WO2006080115A1 - 描画方法、画像生成装置、および電子情報機器 - Google Patents

Abstract

　図８において、描画対象線６６について与えられた２つの頂点座標から、エッジ関数を算出する。次にエッジ関数の傾き判定を行い、描画対象線６６が描画平面座標系のｘ軸となす鋭角が４５゜以下の場合は、１ピクセル分の幅をｄとして、描画対象線６６をｙ軸方向に０．５ｄおよび－０．５ｄ平行移動させた２本のシフト線６８の関数を算出する。描画対象線６６と描画平面座標系のｙ軸とがなす鋭角が４５゜より大きい場合は、描画対象線６６をｘ軸方向に０．５ｄおよび－０．５ｄ平行移動させた２本のシフト線の関数を算出する。次に２本のシフト線６８の始点および終点の４点を頂点とする平行四辺形ａｂｃｄに含まれるサブピクセルの数を取得し、それに基づき各ピクセルのピクセル値を設定する。

Description

明 細 書

描画方法、画像生成装置、および電子情報機器

技術分野

[0001] 本発明はピクセル単位の描画データを生成する描画方法、画像生成装置、および 電子情報機器に関する。

背景技術

[0002] 近年のコンピュータゲームやディジタル放送などの分野に利用されるコンピュータグ ラフィックス技術や画像処理技術の著 、進歩に伴！ヽ、 3次元画像などをより精緻に 画面表示することが可能となっている。 3次元空間におけるオブジェクトを表現するポ リゴンや、ユーザが入力した 2次元画像などは、ピクセル単位のディジタル画像情報 として表示装置などへ送出される。

[0003] 元来アナログ情報であった画像や、既知の頂点座標を結ぶ線分などを、ピクセル 単位で表現するには、求められる処理速度や描画精度、ハードウェアへの実装の容 易さなどに応じてその手法が選択される。

[0004] ピクセルは離散的配列であるため、描画したい図形をピクセル単位のデータへ変 換すると、当該図形を構成するピクセルの輪郭が画像上に発現し、ジャギーと呼ばれ るぎざぎざを有する形状で表示されたり、細い線が寸断したり、といった現象が発生 することがある。これらの現象は一般にエイリアシングと呼ばれ、それを軽減するため に解像度を上げて描画するなどのアンチエイリアシングの手法が考案されてきた (例 えば非特許文献 1参照)。

非特干文献 1： Hardware Acceleration for Spatial selections and Joins, Chengyu Sun et. al, UCSB Technical Report (2002—17).

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0005] し力し、アンチエイリアシングを行うことによってエイリアシングは軽減されるものの、 線の太さなど全体的な印象が元来描画したい形状と異なってしまう問題が生じる場 合があること、また解像度を上げるなどすることによりアンチエイリアシング処理自体 による計算負荷が増大し、高速描画に対する障壁となる場合があること、を本発明者 ίま 9§、識した。

[0006] 本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は所望の描画形状 を有しエイリアシングの目立たない描画情報を生成することのできる技術の提供にあ る。さらに別の目的は、計算負荷および処理速度の面で有利なアンチエイリアシング 技術の提供にある。

課題を解決するための手段

[0007] 本発明のある態様は描画方法に関する。この描画方法は、描画対象の線を中心と して、表示画面の水平方向および垂直方向のいずれかの方向にピクセルの大きさの 整数倍の幅をもたせた領域を当該描画対象の線の描画領域に定め、ピクセルの表 示領域が前記描画領域に含まれる割合に応じて、当該ピクセルのピクセル値を決定 することを特徴とする。

[0008] ここで「ピクセルの表示領域」とはディジタルィ匕した画像をピクセル単位で表す際に 、ピクセルが色や濃度などのピクセル値を表示することのできるます目のひとつひと つの領域のことであり、表示装置などの解像度によってその面積が変化する。

[0009] 本発明の別の態様もまた描画方法に関する。この描画方法は、描画対象の線を含 み、当該線を表示画面の水平方向および垂直方向のいずれかの方向に所定の幅だ けシフトさせた 2本の平行線を境界線として含み、前記 2本の平行線の端点を頂点と する領域を当該描画対象の線の描画領域に定め、ピクセルの表示領域が前記描画 領域に含まれる割合に応じて、当該ピクセルのピクセル値を決定することを特徴とす る。

[0010] 本発明の別の態様もまた描画方法に関する。この描画方法は、描画対象の線を含 み、当該線を表示画面の水平方向および垂直方向のいずれかの方向に所定の幅だ けシフトさせた 2本の平行線を境界線として含み、前記 2本の平行線の端点を頂点と する領域を当該描画対象の線の描画領域に定めるステップと、前記描画領域を含み 、前記描画領域の境界線の少なくとも一部を境界線に含む矩形の走査領域を設定 するステップと、ピクセルの表示領域を仮想的に所定数分割して得られたサブピクセ ル単位で前記走査領域内を走査し、前記描画領域に含まれるサブピクセルの数を 取得するステップと、各ピクセルに含まれるサブピクセルのうち、前記描画領域に含ま れるサブピクセルの数の割合に応じて当該ピクセルのピクセル値を設定するステップ と、を含むことを特徴とする。

