专利名称：向顶点数据加算偏移值后绘制多边形的三维图象绘制装置及其方法
技术领域：
本发明涉及绘制三维图象的技术，特别是，不必重复进行几何运算处理等复杂处理就能够得到移动等绘制效果的三维图象绘制装置及其方法。
近年来，在个人计算机和家庭用游戏机中，为了进行现场感较细致的图像输出，快速进行三维图像处理的三维图象绘制装置的开发盛行起来。对于已有的三维图象绘制装置而言，在向表现画面上的物体的绘制的图元中附加移动的情况下，有必要根据几何运算处理或坐标运算处理来对每一帧求出伴随移动而变化的图元的坐标。
为了快速算出上述的图元的坐标，有必要在三维图象绘制装置内设置昂贵但具有高的几何运算处理功能的几何运算装置。因此，增加了三维图象绘制装置的成本。
另外，在三维图象绘制装置内不设置昂贵的几何运算装置时，在外部存储器中存储事先进行过几何运算处理的多边形的顶点数据(顶点坐标数据、颜色数据、透过率数据、纹理映射坐标数据)，根据对各帧绘制该顶点数据，也可能向图元中附加移动。但是，因为伴随移动的图元的数据量庞大，所以具有庞大的存储容量的外部存储器变得有必要。
本发明的目的在于提供一种三维图象绘制装置及其方法，即使是处理性能比较低的几何运算装置，也能快速地进行伴随移动而变化的图元的绘制。
本发明的另一目的是提供一种三维图象绘制装置及其方法，即使是不使用几何运算装置的情况下也不必有具有庞大的存储容量的外部存储器，而能快速地进行伴随移动而变化的图元的绘制。
根据本发明的一种情况的三维图象绘制装置包括生成多边形顶点数据的几何运算装置、存储相对于由几何运算装置生成的多边形顶点数据的偏移值的偏移寄存器、在从几何运算装置输出的多边形顶点数据中运算存储在偏移寄存器中的偏移值的偏移运算电路、和基于由偏移运算电路运算后的顶点数据来绘制多边形的绘制装置。
因为偏移运算电路在从几何运算装置输出的多边形顶点数据中运算存储在偏移寄存器中的偏移值，所以能够根据依次更新存储在偏移寄存器中的偏移值来表现图元的移动等。因此，即使是处理性能比较低的几何运算装置，也可能快速进行伴随移动变化的图元的绘制。
根据本发明的另一种情况的三维图象绘制装置包括读取事先进行几何运算处理的多边形顶点数据的读取装置、存储相对于由读取装置读取的多边形顶点数据的偏移值的偏移寄存器、利用存储在偏移寄存器中的偏移值对由读取装置读取的多边形顶点数据进行运算的偏移运算电路和基于由偏移运算电路运算后的顶点数据来绘制多边形的绘制装置。
因为偏移运算电路利用存储在偏移寄存器中的偏移值在事先进行几何运算处理的多边形顶点数据中运算，所以能够根据依次更新存储在偏移寄存器中的偏移值来表现图元的移动等。另外，因为使用了事先进行了几何运算处理的多边形顶点数据，所以不需要有对于已有的三维图象绘制装置所必需的几何运算装置。
根据本发明的另一种情况的三维图象绘制方法包括读取事先进行几何运算处理的多边形顶点数据的步骤、在读取的多边形顶点数据中运算的步骤和基于用运算偏移值后的顶点数据来绘制多边形的步骤。
因为在事先进行几何运算处理的多边形顶点数据进行了运算，所以能够根据依次更新的偏移值来表现图元的移动等。另外，因为使用了事先进行几何运算处理后的多边形顶点数据，所以不需要有对于已有的三维图象绘制装置所必需的几何运算装置。
图1是表示根据本发明的实施例1-4的三维图象绘制装置的概略结构的框图；图2A-2D是用来说明根据本发明的实施例1和5的三维图象绘制装置的图元的加工的图；图3A和3B是用来说明根据本发明的实施例2和6的三维图象绘制装置的图元的加工的图；图4A和4B是用来说明根据本发明的实施例3和7的三维图象绘制装置的图元的加工的图；图5A-5C是用来说明根据本发明的实施例4和8的三维图象绘制装置的图元的加工的图；图6是表示根据本发明的实施例5-8的三维图象绘制装置的概略构成的框图。
图中未示的微处理器执行程序，如果在程序中记述了三维绘制数据1(多边形定义)，则向几何运算装置2输出该三维绘制数据1。几何运算装置2对三维绘制数据1进行几何运算，输出在一个视区构成坐标变换图元的各多边形顶点数据，例如顶点坐标数据。在输入由几何运算装置2生成的顶点坐标数据(X、Y、Z)后，偏移运算电路4向顶点坐标数据中加算存储在偏移寄存器3中的偏移值后输出。
