テクスチャマッピング装置
【目的】 テクスチャデータを種々の態様で割り付けることを可能にすると共に、メモリの有効利用を図る。
【構成】 フレームメモリ４には、３次元対象物の２次元表示データが表示画面に対応したフィル座標系で記憶される。テクスチャメモリ５には、３次元対象物の表面にマッピングするテクスチャデータがテクスチャ座標系で記憶される。テクスチャマッピング部１は、テクスチャマッピングすべき範囲をフィル座標系及びテクスチャ座標系の双方で規定したフィル座標及びテクスチャ座標を入力し、フィル座標により規定される範囲の内部の各画素のフィルアドレスを順次生成すると共に、生成されたフィルアドレスに対応するテクスチャ座標系におけるテクスチャアドレスを生成する。そして、この生成されたテクスチャアドレスで指定されるテクスチャメモリ５の記憶場所からテクスチャデータを読み出して、フィルアドレスで指定されるフレームメモリ４の記憶場所に格納する。
【構成】 フレームメモリ４には、３次元対象物の２次元表示データが表示画面に対応したフィル座標系で記憶される。テクスチャメモリ５には、３次元対象物の表面にマッピングするテクスチャデータがテクスチャ座標系で記憶される。テクスチャマッピング部１は、テクスチャマッピングすべき範囲をフィル座標系及びテクスチャ座標系の双方で規定したフィル座標及びテクスチャ座標を入力し、フィル座標により規定される範囲の内部の各画素のフィルアドレスを順次生成すると共に、生成されたフィルアドレスに対応するテクスチャ座標系におけるテクスチャアドレスを生成する。そして、この生成されたテクスチャアドレスで指定されるテクスチャメモリ５の記憶場所からテクスチャデータを読み出して、フィルアドレスで指定されるフレームメモリ４の記憶場所に格納する。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、３次元グラフィックスシステム等において、ディスプレイ装置に表示された３次元モデルの表面に任意のテクスチャを付与するためのテクスチャマッピング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】コンピュータグラフィックスにおいて、３次元対象物の表示のリアリティを高める手法の一つとしてテクスチャマッピングが知られている。テクスチャマッピングは、図１２に示すように、３次元表示対象物３１の表面に表面粗さや特定のパターン３２を貼りつけて、表示対象物３１の表面を写実的に表示する手法である。これを実現するシステムでは、マッピングされるテクスチャデータを記憶するためのテクスチャメモリが備えられる。そして、２次元表示平面に対応するフィル座標で指定された塗り潰すべきポリゴンの頂点座標に基づいて、そのポリゴンの頂点座標によって規定される形状と同一形状のテクスチャをテクスチャメモリ上に規定し、その範囲内のテクスチャデータをテクスチャメモリから読み出して、指定されたポリゴン内に割り付けていく。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来のテクスチャマッピング装置では、指定したポリゴンの頂点座標によって規定される形状と同一形状のテクスチャをテクスチャメモリ上に規定するように構成しているので、例えば、図１２（ａ）のような立方体にテクスチャマッピングする場合、（ア）面、（イ）面及び（ウ）面はそれぞれの面の法線方向から見れば正方形であるにも拘らず、（ア）面、（イ）面及び（ウ）面のそれぞれの面に対応したテクスチャを記憶する必要がある。言い換えると、図１２（ｂ）の（ア）面に着目した場合、この立方体をｘ軸を中心に９０度矢印方向に回転させると、（ア）面は（イ）面のように現れ、同様に、この立方体をｙ軸を中心に９０度回転させると、（ア）面は（ウ）面のように現れるようにしたいが、それぞれのテクスチャを各々記憶しなければならない。要するに、ある面に貼り付けられる同一のテクスチャであるにも拘らず、従来のテクスチャマッピング装置では、面の回転、移動、拡大等を考慮したテクスチャをも記憶しなければならなかったため、メモリの容量が増えるという問題があった。メモリ容量を増やしたところで自ずと限界があり、割り付け態様の自由度が小さい。メモリ容量を増やさない場合には、図１２（ｃ）のような不自然なテクスチャしかマッピングすることができない。
【０００４】この発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、テクスチャデータを種々の態様で割り付けることができ、メモリの容量も少なくできるテクスチャマッピング装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この発明に係るテクスチャマッピング装置は、３次元対象物の２次元表示データを記憶するフレーム記憶手段と、前記３次元対象物の表面にマッピングされるテクスチャデータを記憶するテクスチャ記憶手段と、テクスチャマッピングすべき範囲を規定したフィル座標及びテクスチャ座標を入力し、前記フィル座標により規定される範囲の内部の各画素のフィルアドレスを順次生成すると共に、生成されたフィルアドレスに対応するテクスチャアドレスを生成し、この生成されたテクスチャアドレスで指定される前記テクスチャ記憶手段の記憶場所からテクスチャデータを読み出して、前記フィルアドレスで指定される前記フレーム記憶手段の記憶場所に格納するマッピング手段とを有することを特徴とする。
