JP4959819B2 - 3D ocean wave display method - Google Patents
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Description
本発明は、CPU(Central Processing Unit:演算処理装置)、GPU(Graphics Processing Unit:描画処理装置)、及び表示器を有するコンピュータ・グラフィックス・システムを利用し、リアルタイムで3次元海洋波をピクセル単位でシェーディング(陰影の計算と描画)して表示する3次元海洋波表示方法に関する。 The present invention uses a computer graphics system having a CPU (Central Processing Unit), a GPU (Graphics Processing Unit), and a display, and converts a three-dimensional ocean wave in pixel units in real time. 3D ocean wave display method for displaying by shading (shading calculation and drawing).
近年、コンピュータ・グラフィックス・システムの発展により、ピクセル単位で3次元海洋波の計算とシェーディング(陰影の計算と描画)を行うことが可能になっている。また、レンダリングした結果を表示するディスプレイ装置も高解像度化して、より鮮明になっている。 In recent years, with the development of computer graphics systems, it has become possible to perform 3D ocean wave calculations and shading (shading calculation and drawing) in pixel units. In addition, the display device that displays the rendered result has also been improved in resolution and becomes clearer.
ところで、ディスプレイ装置が高解像度化しても人間がドットを認識できるレベルの解像度に留まっているため、ちらつきやモアレ(干渉模様)は完全になくならず、遠距離の3次元海洋波の形状が不鮮明になる。この問題は、サブピクセル・サンプリングによるアンチエイリアシング処理を行うことにより多少改善することが知られているが、サブピクセル・サンプリングは処理の増大になってリアルタイム性を維持できなくなる可能性がある。 By the way, since the resolution of the display device remains high enough to allow humans to recognize dots, flickering and moire (interference patterns) are not completely eliminated, and the shape of long-distance 3D ocean waves is unclear. become. This problem is known to be improved somewhat by performing anti-aliasing processing by sub-pixel sampling. However, sub-pixel sampling may increase processing and may not be able to maintain real-time characteristics.
図5は従来の3次元海洋波表示方法を示す波形図である。図5に示すように、周期の異なる3つの正弦波101,102,103と、3つの正弦波101,102,103を合成した複合波104であって、3次元海洋波の基本的な生成である。この合成された複合波104の左側をコンピュータ・グラフィックス・システムにおける視点の位置とすると、右側ほど視点から遠いことを示す。このとき、図5では、遠方においても周期の短い波もそのまま陰影の計算が行われ、画面への描画時にちらつきやモアレとなって現れる。
FIG. 5 is a waveform diagram showing a conventional three-dimensional ocean wave display method. As shown in FIG. 5, a
図6は、図5の方法で複合波を描画した例であり、遠方(画面の上部)においてモアレが顕著に現れている。また、この状態で視点を移動させるとちらつきが発生する。 FIG. 6 is an example in which a composite wave is drawn by the method of FIG. 5, and moire appears remarkably at a distance (upper part of the screen). Also, flickering occurs when the viewpoint is moved in this state.
本発明の課題は、3次元海洋波の描画においてちらつきやモアレを減少させ、且つリアルタイム性を維持できる可能性が高い3次元海洋波表示方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a three-dimensional ocean wave display method that can reduce flicker and moire in drawing of a three-dimensional ocean wave and can maintain real-time properties.
本発明は、CPU、GPU及び表示器を有するコンピュータ・グラフィックス・システムを用いて、ピクセル単位で3次元海洋波の計算とシェーディングを行う3次元海洋波表示方法において、前記CPUは、周期がそれぞれ異なり、周期の短い波形ほど視点近傍で振幅がなくなるように近傍から遠方へ向けて減衰される複数の波形を作成すると共に、前記複数の波形を合成した複合波を作成し、前記GPUは前記複合波を構成する各ピクセルの陰影を計算し、前記表示器は前記陰影ある複合波を描画することを特徴とする。
The present invention relates to a three-dimensional ocean wave display method for performing calculation and shading of a three-dimensional ocean wave on a pixel basis using a computer graphics system having a CPU, a GPU, and a display. Differently, a plurality of waveforms that are attenuated from the vicinity to the far side are created so that the shorter the waveform, the smaller the amplitude in the vicinity of the viewpoint, and a composite wave that combines the plurality of waveforms is created. The shade of each pixel constituting the wave is calculated, and the display device draws the shaded composite wave.
本発明の3次元海洋波表示方法は、3次元海洋波の描画においてちらつきやモアレを減少させ、且つリアルタイム性を維持できる可能性が高い。したがって、3次元波を違和感なく、かつ、特徴を強調して表示することができる。 The three-dimensional ocean wave display method of the present invention has a high possibility of reducing flicker and moire in drawing of a three-dimensional ocean wave and maintaining real-time properties. Therefore, it is possible to display the three-dimensional wave with a sense of incongruity and with emphasized features.
