JP4493401B2 - 3D computer graphic display system and program - Google Patents
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Description
本発明は、3Dコンピュータ図形表示システム及びプログラムに関する。 The present invention relates to a 3D computer graphic display system and a program .
従来、3次元コンピュータ図形を写真のようにリアルに描画するには、3次元コンピュータ図形に光源情報を設定し、ラジオシティ処理によって画素ごとに色情報、明度情報を算出して表示するようにしている。 Conventionally, in order to draw a 3D computer figure realistically like a photograph, light source information is set in the 3D computer figure, and color information and brightness information are calculated and displayed for each pixel by radiosity processing. Yes.
しかしながら、ラジオシティ処理は計算に膨大な時間を要するため、いかに高性能のコンピュータを利用してもブラウザで3次元コンピュータ図形を実際に表示する段階でこれを行うことは現実的でないという問題があった。 However, since radiosity processing requires enormous time for calculation, there is a problem that even if a high-performance computer is used, it is not practical to do this at the stage of actually displaying a three-dimensional computer graphic with a browser. It was.
本発明は、このような従来の技術的課題に鑑みてなされたもので、計算に膨大な時間を要するラジオシティ処理を事前に行い、これを頂点ごとの色情報として埋め込んだポリゴンデータを生成し、生成したポリゴンデータから光源の明るさを変化させることが可能なラジオシティ品質のイメージを再現する3Dコンピュータ図形表示システム及びプログラムを提供することを目的とする。 The present invention has such has been made in view of the conventional technical problem, pre performs radiosity process requiring a lot of time to calculate and generate polygon data embedded as the color information for each vertex , and to provide a 3D computer graphics display system, and a program is possible to change the brightness of the light source from the generated polygon data to reproduce the radiosity quality image possible.
請求項1の発明の3Dコンピュータ図形表示システムは、複数の光源を含む原始3次元コンピュータ図形データに対してラジオシティ処理するラジオシティ処理手段と、前記ラジオシティ処理手段のラジオシティ処理結果から、頂点座標情報及び色情報を持つ多数のポリゴンを生成して記憶手段に記憶するポリゴンデータ生成手段と、光源の座標、色光及び明度の設定情報の入力を受け付ける外部インタフェース手段と、前記外部インタフェース手段が受け付けた光源の座標、色光及び明度の設定情報に基づいて該当光源の色光及び明度を設定し、前記ポリゴンデータ生成手段の生成した多数のポリゴンそれぞれの頂点ごとに、前記設定した光源の光による影響度を該当頂点位置での色情報として割り付け、前記ポリゴンそれぞれの頂点ごとの色情報と前記割り付けた光源の色情報とを加算し、各ポリゴンの頂点ごとの頂点座標情報と共に当該加算結果の色情報をベクトルデータとして生成するデータ処理手段と、前記データ処理手段の生成した各ポリゴンの頂点ごとの頂点座標情報と共に当該加算結果の色情報のベクトルデータをレンダリングして3Dコンピュータ図形を生成するレンダリング処理手段と、前記3Dコンピュータ図形を表示する表示手段とを備えたものである。 The 3D computer graphic display system according to the first aspect of the present invention is a radiosity processing unit that performs radiosity processing on primitive three-dimensional computer graphic data including a plurality of light sources , and a vertex from the radiosity processing result of the radiosity processing unit. Polygon data generation means for generating a large number of polygons having coordinate information and color information and storing them in the storage means, external interface means for accepting input of light source coordinates, color light and brightness setting information, and the external interface means accepting The color light and brightness of the corresponding light source is set based on the setting information of the coordinates, color light and brightness of the light source, and the influence degree of the light of the set light source is set for each vertex of each of the many polygons generated by the polygon data generating means Is assigned as color information at the corresponding vertex position, and for each vertex of the polygon Data processing means for adding color information and color information of the assigned light source, and generating color information of the addition result as vector data together with vertex coordinate information for each vertex of each polygon, and each of the data processing means generated Rendering processing means for rendering 3D computer graphics by rendering vector data of the color information of the addition result together with vertex coordinate information for each vertex of the polygon, and display means for displaying the 3D computer graphics are provided.
請求項2の発明は、請求項1の3Dコンピュータ図形表示システムにおいて、前記レンダリング処理手段は、ウォークスルー表示処理を行うことを特徴とするものである。 According to a second aspect of the present invention, in the 3D computer graphic display system according to the first aspect , the rendering processing means performs a walk-through display process .
