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Verfahren und Vorrichtung zur Darstellung von
Bildern mit Brechungen
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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Verfahren und Gerät
zur Darstellung eines Bildes, um durch ein Objekt gehende und dabei
gebrochene Lichtstrahlen, das heißt ein als Brechung bekanntes
Phänomen,
mit hoher Geschwindigkeit mit einem dreidimensionalen Bild auszudrücken, ein
Aufzeichnungsmedium, das ein Programm und Daten zur Ausführung einer
solchen Bildverarbeitung speichert und ein Programm zur Ausführung einer
solchen Bildverarbeitung.
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Technischer Hintergrund
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Neuerdings sind in Kombination mit
schnell wachsender Hardwaretechnik verschiedene Computergraphik-
bzw. CG-Verarbeitungstechniken, die Verarbeitung verdeckter Linien,
Entfernung verdeckter Flächen,
Glättungsschattierung,
Texture-Mapping bzw.
Bemusterung bzw. Textur- bzw. Strukturabbildung usw. umfassen, in
raschem Fortschritt begriffen.
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Gemäß einem generellen CG-Verarbeitungsschema
werden mehrere dreidimensionale Formen (Objekte) durch dreidimensionale
Modellierung von CAD bzw. rechnergestützter Konstruktion erzeugt,
und es wird ein Darstellungsprozess durch Anbringen von Farben und
Schattierungen am Objekt, Addieren von Spiegelreflexion, diffuse
Reflexion, Brechung, Transparenz usw. umfassenden optischen Eigenschaften
zu den Objekten, Addieren von Oberflächenmustern zu den Objekten
und von Umgebungen wie beispielsweise einem Fenster und Szeneriereflexioner.
und ambientem Licht abhängendes
graphisches Darstellen von Bildern ausgeführt.
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Sind beispielsweise durch ein Objekt
gehende und dabei gebrochene Lichtstrahlen als ein dreidimensionales
Bild auszudrücken,
ist es notwendig, ein derartiges optisches Phäno men zu reproduzieren bzw.
wiederzugeben. Der Vektor eines von einem Betrachtungspunkt abgestrahlten
Lichtstrahls wird gebrochen, wenn der Lichtstrahls in das Objekt
eintritt oral auch wenn der Lichtstrahl das Objekt verlässt,
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Um das vorstehende Brechungsphänomen bei
einem dreidimensionalen Bild auszudrücken, ist es üblich, eher
Ray-Tracing bzw.
Strahlverfolgung als Polygone zu verwenden.
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Gemäß der Strahlverfolgungstechnik
werden Lichtstrahlen in einem Raum, wo ein Objekt platziert ist,
verfolgt, und das Objekt wird durch Durchstosspunkte bzw. Schnittpunkte
zwischen den Lichtstrahlen und dem Objekt dargestellt. Anders formuliert wird
die Intensität
von an einem Betrachtungspunkt ankommenden Lichtstrahlen vom Betrachtungspunkt zurückverfolgt,
wobei Reflexionen und Brechungen an den Oberflächen des Objekts gemäß dem realistischen
Verhalten der Lichtstrahlen reproduziert werden.
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Insbesondere wird ein Schnittpunkt
zwischen einem Lichtstrahl von einem festen Betrachtungspunkt und
einem Objekt als ein angezeigtes Pixel gesucht, und wenn es einen
solchen Schnittpunkt gibt, wird der Lichtstrahl so, wie er vom Objekt
reflektiert oder gebrochen wird, verfolgt. Den Schnittpunkt betreffende
Information wird als das angezeigte Pixel betreffende Information
gespeichert. Die in Bezug auf jedes Pixel bestimmte Information
stellt Farbton, Sättigung
und Helligkeit umfassende Charakteristiken und Reflexionen, Brechungen,
Glanz, Hochglanz, Schatten, Hervorhebungen und/oder andere Lichteffekte
umfassende Texturen bzw. Strukturen inhärent dar.
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Jedoch ist die Strahlverfolgungstechnik
insofern nachteilig, als die vorstehende Information jedem Pixel
zugeordnet ist und deshalb die erforderliche Informationsgesamtmenge
groß und
die zum Ausführen
von Berechnungen zur Strahlverfolgung erforderliche Zeit lang ist.
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Aus dem Dokument EP-A-0 666 548 geht
ein Verfahren zur Darstellung eines Bildes hervor, das die Schritte
aufweist: Darstellen von Flächen
eines eine Brechung verursachenden Objekts, wobei die Darstellung
in einer Ordnung von hinten nach vorne ausgeführt wird, wobei mit einer Fläche gestartet wird,
die von dem zur Darstellung verwendeten Betrachtungspunkt am weitesten
entfernt ist. Das Dokument unterlässt zu lehren, auf jede der
Flächen
einen entsprechend gewählten
Abschnitt eines Hintergrundbildes als eine Textur bzw. Struktur
zu verwenden, wenn die Flächen
dargestellt werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein Verfahren und ein Gerät zur Darstellung eines Bildes,
ein Aufzeichnungsmedium und ein Programm zum Ausdrücken von
durch ein Objekt gehenden und dabei gebrochenen Lichtstrahlen mit
hoher Geschwindigkeit mit einem dreidimensionalen Bild, um dadurch
ein sich bewegendes transparentes Objekt einfach und mit hoher Geschwindigkeit
auszudrücken,
bereitzustellen.