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
図1は本発明の実施形態に係る3次元海洋波表示方法を示す説明図である。図1に示すように、周期の異なる3つの正弦波1,2,3と、3つの正弦波1,2,3を合成した複合波4が示されている。上段の最も周期の長い波1は視点の近傍から遠方にわたって振幅の減衰がない。中段の周期がやや短い波2は視点の遠方で振幅の減衰率が最大(振幅がなくなる)になるように順次振幅が減衰している。下段の周期の最も短い波3は視点の近傍と遠方の中間において減衰率が最大(振幅がなくなる)となるように順次振幅が減衰している。複合波4は前記3つの波1,2,3を合成した波であり、視点が遠方になるに従い周期の短い波が消えている。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a three-dimensional ocean wave display method according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, three
図2は図1の方法で複合波を描画した画像であり、遠方(画面の上部)になるに従い、複合波の形状から周期の短い波が消えている。 FIG. 2 is an image in which a composite wave is drawn by the method of FIG. 1, and a wave having a short period disappears from the shape of the composite wave as it goes farther (upper part of the screen).
すなわち、遠方におけるモアレが軽減される一方、波長の長い波はその特徴を残して表示されている。また、この状態で視点を移動させてもちらつきは発生しない。したがって、3次元波を違和感なく、かつ、特徴を強調して表示することができる。 That is, while moire in a distant place is reduced, a wave having a long wavelength is displayed with its characteristics remaining. In addition, flicker does not occur even if the viewpoint is moved in this state. Therefore, it is possible to display the three-dimensional wave with a sense of incongruity and with emphasized features.
図3は本発明の実施形態に係る3次元海洋波表示方法を示す説明図である。図3において、
(元波高)=描画する位置における海洋波の波高
(視点距離)=視点から描画する位置までの距離
(開始距離)=減衰を開始する距離
(終了距離)=減衰を終了する距離
(減衰率)=振幅の減衰率
(描画波高)=減衰を加味した海洋波の波高
とすると、
(減衰率)={(終了距離)−(視点距離)}/{(終了距離)−(開始距離)}
………(式1)
ただし、(減衰率)>1のとき(減衰率)=1、(減衰率)<0のとき(減衰率)=0
(描画波高)=(元波高)×(減衰率)………(式2)
となる。
FIG. 3 is an explanatory view showing a three-dimensional ocean wave display method according to the embodiment of the present invention. In FIG.
(Original wave height) = Ocean wave wave height at the drawing position (View distance) = Distance from the viewpoint to the drawing position (Start distance) = Distance at which attenuation starts (End distance) = Distance at which attenuation ends (Attenuation rate) = Attenuation rate of amplitude (drawing wave height) = Wave height of ocean wave with attenuation
(Attenuation rate) = {(End distance) − (View distance)} / {(End distance) − (Start distance)}
......... (Formula 1)
However, when (attenuation rate)> 1 (attenuation rate) = 1, when (attenuation rate) <0 (attenuation rate) = 0.
(Drawing wave height) = (Original wave height) × (Attenuation rate) (Equation 2)
It becomes.
上記の(式1)において、(開始距離)及び(終了距離)を調整することにより、前記3つの正弦波1,2,3を作成することができる。
In the above (Equation 1), the three
図3の波形は海洋波の一波であり、「X」は、その位置による減衰率を示している。ただし、「X」が1.0より大きい場合は1.0、0.0未満の場合は0.0として「X」を設定する。 The waveform in FIG. 3 is one ocean wave, and “X” indicates an attenuation rate depending on the position. However, “X” is set as 1.0 when “X” is larger than 1.0, and as 0.0 when it is smaller than 0.0.
ここで、一例として開始距離A=30、終了距離B=80、視点距離C=100とし、描画位置〔1〕〜〔3〕の各視点距離が、描画位置〔1〕=12、描画位置〔2〕=45、描画位置〔3〕=85であった場合、描画位置〔1〕〜〔3〕の位置の波高の減衰率は、(式1)より以下のようになる。 Here, as an example, the start distance A = 30, the end distance B = 80, and the viewpoint distance C = 100, and the viewpoint distances of the drawing positions [1] to [3] are the drawing position [1] = 12, the drawing position [ When 2] = 45 and the drawing position [3] = 85, the attenuation factor of the wave height at the positions of the drawing positions [1] to [3] is as follows from (Equation 1).