請求項3の発明の3Dコンピュータ図形表示プログラムは、複数の光源を含む原始3次元コンピュータ図形データに対してラジオシティ処理するラジオシティ処理と、前記ラジオシティ処理の結果から、頂点座標情報及び色情報を持つ多数のポリゴンを生成して記憶手段に記憶するポリゴンデータ生成処理と、光源の座標、色光及び明度の設定情報の入力を受け付ける入力受付処理と、前記入力受付処理にて受け付けた光源の座標、色光及び明度の設定情報に基づいて該当光源の色光及び明度を設定する光源属性設定処理と、前記ポリゴンデータ生成処理にて生成した多数のポリゴンそれぞれの頂点ごとに、前記光源属性設定処理にて設定した光源の光による影響度を該当頂点位置での色情報として割り付ける光源影響度割付処理と、前記ポリゴンそれぞれの頂点ごとの色情報と前記光源影響度割付処理にて割り付けた光源の色情報とを加算し、各ポリゴンの頂点ごとの頂点座標情報と共に当該加算結果の色情報をベクトルデータとして生成するデータ処理と、前記データ処理により生成した各ポリゴンの頂点ごとの頂点座標情報と共に当該加算結果の色情報のベクトルデータをレンダリングして3Dコンピュータ図形を生成し、表示手段に表示させるレンダリング処理とをコンピュータに実行させることを特徴とするものである。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a 3D computer graphic display program that performs radiosity processing on primitive three-dimensional computer graphic data including a plurality of light sources, and vertex coordinate information and color information based on the result of the radiosity processing. a polygon data generation processing to be stored in the generated and the storage means a plurality of polygon with coordinates of a light source, inputs and acceptance Ru input acceptance processing of the color light and brightness setting information, the light source received in the input reception processing The light source attribute setting process for setting the color light and lightness of the corresponding light source based on the coordinate, color light and lightness setting information, and the light source attribute setting process for each vertex of a large number of polygons generated by the polygon data generation process. A light source influence assignment process for assigning the light influence of the light source set as color information at the corresponding vertex position; By adding the color information of the light source allocation Gon color information of each vertex and at the light source influence the allocation process to generate color information of the addition result as vector data together with the vertex coordinate information for each vertex of each polygon The computer executes data processing and rendering processing for rendering vector data of the color information of the addition result together with vertex coordinate information for each vertex of each polygon generated by the data processing to generate a 3D computer graphic and displaying it on the display means This is characterized in that it is executed.
請求項4の発明は、請求項3の3Dコンピュータ図形表示プログラムにおいて、前記レンダリング処理では、ウォークスルー表示処理を行うことを特徴とするものである。 According to a fourth aspect of the present invention, in the 3D computer graphic display program according to the third aspect , a walk-through display process is performed in the rendering process .
本発明の3Dコンピュータ図形表示システム及びプログラムによれば、3Dコンピュータ図形作成ソフトウェアにて作成された原始3次元コンピュータ図形に対してラジオシティ処理をし、さらに頂点座標情報及び色情報を持つ多数のポリゴンを生成するポリゴンデータ生成処理をすることによって3Dコンピュータ図形データを生成し、この3Dコンピュータ図形データに対して、レンダリング処理のために光源を設定し、多数のポリゴンそれぞれの頂点ごとに光源からの光による影響度を当該光源からの光による色情報として割り付け、ポリゴンそれぞれの頂点ごとの色情報と光源影響度割付処理によって割り付けた光源からの光による色情報とを加算し、各ポリゴンの頂点ごとの頂点座標情報と共に当該加算結果の色情報をベクトルデータとして作成し、このベクトルデータを用いて光源からの光の影響度を変化させた3次元コンピュータ図形をディスプレイに表示することにより、表示の際にラジオシティ処理を行う場合よりも必要な演算数を削減し、ひいてはコンピュータの演算時間も短縮しながらも、光源からの光の影響度を変化させた3次元コンピュータ図形を高速に描画処理できる。 According to the 3D computer graphic display system and program of the present invention, a radiosity process is performed on a primitive 3D computer graphic created by 3D computer graphic creation software, and a large number of polygons having vertex coordinate information and color information are further processed. 3D computer graphic data is generated by performing polygon data generation processing to generate a light source, a light source is set for rendering processing for the 3D computer graphic data, and light from the light source is applied to each vertex of a large number of polygons. The color information for each vertex of each polygon and the color information for the light from the light source allocated by the light source influence allocation process are added to each polygon. Together with the vertex coordinate information, the color information of the addition result is vector-decoded. Data, and using this vector data to display a three-dimensional computer figure in which the influence of light from the light source is changed is displayed on the display. While reducing the number and thus the computing time of the computer, it is possible to draw a three-dimensional computer figure in which the influence of the light from the light source is changed at high speed.
