載の発明において、前記マッピング変数は、ポリゴンの頂点ごとに与えられた変数であって当該頂点ごとに与えられたデータから当該ポリゴン上の全ピクセルに分布させたい変数であって、前記媒介変数は媒介変数平面を構成するよう２つの変数が存在し、各頂点上の当該媒介変数（ｕ，ｖ）の値と各頂点上のマッピング変数Ｔとの値の間に１次式
Ｔ（ｕ，ｖ）＝ａ＋ｂ・ｕ＋ｃ・ｖ＋ｄ・ｕ・ｖ（ａ，ｂ，ｃ，ｄは定数）
の関係が成立し、かつ各頂点上の当該媒介変数の値は媒介変数平面上に表示した場合に直線上に並んだり点上に重なったりして面積ゼロの状態でなくまた辺同士が交差したねじれ図形の状態でないようにあらかじめ選択されていることを特徴とするものである。
【０００７】
請求項３記載の発明にかかるパラメトリック・マッピング方法は、マッピング変数を各ピクセル上にマッピングするマッピング方法において、各種マッピング変数の代わりに媒介変数をポリゴンを構成するピクセルに対してマッピングする工程と、当該ポリゴンの各頂点上の前記マッピング変数を用いて表現された、当該ポリゴンを構成する各ピクセル上にマッピングされた前記媒介変数から当該ポリゴンを構成する各ピクセル上にマッピングしたい前記マッピング変数への所定の変換式、を用いることでマッピングを実行する工程を有することを特徴とするものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に示す各実施の形態の特徴は、マッピングを行うために、テクスチャ座標、法線ベクトル、色相、ディフューズ輝度、オパシティ等の各種マッピング変数の代わりにそれら全てを代表する仮想のパラメータである媒介変数をポリゴンを構成するピクセルに対してマッピングし、当該ポリゴンの各頂点上の前記マッピング変数を用いて表現された、当該ポリゴンを構成する各ピクセル上にマッピングされた前記媒介変数から当該ポリゴンを構成する各ピクセル上にマッピングしたい前記マッピング変数への変換式（バイリニア補間式）を用いて、当該ポリゴンを構成する各ピクセル上のテクスチャ座標、法線ベクトル、色相、ディフューズ輝度、オパシティ等のマッピング変数の値を求めるような構成とすることにより、これらマッピング変数を別々にマッピングした場合に比べて媒介変数のみをマッピングするだけで済むためにハードウェアやソフトウェア資源を簡単化できることである。以下、図面に基づき本発明の実施形態を説明する。
【０００９】
実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の一実施の形態にかかる描画回路１００を説明するための機能ブロック図である。図１において、１００は描画回路、１１０はジオメトリプロセッサ、１２０はポリゴンプロセッサ、１２１はＺバッファ、１２２はペイントＲＡＭ、１３０はパラメトリック・マッピング装置、１３１はテクスチャメモリ、１３２はアトリビュートメモリ、１４０はフレームプロセッサ、１５０は２次元表示プロセッサ、ＡＲＧＢは選択テクスチャカラーデータ、Ｆｄはデータ識別フラグ、Ｔｃはテクスチャカラーを特定するデータ（テクスチャカラーデータ），（Ｔx，Ｔy）はテクスチャ座標を特定するデータ（テクスチャ座標データ），ＤＸは表示座標のＸ方向成分（水平方向成分）を特定するデータを示している。