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JP4777181B2 - Image special effect device, image special effect method - Google Patents
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JP4777181B2 - Image special effect device, image special effect method - Google Patents

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Description

本発明は、映像製作等に用いる画像特殊効果装置、画像特殊効果方法に関し、特に、光源と視点の関係を考慮した照明処理を行い、写実的な特殊効果をリアルタイムに表現し、多種類の特殊効果画像に対応できる装置の単純化かつ小型化を図るものである。   The present invention relates to an image special effect device and an image special effect method used for video production and the like, and in particular, performs illumination processing in consideration of the relationship between a light source and a viewpoint, expresses a real special effect in real time, and a variety of special effects. It is intended to simplify and miniaturize an apparatus that can deal with effect images.

従来の画像特殊効果装置は、図10に示すように、フレームメモリ102と、シーケンシャルなライトアドレス105から画像特殊効果用リードアドレス108を演算するリードアドレス演算部109とを備えている。図10は従来の画像特殊効果装置のブロック図である。   As shown in FIG. 10, the conventional image special effect device includes a frame memory 102 and a read address calculation unit 109 that calculates the image special effect read address 108 from a sequential write address 105. FIG. 10 is a block diagram of a conventional image special effect device.

シーケンシャルなライトアドレス105でフレームメモリ102に順次書き込んだ入力画像101を、画像特殊効果用リードアドレス演算部109で演算した画像特殊効果用リードアドレス108でフレームメモリ102から出力画像103を読み出すことにより、ページめくり効果、ボール効果等の各種ビデオエフェクトを画像に施している。   By reading the input image 101 sequentially written in the frame memory 102 with the sequential write address 105 and reading the output image 103 from the frame memory 102 with the image special effect read address 108 calculated by the image special effect read address calculation unit 109. Various video effects such as page turning effect and ball effect are applied to the image.

従来の画像特殊効果装置における、ページめくり効果を実現するときの表示画面水平方向の読み出しアドレスの計算方法は、図11に示すように、シーケンシャルな表示画面水平方向X13上の書き込みアドレスxから、下面平面部15、下面曲面部16、上面曲面部11、上面平面部12ごとに、次式のように示されるXeffectを計算する。また図11中のZ14は視点方向14(z軸)、R2は効果半径2(r)、θz40は視点方向Z14と法線ベクトルのなす角度を示している。図11は従来の画像特殊効果装置における水平方向座標計算仕様を説明するための図である。   In the conventional image special effect device, the method for calculating the display screen horizontal direction address when realizing the page turning effect is as shown in FIG. 11, starting from the write address x on the sequential display screen horizontal direction X13. For each of the flat surface portion 15, the lower surface curved surface portion 16, the upper surface curved surface portion 11, and the upper surface flat surface portion 12, an Xeffect expressed by the following equation is calculated. In FIG. 11, Z14 indicates the viewpoint direction 14 (z axis), R2 indicates the effect radius 2 (r), and θz40 indicates the angle formed by the normal direction vector and the viewpoint direction Z14. FIG. 11 is a diagram for explaining horizontal coordinate calculation specifications in a conventional image special effect device.

(下面平面部15)Xeffect = x
(下面曲面部16)Xeffect = rθz = r×arcsin ( x / r )
(上面曲面部11)Xeffect = πr / 2 - rθz = πr / 2 - r×arcsin ( x / r )
(上面平面部12)Xeffect = πr / 2 − x
(Lower plane part 15) Xeffect = x
(Lower curved surface portion 16) Xeffect = rθz = r × arcsin (x / r)
(Upper curved surface portion 11) Xeffect = πr / 2−rθz = πr / 2−r × arcsin (x / r)
(Top Plane 12) Xeffect = πr / 2−x

表示画面垂直方向の読み出しアドレス計算方法は、図12に示すように、シーケンシャルな表示画面上垂直方向Y22上の書き込みアドレスyから、下面平面部15、下面曲面部16、上面曲面部11、上面平面部12ごとに、次式のように示されるYeffectを計算する。また、図12中のA31は上面移動量を示す。図12は従来の画像特殊効果装置における垂直方向座標計算仕様を説明するための図である。   As shown in FIG. 12, the readout address calculation method in the display screen vertical direction starts from the write address y in the vertical direction Y22 on the sequential display screen, and the lower surface plane portion 15, the lower surface curved surface portion 16, the upper surface curved surface portion 11, and the upper surface plane. For each part 12, Yeffect expressed as the following equation is calculated. Further, A31 in FIG. 12 indicates the upper surface movement amount. FIG. 12 is a diagram for explaining vertical coordinate calculation specifications in a conventional image special effect device.

Figure 0004777181
Figure 0004777181

尚、Xeffectは、直交座標のシーケンシャルな表示画面水平方向データから、ページめくり効果、ボール効果などの各種ビデオエフェクトを生成するための表示画面水平方向データであり、ページめくり水平方向座標計算の結果である。また、Yeffectは、直交座標のシーケンシャルな表示画面垂直方向データから、ページめくり効果、ボール効果などの各種ビデオエフェクトを生成するための表示画面垂直方向データであり、ページめくり垂直方向座標計算の結果である。Xeffect、Yeffectは、画像特殊効果用リードアドレス108に変換される。   Xeffect is display screen horizontal direction data for generating various video effects such as page turning effect and ball effect from the horizontal display screen horizontal direction data of Cartesian coordinates. is there. Yeffect is display screen vertical direction data for generating various video effects such as page turning effect and ball effect from sequential display screen vertical direction data of Cartesian coordinates. is there. Xeffect and Yeffect are converted into an image special effect read address 108.

また、得られた特殊効果画像に対して照明効果を与えるため、あらかじめ定められた複数の効果面の形状に対応する複数の照明パターンが記憶されたテーブル値を混合することにより、さまざまな形状の効果面に対する照明効果を得られる装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。   Further, in order to give a lighting effect to the obtained special effect image, by mixing table values stored with a plurality of illumination patterns corresponding to a plurality of predetermined effect surface shapes, various shapes can be obtained. An apparatus capable of obtaining an illumination effect on an effect surface is known (for example, see Patent Document 1).