[0011] 本発明のさらに別の態様は画像生成装置に関する。この画像生成装置は、描画す べき画像の情報を読み込む描画情報取得部と、前記画像の情報に基づき、各ピクセ ル値によってピクセル単位で表現した描画データを生成する描画データ生成部と、 前記描画データを記憶する描画データ記憶部と、を備え、前記描画データ生成部は 、前記画像の情報に含まれる描画対象の線をピクセル単位で表現する際、当該描画 対象の線を中心として、表示画面の水平方向および垂直方向のいずれかの方向に ピクセルの大きさの整数倍の幅をもたせた領域を当該描画対象の線の描画領域に 定め、ピクセルの表示領域が前記描画領域に含まれる割合に応じて、当該ピクセル のピクセル値を設定することを特徴とする。

[0012] 描画データ生成部におけるピクセル値の設定要因には、陰影やテクスチャなど一 般のレンダリング処理で付加される属性を適宜含めてよい。

[0013] 本発明のさらに別の態様もまた画像生成装置に関する。この画像生成装置は、描 画すべき画像の情報を読み込む描画情報取得部と、前記画像の情報に基づき、各 ピクセル値によってピクセル単位で表現した描画データを生成する描画データ生成 部と、前記描画データを記憶する描画データ記憶部と、を備え、前記描画データ生 成部は、前記画像の情報に含まれる描画対象の線をピクセル単位で表現する際、当 該描画対象の線を含み、当該線を表示画面の水平方向および垂直方向のいずれか の方向に所定の幅だけシフトさせた 2本の平行線を境界線として含み、前記 2本の平 行線の端点を頂点とする領域を当該描画対象の線の描画領域に定め、ピクセルの 表示領域が前記描画領域に含まれる割合に応じて、当該ピクセルのピクセル値を設 定することを特徴とする。

[0014] なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、コ ンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である

発明の効果 [0015] 本発明によれば、所望の形状を保持しながら、エイリアシングを軽減した線の描画 を実現できる。

図面の簡単な説明

[0016] [図 1]本実施の形態における画像生成装置の構成図である。

[図 2]本実施の形態における描画ブロックの構成図である。

[図 3]本実施の形態におけるラスタライザの構成図である。

[図 4]三角形描画時のピクセル情報の生成をピクセル単位で行う手法を説明する図 である。

[図 5]三角形描画時のピクセル情報の生成をサブピクセル単位で行う手法を説明す る図である。

[図 6]線の描画におけるダイヤモンドルールの手法を説明する図である。

[図 7]線の描画におけるダイヤモンドルールの手法をサブピクセル単位で行う場合を 説明する図である。

[図 8]本実施の形態において線の描画時にピクセル情報を生成する手法を説明する 図である。

[図 9]本実施の形態において線の描画時にピクセル情報を生成する手順を示す流れ 図である。

[図 10]本実施の形態におけるサブピクセル単位の走査手法を説明する図である。

[図 11]三角形描画時のピクセルまたはサブピクセルの内外判定手法を説明する図で ある。

[図 12]本実施の形態におけるサブピクセルの内外判定に関し、三角形描画時の手法 を応用する手法について説明する図である。

符号の説明

[0017] 10· ··ラスタライザ、 12· ··頂点データ読込部、 14· ··ビュー変換部、 16· ··セットァ ップ処理部、 18· ··ピクセル情報生成部、 19· ··ピクセル情報送出部、 20…描画 演算ユニット、 66· ··描画対象線、 68· ··シフト線、 100…描画ブロック、 120· ·· 入出力ブロック、 200…画像生成装置。

発明を実施するための最良の形態 [0018] 図 1は、本実施の形態に係る画像生成装置 200の構成図である。画像生成装置 20 0は、描画ブロック 100と制御ブロック 110と入出力ブロック 120とがバス 150で接続さ れて構成され、入出力ブロック 120には記憶装置 130と表示装置 140が接続される。 入出力ブロック 120は、ネットワーク経由で他の装置と通信して、描画に必要なデー タを外部から取得する構成であってもよい。なお図 1などにおいて示される機能ブロッ クがハードウェアのみ、ソフトウェアのみ、またはそれらの糸且合せによっていろいろな 形で実現できることは当業者には理解されるところであり、いずれかに限定されるもの ではない。

[0019] 制御ブロック 110は、この画像生成装置 200全体を制御するブロックであり、画像生 成装置 200内部と、記憶装置 130、表示装置 140などの外部周辺装置との間のデー タ転送の同期管理、画像生成装置 200内部の各ユニットからの割り込みの処理、タイ マーの管理などを行う。