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Die vorliegende Erfindung ist durch
die beigefügten
Ansprüche
definiert.
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Ist jede Fläche darzustellen, da in jeder
Fläche
nur das Hintergrundbild als ein Textur- bzw. Strukturbild verwendet
wird, können
Bilder mit hoher Geschwindigkeit verarbeitet werden. Folglich können durch
ein Objekt gehende und dabei gebrochene Lichtstrahlen mit hoher
Geschwindigkeit mit einem dreidimensionalen Bild ausgedrückt werden,
um dadurch ein sich bewegendes transparentes Objekt einfach und
mit hoher Geschwindigkeit auszudrücken.
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Vorzugsweise wird beim Darstellen
der Fläche
ein Abschnitt des Hintergrundbildes in einem mittels einer perspektivischen
Projektion mit vom Betrachtungspunkt in Richtung zum Hintergrundbild
gerichteten und Brechungen an Ecken der Fläche berücksichtigenden Vektoren projizierten
Bereich als die Textur bzw. Struktur verwendet.
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Die Vektoren können auf der Basis wenigstens
der Richtungen von Normalen zur Fläche in einem Betrachtungspunkt-Koordinatensystem
und der Richtungen von vom Betrachtungspunkt in Richtung zu den
Ecken gerichteten Liniensegmenten bestimmt werden.
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Insbesondere werden die Positionen
der auf eine von einer u-Achse des Hintergrundbildes und einer z-Achse
des Be trachtungspunkt-Koordinatensystems aufgespannten uz-Ebene
projizierten Ecken bestimmt, und die Koordinaten der Ecken auf der u-Achse
des Hintergrundbildes werden auf der Basis wenigstens der Richtungen
vor, vom Betrachtungspunkt zu den projizierten Positionen gerichteten
Liniensegmenten und der Richtungen der Normalen in der uz-Ebene
bestimmt. Es werden die Positionen der auf eine von einer v-Achse
des Hintergrundbildes und der z-Achse des Betrachtungspunkt-Koordinatensystems
projizierten Ecken bestimmt, und die Koordinaten der Ecken auf der
v-Achse des Hintergrundbildes werden auf der Basis wenigstens der Richtungen
von vom Betrachtungspunkt in Richtung zu den projizierten Positionen
gerichteten Liniensegmente und der Richtungen der Normalen in der vz-Ebene
bestimmt.
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Das auf die Fläche abzubildende Hintergrundbild
kann leicht bestimmt werden, und folglich kann ein Brechungsphänomen als
ein dreidimensionales Bild mit hoher Geschwindigkeit angezeigt werden.
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Die vorstehende und andere Aufgaben, Merkmale,
Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich
deutlicher aus der folgenden Beschreibung, wenn diese in Verbindung
mit den beigefügten
Zeichnungen gelesen wird, in denen eine bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung mittels eines illustrativen Beispiels
gezeigt ist.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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1 ist
ein Blockschaltbild einer generellen Konfiguration eines Unterhaltungsgeräts gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2 ist
ein Diagramm angezeigter Bilder einer als ein Hintergrundbild dargestellten
Gebirgsszene und eines vor der Gebirgsszene platzierten Kubus aus
einem Material wie beispielsweise Glas;
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3 ist
ein Diagramm, das die Art und Weise darstellt, in welcher der Vektor
vor. Lichtstrahlen, die von einem Betrachtungspunkt abgestrahlt
werden, vom Kubus gebrochen wird;
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4A ist
ein Diagramm, das den Bereich eines Textur- bzw. Strukturbildes zur Verwendung
als Rückfläche eines
Kubus darstellt;
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4B ist
ein Diagramm, welches das in 4A gezeigte
Strukturbild als an der. Kubus und den Bereich eines Strukturbildes
zur Verwendung als eine Vorderfläche
des Kubus angebracht darstellt;
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4C ist
ein Diagramm, welches das in 4B gezeigte
Strukturbild als an den Kubus angebracht darstellt; 5 ist ein Diagramm, das die Art und Weise
darstellt, in der Ecken der Rückfläche des Kubus
mittels perspektivischer Projektion hinsichtlich Brechungen auf
das Hintergrundbild projiziert werden;
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6 ist
ein Diagramm, das die Art und Weise darstellt, in der Ecken der
Vorderfläche
des Kubus mittels perspektivischer Projektion hinsichtlich Brechungen
auf das Hintergrundbild projiziert werden;
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7 ist
ein Diagramm eines angezeigten Bildes einer als ein Hintergrundbild
dargestellten Gebirgsszene und zweier vor der Gebirgsszene platzierter
Kuben aus einem Material wie beispielsweise Glas;
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8 ist
ein funktionelles Blockschaltbild einer Darstellungseinrichtung
gemäß der vorliegenden Erfindung;
und 9 und 10 sind Flussdiagramme einer
Verarbeitungssequenz der in 8 gezeigten Darstellungseinrichtung.
