JP3138271B2 - 3D display method of object or space - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、計算機による3次元解析結果や、3次元的
測定データの立体表示に関し、自動的に最適な表示色濃
度を決定する方法に関する。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a three-dimensional display of three-dimensional analysis results and three-dimensional measurement data by a computer, and relates to a method for automatically determining an optimum display color density.
本発明はボリュームレンダリング(Volume Renderin
g(空間表示法))に関するものであるが、従来技術と
して、ボリュームレンダリング以前の技術と、本発明以
前のボリュームレンダリング技術につき説明する。ボリ
ュームレンダリング以前の技術の例として、ダクト内の
ガス流れの圧力分布や流速分布を計算機により求め、図
化表示する場合を考える。これは3次元的な状態である
が、以前は3次元表示が困難であったため、解析領域の
任意の断面上にそれらの分布を表示する方法が広く用い
られていた。The present invention relates to volume rendering (Volume Renderin).
g (spatial display method)), as prior art, a technique prior to volume rendering and a volume rendering technique prior to the present invention will be described. As an example of a technique prior to volume rendering, consider a case in which a pressure distribution and a flow velocity distribution of a gas flow in a duct are obtained by a computer and displayed graphically. This is a three-dimensional state, but since three-dimensional display was previously difficult, a method of displaying their distribution on an arbitrary cross section of the analysis region has been widely used.
その表示例を第11図、第12図に示す。 FIGS. 11 and 12 show examples of the display.
第11図は逆L字形に屈曲した矩形断面通路内の流体の
速度分布の絶対値を、流路に平行な縦断面内について表
示したものである。(イ)が最も速度の遅い部分
(ロ)、(ハ)、(ニ)、(ホ)と順次速度が上昇して
いる状況を示す。第12図は同じ通路内速度分布を、流路
に直角な断面内について表示したものである。FIG. 11 shows the absolute value of the velocity distribution of the fluid in the rectangular section passage bent in an inverted L-shape in a vertical section parallel to the flow path. (A) shows the situation where the speed is increasing sequentially in the slowest parts (b), (c), (d) and (e). FIG. 12 shows the same velocity distribution in the passage in a section perpendicular to the passage.
これらの図より速度分布の3次元的な理解をするに
は、技術者が各断面から3次元イメージを頭の中で構築
する必要があった。In order to understand the velocity distribution three-dimensionally from these figures, a technician had to construct a three-dimensional image from each section in his head.
次に、ボリュームレンダリング表示は、効率的に高精
細な図形を扱えるグラフィックスワークステーションな
どの機能向上とともに実用化された技法である。ボリュ
ームレンダリングの目的は、立体の内側と外側を同時に
3次元的に表示することである。つまり、立体の外側ば
かりではなく、内側にかくされている内部立体や、内部
の穴も透き通らせて同時に図化し、各立体間の空間的な
位置関係を明示することである。Next, the volume rendering display is a technique that has been put into practical use with the improvement of functions of a graphics workstation capable of efficiently handling high-resolution graphics. The purpose of volume rendering is to simultaneously and three-dimensionally display the inside and outside of a solid. In other words, not only the outside of the solid, but also the internal solid and the internal hole that are hidden inside, are simultaneously drawn and illustrated to clearly show the spatial positional relationship between the solids.
第13図が、先と同じ問題に対する表示例である。ボリ
ュームレンダリングが最もよく利用されている分野は、
医療におけるCT(Computer Tomograph)測定データの
表示である。肉や骨などの各部の透明度を調節すること
により、人間の頭部の外観、頭がい骨、脳、出血部を透
明なビンの中を覗くように可視化する。透明度を加減す
ると、出血部を特に濃く表示することができるので、こ
の方法により特定の患部を他との位置関係も示しなが
ら、3次元的に表示できる。FIG. 13 is a display example for the same problem as above. Areas where volume rendering is most commonly used are:
It is a display of CT (Computer Tomograph) measurement data in medical treatment. By adjusting the transparency of each part such as meat and bones, the appearance of the human head, skull, brain, and bleeding part are visualized as if looking into a transparent bottle. If the degree of transparency is adjusted, the bleeding part can be displayed particularly densely. Therefore, by using this method, a specific affected part can be displayed three-dimensionally while also showing the positional relationship with the other part.
この他、本発明の実施例に用いた圧力分野や、磁界強
度のような、解析結果の等値面(Isovalue contour s
urfaces)の表示、つまり地図などで用いている等高線
に対し、例えば同じ圧力値の位置をつなげて作った等値
面表示の実用化がすすめられている。In addition, the isovalue contours of the analysis results such as the pressure field used in the embodiment of the present invention and the magnetic field strength.
Urfaces) are being put to practical use, for example, isosurface display created by connecting the positions of the same pressure value to contour lines used in maps and the like.
ボリュームレンダリングの理論を第14図を用いて説明
する。表示対象の空間が多数のボクセルと呼ぶ小立体1
で満たされていると考える。第14図ではそのうちのひと
つだけを取り出した。このボクセルを通過した2が、他
のボクセルも通過しながら表示画面3上のピクセル4に
到達し、これを視点にある人間の目5が見る。The theory of volume rendering will be described with reference to FIG. Small solid 1 whose display target space is called many voxels
Think that is filled with. Figure 14 shows only one of them. The 2 that has passed through this voxel reaches the pixel 4 on the display screen 3 while passing through other voxels, and the human eye 5 at the viewpoint sees this.