[0020] 入出力ブロック 120は、記憶装置 130に格納された 3次元モデル情報や各種パラメ ータを読み込み、描画ブロック 100に提供する。入出力ブロック 120は、ネットワーク 経由で外部装置力も描画に必要なデータを受信して、描画ブロック 100に提供しても よい。入出力ブロック 120は、描画ブロック 100が出力する描画データを表示装置 14 0に表示する。

[0021] 描画ブロック 100は、入出力ブロック 120から与えられる 3次元モデル情報をもとに 描画データを生成し、フレームバッファに書き込むレンダリング処理を行う。

[0022] 図 2は、描画ブロック 100の構成図である。ラスタライザ 10は、入出力ブロック 120 力も描画プリミティブの頂点データを受け取る。描画プリミティブは一般的には三角形 であり、ラスタライザ 10は、 3次元空間上の三角形を投影変換により描画平面上の三 角形に変換するビュー変換を行い、さらに、描画平面上の三角形を描画平面の水平 方向に沿って走査しながら、 1列毎に量子化されたピクセルに変換するラスター処理 を行う。ラスタライザ 10により、描画プリミティブがピクセル展開され、各ピクセルにつ いて、 RGBカラー値、 α値、 Ζ値を含むピクセル情報が算出される。

[0023] ラスタライザ 10は、走査線に沿って所定の大きさのピクセル領域 (以下、描画対象 領域という）を生成し、後段の描画演算ユニット 20に与える。描画演算ユニット 20に は、シエーダユニット 30と、テクスチャユニット 50とが含まれ、メモリ 40を利用しながら 処理が行われる。メモリ 40内には、フレームバッファとテクスチャバッファが設けられる 。なお、フレームバッファとテクスチャバッファは、単一のメモリ内に設けられてもよぐ 物理的に別個のメモリに設けられてもよ 、。

[0024] ラスタライザ 10から描画演算ユニット 20に供給された描画対象領域は、キューにス タックされ、シエーダユニット 30は、キューにスタックされた描画対象領域を順に処理 する。

[0025] シエーダユニット 30は、ラスタライザ 10により算出されたピクセル情報をもとに、シェ ーデイング処理を行い、テクスチャユニット 50により得られたテクセル情報をもとに、テ タスチヤマッピング後のピクセル色を定め、メモリ 40内のフレームバッファに描画デー タを書き込む。シエーダユニット 30は、さらに、フレームバッファに保持された描画デ ータに対して、フオギング、 αプレンデイング等の処理を行い、最終的な描画色を求 め、フレームバッファの描画データを更新する。フレームバッファに記憶された描画デ ータは、入出力ブロック 120により読み出され、表示装置 140に出力される。

[0026] テクスチャユニット 50は、シエーダユニット 30からテクスチャデータを指定するパラメ ータの入力を受け取り、テクスチャデータのアドレスを算出して、メモリ 40内のテクス チヤバッファに対して必要なテクスチャデータを要求する。テクスチャユニット 50は、 テクスチャノ ッファ力ら読み出されたテクスチャデータをキャッシュし、ノ ィリニア補間 、トライリニア補間などのフィルタ処理を施して、シエーダユニット 30に出力する。

[0027] 図 3はラスタライザ 10の構成図である。ラスタライザ 10は、入出力ブロック 120から 描画プリミティブの頂点データを受け取る頂点データ読込部 12と、描画プリミティブ の頂点データをビュー変換によって描画平面座標系の頂点データへ変換するビュー 変換部 14と、描画平面上の頂点座標を結ぶ線分を表す関数 (以後、エッジ関数と呼 ぶ）を算出したり、後段にて行われる DDA処理で用いられる走査領域を設定したり するセットアップ処理部 16と、エッジ関数を取得した三角形などの描画形状を、描画 平面の水平方向に走査し、 1列ごとに DDA(Digital Differential Analyzer)処理などを 施すことにより、描画形状の辺および内部に含まれるピクセルごとに、 RGBカラー値 、 α値、 Ζ値を含むピクセル情報を取得するピクセル情報生成部 18と、ピクセル情報 生成部 18にて取得したピクセル情報を含む描画対象領域を描画演算ユニット 20へ 供給するピクセル情報送出部 19を含む。

[0028] 次に、ラスタライザ 10のピクセル情報生成部 18における動作を説明する。まず本実 施の形態を説明するために、全般的な動作について説明する。図 4および図 5は描 画平面座標系の頂点データおよびエッジ関数が得られている三角形について、ピク セル情報生成部 18において行われる処理について説明する図であり、図 4はピクセ ル単位での処理、図 5は各ピクセルを仮想的に分割したサブピクセル単位での処理 を示している。これらの図において 1ピクセルの表示領域は実線のます目で、 1サブ ピクセルの領域は破線のます目で示されて 、る。