【０００６】
【作用】この発明によれば、テクスチャマッピングすべき範囲をフィル座標及びテクスチャ座標の双方で与えると、マッピング手段は、前記フィル座標により規定される範囲の内部の各画素のフィルアドレスを順次生成すると共に、生成されたフィルアドレスに対応するテクスチャアドレスを生成し、この生成されたテクスチャアドレスで指定される前記テクスチャ記憶手段の記憶場所からテクスチャデータを読み出して、前記フィルアドレスで指定される前記フレーム記憶手段の記憶場所に格納するので、フィル座標に対するテクスチャ座標の与え方によって、テクスチャデータを任意に拡大、縮小、回転及び変形させて割り付けることができる。このため、多様な態様のマッピングを行うことができると共に、テクスチャ記憶手段には、標準的なパターンのみを記憶しておけばよいので、メモリ容量も削減することができる。
【０００７】通常、３次元の動画を表示する場合、一旦表示されたポリゴンは、拡大、縮小、回転等しながら、しばらくの間は画面上に表示され続けることが多い。その際、この発明のテクスチャマッピング装置を使用すれば、外部のＣＰＵは、各ポリゴンに対応して、そのテクスチャ座標だけを記憶しておけば良く、そのため、動画の変化によるフィル座標の変化に対して記憶されているテクスチャ座標をそのまま使用することにより、動画の変化に応じてテクスチャマッピングの処理が可能となる。よって、自然なテクスチャマッピングを行うことができ、外部のＣＰＵの負担を軽減することができる。
【０００８】
【実施例】以下、図面を参照して、この発明の実施例を説明する。図１は、この発明の実施例に係るテクスチャマッピング装置の構成を示すブロック図である。このテクスチャマッピング装置は、テクスチャマッピング部１と、画像メモリ２とにより構成される。テクスチャマッピング部１は、例えば１チップで構成され、外部のＣＰＵ３に接続されている。画像メモリ２は、フレームメモリ４とテクスチャメモリ５とから構成され、フレームメモリ４には、テクスチャマッピングの対象となる３次元画像データが表示平面に対応したフィル座標系で格納され、テクスチャメモリ５には、マッピングすべきテクスチャデータがテクスチャ座標系で格納されている。
【０００９】ＣＰＵ３からは、フィル座標系におけるマッピングすべき三角形の３つの頂点座標（フィル座標）と、各々の頂点に対応するテクスチャ座標系における貼り付ける三角形の３つの頂点座標（テクスチャ座標）とが与えられる。これらの座標はユーザの意向に沿ってＣＰＵ３によって設定される。なお、初期座標のみをユーザが指定し、以降はユーザが回転、移動、拡大、縮小等の制御データを与えるだけでＣＰＵ３がフィル座標を計算するように構成しても良い。ここで重要なのは、フィル座標、テクスチャ座標それぞれの初期座標をＣＰＵ３がテクスチャマッピング部１に与えた後は、その物体の回転、移動、拡大、縮小に伴い、フィル座標は更新されるがテクスチャ座標については記憶した初期座標値をそのまま使えるということである。それにより、ユーザ又はＣＰＵ３の負担が著しく低減される。
【００１０】これらの座標データは、ＣＰＵインタフェース１１を介してフィルアドレス生成部１２及びテクスチャアドレス生成部１３に供給される。ここで使用される「アドレス」という用語は、必ずしもメモリアドレスを示すものではなく、ｘ，ｙ座標値と同意である。一般的なメモリでは２次元的に配置されたメモリアドレスセルをロウ／カラムのアドレスで指定するように構成されているため、メモリアドレスとｘ，ｙ座標は１対１に対応する。よって、「メモリアドレス」というのも「ｘ，ｙ座標値」というのも大差はない。フィルアドレス生成部１２は、与えられたフィル座標から、それによって規定される三角形内の全画素についてのフレームメモリ４上のフィルアドレスを水平走査方向に沿って順次生成する。テクスチャアドレス生成部１３は、フィルアドレス生成部１２で生成されたフィルアドレスに対応するテクスチャメモリ５上のテクスチャアドレスを生成する。テクスチャアドレス生成部１３で生成されたテクスチャアドレスは、ゲート回路１４に供給される。ゲート回路１４は、与えられたテクスチャアドレスをテクスチャメモリ５の所定記憶領域内のアドレスに制限して指定されたパターンのテクスチャアドレスに変換する。ゲート回路１４の出力は、セレクタ１５の一方の入力端に供給されている。セレクタ１５の他方の入力端には、フィルアドレス生成部１２からのフィルアドレスが供給されている。セレクタ１５は、制御部１６の制御のもとで両アドレスを切換えて画像メモリ２に読出アドレス又は書込アドレスとして供給する。データ処理部１７は、画像メモリ２から読み出されたデータに対して必要に応じて所定の処理を施す。これら各部の制御は、制御部１６によって実行される。