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Beste Ausführungsform
der Erfindung
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Eine Ausführungsform, bei der ein Verfahren und
Gerät zur
Darstellung eines Bildes bei einem Unterhaltungsgerät zur Ausführung einer
dreidimensionalen CG-Verarbeitung angewendet sind, und ein Aufzeichnungsmedium
und ein Programm, die bei einem Aufzeichnungsmedium, das ein Programm
und Daten, die vom Unterhaltungsgerät ausgeführt werden, speichert, angewendet
sind, und ein solches Programm werden nachfolgend unter Bezugnahme auf
die 1 bis 10 beschrieben.
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Wie in der 1 gezeigt weist ein Unterhaltungsgerät 10 eine
Mikroprozessoreinheit bzw. MPU 12 zur Steuerung bzw.
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Kontrolle des Unterhaltungsgeräts 10,
einen Hauptspeicher 14 zum Speichern verschiedener auszuführender
Programme und verschiedener Daten, eine Vektoroperationseinheit 16 zur
Ausführung
von zur geometrischen Verarbeitung erforderlichen Gleitkomma-Vektoroperationen,
einen Bildprozessor 20 zur Erzeugung von Bilddaten unter
der Steuerung der MPU 12 und Ausgeben der erzeugten Bilddaten
an einen Anzeigemonitor 18, beispielsweise eine Kathodenstrahlröhre (CRT),
eine graphische Benutzeroberfläche
bzw. graphische Schnittstelle bzw. GIF 22 zum Bestimmen
von Übertragungs-
bzw, Transferpfaden zwischen der MPU 12, der Vektoroperationseinheit 16 und
dem Bildprozessor 20, einen Eingabe/Ausgabe-Port 24 zum
Senden von Daten zu externen Einrichtungen und zum Empfangen von
Daten von externen Einrichtungen, einen ROM (OSDROM) 26 mit
einer Bildschirmanzeige- bzw. OSD-Funktion, der einen Flashspeicher
oder dgl. zur Steuerung bzw. Kontrolle des Kerns usw. aufweisen
kann, und einen Realzeittaktgeber 28, der einen Kalender
und eine Taktfunktion aufweist, auf.
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Der Hauptspeicher 14, die
Vektoroperationseinheit 16, die GIF 22, der OSDROM 26,
der Realzeittaktgeber 28 und der Eingabe/Ausgabe-Port 24 sind über einen
Bus 30 mit der MPU 12 verbunden.
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Mit dem Eingabe/Ausgabe-Port 24 sind
eine Eingabe/Ausgabe-Einrichtung 32 zur Eingabe von Daten
(Tasteneingabedaten, Koordinatendaten usw.) in das Unterhaltungsgerät 10 und
ein optisches Plattenlaufwerk 36 zur Wiedergabe einer optischen
Platte 34 wie beispielsweise einer CD-ROM oder dgl., in der
verschiedene Programme und Daten (objektbezogene Daten, Textur-
bzw. Strukturdaten usw.) gespeichert sind, verbunden.
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Wie in der 1 gezeigt weist der Bildprozessor 20 eine
Darstellungsmaschine 70, eine Speicherschnittstelle 72,
einen Bildspeicher 74 und einen Anzeigekontroller 76 wie
beispielsweise einen programmierbaren CRT-Kontroller oder dgl. auf
.
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Die Darstellungsmaschine 70 dient
zum Darstellen von Bilddaten im Bildspeicher 74 über die Speicherschnittstelle
72 auf
der Basis eines von der MPU 72 zugeführten Darstellungsbefehls.
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Zwischen die Speicherschnittstelle 72 und die
Darstellungsmaschine 70 ist ein erster Bus 78 geschaltet,
und zwischen die Speicherschnittstelle 72 und den Bildspeicher 74 ist
ein zweiter Bus 80 geschaltet. Der erste und zweite Bus 78 und 80 weisen jeweils
beispielsweise eine Breite von 128-Bits auf, um der Darstellungsmaschine 70 zu
ermöglichen, Bilddaten
im Bildspeicher 74 mit hoher Geschwindigkeit darzustellen.
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Die Darstellungsmaschine 70 kann
Bilddaten von 320 × 240
Pixeln oder Bilddaten von 640 × 480 Pixeln
gemäß dem NTSC- oder PAL-System,
das heißt
in 1/60 Sekunden bis 1/30 Sekunden, mehr als zehn Mal bis mehrere
zehn Male realzeitmäßig darstellen.