このモデルにおいて、Xiの位置におけるひとつのボク
セルに入る色と出る色は次の関係にある。In this model, the colors entering and leaving one voxel at the position of Xi have the following relationship.
Ci out,λ(U) =Ci in,λ(U)(1−α(X)) +cλ(X)α(X) …(1) ここで Ci out,λ(U):ボクセルを出る光の色の濃さ Ci in, λ(U):ボクセルに入る光き色の濃さ cλ(X):位置(X)におけるボクセルの色の
濃さ α(X):位置(X)におけるボクセルの透明度
(0〜1) X=(x,y,z):空間中のボクセルの位置 U=(u,v):画面中のピクセルの位置 λ=r,g,b(=赤、緑、青):光の色成分 位置Xiのボクセルを出る色の濃さは、その隣りのXjに
おけるボクセルに入る色の濃さである。C i out , λ (U) = C i in , λ (U) (1−α (X)) + cλ (X) α (X) (1) where C i out , λ (U): C i in , λ (U): darkness of light entering the voxel cλ (X): darkness of voxel at position (X) α (X): position (X) X = (x, y, z): position of voxel in space U = (u, v): position of pixel in screen λ = r, g, b (= red, Green, blue): color component of light The intensity of the color exiting the voxel at position Xi is the intensity of the color entering the voxel at the adjacent Xj.
Ci out,λ(U)=Cj in,λ(U) …(2) Xjにおけるボクセル出口の色の濃さは Cj out,λ(U) =Cj in,λ(U)(1−α(X)) +cλ(X)α(X) …(3−1) ={Ci in,λ(U)(1−α(X)) +cλ(X)α(X)}(1−α(X)) +cλ(X)α(X) …(3−2) この計算をくり返して画面に達したさいの表示画面上
での色を求めると次の通りである。C i out , λ (U) = C j in , λ (U) (2) The color density of the voxel exit at Xj is C j out , λ (U) = C j in , λ (U) (1 −α (X)) + cλ (X) α (X) (3-1) = {C i in , λ (U) (1−α (X)) + cλ (X) α (X)} (1- α (X)) + cλ (X) α (X) (3-2) This calculation is repeated to determine the color on the display screen when the display reaches the screen.
ここに、 cλ(x,y,zo)=cbkg,λ (=背景色) α(x,y,zo)=1 (=完全不透明) 以上の式を用いて計算すると、着色された霧のかたま
りのような表示ができる。通常は、各立体の表面での反
射を含む陰影表示を加えることにより、重なりあった色
ガラスのような表示としている。 Here, cλ (x, y, zo) = c bkg , λ (= background color) α (x, y, zo) = 1 (= completely opaque) It can display like a lump. Normally, a display such as overlapping colored glass is provided by adding a shade display including reflection on the surface of each solid.
表面の扱いの一例として、Phongのモデルを以下に示
す。As an example of surface treatment, Phong's model is shown below.
(面輝度)=ka・Ia+{kd・(L・N) +ks(H・N)n}Is …(5) ここで右辺第1項は、周囲光、右辺中カッコ内第1項
は拡散反射、第2項は鏡面反射に関するものである。本
式を光の3原色、R、G、Bのそれぞれにつき計算す
る。(Surface luminance) = kaaIa + {kd ・ (L) N) + ks (H ・ N) n } Is (5) Here, the first term on the right side is ambient light, and the first term in braces on the right side is diffuse reflection. , The second term relates to specular reflection. This formula is calculated for each of the three primary colors of light, R, G, and B.
ka:周囲光に対する反射係数 Ia:周囲光の強度 kd:拡散反射係数 ks:鏡面反射係数 Is:光源からの光の入射光強度 L:面から光源方向に向かうベクトル N:面の法線ベクトル H:Lと、面から視点へ向かうベクトルUとの二等分ベ
クトル n:鏡面反射の指向性係数 〔発明が解決しようとする課題〕 上記したボリュームレンダリング技術は、その前の断
面表示に較べ格段の立体表現能力を有している。しかし
ながら、ほんの少し透明度を変えただけで、表示がガラ
リと変わってしまい非常に敏感である。つまり、透明感
が立体によってアンバランスになったり、中がほとんど
見えなくなったり、またはある立体が見えにくくなった
りする。ka: reflection coefficient for ambient light Ia: ambient light intensity kd: diffuse reflection coefficient ks: specular reflection coefficient Is: incident light intensity of light from the light source L: vector from the surface toward the light source N: normal vector of the surface H : L and the bisection vector of the vector U from the surface to the viewpoint n: the directivity coefficient of specular reflection [Problem to be Solved by the Invention] The volume rendering technique described above is much more Has three-dimensional expression ability. However, even if the transparency is changed only a little, the display changes to a rag and is very sensitive. In other words, the sense of transparency becomes unbalanced due to the three-dimensional object, the inside becomes almost invisible, or a certain three-dimensional object becomes difficult to see.
特定の立体を目立たせようとする時も、この透明度や
反射、陰影づけが難しい。Even when trying to make a particular solid stand out, this transparency, reflection and shading are difficult.