绘制装置5基于加算了从偏移运算电路4输出的偏移值后的顶点坐标数据，生成构成图元的各多边形的像素数据后写入像素存储器6。在绘制装置5写入1帧的像素数据时，显示装置7通过从像素存储器6中读出像素数据后顺序显示能够模拟地显示图元的移动。
几何运算装置2包括在建模坐标系中定义应绘制的三维形状、为了在空间配置在建模坐标系中定义的该三维形状而将其变换到通用坐标系、还决定对于三维形状的视点的位置和视轴方向等投影条件、变换为在视野领域中的三维形状用的建模变换/视野变换单元21、计算由建模变换/视野变换单元21进行建模变换/视野变换器后的三维形状的照明的亮度的照明计算单元22和透视变换成为对象的三维形状、将视野领域变换为视点的透视变换/视点变换单元23。
另外，绘制装置5包括计算多边形的顶点坐标的差分后输出多边形的顶点间的倾斜度的多边形设置单元51、参照从多边形设置单元51输出的多边形顶点间的倾斜角生成多边形顶点间的边缘的边缘生成单元52、基于由边缘生成单元52生成的多边形的边缘、将各多边形变换成像素单位的扫描线变换单元53、生成各多边形内的像素数据的像素生成单元54、消除未进入显示范围内的像素的删除测试单元55、判定各像素是否为绘制对象的模板测试单元56、比较多边形的Z值后判定是否应是绘制在显示画面上的多边形的Z比较单元57和参照表示透明度的α值合成前后的多边形颜色数据的α合成单元58。
图2A-2D是用来说明根据本发明的实施例的三维图象绘制装置的图元的加工的图。图2A是表示的由三个顶点坐标10-12绘制出的构成加工前的基本数据的多边形9。例如，图2A所示的多边形9的顶点坐标数据内，相对于X坐标加算偏移值，如图2B所示，各个顶点坐标10-12向新的顶点坐标10A-12A移动，将多边形9绘制为沿X轴平行移动后的多边形9A。
另外，图2A所示的多边形9的顶点坐标数据内，相对于Y坐标加算偏移值，图2C所示的各个顶点坐标10-12向新的顶点坐标10B-12B移动，将多边形9绘制为沿Y轴平行移动后的多边形9B。另外，图2A所示的多边形9的顶点坐标数据内相对于Z坐标加算偏移值，图2D所示的各个顶点坐标10-12向新的顶点坐标10C-12C移动，将多边形9绘制为沿Z轴平行移动后的多边形9C。
据此，通过依次更新存储在偏移寄存器3中的偏移值，在相对于移动的某个图元挪动顶点坐标数据后能够表现出图元的移动。
由上述说明可知，对于根据本实施例的三维图象绘制装置，因为能够通过相对于构成由几何运算装置2算出的图元的多边形顶点坐标加算偏移值后向绘制装置5输出来模拟地描绘图元的移动，所以不必要象已有的三维图象绘制装置那样对移动的某个图元进行反复的几何运算处理，并可能进行快速的绘制处理，并且可能提高三维图象绘制装置的整体处理速度。
另外，因为提高三维图象绘制装置的整体处理速度，所以进行快速几何运算处理的几何运算装置变得不必要了，因此可能使用运算处理能力比较低的廉价的几何运算装置。
图3A和3B是用来说明根据本实施例的三维图象绘制装置的图元的加工的图。图3A表示的是由三个顶点的颜色数据14-16绘制的构成加工前的图元的多边形13。例如，偏移运算电路4a向图3A所示的多边形13的顶点颜色数据14-16加算存储在偏移寄存器3a中的偏移值，如图3B所示，各个顶点颜色数据14-16变更为新的颜色数据14A-16A。因此，绘制装置5能够以不同于多边形13A内的层次涂满。
据此，由于依次更新存储在偏移寄存器3a中的偏移值，因此能够全部变浓或变淡图元的色调，或能够容易得到变白和变黑的绘制效果。另外，由于仅在R、G、B的任一个中加算了偏移值，所以即使是相同的图元，也能够以与原来的颜色完全不同的颜色来绘制。
从上述说明可知，根据本实施例的三维图象绘制装置，对于构成由几何运算处理装置2算出的图元的多边形顶点的颜色数据而言，因为通过加算偏移值后向绘制装置5输出来表现颜色的变化，所以没必要象已有的三维图象绘制装置那样对于图元进行反复的几何运算处理，因此能够进行快速的绘制处理，并因此能够提高三维图象绘制装置整体的处理速度。
