JP2008090617A - 立体画像生成装置、方法およびプログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】立体ディスプレイ装置100において、3次元表示面または該3次元表示面の近傍に配置された実物体の位置または姿勢を検出する実物体位置姿勢検出部103と、実物体の形状と位置または姿勢とに基づいて、実物体が3次元表示面により照射された光線を遮蔽する領域である遮蔽領域を算出する遮蔽領域算出部104と、遮蔽領域に対して、遮蔽領域以外の領域に対する描画処理と異なる描画処理を行って視差合成画像を生成する3D画像描画部105とを備えた。
【選択図】 図1
Description
また、本発明は、上記立体画像生成装置で実行される方法およびプログラムである。
図1は、実施の形態1にかかるディスプレイ装置(立体表示装置)の機能的構成を示すブロック図である。本実施の形態にかかる立体ディスプレイ装置100は、図1に示すように、実物体形状指定部101と、実物体位置姿勢検出部103と、遮蔽領域算出部104と、3D画像描画部105とを主に備えている。この他、本実施の形態にかかる立体ディスプレイ装置100は、後述する立体ディスプレイ、メモリやCPU等のハードウェア構成を備えている。
この奥行き方向の領域は、この視点における2次元遮蔽領域内に含まれる全画素において個別に求めることができる。
ここで、「*」は乗算を示す。また、Cvは、遮蔽領域のボリュームを表現する際に利用するカラー情報(R,G,Bを要素とするベクトル)である。αは、Zバッファ値の正規化とボリュームデータの効果を調整するためのパラメータ(スカラー値)である。
実施の形態2にかかる立体ディスプレイ装置は、さらに実物体オブジェクトの属性を入力して、入力した属性に基づいて遮蔽領域の描画処理を行うものである。
ここで、「*」は乗算を示し、「・」は内積を示している。また、Csceneは、実物体オブジェクトを除いたレンダリング結果の画素値、Cobjは、実物体属性指定部1406で入力された実物体オブジェクトを構成する媒体の色(R,G,Bを要素とするベクトル)、dobjは、実物体属性指定部1406で入力された実物体オブジェクトの厚み、Nobjは、実物体オブジェクト表面の正規化法線ベクトル、Vcamは、カメラ視点701から実物体オブジェクト表面へ向かう正規化視線方向ベクトルであり光線ベクトルに相当する。βは映像効果の強度を指定する係数である。
ここで、「*」は乗算を示し、「×」は外積を示している。このCeffectを、視点画像上の画素と合成することにより、ひび割れ効果の含まれた最終的な画素情報となる。Ccrackは、ひび割れの映像効果に利用するカラー値であり、Vcamはカメラ視点から実物体オブジェクト表面へ向かう正規化視線方向ベクトルであり、Vcrackはひび割れの方位を示す正規化ひび方向ベクトルであり、γは映像効果の強度を調整するパラメータである。
視点が無限遠、光源が平行光源であるとすると、図17に示すように、視点位置を(θe,φe)、光源位置を(θi,φi)と表現することができる。ここで、θe及びθiは経度方向、φe及びφiは緯度方向の角度を表している。この場合、テクスチャアドレスは以下のように6次元で定義することができる。すなわち、例えば、テクセルは、6つの変数により
T(θe, φe, θi, φi, u, v) (ただし、u,v はテクスチャ内アドレスを示す)
と表現される。実際には、特定の視点、光源で取得した複数のテクスチャ画像を集積しておくことで、テクスチャの切り替えとテクスチャ内アドレスの組合せによってテクスチャを表現することができる。このようなテクスチャのマッピングを高次元テクスチャ・マッピングと呼ぶ。
具体的には、緯度方向の相対方位φは法線ベクトルNと方位ベクトルDから以下のように求めることができる。すなわち、緯度方向の相対方位φは、
φ = arccos(D・N/(|D|*|N|))
である。ここで、D・NはベクトルDとベクトルNの内積を示す。また、「*」は乗算を示す。一方、経度方向の相対方位θの算出方法は後に図19を参照して説明する。
