JP3861866B2 - ３次元グラフィックス表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、３次元グラフィックス表示装置に関し、特に３次元コンピュータグラフィックスのレンダリングに用いるモデルを適宜切り替えることにより、レンダリング速度の高速化を図る手段を備えた装置に関する。

３次元コンピュータグラフィックスのレンダリングを行う際、ポリゴン数の多い３Ｄモデルや、ファイルサイズが大きく精密な画像をテクスチャマッピングした３Ｄモデルをレンダリングすると、多大な演算が必要となり、レンダリングに多くの時間が必要となる。 レンダリングを高速化するためには、表示する３Ｄモデルのポリゴン数の削減やテクスチャマッピング画像の低サイズ化といったモデルの低解像度化を行って演算量を削減すればよいが、モデルの低解像度化を行うと、コンピュータグラフィックスの品質が低下してしまう。

そこで、コンピュータグラフィックスの品質低下を最小限に抑えつつ、高速なレンダリングを行うための手法として考案されたのが、ＬＯＤ（Level of Detail)と呼ばれる手法である。このＬＯＤ手法の詳細は、「ブイ・アール・エム・エル９７インターナショナルスタンダード (VRML97 International Standard)、ISO/IEC 14772-1:1997)6.26 節」（非特許文献１）に記載されている。

近距離にあるオブジェクトは画面上に大きく表示されるので、そのオブジェクトの３Ｄモデルを低解像度化すると、コンピュータグラフィックスの品質は顕著に低下するが、遠距離にあるオブジェクトは、画面上で小さく表示されるため、ポリゴン数の削減やテクスチャ画像の低サイズ化などの低解像度化を行ったモデルを用いても、さほどコンピュータグラフィックスの品質は低下しない。

ＬＯＤ手法は、この点に着目し、それぞれのオブジェクトについて、ポリゴン数、テクスチャ画像のサイズなどを変えた数種類の解像度のモデルを格納し、近距離にあるオブジェクトは高ポリゴン数、高サイズテクスチャ画像を用いた高解像度のモデルを用いてレンダリングし、遠距離になるにつれ、簡略化し低解像度化したモデルを用いてレンダリングを行うことでコンピュータグラフィックスの品質低下を最小限に抑えつつ、レンダリング時間の高速化を図っている。

「ブイ・アール・エム・エル９７インターナショナルスタンダード (VRML97 International Standard)、ISO/IEC 14772-1:1997)6.26 節」

しかしながら、上述したＬＯＤ手法によれば、視点とオブジェクトの距離のみをモデルの解像度切り換えの判断基準としているため、対象オブジェクトが視点の近くにあっても高い解像度のモデルを用いる必要が無い場合、例えば、オブジェクトが斜め方向や裏側方向から見える場合についても、高解像度のモデルを用いてレンダリングを行うこととなり、多大な演算を行ってしまうという問題があった。

従って、本発明の目的は、レンダリングに用いるモデルを適宜切り替えることにより、レンダリング速度の高速化を図ることができる３次元グラフィックス表示装置を提供することにある。

本発明は、上記の目的を達成するため、ユーザの視点情報の変更を行う視点位置変更手段と、ユーザの視点位置，方向などの視点情報を格納しておく視点情報格納ベースと、仮想空間に配置するそれぞれのオブジェクトに対して解像度の異なる複数のモデルを詳細レベルと共に格納しておくモデル格納ベースと、前記視点情報格納ベースの視点情報に従ってレンダリングに用いる各オブジェクトの詳細レベルを計算する詳細レベル計算手段と、前記詳細レベル計算手段で算出された詳細レベルに従ってレンダリングに使用する各オブジェクトのモデルを切り替えるモデル切替手段と、モデル切替手段から送られたモデルを用いて３Ｄコンピュータグラフィックスのレンダリングを行うレンダリング手段と、前記レンダリング手段で生成されたコンピュータグラフィックスの表示を行う出力手段と、を有することを特徴とする３次元グラフィックス表示装置を提供するものである。

以上の構成において、前記詳細レベル計算手段は、各オブジェクトの観測に適した部位を示す観測基準点、および観測に適した方向を示す推奨方向ベクトルを格納する推奨方向ベクトル格納ベースと、前記視点情報格納ベースに格納されている視点位置を始点とし前記推奨方向ベクトル格納ベースに格納されている観測基準点を終点とするベクトルと前記推奨方向ベクトル格納ベースに格納されている推奨方向ベクトルとのなす角度（方向ずれ角）を計算する方向ずれ角計算手段と、方向ずれ角に応じて詳細レベルを決定するために方向ずれ角の閾値を格納する方向ずれ角閾値格納ベースと、方向ずれ角計算手段によって算出された各オブジェクトの方向ずれ角から詳細レベルを決定する方向ずれ角比較手段と、を有することが望ましい。

また、前記３次元グラフィックス表示装置は、更に、前記推奨方向ベクトル格納ベースに格納された各オブジェクトの推奨方向ベクトルを変更する推奨方向ベクトル変更手段を有することが望ましい。

また、前記３次元グラフィックス表示装置は、更に、方向ずれ角閾値格納ベースに格納された各オブジェクトの方向ずれ角の閾値を変更する方向ずれ角閾値変更手段を有することが望ましい。

以上説明したとおり、本発明の３次元グラフィックス表示装置によれば、以下のような効果がある。
（１）第１の効果は、オブジェクトごとに観測に適した角度を設定し、ユーザの視線の向きがオブジェクトの観測に適した角度に近い場合は、高解像度のモデルを用いてレンダリングを行い、ユーザの視線の向きが観測に適した角度から大きく外れている場合には、簡略化した低解像度のモデルを用いてレンダリングを行う。つまり、観測に適した角度から見るオブジェクトを詳細に表示し、観測に適さない角度から見るオブジェクトを簡略化して表示することができる。その結果、コンピュータグラフィックスの品質を低下させることなく、レンダリング速度を高速化できる。
（２）第２の効果は、オブジェクトごとに観測に適した方向を設定し、ユーザの視点の位置がオブジェクトの観測に適した方向に近い場合は、高解像度のモデルを用いてレンダリングを行い、ユーザの視線の位置が観測に適した方向から大きく外れている場合には、簡略化した低解像度のモデルを用いてレンダリングを行う。つまり、観測に適した方向から見るオブジェクトを詳細に表示し、観測に適さない方向から見るオブジェクトを簡略化して表示することができる。その結果、コンピュータグラフィックスの品質を低下させることなく、レンダリング速度を高速化できる。
（３）第３の効果は、２つ以上の部を用いてオブジェクトをどの程度詳細に表示するかを判断し、その判断に基づいて、レンダリングに用いるモデルの解像度を決定することができる。その結果、コンピュータグラフィックスの品質を低下させることなく、レンダリング速度を高速化できる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態を詳細に説明する。

