JP2000163601A - 画像処理装置、画像処理方法および記録媒体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 モディファイアボリュームに視点が入った場合でも、簡
単なアルゴリズムで容易に陰影処理などの属性変更処理
を行なう。 【課題】 仮想３次元空間に閉じたサーフェースモデル
として仮想的に設定されるモディファイアボリュームを
用いる画像処理装置である。モディファイアボリューム
の内部にカメラ視点が位置したときに当該カメラ視点に
入る視野をクリッピングする手段１８と、クリッピング
によりモディファイアボリュームが切断された切断面を
閉じる手段１８と、切断面が閉じられたモディファイア
ボリュームを用いて当該ボリュームの内側に位置するオ
ブジェクトに陰影処理を施す手段３０、３４とを備え
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コンピュータなど
で好適に実行される画像処理に関し、特に、仮想３次元
空間に仮想的に設定されるサーフェースモデルとしての
モディファイアボリュームを用いてそのボリューム空間
でオブジェクトの属性を変更する処理（陰影処理など）
を行うことができる画像処理に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年のコンピュータグラフィックス技術
の発達に伴い、業務用、家庭用を問わず、シミュレーシ
ョン装置やゲーム装置が広く一般に普及するようになっ
ている。

【０００３】これらの装置で画像処理を行う際、物体の
陰に入るオブジェクトに陰影を施したり、その反対にス
ポットライトを施すなど、その属性を一時的に変更する
処理を行う必要に迫られることが非常に多い。とくに、
画像の品質やリアリティが求められる昨今の画像処理に
あってはなおさらのことである。

【０００４】従来、このような属性変更処理を行う場
合、その１つの手法として、ソフトウエア処理を行う方
法があった。つまり、ソフトウエア処理によって、陰に
なる領域やスポットライトを浴びる領域をリアルタイム
に演算し、その演算結果に応じて陰やスポットライトを
表すポリゴンを作成し、このポリゴンを画像の一部とし
て表示するという手法である。しかし、このように逐
次、ソフトウエアによる３次元演算を逐一、画像処理や
シミュレーション処理に同期して行う場合、ＣＰＵに掛
かる演算負荷が著しく大きくなり、他の画像処理やシミ
ュレーション演算に影響を及ぼし、処理速度の低下を招
来するという問題があった。

【０００５】そこで、この演算負荷の増大を抑制可能な
別の方法が提案されている。それは、Ｚ値を利用した陰
面消去処理のハードウエアを利用して陰影処理を行うシ
ャドーポリゴン法であり、例えば特開平２―７３４７９
号に開示されている。このシャドーポリゴン法は、シャ
ドーボリュームと呼ばれる陰影処理用の仮想のオブジェ
クトを利用して行う方法である。

【０００６】このシャドーボリュームは、そのオブジェ
クトの光源とは反対側にできる陰の領域であり、この陰
領域の内側に処理対象のオブジェクトが入ったときにそ
のオブジェクトに陰影を施すものである。シャドーボリ
ュームは、半無限の多面体である。すなわち、これを構
成する複数の側面はシャドーポリゴンと呼ばれる半無限
の多角形からなる。対象とするオブジェクトが陰影を行
なうシャドーボリューム内に在るか、光が照射されるシ
ャドーボリューム外に在るかを判定するには、視点から
対象となるオブジェクト（すなわち、画像処理対象のポ
リゴンにより形成される通常オブジェクト）までのＺ軸
方向において、その間に通過したシャドーポリゴンの枚
数をカウントする。このカウント値が偶数（又は零）の
ときには、対象オブジェクトはシャドーボリュームの外
側の領域にあり、陰影処理の必要がなく、反対に、奇数
のときには、シャドーボリュームの内側にあって、陰影
処理の必要があると認識できる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、画像処
理やシミュレーションによっては、カメラ視点が必ずし
も常にシャドーボリュームの外側に在るとは限らない。
カメラ視点をシャドーボリュームの中に移動させて、シ
ャドーボリュームの内側からその外側を見た様子を表示
することもある。例えば、シャドーボリュームが山の陰
の部分である場合、この陰部分を飛行中の飛行機に乗っ
たパイロットの視点からの視界などである。このような
場合、上述した従来の偶数、奇数のアルゴリズムに拠る
判定を適用すると、視点が既に陰部分、すなわちシャド
ーボリュームの内側に在ることから、偶数、奇数の判定
結果が上述とは反対になる。すなわち、パイロットが見
ている視野が陰部分の向こうの明るい空を含んでいたと
しても、それを含む画像全体に陰影処理が施されて輝度
が落とされ、暗く表現されてしまう。