[0029] 図 4に示すピクセル単位の処理では、例えば上から 1行目、 2行目と、水平の走査 方向 60に順次走査を行 、、各ピクセルが三角形 62の内部に存在するか否かの内外 判定を行う。図 4においては三角形 62の内部にあると判定されたピクセルを黒丸、外 部にあると判定されたピクセルを白丸で表している。以後、図 5から図 7、および図 8も 同様の表示を行う。内外判定の後、三角形 62の内部に存在するピクセルについて、 三角形 62の辺を端点とする線型補間を行ごとに行うことにより、各ピクセルの RGB力 ラー値、 Z値を算出する。図 4のようなピクセル単位の処理では、全ての処理が離散 的なピクセル単位で行われるため、三角形 62の内部に存在するピクセルと外部に存 在するピクセルとの差が顕著になり、ジャギーなどのエイリアスが目立ちやすい。

[0030] 図 5は各ピクセルを仮想的に縦方向、横方向に 4分割し、 1ピクセルを 16サブピクセ ルとした場合について示している。このときはサブピクセル単位の行ごとに、走査方向 60に順次走査を行い、三角形 62に対するサブピクセルの内外判定を行う。そして、 各ピクセルに含まれる 16個のサブピクセルのうち、三角形 62の内部に存在するサブ ピクセルの数を集計し、ピクセルごとにその数の割合を α値として算出する。例えば あるピクセルを構成するサブピクセルのうち 3個のサブピクセルが三角形 62の内部に 存在すれば、そのピクセルの α値は 3Z16である。

[0031] この α値は後段のシエーダユニット 30における αブレンディング処理において用い られる。例えば三角形 62の内外にまたがるピクセルの表示領域において、三角形 62 の内側の部分のピクセル値を Α、外側の部分のピクセル値を Βとしたとき、当該ピクセ ルのピクセル値を α Α+ (1— α ) Βなどとして、 2つのピクセル値 Α、 Βを（1— α )： α の比で内分して混合する。この混合 (プレンデイング)処理によって各ピクセルは、三 角形 62との位置関係によってそのピクセル値が調整されるため、サブピクセルを導 入しない図 4の場合と比較すると、三角形 62の外部にあるピクセルとの差が緩和され 、エイリアスが目立ちにくい。ラスタライザ 10では図 4および図 5に示した、ピクセル単 位での走査による情報、サブピクセル単位での走査による情報の双方を生成してお き、表示内容や装置の状況などに応じて αブレンディング処理を行うかどうかをシェ ーダユニット 30で決定することもできる。

[0032] 次に、描画平面座標系の頂点データおよびエッジ関数が得られている線分 (以下、 描画対象線と呼ぶ）について、ピクセル情報を生成する手法の例を、図 6を参照しな 力 説明する。図 6は描画対象線のピクセル情報生成に用いられる手法のひとつで あるダイヤモンドルール（Diamond-Exit Rule)を説明する図である。ダイヤモンドルー ルは各ピクセルの中心を中心点とし、ピクセルの辺の中点を頂点とするダイヤモンド 形状の四角形 (以下、単にダイヤモンド 64と呼ぶ）を仮想的に発生させ、描画対象線 66が各ダイヤモンド 64を横切るかどうかによつて、描画対象線 66を構成するピクセ ルの判定を行う処理である。同図が示すように、描画対象線 66を構成すると判定さ れたピクセルは離散的であるため、三角形の場合について図 4を用いて説明したのと 同様、当該ピクセルとそれ以外のピクセルとの差が顕著になり、ジャギーなどのェイリ ァスが目立ちやすくなる。

[0033] ここで上述の三角形の場合で導入したサブピクセル単位の走査機能を利用して、 描画線のエイリアスを軽減しょうとした場合を考える。図 7はダイヤモンドルールによる 線の描画にぉ 、て、サブピクセル単位の走査手法を導入したときの態様を説明した 図である。同図も、各ピクセルを縦方向、横方向に 4分割し、 1ピクセルを 16サブピク セルとした例を示して 、る。このサブピクセルごとに上述のダイヤモンドルールを適用 すると、描画対象線 66が横切るダイヤモンドを有するサブピクセル力 当該線を構成 すると判定され、それ以外のサブピクセルは当該線とは関係しないことになる。

[0034] ここで仮に、図 6にて示したピクセル単位のダイヤモンドルールの処理において、 1 ピクセルが 16サブピクセルであると考えると、描画対象線 66を構成すると判定された ピクセルは 16サブピクセル全てが当該描画対象線 66を構成すると判定していること になる。それと比較すると、図 7のサブピクセル単位の処理では、 1ピクセルに含まれ るサブピクセルのうち、描画対象線 66を構成すると判定されたサブピクセルの数が極 端に少なぐピクセル単位の情報として α値を算出すると全体的に小さい値となる。 そのため、シエーダユニット 30における αプレンディングの結果得られる描画データ は、図 6のピクセル単位の処理の場合と比較すると、描画される線の色が細くなつたり 、薄くなつたり、不連続な線に見えたりすることがある。したがってシエーダユニット 30 において、エイリアスを軽減させようと αプレンデイングの処理を行うようにすると、描 画した線自体の印象まで変化してしまう、 t 、う問題が生じやす 、ことを本発明者は 識した。