また、一般的に、鏡面反射の照明効果を実現する場合の計算方法は、光源ベクトルをL、効果面の法線ベクトルをNとすると、反射ベクトルRは、効果面の形状にかかわらず、
R=2(L・N)N−L・・・・数式1
である。
特開平05−143746号公報
In general, the calculation method in the case of realizing the specular reflection illumination effect is as follows. When the light source vector is L and the normal vector of the effect surface is N, the reflection vector R is equal to regardless of the shape of the effect surface.
R = 2 (L · N) N−L · ·· Equation 1
It is.
JP 05-143746 A

しかし、上述した従来の特殊効果装置では、さまざまな照明パターンをあらかじめ定めることと、効果面に応じた最適な照明パターンの組み合わせを決めなくてはならない煩わしさがある。さらに、新規に特殊効果機能を追加した場合、実装済みの照明パターンでは最適な組み合わせが見つからない場合もある。   However, the above-described conventional special effect device has the inconvenience of determining various illumination patterns in advance and determining the optimal combination of illumination patterns according to the effect surface. Furthermore, when a special effect function is newly added, an optimal combination may not be found with the mounted illumination pattern.

乗算器を多く搭載するFPGA(Field Programmable Gate Array)では、さまざまな効果面への照明効果に対応可能な数式1の計算回路を実装することは容易である。   In a Field Programmable Gate Array (FPGA) equipped with many multipliers, it is easy to implement the calculation circuit of Formula 1 that can deal with lighting effects on various effect surfaces.

図13に、表示画面上、右から左にページをめくる効果の場合の法線ベクトルの計算式を示す。図13は従来の画像特殊効果装置における法線ベクトルを示した図である。図13から、下面平面部15、下面曲面部16、上面曲面部12、上面平面部11の法線ベクトルは次式のように表される。   FIG. 13 shows a normal vector calculation formula in the case of the effect of turning pages from right to left on the display screen. FIG. 13 is a diagram showing normal vectors in a conventional image special effect device. From FIG. 13, the normal vectors of the lower plane portion 15, the lower curved portion 16, the upper curved portion 12, and the upper plane portion 11 are expressed as follows:

Figure 0004777181
Figure 0004777181

この場合、図14に示すように、法線ベクトルの表示画面水平方向成分6が上面平面部12と上面曲面部11の接続部分の変化量が不連続になり、法線ベクトルの表示画面水平方向成分6が下面平面部15と下面曲面部16の接続部分の変化量が不連続になる。その結果、数式1から得られる照明効果も平面部と曲面部のつなぎ目で不連続となり、不自然な照明効果となってしまうという事情がある。   In this case, as shown in FIG. 14, the normal vector display screen horizontal direction component 6 is discontinuous in the amount of change in the connection portion between the upper surface flat portion 12 and the upper curved surface portion 11, and the normal vector display screen horizontal direction For component 6, the amount of change in the connecting portion between the lower flat surface portion 15 and the lower curved surface portion 16 becomes discontinuous. As a result, the lighting effect obtained from Equation 1 also becomes discontinuous at the joint between the flat surface portion and the curved surface portion, resulting in an unnatural lighting effect.

例えば、上面平面部12の上面法線ベクトル水平方向成分6は0であるが、上面曲面部11の上面法線ベクトル水平方向成分6は、x / r ( sinθz) である。また、下面平面部15の下面法線ベクトル水平方向成分17は0であるが、下面曲面部16の下面法線ベクトル水平方向成分17は、−x / r ( −sinθz) である。図14は従来の画像特殊効果装置における表示画面水平方向成分法線ベクトル特性を示した図である。   For example, the upper surface normal vector horizontal direction component 6 of the upper surface plane portion 12 is 0, but the upper surface normal vector horizontal direction component 6 of the upper surface curved surface portion 11 is x / r (sin θz). Further, the lower surface normal vector horizontal direction component 17 of the lower surface flat portion 15 is 0, but the lower surface normal vector horizontal direction component 17 of the lower surface curved surface portion 16 is −x / r (−sin θz). FIG. 14 is a diagram showing display screen horizontal component normal vector characteristics in a conventional image special effect device.

本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであって、自然な照明効果を実現し、かつ、小型化できる画像特殊効果装置、画像特殊効果方法を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an image special effect device and an image special effect method that can realize a natural lighting effect and can be downsized.

上記目的を達成するために、本発明の第1の画像特殊効果装置は、入力された画像に関する画像情報には平面および曲面を有する面において任意の視点から見た場合の光源からの光による照明効果が付加され、前記面に前記画像情報をマッピングさせて得られる映像信号を出力する画像特殊効果装置であって、前記視点の方向のベクトルを示す視点方向ベクトルと、前記面の水平方向座標および垂直方向座標の位置ならびに前記面の形状に基づいた前記面の位置における法線ベクトルとのなす角度の余弦値を算出する余弦値計算部と、前記余弦値を視点方向の成分、前記角度の(1−余弦値)または(−1+余弦値)を前記水平方向座標の成分とするベクトルを計算用法線ベクトルとして算出する法線ベクトル計算部と、前記計算用法線ベクトルに基づいて、前記照明効果を算出する照明効果計算部とを有する構成としている。   In order to achieve the above object, the first image special effect device according to the present invention is configured to illuminate with light from a light source when viewed from an arbitrary viewpoint on a plane having a plane and a curved surface for image information relating to an input image. An image special effect device to which an effect is added and outputs a video signal obtained by mapping the image information on the surface, comprising a viewpoint direction vector indicating a vector of the viewpoint direction, a horizontal coordinate of the surface, and A cosine value calculation unit that calculates a cosine value of an angle formed with a normal vector at the position of the surface based on the position of the vertical coordinate and the shape of the surface; the cosine value as a component in the viewpoint direction; 1−cosine value) or (−1 + cosine value) as a normal vector vector for calculating a vector having the horizontal coordinate component as a calculation normal vector, and the calculation normal vector And a lighting effect calculation unit for calculating the lighting effect based on the light.