【０００８】このような場合、現在の視点位置がシャド
ーボリュームの内側か外側かを判定して、その判定結果
に応じて偶数、奇数の上述した判定アルゴリズムを反対
にすればよい。

【０００９】しかし、実際には、そのように両方のアル
ゴリズムを持つことはメモリ容量や演算量の増大を招
き、適切ではない。

【００１０】実際には、従来の画像処理装置の場合、陰
影付与領域の検出は、プロセッサの専用ハードウエア化
によって、検出専門のＣＰＵを備えたエンジンによって
行なうことが多い。このハードウエアユニットにあって
は、上述した偶数、奇数の判定アルゴリズムは一定に、
すなわち、視点がシャドーボリュームの外側にあって、
シャドーポリゴンのカウント値が偶数のときには対象オ
ブジェクトに陰影処理を施すように指令し、一方、奇数
のときには陰影処理を行なわないように指令するよう設
定されている。この専用化されたハードウエアユニット
の処理内容を、上述したように、反対のアルゴリズムを
も実行できるように変更することは製造コスト的にも不
経済である。

【００１１】そこで本発明は、このような従来技術が直
面している状況に鑑みてなされたもので、上述したハー
ドウエア化した専用のハードウエアユニットをそのまま
活かし、仮想３次元空間内の部分的な属性変更領域内に
視点が入った場合でも、簡単なアルゴリズムで容易に陰
影処理などの、表示対象となるオブジェクトの属性変更
処理を行なうことができるようにすることを、その目的
とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】最初に本発明の着眼点を
説明する。従来、あるオブジェクトの内部に在る別のオ
ブジェクトの属性を変更するために設定する仮想領域と
してのモディファイアボリュームが知られている。例え
ば、図１に示すように、モディファイアボリューム（仮
想オブジェクト）としてサーフェイスモデルから成る立
方体１が有り、この内側に表示対象となる別のオブジェ
クトとしてのポリゴン（通常ポリゴン）２が在るとす
る。この場合、通常ポリゴン２の内、立方体１の内部に
入る部分の輝度を下げると影を表現することができる。
つまり、通常ポリゴン２の属性を変更することができ
る。モディファイアボリューム自体は閉じた閉空間を成
していることが必須要件である。また、モディファイア
ボリューム自体は画像上には表示される性質のものでは
ない。

【００１３】このようにモディファイアボリュームを用
いると、その内側に在るオブジェクトの属性を変更でき
るが、カメラ視点がこのボリューム内に入ったときに
は、そのままではニアクリッピングに伴う不都合が以下
の如く生じる。

【００１４】つまり、カメラ視点の前面にポリゴンのオ
ブジェクトが在る場合は特に問題は無いが、例えば図２
に示す如く、閉空間として上述したモディファイアボリ
ュームの内側にカメラ視点が入った場合、カメラの後ろ
に在るポリゴンについては処理できないので、カメラの
前にあるポリゴンだけとなるようにモディファイアボリ
ュームを構成するポリゴンがカメラの前面位置で切断さ
れる。このようにニアクリッピングされると、モディフ
ァイアボリュームの必須要件である「閉空間を成す」と
いう前提が崩れてしまう。すなわち、図３の視線Ｒ３で
示す如く、カメラ視点がモディファイアボリューム１の
内側に位置した場合、前述したシャドーボリュームのと
きと同様に、属性変更検出のオン、オフの関係が視線Ｒ
２（視点がボリューム１の外側にあるとき）に対して反
対に成り、陰影処理などの属性変更に不具合が出る。

