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JPH0234069B2 - - Google Patents
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JPH0234069B2 - - Google Patents

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JPH0234069B2
JPH0234069B2 JP59212155A JP21215584A JPH0234069B2 JP H0234069 B2 JPH0234069 B2 JP H0234069B2 JP 59212155 A JP59212155 A JP 59212155A JP 21215584 A JP21215584 A JP 21215584A JP H0234069 B2 JPH0234069 B2 JP H0234069B2
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JP
Japan
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mapping
shape
brightness
data
host computer
Prior art date
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JP59212155A
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Japanese (ja)
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JPS6190275A (en
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Kenichi Kobori
Ikuo Nishioka
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Sharp Corp
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Sharp Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 <技術分野> 本発明は、グラフイツク・デイスプレイ内に組
み込まれたハードウエアにより、シエーデイング
及びテクスチヤマツピングを実現する画像処理装
置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION <Technical Field> The present invention relates to an image processing device that implements shading and texture mapping using hardware incorporated within a graphic display.

<従来技術> 従来、シエーデイング、マツピングを実現する
ため、汎用コンピユータを使い、ソフトウエアで
処理していた。これは、コンピユータ(ホスト)
内の3次元形状の表面の1点1点の輝度を求め、
グラフイツク・デイスプレイのピクセル単位にデ
ータを送つていたため、表示するのに膨大な時間
を要していた。
<Prior art> Conventionally, in order to achieve shading and mapping, a general-purpose computer was used and the processing was performed using software. This is the computer (host)
Find the brightness of each point on the surface of the three-dimensional shape in
Because data was sent pixel by pixel to the graphic display, it took an enormous amount of time to display it.

<発明の目的> 本発明は、グラフイツク・デイスプレイ側にシ
エーデイングとともにマツピングを実現する機能
を備えて、短時間にシエーデイング及びマツピン
グの処理が行なえる画像処理装置を提供するもの
である。
<Objective of the Invention> The present invention provides an image processing apparatus that is equipped with a function for realizing mapping as well as shading on the graphic display side, and can perform shading and mapping in a short time.

<実施例> 以下図面に従つて本発明の一実施例を説明す
る。
<Example> An example of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図は本発明による画像処理装置の構成例を
示すブロツク図である。1は外部(ホストコンピ
ユータ)よりインタフエースを介して入力され
る、四角パツチで構成された多面体形状を格納す
る形状格納バツフア、2はTVカメラ2a、スキ
ヤナ2b等の複数又は単数の入力装置で、3はこ
れらで読み取られた2次元の模様等のテスクチヤ
データを格納するマツピングデータエリアであ
る。また、4はシエーデイング及びマツピングを
行なうプロセツサ、5は陰面処理を行なうZバツ
フア、6はカラーモニタである。
FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of an image processing apparatus according to the present invention. 1 is a shape storage buffer that stores a polyhedral shape composed of square patches inputted from the outside (host computer) via an interface; 2 is a plurality of input devices or a single input device such as a TV camera 2a or a scanner 2b; Reference numeral 3 denotes a mapping data area for storing texture data such as two-dimensional patterns read by these. Further, 4 is a processor that performs shading and mapping, 5 is a Z buffer that performs hidden surface processing, and 6 is a color monitor.

シエーデイングしたい形状は外部より四角パツ
チの集りとして形状格納バツフア1に入れ、マツ
ピングも必要な場合は、入力装置2より2次元の
模様、図形を読み取り、マツピングデータエリア
3に格納する。入力装置2より読み込んだデータ
は、カラーモニタ6で表示することが可能であ
る。そして、1個以上の光源の輝度、位置及び視
点の位置をプロセツサ4に与えると、プロセツサ
4によりシエーデイング及びマツピングの処理を
行ない、Zバツフア5により見えない部分を表示
しない処理を施してカラーモニタ6に表示する。
A shape to be shaded is inputted from the outside as a collection of square patches into a shape storage buffer 1, and if mapping is also required, a two-dimensional pattern or figure is read from an input device 2 and stored in a mapping data area 3. Data read from the input device 2 can be displayed on the color monitor 6. Then, when the brightness, position, and viewpoint position of one or more light sources are given to the processor 4, the processor 4 performs shading and mapping processing, and the Z buffer 5 performs processing that does not display invisible parts, and the color monitor 6 to be displayed.

第2図、第3図に形状格納バツフア1とマツピ
ングデータエリア3の構造図を示す。
FIGS. 2 and 3 show structural diagrams of the shape storage buffer 1 and the mapping data area 3.