另外，因为提高了三维图象绘制装置的整体处理速度，所以快速进行几何运算处理的几何运算装置变得没必要了，并且可能使用廉价的几何运算装置。
图4A和4B是用来说明根据本实施例的三维图象绘制装置的图元的加工的图。图4A是表示由三个顶点透过率数据18-20绘制的构成加工前图元的多边形17。另外，在多边形17的后方，绘制不同的图元21。例如，偏移运算电路4b在向图4A所示的多边形17的顶点透过率数据18-20中加算存储在偏移寄存器3b中的偏移值后，如图4B所示，各个顶点的透过率数据18-20变更为新的透过率数据库18A-20A。因此，绘制装置5以不同于多边形17A中的透过率绘制，能够透过而看见位于后方的图元21。
据此，由于依次更新了存储在偏移寄存器3b中的偏移值，所以能够变化图元的透过率，变化作为不透明的图元的透过率而能够透过看见位于后方的图元。
从上述说明可知，根据本实施例的三维图象绘制装置，对于构成由几何运算处理装置2算出的图元的多边形的顶点透过率数据而言，因为对于加算偏移值后向绘制装置5输出来表现出透过率的变化，因此象已有的三维图象绘制装置那样对图元进行反复几何运算处理变得不必要了，因此能够进行快速绘制处理，并因此能够提高三维图象绘制装置的整体处理速度。
另外，因为提高了三维图象的绘制装置的整体处理速度，所以进行快速几何运算处理的几何运算装置变得不必要，因此能够使用廉价的几何运算装置。
图5A-5C是用来说明根据本实施例的三维图象绘制装置的图元的加工的图。图5A是表示由三个纹理映射坐标数据23-25绘制的构成加工前图元的多边形22。例如，图5A所示的多边形22的纹理映射坐标数据中向表示X方向的U值中加算偏移值时，图5B所示的各个纹理映射坐标23-25向新的纹理映射坐标23A-25A移动，多边形22的纹理沿X方向平行移动后绘制出多边形22A的纹理。
另外，图5A所示的多边形22的纹理映射坐标数据中向表示Y方向的V值中加算偏移值时，图5C所示的各个纹理映射坐标23-25向新的纹理映射坐标23B-25B移动，多边形22的纹理沿Y方向平行移动后绘制出多边形22B的纹理。
据此，通过依次更新存储在偏移寄存器3c中的偏移值，因此能够表现出在挪动了相对于移动的图元纹理的纹理映射坐标数据之后的纹理的移动。
从上述可知，根据本实施例的三维图象绘制装置，对于构成由几何运算装置2算出的图元的多边形的纹理映射坐标数据而言，因为能够根据加算偏移后向绘制装置5输出而模拟地绘制出图元的纹理移动，所以象已有的三维图象绘制装置那样对图元的纹理进行重复的几何运算处理就变得不必要了，并可能进行快速的绘制处理，从而有可能提高三维图象绘制装置的整体处理速度。
另外，因为提高了三维图象绘制装置的整体处理速度，所以快速进行几何运算处理的几何运算装置变得不必要了，并且可能使用运算处理能力比较低的廉价的几何运算装置。
图中未示的微处理器通过读取装置9在从外部存储媒体8读取构成事先进行几何运算处理后生成的图元的多边形顶点数据，例如读出顶点坐标数据后输出。当输入由微处理器输出的顶点坐标数据(X、Y、Z)时，偏移运算电路4向顶点坐标数据中加算存储在偏移寄存器3中的偏移值后输出。
绘制装置5基于加算了从偏移运算电路4输出的偏移值后的顶点坐标数据，生成构成图元的各多边形的像素数据后写入像素存储器6。在由绘制装置5写入1帧的像素数据时，显示装置7通过从像素存储器6中读出像素数据后顺序显示，能够模拟地显示图元的移动。
绘制装置5包括计算多边形的顶点坐标的差分后输出多边形的顶点间的倾斜度的多边形设置部51、参照从多边形设置部51输出的多边形顶点间的倾斜角生成多边形顶点间的边缘的边缘生成单元52、基于由边缘生成单元52生成的多边形的边缘将各多边形变换成像素单位的扫描线变换部53、生成各多边形内的像素数据的像素生成单元54、消除未进入显示范围内的像素的删除测试单元55、判定各像素是否为绘制对象的模板测试单元56、比较多边形的Z值后判定是否是应绘制在显示画面上的多边形的Z比较单元57和参照表示透明度的α值合成前后的多边形颜色数据的α合成单元58。