【００１５】そこで、本発明では、図４に模式的に示す
如く、モディファイアボリューム１の切断面（ニアクリ
ップ面）に蓋ＣＶをするデータを作成し、カメラ前面の
モディファイアボリュームの部分を再び閉空間（閉じた
オブジェクト）に戻す構成を採る。この場合、切断面が
凸形状、凹形状など、どのような形状であっても簡単な
アルゴリズムで蓋データ（具体的には三角形ポリゴンの
データ）を自動的に生成する。これにより、視点がモデ
ィファイアボリュームの中にあっても、カメラ前面のモ
ディファイアボリュームは常に閉空間に保持されるの
で、後で実施される陰影付与領域などの属性変更領域の
検出アルゴリズムは従来のままでよいことになる。つま
り、図４の視線ＲＬによるオンオフ判定から分かるよう
に、視線が最初のシャドウポリゴンと当たったときに属
性変更領域をオン（奇数）し、その次のシャドウポリゴ
ンと当たったときにそれをオフ（偶数）とするアルゴリ
ズムである。

【００１６】本発明の具体的な構成は以下のようであ
る。

【００１７】本発明の第1の構成は、仮想３次元空間に
閉じたサーフェースモデルとして仮想的に設定されるモ
ディファイアボリュームを用いる画像処理装置におい
て、前記モディファイアボリュームの内部にカメラ視点
が位置したときに当該カメラ視点に入る視野をクリッピ
ングするクリッピング手段と、このクリッピングにより
前記モディファイアボリュームが切断された切断面を閉
じる閉空間化手段とを備えたことを特徴とする。

【００１８】ここで、例えば、前記切断面が閉じられた
モディファイアボリュームを用いて当該モディファイア
ボリュームの内側に位置するオブジェクトの属性を変更
する属性変更手段を更に備える。前記属性変更手段は、
一例として、前記モディファイアボリュームの外側に位
置する視点ベクトルが当該モディファイアボリュームの
サーフェースを通過する度に前記属性変更の必要性の有
無を表すオン、オフを順次繰り返して属性変更領域を検
出する検出手段を備える。好適には、前記属性変更手段
は、前記検出手段により検出された前記属性変更領域に
在る前記オブジェクトに陰影又はスポットライトを施す
処理手段を備える。また好適には、前記閉空間化手段
は、前記切断面の形状に合致した蓋の形状データを生成
する手段である。例えば、前記切断面は多角形で表さ
れ、かつ前記蓋の形状は少なくとも１枚の３角形のポリ
ゴンデータで表される。また、前記閉空間化手段は、前
記多角形の１つの頂点とこの多角形の輪郭を形成してい
る複数の線分とを用いて前記少なくとも1枚のポリゴン
データを演算する演算手段を備えていてもよい。例え
ば、前記演算手段は、前記１つの頂点と前記複数の線分
それぞれとから形成される3角形データを前記ポリゴン
データとして演算する手段である。

【００１９】さらに、望ましくは、前記検出手段は、専
用ハードウエア化され且つ前記オンオフを検出する検出
器を備えて構成される。

【００２０】また、本発明の第２の構成は、仮想３次元
空間に閉じたサーフェースモデルとして仮想的に設定さ
れるモディファイアボリュームを用いる画像処理方法で
あって、前記モディファイアボリューム内にカメラ視点
が位置したか否かを判定し、この結果、前記カメラ視点
が前記モディファイアボリューム内に位置している状態
が判定されたときには、当該カメラ視点に入る視野をク
リッピングし、このクリッピングにより前記モディファ
イアボリュームが切断された切断面を閉じ、この閉じた
モディファイアボリュームを用いて当該ボリュームの内
側に位置する属性を変更することを特徴とする。

【００２１】さらに、本発明の第３の構成は、仮想３次
元空間に閉じたサーフェースモデルとして仮想的に設定
されるモディファイアボリュームを用いる画像処理のプ
ログラムを記録した記録媒体装置であって、前記モディ
ファイアボリュームの内部にカメラ視点が位置したとき
に当該カメラ視点に入る視野をクリッピングする手段
と、このクリッピングにより前記モディファイアボリュ
ームが切断された切断面を閉じる手段と、前記切断面が
閉じられたモディファイアボリュームを用いて当該モデ
ィファイアボリュームの内側に位置するオブジェクトの
属性を変更する手段と、を実行するプログラムを記録し
た記録媒体である。