1つ以上の曲面からなる3次元形状が形状格納
バツフア1に格納される。例えば、第4図に示す
ように、1つの曲面11は1つ以上の四角パツチ
12a,12b,…,12fからなり、形状格納
バツフア1には1つの曲面データ単位に格納され
る。1つの曲面データ単位のヘツドエリア21に
は、1つの曲面を構成する、 ●四角パツチの数 ●曲面単位に固有の名前 ●データの大きさ(形状格納バツフア1中、その
曲面を構成する四角パツチが占める大きさ) ●曲面の色(R、G、B単位) ●拡散反射係数 ●鏡面反射係数 ●曲面のU方向及びV及びの分割数(第4図参
照、図の例ではU方向3、V方向2に分割) を記憶する。
A three-dimensional shape consisting of one or more curved surfaces is stored in a shape storage buffer 1. For example, as shown in FIG. 4, one curved surface 11 consists of one or more square patches 12a, 12b, . . . , 12f, which are stored in the shape storage buffer 1 in one curved surface data unit. The head area 21 of one curved surface data unit contains information such as: ● the number of square patches that make up one curved surface ● the unique name of the curved surface unit ● the size of the data (in the shape storage buffer 1, the square patches that make up the curved surface are ● Color of the curved surface (in R, G, B units) ● Diffuse reflection coefficient ● Specular reflection coefficient ● Number of divisions of the curved surface in the U direction and V direction (see Figure 4; in the example shown, 3 in the U direction, 3 in the V direction) (divided into direction 2).

四角パツチエリア22は、第2図の四角パツチ
12a,12b,…,12f等にそれぞれ対応す
る固有の ●四角パツチ番号 ●各頂点へのポインタ1、2、3、4 を記憶している。
The square patch area 22 stores unique square patch numbers and pointers 1, 2, 3, and 4 to each vertex, which correspond to the square patches 12a, 12b, . . . , 12f, etc. in FIG.

四角パツチの頂点情報エリア23は、 ●頂点座標X、Y、Zの値 ●U、V座標系でのU、Vの値(0.0≦U≦1.0、
0.0≦V≦1.0) ●頂点の法線ベクトル(頂点を共有する四角パツ
チの法線ベクトルの平均値より求める) を記憶する。
The vertex information area 23 of the square patch contains: - Values of vertex coordinates X, Y, Z - Values of U, V in the U, V coordinate system (0.0≦U≦1.0,
0.0≦V≦1.0) ●Memorize the normal vector of the vertex (calculated from the average value of the normal vectors of the square patches that share the vertex).

先頭のエリア24は、1つの多面体形状に対し
て、共通に散光による面の輝度値を記憶するエリ
アである。
The first area 24 is an area that commonly stores the brightness value of the surface due to diffused light for one polyhedron shape.

マツピングデータエリア3は、入力装置2から
読み込んだ2次元データ(テクスチヤマツピング
データ)25を、U、V座標でピクセル単位に記
憶する。このマツピングデータ25のU=a、V
=bのピクセルデータを、前述の曲面のU=a、
V=bである1点に対応させ、これをすべてのマ
ツピングデータについて行なえば、マツピング処
理が実現し、2次元の模様が3次元形状の表面に
貼りつくこととなる。
The mapping data area 3 stores two-dimensional data (texture mapping data) 25 read from the input device 2 in units of pixels in U and V coordinates. U=a, V of this mapping data 25
=b pixel data of the above-mentioned curved surface U=a,
If this is made to correspond to one point where V=b and this is done for all mapping data, the mapping process will be realized and the two-dimensional pattern will be attached to the surface of the three-dimensional shape.

第5図のフローチヤートを参照して本装置の動
作を詳しく説明する。
The operation of this apparatus will be described in detail with reference to the flowchart shown in FIG.

まず、ステツプS1で、3次元形状を構成する四
角パツチを入力し、形状格納バツフア1に保存す
る。次に、ステツプS2において、光源の輝度値、
位置及び視点の位置を入力する。ステツプS3は、
マツピングスイツチ等による操作指示に従つて、
マツピング処理を行なうか否かを判断するステツ
プであり、マツピング処理をしない場合はステツ
プS5に飛ぶ。マツピング処理するときはステツプ
S4に進み、入力装置2より2次元テクスチヤデー
タを読み込み、マツピングデータエリア3に格納
する。
First, in step S1 , square patches constituting a three-dimensional shape are input and stored in the shape storage buffer 1. Next, in step S2 , the luminance value of the light source,
Enter the position and viewpoint position. Step S 3 is
Follow the operating instructions from the mapping switch, etc.
This is a step to determine whether or not to perform mapping processing. If mapping processing is not to be performed, the process jumps to step S5 . Steps when mapping
Proceeding to S4 , two-dimensional texture data is read from the input device 2 and stored in the mapping data area 3.