図１を参照すると、本実施の形態の描画回路１００は、３ＤＣＧ（３ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｒａｐｈｉｃｓ：３次元コンピュータ・グラフィックス）描画処理を行うプロセッサであって、ピクセルごとのＺ座標（画面上での奥行き情報）を保持し隠面処理に用いるメモリであるＺバッファ１２１と、ジオメトリ変換を実行して３次元形状を表現（モデリング）する表示座標のＸ方向成分（水平方向成分）を特定するデータＤＸを生成・出力するジオメトリプロセッサ１１０と、より手前のピクセルを優先的に選ぶためのデータを保持するペイントＲＡＭ１２２と、Ｚバッファ１２１からのピクセルごとのＺ座標（奥行き情報）およびペイントＲＡＭ１２２からのより手前のピクセルを優先的に選ぶためのデータを参照して後述するポリゴン５０を特定するテクスチャ座標データ（Ｔx，Ｔy）、データ識別フラグＦｄ、およびポリゴンデータ（ポリゴン５０を特定するデータ）を生成・出力するポリゴンプロセッサ１２０と、テクスチャ座標データ（Ｔx，Ｔy）ごとの色データであるテクスチャカラーデータＴｃを保持するためにパラメトリック・マッピング装置１３０に対して外付けされているテクスチャメモリ１３１と、テクスチャに対する各種付加情報であるアトリビュート（ａｔｔｒｉｂｕｔｅ）を特定するデータを保持するアトリビュートメモリ１３２と、外付けされているテクスチャメモリ１３１からのテクスチャカラーデータＴｃ、アトリビュートメモリ１３２からのアトリビュートを特定するデータ、ポリゴンプロセッサ１２０からのテクスチャ座標データ（Ｔx，Ｔy）、およびジオメトリプロセッサ１１０からの表示座標のＸ方向成分（水平方向成分）を特定するデータＤＸを参照してレンダリング処理および色演算処理、環境マッピング処理、色演算処理、鏡面反射処理、オパシティ（不透明度）処理を実行して選択テクスチャカラーデータＡＲＧＢを生成・出力するパラメトリック・マッピング装置１３０と、ポリゴンプロセッサ１２０からのポリゴンデータおよびパラメトリック・マッピング装置１３０からの選択テクスチャカラーデータＡＲＧＢを参照して画像合成処理を行う２次元表示用の画像データを生成・出力するフレームプロセッサ１４０と、フレームプロセッサ１４０からの２次元表示用の画像データを参照して表示手段（ＣＲＴ）に２次元画像を表示する２次元表示プロセッサ１５０を中心にして構成されている。
【００１０】
次に図１のパラメトリック・マッピング装置１３０の動作（パラメトリック・マッピング方法）について説明する。まず、ＸＹ平面（表示座標平面）のポリゴン５０上にマッピングするパラメータを媒介変数（ｕ，ｖ）とする。マッピング変数Ｔ（ｕ，ｖ）としては、テクスチャ座標（Ｔx，Ｔy）やポリゴン表面の法線ベクトル、色相、ディフューズ輝度、オパシティ等がある。また、本実施の形態では、補間演算を簡単にするために、頂点Ａ（第１の頂点）の媒介変数（ｕ，ｖ）＝（０，０）、頂点Ｂ（第２の頂点）の媒介変数（ｕ，ｖ）＝（０，１）、頂点Ｃ（第３の頂点）の媒介変数（ｕ，ｖ）＝（１，１）、頂点Ｄ（第４の頂点）の媒介変数（ｕ，ｖ）＝（１，０）とするが、これに特に限定されることはなく、媒介変数（ｕ，ｖ）はポリゴン５０の頂点Ａ（第１の頂点）、頂点Ｂ（第２の頂点）、頂点Ｃ（第３の頂点）、頂点Ｄ（第４の頂点）における値をｕｖ平面（媒介変数平面）上に表示した場合に、当該ｕｖ平面上に表示されている頂点Ａ（第１の頂点）、頂点Ｂ（第２の頂点）、頂点Ｃ（第３の頂点）、頂点Ｄ（第４の頂点）を線分で結んだ図形が直線上に並んだり点上に重なったりして面積ゼロの状態でなくまた辺同士が交差したねじれ図形の状態でないようにあらかじめ選択されていればよい。
【００１１】
媒介変数であるｕとｖの各頂点上での値が決定したのでこれを基に、従来の手法でそれぞれマッピングして、ポリゴン５０を構成するすべてのピクセル上での媒介変数（ｕ，ｖ）の値を求める。図２は媒介変数（ｕ，ｖ）をポリゴン５０に対してマッピングした状態を示す模式図である。ポリゴン内部の網目のような線は媒介変数平面上での垂直線および水平線（すなわちｕ＝定数およびｖ＝定数）を示している。
【００１２】