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。図1は本発明の表示用3Dコンピュータ図形生成装置100、この表示用3Dコンピュータ図形生成装置100の生成したポリゴンデータ(3DX)110に対して後述するレンダリング処理を行う3Dコンピュータ図形表示ソフトウェア200と、この3Dコンピュータ図形表示ソフトウェア200と協働して3Dコンピュータ図形を操作し、ウォークスルーやアニメーション表示を行うブラウザ300との関係を示している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a
表示用3Dコンピュータ図形生成装置100はコンピュータであり、後述するポリゴンデータ110の生成のための表示用3Dコンピュータ図形生成プログラムがインストールされている。図2に示すように、この表示用3Dコンピュータ図形生成装置100は、機能構成要素として、原始3次元コンピュータ図形を作成する原始3DCG作成部1、原始3Dコンピュータ図形に対してラジオシティ処理を実行し、さらに多数のポリゴンを生成するポリゴンデータ生成部2、データ記憶部3を備えている。またHMIインタフェースとして表示装置4、入力装置5が接続されている。
The
原始3DCG作成部1は、3次元コンピュータ図形作成ソフトウェアを実行して原始3次元コンピュータ図形を作成する。例えば、室内のポリゴンデータを作成する場合、板、箱等の単純な3次元図形の加工、組み合わせ、2次元図形の回転、押出、掃引等によって床、壁、天井、窓、家具類等の3次元コンピュータ図形を作成し、かつ各3次元コンピュータ図形の特定の性質を持つポリゴンに対して、例えば床の場合には「フローリング」、「絨毯」、「畳」等の適当なアトリビュート名を付加し、データ記憶部3に保存する。
The primitive 3DCG creation unit 1 executes a three-dimensional computer graphic creation software to create a primitive three-dimensional computer graphic. For example, when creating indoor polygon data, floors, walls, ceilings, windows, furniture, etc. 3 by processing and combining simple 3D graphics such as boards and boxes, rotating 2D graphics, extrusion, sweeping, etc. Create a 3D computer figure and add appropriate attribute names such as “flooring”, “carpet”, “tatami” to the polygons with specific properties of each 3D computer figure, for example, for floors. The data is stored in the
図3に示すように、ポリゴンデータ生成部2はラジオシティ処理部21、ポリゴン切出し部22、ポリゴンデータ保存部23を備えている。ラジオシティ処理部21は、原始3DCG作成部1が作成してデータ記憶部3に保存されている3次元コンピュータ図形情報に対して、アトリビュート毎に色調、テクスチャ等の設定を行った後、後述するラジオシティ処理を実行して原始ラジオシティデータを得る。ポリゴン切出し部22は、データ記憶部3に保存されている3次元コンピュータ図形から多数の3角形ポリゴンの切出し、かつ原始ラジオシティデータに対して各ポリゴンの3頂点それぞれの色情報を頂点座標情報と共に求め、ポリゴンデータ保存部23によってベクトルデータとしてデータ記憶部3に保存する。この際、各光源の影響を個別に計算し、色情報と共に影響を受ける光源の識別情報を頂点ごとに設定する。
As shown in FIG. 3, the polygon
3Dコンピュータ図形表示ソフトウェア200は、表示用3Dコンピュータ図形生成装置1の生成したポリゴンデータで構成される表示用3Dコンピュータ図形データ(3DX)110をレンダリングしてブラウザ300を介して表示装置11に表示させ、またブラウザ300からの操作に応答して光源明度変更処理、ウォークスルー表示処理、アニメーション表示処理を実行するプログラムである。図4に示すように、この3Dコンピュータ図形表示ソフトウェア200を機能構成に分けて示すと、ブラウザ300に対してデータの授受を行う外部インタフェース部6、この外部インタフェース部6の受信した外部指令に対応して3DXデータ110に対して適宜の処理を実行するデータ処理部7、そしてレンダリング処理を行うレンダリング処理部8を備えている。
The 3D computer
ブラウザ300は、例えばマイクロソフト社のインターネットエスクプローラ(商品名)、ネットスケープ社のネットスケープ(商品名)、Opera SoftwareASA社のOpera(商品名)等のHTMLソフトウェアである。3Dコンピュータ図形表示ソフトウェア200の外部インタフェース部6はこのブラウザ300に対して関数設定用コンテンツ15とパラメータ設定用コンテンツ16とを提供し、ユーザに入力装置12を用いて光源明度情報設定操作31、アニメーションコントロール操作32を行わせ、また3DXファイルの指定操作33、各種設定操作34を行わせる。
The
なお、本ソフトウェア200,300を実行するコンピュータシステムには、3Dコンピュータ図形表示ソフトウェア200のレンダリング処理部6による描画データを用いて表示装置4に高速に描画表示させるために、OpenGL、DirectXのような3D描画エンジンAPIを高速で動作させるビデオグラフィックカード13を搭載させてある。
It should be noted that computer systems that execute the
3Dコンピュータ図形表示ソフトウェア200とブラウザ300とは連携して次のようなレンダリング処理を実行する。図5に示すように、ブラウザ300側の関数設定用コンテンツ15から光源明度設定関数を呼び出して光源明度設定操作を行い、光源明度設定情報を3Dコンピュータ図形表示ソフトウェア200に送信し、3Dコンピュータ図形表示ソフトウェア200の外部インタフェース部6はこの光源明度設定情報を取得する(ステップS31)。
The 3D computer
外部インタフェース6は取得した光源明度設定情報をデータ処理部7に渡し、データ処理部7では後述する処理によって光源テーブルを変更する(ステップS32)。この処理では、光源ごとの明度指標、例えば、原始ラジオシティデータの生成の際の明度を100%として50%まで暗くなった、あるいは150%に明るくなったという指標により、光源ごとの明度指標を当該光源の影響を受けるポリゴンそれぞれの頂点ごとに再設定する。
The
原始ラジオシティデータによるあるポリゴンのある頂点の光源(1)に対する指標は100%に設定したが、例えば、当該光源(1)が当初のものよりも暗くなり、明度が50%に半減すれば、当該頂点の光源(1)に対する明度も50%に半減させる処理を行う。 The index for the light source (1) at a certain vertex of a polygon based on the primitive radiosity data is set to 100%. For example, if the light source (1) becomes darker than the original and the brightness is reduced to 50%, The brightness of the vertex with respect to the light source (1) is reduced to 50%.
この変更した光源テーブルデータを用いてポリゴンデータの再計算を実行してレンダリング処理部8に渡す(ステップS33)。このポリゴンデータ再計算は、変更された光源テーブルデータを参照し、再設定した光源ごとの影響度指標を反映させたポリゴンごとのベクトルデータを再計算する。 Polygon data is recalculated using the changed light source table data and passed to the rendering processing unit 8 (step S33). This polygon data recalculation refers to the changed light source table data, and recalculates vector data for each polygon reflecting the influence index for each reset light source.
