JP3716482B2 - ３次元画像データ生成方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、物体を平面上に立体的に表示するコンピュータグラフィックスに関し、特に、水面上を航行する船の様に背景となる水面に密着して物体が存在し、水面即ち背景と、船即ち物体とが相互に独立して動作し、且つ物体の周囲では背景が物体の動作に関連して動作する場合に、目で見て自然な感じの画像を生成する、中枢処理のためのデータを生成する３次元画像データ生成に関する。
【０００２】
コンピュータグラフィックスにおいては、一般に物体を、３次元の直交座標上のモデルとして定義し、物体の縁を適当な間隔で区分する点と、物体の形状を特徴付ける点により囲まれる小面の集合として該モデルを生成し、
幾何変換を行って該モデルを回転，拡大縮小，ずれ変換，平行移動させ、視点の移動に応じた形状のモデルを生成し、
射影変換を行って該モデルを、視点からの距離に応じて同一寸法でも異なる長さで表される形状のモデルに変更し、
実際に見える形に近似させて平面に表示させる。
【０００３】
しかしながら、そのままでは物体の形状のみが実際に見える形に近似され、物体相互の位置関係が実際に見える形に近似されていないため、
隠れ面処理を行って視点に近い位置にあるモデルが視点から離れた位置にあるモデルを隠しているように表示し、
陰影付け処理にを行って光源とモデル相互の位置関係とから物体表面の細かな明るさの変化や影等が模擬され、
現実感溢れる画像を表示するデータが生成され、中枢処理のための入力データとして出力される。
【０００４】
物体を平面上に立体的に表示するためには、表示される画像に現実感があることが必須であり、物体と接する位置に背景がある（例えば、水面を背景として航行する船が波により上下に揺られる）場合であっても、視点と物体と背景の相対的な位置関係が崩れず、常に船が水面に隠れない様に、即ち、物体の画像が背景よりも視点に近い位置に生成されるようデータを生成することが必要である。
【０００５】
【従来の技術】
図６は従来例の構成図であり、図７は従来例のフローチャート図（その１）であり、図８は従来例のフローチャート図（その２）であり、図９は従来例のイメージ図である。
【０００６】
図６〜図９を参照しながら、従来例について説明する。尚、以下の説明において、同一部分または相当部分については同一符号を付す。
図９は背景と物体の相対的な位置関係のイメージを表した図であって、点Ａと点Ｂと点Ｃと点Ｄとを結ぶ線により囲まれる領域が背景であり、点Ｉと点Ｊと点Ｋと点Ｌとを結ぶ線により囲まれる領域が物体、即ち、動作部である。
【０００７】
本説明においては、背景が静止し、動作部のみが動作するものとして説明するが、背景と動作部の双方が動作する場合についても同様である。
入力データは、点Ａと点Ｂ、点Ｂと点Ｃ、点Ｃと点Ｄ、点Ｄと点Ａを結ぶ線の各々を適当な間隔で区分する点の位置情報と、背景の形状を示す点の位置情報と、
点Ｉと点Ｊ、点Ｊと点Ｋ、点Ｋと点Ｌ、点Ｌと点Ｉを結ぶ線の各々を適当な間隔で区分する点の位置情報と、動作部の形状を示す点の位置情報である。
【０００８】
図６において、１０’は入力回路であり、２０は情報保持部であり、３０’は小面生成部であり、４０は小面法線生成部であり、５０は頂点法線生成部であり、６０は出力回路であり、７０はプロセッサであり、８０は記憶回路である。
【０００９】
入力回路１０’は、記憶回路８０に接続され、背景を形成する点の位置情報、即ち、点Ａと点Ｂ、点Ｂと点Ｃ、点Ｃと点Ｄ、点Ｄと点Ａを結ぶ線の各々を適当な間隔で区分する点の位置情報と、背景の形状を示す点の位置情報と、
動作部を形成する点の位置情報、即ち、点Ｉと点Ｊ、点Ｊと点Ｋ、点Ｋと点Ｌ、点Ｌと点Ｉを結ぶ線の各々を適当な間隔で区分する点の位置情報と、動作部の形状を示す点の位置情報と
を入力データとして記憶回路８０に格納する回路である。
【００１０】