图2A-2D是用来说明根据本发明的实施例的三维图象绘制装置的图元的加工的图。图2A是表示的由三个顶点坐标10-12绘制出的构成加工前的基本数据的多边形9。例如，图2A所示的多边形9的顶点坐标数据内相对于X坐标加算偏移值，图2B所示的各个顶点坐标10-12向新的顶点坐标10A-12A移动，将多边形9绘制为沿X轴平行移动后的多边形9A。
另外，图2A所示的多边形9的顶点坐标数据内相对于Y坐标加算偏移值，图2C所示的各个顶点坐标10-12向新的顶点坐标10B-12B移动，将多边形9绘制为沿Y轴平行移动后的多边形9B。另外，图2A所示的多边形9的顶点坐标数据内相对于Z坐标加算偏移值，图2D所示的各个顶点坐标10-12向新的顶点坐标10C-12C移动，将多边形9绘制为沿Z轴平行移动后的多边形9C。
据此，由于依次更新了存储在偏移寄存器3中的偏移值，所以能够表现出相对于移动的某个图元挪动顶点坐标数据后的图元的移动。
由上述说明可知，对于根据本实施例的三维图象绘制装置，因为相对于构成由事先进行几何运算处理生成的图元的多边形顶点坐标能够绘制出加算偏移值后向绘制装置5输出的模拟图元的移动，所以对于已有的三维图象绘制装置所必需的几何运算装置变得不必要了，并可能进行快速的绘制处理，并且可能提高三维图象绘制装置的整体处理速度。
图3A和3B是用来说明根据本实施例的三维图象绘制装置的图元的加工的图。图3A表示的是由三个顶点的颜色数据14-16绘制的构成加工前的图元的多边形13。例如，偏移运算电路4a向图3A所示的多边形13的顶点颜色数据14-16加算存储在偏移寄存器3a中的偏移值，图3B所示的各个顶点颜色数据14-16变更为新的颜色数据14A-16A。因此，绘制装置5能够以不同于多边形13A内的层次涂满。
据此，由于依次更新存储在偏移寄存器3a中的偏移值，因此能够全部变浓或变淡图元的色调，或能够容易得到变白和变黑的绘制效果。另外，由于在R、G、B的任一个中加算了偏移值，所以即使是相同的图元，也能够以与原来的颜色完全不同的颜色来绘制。
从上述说明可知，根据本实施例的三维图象绘制装置，对于构成事先进行几何运算处理生成的图元的多边形顶点的颜色数据而言，因为通过加算偏移值后向绘制装置5输出来表现颜色的变化，所以对于已有的三维图象绘制装置所必需的几何运算装置变得不必要了，因此能够进行快速的绘制处理，并因此能够提高三维图象绘制装置整体的处理速度。
图4A和4B是用来说明根据本实施例的三维图象绘制装置的图元的加工的图。图4A是表示由三个顶点透过率数据18-20绘制的构成加工前图元的多边形17。另外，在多边形17的后方，绘制不同的图元21。例如，偏移运算电路4b在向图4A所示的多边形17的顶点透过率数据18-20中加算存储在偏移寄存器3b中的偏移值时，如图4B所示的各个顶点的透过率数据18-20变更为新的透过率数据库18A-20A。因此，绘制装置以不同于多边形17A中的透过率绘制，能够透过而看见位于后方的图元21。
据此，通过依次更新了存储在偏移寄存器3b中的偏移值，能够变化图元的透过率，变化作为不透明的图元的透过率而能够透过看见位于后方的图元。
从上述说明可知，根据本实施例的三维图象绘制装置，对于构成事先进行几何运算处理生成的图元的多边形的顶点透过率数据而言，因为通过加算后向绘制装置5输出偏移值来表现透过率的变化，因此对已有的三维图象绘制装置所必需的几何运算装置变得不必要了，因此能够进行快速绘制处理，并因此能够提高三维图象绘制装置的整体处理速度。
除了偏移运算电路运算的对象为纹理映射坐标数据(U、V)之外，根据本发明的实施例8的三维图象绘制装置与根据图6所示的实施例5的三维图象绘制装置的概略构成相同。因此，不重复重复的构成和功能的详细说明。并且，用3c和4c作为根据本实施例的偏移寄存器和偏移运算电路的参照符号来进行说明。