レンダリング処理部83では、再計算されたベクトルデータをレンダリングしてブラウザ300に渡し、3次元コンピュータ図形として表示装置11の画面に表示させる(ステップS34)。
The rendering processing unit 83 renders the recalculated vector data, passes it to the
次に、上記構成の3次元コンピュータ図形作成装置100による表示用3次元コンピュータ図形の作成処理、また3次元コンピュータ図形ソフトウェア200及びブラウザ300によるレンダリング動作について説明する。
Next, display 3D computer graphic creation processing by the 3D computer
<ラジオシティ>
ラジオシティとは「3次元空間内の物体に当たる光と、各物体の反射光の相互作用を計算し、表面の明るさを決定する技法のこと」である。より具体的には、「一つの微小パッチ(ポリゴン)の明るさは、自身の明るさと他の微小パッチ(ポリゴン)から来た明るさとの総和である」という考え方を指す。これを数式化したのが、いわゆるラジオシティ方程式で、
Radiosity is “a technique that determines the brightness of a surface by calculating the interaction between light striking an object in a three-dimensional space and the reflected light of each object”. More specifically, it refers to the idea that “the brightness of one minute patch (polygon) is the sum of its own brightness and the brightness coming from another minute patch (polygon)”. This is a so-called radiosity equation.
ただし、Biはi番目のパッチが単位面積・単位時間当たりにどれだけのエネルギーを放射するか(ラジオシティ)、Eiはi番目のパッチ自身の発光エネルギー、ρiはi番目のパッチが他から来たエネルギーをどれだけ反射するか、Ajはj番目のパッチの面積、Bjはj番目のパッチのラジオシティ、Fijはj番目のパッチから出たエネルギーがどれだけi番目のパッチに到達するか(フォームファクタ)を表す指標である。 However, Bi is how much energy the i-th patch emits per unit area and unit time (radiosity), Ei is the emission energy of the i-th patch itself, and ρi is the i-th patch coming from others Aj is the area of the jth patch, Bj is the radiosity of the jth patch, and Fij is how much energy from the jth patch reaches the ith patch ( (Form factor).
この方程式を解き、Biをパッチの明るさに利用する。その場合、
(a)i番目のパッチのラジオシティを求めるためにj番目のパッチのラジオシティが必要であり、逆にj番目のパッチのラジオシティを求めるためにi番目のパッチのラジオシティが必要となり、このままではこの方程式は解けない、
(b)フォームファクタを如何にして計算するか、
という2つの問題が存在する。
Solve this equation and use Bi for the brightness of the patch. In that case,
(A) The radiosity of the jth patch is required to determine the radiosity of the ith patch, and conversely, the radiosity of the ith patch is required to determine the radiosity of the jth patch, This equation cannot be solved as it is,
(B) how to calculate the form factor,
There are two problems.
<プログレッシブリファインメント>
上の(a)の問題を解決する手法としてプログレッシブリファインメントと呼ばれる方法が利用される。これは以下のような反復処理である。
<Progressive refinement>
As a technique for solving the above problem (a), a method called progressive refinement is used. This is an iterative process as follows.
(i)初期状態として全てのパッチのラジオシティBiは自身の発光エネルギーEiのみから成るとする。また、Biと同じ大きさで他のパッチへ一度だけエネルギーを放射し、その後0になるラジオシティbiを想定する。
(ii)全てのパッチの中で他のパッチへ放射するエネルギーbi×Aiが最も大きいパッチを選ぶ。 (Ii) Among all the patches, the patch having the largest energy bi × Ai radiated to other patches is selected.
(iii)選んだパッチのエネルギーを他の全てのパッチに対して放射させる。このとき、他の全てのパッチはこのエネルギーを受け取り、ラジオシティ方程式に従ってラジオシティが増加する。また(i)に従ってbiは0となる。
(iv)(ii)に戻って処理を繰り返す。全てのパッチを処理し終えるか、bi×Aiがある一定値より小さくなるまで繰り返す。 (Iv) Return to (ii) and repeat the process. Repeat until all patches have been processed or bi x Ai is less than a certain value.
このプログレッシブリファインメントは、反復する度に選ばれるパッチの他のパッチへ放射するエネルギーが小さくなっていくため、収束の速い優れた方法であることが知られている。しかしながら、良好な結果を得るためにはパッチを十分細かくする必要があり、全てのパッチ(標準的な部屋のモデルでも数十万程度)を処理するのには大変な時間を要する。 This progressive refinement is known to be an excellent method of rapid convergence because the energy radiated to other patches of the patch selected each time it is repeated becomes smaller. However, it is necessary to make the patches sufficiently fine to obtain good results, and it takes a lot of time to process all the patches (on the order of hundreds of thousands even in a standard room model).
<フォームファクタ>
次にフォームファクタについて述べる。あるパッチi上の微小面積dAiからパッチj上の微小面積dAjに到達するエネルギーは、次のように表わされる。
Next, the form factor is described. The energy reaching the minute area dAj on the patch j from the minute area dAi on a certain patch i is expressed as follows.
ここで、dEiはパッチiから放射される単位面積当たりのエネルギー、dAiはパッチi上の微小面積、dAjはパッチj上の微小面積、Iiはパッチiの明るさ、θiはdAiの法線ベクトルとdAj法線ベクトルのなす角、dωijはdAiから見たdAjの立体角、θjはdAiとdAjを結ぶベクトルとdAjの法線ベクトルのなす角、rはdAiとdAjを結ぶベクトルの長さである。 Where dEi is the energy per unit area radiated from patch i, dAi is the minute area on patch i, dAj is the minute area on patch j, Ii is the brightness of patch i, and θi is the normal vector of dAi And dAj normal vector, dωij is the solid angle of dAj viewed from dAi, θj is the angle between the vector connecting dAi and dAj and the normal vector of dAj, r is the length of the vector connecting dAi and dAj is there.