【００２２】さらにまた、本発明の第４の構成は、仮想
３次元空間に閉じたサーフェースモデルとして仮想的に
設定されるモディファイアボリュームのデータと、この
モディファイアボリュームがクリッピングされたとき
に、このクリッピングにより形成される切断面を閉じる
データとを共に記録した記録媒体である。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の１つの実施の形態
を図５〜図１３を参照して説明する。

【００２４】この実施形態では、本発明に係る画像処理
装置をゲーム装置として説明するが、必ずしもそのよう
な態様に限定されるものではなく、シミュレーション装
置など各種の画像を扱う装置やシステムに好適に適用可
能なものである。また、この実施形態で実施する属性変
更処理は、モディファイアボリュームを用いた陰影処理
を実施しているが、これもスポットライト処理もすく
は、その他の処理（テクスチャの切り換え等）であって
もよい。

【００２５】図５に、画像処理装置としてのゲーム装置
の概略ブロック図を示す。このゲーム装置は、ＣＰＵ１
０を備える一方で、このＣＰＵ１０にバスを介して接続
されたＲＡＭ１２、ＤＯＭ１４、および遊戯者からの操
作情報を入力する入出力部１６を備える。また、このＣ
ＰＵ１０はジオメトリ処理部１８に接続され、このジオ
メトリ処理部１８がポリゴンバッファおよびレンダリン
グプロセッサ２０に接続される。このレンダリングプロ
セッサ２０がフレームバッファ３８を介して表示装置４
０に接続される。この内、レンダリングプロセッサ２０
は、ピクセルデータ生成部２４、Ｚ値比較器２６、Ｚ値
バッファ２８、陰影検出器３０、陰影バッファ３１、補
間器３２、レンダリング処理部３４、およびテクスチャ
マップ３６を備える。

【００２６】これらの構成要素の動作をさらに説明す
る。

【００２７】ＣＰＵ１０は、画像生成用のアプリケーシ
ョンプログラムを実行する。このプログラムは表示タイ
ミングに見合った一定の微小時間Δｔ毎のタイマ割込み
処理として実行される。

【００２８】この中で、ＣＰＵ１０は、操作情報を読み
込み、３次元ワールド座標系の通常ポリゴンデータおよ
び陰影処理を行なうためのモディファイアボリュームを
形成するモディファイアポリゴンデータを演算し、さら
に視点位置およびその方向を演算する（図６、ステップ
Ｓ１〜Ｓ３）。

【００２９】ＣＰＵ１０で演算されたポリゴンデータ
は、ジオメトリ供給部１８に供給される。ジオメトリ供
給部１８は、カメラ視点に応じてニアクリッピング処理
を行い、視点位置がモディファイアボリュームの内側に
あったか否かを判断する（ステップＳ４、Ｓ５）。視点
位置がモディファイアボリュームの内側にあった場合
（図２、３参照）、モディファイアボリュームがクリッ
ピングされているので、その切断面（ニアクリップ面）
に蓋をする閉空間化処理を行い（ステップＳ６）、その
後、ポリゴンデータの透視変換を行なう（ステップＳ
7）。

【００３０】クリッピング処理により表示対象となる限
定されたポリゴンが判別される。閉空間化処理により、
後述する如く、モディファイアボリュームの切断面に仮
想的な蓋がされる。透視変換により、視点位置に応じて
ポリゴンの座標データが３次元ワールド座標から表示画
面の２次元座標に変換される。一方、視点位置がモディ
ファイアボリュームの外側にあった場合、直接、ステッ
プＳ７の透視変換処理に移行する。このように処理され
たポリゴンデータは、ポリゴンバッファ２２に格納され
る一方で、レンダリングプロセッサ２０に送られる。

【００３１】ここで、上述したステップＳ６にてジオメ
トリ処理部１８により実施される閉空間化処理を詳細に
説明する。図７は、この閉空間化処理のサブルーチンを
概略的に示す。