〔第１の実施の形態〕図１は本発明の第１の実施の形態による３次元グラフィックス表示装置の構成を示すブロック図である。この３次元グラフィックス表示装置は、ユーザの視点情報の変更を行う視点位置変更部１と、仮想空間におけるユーザの視点位置，方向などの視点情報を格納しておく視点情報格納ベース２と、仮想空間に配置するそれぞれのオブジェクトに対して解像度の異なる複数の３次元モデルをその詳細レベルと共に格納しておくモデル格納ベース３と、視点情報格納ベース２の視点情報に従ってレンダリングに用いる各オブジェクトの詳細レベルを計算する詳細レベル計算部４と、詳細レベル計算部４で算出された詳細レベルに従ってレンダリングに使用する各オブジェクトのモデルを切り替えるモデル切替部６と、モデル切替部６から送られたモデルを用いて３Ｄコンピュータグラフィックスのレンダリングを行うレンダリング部７と、レンダリング部７で生成されたコンピュータグラフィックスの表示を行う出力部８と、から構成されている。

詳細レベル計算部４は、更に、各オブジェクトの観測に適した視線角度を示す推奨視線ベクトルを格納する推奨視線ベクトル格納ベース４１と、視線ずれ角に応じて詳細レベルを決定するために視線ずれ角の閾値を格納する視線ずれ角閾値格納ベース４２と、視点情報格納ベース２に格納されている視線方向と推奨視線ベクトル格納ベース４１に格納されている推奨視線ベクトルのなす角度（視線ずれ角）とを計算する視線ずれ角計算部４３と、視線ずれ角計算部４３によって算出された各オブジェクトの視線ずれ角から詳細レベルを決定する視線ずれ角比較部４４と、から構成されている。

以上の構成において、視点情報格納ベース２に格納される視点情報は、ユーザの操作入力や、他モジュールからの視点位置変更要求を受けた視点位置変更部１によって、随時更新される。

なお、本実施の形態において、詳細レベルは、最も解像度が高いモデルの詳細レベルを詳細レベル０とし、詳細レベルの数値が大きくなるにつれ、簡略化した低解像度のモデルとなるように定義する。また、推奨視線ベクトル格納ベース４１に格納されている推奨視線ベクトルは、オブジェクトのモデルを作成する際に予め設定しておくこともできるし、モデルを仮想空間内に配置する際に設定することも可能である。同様に、視線ずれ角閾値格納ベース４２に格納される視線ずれ角の閾値についても、モデル作成時，モデル配置時のいずれでも設定することが可能である。

次に、第１の実施の形態による３次元グラフィックス表示装置の動作について説明する。視点情報格納ベース２に格納されているユーザの視点位置，方向といった視点情報が更新されると、視線ずれ角計算部４３では各オブジェクトについて推奨視線ベクトル格納ベース４１に格納されている推奨視線ベクトルと視点情報格納ベース２に格納されている視線方向とのなす角度（視線ずれ角）の算出を行う。

視線ずれ角計算部４３で算出された各オブジェクトの視線ずれ角は、視線ずれ角比較部４４へと伝達され、視線ずれ角比較部４４では、視線ずれ角閾値格納ベース４２に格納されている各オブジェクトの視線ずれ角の閾値と照らし合わせ、オブジェクトの詳細レベルを決め、モデル切替部６へ伝達する。モデル切替部６では、モデル格納ベース３に格納されているモデルの中からレンダリングに使用するモデルを選び、レンダリング部７へと伝達する。レンダリング部７では、伝達されたモデルを用いて３次元コンピュータグラフィックスのレンダリングを行う。

このように、第１の実施の形態による３次元グラフィックス表示装置では、各オブジェクトに対して観測に適した角度を設定し、観測に適した角度に近い方向から観測する際には高解像度のモデルを、また観測に適した角度から離れて観測する場合には、低解像度のモデルを用いてレンダリングを行う。つまり、オブジェクトの特性に合わせて観測に適した角度を設定し、観測に適した角度から見るオブジェクトは詳細に表示し、観測に適さない角度から見るオブジェクトを簡略化して表示することで、コンピュータグラフィックスの品質を低下させることなく、レンダリング速度の高速化を図ることが可能になる。

＜実施例１−１＞次に、本発明の第１の実施の形態の実施例について説明する。図２は、モデル格納ベース３に格納されているモデルの構造を示す図である。図２に示すモデルは、書籍を収納した書架を表す書架オブジェクト１００のモデルであり、書籍，棚まで精密にモデリングした書架モデルのモデル１０１と、モデル１０１のポリゴン数を削減することで簡略化を施したモデル１０２，モデル１０３である。これらのモデルを解像度が高い順から並べると、モデル１０１、モデル１０２、モデル１０３の順となる。このモデル１０１〜１０３が、書架オブジェクト１００のモデルとしてモデル格納ベース３に格納されている。

図３は、この書架オブジェクト１００と推奨視線ベクトル１０４の関係を示した図である。書架オブジェクト１００を正面から見る角度が観測に適した角度となるように推奨視線ベクトル１０４が設定され、推奨視線ベクトル格納ベース４１に格納されている。

また、視線ずれ角閾値格納ベース４２には、視線ずれ角の閾値として、角度θ１，θ２（０＜θ１＜θ２＜π）と、
・視線ずれ角θが、０≦θ＜θ１の時，詳細レベル０
・視線ずれ角θが、θ１≦θ＜θ２の時，詳細レベル１
・視線ずれ角θが、θ≧θ２の時，詳細レベル２
というルールが格納されている。