一方パッチi上のある地点からは半球状にエネルギーが拡散すると考えられ、その総量は、次のように表わされる。
ただし、dωは微小立体角、dEiはdωを通る光のエネルギー、Iiはパッチiの輝度、θはdωの半球天頂からの角度である。 Where dω is a small solid angle, dEi is the energy of light passing through dω, Ii is the brightness of patch i, and θ is the angle from the hemispherical zenith of dω.
そこで、これらの比率は次の式のようになる。
このフォームファクタとは、「j番目のパッチから出たエネルギーがどれだけi番目のパッチに到達するか」であったから、これをiとjで積分して単位面積当たりの値にするためにAiで除することによってフォームファクタが得られる。
このフォームファクタは、幾何学的に次のような意味を持っている。パッチiの微小面積dAiからパッチAjを見るとき、パッチAjをdAiを中心とした単位半球面上(ヘミスフィア)へ投影した面積ωijは次の通りである。
ただし、θjはdAiとAjの中心を結ぶベクトルとAjの法線ベクトルのなす角、rはdAiとAjの中心を結ぶベクトルの長さである。 Where θj is the angle between the vector connecting dAi and the center of Aj and the normal vector of Aj, and r is the length of the vector connecting the center of dAi and Aj.
さらに、これをdAiを中心とした単位円に投影すると、その面積は、
となるから、単位円の面積πに対する比率は、
となり、フォームファクタの被積分項そのものであることがわかる。これをヌッセルトの相似と呼ぶが、これによってフォームファクタを求めるという作業が、「j番目のパッチから出たエネルギーがどれだけi番目のパッチに到達するか」という物理的、抽象的なものから「j番目のパッチをi番目のパッチを中心としたヘミスフィア、さらに単位円に投影して単位円の面積との比率を求める」という幾何学的、具体的なものへと還元することができる。 It turns out that this is the integrand of the form factor itself. This is called Nusselt's similarity, but the work of finding the form factor by this is from the physical and abstract thing “how much energy from the j-th patch reaches the i-th patch”. The j-th patch can be reduced to a geometrical and concrete one by projecting the j-th patch to a hemisphere centered on the i-th patch and further to the unit circle to obtain the ratio of the area of the unit circle.
ここではさらに、図6に示すようなi番目のパッチを中心とした単位半球面を内包する半立方体(ヘミキューブ)を考える。パッチAjを一旦このヘミキューブ上に投影してAj’を作り、このAj’をヘミスフィア、さらに単位円へと投影してもAjと全く同じ結果が得られることは図6からも自明である。つまり、式(3)においてAjの代わりにAj’を用い、cosθj、rもAj’に合わせて変更するのである。 Here, a semi-cube (hemi cube) including a unit hemisphere centered on the i-th patch as shown in FIG. 6 is considered. It is obvious from FIG. 6 that the same result as Aj can be obtained by projecting patch Aj onto this hemi-cube to create Aj ', and projecting this Aj' onto a hemisphere and further onto a unit circle. In other words, Aj ′ is used instead of Aj in Equation (3), and cos θj and r are also changed in accordance with Aj ′.
ヘミキューブにパッチを投影するということは、視野角90度のカメラをi番目のパッチの中心に据え、上・前・後・左・右に向けて計5回レンダリングすることに他ならず、これによってi番目のパッチから可視のパッチだけのフォームファクタを、環境によってはグラフィックカードのハードウエア描画支援機能も使って計算することが可能となる。 Projecting a patch on a hemicube is nothing more than placing a camera with a 90-degree viewing angle at the center of the i-th patch and rendering it up, front, back, left, right, a total of 5 times, As a result, the form factor of only the visible patch from the i-th patch can be calculated using the hardware drawing support function of the graphic card depending on the environment.
レンダリングしたイメージの各ピクセルがどのパッチに由来するものか区別できなければ意味がないが、あらかじめパッチの色としてパッチ番号をセットしておくという方法があり、レンダリングしたイメージから「glReadPixels」などのピクセルデータ取得関数を使ってピクセルの色としてパッチ番号を取得し、立方体であるため簡単なcosθi、cosθj、rといった幾何学要素を計算してパッチごとに足し合わせればよい。 It is meaningless if you can not distinguish which pixel each pixel of the rendered image comes from, but there is a method to set the patch number as the color of the patch in advance, pixels such as `` glReadPixels '' from the rendered image A patch number is acquired as a pixel color using a data acquisition function, and since it is a cube, simple geometric elements such as cos θi, cos θj, and r may be calculated and added for each patch.
上述のプログレッシブリファインメントと組み合わせる場合、ここまでが1回のループに相当し、収束するまで処理を繰り返すことになる。 When combined with the above-mentioned progressive refinement, the process up to here corresponds to one loop, and the process is repeated until convergence.