従って、人間の頭部のような固定した応用に対しては
あらかじめ表示目的に応じて表示条件のチューニングを
しておけば、後の作業はない。しかし解析結果表示のよ
うに、解析対象の形状や等値面の形状があらかじめ定ま
らない場合の適用では、毎回ユーザーが調整しなければ
ならなかった。しかし調整は上記のように敏感な上、1
回の表示に(セル数にもよるが)10分、あるいはそれ以
上の長時間がかかるため、適切な表示を得るための調整
時間が大であり、日常業務に使えるものではなかった。Therefore, for fixed applications such as a human head, if the display conditions are tuned in advance according to the display purpose, there is no need for subsequent work. However, in the case where the shape of the analysis target or the shape of the isosurface is not determined in advance, as in the case of displaying the analysis result, the user has to adjust each time. However, the adjustment is sensitive as described above,
Each display takes 10 minutes or more (depending on the number of cells), so the adjustment time for obtaining an appropriate display was long, and it could not be used for daily work.
本発明の目的は上記の不具合を排除し、ユーザーによ
る色調整を省略、もしくは効率化することにある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to eliminate the above-mentioned disadvantages and eliminate or improve the efficiency of color adjustment by a user.
上記目的は、色設定用の計算を、最終的な表示より粗
いサンプリング点に対してあらかじめ実行し、その結果
を利用して自動的に、または対話的に色調整をし、次に
詳細表示のための処理をすることにより達成される。す
なわち、従来技術の課題は、対象とする物体または空間
を微小な多数の立体的なボクセルに分割し、視点と立体
ボクセルを結ぶ光線が多数の表示ピクセルからなる表示
画面上に描く色を、立体ボクセルの透明度、物体表面の
面輝度を幾何光学的に演算して決定する物体または空間
の3次元表示方法において、表示ピクセルよりも大きい
サンプリングピッチを有するサンプルセルについて、あ
らかじめ上記色決定用演算を実行し、サンプルセル中の
色の最高濃度値を求め、この値と表示装置の最高濃度値
の比を算出し、次に全表示ピクセルに対して前記色決定
用演算を実行し、その結果に先に求めた濃度比を乗算
し、これを表示濃度として画面表示することを特徴とす
る物体または空間の3次元表示方法、 対象とする物体または空間を微小な多数の立体的なボ
クセルに分割し、視点と立体ボクセルを結ぶ光線が多数
の表示ピクセルからなる表示画面上に描く色を、立体ボ
クセルの透明度、物体表面の拡散反射係数、鏡面反射係
数および光線自体の光成分に基づき演算決定する物体ま
たは空間の3次元表示方法において、表示ピクセルより
も大きいサンプリングピッチを有するサンプルセルにつ
いて、所望表示部分に対する強調度を制御してあらかじ
め色演算決定を行い、サンプルセル中の色の最高濃度値
を求め、この値と表示装置の最高濃度値の比を算出し、
次いで全表示ピクセルに対してサンプルセルに対すると
同様に所望部分に対する強調度を制御して色決定を行
い、その結果に先に求めた濃度比を乗算して、これを表
示濃度として画面に表示することを特徴とする物体また
は空間の3次元表示方法、 および対象とする物体または空間を微小な多数の立体
的なボクセルに分割し、視点と立体ボクセルを結ぶ光線
が多数の表示ピクセルからなる表示画面上に描く色を、
立体ボクセルの透明度、物体表面の拡散反射係数、鏡面
反射係数および光線自体の光成分に基づき演算決定する
物体または空間の3次元表示方法において、所望する表
示部分に対し他の部分とは透明度(α)を変えて色演算
を行うごとくなすとともに、表示ピクセルよりも大きい
サンプリングピッチを有するサンプルセルについてあら
かじめ上記色演算決定を行い、サンプルセル中の最高濃
度値を求め、この値と表示装置の最高濃度値の比を算出
し、次いで全表示ピクセルに対して前記色決定演算を行
い、その結果に先に求めた濃度比を乗算してこれを表示
濃度として画面に表示することを特徴とする物体または
空間の3次元表示方法により解決される。The purpose of the above is to perform the calculation for color setting in advance on sampling points coarser than the final display, use the result to make color adjustment automatically or interactively, and then This is achieved by performing the following processing. That is, the problem of the prior art is to divide a target object or space into a large number of minute three-dimensional voxels, and to draw a color that a ray connecting a viewpoint and a three-dimensional voxel draws on a display screen composed of a large number of display pixels, in a three-dimensional manner. In the three-dimensional display method of an object or space, which determines the transparency of a voxel and the surface luminance of the surface of an object by geometrical optical calculation, the above-described calculation for color determination is performed in advance on a sample cell having a sampling pitch larger than a display pixel. Then, the maximum density value of the color in the sample cell is determined, the ratio of this value to the maximum density value of the display device is calculated, and then the above-described color determination operation is performed on all display pixels. A three-dimensional display method of an object or space, characterized in that the object or space is multiplied by the obtained density ratio and displayed on the screen as a display density. Divide into a number of three-dimensional voxels, and draw the color that the rays connecting the viewpoint and the three-dimensional voxels draw on the display screen consisting of many display pixels, the transparency of the three-dimensional voxels, the diffuse reflection coefficient of the object surface, the specular reflection coefficient, and the rays themselves In a three-dimensional display method of an object or a space calculated and determined based on the light component of a sample cell having a sampling pitch larger than that of a display pixel, the degree of emphasis on a desired display portion is controlled and a color calculation is determined in advance. Find the highest density value of the color inside, calculate the ratio of this value to the highest density value of the display device,
Next, color determination is performed by controlling the degree of emphasis on a desired portion for all display pixels in the same manner as for the sample cells, and the result is multiplied by the previously obtained density ratio, and this is displayed on the screen as the display density. A method for three-dimensionally displaying an object or space, and a display screen in which a target object or space is divided into a number of minute three-dimensional voxels, and a light beam connecting the viewpoint and the three-dimensional voxel includes a number of display pixels The color to draw on,
In a three-dimensional display method of an object or space, which is calculated and determined based on the transparency of a three-dimensional voxel, the diffuse reflection coefficient of the surface of an object, the specular reflection coefficient, and the light component of the light beam itself, a desired display portion has transparency (α ) Is changed, and the above color calculation is determined in advance for a sample cell having a sampling pitch larger than the display pixel, and the highest density value in the sample cell is obtained. Calculating the ratio of the values, then performing the color determination operation on all display pixels, multiplying the result by the previously determined density ratio, and displaying the result as the display density on the screen. It is solved by a three-dimensional display method of space.