以下、図４，図５，図６を参照して、実施例１−１の動作を説明する。図４は、ユーザがモデルを観測する場面を示した模式図である。この図では、推奨視線ベクトル１０４が設定された書架オブジェクト１００と、仮想空間中のユーザ１０５と、その視線ベクトル１０６との関係を３つの場面で示している。図５は、図４の位置関係での視線ずれ角比較部における処理を示す図である。図６は、図４の位置関係で図５の処理が行なわれたときの画面出力の例を示す図である。

まず、ユーザ１０５と書架オブジェクト１００が図４（ａ）の位置関係になったときの処理の流れについて説明する。視線ずれ角計算部４３で、視線ずれ角θａが算出され、視線ずれ角比較部４４へと伝達される。視線ずれ角比較部４４では、視線ずれ角閾値格納ベース４２に格納されている視線ずれ角の閾値θ１、θ２から書架オブジェクト１００の詳細レベルを詳細レベル０に決定する（図５（ａ））。詳細レベルは、モデル切替部６へと伝達され、モデル切替部６では、モデル格納ベース３に格納されているモデルの中からレンダリングに用いるモデルとして、モデル１０１を選択し、レンダリング部７に伝達する。レンダリング部７では、モデル１０１を用いてレンダリングを行い、出力部８には、図６（ａ）に示す出力１１１が得られる。

次に、ユーザ１０５と書架オブジェクト１００が図４（ｂ）の位置関係になったときの処理の流れについて説明する。視線ずれ角計算部４３で算出した視線ずれ角θｂが伝達された視線ずれ角比較部４４では、視線ずれ角閾値格納ベース４２に格納されている視線ずれ角の閾値θ１、θ２から書架オブジェクト１００の詳細レベルを詳細レベル１に決定する（図５（ｂ））。詳細レベルは、モデル切替部６へと伝達され、モデル切替部６では、モデル格納ベース３に格納されているモデルの中からレンダリングに用いるモデルとして、モデル１０２を選択し、レンダリング部７に伝達する。レンダリング部７では、モデル１０２を用いてレンダリングを行い、出力部８には、図６（ｂ）に示す出力１１２が得られる。出力１１２では、書籍の表示領域が小さいため、書籍部分のポリゴンを簡略化したモデルを用いてもコンピュータグラフィックスの品質低下は少ないことがわかる。

次に、ユーザ１０５と書架オブジェクト１００が図４（ｃ）の位置関係になったときの処理の流れについて説明する。視線ずれ角計算部４３で視線ずれ角θｃが算出され、視線ずれ角比較部４４では、視線ずれ角閾値格納ベース４２に格納されている視線ずれ角の閾値θ１、θ２から書架オブジェクト１００の詳細レベルを詳細レベル２に決定する（図５（ｃ））。詳細レベルは、モデル切替部６に伝達され、モデル切替部６では、レンダリングに用いるモデルをモデル１０３に決定し、モデル１０３をレンダリング部７に伝達する。レンダリング部７では、モデル１０３を用いてレンダリングを行い、出力部８には、図６（ｃ）に示す出力１１３が得られる。出力１１３では、書架前面の表示領域が非常に小さいため、書架前面部分のポリゴンを簡略化したモデルを用いてもコンピュータグラフィックスの品質低下は少ないことがわかる。

このように、実施例１−１では、書架オブジェクト１００を正面から見る角度に推奨視線ベクトル１０４が設定されている。これにより、書架オブジェクト１００を正面付近から観測する場合には、収納書籍の形状まで正確にモデリングした高解像度なモデル１０１を用い、書架オブジェクト１００を斜め方向から見るとき、つまり書籍の詳細が観測できない場合には、簡略化したモデル１０２を用い、さらに斜め方向で、書架前面が殆ど見えないような位置から観測する場合には、棚、書籍を完全に省略したモデル１０３を用いてレンダリングを行うことができるので、コンピュータグラフィックスの品質を低下させることなく、レンダリング速度の高速化を図ることができる。

＜実施例１−２＞本発明の第１の実施の形態の他の実施例について説明する。図７は、モデル格納ベース３に格納されているモデルの構造を示す図である。図７に示すモデルは、画像をはめ込んだ額縁を表す額縁オブジェクト２００であり、オリジナルの画像２０１ｐをテクスチャマッピングしたモデル２０１と、画像２０１ｐの解像度を下げ画像サイズを小さくした画像２０２ｐ、画像２０３ｐをテクスチャマッピングしたモデル２０２、モデル２０３である。画像２０１ｐ、２０２ｐ、２０３ｐの画像解像度は高い順に、画像２０１ｐ、２０２ｐ、２０３ｐで、画像サイズは画像解像度に比例するものとする。モデルを解像度が高い順から並べると、モデル２０１、モデル２０２、モデル２０３の順となる。このモデル２０１〜２０３が、額縁オブジェクト２００のモデルとしてモデル格納ベース３に格納されている。

図８は、この額縁オブジェクト２００と推奨視線ベクトル２０４の関係を示した図である。額縁オブジェクト２００を正面から見る角度を観測に適した角度として、推奨視線ベクトル２０４が設定され、推奨視線ベクトル格納ベース４１に格納されている。

また、視線ずれ角閾値格納ベース４２には、視線ずれ角の閾値として、角度θ１、θ２（０＜θ１＜θ２＜π）と、
・視線ずれ角θが、０≦θ＜θ１の時、詳細レベル０
・視線ずれ角θが、θ１≦θ＜θ２の時、詳細レベル１
・視線ずれ角θが、θ≧θ２の時、詳細レベル２
というルールが格納されている。

以下、図９，図１０を参照して、実施例１−２の動作を説明する。図９は、ユーザがモデルを観測する場面を示した模式図である。この図では、推奨視線ベクトル２０４が設定された額縁オブジェクト２００と、仮想空間中のユーザ１０５と、その視線ベクトル１０６との関係を３つの場面で示している。図１０は、図９の位置関係で実施例１−１と同様の処理がなされたときの画面出力の例を示す図である。

出力２１１では、額縁オブジェクトにはめ込まれた画像の詳細を見ることができるため、テクスチャマッピングする画像２０１ｐは、モデル２０１のような高解像度の画像が必要である。