ラジオシティ処理部21では、以上の処理を行って原始ラジオシティデータを生成してデータ記憶部3に保存する。
The
<ポリゴンデータ生成>
上記ラジオシティの計算には大変な時間を要し、仮想空間を自由に歩き回るプレーヤーでその計算を行うことは現実的ではない。そこで、原始ラジオシティデータを得たなら、この原始ラジオシティデータからポリゴン(これまで述べたパッチに相当する)を切出し、ポリゴンそれぞれの頂点ごとの座標情報と共に頂点ごとの色情報を原始ラジオシティデータから取得し、多数のポリゴンごとのベクトルデータにしてデータ記憶部3に保存する。この色情報には、3次元コンピュータ図形において設定された各光源の影響を個別に計算し、その指標もベクトルデータに含めてポリゴンデータとし、後に述べる実行時調光を可能としてする。
<Polygon data generation>
The calculation of the radiosity requires a great amount of time, and it is not realistic to perform the calculation with a player who freely walks around the virtual space. So, if you get the primitive radiosity data, cut out polygons (corresponding to the patches described so far) from this primitive radiosity data, and coordinate information for each vertex of each polygon and color information for each vertex. And stored in the
図7〜図9はポリゴンデータの切出しとベクトルデータについて示している。原始3次元コンピュータ図形のラジオシティデータから図7に示すようにポリゴンを切り出す。そして、例えば三角形ポリゴンA,Bについてそれらの頂点(a1,a2,a3);(b1,b2,b3)とし、各頂点の座標を(a1:Xa1,Ya1,Za1);(a2:Xa2,Ya2,Za2);(b1:Xb1,Yb1,Zb1);(b2:Xb2,Yb2,Zb2);…等とする。さらにラジオシティデータから各頂点の色情報を、ディフューズ、スペキュラそれぞれについてRGBにより、例えば、ポリゴンAの頂点a1について光源1からは(DRa11,DGa11,DBa11,SRa11,SGa11,SBa11)、光源2からは(DRa12,DGa12,DBa12,SRa12,SGa12,SBa12)、光源3からは(DRa13,DGa13,DBa13,SRa13,SGa13,SBa13)等とする。また、頂点a2については同様に、例えば、(DRa21,DGa21,DBa21,SRa22,SGa22,SBa22)等とする。図9は、3頂点a1,a2,a3を持つポリゴンAの原始ラジオシティベクトルデータを例示している。 7 to 9 show the polygon data cut-out and vector data. As shown in FIG. 7, polygons are cut out from the radiosity data of the original three-dimensional computer graphic. For example, the triangular polygons A and B have their vertices (a1, a2, a3); (b1, b2, b3), and the coordinates of the vertices are (a1: Xa1, Ya1, Za1); (a2: Xa2, Ya2). , Za2); (b1: Xb1, Yb1, Zb1); (b2: Xb2, Yb2, Zb2); Furthermore, the color information of each vertex is obtained from the radiosity data by RGB for each diffuse and specular, for example, from the light source 1 for the vertex a1 of the polygon A (DRa11, DGa11, DBa11, SRa11, SGa11, SBa11), (DRa12, DGa12, DBa12, SRa12, SGa12, SBa12), and from the light source 3 (DRa13, DGa13, DBa13, SRa13, SGa13, SBa13), and the like. Similarly, the vertex a2 is, for example, (DRa21, DGa21, DBa21, SRa22, SGa22, SBa22) or the like. FIG. 9 exemplifies primitive radiosity vector data of a polygon A having three vertices a1, a2, and a3.
なお、ラジオシティの設定を行う場合、特定の文字で始まるアトリビュートを持ったポリゴンを光源とみなし、例えば、“rad”は点光源、“rad?”は平行光源、“rad??”はスポット光源と解釈し、それぞれに応じて他の各ポリゴンに対する影響度を考慮する。また図10に示すように、光源のディフーズ(拡散光)、スペキュラ(鏡面光)の明るさは、通常のマテリアルと同様に設定する。スポット光源のスポットアングルはグロシネスで設定する。加えて、光源の影響度の設定に際して、シーン全体の明るさ(バックグラウンドの明るさ)やアンビエントなども設定する。 When radiosity is set, a polygon having an attribute starting with a specific character is regarded as a light source. For example, “rad” is a point light source, “rad?” Is a parallel light source, and “rad ??” is a spot light source. And the degree of influence on each of the other polygons is taken into account accordingly. Further, as shown in FIG. 10, the brightness of the diffuser (diffuse light) and specular (specular light) of the light source are set in the same manner as in a normal material. The spot angle of the spot light source is set by glossiness. In addition, when setting the influence level of the light source, the brightness of the entire scene (background brightness), ambient, and the like are also set.