【００１１】次に、このように構成されたテクスチャマッピング装置の動作について説明する。図２は、この装置でテクスチャマッピング処理を実行する際の処理手順を示すフローチャートである。テクスチャマッピング部１のフィルアドレス生成部１２は、ＣＰＵ３からフィル座標Ａ，Ｂ，Ｃとテクスチャ座標ＴＡ，ＴＰ，ＴＣとが入力されたら、まず、フィル座標Ａ，Ｂ，Ｃをｙ座標の小さい順にソートし、それに対応させてテクスチャ座標ＴＡ，ＴＢ，ＴＣも並び替える。そして、ｙ座標の小さい順から再度Ａ，Ｂ，Ｃと名前を変更し、これに対応させてＴＡ，ＴＢ，ＴＣも名前を変更する（Ｓ１）。ソート後の各点の関係は、例えば図３（ａ），（ｂ）に示すような関係になる。これらの各点の座標値は、次の各変数ｘａ，ｙａ，ｘｂ，ｙｂ，…に格納される（Ｓ２）。
【００１２】
【数１】
ｘａ＝Ａ点のｘ座標 ｙａ＝Ａ点のｙ座標ｘｂ＝Ｂ点のｘ座標 ｙｂ＝Ｂ点のｙ座標ｘｃ＝Ｃ点のｘ座標 ｙｃ＝Ｃ点のｙ座標ｔｘａ＝ＴＡ点のｘ座標 ｔｙａ＝ＴＡ点のｙ座標ｔｘｂ＝ＴＢ点のｘ座標 ｔｙｂ＝ＴＢ点のｙ座標ｔｘｃ＝ＴＣ点のｘ座標 ｔｙｃ＝ＴＣ点のｙ座標
【００１３】続いて、ｙの初期値としてｙａを格納し（Ｓ３）、下記数２によりＤ点のｘ座標ｘｄ、Ｅ点のｘ座標ｘｅ、ＴＤ点のｘ，ｙ座標ｔｘｄ，ｔｙｄ、及びＴＥ点のｘ，ｙ座標ｔｘｅ，ｔｙｅをそれぞれ求める（Ｓ４）。
【００１４】
【数２】ｘｄ＝ｘａ＋（ｘｂ−ｘａ）＊（ｙ−ｙａ）／（ｙｂ−ｙａ）
ｘｅ＝ｘａ＋（ｘｃ−ｘａ）＊（ｙ−ｙａ）／（ｙｃ−ｙａ）
ｔｘｄ＝ｔｘａ＋（ｔｘｂ−ｔｘａ）＊（ｙ−ｙａ）／（ｙｂ−ｙａ）
ｔｘｅ＝ｔｘａ＋（ｔｘｃ−ｔｘａ）＊（ｙ−ｙａ）／（ｙｃ−ｙａ）
ｔｙｄ＝ｔｙａ＋（ｔｙｂ−ｔｙａ）＊（ｙ−ｙａ）／（ｙｂ−ｙａ）
ｔｙｅ＝ｔｙａ＋（ｔｙｃ−ｔｙａ）＊（ｙ−ｙａ）／（ｙｃ−ｙａ）
【００１５】次に、ｘの初期値としてｘｄを格納し（Ｓ５）、テクスチャアドレス生成部１３にｘ，ｙ，ｘｄ，ｘｅ，ｔｘｄ，ｔｘｅ，ｔｙｄ，ｔｙｅを転送する。テクスチャアドレス生成部１３は、下記数３により、ＴＰ点のｘ，ｙ座標ｔｘ，ｔｙを算出する（Ｓ６）。
【００１６】
【数３】ｔｘ＝ｔｘｄ＋（ｔｘｅ−ｔｘｄ）＊（ｘ−ｘｄ）／（ｘｅ−ｘｄ）
ｔｙ＝ｔｙｄ＋（ｔｙｅ−ｔｙｄ）＊（ｘ−ｘｄ）／（ｘｅ−ｘｄ）
【００１７】そして、セレクタ１５によってテクスチャアドレス生成部１３の出力を選択することにより、テクスチャメモリ５のＴＰ点のアドレス（ｔｘ，ｔｙ）のテクスチャデータを読み出し（Ｓ７）、続いてセレクタ１５によってフィルアドレス生成部１３の出力を選択することにより、そのデータをフレームメモリ４のＰ点のアドレス（ｘ，ｙ）に格納する（Ｓ８）。このとき、格納データに対してデータ処理部１７でシェーディング処理等を施したのちにデータを格納するようにしてもよい。
【００１８】以上の処理を、ｘがｘｅに達するまでｘを１ずつインクリメントしながら繰り返し実行し（Ｓ９，Ｓ１０）、ｘがｘｅに達したら、ｙを＋１して（Ｓ１２）、次のＤ点及びＥ点を求め、同様の操作でＰ点及びＴＰ点のｘ，ｙ座標を算出する。この操作は、ｙがｙｃに達するまで続けられる（Ｓ１１）。なお、ｙがｙｂに達したら、ステップＳ４のｘｄ，ｔｘｄ，ｔｙｄの算出式については数２の代わりに下記数４を使用する。
【００１９】
【数４】ｘｄ＝ｘｂ＋（ｘｃ−ｘｂ）＊（ｙ−ｙｂ）／（ｙｃ−ｙｂ）
ｔｘｄ＝ｔｘｂ＋（ｔｘｃ−ｔｘｂ）＊（ｙ−ｙｂ）／（ｙｃ−ｙｂ）
ｔｙｄ＝ｔｙｂ＋（ｔｙｃ−ｔｙｂ）＊（ｙ−ｙｂ）／（ｙｃ−ｙｂ）
【００２０】この操作によって、テクスチャメモリ５に格納されたテクスチャデータがフィル座標で指定された領域にマッピングされることになる。
【００２１】いま、図４に示すようなテクスチャデータがテクスチャメモリ５に格納されているとし、フィル座標として図３（ａ）に示すようなやや扁平気味の三角形の頂点Ａ，Ｂ，Ｃの座標が指定され、テクスチャ座標として図４のＴＡ，ＴＢ，ＴＣが指定されたとすると、フィル座標で指定された三角形にマッピングされるテクスチャは、図５（ａ）のように、やや扁平気味に変形した画像となる。同様に、テクスチャ座標として先の例に対してやや回転した図４のＴＡ′，ＴＢ′，ＴＣ′が指定されたとすると、テクスチャは、図５（ｂ）のように、やや回転した画像となる。また、テクスチャ座標として先の例よりも小さな図４のＴＡ″，ＴＢ″，ＴＣ″が指定されたとすると、テクスチャは図５（ｃ）に示すように、拡大された画像となる。このように、この装置によれば、テクスチャ座標をフィル座標に対して任意の値とすることにより、マッピングされるテクスチャを自由に変形、回転、拡大、縮小することができる。
【００２２】また、この装置によれば、例えば、図６（ｂ）に示すような立方体の各面を構成する６つの正方形に対し、同図（ａ）のようなテクスチャデータを対応させ、図７（ａ），（ｂ），（ｃ）のように回転させた場合、立方体の各頂点の座標は各々ＣＰＵ３で計算されて入力されるが、テクスチャ座標は、立方体がどのように回転しようと、最初に設定した値を入力すればよい。このため、ＣＰＵ３の計算の負荷を軽減することができる。
【００２３】ところで、上記の例のようにテクスチャデータが繰り返しのパターンからなる場合、テクスチャメモリ５には、フィル座標系全体に対応する分のテクスチャデータを格納するのは、経済的でない。そこで、この装置では、図８に示すように、テクスチャデータを一部のみ記憶すると共に、種々のテクスチャデータを記憶することにより、テクスチャメモリ５の有効利用を図るようにしている。図示の例では、各テクスチャアドレス範囲とテクスチャデータとの関係は、下記表１の通りとなる。