一般に、3次元流動解析や電磁場解析などでは、きわ
めて小さな領域内で値が急上昇することはまれで、ある
程度の変化勾配をもった空間的分布をしている。従っ
て、例えば最終的な表示が1,000×1,000(=百万)ピク
セルである場合、たてよこともに20ピクセルおきにサン
プリングしたとすると計算点は50×50=2500点であり、
百万ピクセルの計算が10分かかるとすれば1点あたりの
計算時間はどちらも同じなので、サンプル点については
わずか1.5秒でしかない。Generally, in a three-dimensional flow analysis, an electromagnetic field analysis, or the like, the value rarely rises sharply in an extremely small area, and has a spatial distribution having a certain change gradient. Therefore, for example, if the final display is 1,000 × 1,000 (= one million) pixels, if the sampling is performed every 20 pixels, the calculation points are 50 × 50 = 2500 points,
If a million pixel calculation takes 10 minutes, the calculation time per point is the same, so only 1.5 seconds for the sample point.
サンプル点より得られる図は、解像度としては貧弱だ
が、色調節には十分に利用できる。このサンプル図によ
り、色調の自動設定や手動設定が可能である。The figure obtained from the sample points has poor resolution, but can be used sufficiently for color adjustment. With this sample diagram, automatic setting or manual setting of the color tone is possible.
サンプル図に関して色を手動設定し、再表示しても計
算時間は上述のように微々たるものである。The calculation time is insignificant as described above even if the color is manually set for the sample diagram and redisplayed.
第1図に、本発明の一実施例による計算機処理のフロ
ーチャートを示す。この処理の目的は、表示する色レン
ジの自動調節である。つまり、全体に色が濃すぎる、ま
たは淡すぎることを防止し、表示対象の最濃色を、表示
の最濃色(またはユーザーの指定した濃さ)に自動的に
合わせるものである。FIG. 1 shows a flowchart of computer processing according to one embodiment of the present invention. The purpose of this process is to automatically adjust the displayed color range. In other words, the overall color is prevented from being too dark or too light, and the darkest color to be displayed is automatically adjusted to the darkest color of the display (or the density specified by the user).
第1図のフローを順に説明する。まず、1では色設定
用のピクセルサイズPXc,PYcを設定する。これは先に述
べたサンプリングのピッチであり、例えばPXc=PYc=20
である。第2図にサンプル点の例を示す。このように粗
いサンプルでも、色決めに必要な情報は十分得られる。The flow of FIG. 1 will be described in order. First, in step 1, pixel sizes PXc and PYc for color setting are set. This is the sampling pitch described above, for example, PXc = PYc = 20
It is. FIG. 2 shows an example of sample points. Even with such a coarse sample, sufficient information necessary for color determination can be obtained.
次に2において各赤、緑、青の3成分毎に最濃色
Cmax,λを求める準備として、それぞれをゼロでクリア
する(初期値設定)。Next, in 2, the darkest color for each of the three components of red, green, and blue
In preparation for obtaining C max and λ, each is cleared to zero (initial value setting).
次いで3では、全サンプル点につき、それぞれ色cλ
を求める計算をする。cλの計算は先に述べた式(1)
〜(4)および式(5)で示した陰影表示によるもので
ある。第1図の処理フローでは、これをひとつのサブル
ーチンとして扱った。そして、この計算結果cλが
Cmax,λより大きければ、それをCmax,λとして記憶す
る。透明度の設定によってはCmax,λとして非常に大き
な数値が出る可能性もあるので、通常は浮動小数点数を
用いる。Next, in 3, for each sample point, the color cλ
Calculate The calculation of cλ is performed using the above-described equation (1).
This is based on the shaded display shown by (4) and (5). In the processing flow of FIG. 1, this is handled as one subroutine. And the calculation result cλ is
If it is larger than C max , λ, it is stored as C max , λ. Depending on the setting of the transparency, a very large numerical value may be obtained as C max and λ. Therefore, a floating point number is usually used.
以上の処理により全サンプル点を調べれば、最後にC
max,λのメモリに入っている値がサンプル点での最も濃
い色調(intensity)である。By examining all sample points by the above process, finally C
The values stored in the memory of max and λ are the darkest intensities at the sample points.
次に4では、赤、緑、青の各色のCmaxを比較して、最
も大きい値を最濃色調C*maxとする。本実施例では、
各色のバランスはとれていると仮定したため、最濃色を
色に依らずひとつだけ採用した。Next, at 4, C max of each color of red, green, and blue is compared, and the largest value is set as the deepest color tone C * max . In this embodiment,
Since it was assumed that each color was balanced, only one darkest color was used regardless of the color.