<レンダリング処理>
3Dコンピュータ図形表示ソフトウェア200は、ポリゴンデータ生成部2にて作成した3次元の仮想空間データである表示用3Dコンピュータ図形データ110に対して、ブラウザ300上で表示するための処理を実行する。このソフトウェア200は、ポリゴンデータである表示用3Dコンピュータ図形データ110を読み込んで3次元表示するだけでなく、入力装置12であるポインティングデバイスの操作により表示装置11の画面上にブラウザ300によって表示された仮想空間内を歩き回ったり、仮想空間内で特定の操作を行って音を鳴らしたりアニメーションを再生するといったイベントを起こすことができる。図11の表には、3Dコンピュータ図形表示ソフトウェア200にて使用できる主なパラメータを示し、図12の表にはブラウザ300からの操作や設定が可能な外部コントロール用の関数が示してある。
<Rendering process>
The 3D computer
原始ラジオシティデータである表示用3Dコンピュータ図形データ110は、先に述べたようにポリゴンの頂点の色情報をも含むものである。この色情報には上述したようにディフーズ(拡散光)、スペキュラ(鏡面反射光)の2つの成分が含まれている。
The
まず名前としてあらかじめ光源名として設定されているrad、rad?またはrad??で始まるラジオシティの光源を探し、テーブルにセットする。例えば、1つのラジオシティ光源テーブルは、図13の表のようになる。光源強度は0〜100であり、初期値として100がセットされる。実施の形態では0〜7番まで8個の光源について設定できるとしている。この数は特に限定されず、演算処理装置の性能により増減させることが可能である。 First, rad, rad ?, which are preset as light source names as names. Or rad? ? Look for the radiosity light source that begins with and set it on the table. For example, one radiosity light source table is as shown in the table of FIG. The light source intensity is 0 to 100, and 100 is set as an initial value. In the embodiment, eight light sources from 0 to 7 can be set. This number is not particularly limited, and can be increased or decreased depending on the performance of the arithmetic processing unit.
図14の表に示すように、データは光源バッファとポリゴン頂点色バッファに保持させる。表示用3次元コンピュータ図形データ110のポリゴンデータファイルのロード時には、光源データをまず読込み、光源バッファにセットする。
As shown in the table of FIG. 14, the data is held in the light source buffer and the polygon vertex color buffer. When the polygon data file of the display three-dimensional computer
レンダリングの際は、各ポリゴンの頂点色バッファにある頂点色を有効な光源の強度を加味して加算することによって実際の頂点色を算出する。図15に示すように、光源ごと、多数のポリゴンの頂点ごとに原始ポリゴンベクトルデータの色情報について光源情報を計算する。例えば、頂点(0)のディフューズは、光源(0),(1)のみから影響を受けるものであれば、図16に示すように計算されて最終的な色情報を得る。スペキュラについても同様にレンダリング処理する。また、レンダリングは2段階で行い、最初の段階でディフーズによるテクスチャとの積算処理を行った後、次の段階でスペキュラによる加算処理を行う。最近の多くのグラフィックス表示装置のように、この2段階のレンダリングを1パスで行う機能を備えている場合は1パスでレンダリングを行うが、備えていない場合でも2パスでレンダリングを行うことによって同様の結果が得られるようにしている。図17はレンダリング結果を示している。また図18にはレンダリング処理のフローチャートを示してある。 At the time of rendering, the actual vertex color is calculated by adding the vertex colors in the vertex color buffer of each polygon in consideration of the effective light source intensity. As shown in FIG. 15, light source information is calculated for the color information of the primitive polygon vector data for each light source and for each vertex of a large number of polygons. For example, if the diffuser at the vertex (0) is affected only by the light sources (0) and (1), it is calculated as shown in FIG. 16 to obtain final color information. Rendering is similarly performed for specular. Rendering is performed in two stages. After the integration process with the texture by the diffuses is performed in the first stage, the addition process by the specular is performed in the next stage. As with many modern graphics display devices, if you have the function to perform this two-stage rendering in one pass, you can perform the rendering in one pass. Similar results are obtained. FIG. 17 shows the rendering result. FIG. 18 shows a flowchart of the rendering process.
<実行時調光>
3Dコンピュータ図形が仮想室内空間を表現するものであり、原始ラジオシティデータが日中の室内の状態を表現しているものであり、これを用いて日没時の仮想室内空間を表現する要求があったとする。この場合、日没になって外光が暗くなれば、窓からの光、つまり窓を光源とする光の明度を絞る処理が必要である。そのような場合、例えば、図19に示したように、ブラウザ300が表示している画面310に光源選択用のボックス311と明度調整用ボタン312を表示し、ユーザに入力装置12であるマウスその他のポインティングデバイスの操作で光源選択と明度設定を行わせることによって設定することができる。このブラウザ300での表示画面は、図20に示すHTMLによって表示させている。
<Runtime dimming>
The 3D computer graphic represents the virtual indoor space, and the primitive radiosity data represents the indoor state during the day, and there is a demand for expressing the virtual indoor space at sunset using this. Suppose there was. In this case, when the outside light becomes dark at sunset, it is necessary to reduce the brightness of the light from the window, that is, the light from the window as the light source. In such a case, for example, as shown in FIG. 19, a light
これにより、3Dコンピュータ図形表示ソフトウェア200は、ラジオシティ光源テーブルからその名前を持つ光源を探し、その強度を指定された値に変更する。例えば、Light0の光源を15%まで絞る設定がされた場合、原始ポリゴンデータの各ポリゴンの色情報について、該当光源からの原始輝度を15%まで絞る演算処理を実行する。これによって当該光源からの光の影響を受けている頂点群はその光源からの影響を15%まで低下させることができ、レンダリング結果はそれを反映させたものとなる。先の例で、頂点(0)に対して、図21のような結果が得られる。
As a result, the 3D computer
以上のように本実施の形態の3Dコンピュータ図形作成装置100、3Dコンピュータ図形表示ソフトウェア200、ブラウザ300を利用した3DCGシステムによれば、3Dコンピュータ図形作成装置100で作成し、一度ラジオシティ処理をして得られた表示用3Dコンピュータ図形110に対して、ラジオシティ処理を繰り返すことなく明度が変化する光源の影響を反映させた3次元コンピュータ図形は高速に表示することができ、しかもラジオシティ処理を施した表示用3Dコンピュータ図形データ110を利用して3次元コンピュータ図形表示するので、アニメーション表示においても精緻な3次元空間図形の表示が可能である。加えて、光源ごとの明度変更の操作も簡単に行える。
As described above, according to the 3DCG system using the 3D computer
1 3DCG作成部
2 ポリゴンデータ生成部
3 データ記憶部
4 表示装置
5 入力装置
6 外部インタフェース部
7 データ処理部