この構成により、自然な照明効果を実現し、かつ、装置を小型化できる。例えば、ページめくりの平面部と曲面部の接続部分の法線ベクトルのうち、水平方向成分の変化量を、視点方向成分の計算結果から求めることで、大規模な新規計算回路を追加しなくても、連続とすることができるため、自然な照明効果を実現しつつ、装置を小型化することができる。   With this configuration, a natural lighting effect can be realized and the apparatus can be downsized. For example, it is necessary to add a large-scale new calculation circuit by calculating the amount of change in the horizontal direction component based on the calculation result of the viewpoint direction component from the normal vector of the connecting portion between the page turning plane part and the curved surface part. However, since it can be made continuous, the apparatus can be miniaturized while realizing a natural lighting effect.

また、本発明の第2の画像特殊効果装置は、前記法線ベクトル計算部が、前記形状が上面および下面を有するページめくりの形状である場合、前記余弦値計算部によって計算された余弦値、前記垂直方向座標の位置、および前記上面および下面の前記垂直方向の位置ずれ量に基づく上面移動量に基づいて、前記計算用法線ベクトルの前記垂直方向座標の成分を算出する構成としている。   Further, in the second image special effect device of the present invention, when the normal vector calculation unit is a page turning shape having the upper surface and the lower surface, the cosine value calculated by the cosine value calculation unit, The vertical coordinate component of the calculation normal vector is calculated based on the vertical coordinate position and the upper surface movement amount based on the vertical displacement amount of the upper surface and the lower surface.

この構成により、法線ベクトル計算用に計算済みの余弦値をページめくりの垂直座標方向の計算に用いることで、右から左にページをめくる形状変化にて上面と下面が重なることがなく、大規模な新規計算回路を追加しなくても、自然なページめくり効果が得られつつ、装置を小型化することができる。   With this configuration, the cosine value calculated for normal vector calculation is used for the calculation of the page turning vertical coordinate direction, so that the top and bottom surfaces do not overlap with each other when the page turns from right to left. Even without adding a large-scale new calculation circuit, it is possible to reduce the size of the apparatus while obtaining a natural page turning effect.

また、本発明の第3の画像特殊効果装置は、前記視点方向ベクトルと前記法線ベクトルとのなす角度の正弦値を算出する正弦値計算部と、前記正弦値計算部によって算出される正弦値および前記法線ベクトル計算部によって算出される前記角度の(1−余弦値)、(−1+余弦値)のうちのいずれかを、前記照明効果計算部による照明効果の算出に利用する前記計算用法線ベクトルの前記水平方向座標の成分として選択する選択部と、を有する構成としている。   The third image special effect device according to the present invention includes a sine value calculation unit that calculates a sine value of an angle formed by the viewpoint direction vector and the normal vector, and a sine value calculated by the sine value calculation unit. And (1−cosine value) and (−1 + cosine value) of the angle calculated by the normal vector calculation unit, the calculation method for using the lighting effect calculation unit to calculate a lighting effect. And a selection unit that selects as a component of the horizontal coordinate of the line vector.

この構成により、水平方向成分法線ベクトルを切り替えて出力できることで、大規模な新規計算回路を追加せずに、ページめくり効果以外にも、ボール効果用の汎用的な照明効果を計算でき、装置を小型化することができる。   With this configuration, the horizontal component normal vector can be switched and output, so that a general lighting effect for the ball effect can be calculated in addition to the page turning effect without adding a large-scale new calculation circuit. Can be miniaturized.

また、本発明の第1の画像特殊効果方法は、画像特殊効果装置を用いて、入力された画像に関する画像情報には平面および曲面を有する面において任意の視点から見た場合の光源からの光による照明効果付加し、前記面に前記画像情報をマッピングさせて得られる映像信号出力る画像特殊効果方法であって、前記画像特殊効果装置が備える余弦値計算部が、前記視点の方向のベクトルを示す視点方向ベクトルと、前記面の水平方向座標および垂直方向座標の位置ならびに前記面の形状に基づいた前記面の位置における法線ベクトルとのなす角度の余弦値算出する余弦値計算ステップと、前記画像特殊効果装置が備える法線ベクトル計算部が、前記余弦値を視点方向の成分、前記角度の(1−余弦値)または(−1+余弦値)を前記水平方向座標の成分とするベクトル計算用法線ベクトルとして算出する法線ベクトル計算ステップと、前記画像特殊効果装置が備える照明効果計算部が、前記計算用法線ベクトルに基づいて、前記照明効果を算出する照明効果計算ステップと、を有する方法としている。 The first image special effect method of the present invention uses an image special effect device, and the image information relating to the input image includes light from a light source when viewed from an arbitrary viewpoint on a plane having a plane and a curved surface. adds lighting effect, an the image information by mapping image special effect how to output a video signal obtained on the surface, the cosine value calculation unit to the image special effect apparatus is provided, the direction of the viewpoint Cosine value calculation for calculating the cosine value of the angle formed by the viewpoint direction vector indicating the vector of the surface, the position of the horizontal coordinate and the vertical coordinate of the surface, and the normal vector at the surface position based on the shape of the surface And a normal vector calculation unit included in the image special effect device, wherein the cosine value is a component in a viewing direction, and (1−cosine value) or (−1 + cosine value) of the angle is the horizontal A normal vector calculating step of calculating a vector with component in the direction coordinate as a calculation usage normal vector, lighting effects calculator the image special effect apparatus is provided, based on the calculated usage normal vector, and calculates the lighting effects And a lighting effect calculation step .

この方法により、自然な照明効果を実現し、かつ、装置を小型化できる。例えば、ページめくりの平面部と曲面部の接続部分の法線ベクトルのうち、水平方向成分の変化量を、視点方向成分の計算結果から求めることで、大規模な新規計算回路を追加しなくても、連続とすることができるため、自然な照明効果を実現しつつ、装置を小型化することができる。   By this method, a natural lighting effect can be realized and the apparatus can be miniaturized. For example, it is necessary to add a large-scale new calculation circuit by calculating the amount of change in the horizontal direction component based on the calculation result of the viewpoint direction component from the normal vector of the connecting portion between the page turning plane part and curved surface part. However, since it can be made continuous, the apparatus can be miniaturized while realizing a natural lighting effect.