描画プリミティブを構成する3頂点の3次元座標及びテクスチャ座標を、
頂点P0:3次元座標(x0, y0, z0),テクスチャ座標(u0, v0)
頂点P1:3次元座標(x1, y1, z1),テクスチャ座標(u1, v1)
頂点P2:3次元座標(x2, y2, z2),テクスチャ座標(u2, v2)
と定義する。このように定義すると、この描画プリミティブを構成する、3次元座標で表現される3頂点からなる平面上へ、テクスチャを定義する2次元座標系のu軸、v軸をそれぞれ投影した場合の投影座標系のベクトルU=(ux, uy, uz)及びベクトルV=(vx, vy, vz)は、以下の関係式により算出することができる。すなわち、
P2 − P0 = (u1 − u0) * U + (v1 − v0)* V、
P1 − P0 = (u2 − u0)* U + (v2 − v0)* V、
ここで、P0=(x0, y0, z0)、P1=(x1, y1, z1)、P2=(x2, y2, z2)であるので、この2つの関係式をux, uy, uz及びvx, vy, vzについて解いて投影座標系のベクトルU及びベクトルVを求めることができる。すなわち、
ux = idet * (v20 * x10 − v10 * x20)、
uy = idet *(v20 * y10 − v10 * y20)、
uz = idet *(v20 * z10 − v10 * z20)、
vx = idet * (−u20 * x10 + u10 * x20)、
vy = idet *(−u20 * y10 + u10 * y20)、
vz = idet *(−u20 * z10 + u10 * z20)、
ただし、
v10 = v1 − v0、
v20 = v2 − v0、
x10 = x1 − x0、
x20 = x2 − x0、
y10 = y1 − y0、
y20 = y2 − y0、
z10 = z1 − z0、
z20 = z2 − z0、
det = u10*v20 − u20*v10、
idet = 1/det
である。また、法線は、3つの頂点の座標からこれらの頂点が形成する平面上の2つの独立なベクトルの外積を計算することにより容易に求めることができる。
B = D − (D・N)*N
であり、この関係式を成分表示すれば、
bx = dx − αnx
by = dy − αny
bz = dz − αnz
である。ただし、α=dx * nx + dy*ny + dz * nz、法線ベクトルNは単位ベクトルとする。
まず、ベクトルUとベクトルVのなす角度λと、ベクトルUとベクトルBのなす角度θをそれぞれ以下の方程式により求める。すなわち、
λ=arccos(U・V/(|U|*|V|))
θ=arccos(U・B/(|U|*|B|))
から求めることができる。もし、投影座標系に歪みがなければUとVは直交、つまりλはπ/2(90度)になるが、投影座標系に歪みがあるとλはπ/2以外の値を取る。ところが、テクスチャを取得する際には直交した座標系での相対的な方位で視点及び光源の方位を特定しているため、投影座標系に歪みがある場合は補正が必要となってくる。したがって、投影したUV座標系に合わせて視点及び光源の相対方位角度を適切に補正すればよい。すなわち、補正後の相対方位θ’は以下の関係式、
θ < π かつθ < λ の場合、
θ’= (θ/λ)* π/2
θ < π かつθ > λ の場合、
θ’= π−((π−θ)/(π−λ))* π/2
θ > π かつθ < π+λ の場合、
θ’= (θ−π)/λ * π/2 +π
θ > π かつθ > π+λ の場合、
θ’= 2π−((2π−θ)/(π−λ))* π/2
により求めることができる。以上の処理により、描画プリミティブに対する視点及び光源の経度方向の相対方位を求めることができる。
101 実物体形状指定部
103 実物体位置姿勢報検出部
104,1404 遮蔽領域算出部
105,1405 3D画像描画部
1406 実物体属性指定部
701 視点