【００３２】ジオメトリ処理部１８は、ニアクリッピン
グされたモディファイアボリュームの切断面（ニアクリ
ップ面）の形状を特定する。この形状は、切断面を成す
多角形の頂点の位置座標データと、その多角形の輪郭を
成す線分データとして演算される（ステップＳ６−
１）。次いで、ジオメトリ処理部１８は、3個以上の頂
点（重なって表現される1個又は2個のこともある）の中
から1個の頂点を所定のアルゴリズムで指定する（ステ
ップＳ６−２）。この1個の頂点はどの頂点であっても
よい。次いで、この1個の指定頂点に組み合わせる1本の
線分を特定する（ステップＳ６−３）。この特定処理は
全ての線分に対して実行するから、例えば指定頂点から
の時計回りに決めていけばよいが、どのような順番であ
ってもよい。

【００３３】次いで、1個の指定頂点と1本の線分とに３
角形が決まるので、その３角形の3個（理論的には重な
る1個又は2個のこともある）の頂点データを発生させる
（このステップＳ６―４）。この３角形は切断面を閉じ
る蓋として機能する。この３角形の頂点データは、蓋デ
ータとしてモディファイアボリュームのポリゴンデータ
に加えられ、内部メモリに格納される（ステップＳ６―
５）。

【００３４】そして、未だ処理していない線分が残って
いるかどうかを判定し（ステップＳ６−６）、残ってい
る場合にはステップＳ６−３の処理に戻る。切断面を形
成する全ての線分について、上述した３角形データ（蓋
データ）を発生させる。１つの切断面に対して、このサ
ブルーチン処理が完了すると、再び図６のプログラムに
戻る。

【００３５】この閉空間化の処理による、モディファイ
アボリュームの切断面に置く蓋の作成例を図８〜図１１
に示す。

【００３６】一例として、図８（ａ）に示す如く、切断
面（すなわち、ニアクリップ面）ＳＥＣ１が略菱形を成
す４角形であるとする。この場合、例えば、1個の指定
頂点として頂点Ｆが指定され、この頂点Ｆと線分１〜４
がそれぞれ組み合わされて同図（ｂ）に示す如く、4個
の３角形ＴＲ１〜ＴＲ４それぞれの頂点データが形成さ
れる。この内、３角形ＴＲ１およびＴＲ４は物理的には
３角形を形成せず、単に線分としか表現されないもので
あるが、アルゴリズム的に一定の規則に沿って発生され
る３角形である。これら３角形ＴＲ１〜ＴＲ４の頂点の
データは、蓋データとしてモディファイアボリュームの
ポリゴンデータに加えられ、記憶される。

【００３７】後述するように、切断面ＳＥＣ1の空間的
に有効な蓋として機能するのは、この場合、２つの三角
形ＴＲ２，ＴＲ３であり（同図（ｃ）参照）、この２つ
の３角形がオア条件で合わさって、同図（ａ）に示した
切断面ＳＥＣ１のエリアを過不足なくカバーしている。

【００３８】また別の例として、、図９（ａ）に示す如
く、切断面ＳＥＣ２が略Ｖ字形を成す４角形であるとす
る。この場合、例えば、1個の指定頂点として頂点Ｆが
指定され、この頂点Ｆと線分１〜４がそれぞれ組み合わ
されて同図（ｂ）に示す如く、4個の３角形ＴＲ１〜Ｔ
Ｒ４それぞれの頂点データが形成される。この内、３角
形ＴＲ１およびＴＲ４は物理的には３角形を形成せず、
単に線分としか表現されないものであるが、アルゴリズ
ム的に一定の規則に沿って発生される３角形である。こ
れら３角形ＴＲ１〜ＴＲ４の頂点のデータは、蓋データ
としてモディファイアボリュームのポリゴンデータに加
えられ、記憶される。