本発明は、例えばページめくりのような平面と曲面をつなぐ効果面を有する画像特殊効果でも、(1−余弦値)、または(余弦値−1)から計算した表示画面平面成分の法線ベクトルによって、平面と曲面の接続部分が滑らかで、数式1の単純な計算によって自然な照明効果を実現でき、かつ、装置を小型化できる。また、自然で滑らかなシェーディング効果も同様に実現可能である。   In the present invention, even for an image special effect having an effect surface connecting a plane and a curved surface such as page turning, the normal vector of the plane component of the display screen calculated from (1 cosine value) or (cosine value −1). The connecting portion between the flat surface and the curved surface is smooth, a natural lighting effect can be realized by the simple calculation of Equation 1, and the apparatus can be downsized. A natural and smooth shading effect can also be realized.

また、本発明の画像特殊効果装置は、例えば右から左、または左から右、または上から下、または下から上にページをめくるような形状に変化させ、ページめくり形状の上面、下面が重ならないように、照明処理で計算した(1−余弦値)、(余弦値−1)の計算結果を再利用して定数を乗算し、上面位置を移動することで、上面と下面が重ならないページめくり効果を実現でき、かつ、装置を小型化できる。   In addition, the image special effect device of the present invention changes the shape to turn the page, for example, from right to left, from left to right, from top to bottom, or from bottom to top, and the top and bottom surfaces of the page turning shape overlap. The page where the upper surface and the lower surface do not overlap by reusing the calculation result of (1-cosine value) and (cosine value-1) calculated by lighting processing and multiplying the constant by moving the upper surface position The turning effect can be realized and the apparatus can be miniaturized.

また、本発明の画像特殊効果装置は、(1−余弦値)もしくは(余弦値−1)を正弦値に切り替えることで、通常の法線ベクトルを算出でき、様々な画像特殊効果の照明効果に広く対応できる。   The image special effect device of the present invention can calculate a normal normal vector by switching (1-cosine value) or (cosine value-1) to a sine value. Widely applicable.

以下、本発明の実施形態の画像特殊効果装置について、図面を用いて説明する。   Hereinafter, an image special effect device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

(第1の実施形態)
まず、ページめくり効果における上面の照明効果に関して説明する。
図1は本発明の第1の実施形態における画像特殊効果装置100の構成を示す図である。画像特殊効果装置100は、余弦値計算部4および法線ベクトル計算部7を有する。余弦値計算部4は、水平方向座標1(x)(図1中のX1)および効果半径2(r)(図1中のR2)を入力し、

Figure 0004777181
により余弦値3(cosθz)を求める。法線ベクトル計算部7は、余弦値計算部4による計算結果である余弦値3(cosθz)を入力し、法線ベクトルの水平方向成分6および法線ベクトルの視点方向成分5を出力する。 (First embodiment)
First, the illumination effect on the upper surface in the page turning effect will be described.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an image special effect device 100 according to the first embodiment of the present invention. The image special effect device 100 includes a cosine value calculation unit 4 and a normal vector calculation unit 7. The cosine value calculation unit 4 inputs the horizontal coordinate 1 (x) (X1 in FIG. 1) and the effect radius 2 (r) (R2 in FIG. 1),
Figure 0004777181
The cosine value 3 (cosθz) is obtained by The normal vector calculation unit 7 receives the cosine value 3 (cos θz) that is the calculation result of the cosine value calculation unit 4 and outputs the horizontal direction component 6 of the normal vector and the viewpoint direction component 5 of the normal vector.

ここで、ページめくり効果における上面の照明効果を実現するための法線ベクトルの水平方向成分6をn_vector_x,法線ベクトルの視点方向成分5をn_vector_zとすると、法線ベクトルN=(n_vector_x,0,n_vecotor_z)となる。法線ベクトル計算部7は、n_vector_zとして、入力値と同様の余弦値計算部4による計算である余弦値3(cosθz)を出力する。また、n_vector_xに関しては、法線ベクトル計算部7はn_vector_zの計算結果を利用して、n_vector_x = 1 - cosθzとして計算する。   Here, assuming that the horizontal direction component 6 of the normal vector for realizing the top lighting effect in the page turning effect is n_vector_x and the viewpoint direction component 5 of the normal vector is n_vector_z, the normal vector N = (n_vector_x, 0, n_vecotor_z). The normal vector calculation unit 7 outputs, as n_vector_z, a cosine value 3 (cos θz) which is the same calculation as the input value by the cosine value calculation unit 4. For n_vector_x, the normal vector calculation unit 7 calculates n_vector_x = 1−cos θz using the calculation result of n_vector_z.

このとき上面曲面部11の法線ベクトルNは、

Figure 0004777181
となり、上面平面部12の法線ベクトルNは、
N=(0,0,1)
となり、n_vector_xの特性は、図3に示すように、上面曲面部11と上面平面部12の接続部分で変化量は連続となる。 At this time, the normal vector N of the upper curved surface portion 11 is
Figure 0004777181
The normal vector N of the upper surface plane part 12 is
N = (0,0,1)
As shown in FIG. 3, the amount of change in the characteristics of n_vector_x is continuous at the connection portion between the upper curved surface portion 11 and the upper flat surface portion 12.

ここで、図2は本発明の第1の実施形態における法線ベクトルの詳細説明図であり、上面平面部12および下面曲面部11における太線矢印の向きは、法線ベクトルの向きを示している。また、図3は本発明の第1の実施形態における水平方向成分法線ベクトル特性を示した図である。   Here, FIG. 2 is a detailed explanatory diagram of the normal vector in the first embodiment of the present invention, and the directions of the thick arrows in the upper surface plane portion 12 and the lower surface curved surface portion 11 indicate the direction of the normal vector. . FIG. 3 is a diagram showing the horizontal component normal vector characteristics in the first embodiment of the present invention.

この結果、図2のようなページめくり効果の上面平面部12、上面曲面部11の接続部分における照明効果は、連続的に変化することができるようになり、視覚的にも自然な照明効果を得ることができる。   As a result, the lighting effect at the connecting portion of the upper surface flat portion 12 and the upper curved surface portion 11 of the page turning effect as shown in FIG. 2 can be continuously changed, and a visually natural lighting effect can be obtained. Obtainable.