5では、このC*maxと表示の最濃階調Imaxの比を色
補正率rとする。表示の色階調は、1670万色表示の場
合、赤、緑、青毎に各256である。(赤が8bit、緑が8bi
t、青が8bit、都合24bitで色を表し、8bit=28=256階
調であり、2563=1670万色である。)Imax=256として
もよいし、サンプル点以外に少し濃い所があると想定し
て例えばImax=220とすることもできる。In 5, the ratio of the thickest tone I max of the display and the C * max a color correction factor r. In the case of 16.7 million color display, there are 256 color gradations for each of red, green, and blue. (Red is 8bit, Green is 8bi
t and blue represent colors with 8 bits and 24 bits for convenience, 8 bits = 2 8 = 256 gradations, and 256 3 = 16.7 million colors. ) I max = 256, or I max = 220, for example, assuming that there is a little dark place other than the sample point.
以上の処理が色調を自動的に決めるための前処理であ
る。The above processing is preprocessing for automatically determining a color tone.
次に6では、表示用ピクセルサイズPX、PYを決める。
通常はPX=PY=1とするが、2や3でも実用的な図は得
られる。Next, in step 6, the display pixel sizes PX and PY are determined.
Normally, PX = PY = 1, but practical figures can be obtained with 2 and 3.
7では、全ピクセルにつき、先の処理と同じ「色cλ
の計算」を行い、求まったcλに色補正率rを掛けて表
示階調とする。そしてこの色を画面上に表示する。この
処理が終わると、画面上にはImaxで制限された丁度よい
色レンジの像が表示される。7, the same “color cλ” as in the previous processing is applied to all the pixels.
Is calculated, and the obtained cλ is multiplied by the color correction rate r to obtain a display gradation. Then, this color is displayed on the screen. When this process is completed, on the screen image of just a good color range that is limited by I max is displayed.
本発明のねらいは、現実通りに表示することではな
く、ユーザーにとって見たいものを見えるようにするこ
とである。第3図の物体を例に、第1図のフローによる
表示を説明する。The aim of the present invention is not to display the image as it is, but to make the user see what he wants to see. The display according to the flow in FIG. 1 will be described using the object in FIG. 3 as an example.
第3図は表示物体を真上から見た所である。視点Aで
は物体11、12を通過する光線の距離が短く、視点Bから
は長い。従ってこの2ケースの色を求めると、第4A図お
よび第4B図に示すように両者で大きな違いがある。もし
も視点Aで色が調節されていると、視点Bではうしろに
なる物体12は物体11の色が濃くなるため余り見えなくな
る。FIG. 3 shows the display object viewed from directly above. At the viewpoint A, the distance of the light rays passing through the objects 11 and 12 is short, and from the viewpoint B it is long. Therefore, when the colors of these two cases are obtained, there is a great difference between them as shown in FIGS. 4A and 4B. If the color is adjusted at the viewpoint A, the object 12 behind the viewpoint B becomes less visible because the color of the object 11 becomes dark.
ところが本発明によれば、最大色調C*maxに合わせ
て表示色調Imaxを調節するため、写真でいう露出オーバ
ーや露出不足に相当する現象は起きず、中や裏も見える
ように表示することができる。However, according to the present invention, for adjusting the display color I max for the maximum tone C * max, the phenomenon corresponding to the overexposed and underexposed referred to photograph does not occur, that displayed as well middle and back visible Can be.
またこの自動色調整の時間は、前に述べたように10分
の表示時間に対し、サンプル点にもよるがわずか1.5秒
であり、全くユーザーの負担にならない。また自動調節
で行う場合はすべて内部で処理するため、ユーザーは全
く操作が不要である。The time required for the automatic color adjustment is only 1.5 seconds, depending on the sampling point, as compared with the display time of 10 minutes as described above, and does not impose any burden on the user. In the case of automatic adjustment, since all processing is performed internally, no operation is required by the user.
さらに、第1図のフローに示したように、色cλの計
算は従来のプログラムがそのまま使えるため、自動調節
のために新たに開発するプログラム量はきわめて少な
い。Further, as shown in the flow of FIG. 1, since the calculation of the color cλ can be performed by using a conventional program as it is, the amount of programs newly developed for automatic adjustment is extremely small.
赤、緑、青の3成分に関し同じ補正率を用いる場合
は、元の物体に与えられていた色調のバランスをくずす
ことがない。When the same correction factor is used for the three components of red, green, and blue, the balance of the color tone given to the original object is not lost.
次に、特定の物体を強調して表示する他の実施例につ
いて説明する。Next, another embodiment for highlighting and displaying a specific object will be described.
色の決定には透明度と陰影表示のための表面色などが
あるが、ここでは透明度について説明する。他のパラメ
ータについても同様に扱える。The determination of the color includes a transparency and a surface color for displaying a shadow, and the transparency will be described here. Other parameters can be handled similarly.
まず初めに、第5図のように透明度を全物体に対して
初期値設定する。初期値はあらかじめデータベース化し
ておくか、またはユーザーの入力による。また強調係数
は初期値を1とする。First, the transparency is set to an initial value for all objects as shown in FIG. The initial values are stored in a database in advance or input by the user. The initial value of the emphasis coefficient is 1.
ここで、 αλ,i:表示用透明度 αoλ,i:表示用透明度の初期設定値 Eλ,i:強調係数 i:物体番号(i=1〜imax) これまで述べたものでは、透明度調整のみを行ってい
たが、本実施例では、見たい対象物の色調(色の濃さ)
を強調係数でコントロールする。次にユーザーが、物体
ごとの強調係数を入力する。入力がなければ初期設定の
1.0のままでする。 Here, αλ, i: Transparency for display α o λ, i: Initial setting value of transparency for display Eλ, i: Enhancement coefficient i: Object number (i = 1 to i max ) However, in this embodiment, the color tone (color density) of the object to be viewed is
Is controlled by the emphasis coefficient. Next, the user inputs an enhancement coefficient for each object. If there is no input, the default setting
Leave it at 1.0.