記憶回路８０は、入力回路１０’と、出力回路６０と、プロセッサ７０とに接続され、入力データを保持し、出力データを保持し、入力データの処理方法を指示するプログラムを保持する回路である。
【００１１】
出力回路６０は、記憶回路８０に接続され、記憶回路８０に保持される出力データを出力する回路である。
プロセッサ７０は、記憶回路８０に接続され、記憶回路８０に保持されるプログラムが走行して記憶回路８０の情報保持部２０に保持される入力データを読出し、出力データを生成して情報保持部２０に格納する回路である。
【００１２】
情報保持部２０は、記憶回路８０の中のデータを保持する領域であって、入力データと出力データとを保持する領域である。
小面生成部３０’は、記憶回路８０に格納されるプログラムであって、背景を形成する点の位置情報を記憶回路８０から読み出し、背景を形成する、隣接する３点を結ぶ直線で囲まれる三角形ストリップ（以下、「小面」と言う）と呼ばれる微小面を生成して記憶回路８０の情報保持部２０に格納し、
動作部を形成する点の位置情報とを入力データとして記憶回路８０から読み出し、動作部を形成する小面を生成して記憶回路８０の情報保持部２０に格納するプログラムである。
【００１３】
小面法線生成部４０は、記憶回路８０に格納されるプログラムであって、記憶回路８０から小面を読出し、該小面に対する法線を生成し、小面法線として記憶回路８０に格納するプログラムである。
【００１４】
頂点法線生成部５０は、記憶回路８０に格納されるプログラムであって、記憶回路８０から小面を読出し、前記小面により囲まれる頂点を通る頂点法線を生成し、頂点法線として記憶回路８０に格納するプログラムである。
【００１５】
処理は以下の手順で行われる。
まず、背景の外縁を適当な間隔で区分する点の位置情報と、背景の形状を特徴付ける点の位置情報と、動作部の外縁を適当な間隔で区分する点の位置情報と、動作部の形状を特徴付ける点の位置情報とが入力回路１０’により、情報保持部２０に格納される。（ステップＳ１）
プロセッサ７０上を走行する小面生成部３０’により、情報保持部２０から背景を形成する点の位置情報が読み出され、背景を形成する、隣接する３点を結ぶ直線で囲まれる微小面が生成され、小面として情報保持部２０に格納される。（ステップＳ２）
小面法線生成部４０により、情報保持部２０から背景を構成する小面が読み出され、前記小面の各々に対する法線が生成され、小面法線として情報保持部２０に格納される。（ステップＳ３）
頂点法線生成部５０により、情報保持部２０から背景を構成する小面が読み出され、前記小面により囲まれる頂点を通る法線が生成され、頂点法線として情報保持部２０に格納される。（ステップＳ４）
小面生成部３０’により、情報保持部２０から動作部を形成する点の位置情報が読み出され、動作部を形成する小面が生成され、情報保持部２０に格納される。（ステップＳ５）
小面法線生成部４０により、情報保持部２０から動作部を形成する小面が読み出され、前記小面の各々に対する法線が生成され、小面法線として情報保持部２０に格納される。（ステップＳ６）
頂点法線生成部５０により、情報保持部２０から動作部を構成する小面が読み出され、前記小面により囲まれる頂点を通る法線が生成され、頂点法線として情報保持部２０に格納される。（ステップＳ７）
背景と動作部の各々を構成する小面の全てと、小面法線の全てと、頂点法線の全てとが、出力回路６０により、情報保持部２０から出力され、処理を終了する。（ステップＳ８）
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した様に、従来の方法では、
背景を形成する小面と、小面法線と、頂点法線と、
物体を形成する小面と、小面法線と、頂点法線と、
が各々独立に生成されていたため、平面上に背景と物体とを表示する場合、視点と物体と背景の相対的な位置関係が必ずしも維持されず、物体が背景に隠れるという問題が生じていた。