次に、ページめくり効果における下面の照明効果に関して説明する。
図4は本発明の第1の実施形態における第2の画像特殊効果装置100Bの構成を示す図である。基本的には図1に示す画像特殊効果装置100と同様の構成であるが、画像特殊効果装置100Bは、法線ベクトル計算部7に代わり法線ベクトル計算部7Bを有する。
Next, the illumination effect on the lower surface in the page turning effect will be described.
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of the second image special effect device 100B according to the first embodiment of the present invention. The image special effect device 100B basically has the same configuration as that of the image special effect device 100 shown in FIG. 1, but includes a normal vector calculation unit 7B instead of the normal vector calculation unit 7.

法線ベクトル計算部7Bは、n_vector_zに関しては、図1と同様に求める。そして下面曲面部16のn_vector_xに関しては、n_vector_zの計算結果を利用して、n_vector_x = cosθz − 1として計算する。   The normal vector calculation unit 7B obtains n_vector_z as in FIG. Then, n_vector_x of the lower curved surface portion 16 is calculated as n_vector_x = cos θz−1 using the calculation result of n_vector_z.

このとき下面曲面部16の法線ベクトルNは、

Figure 0004777181
下面平面部15の法線ベクトルNは、
N=(0,0,1)
となり、n_vector_xの特性は、図6に示すように、下面曲面部16と下面平面部15との接続部分で変化量は連続となる。 At this time, the normal vector N of the lower curved surface portion 16 is
Figure 0004777181
The normal vector N of the lower plane part 15 is
N = (0,0,1)
As shown in FIG. 6, the amount of change in the characteristics of n_vector_x is continuous at the connection portion between the lower curved surface portion 16 and the lower flat surface portion 15.

ここで、図5は本発明の第1の実施形態における第2の法線ベクトル詳細説明図であり、下面平面部15および下面曲面部16における太線矢印の向きは、法線ベクトルの向きを示している。また、図6は本発明の第1の実施形態における第2の水平方向成分法線ベクトル特性を示した図である。   Here, FIG. 5 is a detailed explanatory diagram of the second normal vector in the first embodiment of the present invention, and the direction of the thick arrow in the lower plane portion 15 and the lower curved portion 16 indicates the direction of the normal vector. ing. FIG. 6 is a diagram showing the second horizontal component normal vector characteristic in the first embodiment of the present invention.

この結果、図5のようなページめくり効果の下面平面部15、下面曲面部16の接続部分における照明効果は、連続的に変化することができるようになり、視覚的にも自然な照明効果を得ることができる。   As a result, the lighting effect at the connecting portion of the lower surface flat portion 15 and the lower curved surface portion 16 of the page turning effect as shown in FIG. 5 can be continuously changed, and a visually natural lighting effect can be obtained. Obtainable.

このような本発明の第1の実施形態における画像特殊効果装置100によれば、入力された画像に関する画像情報には平面および曲面を有する面において任意の視点から見た場合の光源からの光による照明効果が付加され、面に画像情報をマッピングさせて得られる映像信号を出力する画像特殊効果装置100であって、視点の方向のベクトルを示す視点方向ベクトルと、面の水平方向座標および垂直方向座標の位置ならびに面の形状に基づいた面の位置における法線ベクトルとのなす角度の余弦値を算出する余弦値計算部4と、余弦値を視点方向の成分、角度の(1−余弦値)または(−1+余弦値)を水平方向座標の成分とするベクトルを計算用法線ベクトルとして算出する法線ベクトル計算部7と、計算用法線ベクトルに基づいて、照明効果を算出する照明効果計算部とを有する構成とすることで、例えばページめくりの平面部と曲面部の接続部分の法線ベクトルNのうち、水平方向成分の変化量を、視点方向成分の計算結果から求めることで、大規模な新規計算回路を追加しなくても、連続とすることができるため、自然な照明効果を実現しつつ、装置を小型化することができる。   According to the image special effect device 100 according to the first embodiment of the present invention, the image information related to the input image is based on light from a light source when viewed from an arbitrary viewpoint on a plane having a plane and a curved surface. An image special effect device 100 that outputs a video signal obtained by mapping image information on a surface to which a lighting effect is added, a viewpoint direction vector indicating a viewpoint direction vector, a horizontal coordinate of a surface, and a vertical direction A cosine value calculation unit 4 that calculates a cosine value of an angle formed by a normal vector at a surface position based on a coordinate position and a surface shape, and the cosine value as a component in a viewing direction, an angle (1-cosine value) Or, a normal vector calculation unit 7 that calculates a vector having (−1 + cosine value) as a horizontal coordinate component as a calculation normal vector, and illumination based on the calculation normal vector With the configuration including the lighting effect calculation unit that calculates the effect, for example, the amount of change in the horizontal direction component of the normal vector N of the connecting portion between the page turning plane portion and the curved portion is calculated as the viewpoint direction component. By obtaining from the result, it is possible to make it continuous without adding a large-scale new calculation circuit, so that the device can be miniaturized while realizing a natural lighting effect.

なお、本実施形態では、水平方向にページをめくる効果で説明したが、それ以外の方向でもよく、その際は、法線ベクトルの垂直方向成分も、水平方向成分と同様に考えればよい。   In the present embodiment, the effect of turning the page in the horizontal direction has been described. However, other directions may be used, and in this case, the vertical direction component of the normal vector may be considered in the same manner as the horizontal direction component.

また、本実施形態では、ページめくり効果を題材に説明したが、平面と曲面、曲面と曲面を接続する画像特殊効果でもよい。   In the present embodiment, the page turning effect has been described, but an image special effect that connects a plane and a curved surface or a curved surface and a curved surface may be used.

(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態における画像特殊効果装置200について説明する。
図7は、本発明の第2の実施形態における画像特殊効果装置200の構成を示す図である。画像特殊効果装置200は、余弦値計算部4、法線ベクトル計算部18、およびページめくり垂直方向座標計算部19を有する。尚、ページめくり垂直方向座標計算部19は法線ベクトル計算部の一部の一例である。
(Second Embodiment)
Next, an image special effect device 200 according to the second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of an image special effect device 200 according to the second embodiment of the present invention. The image special effect device 200 includes a cosine value calculation unit 4, a normal vector calculation unit 18, and a page turning vertical direction coordinate calculation unit 19. The page turning vertical direction coordinate calculation unit 19 is an example of a part of the normal vector calculation unit.