702 平置き型立体ディスプレイ
703 ディスプレイ面
Claims (16)
- 3次元表示面または該3次元表示面の近傍に配置された実物体の位置または姿勢若しくは形状を検出する検出部と、
前記実物体の前記形状と前記位置または前記姿勢とに基づいて、前記実物体が前記3次元表示面により照射された光線を遮蔽する領域である遮蔽領域を算出する遮蔽領域算出部と、
前記遮蔽領域に対して、前記遮蔽領域以外の領域と異なる描画処理を行って、立体画像を描画する描画部と、
を備えたことを特徴とする立体画像生成装置。 - 前記実物体の前記形状の指定する形状指定部
を更に備えたことを特徴とする請求項1に記載の立体画像生成装置。 - 前記描画部は、前記遮蔽領域を3次元空間内のボリュームデータとして描画することを特徴とする請求項2に記載の立体画像生成装置。
- 前記描画部は、前記遮蔽領域にある前記実物体の周辺の領域を3次元空間内のボリュームデータとして描画することを特徴とする請求項2に記載の立体画像生成装置。
- 前記描画部は、前記遮蔽領域にある前記実物体の中空部分の領域を3次元空間内のボリュームデータとして描画することを特徴とする請求項2に記載の立体画像生成装置。
- 前記実物体の属性の指定を受け付ける属性指定部を更に備え、
前記描画部は、さらに、指定された前記属性に基づいて前記遮蔽領域に対する描画処理を行って、前記視差合成画像を生成することを特徴とする請求項2に記載の立体画像生成装置。 - 前記属性は、前記実物体の厚み、透明度、色彩の少なくともいずれかであることを特徴とする請求項6に記載の立体画像生成装置。
- 前記描画部は、前記指定を受け付けた前記形状に基づいて、前記遮蔽領域に対する描画処理を行って、前記立体画像を描画することを特徴とする請求項6に記載の立体画像生成装置。
- 前記描画部は、指定された前記属性に基づいて前記遮蔽領域に対し表面効果を付与する描画処理を行って、前記立体画像を描画することを特徴とする請求項7に記載の立体画像生成装置。
- 前記描画部は、指定された前記属性に基づいて前記遮蔽領域に対しハイライト効果を付与する描画処理を行って、前記立体画像を描画することを特徴とする請求項7に記載の立体画像生成装置。
- 前記描画部は、指定された前記属性に基づいて、前記遮蔽領域に対しひび割れ状態に関する描画処理を行って、前記立体画像を描画することを特徴とする請求項7に記載の立体画像生成装置。
- 前記描画部は、指定された前記属性に基づいて、前記遮蔽領域に対しテクスチャを付与する描画処理を行って、前記立体画像を描画することを特徴とする請求項7に記載の立体画像生成装置。
- 前記描画部は、指定された前記属性に基づいて、前記遮蔽領域に対し拡大縮小表示に関する描画処理を行って、前記立体画像を描画することを特徴とする請求項7に記載の立体画像生成装置。
- 前記描画部は、指定された前記属性に基づいて、前記遮蔽領域に対し前記実物体の断面を表示する描画処理を行って、前記立体画像を描画することを特徴とする請求項7に記載の立体画像生成装置。
- 3次元表示面または該3次元表示面の近傍に配置された実物体の位置または姿勢若しくは形状を検出するステップと、
前記実物体の前記形状と前記位置または前記姿勢とに基づいて、前記実物体が前記3次元表示面により照射された光線を遮蔽する領域である遮蔽領域を算出するステップと、
前記遮蔽領域に対して、前記遮蔽領域以外の領域と異なる描画処理を行って、立体画像を描画するステップと、
を備えたことを特徴とする立体画像生成方法。 - 3次元表示面または該3次元表示面の近傍に配置された実物体の位置または姿勢若しくは形状を検出するステップと、
前記実物体の前記形状と前記位置または前記姿勢とに基づいて、前記実物体が前記3次元表示面により照射された光線を遮蔽する領域である遮蔽領域を算出するステップと、
前記遮蔽領域に対して、前記遮蔽領域以外の領域と異なる描画処理を行って、立体画像を描画するステップと、
をコンピュータに実行させるプログラム。
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