【００１７】
本発明は、視点と物体と背景の相対的な位置関係を常に維持し、物体が背景の手前に来るようなデータを生成する、効率の良い方法を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
図１は本発明の原理図であり、図５は本発明の第１の実施の形態イメージ図である。
【００１９】
図１及び図５を参照しながら、本発明について説明する。
図５は背景と物体の相対的な位置関係のイメージを表した図であって、
点Ａと点Ｂと点Ｃと点Ｄとを結ぶ線を外縁とし、点Ｅと点Ｆと点Ｇと点Ｈとを結ぶ線を内縁とする領域は、背景の、動作部と独立して動作する外周部であり、点Ｅと点Ｆと点Ｇと点Ｈとを結部線を外縁とし、点Ｉと点Ｊと点Ｋと点Ｌとを結ぶ線を内縁とする領域は、背景の、動作部と連動して動作する周辺部であり、点Ｉと点Ｊと点Ｋと点Ｌとで囲まれた領域は、外周部とは独立して動作する物体（即ち、動作部）である。
【００２０】
本説明においては、外周部が静止し動作部のみが動作するものとして説明するが、外周部と動作部の双方が動作する場合についても同様である。
外周部の外縁である点Ａと点Ｂと点Ｃと点Ｄとを結ぶ線を適当な間隔で区分する点の位置情報と、外周部の形状を特徴付ける点の位置情報と、
外周部の内縁であり且つ周辺部の外縁である点Ｅと点Ｆと点Ｇと点Ｈとを結ぶ線を適当な間隔で区分する点の位置情報と、周辺部の形状を特徴付ける点の位置情報と、
周辺部の内縁で且つあり動作部の外縁である点Ｉと点Ｊと点Ｋと点Ｌとを結ぶ線を適当な間隔で区分する点の位置情報と、動作部の形状を特徴付ける点の位置情報とが入力データとして入力される。
【００２１】
図１において、１は入力手段であり、２は情報保持手段であり、３は小面生成手段であり、４は小面法線生成手段であり、５は頂点法線生成手段であり、６は出力手段である。
【００２２】
入力手段１は、情報保持手段２に接続され、外周部を形成する点の位置情報と、周辺部を形成する点の位置情報と、動作部を形成する点の位置情報とを入力データとして情報保持手段２に格納する手段である。
【００２３】
情報保持手段２は、入力手段１と、出力手段６と、小面生成手段３と、小面法線生成手段４と、頂点法線生成手段５とに接続され、入力データを保持し、出力データを保持する手段である。
【００２４】
小面生成手段３は、情報保持手段２に接続され、情報保持手段２から入力データを読み出し、外周部を形成する小面を生成して情報保持手段２に格納し、周辺部を形成する小面を生成して情報保持手段２に格納し、動作部を形成する小面を生成して情報保持手段２に格納する手段である。
【００２５】
小面法線生成手段４は、情報保持手段２に接続され、外周部と周辺部と動作部の各々を形成する小面を情報保持手段２から読出し、該小面に対する法線を生成し、小面法線として情報保持手段２に格納する手段である。
【００２６】
頂点法線生成手段５は、情報保持手段２に接続され、外周部と周辺部と動作部の各々を形成する小面を情報保持手段２から読出し、前記小面により囲まれる頂点を通る頂点法線を生成し、頂点法線として情報保持手段２に格納する手段である。
【００２７】
出力手段６は、情報保持手段２に接続され、情報保持手段２に保持される小面，小面法線，頂点法線を出力データとして出力する手段である。
まず最初に、入力手段１により入力された入力データは情報保持手段２に格納される。
【００２８】
次いで、小面生成手段３により、外周部を形成する点の位置情報が情報保持手段２から読み出され、外周部を形成する小面が生成され、情報保持手段２に格納され、
周辺部を形成する点の位置情報が情報保持手段２から読み出され、周辺部を形成する小面が生成され、情報保持手段２に格納され、
動作部を形成する点の位置情報が情報保持手段２から読み出され、動作部を形成する小面が生成され、情報保持手段２に格納される。
【００２９】