【００２４】
【表１】
【００２５】そこで、テクスチャアドレス生成部１３で生成されたテクスチャアドレスｔｘ，ｔｙの各上位４ビットを、ゲート回路１４によってテクスチャデータに対応した固定値に置き換える。例えば“Ｆ”の繰り返しパターンであれば、ｔｘ，ｔｙの上位４ビットは、それぞれ０，０になる。これにより、図８に示すように、テクスチャアドレスとして、“Ｆ”のテクスチャデータの記憶範囲を超えるアドレスＴＡ（１−−−，０−−−），ＴＢ（０−−−，１−−−），ＴＣ（１−−−，１−−−）が与えられても、各上位４ビットが“０”に置き換えられるので、各アドレスがＴＡ′（０−−−，０−−−），ＴＢ′（０−−−，０−−−），ＴＣ′（０−−−，０−−−）に置き換えられ、結果として図９（ａ）に示すような、“Ｆ”の繰り返しパターンを全体的に割り付けることができる。同様に、アドレスの各上位４ビットをそれぞれ“１，０”に設定すれば、図８に示したＴＡ，ＴＢ，ＴＣによって割り付けられるパターンは、図９（ｂ）のような、“Ｔ”の繰り返しパターンとなる。
【００２６】このようなゲート回路１４は、例えば図１０R>０のように構成することができる。マスク回路２１は、テクスチャアドレス生成部１３からの出力の上位ビットを“０”に置き換えることによりマスクする。いま、テクスチャ座標が１１ビットの場合、各ｘ，ｙ座標についてテクスチャデータのパターンサイズとマスク回路２４の出力との関係は、下記表２の通りとなる。なお、ここで上欄の数字はマスク回路２１の出力ビット番号で、“０”の部分がマスクされるビット、bxがアドレスのｘビット目をそのまま通過させることを意味している。マスク回路２１の出力のビット“０”の部分をＯＲゲート２２によってテクスチャパターン番号に置き換えれば、サイズ８×８のテクスチャデータを２8 ＝２５６通り選択することが可能になる。
【００２７】
【表２】
【００２８】また、例えば図１０のＯＲゲート２２の代わりに、図１１のように、加算器２３を使用することにより、指定の値だけテクスチャアドレスをオフセットさせることができるので、複数あるテクスチャデータの領域の大きさが異なっても所望のテクスチャマッピングが可能である。
【００２９】このように、繰り返し図形をテクスチャデータとする場合において、極端な場合繰り返しの最小単位のみをテクスチャデータとして記憶しておけば、任意の座標でテクスチャ座標を指定してテクスチャマッピングを行うことができ、メモリの容量を節約することができると共に、テクスチャ座標の指定が簡単になる。
【００３０】なお、以上の実施例では、マッピングする範囲を三角形として説明したが、四角形等、他の多角形に対してマッピングを施しても良いことはいうまでもない。
【００３１】
【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、フィル座標に対するテクスチャ座標の与え方によって、テクスチャデータを任意に拡大、縮小、回転及び変形させて割り付けることができるので、多様な態様のマッピングを行うことができると共に、テクスチャ記憶手段には、標準的なパターンのみを記憶しておけばよいので、メモリ容量も削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施例に係るテクスチャマッピング装置のブロック図ある。
【図２】 同装置によるマッピング処理の手順を示すフローチャートである。
【図３】 同装置に与えられるフィル座標とテクスチャ座標の一例を示す図である。
【図４】 同装置におけるテクスチャメモリとテクスチャ座標との関係を示す図である。
【図５】 図４の各テクスチャ座標に対応するマッピング結果を示す図ある。
【図６】 立方体とこれにマッピングされるテクスチャパターンの一例を示す図である。
【図７】 同立方体が回転した場合のパターンの変化を示す図である。
【図８】 テクスチャメモリの有効利用方法の一例を示す図である。
【図９】 同メモリを使用したマッピング例を示す図である。
【図１０】 ゲート回路の具体例を示す図である。
【図１１】 ゲート回路の他の例を示す図である。
【図１２】 テクスチャマッピングを説明するための図である。
【符号の説明】
１…テクスチャマッピング部、２…画像メモリ、３…ＣＰＵ、４…フレームメモリ、５…テクスチャメモリ、１１…ＣＰＵインタフェース、１２…フィルアドレス生成部、１３…テクスチャアドレス生成部、１４…ゲート回路、１５…セレクタ、１６…制御部、１７…データ処理部。