[0035] 上述の問題を克服するために、本実施の形態のラスタライザ 10のセットアップ処理 部 16およびピクセル情報生成部 18において行われる処理動作について、以降に説 明する。

[0036] 図 8は本実施の形態にぉ 、て描画平面座標系の頂点データおよびエッジ関数が 得られて!/、る線に対して、ピクセル情報生成部 18にお 、て行われる処理にっ 、て説 明する図である。同図は、各ピクセルを縦方向、横方向に 4分割し、 1ピクセルを 16サ ブピクセルとした例を示している力 サブピクセルの数はこれに限定されず、所望の 計算コストや精度などによって設定してよぐ本実施の形態の手法はどの場合でも適 用可能である。同図に示すとおり、本実施の形態においては当該線を所定の幅を有 する領域と考え、その領域に対してサブピクセルの内外判定を行う。具体的には、ェ ッジ関数を算出した描画対象線 66を描画平面座標系の軸方向に平行移動させてで きた 2本のシフト線 68と、移動方向に平行な 2本の線 (以降、端辺と呼ぶ）によって形 成される平行四辺形 abedをその領域とする。

[0037] 図 9は本実施の形態のセットアップ処理部 16およびピクセル情報生成部 18におい て行われる処理の手順を示す流れ図である。まず、描画対象線 66について与えられ た 2つの頂点座標から、エッジ関数を算出する（S 10)。次にエッジ関数の傾き判定を 行い、描画対象線 66が描画平面座標系の X軸となす鋭角が 45°以下の場合は（S1 2の Y)、描画対象線 66を y軸方向に 0. 5dおよび 0. 5d平行移動させた 2本のシフ ト線 68の関数を算出する（S14)。ここで dは 1ピクセルの表示領域の幅を示している 。図 8で示した図は、描画対象線 66と X軸とがなす鋭角が 45°以下であり、描画対象 線 66 軸方向に平行移動した場合を示している。一方、描画対象線 66と描画平面 座標系の X軸とがなす鋭角が 45°より大きい場合は（S12の N)、描画対象線 66を X軸 方向に 0. 5dおよび—0. 5d平行移動させた 2本のシフト線 68の関数を算出する（S1 6)。

[0038] 以降、描画対象線 66が描画平面座標系の X軸となす鋭角が 45°以下の場合 (S12 の Y)、当該描画対象線 66に対して X軸をメジャー軸、 y軸をマイナー軸と呼ぶ。一方 、描画対象線 66が描画平面座標系の X軸となす鋭角が 45°より大き 、場合 (S 12の N)、 X軸をマイナー軸、 y軸をメジャー軸と呼ぶ。

[0039] 次に 2本のシフト線 68の始点および終点の 4点を頂点とする平行四辺形 abedに含 まれるサブピクセルを検出するための走査領域を設定し (S 18)、当該走査領域を走 查することによってサブピクセルの内外判定を行う（S20)。走査手法については後述 する。

[0040] その後は上述したサブピクセル導入時の三角形処理の場合と同様、各ピクセルに 属するサブピクセルのうち平行四辺形 abedの内部に存在するサブピクセルの数の割 合を α値として算出する。この α値を用いて、シエーダユニット 30における αプレン デイング処理を行うことにより、その幅がおよそ d、すなわち 1ピクセル分であり、ダイヤ モンドルールなどによってサブピクセルを導入せずに生成したピクセル情報に基づ V、て描画された線と同様の色合 ヽを有し、かつエイリアスが軽減された線を描画する ことができる。

[0041] 次に、図 9の S18および S20において行われる、本実施の形態におけるサブピクセ ル単位の走査手法につ 、て説明する。

[0042] 図 10は本実施の形態におけるサブピクセル単位の走査手法を説明する図である。

まず図 9の S 18で示したように、平行四辺形 abedに外接し、描画平面の X軸および y 軸と平行な辺を有する矩形状に走査領域 ABCDを設定する。本実施の形態では、 平行四辺形 abedの辺のうち、 2本のシフト線 68の端点どうしを結ぶ端辺 adおよび be は描画対象線 66のシフト方向の軸、すなわちマイナー軸である y軸に平行であるか ら、走査領域 ABCDの境界線の一部、すなわち ADおよび BCは、端辺 adおよび be とそれぞれ一致することになる。マイナー軸が X軸となる描画対象線においても同様 に、走査領域が端辺と一致する。

[0043] 次にこの走査領域 ABCD内を、上述の三角形に対する内外判定と同様に、サブピ クセル単位の行ごとに、例えば水平の走査方向 60に順次走査を行う。前述のとおり 走査領域 ABCDは端辺 adおよび beと一致しているため、端辺 adおよび beに対して 外側にあるサブピクセルは走査の対象外となっている。したがって、ここで行われる走 查では、サブピクセルが 2辺 abおよび dcの内側にあるか否かの内外判定だけで済む ことになる。