上記従前の手法でマッピングとは、ＸＹ平面（表示座標平面）上の４つの頂点Ａ（第１の頂点）、頂点Ｂ（第２の頂点）、頂点Ｃ（第３の頂点）、頂点Ｄ（第４の頂点）の座標や各種データ（例えば、テクスチャ座標、法線ベクトル、色相、ディフューズ輝度、オパシティなど）を基にピクセル上の１点１点のデータを求める演算を意味している。当該マッピングでの演算とは、透視変換→輪郭沿い補間→走査線沿いの補間→逆透視変換の順で実行される一連の演算を意味している。透視変換とは、マッピングしたいデータの各頂点上のデータをそれぞれ透視変換すること（視点座標系から表示座標系への変換）を意味している。輪郭沿い補間とは、Ｙ座標を走査線毎に変化させていき、左右輪郭上のＸ座標とＺ座標とマッピングしたいデータを求める演算を意味している。走査線沿いの補間とは、Ｘ座標を表示ピクセル毎に変化させていき、各ピクセル上のＺ座標とマッピングしたいデータを求める演算を意味している。逆透視変換とは、各ピクセル上の表示座標系のデータを視点座標系に逆変換する演算を意味している。
【００１３】
各ピクセル上に媒介変数（ｕ，ｖ）がマッピングされたのでこれを基に、以下の変換式
Ｔ（ｕ，ｖ）＝ａ＋ｂ・ｕ＋ｃ・ｖ＋ｄ・ｕ・ｖ（バイリニア補間式１）
を用いて各ピクセル上での各マッピング変数の値を求めることができる。
なお、係数ａ、ｂ、ｃ、ｄのそれぞれは、
頂点Ａ（第１の頂点）のマッピング変数Ｔ（０，０）の値＝Ｔ０、
頂点Ｂ（第２の頂点）のマッピング変数Ｔ（０，１）の値＝Ｔ１、
頂点Ｃ（第３の頂点）のマッピング変数Ｔ（１，１）の値＝Ｔ２、
頂点Ｄ（第４の頂点）のマッピング変数Ｔ（１，０）の値＝Ｔ３、
のとき、
係数ａ＝Ｔ０、
係数ｂ＝Ｔ３−Ｔ０、
係数ｃ＝Ｔ１−Ｔ０、
係数ｄ＝Ｔ０−Ｔ３−Ｔ１＋Ｔ２
である。
図３はバイリニア補間の原理を示した模式図であり、各頂点上でのマッピング変数の値と各ピクセル上での媒介変数の値から上記バイリニア補間式１で各ピクセル上でのマッピング変数の値を求めることができることを示している。
【００１４】
以上説明したように実施の形態１によれば以下に掲げる効果を奏する。ポリゴン５０を構成する各ピクセル上にテクスチャ座標、法線ベクトル、色相、ディフューズ輝度、オパシティ等の各種マッピング変数を別々にマッピングした場合に比べて、当該マッピング変数の代わりにそれら全てを代表する仮想のパラメータである媒介変数のみをマッピングし、媒介変数からマッピング変数への変換式を用いてマッピングを実行することができるようになるため、ハードウェアやソフトウェア資源を簡単化できることである。
【００１５】
実施の形態２．
以下、この発明の実施の形態２を図面に基づいて詳細に説明する。マッピング変数Ｔ（ｕ，ｖ）としては、テクスチャ座標（Ｔx，Ｔy）やポリゴン表面の法線ベクトル、色相、ディフューズ輝度、オパシティ等がある。本実施の形態では、ポリゴン５０が三角形状の場合、補間演算を簡単にするために、ＸＹ平面（表示座標平面）上の三角形状のポリゴン５０の頂点Ａ（第１の頂点）、頂点Ｂ（第２の頂点）、頂点Ｃ（第３の頂点）で、頂点Ａ（第１の頂点）の媒介変数（ｕ，ｖ）＝（０，０）、頂点Ｂ（第２の頂点）の媒介変数（ｕ，ｖ）＝（０，１）、頂点Ｃ（第３の頂点）の媒介変数（ｕ，ｖ）＝（１，０）というように、二等辺三角形に正規化するが、これに特に限定されることはなく、媒介変数（ｕ，ｖ）はポリゴン５０の頂点Ａ（第１の頂点）、頂点Ｂ（第２の頂点）、頂点Ｃ（第３の頂点）における値をｕｖ平面（媒介変数平面）上に表示した場合に、当該ｕｖ平面上に表示されている頂点Ａ（第１の頂点）、頂点Ｂ（第２の頂点）、頂点Ｃ（第３の頂点）を線分で結んだ図形が直線上に並んだり点上に重なったりして面積ゼロの状態でないようにあらかじめ選択されていればよい。
【００１６】