ステツプS5では、四角パツチの各頂点座標より
四角パツチにおける面の法線ベクトルを求め、頂
点の法線ベクトルを、その頂点を共有する四角パ
ツチの面法線ベクトルの平均により求める。頂点
の法線ベクトルは、前述のように形状格納バツフ
ア1の頂点情報エリア23部(第2図参照)に格
納される。そして、ステツプS6において、四角パ
ツチ内の任意の1点における法線ベクトルを、各
頂点の法線ベクトルの線形補間により求める。
In step S5 , the normal vector of the surface of the square patch is determined from the coordinates of each vertex of the square patch, and the normal vector of the vertex is determined by the average of the surface normal vectors of the square patches that share the vertex. The normal vector of the vertex is stored in the vertex information area 23 (see FIG. 2) of the shape storage buffer 1 as described above. Then, in step S6 , the normal vector at any one point within the square patch is determined by linear interpolation of the normal vectors at each vertex.

シエーデイングは、基本的にはPhongの手法を
利用する。これは曲面上の1点の輝度Iを、 I=Ia+Kd・j=nj=1 (N→・L→j) +Ks・j=nj=1 (N→・L→j′)n …(1) で表わすものである。ここで、 mは光源の個数、 Kdは拡散反射係数、 Ksは鏡面反射係数、 Iaは散光による輝度、 N→は面の単位法線ベクトル、 L→は光源方向の単位法線ベクトル、 L→′は視線方向のペクトと光源の単位ベクトル
の2等分方向の単位ベクトル である。ステツプS7では、四角パツチの任意の一
点の輝度を、上記の(1)式を用いて求める。
Shading basically uses Phong's method. This is the brightness I of one point on the curved surface, I=Ia+Kd・j=nj=1 (N→・L→j) +Ks・j=nj=1 (N→・L→j′) n ...(1). Here, m is the number of light sources, Kd is the diffuse reflection coefficient, Ks is the specular reflection coefficient, Ia is the brightness due to diffused light, N→ is the unit normal vector of the surface, L→ is the unit normal vector in the direction of the light source, L→ ' is a unit vector in the direction bisecting the pect in the line-of-sight direction and the unit vector of the light source. In step S7 , the brightness of any one point on the square patch is determined using the above equation (1).

この時、マツピングデータがあれば、その点の
面のU、V座標に対応したマツピングデータの
U、V座標を持つたピクセルの色を加えて、R、
G、B単位に(1)式を計算する。これで、2次元の
模様等が3次元形状の表面に貼りつけられる。
At this time, if there is mapping data, add the color of the pixel that has the U, V coordinates of the mapping data that corresponds to the U, V coordinates of the surface of that point, R,
Calculate equation (1) for G and B units. In this way, the two-dimensional pattern or the like is pasted onto the surface of the three-dimensional shape.

ステツプS8では、この計算データをZバツフア
5に送り、陰面処理を実行する。
In step S8 , this calculated data is sent to the Z buffer 5 to perform hidden surface processing.

陰面処理はスクリーン座標で行なわれ、デイス
プレイの各ピクセルの座標に対応したZの情報を
保持している。そして、新しいオブジエクトを3
次元形状の1点の座標にスクリーン座標に変換し
て得られたピクセルのZ座標は、古いピクセルの
Z座標と比較して、手前にあるときはピクセルの
情報を新しいものに置き換える。第6図は陰面処
理の説明図であるが、図のように初めZ2があり、
新しく変換して得られたものがZ1であるとき、Z1
がZ2と比較され、視線方向に対して手前にあるZ1
が新しいピクセルとして保持される。
Hidden surface processing is performed using screen coordinates, and Z information corresponding to the coordinates of each pixel on the display is held. And add 3 new objects
The Z coordinate of a pixel obtained by converting the coordinates of one point in the dimensional shape into screen coordinates is compared with the Z coordinate of the old pixel, and if it is in the foreground, the information of the pixel is replaced with the new one. Figure 6 is an explanatory diagram of hidden surface processing. As shown in the figure, there is Z 2 at the beginning,
When the new conversion result is Z 1 , Z 1
is compared with Z 2 , and Z 1 which is in front in the viewing direction
is retained as a new pixel.

ステツプS9はすべての表面について処理したか
どうか判断し、まだであるときはステツプS6に戻
す。すなわち、1点1点についてステツプS6
S7、S8の動作を繰返し、四角パツチで構成された
3次元形状のすべてについて行なう。
Step S9 determines whether all surfaces have been processed, and if not, returns to step S6 . That is, step S 6 for each point,
The operations S 7 and S 8 are repeated for all three-dimensional shapes made up of square patches.

すべての点について終了すれば、ステツプS9
らS10に進み、カラーモニタ6において、陰面処
理を行なつた形状を、平行透視あるいは一点透視
で表示する。
When all points have been processed, the process proceeds from step S9 to step S10 , and the shape subjected to hidden surface processing is displayed on the color monitor 6 in parallel perspective or single point perspective.