[0044] 2辺 abおよび dc上に力かるサブピクセルについては、一方の辺上のサブピクセルを 内在と判定した場合は、他方の辺上のサブピクセルを外在とするなど、描画線の幅 力 り dに近くなるようなルールを設定する。同様に 2辺 adおよび be上に力かるサブピ クセルについては、一方の辺上のサブピクセルを内在と判定したら、もう一方の辺上 のサブピクセルを外在と判定するなどのルールを設ける。これにより、描画対象線の 本来の長さにより近い線が描画できるとともに、複数の線が連続している場合に、接 続部分のサブピクセルを 2重に集計するのを防止することができる。

[0045] 次に、本実施の形態における平行四辺形 abedに対するサブピクセルの内外判定 のための走査手法を、三角形に対して用いられている内外判定機能を応用して、容 易に実現する動作原理につ!、て説明する。

[0046] まず、本実施の形態を理解するために、三角形に対する内外判定の処理について 説明する。図 11は描画対象が三角形の場合の、ピクセルまたはサブピクセルの内外 判定手法を説明する図である。ここで三角形のエッジ関数を表す線は、 e、 f、および gと標記し、描画平面上の座標を (X, y)としている。以降、本実施の形態との整合性 を保っためにサブピクセル単位の内外判定を行うとして説明する。まず走査を行うバ ゥンデイングボックス、すなわち走査領域を設定する。線 e、 f、および gによって形成さ れる三角形の外接矩形は矩形 EFGHである。ここでもし、当該三角形が表示装置に おける画像の表示領域など、描画可能な領域をはみ出している場合、当然そのはみ 出た部分のピクセル情報は表示に必要でないため、走査を行わない。図 11に示すよ うに、あら力じめ定められた描画可能な領域 (以降、シザリング領域と呼ぶ）を sxO≤x ≤sxl, syO≤y≤sylとした場合、三角形に対する走査領域は、外接矩形 EFGHと 前述のシザリング領域との共通領域である長方形 EUHである。

[0047] 走査領域を設定したら、例えばエッジ関数 eおよび fの交点力 X軸に平行な走査線 上を、 y軸の負の方向へ順次、サブピクセル単位で走査する。例えば走査線 70に示 すように、線 f力も X軸の正方向へサブピクセル上を走査していき、走査されたサブピ クセルは、三角形内部に存在すると判定される。走査位置が線 eまで達したら、ひと つ下のサブピクセルの行を同様に走査する。これを繰り返していくと、いずれ線 eに達 する前に走査領域 EUHの辺 U、すなわちシザリング領域の境界線に達する行が現 れる。このときは、走査線 72に示すように、辺 Uに達した時点で、次の走査線へと走 查を移行する。

[0048] 以上述べた三角形に対するサブピクセルの内外判定では、あら力じめ設定された シザリング領域を表す数値、 sxO、 sxl、 syO、および sylと、三角形の辺を構成する 線 e、 f、および gのエッジ関数とに基づき、走査領域を設定し、サブピクセルの内外判 定を行っている。次に、この三角形に対する内外判定機能を利用して、本実施の形 態における平行四辺形 abedに含まれるサブピクセルの検出を行う場合について説 明する。

[0049] 図 12は本実施の形態におけるサブピクセルの内外判定に関し、三角形描画時の 手法を応用する手法について説明する図である。まず、平行四辺形 abedの 2辺 abお よび dcをなす 2本のシフト線 68に対応するエッジ関数を、図 11で示した三角形の辺 を構成する 3本の線のうちの 2本、 eおよび fの関数として設定する。残りの線 gについ ては、例えばシザリング領域の境界線の一辺と同一の関数を与える。図 12では y= s ylなる関数を与えている。一方、端辺である adおよび beを与える関数は Xに対する 定数であるから、その定数を、シザリング領域の境界線のうち、マイナー軸である y軸 に平行な線、すなわち x = sxOおよび x = sxlの、 sxOおよび sxlとして設定する。

[0050] その結果、走査領域は自動的に長方形 ABCDに定まる。これにより、平行四辺形 a bedに対するサブピクセル単位の走査において、辺 ab上に始点を有するある走査線 74は端辺 beが終点となり、辺 dc上に終点を有するある走査線 76は端辺 adが始点と なる。すなわち端辺を横切るようなサブピクセルの行を走査する場合は、端辺より外 部の走査を行うことがなくなり、あとは 2本の線 eおよび fに対して三角形の場合と同様 の処理を行えば、結果として平行四辺形 abed内に存在するサブピクセルの検出を行 つたことになる。以上、図 12を参照してマイナー軸が y軸の場合について説明したが 、マイナー軸力 軸の場合でも同様である。具体的には線 gを例えば x = sxlと設定し 、端辺の yに対する定数を、シザリング領域の境界線を与える関数の一部、 y= syO および y= sylの、 syOおよび sylとして設定すればよい。