表示計算用の透明度は第6図のように、全物体に対
し、 αλ,i←Eλ,i×αλ,i …(6) で求められる。Eλ,iには、強調したい物体に対し大き
い値を入れてもよし、強調したくない物体に対して小さ
い値を入れてもよい。第6式で設定したαが(1)式で
使用するαとなる。As shown in FIG. 6, the transparency for display calculation is obtained by αλ, i ← Eλ, i × αλ, i (6) for all objects. Eλ, i may include a large value for an object to be emphasized or a small value for an object not to be emphasized. Α set in Expression 6 becomes α used in Expression (1).
このαλ,iを用いて、第1図のフローにより表示すれ
ば、特定の物体を強調した表示が得られる。第1図、第
5図、第6図の各プロセスを使って対象物体を3次元表
示する処理工程を第10図に示す。第5図の設定は最初の
1回のみ実行され、第1図と第6図に示した処理はコマ
ンド入力により何回でも実行できるが、第10図の処理フ
ローから判るように過去の最も近い時点で実行した第6
図の処理結果が第1図の処理に使用される。この使用例
を第7図で説明する。第7図は3つの物体の重なりを表
示する場合の平面視図である。このときの色調と画面表
示例を第8A図〜第8C図に示す。By using this αλ, i and displaying according to the flow of FIG. 1, a display in which a specific object is emphasized can be obtained. FIG. 10 shows processing steps for three-dimensionally displaying a target object by using the processes shown in FIGS. 1, 5, and 6. The setting shown in FIG. 5 is executed only once at the beginning, and the processing shown in FIGS. 1 and 6 can be executed any number of times by inputting a command. However, as can be seen from the processing flow of FIG. 6th executed at the time
The processing results shown in the figure are used for the processing shown in FIG. This use example will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a plan view in the case where an overlap of three objects is displayed. 8A to 8C show examples of the color tone and the screen display at this time.
第8A図は3物体共に同濃度の場合である。3つの部品
とも、バランスよく見えている。FIG. 8A shows a case where all three objects have the same density. All three parts look balanced.
第8B図は物体112を強調した場合である。この場合の
最大色調Cmaxは前の例より大きくなるが、表示最大色調
Imaxに合わせて第1図の処理フローにより調節される。
この表示では物体111が淡く、次の物体112がはっきり見
え、うしろの物体113がぼんやり見える。FIG. 8B shows a case where the object 112 is emphasized. In this case, the maximum color tone C max is larger than the previous example,
It is regulated by the processing flow of FIG. 1 in accordance with the I max.
In this display, the object 111 is pale, the next object 112 is clearly visible, and the object 113 behind is faintly visible.
第8C図は物体113を強調した場合である。物体111と11
2が前にあるにもかかわらず、それらが淡いため物体113
がはっきりと見える。FIG. 8C shows a case where the object 113 is emphasized. Objects 111 and 11
Despite 2 being in front, they are pale because object 113
Is clearly visible.
さらに他の実施例として、第9図に操作画面の例を示
す。As still another embodiment, FIG. 9 shows an example of an operation screen.
画面の左が表示用画面21、右が調整用である。調整領
域に8つの小画面を切り、その内の7つ(22〜28)はそ
れぞれ色の異なる部品、残りのひとつはボクセルレンダ
リングのサンプル画面29である。この8つの小画面はサ
ンプル点に対応して表示するので、処理時間は短い。各
々の部品ごとに横棒のスライド式の表示を設け、マウス
でこれをピックして伸び縮みさせることにより、表示の
濃度を加減できる。つまり、このスライダの値を先の
(6)式におけるEλ,iの値とするわけである。ただし
この場合は、各色同じ強調度 Er,i=Eg,i=Eb,i(r,g,b=赤、緑、青) とした。この調整の結果はサンプル画面に効率的に表示
できる。The left side of the screen is for display 21 and the right side is for adjustment. Eight small screens are cut into the adjustment area, seven of them (22 to 28) are parts having different colors, and the other is a sample screen 29 for voxel rendering. Since these eight small screens are displayed corresponding to the sample points, the processing time is short. By providing a slide-type display of a horizontal bar for each part, picking it with a mouse and expanding and contracting it, the density of the display can be adjusted. That is, the value of the slider is set to the value of Eλ, i in the above equation (6). In this case, however, the same emphasis degree Er, i = Eg, i = Eb, i (r, g, b = red, green, blue) is used for each color. The result of this adjustment can be efficiently displayed on the sample screen.
さらに、右下には赤、緑、青の3原色の色調レンジを
操作するスライダ30を設けた。これにより色のバランス
を調節できる。例えば、赤の物体を目立たせたければ、
図のように赤を明るいレンジとし、他を暗いレンジとす
ればよい。Further, a slider 30 for controlling a color tone range of three primary colors of red, green and blue is provided at the lower right. This allows the color balance to be adjusted. For example, if you want to make red objects stand out,
As shown in the figure, the red range may be a bright range and the others may be a dark range.
ここで、表示色は次のように計算する。 Here, the display color is calculated as follows.