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Der Bildspeicher 74 weist
eine vereinheitlichte Speicherstruktur auf, die einen Strukturdarstellungsbereich
und einen Anzeigedarstellungsbereich als den gleichen Bereich bezeichnen
kann.
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Der Bildkontroller 76 schreibt
von der optischen Platte 34 über das optische Plattenlaufwerk 36 gelesene
Strukturdaten oder im Hauptspeicher 14 über die Speicherschnittstelle 72 erzeugte
Strukturdaten in den Strukturdarstellungsbereich des Bildspeichers 74 und
liest im Anzeigedarstellungsbereich des Bildspeichers 74 dargestellte
Bilddaten über
die Speicherschnittstelle 72 und gibt die gelesenen Bilddaten
an den Anzeigemonitor 18 zur Anzeige eines Bildes auf seinem
Anzeigeschirm aus.
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Eine charakteristische Funktion des
Unterhaltungsgeräts 10 wird
nachfolgend unter Bezugnahme auf die 2 bis 10 beschrieben.
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Gemäß der charakteristischen Funktion
werden zur Darstellung eines Brechung verursachenden Objekts die
Flächen
des Objekts sukzessive von der von einem Betrachtungspunkt entferntesten
Fläche dargestellt,
und das Hintergrundbild einer Fläche wird
als eine Textur bzw. Struktur verwendet, wenn jede Fläche dargestellt
wird.
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Ein Abschnitt des Hintergrundbildes
in einem durch perspektivische Projektion mit vom Betrachtungspunkt
in Richtung zum Hintergrundbild gerichteten und Brechungen an Ecken
der Fläche
berücksichtigenden
Vektoren projizierten Bereich wird beispielsweise als die Textur
bzw. Struktur verwendet, wenn die Fläche dargestellt wird,
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Ein die Brechung an jeder der Ecken
einer Fläche
berücksichtigender
Vektor kann auf der Basis wenigstens der Richtung einer Normalen
zur Fläche in
einem Betrachtungspunkt-Koordinatensystem
und der Richtung eines vom Betrachtungspunkt in Richtung zu jeder
Ecke gerichteten Liniensegments bestimmt werden.
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Ein spezifischer Prozess zur Ausführung der vorstehenden
charakteristischen Funktion wird nachfolgend unter Bezugnahme auf
die 2 bis 7 beschrieben. 2 zeigt ein angezeigtes
Bild einer als Hintergrundbild 100 dargestellten Gebirgsszene
und eines vor der Gebirgsszene platzierten Kubus 102 eines
Materials wie beispielsweise Glas. Durch den Kubus 102 gehende
Lichtstrahlen im angezeigten Bild werden entsprechend der obigen
charakteristischen Funktion gebrochen.
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Wie in der 3 gezeigt wird der Vektor eines von einem
Betrachtungspunkt 104 abgestrahlten Lichtstrahls La gebrochen,
wenn der Lichtstrahl La in den Kubus 102 eintritt
und wenn der Lichtstrahl La den Kubus 102 verlässt. Wird
angenommen, dass der Raum außerhalb
des Kubus 102 den Brechungsindex n1 aufweist, der Kubus 102 einen
Brechungsindex n2 aufweist, der Lichtstrahl La auf eine
dem Betrachtungspunkt 104 näher liegende Fläche des Kubus 102 mit
einem Einfallswinkel θ1,
das heißt
einem Winkel zwischen dem Lichtstrahl La und einer Normalen 106 zur
Fläche
trifft und der Lichtstrahl La die Fläche des Kubus 102 mit
einem Austrittswinkel θ2,
das heißt
einem Winkel zwischen dem Lichtstrahl La und einer Normalen 106 zur
Fläche
verlässt,
wird die Brechung des Lichtstrahls La bei der Fläche durch
die folgende als Snellius'sches Gesetz bekannte Gleichung: n1sinθ1
= n2sinθ2 dargestellt.
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Die durch die obige Gleichung dargestellte Beziehung
gilt auch für
die Brechung des Lichtstrahls La bei einer vom, Betrachtungspunkt 104 entfernteren
Fläche
des Kubus 102.
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Ein Verfahren zur Darstellung eines
Bildes gemäß der vorliegenden
Erfindung bestimmt die Positionen der Flächen des Kubus 102 im
Hintergrundbild auf der Basis der obigen Beziehung.
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Insbesondere wird, wie in den 4A und 4B gezeigt, von den sechs Flächen des
Kubus 102 eine vom Betrachtungspunkt entfernteste Fläche A1. gewählt, und
die Positionen im Hintergrundbild 100 der Ecken a, b, c, d der
Fläche A1,
genauer die Position der Fläche A1 im
Hintergrundbild 100, auf der Basis wenigstens der Richtung
einer Normalen zur Fläche A1 in
einem Betrachtungspunkt-Koordinatensystem und der Richtungen von
vom Betrachtungspunkt in Richtung zu den Ecken a, b, c, d gerichteten Liniensegmente
bestimmt.