【００３９】後述するように、切断面ＳＥＣ２の空間的
な蓋として機能するのは、この場合、２つの三角形ＴＲ
２，ＴＲ３である。

【００４０】ここで特徴的な事項は、後述する陰影検出
アルゴリズムが実行されると、この２つの３角形ＴＲ
２、ＴＲ３が重なっている部分は蓋として機能しない。
結局、同図（ｃ）に示す如く、一方の３角形ＴＲ２から
もう一方の３角形ＴＲ３を差し引いた残りの面積部分、
すなわち同図（ａ）の略Ｖ字形に合致したエリアのみが
有効な蓋として機能する。

【００４１】さらに図１０（ａ）に示す切断面ＳＥＣ３
は、図９に記載の形状を更に複雑にしたもので、略Ｗ字
状を成す。この場合も、1個の指定頂点として頂点Ｆが
指定され、この頂点Ｆと線分１〜６がそれぞれ組み合わ
されて６個の３角形それぞれの頂点データが形成され
る。この内、有効に機能する３角形は線分２〜５と頂点
Ｆとを組み合わせた4個の３角形である。これら4個の３
角形の頂点データは、蓋データとしてモディファイアボ
リュームのポリゴンデータに加えられ、記憶される。

【００４２】この場合も、後述するように、切断面ＳＥ
Ｃ３の空間的な蓋として機能するのは、３角形が奇数枚
重なったエリアである。すなわち同図（ａ）の略Ｗ字形
に合致したエリアのみが有効な蓋として機能する。

【００４３】この閉空間化のアルゴリズムで処理できる
切断面の形状は、前述したものに限定されることなく、
例えば図１１（ａ）に示す如く中抜きした立方体状のモ
ディファイアボリューム１から切断可能な同図（ｂ）に
示す形状の切断面ＳＥＣ４であってもよい。つまり、外
側および内側共に菱形を成した中抜き形状の多角形であ
る。この場合も、上述と全く同じアルゴリズムで三角デ
ータを発生させることができる。すなわち、１つの頂点
Ｆと８本の線分１〜８との間の三角形を考えればよい。
この場合も、後述するように、切断面ＳＥＣ４の空間的
な蓋として機能するのは、３角形が奇数枚重なったエリ
ア、すなわち同図（ａ）の形状に合致したエリアのみが
有効な蓋として機能する。

【００４４】このようにして作成された蓋データは、モ
ディファイアボリュームのポリゴンデータの一部として
扱われる。

【００４５】図１２に、ジオメトリ処理部１８により生
成されたポリゴンデータの構成例を示す。同図には、不
透明ポリゴンや半透明ポリゴンなどの通常ポリゴンＯＰ
のデータ構成と、モディファイアボリュームを構成する
モディファイアポリゴンＭＰのデータ構成を例示する。

【００４６】通常ポリゴンＯＰは、３角形のポリゴンを
構成する３つの頂点００〜０１のパラメータで構成され
る。頂点パラメータには、例えば、スクリーン座標（ｓ
ｘ、ｓｙ）と表示画面内の奥行きを示すＺ値、ポリゴン
表面の模様を示すテクスチャデータを与えるテクスチャ
座標（Ｔｘ，Ｔｙ）、光源に関する処理を行なうための
頂点の法線ベクトル（Ｎｘ，Ｎｙ，Ｎｚ）、透明度を表
すα値、および色データなどが含まれる。

【００４７】これに対し、モディファイアポリゴンＭＰ
のデータも、３角形のポリゴンを構成する頂点１０〜１
２のパラメータで構成される。このデータには、モディ
ファイアボリュームがニアクリッピングされたときに上
述した如く作成された切断面の蓋データも含まれる。こ
のポリゴンＭＰの場合、あくまで仮想的に設定するもの
で、描画に供する必要はない。したがって、頂点パラメ
ータは、そのスクリーン座標と奥行きを示すＺ値とが含
まれていれば足りるので、そのように設定されている。
このモディファイアポリゴンＭＰを複数個、適宜組み合
わせることで、任意形状のモディファイアボリュームを
仮想的に設定することができる。