<発明の効果> 以上説明したように本発明によれば、グラフイ
ツクデイスプレイに形状格納バツフアと入力装置
とマツピングデータエリアとプロセツサとを設け
たので、ホストコンピユータから送るデータは、
シエーデイング、マツピング処理をしたスクリー
ン座標のピクセル単位で送るのではなく、四角パ
ツチの情報を送ればよいので、インターフエース
を介するデータ量が少なくてすみ、グラフイツク
デイスプレイ側のハードウエアでシエーデイング
及びマツピングがなされるので、ホストコンピユ
ータの負荷が少なく、表示速度が非常に速いとい
う利点を有する。処理結果の表示が速いというこ
とは、対話性を重視するCAD分野では重要な要
素である。また、模様等のテスクチヤデータの入
力のために、TVカメラ、スキヤナ等の入力装置
をグラフイツクデイスプレイが有しており、リア
ルタイムに読み込むことができ、同時にモニタ上
に表示できるという利点もある。
<Effects of the Invention> As explained above, according to the present invention, the graphic display is provided with the shape storage buffer, the input device, the mapping data area, and the processor, so that the data sent from the host computer is
Instead of sending screen coordinates pixel by pixel after shaded and mapped processing, it is sufficient to send information in square patches, which reduces the amount of data sent through the interface, and allows shaded and mapped information to be processed by the hardware on the graphics display side. This has the advantage that the load on the host computer is small and the display speed is very fast. The ability to display processing results quickly is an important element in the CAD field, which emphasizes interactivity. Furthermore, the graphic display has an input device such as a TV camera or scanner for inputting texture data such as patterns, and has the advantage that it can be read in real time and displayed on the monitor at the same time.

また本発明は、製品・パツケージの外装デザイ
ン、布地等のアパレルデザインのCAD分野、リ
アルタイムのアニメーシヨン分野等、用途は広く
有用な画像処理装置が提供できる。
Further, the present invention can provide an image processing device that is useful in a wide range of applications, such as the exterior design of products and packages, the CAD field of apparel design such as fabrics, and the field of real-time animation.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の一実施例における装置構成例
を示すブロツク図、第2図は第1図形状格納バツ
フアの構造図、第3図は同マツピングデータエリ
アの構造図、第4図は1つの曲面における四角パ
ツチの説明図、第5図は動作を説明するフローチ
ヤート、第6図は陰面処理の説明図である。 1…形状格納バツフア、2…入力装置、3…マ
ツピングデータエリア、4…プロセツサ、5…Z
バツフア、6…カラーモニタ、21…ヘツドエリ
ア、22…四角パツチエリア、23…頂点情報エ
リア、24…輝度エリア、25…テクスチヤマツ
ピングデータ。
FIG. 1 is a block diagram showing an example of the device configuration in an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a structural diagram of the shape storage buffer shown in FIG. 1, FIG. 3 is a structural diagram of the mapping data area, and FIG. FIG. 5 is a flowchart explaining the operation, and FIG. 6 is an illustration of hidden surface processing. 1...Shape storage buffer, 2...Input device, 3...Mapping data area, 4...Processor, 5...Z
Buffer, 6...Color monitor, 21...Head area, 22...Square patch area, 23...Vertex information area, 24...Brightness area, 25...Texture mapping data.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 ホストコンピユータとグラフイツクデイスプ
レイとを有する画像処理装置であつて、 前記ホストコンピユータから送られてくるシエ
ーデイングするべき多面体を分割して得られる形
状情報を格納するための形状格納バツフアと、 模様や図形を読み込むための入力装置と、 前記入力装置によつて入力された模様や図形の
テクスチヤデータを格納するためのマツピングデ
ータエリアと、 前記ホストコンピユータから送られてくる光源
の数、位置、輝度及び視点の位置に関する情報並
びに前記マツピングデータエリアに格納されてい
る前記テクスチヤデータ並びに前記形状格納バツ
フアに格納されている前記形状情報に基づいて前
記多面体表面上の任意の一点の輝度を計算するた
めのプロセツサと を前記グラフイツクデイスプレイに備えることを
特徴とする画像処理装置。
[Scope of Claims] 1. An image processing device having a host computer and a graphic display, comprising a shape storage for storing shape information obtained by dividing a polyhedron to be shaded sent from the host computer. a buffer, an input device for reading patterns and figures, a mapping data area for storing texture data of the patterns and figures input by the input device, and a light source sent from the host computer. information regarding the number, position, brightness, and position of the viewpoint, the texture data stored in the mapping data area, and the shape information stored in the shape storage buffer. An image processing apparatus characterized in that the graphic display includes a processor for calculating the brightness of one point.
JP21215584A 1984-10-09 1984-10-09 Image processing device Granted JPS6190275A (en)

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JP21215584A JPS6190275A (en) 1984-10-09 1984-10-09 Image processing device

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JPS6190275A JPS6190275A (en) 1986-05-08
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