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Die Position der Fläche A1 im
Hintergrundbild 100 ist eine Position im Hintergrundbild 100,
die im Bildspeicher 74 dargestellt ist. Die Bestimmung der
Position der Fläche A1 im
Hintergrundbild 100 ist zur Bestimmung der, Position der
Fläche A1 in
einem eine u-Achse als die horizontale Achse des Hintergrundbildes 100 und
eine v-Achse als die vertikale Achse des Hintergrundbildes 100 aufweisenden uv-Koordinatensystem äquivalent.
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Die Positionen der auf eine von der
u-Achse des Hintergrundbildes 100 und einer z-Achse des
Betrachtungspunkt-Koordinatensystems aufgespannte uz-Ebene projizierten
Ecken a, b, c, d werden bestimmt,
und die Koordinaten der Ecken a, b, c, d auf der
u-Achse des Hintergrundbildes 100 werden auf der Basis
wenigstens der Richtungen von vom Betrachtungspunkt 104 in
Richtung zu den projizierten Positionen gerichteten Liniensegmenten
und der Richtung der Normalen zur Fläche A1 auf der uz-Ebene
bestimmt.
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Beispielweise wird wie in 5 gezeigt ein Liniensegment 110 vom
Betrachtungspunkt 104 in Richtung zur Ecke a der
hinteren Fläche
bzw. Rückfläche A1 analysiert.
Die Richtung, das heißt
der Austrittswinkel θ2 des
Liniensegments 110 von der Ecke a in Richtung zum Hintergrundbild 100 wird
der Basis des Winkels (Einfallswinkel) θ1 zwischen dem Liniensegment 110 und
der Normalen 112, des Brechungsindexes n2 des Kubus 102 und
des Brechungsindexes n1 des Raums bestimmt. Die Position einer u-Koordinate
der Ecke a im Hintergrundbild 100 wird durch Projizieren
der Ecke a auf den Hintergrund 100 mittels perspektivischer
Projektion gemäß dem Vektor
eines vom Austrittswinkel θ2 bestimmten
Liniensegments 114 bestimmt. Die Positionen von u-Koordinaten
der anderen Ecken b, c, d der Fläche A1 im Hintergrundbild 100 werden ähnlich bestimmt
.
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Dann werden die Positionen der auf
eine von der v-Achse des Hintergrundbildes 100 und der z-Achse
des Betrachtungspunkt-Koordinatensystems aufgespannte vz-Ebene projizierten
Ecken a, b, c, d bestimmt, und
die Koordinaten der Ecken a, b, c, d auf
der v-Achse des Hintergrundbildes 100 werden auf der Basis
wenigstens der Richtungen von vom Betrachtungspunkt 104 in
Richtung zu den projizierten Positionen und der Richtung der normalen
zur Fläche A1 auf
der vz-Ebene bestimmt.
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Beispielsweise sei, wenn auch nicht
gezeigt, das Liniensegment vom Betrachtungspunkt 104 in Richtung
zur Ecke a analysiert. Die Richtung, das heißt der Austrittswinkel θ2 des
Liniensegments von der Ecke a in Richtung zum Hintergrundbild 100 wird auf
der Basis des Winkels (Einfallswinkel) θ1 zwischen dem Liniensegment
und der Normalen, des Brechungsindexes n2 des Kubus 102 und
des Brechungsindexes n1 des Raums bestimmt. Die Position einer v-Koordinate
der Ecke a im Hintergrundbild 100 wird durch Projizieren
der Ecke a auf das Hintergrundbild 100 mittels
perspektivischer Projektion gemäß dem Vektor
eines vom Austrittswinkel θ2 bestimmten
Liniensegments bestimmt. Die Positionen von v-Koordinaten der anderen
Ecken b, c, d im Hintergrundbild 100 werden ähnlich bestimmt.
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Auf diese Weise werden die u-v-Koordinaten (u,
v) der Ecke a der hinteren Fläche A1 im
Hintergrundbild 100 bestimmt. Ähnlich werden die anderen Ecken
im Hintergrundbild 100 bestimmt. Nun wird wie in den 4A und 4B gezeigt ein durch vom Betrachtungspunkt 104 über die
Fläche A1 in Richtung
zum Hintergrundbild 100 gerichtete und die Brechungen an
den Ecken a, b, c, d der Fläche A1 berücksichtigende
Vektoren projizierter Bereich, das heißt ein Bereich 120 der
zu verwendenden Struktur bestimmt, Die Struktur des Bereiches 120 wird
dann auf die Fläche A1 abgebildet,
die im Bildspeicher 74 dargestellt ist.
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Nach Darstellung der Fläche A1 im
Bildspeicher 74 wird eine andere hintere Fläche A2 gewählt und
dann auf die wie vorstehend in Bezug auf die Fläche A1 beschriebe
gleiche Weise verarbeitet. Die den Kubus 102 bildenden
Flächen A1 bis A6 werden sukzessive
gewählt
und in der Ordnung A1 → A2 → A3 → A4 → A5 → A6 verarbeitet.