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、３次元グラフィックスシステム等において、ディスプレイ装置に表示された３次元モデルの表面に任意のテクスチャを付与するためのテクスチャマッピング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】コンピュータグラフィックスにおいて、３次元対象物の表示のリアリティを高める手法の一つとしてテクスチャマッピングが知られている。テクスチャマッピングは、図１２に示すように、３次元表示対象物３１の表面に表面粗さや特定のパターン３２を貼りつけて、表示対象物３１の表面を写実的に表示する手法である。これを実現するシステムでは、マッピングされるテクスチャデータを記憶するためのテクスチャメモリが備えられる。そして、２次元表示平面に対応するフィル座標で指定された塗り潰すべきポリゴンの頂点座標に基づいて、そのポリゴンの頂点座標によって規定される形状と同一形状のテクスチャをテクスチャメモリ上に規定し、その範囲内のテクスチャデータをテクスチャメモリから読み出して、指定されたポリゴン内に割り付けていく。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来のテクスチャマッピング装置では、指定したポリゴンの頂点座標によって規定される形状と同一形状のテクスチャをテクスチャメモリ上に規定するように構成しているので、例えば、図１２（ａ）のような立方体にテクスチャマッピングする場合、（ア）面、（イ）面及び（ウ）面はそれぞれの面の法線方向から見れば正方形であるにも拘らず、（ア）面、（イ）面及び（ウ）面のそれぞれの面に対応したテクスチャを記憶する必要がある。言い換えると、図１２（ｂ）の（ア）面に着目した場合、この立方体をｘ軸を中心に９０度矢印方向に回転させると、（ア）面は（イ）面のように現れ、同様に、この立方体をｙ軸を中心に９０度回転させると、（ア）面は（ウ）面のように現れるようにしたいが、それぞれのテクスチャを各々記憶しなければならない。要するに、ある面に貼り付けられる同一のテクスチャであるにも拘らず、従来のテクスチャマッピング装置では、面の回転、移動、拡大等を考慮したテクスチャをも記憶しなければならなかったため、メモリの容量が増えるという問題があった。メモリ容量を増やしたところで自ずと限界があり、割り付け態様の自由度が小さい。メモリ容量を増やさない場合には、図１２（ｃ）のような不自然なテクスチャしかマッピングすることができない。
【０００４】この発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、テクスチャデータを種々の態様で割り付けることができ、メモリの容量も少なくできるテクスチャマッピング装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この発明に係るテクスチャマッピング装置は、３次元対象物の２次元表示データを記憶するフレーム記憶手段と、前記３次元対象物の表面にマッピングされるテクスチャデータを記憶するテクスチャ記憶手段と、テクスチャマッピングすべき範囲を規定したフィル座標及びテクスチャ座標を入力し、前記フィル座標により規定される範囲の内部の各画素のフィルアドレスを順次生成すると共に、生成されたフィルアドレスに対応するテクスチャアドレスを生成し、この生成されたテクスチャアドレスで指定される前記テクスチャ記憶手段の記憶場所からテクスチャデータを読み出して、前記フィルアドレスで指定される前記フレーム記憶手段の記憶場所に格納するマッピング手段とを有することを特徴とする。
【０００６】
【作用】この発明によれば、テクスチャマッピングすべき範囲をフィル座標及びテクスチャ座標の双方で与えると、マッピング手段は、前記フィル座標により規定される範囲の内部の各画素のフィルアドレスを順次生成すると共に、生成されたフィルアドレスに対応するテクスチャアドレスを生成し、この生成されたテクスチャアドレスで指定される前記テクスチャ記憶手段の記憶場所からテクスチャデータを読み出して、前記フィルアドレスで指定される前記フレーム記憶手段の記憶場所に格納するので、フィル座標に対するテクスチャ座標の与え方によって、テクスチャデータを任意に拡大、縮小、回転及び変形させて割り付けることができる。このため、多様な態様のマッピングを行うことができると共に、テクスチャ記憶手段には、標準的なパターンのみを記憶しておけばよいので、メモリ容量も削減することができる。
【０００７】通常、３次元の動画を表示する場合、一旦表示されたポリゴンは、拡大、縮小、回転等しながら、しばらくの間は画面上に表示され続けることが多い。その際、この発明のテクスチャマッピング装置を使用すれば、外部のＣＰＵは、各ポリゴンに対応して、そのテクスチャ座標だけを記憶しておけば良く、そのため、動画の変化によるフィル座標の変化に対して記憶されているテクスチャ座標をそのまま使用することにより、動画の変化に応じてテクスチャマッピングの処理が可能となる。よって、自然なテクスチャマッピングを行うことができ、外部のＣＰＵの負担を軽減することができる。
【０００８】
【実施例】以下、図面を参照して、この発明の実施例を説明する。図１は、この発明の実施例に係るテクスチャマッピング装置の構成を示すブロック図である。このテクスチャマッピング装置は、テクスチャマッピング部１と、画像メモリ２とにより構成される。テクスチャマッピング部１は、例えば１チップで構成され、外部のＣＰＵ３に接続されている。画像メモリ２は、フレームメモリ４とテクスチャメモリ５とから構成され、フレームメモリ４には、テクスチャマッピングの対象となる３次元画像データが表示平面に対応したフィル座標系で格納され、テクスチャメモリ５には、マッピングすべきテクスチャデータがテクスチャ座標系で格納されている。