余弦値計算部4は、第1の実施携帯において説明したものと同様である。法線ベクトル計算部18は、第1の実施形態における法線ベクトル計算部7もしくは法線ベクトル計算部7Bと同様の機能を有する。   The cosine value calculation unit 4 is the same as that described in the first embodiment mobile phone. The normal vector calculation unit 18 has the same function as the normal vector calculation unit 7 or the normal vector calculation unit 7B in the first embodiment.

ページめくり垂直方向座標計算部19は、照明処理用法線ベクトル算出のため、余弦値計算部4によって計算した余弦値3(cosθz)、上面および下面の位置ずれ量を示す上面移動量31(a)(図7中のA31)、および垂直方向座標20(y)(図7中のY20)を用いて、Yeffectを求めるための計算を実行する。Yeffectを算出するための計算、つまりページめくり垂直方向座標計算部19が行う計算は、下面平面部15、下面曲面部16、上面曲面部11、上面平面部12ごとに、次式のように示される。図8は本発明の第2の実施形態におけるページめくり効果垂直方向座標計算仕様を説明するための図である。   The page turning vertical coordinate calculation unit 19 calculates the normal vector for illumination processing by calculating the cosine value 3 (cosθz) calculated by the cosine value calculation unit 4 and the upper surface movement amount 31 (a) indicating the amount of positional deviation between the upper surface and the lower surface. (A31 in FIG. 7) and the vertical coordinate 20 (y) (Y20 in FIG. 7) are used to perform calculation for obtaining Yeffect. The calculation for calculating the Yeffect, that is, the calculation performed by the page turning vertical coordinate calculation unit 19 is shown for each of the lower plane portion 15, the lower curved portion 16, the upper curved portion 11, and the upper plane portion 12 as follows. It is. FIG. 8 is a diagram for explaining the page turning effect vertical coordinate calculation specification in the second embodiment of the present invention.

(下面平面部15)Yeffect = y
(下面曲面部16)Yeffect = y - a { 1 - cosθz }
(上面曲面部11)Yeffect = y - a { 1 + cosθz }
(上面平面部12)Yeffect = y - 2a
(Lower plane part 15) Yeffect = y
(Lower curved surface portion 16) Yeffect = y−a {1−cosθz}
(Upper curved surface portion 11) Yeffect = y−a {1 + cosθz}
(Top Plane 12) Yeffect = y-2a

このような本発明の第2の実施形態における画像特殊効果装置200によれば、ページめくり垂直方向座標計算部19が、形状が上面および下面を有するページめくりの形状である場合、余弦値計算部4によって計算された余弦値、垂直方向座標の位置、および上面および下面の垂直方向の位置ずれ量に基づく上面移動量に基づいて、計算用法線ベクトルの垂直方向座標の成分を算出する構成とすることで、法線ベクトル計算用に計算済みのcosθzをページめくりの垂直座標方向の計算に用いることで、例えば右から左にページをめくる形状変化にて上面と下面が重なることがなく、大規模な新規計算回路を追加しなくても、自然なページめくり効果が得られつつ、装置を小型化することができる。   According to the image special effect device 200 in the second embodiment of the present invention as described above, when the page turning vertical coordinate calculation unit 19 is a page turning shape having an upper surface and a lower surface, a cosine value calculation unit. The vertical coordinate component of the normal vector for calculation is calculated based on the cosine value calculated by 4, the position of the vertical coordinate, and the amount of upper surface movement based on the amount of vertical displacement of the upper and lower surfaces. By using cosθz, which has been calculated for normal vector calculation, in the calculation of the vertical coordinate direction of page turning, for example, the top and bottom surfaces do not overlap due to a shape change that turns the page from right to left. Even if a new calculation circuit is not added, the device can be downsized while a natural page turning effect is obtained.

なお、本実施形態では、右から左にページをめくる効果で説明したが、それ以外の左から右、上から下、下から上の方向でもよい。   In the present embodiment, the effect of turning pages from right to left has been described, but other directions may be left to right, top to bottom, and bottom to top.

(第3の実施形態)
次に、本発明の第3の実施形態における画像特殊効果装置300について説明する。
図9は、本発明の第3の実施形態における画像特殊効果装置300の構成を示す図である。画像特殊効果装置300は、正弦値計算部50、余弦値計算部4B、法線ベクトル計算部18、セレクタ25を有する。尚、セレクタ25は選択部の一例である。
(Third embodiment)
Next, an image special effect device 300 according to the third embodiment of the present invention will be described.
FIG. 9 is a diagram showing a configuration of an image special effect device 300 according to the third embodiment of the present invention. The image special effect device 300 includes a sine value calculation unit 50, a cosine value calculation unit 4B, a normal vector calculation unit 18, and a selector 25. The selector 25 is an example of a selection unit.

正弦値計算部50は、水平方向座標1(x)(図9中のX1)および効果半径2(r)(図9中のR2)を入力し、正弦値23( sinθz ) = x / rを計算する。余弦値計算部4Bは、正弦値23( sinθz )を入力し、余弦値計算

Figure 0004777181
を行い、余弦値3(cosθz)を出力する。法線ベクトル計算部18は第2の実施形態において説明したものと同様である。 The sine value calculation unit 50 inputs the horizontal coordinate 1 (x) (X1 in FIG. 9) and the effect radius 2 (r) (R2 in FIG. 9), and sets the sine value 23 (sinθz) = x / r. calculate. The cosine value calculation unit 4B inputs the sine value 23 (sinθz) and calculates the cosine value.
Figure 0004777181
To output a cosine value of 3 (cos θz). The normal vector calculation unit 18 is the same as that described in the second embodiment.