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Nach Darstellung der drei hinteren
Flächen bzw.
Rückflächen A1, A2, A3 im
Bildspeicher 74 werden drei vordere Flächen bzw. Vorderflächen A4, A5, A6 gewählt und
dann auf die gleiche Weise wie vorstehend beschrieben verarbeitet.
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Beispielsweise sei wie in 6 gezeigt ein Liniensegment 122 vom
Betrachtungspunkt 104 in Richtung zur Ecke a der
vorderen Fläche A5 analysiert.
Die Richtung, das heißt
der Austrittswinkel θ2 des
Liniensegments 122 von der Ecke a in Richtung zum
Hintergrundbild 100 wird auf der Basis des Winkels (Einfallswinkel) θ1 zwischen
dem Liniensegment 122 und einer Normalen 124 zur
Fläche A5,
des Brechungsindexes n2 des Kubus 102 und des Brechungsindexes
n1 des Raums bestimmt. Die Position einer u-Koordinate der Ecke a im
Hintergrundbild 100 wird durch Projizieren der Ecke a auf
den Hintergrund 100 mittels perspektivischer Projektion
gemäß dem Vektor
eines vom Austrittswinkel θ2 bestimmten
Liniensegments 126 bestimmt. Die Positionen von u-Koordinaten
der anderen Ecken b, g, h der Fläche A5 im
Hintergrundbild 100 werden ähnlich bestimmt .
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Dann wird die Position einer v-Koordinate der
Ecke a im Hintergrundbild 100 auf die gleiche Weise wie
vorstehend beschrieben. bestimmt.
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Auf diese Weise werden die u-v-Koordinaten (u,
v) der Ecke a der vorderen Fläche A5 im Hintergrundbild 100 bestimmt. Ähnlich werden
die u-v-Koordinaten der anderen Ecken
b, g, h im
Hintergrundbild 100 bestimmt. Nun wird wie in den 4B und 4C gezeigt ein durch vom Betrachtungspunkt 104 über die
Fläche A5 in
Richtung zum Hintergrundbild 100 gerichtete und die Brechungen
an den Ecken a, b, g, h der
Fläche A5 berücksichtigende
Vektoren projizierter Bereich, das heißt ein Bereich 130 einer zu
verwendenden Struktur bestimmt. Die Struktur des Bereichs 130 wird
dann auf die im Bildspeicher 74 dargestellte Fläche A5 abgebildet.
Zu diesem Zeitpunkt sind Bilder der drei Rückflächen A1, A2, A3 im
Hintergrundbild 100 in der Vorderfläche A5 dargestellt,
und die Struktur der Vorderfläche A5 enthält die Bilder
der drei Rückflächen A1, A2, A3.
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Nach Darstellung der Fläche A5 im
Bildspeicher 74 wird eine andere Vorderfläche A6 gewählt und
dann auf die gleiche Weise wie vorstehend in Bezug auf die Fläche A5 beschrieben
verarbeitet.
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Bei dem obigen Beispiel ist nur ein
Kubus 102 in der Gebirgsszene platziert. Jedoch ist das
Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung wie in 7 gezeigt
auch auf mehrere (in 7 zwei)
in einer Gebirgsszene platzierte Kuben 102A, 102B anwendbar.
Die Kuben 102A, 102B werden in der Ordnung von
dem vom Betrachtungspunkt 104 entfernteren Kubus 102A sukzessive
verarbeitet.
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Ein Beispiel einer Software, das
heißt
eines Darstellungsmittels 200 (siehe 8) zur Ausführung der obigen Funktion wird
nachfolgend unter Bezugnahme auf die 8 bis 10 beschrieben.
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Das Darstellungsmittel 200 wird
dem Unterhaltungsgerät 10 von
einem Aufzeichnungsmedium mit direktem Zugriff wie beispielsweise
einer CD-ROM oder einer Speicherkarte oder über ein Netzwerk zugeführt. Es
sei hier angenommen, dass das Darstellungsmittel 200 von
der optischen Platte 34 wie beispielsweise einer CD-ROM
in das Unterhaltungsgerät 10 eingelesen
wird.
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Das Darstellungsmittel 200 wird
im Voraus von der optischen Platte 34 heruntergeladen,
vom Unterhaltungsgerät 10 in
den Hauptspeicher 14 des Unterhaltungsgeräts 10 gemäß einem vorbestimmten
Prozess wiedergegeben und von der MPU 12 ausgeführt.