次に、ポリゴン５０が四角形状の場合（実施の形態１）と同様に従前の手法でマッピングしてポリゴン５０を構成する全てのピクセル上の媒介変数（ｕ，ｖ）を求める。図４は媒介変数（ｕ，ｖ）をポリゴン５０に対してマッピングした状態を示す模式図である。ポリゴン内部の網目のような線は媒介変数平面上での垂直線および水平線（すなわちｕ＝定数およびｖ＝定数）を示している。その後、当該媒介変数（ｕ，ｖ）からポリゴン５０を構成する各ピクセル上のマッピングすべきマッピング変数Ｔ（ｕ，ｖ）を求める。
【００１７】
すなわち、変換式として以下のバイリニア補間式２を用いて、ポリゴン５０を構成するすべてのピクセル上の媒介変数（ｕ，ｖ）からマッピング変数Ｔ（ｕ，ｖ）への補間演算を実行する。
【００１８】
Ｔ（ｕ，ｖ）＝ａ＋ｂ・ｕ＋ｃ・ｖ…（バイリニア補間式２），
なお、係数ａ，ｂ，ｃのそれぞれは、頂点Ａ（第１の頂点）のマッピング変数Ｔ（０，０）の値＝Ｔ０、頂点Ｂ（第２の頂点）のマッピング変数Ｔ（０，１）の値＝Ｔ１、頂点Ｃ（第３の頂点）のマッピング変数Ｔ（１，０）の値＝Ｔ２から、
係数ａ＝Ｔ０、
係数ｂ＝Ｔ２−Ｔ０、
係数ｃ＝Ｔ１−Ｔ０、
として求めることができ、実施の形態１と比較して簡略化できる。
図５は三角形状の場合のバイリニア補間の原理を示した模式図であり、各頂点上でのマッピング変数の値と各ピクセル上での媒介変数の値から上記バイリニア補間式２で各ピクセル上でのマッピング変数の値を求めることができることを示している。
【００１９】
以上説明したように実施の形態２によれば、以下に掲げる効果を奏する。まず第１の効果は、ポリゴン５０を構成する各ピクセル上に
テクスチャ座標、法線ベクトル、色相、ディフューズ輝度、オパシティ等の各種マッピング変数を別々にマッピングした場合に比べて、当該マッピング変数の代わりにそれら全てを代表する仮想のパラメータである媒介変数のみをマッピングし、媒介変数からマッピング変数への変換式を用いてマッピングを実行することができるようになるため、ハードウェアやソフトウェア資源を簡単化できることである。そして第２の効果は、ポリゴン５０を構成する各ピクセル上のテクスチャ座標、ポリゴン表面の法線ベクトル、色相、ディフューズ輝度、オパシティ等のマッピングを行う際の演算量をポリゴン５０が四角形状の場合よりも削減できることである。
【００２０】
なお、本発明が上記各実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施の形態は適宜変更され得ることは明らかである。また上記構成部材の数、位置、形状等は上記実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。また、各図において、同一構成要素には同一符号を付している。
【００２１】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されているので、以下に掲げる効果を奏する。ポリゴン５０を構成する各ピクセル上にテクスチャ座標、法線ベクトル、色相、ディフューズ輝度、オパシティ等の各種マッピング変数を別々にマッピングした場合に比べて、当該マッピング変数の代わりにそれら全てを代表する仮想のパラメータである媒介変数のみをマッピングし、媒介変数からマッピング変数への変換式を用いてマッピングを実行することができるようになるため、ハードウェアやソフトウェア資源を簡単化できることである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施の形態にかかる描画回路を説明するための機能ブロック図である。
【図２】 媒介変数を四角形状のポリゴンに対してマッピングした状態を示す模式図である。
【図３】 四角形状の場合のバイリニア補間の原理を示した模式図である。