セレクタ25は、正弦値計算部50が計算した正弦値23(sinθz) = x / rと法線ベクトル計算部18が行った計算結果とを入力し、モード切替信号24によっていずれか一方を選択し、法線ベクトル水平方向成分6であるn_vector_xとして出力する。セレクタ25により、右から左にページをめくる効果用の水平方向成分法線ベクトルと、ボール効果用の水平方向成分法線ベクトルを切り替えて、法線ベクトル水平方向成分6として出力することができる。   The selector 25 inputs the sine value 23 (sinθz) = x / r calculated by the sine value calculation unit 50 and the calculation result performed by the normal vector calculation unit 18, and selects either one by the mode switching signal 24. The normal vector horizontal direction component 6 is output as n_vector_x. The selector 25 can switch the horizontal component normal vector for the effect of turning the page from right to left and the horizontal component normal vector for the ball effect, and output the result as the normal vector horizontal component 6.

このような本発明の第3の実施形態における画像特殊効果装置300によれば、視点方向ベクトルと法線ベクトルとのなす角度の正弦値を算出する正弦値計算部50と、正弦値計算部50によって算出される正弦値および法線ベクトル計算部18によって算出される角度の(1−余弦値)、(−1+余弦値)のうちのいずれかを、照明効果計算部による照明効果の算出に利用する計算用法線ベクトルの水平方向座標の成分として選択するセレクタ25とを有する構成とすることで、水平方向成分法線ベクトルを切り替えて出力できることで、大規模な新規計算回路を追加せずに、ページめくり効果以外にも、ボール効果用の汎用的な照明効果を計算でき、装置を小型化することができる。   According to the image special effect device 300 in the third embodiment of the present invention as described above, the sine value calculation unit 50 that calculates the sine value of the angle formed by the viewpoint direction vector and the normal vector, and the sine value calculation unit 50 One of (1−cosine value) and (−1 + cosine value) of the sine value calculated by the normal vector calculation unit 18 and the angle calculated by the normal vector calculation unit 18 is used for the calculation of the lighting effect by the lighting effect calculation unit. By having a selector 25 that selects as a horizontal coordinate component of the calculation normal vector to be switched, the horizontal component normal vector can be switched and output without adding a large-scale new calculation circuit. In addition to the page turning effect, a general lighting effect for the ball effect can be calculated, and the apparatus can be miniaturized.

なお、本実施形態では、右から左にページをめくる効果とボール効果の照明効果を切り替える場合で説明したが、ページめくり効果以外の平面と曲面、曲面と曲面を接続した画像特殊効果から、他の画像特殊効果への切り替えでもよい。   In this embodiment, the case of switching the effect of turning the page from right to left and the lighting effect of the ball effect has been described. However, other than the image special effect that connects a curved surface and a curved surface other than the page turning effect, other It is also possible to switch to the image special effect.

本発明は、小型化した構成により様々な画像特殊効果の照明効果をリアルタイムに処理でき、映像・画像の制作・編集等が行われる各分野において広く利用することができる画像特殊装置等として有用である。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can process lighting effects of various image special effects in real time with a downsized configuration, and is useful as an image special apparatus that can be widely used in various fields in which video / image production / editing is performed. is there.

本発明の第1の実施形態における画像特殊効果装置の構成を示すブロック図The block diagram which shows the structure of the image special effect apparatus in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態における法線ベクトル詳細説明図Detailed illustration of normal vectors in the first embodiment of the present invention 本発明の第1の実施形態における水平方向成分法線ベクトル特性を示した図The figure which showed the horizontal direction component normal vector characteristic in the 1st Embodiment of this invention 本発明の第1の実施形態における第2の画像特殊効果装置の構成を示すブロック図The block diagram which shows the structure of the 2nd image special effect apparatus in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態における第2の法線ベクトル詳細説明図Detailed explanatory diagram of the second normal vector in the first embodiment of the present invention 本発明の第1の実施形態における第2の水平方向成分法線ベクトル特性を示した図The figure which showed the 2nd horizontal direction component normal vector characteristic in the 1st Embodiment of this invention 本発明の第2の実施形態における画像特殊効果装置の構成を示すブロック図The block diagram which shows the structure of the image special effect apparatus in the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態におけるページめくり効果垂直方向座標計算仕様を説明するための図The figure for demonstrating the page turning effect vertical direction coordinate calculation specification in the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態における画像特殊効果装置の構成を示すブロック図The block diagram which shows the structure of the image special effect apparatus in the 3rd Embodiment of this invention. 従来の画像特殊効果装置の構成を示すブロック図Block diagram showing the configuration of a conventional image special effect device 従来の画像特殊効果装置における水平方向座標計算仕様を説明するための図The figure for demonstrating the horizontal coordinate calculation specification in the conventional image special effect apparatus 従来の画像特殊効果装置における垂直方向座標計算仕様を説明するための図The figure for demonstrating the vertical direction coordinate calculation specification in the conventional image special effect apparatus 従来の画像特殊効果装置における法線ベクトルを示した図The figure which showed the normal vector in the conventional image special effect device 従来の画像特殊効果装置における表示画面水平方向成分法線ベクトル特性を示した図The figure which showed the display screen horizontal direction component normal vector characteristic in the conventional image special effect device

符号の説明Explanation of symbols

100、100B、200、300 画像効果特殊装置
X1 水平方向座標
R2 効果半径
3 余弦値
4、4B 余弦値計算部
5 法線ベクトル視点方向成分
6 法線ベクトル水平方向成分
7、7B 法線ベクトル計算部
11 上面曲面部
12 上面平面部
X13 表示画面水平方向
Z14 視点方向
15 下面平面部
16 下面曲面部
18 法線ベクトル計算部
19 ページめくり垂直方向座標計算部
Y20 垂直方向座標
Y22 表示画面垂直方向
23 正弦値
24 モード選択信号
25 セレクタ
A31 上面移動量
θz40 視点方向と法線ベクトルのなす角度
50 正弦値計算部
101 入力画像
102 フレームメモリ
103 出力画像
105 シーケンシャルなライトアドレス
108 画像特殊効果用リードアドレス
109 リードアドレス演算部
100, 100B, 200, 300 Special equipment for image effects
X1 horizontal coordinate
R2 Effect radius 3 Cosine value 4, 4B Cosine value calculation unit 5 Normal vector viewpoint direction component 6 Normal vector horizontal direction component 7, 7B Normal vector calculation unit 11 Upper surface curved surface portion 12 Upper surface plane portion
X13 Display screen horizontal direction
Z14 View direction 15 Lower plane part 16 Lower curved surface part 18 Normal vector calculation part 19 Page turning vertical direction coordinate calculation part
Y20 vertical coordinate
Y22 Display screen vertical direction 23 Sine value 24 Mode selection signal 25 Selector
A31 Upper surface movement amount θz40 Angle formed by viewing direction and normal vector 50 Sine value calculation unit 101 Input image 102 Frame memory 103 Output image 105 Sequential write address 108 Image special effect read address 109 Read address calculation unit