【０００９】ＣＰＵ３からは、フィル座標系におけるマッピングすべき三角形の３つの頂点座標（フィル座標）と、各々の頂点に対応するテクスチャ座標系における貼り付ける三角形の３つの頂点座標（テクスチャ座標）とが与えられる。これらの座標はユーザの意向に沿ってＣＰＵ３によって設定される。なお、初期座標のみをユーザが指定し、以降はユーザが回転、移動、拡大、縮小等の制御データを与えるだけでＣＰＵ３がフィル座標を計算するように構成しても良い。ここで重要なのは、フィル座標、テクスチャ座標それぞれの初期座標をＣＰＵ３がテクスチャマッピング部１に与えた後は、その物体の回転、移動、拡大、縮小に伴い、フィル座標は更新されるがテクスチャ座標については記憶した初期座標値をそのまま使えるということである。それにより、ユーザ又はＣＰＵ３の負担が著しく低減される。
【００１０】これらの座標データは、ＣＰＵインタフェース１１を介してフィルアドレス生成部１２及びテクスチャアドレス生成部１３に供給される。ここで使用される「アドレス」という用語は、必ずしもメモリアドレスを示すものではなく、ｘ，ｙ座標値と同意である。一般的なメモリでは２次元的に配置されたメモリアドレスセルをロウ／カラムのアドレスで指定するように構成されているため、メモリアドレスとｘ，ｙ座標は１対１に対応する。よって、「メモリアドレス」というのも「ｘ，ｙ座標値」というのも大差はない。フィルアドレス生成部１２は、与えられたフィル座標から、それによって規定される三角形内の全画素についてのフレームメモリ４上のフィルアドレスを水平走査方向に沿って順次生成する。テクスチャアドレス生成部１３は、フィルアドレス生成部１２で生成されたフィルアドレスに対応するテクスチャメモリ５上のテクスチャアドレスを生成する。テクスチャアドレス生成部１３で生成されたテクスチャアドレスは、ゲート回路１４に供給される。ゲート回路１４は、与えられたテクスチャアドレスをテクスチャメモリ５の所定記憶領域内のアドレスに制限して指定されたパターンのテクスチャアドレスに変換する。ゲート回路１４の出力は、セレクタ１５の一方の入力端に供給されている。セレクタ１５の他方の入力端には、フィルアドレス生成部１２からのフィルアドレスが供給されている。セレクタ１５は、制御部１６の制御のもとで両アドレスを切換えて画像メモリ２に読出アドレス又は書込アドレスとして供給する。データ処理部１７は、画像メモリ２から読み出されたデータに対して必要に応じて所定の処理を施す。これら各部の制御は、制御部１６によって実行される。
【００１１】次に、このように構成されたテクスチャマッピング装置の動作について説明する。図２は、この装置でテクスチャマッピング処理を実行する際の処理手順を示すフローチャートである。テクスチャマッピング部１のフィルアドレス生成部１２は、ＣＰＵ３からフィル座標Ａ，Ｂ，Ｃとテクスチャ座標ＴＡ，ＴＰ，ＴＣとが入力されたら、まず、フィル座標Ａ，Ｂ，Ｃをｙ座標の小さい順にソートし、それに対応させてテクスチャ座標ＴＡ，ＴＢ，ＴＣも並び替える。そして、ｙ座標の小さい順から再度Ａ，Ｂ，Ｃと名前を変更し、これに対応させてＴＡ，ＴＢ，ＴＣも名前を変更する（Ｓ１）。ソート後の各点の関係は、例えば図３（ａ），（ｂ）に示すような関係になる。これらの各点の座標値は、次の各変数ｘａ，ｙａ，ｘｂ，ｙｂ，…に格納される（Ｓ２）。
【００１２】
【数１】
ｘａ＝Ａ点のｘ座標 ｙａ＝Ａ点のｙ座標ｘｂ＝Ｂ点のｘ座標 ｙｂ＝Ｂ点のｙ座標ｘｃ＝Ｃ点のｘ座標 ｙｃ＝Ｃ点のｙ座標ｔｘａ＝ＴＡ点のｘ座標 ｔｙａ＝ＴＡ点のｙ座標ｔｘｂ＝ＴＢ点のｘ座標 ｔｙｂ＝ＴＢ点のｙ座標ｔｘｃ＝ＴＣ点のｘ座標 ｔｙｃ＝ＴＣ点のｙ座標
【００１３】続いて、ｙの初期値としてｙａを格納し（Ｓ３）、下記数２によりＤ点のｘ座標ｘｄ、Ｅ点のｘ座標ｘｅ、ＴＤ点のｘ，ｙ座標ｔｘｄ，ｔｙｄ、及びＴＥ点のｘ，ｙ座標ｔｘｅ，ｔｙｅをそれぞれ求める（Ｓ４）。
【００１４】
【数２】ｘｄ＝ｘａ＋（ｘｂ−ｘａ）＊（ｙ−ｙａ）／（ｙｂ−ｙａ）
ｘｅ＝ｘａ＋（ｘｃ−ｘａ）＊（ｙ−ｙａ）／（ｙｃ−ｙａ）
ｔｘｄ＝ｔｘａ＋（ｔｘｂ−ｔｘａ）＊（ｙ−ｙａ）／（ｙｂ−ｙａ）
ｔｘｅ＝ｔｘａ＋（ｔｘｃ−ｔｘａ）＊（ｙ−ｙａ）／（ｙｃ−ｙａ）
ｔｙｄ＝ｔｙａ＋（ｔｙｂ−ｔｙａ）＊（ｙ−ｙａ）／（ｙｂ−ｙａ）
ｔｙｅ＝ｔｙａ＋（ｔｙｃ−ｔｙａ）＊（ｙ−ｙａ）／（ｙｃ−ｙａ）
【００１５】次に、ｘの初期値としてｘｄを格納し（Ｓ５）、テクスチャアドレス生成部１３にｘ，ｙ，ｘｄ，ｘｅ，ｔｘｄ，ｔｘｅ，ｔｙｄ，ｔｙｅを転送する。テクスチャアドレス生成部１３は、下記数３により、ＴＰ点のｘ，ｙ座標ｔｘ，ｔｙを算出する（Ｓ６）。
【００１６】
【数３】ｔｘ＝ｔｘｄ＋（ｔｘｅ−ｔｘｄ）＊（ｘ−ｘｄ）／（ｘｅ−ｘｄ）
ｔｙ＝ｔｙｄ＋（ｔｙｅ−ｔｙｄ）＊（ｘ−ｘｄ）／（ｘｅ−ｘｄ）