出力２１２では、額縁オブジェクト２００の表示領域が小さいため、テクスチャマッピングする画像２０２ｐが低解像度であるモデル２０２を用いてもコンピュータグラフィックスの品質低下はほとんどないことがわかる。

出力２１３では、額縁オブジェクト２００の表示領域が非常に小さいため、テクスチャマッピングする画像２０３ｐが非常に低解像度であるモデル２０３を用いてもコンピュータグラフィックスの品質は、ほとんど低下しないことがわかる。

実施例１−１では、モデルの簡略化を行う際にポリゴン数を削減することでモデルの簡略化を行っていたが、実施例１−２のように、テクスチャマッピングする画像の解像度を下げ画像サイズを小さくすることでモデルの簡略化を行うことでも、コンピュータグラフィックスの品質を低下させることなく、レンダリング速度の高速化を図ることができるという同様の効果が得られる。

〔第２の実施の形態〕図１１は、第２の実施の形態による３次元グラフィックス表示装置の構成を示すブロック図である。第２の実施の形態においては、図１に示された第１の実施の形態における３次元グラフィックス表示装置の構成に加え、推奨視線ベクトル格納ベース４１に格納されている推奨視線ベクトルを適宜変更する推奨視線ベクトル変更部９を有している。

推奨視線ベクトル変更部９は、他のモジュールからの信号などにより推奨視線ベクトル格納ベース４１に格納されている推奨視線ベクトルを適宜変更する。推奨視線ベクトル格納ベース４１の推奨視線ベクトルが変更されると、視線ずれ角計算部４３では、該当オブジェクトの視線ずれ角の再計算が行われ、視線ずれ角比較部４４では、オブジェクトの詳細レベルの再計算が行われ、再計算された詳細レベルに従ってモデル切替部６で、レンダリングに使用するモデルの切り替えを行う。

このように、推奨視線ベクトル変更部９を備えることで、例えば、各々のユーザに対する観測推奨角度を個別に設定してオブジェクトの見せ方を変更したり、時間等のパラメータに従って観測推奨角度を変更してオブジェクトの見せ方を変更するなど、３次元グラフィックスの内容の木目細やかな制御が可能になる。

〔第３の実施の形態〕図１２は、第３の実施の形態による３次元グラフィックス表示装置の構成を示すブロック図である。第３の実施の形態においては、図１に示された第１の実施の形態における３次元グラフィックス表示装置の構成に加え、視線ずれ角閾値格納ベース４２に格納された各オブジェクトの視線ずれ角の閾値を変更できる視線ずれ角閾値変更部１０を有している。

視線ずれ角閾値変更部１０は、他のモジュールからの信号などにより視線ずれ角閾値格納ベース４２に格納されている視線ずれ角の閾値を変更する。視線ずれ角閾値格納ベース４２の視線ずれ角の閾値が変更されると、視線ずれ角計算部４３では該当オブジェクトの視線ずれ角の再計算が行われ、視線ずれ角比較部４４ではオブジェクトの詳細レベルの再計算が行われ、再計算された詳細レベルに従ってモデル切替部６で、レンダリングに使用するモデルの切り替えを行う。

このように、視線ずれ角閾値変更部１０を備えることで、例えば、各々のユーザに対する視線ずれ角の閾値を個別に設定し、コンピュータグラフィックスの品質低下をユーザ毎に制御したり、レンダリング部７でのレンダリング時間等のパラメータに従って観測推奨角度を変更してレンダリングに要する時間を制御するといったことが可能になる。

〔第４の実施の形態〕図１３は、第４の実施の形態による３次元グラフィックス表示装置の構成を示すブロック図である。図に示すように、第４の実施の形態による３次元グラフィックス表示装置は、第２の実施の形態，第３の実施の形態で新たに備えた推奨視線ベクトル変更部９および視線ずれ角閾値変更部１０を共に備えた３次元グラフィックス表示装置である。

これによれば、第２の実施の形態，第３の実施の形態による効果、即ち、例えば、各々のユーザに対する観測推奨角度を個別に設定してオブジェクトの見せ方を変更したり、時間等のパラメータに従って観測推奨角度を変更してオブジェクトの見せ方を変更するなど、３次元グラフィックスの内容の木目細やかな制御が可能になり、また、各々のユーザに対する視線ずれ角の閾値を個別に設定し、コンピュータグラフィックスの品質低下をユーザ毎に制御したり、レンダリング部７でのレンダリング時間等のパラメータに従って観測推奨角度を変更してレンダリングに要する時間を制御するといったことが可能になる。

〔第５の実施の形態〕図１４は、第５の実施の形態による３次元グラフィックス表示装置の構成を示すブロック図である。この３次元グラフィックス表示装置は、ユーザの視点情報の変更を行う視点位置変更部１と、仮想空間におけるユーザの視点位置，方向などの視点情報を格納しておく視点情報格納ベース２と、仮想空間に配置するそれぞれのオブジェクトに対して解像度の異なる複数のモデルを詳細レベルと共に格納しておくモデル格納ベース３と、視点情報格納ベース２の視点情報に従ってレンダリングに用いる各オブジェクトの詳細レベルを計算する詳細レベル計算部４と、詳細レベル計算部４で算出された詳細レベルに従ってレンダリングに使用する各オブジェクトのモデルを切り替えるモデル切替部６と、モデル切替部６から送られたモデルを用いて３Ｄコンピュータグラフィックスのレンダリングを行うレンダリング部７と、レンダリング部７で生成されたコンピュータグラフィックスの表示を行う出力部８と、から構成されている。

詳細レベル計算部４は、更に、各オブジェクトの観測に適した部位を示す観測基準点、および観測に適した方向を示す推奨方向ベクトルを格納する推奨方向ベクトル格納ベース４５と、後述する方向ずれ角に応じて詳細レベルを決定するために方向ずれ角の閾値を格納する方向ずれ角閾値格納ベース４６と、視点情報格納ベース２に格納されている視点位置を始点とし推奨方向ベクトル格納ベース４５に格納されている観測基準点を終点とするベクトルと推奨方向ベクトル格納ベース４５に格納されている推奨方向ベクトルとのなす角度（方向ずれ角）を計算する方向ずれ角計算部４７と、方向ずれ角計算部４７によって算出された各オブジェクトの方向ずれ角から詳細レベルを決定する方向ずれ角比較部４８と、から構成されている。