Claims (4)

入力された画像に関する画像情報には平面および曲面を有する面において任意の視点から見た場合の光源からの光による照明効果が付加され、前記面に前記画像情報をマッピングさせて得られる映像信号を出力する画像特殊効果装置であって、
前記視点の方向のベクトルを示す視点方向ベクトルと、前記面の水平方向座標および垂直方向座標の位置ならびに前記面の形状に基づいた前記面の位置における法線ベクトルとのなす角度の余弦値を算出する余弦値計算部と、
前記余弦値を視点方向の成分、前記角度の(1−余弦値)または(−1+余弦値)を前記水平方向座標の成分とするベクトルを計算用法線ベクトルとして算出する法線ベクトル計算部と、
前記計算用法線ベクトルに基づいて、前記照明効果を算出する照明効果計算部と、
を有する画像特殊効果装置。
Illumination effect by light from a light source when viewed from an arbitrary viewpoint on a plane having a plane and a curved surface is added to the image information about the input image, and a video signal obtained by mapping the image information on the plane is obtained. An image special effect device for output,
Calculates the cosine value of the angle formed by the viewpoint direction vector indicating the direction vector of the viewpoint, the position of the horizontal and vertical coordinates of the surface, and the normal vector at the position of the surface based on the shape of the surface A cosine value calculation unit,
A normal vector calculation unit that calculates a vector having the cosine value as a component in the viewing direction and the angle (1−cosine value) or (−1 + cosine value) as the horizontal coordinate component as a calculation normal vector;
A lighting effect calculation unit for calculating the lighting effect based on the calculation normal vector;
An image special effect device.
請求項1に記載の画像特殊効果装置であって、
前記法線ベクトル計算部は、
前記形状が上面および下面を有するページめくりの形状である場合、前記余弦値計算部によって計算された余弦値、前記垂直方向座標の位置、および前記上面および下面の前記垂直方向の位置ずれ量に基づく上面移動量に基づいて、前記計算用法線ベクトルの前記垂直方向座標の成分を算出する画像特殊効果装置。
The image special effect device according to claim 1,
The normal vector calculator is
When the shape is a page turning shape having an upper surface and a lower surface, it is based on the cosine value calculated by the cosine value calculation unit, the position of the vertical coordinate, and the amount of positional deviation in the vertical direction of the upper surface and the lower surface. An image special effect device that calculates a component of the vertical coordinate of the normal vector for calculation based on an upper surface movement amount.
請求項1に記載の画像特殊効果装置であって、
前記視点方向ベクトルと前記法線ベクトルとのなす角度の正弦値を算出する正弦値計算部と、
前記正弦値計算部によって算出される正弦値および前記法線ベクトル計算部によって算出される前記角度の(1−余弦値)、(−1+余弦値)のうちのいずれかを、前記照明効果計算部による照明効果の算出に利用する前記計算用法線ベクトルの前記水平方向座標の成分として選択する選択部と、
を有する画像特殊効果装置。
The image special effect device according to claim 1,
A sine value calculator for calculating a sine value of an angle formed by the viewpoint direction vector and the normal vector;
One of the sine value calculated by the sine value calculation unit and the angle calculated by the normal vector calculation unit (1−cosine value) and (−1 + cosine value) is used as the lighting effect calculation unit. A selection unit for selecting as a component of the horizontal coordinate of the normal vector for calculation used to calculate the lighting effect by
An image special effect device.
画像特殊効果装置を用いて、入力された画像に関する画像情報には平面および曲面を有する面において任意の視点から見た場合の光源からの光による照明効果付加し、前記面に前記画像情報をマッピングさせて得られる映像信号出力る画像特殊効果方法であって、
前記画像特殊効果装置が備える余弦値計算部が、前記視点の方向のベクトルを示す視点方向ベクトルと、前記面の水平方向座標および垂直方向座標の位置ならびに前記面の形状に基づいた前記面の位置における法線ベクトルとのなす角度の余弦値算出する余弦値計算ステップと、
前記画像特殊効果装置が備える法線ベクトル計算部が、前記余弦値を視点方向の成分、前記角度の(1−余弦値)または(−1+余弦値)を前記水平方向座標の成分とするベクトル計算用法線ベクトルとして算出する法線ベクトル計算ステップと、
前記画像特殊効果装置が備える照明効果計算部が、前記計算用法線ベクトルに基づいて、前記照明効果を算出する照明効果計算ステップと、
を有する画像特殊効果方法。
Using an image special effect device, the image information relating to the input image is added with an illumination effect by light from a light source when viewed from an arbitrary viewpoint on a plane having a plane and a curved surface, and the image information is added to the plane. an image special effect how to output a video signal obtained by mapping,
The cosine value calculation unit included in the image special effect device includes a viewpoint direction vector indicating a vector of the viewpoint direction, the position of the horizontal coordinate and the vertical coordinate of the surface, and the position of the surface based on the shape of the surface. A cosine value calculating step for calculating a cosine value of an angle formed with the normal vector at
Normal vector calculating unit included in the image special effect apparatus, components of the viewpoint direction the cosine value, of the angle vector with components of the horizontal coordinate (1-cosine) or (-1 + cosine) A normal vector calculation step for calculating as a normal vector for calculation;
The lighting effect calculation unit provided in the image special effect device , the lighting effect calculation step of calculating the lighting effect based on the normal vector for calculation,
An image special effect method.
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