8 レンダリング処理部
11 表示装置
12 入力装置
13 ビデオグラフィックカード
15 関数設定部
16 パラメータ設定部
21 ラジオシティ処理部
22 ポリゴン切出し部
23 ポリゴンデータ保存部
100 3次元コンピュータ図形生成装置
110 表示用3次元コンピュータ図形データ
200 3次元コンピュータ図形表示ソフトウェア
300 ブラウザ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (4)
前記ラジオシティ処理手段のラジオシティ処理結果から、頂点座標情報及び色情報を持つ多数のポリゴンを生成して記憶手段に記憶するポリゴンデータ生成手段と、
光源の座標、色光及び明度の設定情報の入力を受け付ける外部インタフェース手段と、
前記外部インタフェース手段が受け付けた光源の座標、色光及び明度の設定情報に基づいて該当光源の色光及び明度を設定し、前記ポリゴンデータ生成手段の生成した多数のポリゴンそれぞれの頂点ごとに、前記設定した光源の光による影響度を該当頂点位置での色情報として割り付け、前記ポリゴンそれぞれの頂点ごとの色情報と前記割り付けた光源の色情報とを加算し、各ポリゴンの頂点ごとの頂点座標情報と共に当該加算結果の色情報をベクトルデータとして生成するデータ処理手段と、
前記データ処理手段の生成した各ポリゴンの頂点ごとの頂点座標情報と共に当該加算結果の色情報のベクトルデータをレンダリングして3Dコンピュータ図形を生成するレンダリング処理手段と、
前記3Dコンピュータ図形を表示する表示手段とを備えた3Dコンピュータ図形表示システム。 Radiosity processing means for performing radiosity processing on primitive three-dimensional computer graphic data including a plurality of light sources ;
From radiosity processing result of the radiosity processing unit, a polygon data generating means for storing the generated and the storage means a plurality of polygons having vertices coordinate information and color information,
External interface means for accepting input of coordinates of the light source, color light and brightness setting information;
The color light and lightness of the corresponding light source are set based on the light source coordinates, color light and lightness setting information received by the external interface means, and the set values are set for each vertex of a large number of polygons generated by the polygon data generating means. The degree of influence of light from the light source is assigned as color information at the corresponding vertex position, the color information for each vertex of the polygon is added to the color information of the assigned light source, and the vertex coordinate information for each vertex of each polygon is added. Data processing means for generating color information of the addition result as vector data;
Rendering processing means for rendering 3D computer graphics by rendering vector data of the color information of the addition result together with vertex coordinate information for each vertex of each polygon generated by the data processing means;
A 3D computer graphic display system comprising display means for displaying the 3D computer graphic.
前記ラジオシティ処理の結果から、頂点座標情報及び色情報を持つ多数のポリゴンを生成して記憶手段に記憶するポリゴンデータ生成処理と、
光源の座標、色光及び明度の設定情報の入力を受け付ける入力受付処理と、
前記入力受付処理にて受け付けた光源の座標、色光及び明度の設定情報に基づいて該当光源の色光及び明度を設定する光源属性設定処理と、
前記ポリゴンデータ生成処理にて生成した多数のポリゴンそれぞれの頂点ごとに、前記光源属性設定処理にて設定した光源の光による影響度を該当頂点位置での色情報として割り付ける光源影響度割付処理と、
前記ポリゴンそれぞれの頂点ごとの色情報と前記光源影響度割付処理にて割り付けた光源の色情報とを加算し、各ポリゴンの頂点ごとの頂点座標情報と共に当該加算結果の色情報をベクトルデータとして生成するデータ処理と、
前記データ処理により生成した各ポリゴンの頂点ごとの頂点座標情報と共に当該加算結果の色情報のベクトルデータをレンダリングして3Dコンピュータ図形を生成し、表示手段に表示させるレンダリング処理とをコンピュータに実行させることを特徴とする3Dコンピュータ図形表示プログラム。 Radiosity processing for performing radiosity processing on primitive three-dimensional computer graphic data including a plurality of light sources;
From the result of the radiosity processing, polygon data generation processing for generating a large number of polygons having vertex coordinate information and color information and storing them in storage means;
Coordinates of the light source, an input acceptance processing enter Ru accepting color light and brightness setting information,
A light source attribute setting process for setting the color light and the lightness of the corresponding light source based on the coordinates of the light source, the color light and the lightness setting information received in the input receiving process ;
For each vertex of a large number of polygons generated by the polygon data generation process, a light source influence degree assigning process for assigning the influence degree of the light of the light source set by the light source attribute setting process as color information at the corresponding vertex position;
The color information for each vertex of each polygon is added to the color information for the light source assigned in the light source influence assignment process, and the color information of the addition result is generated as vector data together with the vertex coordinate information for each vertex of each polygon. Data processing,
Rendering the vector data of the color information of the addition result together with the vertex coordinate information for each vertex of each polygon generated by the data processing to generate a 3D computer graphic, and causing the computer to execute a rendering process for displaying on the display means 3D computer graphic display program characterized by the above .
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