描画位置〔1〕の減衰率:(80−12)/(80−30)=1.36
減衰率>1.0が成立するので、減衰率は1.0
描画位置〔2〕の減衰率:(80−45)/(80−30)=0.7
減衰率は0.7
描画位置〔3〕の減衰率:(80−85)/(80−30)=−0.1
減衰率<0.0が成立するので、減衰率は0.0
図4は本発明の実施形態に係る3次元海洋波表示装置を示す構成説明図である。図4に示すように、CPU11、GPU12及び表示器13を有するコンピュータ・グラフィックス・システム(PC:パソコン)を用いて、ピクセル単位で3次元海洋波の計算とシェーディングを行う3次元海洋波表示方法であって、前記CPU11は振幅の減衰と周期が異なる複数の波形、例えば図1の波1,2,3を作成すると共に前記複数の波形、例えば図1の波1,2,3を合成した複合波、例えば図1の複合波4を作成する。前記GPU12は前記複合波、例えば図1の複合波4を構成する各ピクセルの陰影を計算する。前記表示器13は前記CPU11で作成した複合波、例えば図1の複合波4に、前記GPU12で陰影を付加したものを描画して表示する。
Attenuation rate of drawing position [1]: (80-12) / (80-30) = 1.36
Since the attenuation rate> 1.0 is established, the attenuation rate is 1.0.
Attenuation rate of drawing position [2]: (80−45) / (80−30) = 0.7
Attenuation rate is 0.7
Attenuation rate of drawing position [3]: (80−85) / (80−30) = − 0.1
Since the attenuation rate <0.0 holds, the attenuation rate is 0.0.
FIG. 4 is a configuration explanatory view showing a three-dimensional ocean wave display device according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, a three-dimensional ocean wave display method for calculating and shading three-dimensional ocean waves in pixel units using a computer graphics system (PC: personal computer) having a
すなわち、コンピュータ・グラフィックス・システム内の3次元空間的の3次元海洋波の振幅を視点からの距離に応じて小さくすることにより、ちらつきやモアレを減少させることができる。また、この減少の度合いを3次元海洋波を構成する波ごとに変えることにより、遠方では大きな波のみ強調することが可能になる。以上の処理は、3次元海洋波の計算式に比べて処理が少ないので、サブピクセル・サンプリング処理よりも、リアルタイム性を維持できる可能性が高い。 That is, flickering and moire can be reduced by reducing the amplitude of the three-dimensional spatial three-dimensional ocean wave in the computer graphics system according to the distance from the viewpoint. Further, by changing the degree of this reduction for each wave constituting the three-dimensional ocean wave, only a large wave can be emphasized in the distance. Since the above processing is less than the calculation formula of the three-dimensional ocean wave, there is a high possibility that the real-time property can be maintained as compared with the subpixel sampling processing.
以上のように、正弦波を拡張した3次元海洋波(複合波)のモデルをコンピュータ・グラフィックス・システムにおいてピクセル単位でシェーディング(陰影の計算と描画)して表示する場合に、画面上に発生するちらつきやモアレ(干渉模様)の問題を回避しつつ、3次元海洋波を構成する複合波の特徴を残して表示することができる。 As described above, when a three-dimensional ocean wave (complex wave) model with an expanded sine wave is displayed on a computer graphics system by shading (shading and drawing) a pixel unit, it occurs on the screen. While avoiding the problem of flickering and moire (interference pattern), the characteristics of the composite wave constituting the three-dimensional ocean wave can be left and displayed.
なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. Further, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, you may combine suitably the component covering different embodiment.
1,2,3…正弦波、4…複合波、11…CPU、12…GPU、13…表示器。 1, 2, 3 ... sine wave, 4 ... composite wave, 11 ... CPU, 12 ... GPU, 13 ... indicator.
Claims (1)
前記CPUは、周期がそれぞれ異なり、周期の短い波形ほど視点近傍で振幅がなくなるように近傍から遠方へ向けて減衰される複数の波形を作成すると共に、前記複数の波形を合成した複合波を作成し、
前記GPUは前記複合波を構成する各ピクセルの陰影を計算し、
前記表示器は前記陰影ある複合波を描画することを特徴とする3次元海洋波表示方法。 In a 3D ocean wave display method for calculating and shading 3D ocean waves in pixel units using a computer graphics system having a CPU, GPU and display,
The CPU creates a plurality of waveforms that are attenuated from the vicinity to the far side so that the amplitude is different in the vicinity of the viewpoint so that the shorter the waveform, the shorter the period, and the composite wave that combines the plurality of waveforms is created. And
The GPU calculates a shadow of each pixel constituting the composite wave,
3. The three-dimensional ocean wave display method, wherein the display device draws the shaded composite wave.
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