【図４】 媒介変数を三角形状のポリゴンに対してマッピングした状態を示す模式図である。
【図５】 三角形状の場合にバイリニア補間の原理を示した模式図である。
【符号の説明】
１００ 描画回路
１１０ ジオメトリプロセッサ
１２０ ポリゴンプロセッサ
１２１ Ｚバッファ
１２２ ペイントＲＡＭ
１３０ パラメトリック・マッピング装置
１３１ テクスチャメモリ
１３２ アトリビュートメモリ
１４０ フレームプロセッサ
１５０ ２次元表示プロセッサ
５０ ポリゴン
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ 頂点
ＡＲＧＢ 選択テクスチャカラーデータ
Ｆｄ データ識別フラグ
Ｔx テクスチャ座標データのＸ方向成分（水平方向成分）
Ｔy テクスチャ座標データのＹ方向成分（垂直方向成分）
ＤＸ 表示座標のＸ方向成分（水平方向成分）のデータ
ｕ，ｖ 媒介変数
Ｔ マッピング変数

Claims (4)

1. マッピング変数を各ピクセル上にマッピングするマッピング装置において、
   各種マッピング変数の代わりに、前記各種マッピング変数を代表する仮想のパラメータである媒介変数を、ポリゴンを構成するピクセルそれぞれに対してマッピングする手段と、
   各種マッピング変数のうち、前記ピクセル上にマッピングしたいマッピング変数の、当該ポリゴンの各頂点上の値を算出する手段と、
   算出された前記各頂点上の値に基づいて決定される所定の変換式を用いて、当該ピクセル上にマッピングされた前記媒介変数から、当該ピクセル上での当該マッピング変数の値を算出し、マッピングを実行する手段と、を有する
   ことを特徴とするパラメトリック・マッピング装置。
2. 前記ポリゴンは四角形であって、
   前記媒介変数は媒介変数平面を構成するよう２つの変数が存在し、
   かつ前記各頂点上の前記媒介変数（ｕ，ｖ）の値は、媒介変数平面上に表示した場合に直線上に並んだり点上に重なったりした面積ゼロの状態とはならず、また辺同士が交差したねじれ図形の状態でないようにあらかじめ選択され、
   前記マッピング変数Ｔ（ｕ，ｖ）を算出する前記所定の変換式は、下記式（１）
   Ｔ（ｕ，ｖ）＝ａ＋ｂ・ｕ＋ｃ・ｖ＋ｄ・ｕ・ｖ ・・・・（１）
   （但し、ａ，ｂ，ｃ，ｄは定数）
   により表されることを特徴とする請求項１に記載のパラメトリック・マッピング装置。
3. 算出された前記ポリゴンの頂点のマッピング変数の値を、それぞれＴ０、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３とする場合、上記式（１）において、ａ＝Ｔ０、ｂ＝Ｔ３−Ｔ０、ｃ＝Ｔ１−Ｔ０、かつ、ｄ＝Ｔ０−Ｔ３−Ｔ１＋Ｔ２、の関係が成立することを特徴とする請求項２に記載のパラメトリック・マッピング装置。
4. マッピング変数を各ピクセル上にマッピングするマッピング方法において、
   マッピング装置が、各種マッピング変数の代わりに、前記各種マッピング変数を代表する仮想のパラメータである媒介変数を、ポリゴンを構成するピクセルそれぞれに対してマッピングする工程と、
   前記マッピング装置が、各種マッピング変数のうち、前記ピクセル上にマッピングしたいマッピング変数の、当該ポリゴンの各頂点上の値を算出する工程と、
   前記マッピング装置が、算出された前記各頂点上の値に基づいて決定される所定の変換式を用いて、当該ピクセル上にマッピングされた前記媒介変数から、当該ピクセル上での当該記マッピング変数の値を算出してマッピングを実行する工程と、を有する
   ことを特徴とするパラメトリック・マッピング方法。

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