[0051] ここでは上述のとおり、両端辺 adおよび be上に位置するサブピクセルについては、 例えば一方の端辺 ad上のサブピクセルを平行四辺形に内在と判定したら、もう一方 の端辺 be上のサブピクセルは外在と判定するなどのルールを設ける。これにより、複 数の線の接続部分のサブピクセルの 2重集計を防止できる。また、本実施の形態で はマイナー軸が同一の複数の線が連続している場合、その端辺を表す関数がいず れも Xの定数、もしくは yの定数として一致するため、線の接続部分にそれぞれの線の 端部による凹凸が出現することがなくなる。

[0052] 図 12では端辺 adおよび beを表す、 xに対する定数を、シザリング領域の境界線の 2 辺を表す x= sxOおよび x= sxlの sxOおよび sxlとして設定した。し力し、あらかじめ 設定してある、本来のシザリング領域の境界線が、端辺の少なくとも一方より平行四 辺形 abedの内側に存在する場合は、平行四辺形 abedのうち、本来のシザリング領 域の外部にある領域を走査する必要がなくなる。この場合は、図 11で示した三角形 の場合で説明したように、平行四辺形 abedは当該境界線で切断され、当該境界線と 図 12で示した走査領域 ABCDの一部とが囲む領域力 正規の走査領域となる。この ときも、ただ端辺が平行四辺形 abedの内側へ平行移動したにすぎず、本実施の形 態の作用、効果は同様に得ることができる。

[0053] 以上述べた本実施の形態によれば、所望の線幅を考慮した領域をあら力じめ算出 し、サブピクセル単位の内外判定処理を行うことによって、エイリアスが軽減され、力 つ線幅や色合いなどを損なわない線の描画が可能となる。また、当該領域は、エッジ 関数の得られて ヽる描画対象線を軸方向に平行移動させただけで容易に取得でき る関数により構成されているため、除算器などを新たに実装する必要がなぐさらに端 辺が描画平面の軸と平行であるため、走査領域の設定に関して、三角形などの描画 に一般的に実装されていたノヽードウエアの機能をそのまま利用できるため、結果とし て安価な実装コストでの実現が可能であり、計算負荷も増大しない。さらにマイナー 軸が一致した複数の線が連続した構成を有する描画線の場合、構成する線の端辺 が互いに平行であるため、接続部分における端辺が一致し、連続性に優れた線を描 画することができる。

[0054] 以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。上記実施の形態は例示であり、それ らの各構成要素や各処理プロセスの組合せに 、ろ 、ろな変形例が可能なこと、また そうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

[0055] 本実施の形態では、主に 3次元グラフィックス処理についての構成を述べた力 2 次元のグラフィックス処理においても、ラスタライザ 10の動作は同様である。また、描 画対象線は直線に限られず、同様の処理を曲線に適用することができる。さらに、平 行四辺形など、描画対象線をシフトして発生させた領域の幅は、 1ピクセルの表示領 域の幅である必要はなぐユーザの入力などに応じた幅を適宜設定してよい。これら の変形例においても、所望の形状、幅を有する領域をまず発生させ、それに対して サブピクセル単位の内外判定を、三角形の内外判定機能を利用しながら行い、その 結果に基づきピクセル単位の情報を取得していくことにより、形状、色合いなどへの 影響を最小限に、少ないエイリアスで線を描画することが、実装コスト、処理の負荷を 増大させることなく実現できる。

産業上の利用可能性

[0056] 以上のように本発明は、高精細な画像を表示するコンピュータ、ゲーム機器、テレビ などの電子機器に利用可能である。

Claims

請求の範囲

[1] 描画対象の線を中心として、表示画面の水平方向および垂直方向のいずれかの 方向にピクセルの大きさの整数倍の幅をもたせた領域を当該描画対象の線の描画 領域に定め、ピクセルの表示領域が前記描画領域に含まれる割合に応じて、当該ピ クセルのピクセル値を決定することを特徴とする描画方法。

[2] 描画対象の線を含み、当該線を表示画面の水平方向および垂直方向のいずれか の方向に所定の幅だけシフトさせた 2本の平行線を境界線として含み、前記 2本の平 行線の端点を頂点とする領域を当該描画対象の線の描画領域に定め、ピクセルの 表示領域が前記描画領域に含まれる割合に応じて、当該ピクセルのピクセル値を決 定することを特徴とする描画方法。

[3] 前記描画領域は前記シフトさせた 2本の平行線と、当該 2本の平行線の始点どうし および終点どうしをそれぞれ結ぶ 2本の線分とを境界線とすることを特徴とする請求 項 2に記載の描画方法。

[4] 前記描画領域に含まれる割合は、前記ピクセルの表示領域をそれぞれ仮想的に所 定数分割して得られたサブピクセルのうち、前記描画領域に含まれるサブピクセルの 数に応じて決定することを特徴とする請求項 2に記載の描画方法。