ここで、 Iλ:表示色 Imin,λ:スライダで設定した最低レンジ Imax,λ:スライダで設定した最高レンジ Cmax,λ:色調の最濃値 cλ:表示したいピクセルの色調 である。 Here, Iλ: display color I min , λ: minimum range set by the slider I max , λ: maximum range set by the slider C max , λ: maximum color tone cλ: color tone of the pixel to be displayed.
以上により色を調整できたら、左側の表示画面に詳細
に表示する。When the colors can be adjusted as described above, the details are displayed on the left display screen.
本発明によれば、従来は時間がかかって非常に大変で
あった表示条件変更に敏感なボクセルレンダリングの表
示を、簡単に調節できる。According to the present invention, it is possible to easily adjust the display of voxel rendering that is sensitive to a change in display conditions, which was conventionally time-consuming and very difficult.
つまり、物体の透明度やその厚さによって異なる表示
色のレンジを、サンプル点について調べることにより自
動的に設定できる。That is, the range of the display color that differs depending on the transparency and the thickness of the object can be automatically set by examining the sample points.
目立たせたい物体は、その強調度を入力するだけで、
先の自動レンジ設定により表示できる。さらにこれを図
形表示を用いた対話操作を加えることにより、ユーザー
の感性を容易に反映できる。For objects that want to stand out, just enter the degree of emphasis,
It can be displayed by the automatic range setting. Further, by adding an interactive operation using the graphic display, the user's sensitivity can be easily reflected.
以上の調節はサンプル点を用いるため、実行時間が短
く、対話処理に組み込み可能である。また開発プログラ
ム量が少なく、組み込みが容易である。Since the above adjustment uses sample points, the execution time is short and can be incorporated into the interactive processing. In addition, the amount of development programs is small and easy to incorporate.
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の実施例である計算機による色調処理系
統図、第2図は本発明における色調調整のためのサンプ
ル点のとり方の説明図、第3図は2つの視点から同じ物
体を見た場合の色調変化の説明図、第4A図および第4B図
は第3図の2つの視点での色調を示す図、第5図は本発
明における透明度の初期設定フロー図、第6図は本発明
における入力された強調度を用いた透明度の設定フロー
図、第7図は3物体を重ねて表示する場合の説明図、第
8A図、第8B図および第8C図は第7図の場合に強調度によ
る色調と画色表示の説明図、第9図は本発明の他の実施
例である色設定用対話処理画面の構成説明図、第10図
は、第1図、第5図および第6図の各プロセスを使って
対象物体を3次元表示する処理工程を示す図、第11図、
第12図は3次元対象物に対する従来の断面表示例図、第
13図は第11図〜第12図の対象物に対する3次元表示例
図、第14図は従来のボリュームレンダリング技術の説明
図である。 1……色設定用ピクセル(サンプルセル)サイズ設定工
程、2……色濃度の初期値設定工程、3……全色設定用
ピクセル(サンプルセル)についての色cλの計算、C
max,λの算出工程、4……赤、緑、青の全色成分につい
ての最濃色調の決定工程、5……最高濃度補正率算出工
程、6……表示用ピクセルサイズ設定工程、全表示ピク
セルについての色の算出と表示。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a system diagram of color tone processing by a computer according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram of how to take sample points for color tone adjustment in the present invention, and FIG. 4A and 4B are diagrams showing color tones at two viewpoints in FIG. 3, and FIG. 5 is a flow chart for initial setting of transparency in the present invention. FIG. 6, FIG. 6 is a flow chart for setting the transparency using the input degree of emphasis in the present invention, FIG.
8A, 8B, and 8C are explanatory diagrams of the color tone and image color display according to the degree of emphasis in the case of FIG. 7, and FIG. 9 is a configuration of a color setting interactive processing screen according to another embodiment of the present invention. FIG. 10 is an explanatory diagram showing processing steps for three-dimensionally displaying a target object using the processes shown in FIG. 1, FIG. 5 and FIG.
FIG. 12 is an example of a conventional sectional display for a three-dimensional object.
FIG. 13 is a diagram showing an example of a three-dimensional display of the object shown in FIGS. 11 and 12, and FIG. 14 is an explanatory diagram of a conventional volume rendering technique. 1 ... Color setting pixel (sample cell) size setting step, 2 ... Color density initial value setting step, 3 ... Calculation of color cλ for all color setting pixels (sample cell), C
max , λ calculation step, 4... the darkest color tone determination step for all red, green, and blue color components, 5... maximum density correction rate calculation step, 6... display pixel size setting step, full display Calculation and display of colors for pixels.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G06T 15/00 100 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G06T 15/00 100
Claims (5)
立体的なボクセルに分割し、視点と立体ボクセルを結ぶ
光線が多数の表示ピクセルからなる表示画面上に描く色
を、立体ボクセルの透明度、物体表面の面輝度を幾何光
学的に演算して決定する物体または空間の3次元表示方
法において、表示ピクセルよりも大きいサンプリングピ
ッチを有するサンプルセルについて、あらかじめ上記色
決定用演算を実行し、サンプルセル中の色の最高濃度値
を求め、この値と表示装置の最高濃度値の比を算出し、
次に全表示ピクセルに対して前記色決定用演算を実行
し、その結果に先に求めた濃度比を乗算し、これを表示
濃度として画面表示することを特徴とする物体または空
間の3次元表示方法。An object or space to be processed is divided into a number of minute three-dimensional voxels, and a color connecting a viewpoint and a three-dimensional voxel is drawn on a display screen composed of a number of display pixels, and the transparency of the three-dimensional voxel is determined. In a three-dimensional display method of an object or space in which the surface luminance of the surface of an object is determined by geometrical optics, the above-described color determination operation is performed in advance on a sample cell having a sampling pitch larger than a display pixel, Find the highest density value of the color in the cell, calculate the ratio of this value to the highest density value of the display device,
Next, the color determination operation is performed on all display pixels, the result is multiplied by the previously determined density ratio, and the result is displayed on the screen as the display density. Method.