以上の構成において、視点情報格納ベース２に格納される視点情報は、ユーザの操作入力や、他モジュールからの視点位置変更要求を受けた視点位置変更部１によって、随時更新される。

なお、本実施の形態においては、詳細レベルは、最も解像度が高いモデルの詳細レベルを詳細レベル０とし、詳細レベルの数値が大きくなるにつれ、簡略化した低解像度のモデルとなるように定義する。また、推奨方向ベクトル格納ベース４５に格納されている観測基準点、推奨方向ベクトルは、オブジェクトのモデルを作成する際に予め設定しておくこともできるし、モデルを仮想空間内に配置する際に設定することも可能である。同様に、方向ずれ角閾値格納ベース４６に格納される方向ずれ角の閾値についても、モデル作成時、モデル配置時のいずれに設定することが可能である。

次に、第５の実施の形態による３次元グラフィックス表示装置の動作について説明する。視点情報格納ベース２に格納されているユーザの視点位置、方向といった視点情報が更新されると、方向ずれ角計算部４７では、モデル格納ベース３に格納されている各オブジェクトについて、視点情報格納ベース２に格納されている視点位置を始点とし推奨方向ベクトル格納ベース４５に格納されている観測基準点を終点とするベクトルと推奨方向ベクトル格納ベース４５に格納されている推奨方向ベクトルのなす角度（方向ずれ角）の計算を行う。方向ずれ角計算部４７で算出された各オブジェクトの方向ずれ角は、方向ずれ角比較部４８に伝達され、方向ずれ角比較部４８では、方向ずれ角閾値格納ベース４６に格納されている各オブジェクトの方向ずれ角の閾値を照らし合わせ、オブジェクトの詳細レベルを求める。求められた詳細レベルは、モデル切替部６へと伝達され、モデル切替部６では、モデル格納ベース３に格納されているモデルの中からレンダリングに使用するモデルを決定する。そして、決定したモデルをレンダリング部７へと伝達する。レンダリング部７では、伝達されたモデルを用いて３次元コンピュータグラフィックスのレンダリングを行う。

このように、第５の実施の形態による３次元グラフィックス表示装置では、各オブジェクトに対して観測に適した方向を設定し、観測に適した方向に近い方向に視点がある際には高解像度のモデルを、また観測に適した方向から離れた所に視点がある場合には、低解像度のモデルを用いてレンダリングを行う。つまり、観測に適した方向のオブジェクトを詳細に表示し、観測に適さない方向のオブジェクトを簡略化して表示することで、コンピュータグラフィックスの品質を低下させることなく、レンダリング速度の高速化を図ることが可能になる。

＜実施例５−１＞次に、本発明の第５の実施の形態の実施例について説明する。なお、モデル格納ベース３には、図２に示すモデルが格納されているとする。

図１５は、実施例５−１における書架オブジェクト１００と観測基準点３０７、推奨方向ベクトル３０４の関係を示した図である。書架オブジェクト１００の前面の中心付近に観測基準点３０７が設定され、推奨方向ベクトル格納ベース４５に格納されている。

また、書架オブジェクト１００を正面から見る方向を観測に適した角度とするように推奨視線ベクトル３０４が設定され、推奨方向ベクトル格納ベース４５に格納されている。 また、方向ずれ角閾値格納ベース４６には、方向ずれ角の閾値として、角度θ１、θ２（０＜θ１＜θ２＜π）と、
・方向ずれ角θが、０≦θ＜θ１の時、詳細レベル０
・方向ずれ角θが、θ１≦θ＜θ２の時、詳細レベル１
・方向ずれ角θが、θ≧θ２の時、詳細レベル２
というルールが格納されている。

図１６は、実施例５−１において、ユーザがモデルを観測する場面を示した模式図である。この図では、観測基準点３０７と、推奨方向ベクトル３０４が設定された書架オブジェクト１００と、仮想空間中のユーザ１０５と、その視線ベクトル１０６との関係を３つの場面で示している。図１７は、図１６の位置関係での視線ずれ角比較部における処理を示す図である。図１８は、図１６の位置関係で図１７の処理が行なわれたときの画面出力の例を示す図である。

まず、ユーザ１０５と書架オブジェクト１００が図１６（ａ）の位置関係になったときの処理の流れについて説明する。方向ずれ角計算部４７で、方向ずれ角θａが算出され、方向ずれ角比較部４８へと伝達される。方向ずれ角比較部４８では、方向ずれ角閾値格納ベース４６に格納されている方向ずれ角の閾値θ１、θ２から書架オブジェクト１００の詳細レベルを詳細レベル０に決定する（図１７（ａ））。決定された詳細レベルはモデル切替部６へと伝達され、モデル切替部６では、レンダリングに用いるモデル１０１をレンダリング部７に伝達する。レンダリング部７では、モデル１０１を用いてレンダリングを行い、出力部８には、図１８（ａ）に示す出力３１１が得られる。

次に、ユーザ１０５と書架オブジェクト１００が図１６（ｂ）の位置関係になったときの処理の流れについて説明する。方向ずれ角計算部４７で算出した方向ずれ角θｂが伝達された方向ずれ角比較部４８では、方向ずれ角閾値格納ベース４６に格納されている方向ずれ角の閾値θ１、θ２から書架オブジェクト１００の詳細レベルを詳細レベル１に決定する（図１７（ｂ））。そして、決定された詳細レベルはモデル切替部６へと伝達され、モデル切替部６では、レンダリングに用いるモデルをモデル１０２に決定し、レンダリング部７に伝達する。レンダリング部７では、モデル１０２を用いてレンダリングを行い、出力部８には、図１８（ｂ）に示す出力３１２が得られる。出力３１２では、書籍の表示領域が小さいため、書籍部分のポリゴンを簡略化したモデル１０２を用いてレンダリングを行ってもコンピュータグラフィックスの品質低下は少ないことがわかる。