[5] 描画対象の線を含み、当該線を表示画面の水平方向および垂直方向のいずれか の方向に所定の幅だけシフトさせた 2本の平行線を境界線として含み、前記 2本の平 行線の端点を頂点とする領域を当該描画対象の線の描画領域に定めるステップと、 前記描画領域を含み、前記描画領域の境界線の少なくとも一部を境界線に含む矩 形の走査領域を設定するステップと、

ピクセルの表示領域を仮想的に所定数分割して得られたサブピクセル単位で前記 走査領域内を走査し、前記描画領域に含まれるサブピクセルの数を取得するステツ プと、

各ピクセルに含まれるサブピクセルのうち、前記描画領域に含まれるサブピクセル の数の割合に応じて当該ピクセルのピクセル値を設定するステップと、を含むことを 特徴とする描画方法。

[6] 頂点データの得られた描画対象の直線を含み、表示画面の水平方向および垂直 方向のいずれかに所定の幅を有する当該直線と平行な平行四辺形に対し、ピクセル の表示領域より小さ 、微細領域単位で内外判定を行うことにより、前記ピクセルの表 示領域が前記平行四辺形に内在する度合いを評価し、その度合いにもとづいて当 該ピクセルのピクセル値を決定することを特徴とする描画方法。

[7] 描画すべき画像の情報を読み込む描画情報取得部と、

前記画像の情報に基づき、各ピクセル値によってピクセル単位で表現した描画デ ータを生成する描画データ生成部と、

前記描画データを記憶する描画データ記憶部と、を備え、

前記描画データ生成部は、前記画像の情報に含まれる描画対象の線をピクセル単 位で表現する際、当該描画対象の線を中心として、表示画面の水平方向および垂 直方向のいずれかの方向にピクセルの大きさの整数倍の幅をもたせた領域を当該描 画対象の線の描画領域に定め、ピクセルの表示領域が前記描画領域に含まれる割 合に応じて、当該ピクセルのピクセル値を設定することを特徴とする画像生成装置。

[8] 描画すべき画像の情報を読み込む描画情報取得部と、

前記画像の情報に基づき、各ピクセル値によってピクセル単位で表現した描画デ ータを生成する描画データ生成部と、

前記描画データを記憶する描画データ記憶部と、を備え、

前記描画データ生成部は、前記画像の情報に含まれる描画対象の線をピクセル単 位で表現する際、当該描画対象の線を含み、当該線を表示画面の水平方向および 垂直方向のいずれかの方向に所定の幅だけシフトさせた 2本の平行線を境界線とし て含み、前記 2本の平行線の端点を頂点とする領域を当該描画対象の線の描画領 域に定め、ピクセルの表示領域が前記描画領域に含まれる割合に応じて、当該ピク セルのピクセル値を設定することを特徴とする画像生成装置。

[9] 前記描画データ生成部が定める描画領域は、前記シフトさせた 2本の平行線と、当 該 2本の平行線の始点どうしおよび終点どうしをそれぞれ結ぶ 2本の線分とを境界線 とすることを特徴とする請求項 8に記載の画像生成装置。

[10] 前記描画データ生成部において取得する前記ピクセルの表示領域が前記描画領 域に含まれる割合は、前記ピクセルの表示領域をそれぞれ仮想的に所定数分割して 得られたサブピクセルのうち、前記描画領域に含まれるサブピクセルの数に応じて決 定することを特徴とする請求項 8に記載の画像生成装置。

[11] 前記描画データ生成部は、前記描画領域を含む矩形の走査領域を設定し、表示 画面の水平方向および垂直方向のいずれかの方向に前記走査領域内を前記サブ ピクセル単位で走査することにより、前記描画領域に含まれるサブピクセルを検出す ることを特徴とする請求項 10に記載の画像生成装置。

[12] 前記描画データ生成部は、前記走査領域を、その境界線の一部が前記描画領域 の境界線の一部と一致するように設定することを特徴とする請求項 11に記載の画像 生成装置。

[13] 前記描画データ生成部は、前記描画対象の線と表示画面の水平方向とがなす鋭 角が、所定の角度以内のときは前記シフトを垂直方向に行い、前記所定の角度より 大きいときは前記シフトを水平方向に行うことを特徴とする請求項 8に記載の画像生 成装置。

[14] 前記描画領域に含まれるサブピクセルの数を取得する際、前記描画領域の一組の 向かい合う境界線のうち、一方を含むサブピクセルを前記描画領域に内在するとし、 他方を含むサブピクセルを前記描画領域に外在すると判定する請求項 10に記載の 画像生成装置。

[15] 請求項 7に記載の画像生成装置と、当該画像生成装置を制御する制御部とを備 え、前記画像生成装置が生成した画像を前記制御部の制御により表示装置へ表示 することを特徴とする電子情報機器。

[16] 請求項 8に記載の画像生成装置と、当該画像生成装置を制御する制御部とを備 え、前記画像生成装置が生成した画像を前記制御部の制御により表示装置へ表示 することを特徴とする電子情報機器。