JP4959819B2 - ３次元海洋波表示方法 - Google Patents

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。

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。

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。

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。

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。

特開２００１−１８４５１９号公報 特開平８−３６６３３号公報

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。

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。

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。

本発明の実施形態に係る３次元海洋波表示方法を示す波形図である。 図１の方法で複合波を描画した画像である。 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。 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。 従来の３次元海洋波表示方法を示す波形図である。 図５の方法で複合波を描画した画像である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

１，２，３…正弦波、４…複合波、１１…ＣＰＵ、１２…ＧＰＵ、１３…表示器。

Claims (1)

1. 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３次元海洋波表示方法。

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