次に、ユーザ１０５と書架オブジェクト１００が図１６（ｃ）の位置関係になったときの処理の流れについて説明する。方向ずれ角計算部４７で方向ずれ角θｃが算出され、方向ずれ角比較部４８に伝達される。方向ずれ角比較部４８では、方向ずれ角閾値格納ベース４６に格納されている方向ずれ角の閾値θ１、θ２から書架オブジェクト１００の詳細レベルを詳細レベル２に決定する（図１７（ｃ））。決定された詳細レベルはモデル切替部６へと伝達され、モデル切替部６では、レンダリングに用いるモデルをモデル１０３に決定し、レンダリング部７に伝達する。レンダリング部７では、モデル１０３を用いてレンダリングを行い、出力部８には、図１８（ｃ）に示す出力３１３が得られる。出力３１３では、書架前面の表示領域が非常に小さいため、書架前面部分のポリゴンを簡略化したモデル１０３を用いてレンダリングを行ってもコンピュータグラフィックスの品質低下は少ないことがわかる。

実施例５−１では、書架オブジェクト１００を正面から見る方向に推奨方向ベクトル３０４が設定されている。これにより、書架オブジェクト１００を正面方向から観測する場合には、収納書籍の形状まで正確にモデリングした高解像度なモデル１０１を用い、書架オブジェクト１００を斜め方向から見るとき、つまり書籍の詳細が観測できない場合には、簡略化し低解像度化したモデル１０２を用い、さらに斜め方向で、書架前面が殆ど見えないような位置から観測する場合には、棚、書籍を完全に省略したモデル１０３を用いてレンダリングを行うことができるので、コンピュータグラフィックスの品質を低下させることなく、レンダリング速度の高速化を図ることができる。

〔第６の実施の形態〕図１９は、第６の実施の形態による３次元グラフィックス表示装置の構成を示すブロック図である。この３次元グラフィックス表示装置は、図１４に示された第５の実施の形態における３次元グラフィックス表示装置の構成に加え、推奨方向ベクトル格納ベース４５に格納された各オブジェクトの推奨方向ベクトルを変更できる推奨方向ベクトル変更部１３を有している。

次に、第６の実施の形態による３次元グラフィックス表示装置の動作について説明する。推奨方向ベクトル変更部１３は、他のモジュールからの信号などにより、推奨方向ベクトル格納ベース４５に格納されている推奨方向ベクトルを適宜変更する。推奨方向ベクトル格納ベース４５の推奨方向ベクトルが変更されると、方向ずれ角計算部４７では、該当オブジェクトの方向ずれ角の再計算が行われ、方向ずれ角比較部４８では、オブジェクトの詳細レベルの再計算が行われ、再計算された詳細レベルに従ってモデル切替部６で、レンダリングに使用するモデルの切り替えを行う。

推奨方向ベクトル変更部１３を備えることで、例えば、各々のユーザに対する観測推奨方向を個別に設定してオブジェクトの見せ方を変更したり、時間等のパラメータに従って観測推奨方向を変更してオブジェクトの見せ方を変更するなど、３次元グラフィックスの内容の木目細やかな制御が可能になる。

〔第７の実施の形態〕図２０は、第７の実施の形態による３次元グラフィックス表示装置の構成を示すブロック図である。この３次元グラフィックス表示装置は、図１４に示された第５の実施の形態における３次元グラフィックス表示装置の構成に加え、方向ずれ角閾値格納ベース４６に格納された各オブジェクトの方向ずれ角の閾値を変更できる方向ずれ角閾値変更部１４を有している。

次に、第７の本実施の形態による３次元グラフィックス表示装置の動作について説明する。方向ずれ角閾値変更部１４は、他のモジュールからの信号などにより、方向ずれ角閾値格納ベース４６に格納されている方向ずれ角の閾値を変更する。方向ずれ角閾値格納ベース４６の方向ずれ角の閾値が変更されると、方向ずれ角計算部４７では、該当オブジェクトの方向ずれ角の再計算が行われ、方向ずれ角比較部４８では、オブジェクトの詳細レベルの再計算が行われ、再計算された詳細レベルに従ってモデル切替部６で、レンダリングに使用するモデルの切り替えを行う。

方向ずれ角閾値変更部１４を備えることで、例えば、各々のユーザに対する方向ずれ角の閾値を個別に設定し、コンピュータグラフィックスの品質低下をユーザ毎に制御したり、レンダリング部７でのレンダリング時間等のパラメータに従って観測推奨方向を変更してレンダリングに要する時間を制御するといったことが可能になる。

〔第８の実施の形態〕図２１は、第８の実施の形態による３次元グラフィックス表示装置の構成を示すブロック図である。第６の実施の形態，第７の実施の形態で新たに備えた推奨方向ベクトル変更部１３および方向ずれ角閾値変更部１４を共に備えた３次元グラフィックス表示装置である。

これによれば、第６の実施の形態，第７の実施の形態による効果、即ち、例えば、各々のユーザに対する観測推奨方向を個別に設定してオブジェクトの見せ方を変更したり、時間等のパラメータに従って観測推奨方向を変更してオブジェクトの見せ方を変更するなど、３次元グラフィックスの内容の木目細やかな制御が可能になり、各々のユーザに対する方向ずれ角の閾値を個別に設定し、コンピュータグラフィックスの品質低下をユーザ毎に制御したり、レンダリング部７でのレンダリング時間等のパラメータに従って観測推奨方向を変更してレンダリングに要する時間を制御するといったことが可能になる。

〔第９の実施の形態〕図２２は、第９の実施の形態による３次元グラフィックス表示装置の構成を示すブロック図である。この３次元グラフィックス表示装置は、仮想空間に配置するオブジェクトの複数の解像度の３次元モデルをその詳細レベルと共に格納しておくモデル格納ベース３と、オブジェクトの詳細レベルを計算する２つ以上の詳細レベル計算部４−１，４−２，．．．，４−ｎ（ｎは２以上の整数）と、２つ以上の詳細レベル計算部４−１，．．．，４−ｎのそれぞれで求められた詳細レベルを統合し、レンダリングに用いる３Ｄモデルの詳細レベルを決定する詳細レベル統合部１６と、詳細レベル統合部１６で詳細レベルを統合する際の統合ルールを格納しておく統合ルール格納ベース１７と、詳細レベル統合部１６で決定された詳細レベルに従って、レンダリングに用いる３Ｄモデルを切り替えるモデル切替部６と、モデル切替部６で選択された３Ｄモデルを用いてコンピュータグラフィックスのレンダリングを行うレンダリング部７と、レンダリング部７で生成されたコンピュータグラフィックスの表示を行う出力部８と、から構成されている。 ここで、詳細レベル計算部４−１，４−２，．．．，４−ｎには、任意の計算方法で詳細レベルを計算することができるものとする。例えば、第１の実施の形態における詳細レベル計算部４による詳細レベルの計算方法や、第２の実施の形態における詳細レベル計算部４による詳細レベルの計算方法、あるいは、従来技法であるＬＯＤ手法による詳細レベルの計算方法が挙げられる。