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Wie in der 8 gezeigt weist das Darstellungsmittel 200 ein
Objektwählmittel 206 zum
Wählen
von Objektdaten 204 eines Objekts aus einer Zahl von in
einer Objektdatendatei 202 registrierten Objekten in der
Ordnung von dem vom Betrachtungspunkt entferntesten einen Objekt,
ein Flächenwählmittel 208 zum
Wählen
einer Fläche
aus mehreren Flächen
der von den gewählten
Objektdaten 204 angezeigten Objekte in der Ordnung von
der vom Betrachtungspunkt entferntesten einen Fläche, ein Normalenrichtungsbestimmungsmittel 210 zum
Bestimmen der Richtungen von Normalen im uz- und vz-Koordinatensystem
in der gewählten
Fläche,
ein erstes Projiziertpositionsberechnungsmittel 212 zur
Bestimmung der Position einer Ecke der auf die uz-Ebene projizierten
gewählten
Fläche,
ein Winkelberechnungsmittel 214 zur Bestimmung eines Einfallswinkels θ1 und
eines Austrittswinkels θ2 und
ein erstes Koordinatenberechnungsmittel 216 zur Bestimmung von
u-Koordinaten im Hintergrundbild 100 auf der Basis der
projizierten Position der Ecke auf der uz-Ebene und der Austrittswinkel θ2 an
der Ecke.
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Das Darstellungsmittel 200 weist
auch ein zweites Projiziertpositionsberechnungsmittel 218 zur Bestimmung
der Position einer Ecke der auf die vz-Ebene projizierten gewählten Fläche, ein
zweites Koordinatenberechnungsmittel 220 zur Bestimmung von
v-Koordinaten im Hintergrundbild 100 auf der Basis der
projizierten Position der Ecke auf der vz-Ebene und der Austrittswinkel θ2 an
der Ecke, ein Strukturbildbestimmungsmittel 222 zur Bestimmung
eines zu verwendenden Strukturbildes aus dem Hintergrundbild 100 auf
der Basis der uv-Koordinaten
der Ecken, ein Strukturabbildungsmittel 224 zur Abbildung
des bestimmten Strukturbildes auf die gewählte Fläche und ein Endebestimmungsmittel 226 zur
Bestimmung, ob die Verarbeitungssequenz des Darstellungsmittels 200 beendet
ist oder nicht.
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Eine Verarbeitungssequenz des Darstellungsmittels 200 wird
unten und Bezugnahme auf die 9 und 10 beschrieben.
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Bei dem in 9 gezeigten Schritt S1 speichert das
Darstellungsmittel 200 einen Anfangswert „1" in
einem zum Wiedergewinnen von Objekten benutzten Indexregister m
und initialisiert dadurch das Indexregister m.
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Beim Schritt S2 wählt das Objektwählmittel 206 aus
einer Zahl von in der Objektdatendatei 202 registrierten
Objekten Objektdaten 204 eines Objekts (m-tes Objekt) in
der Ordnung von dem vom Betrachtungspunkt entferntesten einen Objekt,
Beim Schritt S3 speichert das Darstellungsmittel 200 einen
Anfangswert „1"
in einem zum Wiedergewinnen von Flächen von Objekten verwendeten
Indexregister i und initialisiert dadurch das Indexregister i.
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Beim Schritt S4 wählt das Flächenwählmittel 208 aus mehreren
Flächen
der durch die gewählten Objektdaten 204 angezeigten
Objekte eine Fläche (i-te
Fläche)
in der Ordnung von der vom Betrachtungspunkt entferntesten einen
Fläche.
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Beim Schritt S5 bestimmt das Darstellungsmittel 200 die
Zahl N von Ecken der i-ten Fläche.
Danach bestimmt beim Schritt S6 das Normalenrichtungsbestimmungsmittel 210 die
Richtung von Normalen zur i-ten Fläche im uz- und vz-Koordinatensystem.
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Beim Schritt S7 speichert das Darstellungsmittel 200 einen
Anfangswert „1"
in einem zum Wiedergewinnen von Ecken verwendeten Indexregister
j und initialisiert dadurch das Indexregister j. Beim Schritt S8
bestimmt das erste Projiziertpositionsberechnungsmittel 212 die
Position (Koordinaten) einer auf die uz-Ebene projizierten j-ten
Ecke.
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Beim Schritt S9 bestimmt das Winkelberechnungsmittel 214 einen
Winkel (Einfallswinkel) θ1 zwischen
einem den Betrachtungspunkt und die j-te Ecke verbindenden Liniensegment
und der Normalen in der uz-Ebene. Beim Schritt S10 bestimmt das Winkelberechnungsmittel 214 einen
Winkel (Austrittswinkel) θ2 auf
der Basis des Brechungsindexes des Einfallsmediums, des Brechungsindexes
des Austrittsmediums und des Einfallswirkels θ1.
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Beim Schritt S11 projiziert das erste
Koordinatenberechnungsmittel 216 die j-te Ecke mittels
perspektivischer Projektion in der von der Position (Koordinaten)
der auf die uz-Ebene
projizierten j-te Ecke und dem Austrittswinkel 82 bestimmten
Richtung und bestimmt die Position (u-Koordinaten) der j-ten Ecke im
Hintergrundbild 100.