次いで、小面法線生成手段４により、外周部を形成する小面が情報保持手段２から読み出され、前記小面に対する法線が生成され、小面法線として情報保持手段２に格納され、
周辺部を形成する小面が情報保持手段２から読み出され、前記小面に対する法線が生成され、小面法線として情報保持手段２に格納され、
動作部を形成する小面が情報保持手段２から読み出され、前記小面に対する法線が生成され、小面法線として情報保持手段２に格納される。
【００３０】
次いで、頂点法線生成手段５により、外周部を形成する小面と、周辺部を形成する小面と、動作部を形成する小面とが情報保持手段２から読み出され、前記小面により囲まれる頂点を通る法線が生成され、頂点法線として情報保持手段２に格納される。
【００３１】
次いで、出力手段６により情報保持手段２に保持される小面，小面法線，頂点法線が出力データとして出力され、処理を終了する。
【００３２】
【発明の実施の形態】
図２は本発明の第１の実施の形態構成図であり、図３は本発明の第１の実施の形態フローチャート図（その１）であり、図４は本発明の第１の実施の形態フローチャート図（その２）である。
【００３３】
図２〜図５を参照しながら、本発明の第１の実施の形態について説明する。
図２において、１０は入力回路であり、２０は情報保持部であり、３０は小面生成部であり、４０は小面法線生成部であり、５０は頂点法線生成部であり、６０は出力回路であり、７０はプロセッサであり、８０は記憶回路である。
【００３４】
出力回路６０とプロセッサ７０と記憶回路８０とは、従来の技術の説明で説明されたと同一または同等の回路であり、
小面法線生成部４０と頂点法線生成部５０とは、従来の技術の説明で説明されたと同一または同等のプログラムであり、
情報保持部２０は従来の技術で説明されたと同一または同等の記憶回路８０のデータを保持する領域である。
【００３５】
入力回路１０は、記憶回路８０に接続され、外周部を形成する点の位置情報と、周辺部を形成する点の位置情報と、動作部を形成する点の位置情報とを入力データとして記憶回路８０の情報保持部２０に格納する回路である。
【００３６】
小面生成部３０は、記憶回路８０に格納されるプログラムであって、
外周部を形成する点の位置情報と、周辺部を形成する点の位置情報と、動作部を形成する点の位置情報とを入力データとして記憶回路８０から読出し、
外周部を形成する小面を生成して記憶回路８０の情報保持部２０に格納し、
周辺部を形成する小面を生成して記憶回路８０の情報保持部２０に格納し、
動作部を形成する小面を生成して記憶回路８０の情報保持部２０に格納するプログラムである。
【００３７】
処理は以下の手順で行われる。
まず、外周部の外縁を適当な間隔で区分する点の位置情報と、外周部の形状を特徴付ける点の位置情報と、外周部の内縁（即ち、周辺部の外縁）を適当な間隔で区分する点の位置情報と、周辺部の形状を特徴付ける点の位置情報と、周辺部の内縁（即ち、動作部の外縁）を適当な間隔で区分する点の位置情報と、動作部の形状を特徴付ける点の位置情報とが入力回路１０により情報保持部２０に格納される。（ステップＳ１）
プロセッサ上を走行する小面生成部３０により、情報保持部２０から外周部を形成する点の位置情報が読み出され、外周部を形成する、隣接する３点を結ぶ直線で囲まれる微小面が生成され、小面として情報保持部２０に格納される。（ステップＳ２）
小面法線生成部４０により、情報保持部２０から外周部を形成する小面が読み出され、前記小面の各々に対する法線が生成され、小面法線として情報保持部２０に格納される。（ステップＳ３）
小面生成部３０により、情報保持部２０から周辺部を形成する点の位置情報が読み出され、周辺部を形成する小面が生成され、情報保持部２０に格納される。（ステップＳ４）
小面法線生成部４０により、情報保持部２０から周辺部を形成する小面が読み出され、前記小面の各々に対する法線が生成され、小面法線として情報保持部２０に格納される。（ステップＳ５）