また、統合ルール格納ベースに格納する詳細レベル統合のための統合ルールの一例としては、
・詳細レベルの平均値を、小数点切り上げて整数化したもの
・詳細レベル中の最小値を統合後の詳細レベルとする
・詳細レベル中の最大値を統合後の詳細レベルとする
等が考えられる。

次に、第９の実施の形態による３次元グラフィックス表示装置の動作について説明する。詳細レベル計算部４−ｉ（１≦ｉ≦ｎ）において詳細レベルが計算されると、詳細レベル統合部１６では、統合ルール格納ベース１７に格納されている詳細レベル統合ルールに従って、詳細レベル計算部４−１，．．．，４−ｎで求められた詳細レベルから、レンダリングに使用するモデルの詳細レベルを算出する。詳細レベル統合部１６で算出された詳細レベルは、モデル切替部６へと伝達される。

モデル切替部６では、モデル格納ベース３に格納されているモデルの中から詳細レベルに従ってレンダリングに使用するモデルを決定し、決定したモデルをレンダリング部７へと伝達する。レンダリング部７では、伝達されたモデルを用いて３次元コンピュータグラフィックスのレンダリングを行う。

例えば、詳細レベル計算部として、第１の実施の形態で説明した詳細レベル計算部４による詳細レベル計算と、従来技術のＬＯＤ手法による詳細レベル計算が備えられ、また、統合ルール格納部に、詳細レベル中の最大値を統合後の詳細レベルとするという統合ルールが格納されている場合について説明する。

詳細レベル計算部４から算出した詳細レベルが詳細レベル０で、ＬＯＤ手法により算出した詳細レベルが詳細レベル０の場合、つまり、観測に適した角度から、かつ近距離からオブジェクトを観測する場合、詳細レベル統合部１６で統合した詳細レベルは０となり、オブジェクトは高解像度のモデルを用いてレンダリングされる。一方、視線ずれ角比較部４４から算出した詳細レベルが詳細レベル０で、ＬＯＤ手法により算出した詳細レベルが詳細レベル２の場合、つまり、観測に適した角度から、かつ遠距離からオブジェクトを観測する場合、詳細レベル統合部１６で統合した詳細レベルは２となり、オブジェクトは低解像度のモデルを用いてレンダリングされる。

このように、第９の実施の形態による３次元グラフィックス表示装置では、各詳細レベル計算部において詳細レベルが計算されると、詳細レベル統合部では、統合ルール格納ベースに格納されている詳細レベル統合ルールに従って、詳細レベル計算部で求められた詳細レベルから、レンダリングに使用するモデルの詳細レベルを算出する。詳細レベル統合部で算出された詳細レベルは、モデル切替部へと伝達される。モデル切替部では、モデル格納ベースに格納されているモデルの中から詳細レベルに従ってレンダリングに使用するモデルを決定する。これらの働きにより、２つ以上の観点から求めたオブジェクトの詳細レベルを統合して、レンダリングに用いるモデルを切り替えることにより、コンピュータグラフィックスの品質を低下させることなく、レンダリング速度の高速化を図ることが可能になる。

第１の実施の形態による３次元グラフィックス表示装置の構成を示すブロック図である。 第１の実施の形態による３次元グラフィックス表示装置のモデル格納ベースに格納されるモデルの構造の１例を示す図である。 第１の実施の形態による３次元グラフィックス表示装置の推奨視線ベクトル格納ベースに格納されるデータの１例を示す図である。 第１の実施の形態による３次元グラフィックス表示装置におけるユーザとオブジェクトの関係を示す図である。 第１の実施の形態による３次元グラフィックス表示装置における視線ずれ角比較部での処理を示す図である。 第１の実施の形態による３次元グラフィックス表示装置における画面出力を示す図。 第１の実施の形態による３次元グラフィックス表示装置におけるモデル格納ベースに格納されるモデルの構造の１例を示す図である。 第１の実施の形態による３次元グラフィックス表示装置における推奨視線ベクトル格納ベースに格納されるデータの１例を示す図である。 第１の実施の形態による３次元グラフィックス表示装置におけるユーザとオブジェクトの関係を示す図である。 第１の実施の形態による３次元グラフィックス表示装置における画面出力を示す図である。 第２の実施の形態による３次元グラフィックス表示装置の構成を示すブロック図である。 第３の実施の形態による３次元グラフィックス表示装置の構成を示すブロック図である。 第４の実施の形態による３次元グラフィックス表示装置の構成を示すブロック図である。 第５の実施の形態による３次元グラフィックス表示装置の構成を示すブロック図である。 第５の実施の形態による３次元グラフィックス表示装置における推奨方向ベクトル格納ベースに格納されるデータの１例を示す図である。 第５の実施の形態による３次元グラフィックス表示装置におけるユーザとオブジェクトの関係を示す図である。 第５の実施の形態による３次元グラフィックス表示装置における方向ずれ角比較部での処理を示す図である。 第５の実施の形態による３次元グラフィックス表示装置における画面出力を示す図である。 第６の実施の形態による３次元グラフィックス表示装置の構成を示すブロック図である。 第７の実施の形態による３次元グラフィックス表示装置の構成を示すブロック図である。 第８の実施の形態による３次元グラフィックス表示装置の構成を示すブロック図である。 第９の実施の形態による３次元グラフィックス表示装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ 視点位置変更部
２ 視点情報格納ベース
３ モデル格納ベース
４ 詳細レベル計算部
４−１〜４−ｎ 詳細レベル計算部
４１ 推奨視線ベクトル格納ベース
４２ 視線ずれ角閾値格納ベース
４３ 視線ずれ角計算部
４４ 視線ずれ角比較部
４５ 推奨方向ベクトル格納ベース
４６ 方向ずれ角閾値格納ベース
４７ 方向ずれ角計算部
４８ 方向ずれ角比較部
６ モデル切替部
７ レンダリング部
８ 出力部
９ 推奨視線ベクトル変更部
１０ 視線ずれ角閾値変更部
１３ 推奨方向ベクトル変更部
１４ 方向ずれ角閾値変更部
１６ 詳細レベル統合部
１７ 統合ルール格納ベース
１００ 書架オブジェクト
１０１〜１０３ モデル
１０４ 推奨視線ベクトル
１０５ ユーザ
１０６ 視線方向
１１１〜１１３ 出力
２００ 額縁オブジェクト
２０１〜２０３ モデル
２０１ｐ〜２０３ｐ 画像
２０４ 推奨視線ベクトル