【００１７】そして、セレクタ１５によってテクスチャアドレス生成部１３の出力を選択することにより、テクスチャメモリ５のＴＰ点のアドレス（ｔｘ，ｔｙ）のテクスチャデータを読み出し（Ｓ７）、続いてセレクタ１５によってフィルアドレス生成部１３の出力を選択することにより、そのデータをフレームメモリ４のＰ点のアドレス（ｘ，ｙ）に格納する（Ｓ８）。このとき、格納データに対してデータ処理部１７でシェーディング処理等を施したのちにデータを格納するようにしてもよい。
【００１８】以上の処理を、ｘがｘｅに達するまでｘを１ずつインクリメントしながら繰り返し実行し（Ｓ９，Ｓ１０）、ｘがｘｅに達したら、ｙを＋１して（Ｓ１２）、次のＤ点及びＥ点を求め、同様の操作でＰ点及びＴＰ点のｘ，ｙ座標を算出する。この操作は、ｙがｙｃに達するまで続けられる（Ｓ１１）。なお、ｙがｙｂに達したら、ステップＳ４のｘｄ，ｔｘｄ，ｔｙｄの算出式については数２の代わりに下記数４を使用する。
【００１９】
【数４】ｘｄ＝ｘｂ＋（ｘｃ−ｘｂ）＊（ｙ−ｙｂ）／（ｙｃ−ｙｂ）
ｔｘｄ＝ｔｘｂ＋（ｔｘｃ−ｔｘｂ）＊（ｙ−ｙｂ）／（ｙｃ−ｙｂ）
ｔｙｄ＝ｔｙｂ＋（ｔｙｃ−ｔｙｂ）＊（ｙ−ｙｂ）／（ｙｃ−ｙｂ）
【００２０】この操作によって、テクスチャメモリ５に格納されたテクスチャデータがフィル座標で指定された領域にマッピングされることになる。
【００２１】いま、図４に示すようなテクスチャデータがテクスチャメモリ５に格納されているとし、フィル座標として図３（ａ）に示すようなやや扁平気味の三角形の頂点Ａ，Ｂ，Ｃの座標が指定され、テクスチャ座標として図４のＴＡ，ＴＢ，ＴＣが指定されたとすると、フィル座標で指定された三角形にマッピングされるテクスチャは、図５（ａ）のように、やや扁平気味に変形した画像となる。同様に、テクスチャ座標として先の例に対してやや回転した図４のＴＡ′，ＴＢ′，ＴＣ′が指定されたとすると、テクスチャは、図５（ｂ）のように、やや回転した画像となる。また、テクスチャ座標として先の例よりも小さな図４のＴＡ″，ＴＢ″，ＴＣ″が指定されたとすると、テクスチャは図５（ｃ）に示すように、拡大された画像となる。このように、この装置によれば、テクスチャ座標をフィル座標に対して任意の値とすることにより、マッピングされるテクスチャを自由に変形、回転、拡大、縮小することができる。
【００２２】また、この装置によれば、例えば、図６（ｂ）に示すような立方体の各面を構成する６つの正方形に対し、同図（ａ）のようなテクスチャデータを対応させ、図７（ａ），（ｂ），（ｃ）のように回転させた場合、立方体の各頂点の座標は各々ＣＰＵ３で計算されて入力されるが、テクスチャ座標は、立方体がどのように回転しようと、最初に設定した値を入力すればよい。このため、ＣＰＵ３の計算の負荷を軽減することができる。
【００２３】ところで、上記の例のようにテクスチャデータが繰り返しのパターンからなる場合、テクスチャメモリ５には、フィル座標系全体に対応する分のテクスチャデータを格納するのは、経済的でない。そこで、この装置では、図８に示すように、テクスチャデータを一部のみ記憶すると共に、種々のテクスチャデータを記憶することにより、テクスチャメモリ５の有効利用を図るようにしている。図示の例では、各テクスチャアドレス範囲とテクスチャデータとの関係は、下記表１の通りとなる。
【００２４】
【表１】
【００２５】そこで、テクスチャアドレス生成部１３で生成されたテクスチャアドレスｔｘ，ｔｙの各上位４ビットを、ゲート回路１４によってテクスチャデータに対応した固定値に置き換える。例えば“Ｆ”の繰り返しパターンであれば、ｔｘ，ｔｙの上位４ビットは、それぞれ０，０になる。これにより、図８に示すように、テクスチャアドレスとして、“Ｆ”のテクスチャデータの記憶範囲を超えるアドレスＴＡ（１−−−，０−−−），ＴＢ（０−−−，１−−−），ＴＣ（１−−−，１−−−）が与えられても、各上位４ビットが“０”に置き換えられるので、各アドレスがＴＡ′（０−−−，０−−−），ＴＢ′（０−−−，０−−−），ＴＣ′（０−−−，０−−−）に置き換えられ、結果として図９（ａ）に示すような、“Ｆ”の繰り返しパターンを全体的に割り付けることができる。同様に、アドレスの各上位４ビットをそれぞれ“１，０”に設定すれば、図８に示したＴＡ，ＴＢ，ＴＣによって割り付けられるパターンは、図９（ｂ）のような、“Ｔ”の繰り返しパターンとなる。
【００２６】このようなゲート回路１４は、例えば図１０R>０のように構成することができる。マスク回路２１は、テクスチャアドレス生成部１３からの出力の上位ビットを“０”に置き換えることによりマスクする。いま、テクスチャ座標が１１ビットの場合、各ｘ，ｙ座標についてテクスチャデータのパターンサイズとマスク回路２４の出力との関係は、下記表２の通りとなる。なお、ここで上欄の数字はマスク回路２１の出力ビット番号で、“０”の部分がマスクされるビット、bxがアドレスのｘビット目をそのまま通過させることを意味している。マスク回路２１の出力のビット“０”の部分をＯＲゲート２２によってテクスチャパターン番号に置き換えれば、サイズ８×８のテクスチャデータを２8 ＝２５６通り選択することが可能になる。
【００２７】
【表２】