小面生成部３０により、情報保持部２０から動作部を形成する点の位置情報が読み出され、動作部を形成する小面が生成され、情報保持部２０に格納される。（ステップＳ６）
小面法線生成部４０により、情報保持部２０から動作部を形成する小面が読み出され、前記小面の各々に対する法線が生成され、小面法線として情報保持部２０に格納される。（ステップＳ７）
頂点法線生成部５０により、情報保持部２０から外周部と周辺部と動作部の各々を形成する小面が読み出され、前記小面により囲まれる頂点を通る法線が生成され、頂点法線として情報保持部２０に格納される。（ステップＳ８）
外周部と周辺部と動作部の各々を構成する小面の全てと、小面法線の全てと、頂点法線の全てとが、出力回路６０により、情報保持部２０から出力され、処理を終了する。（ステップＳ９）
本説明においては、外周部、周辺部、動作部の縁を区分する点の間隔を適当な間隔としているが、小面が曲面となる場合には間隔を狭めれは狭める程滑らかな自然な現実感のある画像が生成出来、小面が平面となる場合には間隔を広げても自然な現実感のある画像が生成出来るため、対象により間隔が選択される。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明した様に、本発明によれば背景と物体とが各々独立に動作する場合においても、常に物体は背景の手前にあり、視点と背景と物体の間の相対的な位置関係に変化が生じないため、
視点から見て物体が常に背景の手前にある、自然な感じの３次元画像を生成するための入力データを生成することが出来るという著しい工業的効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の原理図
【図２】 本発明の第１の実施の形態構成図
【図３】 本発明の第１の実施の形態フローチャート図（その１）
【図４】 本発明の第１の実施の形態フローチャート図（その２）
【図５】 本発明の第１の実施の形態イメージ図
【図６】 従来例の構成図
【図７】 従来例のフローチャート図（その１）
【図８】 従来例のフローチャート図（その２）
【図９】 従来例のイメージ図
【符号の説明】
１ 入力手段
２ 情報保持手段
３ 小面生成手段
４ 小面法線生成手段
５ 頂点法線生成手段
６ 出力手段
１０，１０’ 入力回路
２０ 情報保持部
３０，３０’ 小面生成部
４０ 小面法線生成部
５０ 頂点法線生成部
６０ 出力回路
７０ プロセッサ
８０ 記憶回路

Claims (1)

1. 背景が面で構成され、且つ、背景面上に配置された物体が面である場合の三次元空間の画面表示であって、
   背景面を、物体面の頂点座標と外周部面の頂点座標とを中継する点を領域の外側の頂点とし該物体面の各頂点を領域の内側の頂点とする周辺部面と、該周辺部の外側の領域である外周部面とに区分し、
   物体面の各頂点と周辺部の各頂点と外周部面の各頂点とを予め対応付け、各面毎の縁を適当な間隔で区分する頂点の位置情報を入力データとして情報保持手段に入力する入力手段と、
   入力手段と、小面生成手段と、小面法線生成手段と、頂点法線生成手段と出力手段とに接続され、入力データと、出力データとを保持する情報保持手段と、
   入力データを読み出して、外周部面と、該外周部面の頂点と物体面の頂点により生成される周辺部面と物体面との各々を形成する小面を生成し、情報保持手段に格納する小面生成手段と、
   情報保持手段から小面を読み出して小面法線を生成し、情報保持手段に格納する小面法線生成手段と、
   情報保持手段から小面を読み出して前記小面により囲まれる頂点の各々に対する法線を頂点法線として生成し、情報保持手段に格納する頂点法線生成手段と、
   情報保持手段から前記小面と前記小面法線と前記頂点法線とを出力データとして出力する出力手段と
   から構成されることを特徴とする３次元画像データ生成装置。

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