Claims (4)

1. ユーザの視点情報の変更を行う視点位置変更手段と、
   ユーザの視点位置，方向などの視点情報を格納しておく視点情報格納ベースと、
   仮想空間に配置するそれぞれのオブジェクトに対して解像度の異なる複数のモデルを詳細レベルと共に格納しておくモデル格納ベースと、
   前記視点情報格納ベースに格納された視点情報に基づいて、前記ユーザの視点位置と前記オブジェクトに対して設定された観測に適した部位を示す観測基準点とを用いて生成されたベクトルと前記オブジェクトに対して設定された観測に適した方向を示す推奨方向ベクトルとの方向ずれ角を計算し、当該計算した方向ずれ角を用いて詳細レベルを決定する詳細レベル計算手段と、
   前記詳細レベル計算手段で算出された詳細レベルに従ってレンダリングに使用する各オブジェクトのモデルを切り替えるモデル切替手段と、
   モデル切替手段から送られたモデルを用いて３Ｄコンピュータグラフィックスのレンダリングを行うレンダリング手段と、
   前記レンダリング手段で生成されたコンピュータグラフィックスの表示を行う出力手段と、
   前記推奨方向ベクトルを変更する推奨方向ベクトル変更手段とを有することを特徴とする３次元グラフィックス表示装置。
2. ３次元グラフィックス表示装置であって、
   ユーザの視点情報の変更を行う視点位置変更手段と、
   ユーザの視点位置，方向などの視点情報を格納しておく視点情報格納ベースと、
   仮想空間に配置するそれぞれのオブジェクトに対して解像度の異なる複数のモデルを詳細レベルと共に格納しておくモデル格納ベースと、
   前記視点情報格納ベースの視点情報に従ってレンダリングに用いる各オブジェクトの詳細レベルを計算する詳細レベル計算手段と、
   前記詳細レベル計算手段で算出された詳細レベルに従ってレンダリングに使用する各オブジェクトのモデルを切り替えるモデル切替手段と、
   モデル切替手段から送られたモデルを用いて３Ｄコンピュータグラフィックスのレンダリングを行うレンダリング手段と、
   前記レンダリング手段で生成されたコンピュータグラフィックスの表示を行う出力手段とを有し、
   前記詳細レベル計算手段は、
   各オブジェクトの観測に適した部位を示す観測基準点、および観測に適した方向を示す推奨方向ベクトルを格納する推奨方向ベクトル格納ベースと、
   前記視点情報格納ベースに格納されている視点位置を始点とし前記推奨方向ベクトル格納ベースに格納されている観測基準点を終点とするベクトルと前記推奨方向ベクトル格納ベースに格納されている推奨方向ベクトルとのなす角度（方向ずれ角）を計算する方向ずれ角計算手段と、
   方向ずれ角に応じて詳細レベルを決定するために方向ずれ角の閾値を格納する方向ずれ角閾値格納ベースと、
   方向ずれ角計算手段によって算出された各オブジェクトの方向ずれ角から詳細レベルを決定する方向ずれ角比較手段と、を有し、
   前記３次元グラフィックス表示装置は、更に、前記推奨方向ベクトルを変更する推奨方向ベクトル変更手段を有することを特徴とする３次元グラフィックス表示装置。
3. ３次元グラフィックス表示装置であって、
   ユーザの視点情報の変更を行う視点位置変更手段と、
   ユーザの視点位置，方向などの視点情報を格納しておく視点情報格納ベースと、
   仮想空間に配置するそれぞれのオブジェクトに対して解像度の異なる複数のモデルを詳細レベルと共に格納しておくモデル格納ベースと、
   前記視点情報格納ベースの視点情報に従ってレンダリングに用いる各オブジェクトの詳細レベルを計算する詳細レベル計算手段と、
   前記詳細レベル計算手段で算出された詳細レベルに従ってレンダリングに使用する各オブジェクトのモデルを切り替えるモデル切替手段と、
   モデル切替手段から送られたモデルを用いて３Ｄコンピュータグラフィックスのレンダリングを行うレンダリング手段と、
   前記レンダリング手段で生成されたコンピュータグラフィックスの表示を行う出力手段とを有し、
   前記詳細レベル計算手段は、
   各オブジェクトの観測に適した部位を示す観測基準点、および観測に適した方向を示す推奨方向ベクトルを格納する推奨方向ベクトル格納ベースと、
   前記視点情報格納ベースに格納されている視点位置を始点とし前記推奨方向ベクトル格納ベースに格納されている観測基準点を終点とするベクトルと前記推奨方向ベクトル格納ベースに格納されている推奨方向ベクトルとのなす角度（方向ずれ角）を計算する方向ずれ角計算手段と、
   方向ずれ角に応じて詳細レベルを決定するために方向ずれ角の閾値を格納する方向ずれ角閾値格納ベースと、
   方向ずれ角計算手段によって算出された各オブジェクトの方向ずれ角から詳細レベルを決定する方向ずれ角比較手段と、を有し、
   前記３次元グラフィックス表示装置は、更に、前記方向ずれ角閾値格納ベースに格納された各オブジェクトの方向ずれ角の閾値を変更する方向ずれ角閾値変更手段を有することを特徴とする３次元グラフィックス表示装置。
4. 前記３次元グラフィックス表示装置は、更に、前記推奨方向ベクトルを変更する推奨方向ベクトル変更手段を有することを特徴とする請求項３に記載の３次元グラフィックス表示装置。

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