【００２８】また、例えば図１０のＯＲゲート２２の代わりに、図１１のように、加算器２３を使用することにより、指定の値だけテクスチャアドレスをオフセットさせることができるので、複数あるテクスチャデータの領域の大きさが異なっても所望のテクスチャマッピングが可能である。
【００２９】このように、繰り返し図形をテクスチャデータとする場合において、極端な場合繰り返しの最小単位のみをテクスチャデータとして記憶しておけば、任意の座標でテクスチャ座標を指定してテクスチャマッピングを行うことができ、メモリの容量を節約することができると共に、テクスチャ座標の指定が簡単になる。
【００３０】なお、以上の実施例では、マッピングする範囲を三角形として説明したが、四角形等、他の多角形に対してマッピングを施しても良いことはいうまでもない。
【００３１】
【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、フィル座標に対するテクスチャ座標の与え方によって、テクスチャデータを任意に拡大、縮小、回転及び変形させて割り付けることができるので、多様な態様のマッピングを行うことができると共に、テクスチャ記憶手段には、標準的なパターンのみを記憶しておけばよいので、メモリ容量も削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施例に係るテクスチャマッピング装置のブロック図ある。
【図２】 同装置によるマッピング処理の手順を示すフローチャートである。
【図３】 同装置に与えられるフィル座標とテクスチャ座標の一例を示す図である。
【図４】 同装置におけるテクスチャメモリとテクスチャ座標との関係を示す図である。
【図５】 図４の各テクスチャ座標に対応するマッピング結果を示す図ある。
【図６】 立方体とこれにマッピングされるテクスチャパターンの一例を示す図である。
【図７】 同立方体が回転した場合のパターンの変化を示す図である。
【図８】 テクスチャメモリの有効利用方法の一例を示す図である。
【図９】 同メモリを使用したマッピング例を示す図である。
【図１０】 ゲート回路の具体例を示す図である。
【図１１】 ゲート回路の他の例を示す図である。
【図１２】 テクスチャマッピングを説明するための図である。
【符号の説明】
１…テクスチャマッピング部、２…画像メモリ、３…ＣＰＵ、４…フレームメモリ、５…テクスチャメモリ、１１…ＣＰＵインタフェース、１２…フィルアドレス生成部、１３…テクスチャアドレス生成部、１４…ゲート回路、１５…セレクタ、１６…制御部、１７…データ処理部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 ３次元対象物の２次元表示データを表示画面を記憶するフレーム記憶手段と、前記３次元対象物の表面にマッピングされるテクスチャデータを記憶するテクスチャ記憶手段と、テクスチャマッピングすべき範囲を規定したフィル座標及びテクスチャ座標を入力し、前記フィル座標により規定される範囲の内部の各画素のフィルアドレスを順次生成すると共に、生成されたフィルアドレスに対応するテクスチャアドレスを生成し、この生成されたテクスチャアドレスで指定される前記テクスチャ記憶手段の記憶場所からテクスチャデータを読み出して、前記フィルアドレスで指定される前記フレーム記憶手段の記憶場所に格納するマッピング手段とを有することを特徴とするテクスチャマッピング装置。
【請求項１】 ３次元対象物の２次元表示データを表示画面を記憶するフレーム記憶手段と、前記３次元対象物の表面にマッピングされるテクスチャデータを記憶するテクスチャ記憶手段と、テクスチャマッピングすべき範囲を規定したフィル座標及びテクスチャ座標を入力し、前記フィル座標により規定される範囲の内部の各画素のフィルアドレスを順次生成すると共に、生成されたフィルアドレスに対応するテクスチャアドレスを生成し、この生成されたテクスチャアドレスで指定される前記テクスチャ記憶手段の記憶場所からテクスチャデータを読み出して、前記フィルアドレスで指定される前記フレーム記憶手段の記憶場所に格納するマッピング手段とを有することを特徴とするテクスチャマッピング装置。
【図１】
【図３】
【図４】
【図２】
【図５】
【図１０】
【図６】
【図９】
【図７】
【図８】
【図１１】
【図１２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図５】
【図１０】
【図６】
【図９】
【図７】
【図８】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開平８−１１０９５１
【公開日】平成８年（１９９６）４月３０日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平６−２７０４４７
【出願日】平成６年（１９９４）１０月７日
【出願人】（０００００４０７５）ヤマハ株式会社 (5,930)
【公開日】平成８年（１９９６）４月３０日
【国際特許分類】
【出願日】平成６年（１９９４）１０月７日
【出願人】（０００００４０７５）ヤマハ株式会社 (5,930)
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