图5A-5C是用来说明根据本实施例的三维图象绘制装置的图元的加工的图。图5A是表示由三个纹理映射坐标数据23-25绘制的构成加工前图元的多边形22。例如，图5A所示的多边形22的纹理映射坐标数据中向表示X方向的U值中加算偏移值时，图5B所示的各个纹理映射坐标23-25向新的纹理映射坐标23A-25A移动，多边形22的纹理沿X方向平行移动后绘制出多边形22A的纹理。
另外，图5A所示的多边形22的纹理映射坐标数据中向表示Y方向的V值中加算偏移值时，图5C所示的各个纹理映射坐标23-25向新的纹理映射坐标23B-25B移动，多边形22的纹理沿Y方向平行移动后绘制出多边形22B的纹理。
据此，通过依次更新存储在偏移寄存器3c中的偏移值，能够表现出在仅相对于移动的图元纹理挪动了纹理映射坐标数据之后的纹理的移动。
从上述可知，根据本实施例的三维图象绘制装置，对于构成事先进行几何运算处理生成的图元的多边形的纹理映射坐标数据而言，因为能够根据加算偏移值后向绘制装置5输出而模拟地绘制出图元的纹理移动，所以对已有的三维图象绘制装置所必需的几何运算处理装置就变得不必要了，并可能进行快速的绘制处理，从而有可能提高三维图象绘制装置的整体处理速度。
并不认为这里公开的实施例限制为示例中的所有方面。本发明的范围不是由上述说明表示，而是由权利要求的范围表示，期望包括与权利要求的范围相当的含义及范围内的所有变更。
权利要求
1.一种三维图象绘制装置，包括生成多边形的顶点数据的几何运算装置，存储对于由上述几何运算装置生成的多边形顶点数据的偏移值的偏移寄存器，用存储在上述偏移寄存器中的偏移值对由上述几何运算装置输出的多边形顶点数据运算的偏移运算电路，和基于由上述偏移运算电路运算后的顶点数据来绘制上述多边形的绘制装置。
2.如权利要求1所述的三维图象绘制装置，其特征在于上述顶点数据包括顶点坐标数据。
3.如权利要求1所述的三维图象绘制装置，其特征在于上述顶点数据包括颜色数据。
4.如权利要求1所述的三维图象绘制装置，其特征在于上述顶点数据包括透过率数据。
5.如权利要求1所述的三维图象绘制装置，其特征在于上述顶点数据包括纹理映射坐标数据。
6.一种三维图象绘制装置，包括读取事先进行几何运算处理的多边形的顶点数据的读取装置，存储对于由上述读取装置读取的多边形顶点数据的偏移值的偏移寄存器，用存储在上述偏移寄存器中的偏移值对由上述读取装置读取的多边形顶点数据中运算的偏移运算电路，和基于由上述偏移运算电路运算后的顶点数据来绘制上述多边形的绘制装置。
7.如权利要求6所述的三维图象绘制装置，其特征在于上述顶点数据包括顶点坐标数据。
8.如权利要求6所述的三维图象绘制装置，其特征在于上述顶点数据包括颜色数据。
9.如权利要求6所述的三维图象绘制装置，其特征在于上述顶点数据包括透过率数据。
10.如权利要求6所述的三维图象绘制装置，其特征在于上述顶点数据包括纹理映射坐标数据。
11.一种三维图象绘制方法，包括读取事先进行几何运算处理的多边形顶点数据的步骤，用偏移值来对上述读取的多边形顶点数据进行运算的步骤，和基于上述运算偏移值后的顶点数据来绘制上述多边形的步骤。
12.如权利要求11所述的三维图象绘制方法，其特征在于上述顶点数据包括顶点坐标数据。
13.如权利要求11所述的三维图象绘制方法，其特征在于上述顶点数据包括颜色数据。
14.如权利要求11所述的三维图象绘制方法，其特征在于上述顶点数据包括透过率数据。
15.如权利要求11所述的三维图象绘制方法，其特征在于上述顶点数据包括纹理映射坐标数据。
全文摘要
一种三维图象绘制装置,包括生成多边形的顶点数据的几何运算装置(2),存储对于由几何运算装置(2)生成的多边形顶点数据的偏移值的偏移寄存器(3),用存储在偏移寄存器(3)中的偏移值来对由几何运算装置(2)输出的多边形顶点数据加算的偏移运算电路(4),和基于由偏移运算电路(4)运算的下一顶点数据来绘制多边形的绘制装置(5)。因此,即使是处理性能比较低的几何运算装置,也能快速地进行伴随移动而变化的图元的绘制。
文档编号G06T19/00GK1321956SQ0112070
公开日2001年11月14日 申请日期2001年3月26日 优先权日2000年3月31日
发明者森胁升平, 畔川善郁, 千叶修 申请人:三菱电机株式会社