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Bei dem in 10 gezeigten Schritt S12 bestimmt das
zweite Projiziertpositionsberechnungsmittel 218 die Position
(Koordinaten) der auf die vz-Ebene projizierten j-ten Ecke.
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Beim Schritt S13 bestimmt das Winkelberechnungsmittel 214 einen
Winkel (Einfallswinkel) θ1 zwischen
einem den Betrachtungspunkt und die j-te Ecke verbindenden Liniensegment
und der Normalen in der vz-Ebene. Beim Schritt S14 bestimmt das Winkelberechnungsmittel 214 einen
Winkel (Austrittswinkel) θ2 auf
der Basis des Brechungsindexes des Einfallsmediums, des Brechungsindexes
des Austrittsmediums und des Einfallswinkels θ1.
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Beim Schritt S15 projiziert das zweite
Koordinatenberechnungsmittel 220 die j-te Ecke mittels
perspektivischer Projektion in der von der Position (Koordinaten)
der auf die vz-Ebene projizierten j-ten Ecke und dem Austrittswinkel θ2 bestimmten
Richtung und bestimmt die Position (v-Koordinaten) der j-ten Ecke
im Hintergrundbild 100.
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Beim Schritt S16 inkrementiert das
Darstellungsmittel 200 den Wert des Indexregisters j um „1". Beim
Schritt S17 entscheidet das Darstellungsmittel 200 auf
der Basis, ob der Wert des Indexregisters j größer als die Zahl N von Ecken
ist oder nicht, ob alle Ecken der i-ten Fläche bestimmt worden sind oder nicht.
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Sind uv-Koordinaten aller Ecken der
i-ten Flächen
nicht bestimmt worden, geht die Steuerung zum Schritt S8 zurück, um uv-Koordinaten
einer nächsten
Ecke zu bestimmen. Sind uv-Koordinaten aller
Ecken der i-ten Flächen
bestimmt worden, geht die Steuerung zum Schritt S18 vor. Beim Schritt
S18 bestimmt das Strukturbestimmungsmittel 222 einen Abschnitt
des Hintergrundbildes 100 in dem von den uv-Koordinaten
der Ecken der i-ten Fläche
umgebenen Bereich als ein Strukturbild.
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Beim Schritt S19 bildet das Strukturabbildungsmittel 224 das
bestimmte Strukturbild auf die i-te Fläche ab und stellt die i-te
Fläche
mit dem abgebildeten Strukturbild im Bildspeicher 74 dar.
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Beim Schritt S20 inkrementiert das
Darstellungsmittel 200 den Wert des Indexregisters i um „1". Beim
Schritt S21 entscheidet das Endebestimmungsmittel 226 auf
der Basis, ob der Wert des Indexregisters i größer als die Zahl M von Flächen des Objekts
ist oder nicht, ob die Verarbeitung in Bezug auf alle Flächen des
Objekts vollendet ist oder nicht.
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Ist die Strukturabbildung für alle Flächen nicht
beendet worden, geht die Steuerung zum Schritt S4 zur Verarbeitung
einer nächsten
Fläche
zurück.
Ist die Strukturabbildung für
alle Flächen
beendet worden, geht die Steuerung zum Schritt S22 vor, bei dem
das Darstellungsmittel 200 den Wert des Indexregisters
m um „1"
inkrementiert. Beim Schritt S23 entscheidet das Endebestimmungsmittel 226 auf
der Basis, ob der Wert des Indexregisters m größer als die Zahl P von Objekten
ist oder nicht, ob die Verarbeitungen in Bezug auf alle Objekte
vollendet ist oder nicht.
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Ist die Verarbeitung in Bezug auf
alle Objekte nicht beendet worden, geht die Steuerung zum Schritt
S4 zurück,
um ein nächstes
Objekt zu verarbeiten. Ist die Verarbeitung in Bezug auf alle Objekte vollendet,
wird die Verarbeitungssequenz des Darstellungsmittels 200 zu
einem Ende gebracht.
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Wie vorstehend beschrieben benutzt
das Darstellungsmittel 200 gemäß der vorliegenden Ausführungsformen,
wenn dieses Darstellungsmittel 200 jede Fläche eines
Objekts, wo Lichtstrahlen gebrochen werden, darstellt, nur das Hintergrundbild 100 in jeder
Fläche
als ein Strukturbild und kann folglich Bilder mit hoher Geschwindigkeit
verarbeiten. Folglich können
durch ein Objekt gehende und dabei gebrochene Lichtstrahlen mit
hoher Geschwindigkeit mit einem dreidimensionalen Bild ausgedrückt werden, um
dadurch ein sich bewegendes transpa rentes Objekt einfach und mit
hoher Geschwindigkeit auszudrücken.
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Wenn eine gewisse bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung detailliert dargestellt und beschrieben
worden ist, so ist dies so zu verstehen, dass darin verschiedene Änderungen
und Modifikationen ohne ein Verlassen des Schutzbereichs der beigefügten Ansprüche gemacht
werden können.