立体的なボクセルに分割し、視点と立体ボクセルを結ぶ
光線が多数の表示ピクセルからなる表示画面上に描く色
を、立体ボクセルの透明度、物体表面の拡散反射係数、
鏡面反射係数および光線自体の光成分に基づき演算決定
する物体または空間の3次元表示方法において、表示ピ
クセルよりも大きいサンプリングピッチを有するサンプ
ルセルについて、所望表示部分に対する強調度を制御し
てあらかじめ色演算決定を行い、サンプルセル中の色の
最高濃度値を求め、この値と表示装置の最高濃度値の比
を算出し、次いで全表示ピクセルに対してサンプルセル
に対すると同様に所望部分に対する強調度を制御して色
決定を行い、その結果に先に求めた濃度比を乗算して、
これを表示濃度として画面に表示することを特徴とする
物体または空間の3次元表示方法。2. A method of dividing a target object or space into a number of minute three-dimensional voxels, and defining a color in which light rays connecting the viewpoint and the three-dimensional voxels are drawn on a display screen including a large number of display pixels, the transparency of the three-dimensional voxels. , The diffuse reflection coefficient of the object surface,
In a three-dimensional display method of an object or a space which is calculated and determined based on a specular reflection coefficient and a light component of a light beam itself, a color calculation is performed in advance by controlling the degree of emphasis on a desired display portion for a sample cell having a sampling pitch larger than a display pixel. A determination is made to determine the highest density value of the color in the sample cell, calculate the ratio of this value to the highest density value of the display device, and then determine the degree of enhancement for the desired portion for all display pixels as well as for the sample cell. Control to determine the color, multiply the result by the density ratio obtained earlier,
A three-dimensional display method of an object or a space, which displays this on a screen as a display density.
立体的なボクセルに分割し、視点と立体ボクセルを結ぶ
光線が多数の表示ピクセルからなる表示画面上に描く色
を、立体ボクセルの透明度、物体表面の拡散反射係数、
鏡面反射係数および光線自体の光成分に基づき演算決定
する物体または空間の3次元表示方法において、所望す
る表示部分に対し他の部分とは透明度(α)を変えて色
演算を行うごとくなすとともに、表示ピクセルよりも大
きいサンプリングピッチを有するサンプルセルについて
あらかじめ上記色演算決定を行い、サンプルセル中の最
高濃度値を求め、この値と表示装置の最高濃度値の比を
算出し、次いで全表示ピクセルに対して前記色決定演算
を行い、その結果に先に求めた濃度比を乗算してこれを
表示濃度として画面に表示することを特徴とする物体ま
たは空間の3次元表示方法。3. A method of dividing a target object or space into a large number of minute three-dimensional voxels, and drawing a color connecting a viewpoint and a three-dimensional voxel on a display screen composed of a large number of display pixels to a transparency of the three-dimensional voxel. , The diffuse reflection coefficient of the object surface,
In a three-dimensional display method of an object or a space calculated and determined based on a specular reflection coefficient and a light component of a light ray itself, a color calculation is performed by changing transparency (α) with respect to a desired display portion from other portions, For the sample cell having a sampling pitch larger than the display pixel, the above color calculation is determined in advance, the highest density value in the sample cell is obtained, the ratio of this value to the highest density value of the display device is calculated, and then all display pixels are processed. A three-dimensional display method of an object or a space, wherein the color determination operation is performed on the result, the result is multiplied by the previously determined density ratio, and the result is displayed on a screen as a display density.
たは空間を複数個の部分に分割表示するとともに、各分
割表示ごとに透明度を加減できるごとくなすとともに、
透明度加減後の全部分につきサンプル点に関し色の演算
表示を行うことを特徴とする物体または空間の3次元表
示方法。4. The method according to claim 3, wherein the object or space to be processed is divided and displayed in a plurality of parts, and transparency is adjusted for each divided display.
A three-dimensional display method of an object or a space, wherein a color is calculated and displayed for sample points for all portions after the transparency is adjusted.
(4)において、赤、緑、青の色成分ごとに表示レンジ
(最低値、最高値)を設定するとともに、表示レンジに
色演算結果を割り当て処理してサンプル点に関し表示す
るごとくなしたことを特徴とする物体または空間の3次
元表示方法。5. The display range (minimum value, maximum value) for each of the red, green, and blue color components according to claim 1, 2, 3, or 4, and the display range. A three-dimensional display method of an object or a space, wherein a result of a color operation is assigned to a sample point and displayed.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19576490A JP3138271B2 (en) | 1990-07-24 | 1990-07-24 | 3D display method of object or space |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19576490A JP3138271B2 (en) | 1990-07-24 | 1990-07-24 | 3D display method of object or space |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0481984A JPH0481984A (en) | 1992-03-16 |
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Family
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19576490A Expired - Fee Related JP3138271B2 (en) | 1990-07-24 | 1990-07-24 | 3D display method of object or space |
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| Country | Link |
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| JPH0481984A (en) | 1992-03-16 |
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