【００４８】図６の処理説明に戻る。上述したように閉
空間化処理を含むした処理が終わると、レンダリングプ
ロセッサ２０における通常ポリゴンの処理が行われる
（図６、ステップＳ８）。つまり、レンダリングプロセ
ッサ２０のピクセル生成部２４はポリゴンデータ（頂点
データ）からポリゴン内のピクセルの座標データを生成
する。この生成は例えば、ラスタスキャン法による直線
補間演算で求められる。さらに、通常ポリゴンに関して
は、この生成したピクセルのスクリーン座標とＺ値とが
Ｚ値比較器２６により比較される。これにより、通常ポ
リゴンに対する陰面消去処理がなされる。この結果、Ｚ
値バッファ２８には、ピクセル毎に、表示されるべきポ
リゴンＩＤとそのＺ値とが記録される。

【００４９】次いで、陰影検出器３０により陰影付与領
域の検出処理が実行される（ステップＳ９）。陰影検出
器３０はピクセルデータ生成部２４を介してポリゴンバ
ッファ２２からモディファイアボリュームのポリゴンデ
ータを読み込み、このポリゴンデータに対して図１３図
に示す如く現在の視点位置からレイトレーシングを実施
する。このレイトレーシングにより前述した属性変更機
能のオン、オフを認識する。つまり、陰影検出器３０は
レイを視線方向に進めていって、モディファイアボリュ
ーム１のポリゴンに最初に当たったときにオン、その次
に当たったときにオフ、さらにその次に当たったときに
オンと順に繰り返して、そのオンオフ情報を陰影バッフ
ァ３１に格納する。オンに該当する領域にある通常ポリ
ゴンのピクセルは後述する表示処理において輝度を落と
して影が表現される。

【００５０】本実施形態のモディファイアボリューム１
にあっては、図１３（ａ）に示すように、前述した閉空
間化処理により、モディファイアボリューム１の切断面
（ニアクリップ面）に蓋ＣＶが必ず１枚（つまり奇数
枚）されているので、ボリューム１内に入るレイは必ず
その蓋若しくはボリューム周りのモディファイアポリゴ
ンに当たり、オンとなる（レイＲ１，Ｒ２参照）。蓋Ｃ
Ｖは必ず奇数枚であるから、レイがボリューム内に入る
ときのオン状態が確保される。図では1枚の蓋ＣＶを表
現しているが、３枚でも５枚でもボリューム１内はオン
領域になる。これに対してボリューム１の外側は必ずオ
フ領域になる。

【００５１】前述した閉空間化処理で発生させた蓋は、
その偶数枚が重なる部分もある。例えば図９の三角形Ｆ
ＣＢや図１０の三角形ＦＣＢのエリアである。これらの
エリアに対するレイトレーシングは図１３（ｂ）のよう
に模式的に表現できる。つまり、レイに対して蓋が2枚
（その他の複数枚も同様）置かれている状況である。蓋
２枚ＣＶ１、ＣＶ２（そのほかの複数枚も同様）が同位
置にあると、これに入射してきたレイは必ず、オンオフ
が同時（処理の過程では時間差あり）に検出し、この２
枚（複数枚）を通過したレイはオフになるから、陰影処
理の不要な部分と認識できる。本実施形態では、切断面
にそのような複数枚の蓋が重なるのは、実際にはボリュ
ーム１が無いエリアであり、陰影処理に影響を与えるこ
とはがない。

【００５２】さらに前述した閉空間化処理で設定した蓋
データの内、アルゴリズムでは３角形はできるが、物理
的な実体の無い３角形（例えば図９の三角形ＴＲ１）は
線分となるのみであり、この陰影付与領域の検出結果に
は何ら影響しない。

【００５３】このように前述した三角形データである蓋
データから陰影付与領域のオンオフを好適に、しかも簡
単なアルゴリズムで検出できる。

【００５４】さらに、レンダリングプロセッサ２０では
補間器３２により、通常ポリゴンの各ピクセル毎にテク
スチャ座標（Ｔｘ，Ｔｙ）、α値、法線ベクトル（Ｎ
ｘ，Ｎｙ，Ｎｚ）などが頂点パラメータに基づく補間演
算により求められる（ステップ１０）。

【００５５】この後、レンダリング処理部３４により、
レンダリング処理、陰影処理、および表示指令がなされ
る（ステップＳ１１〜Ｓ１３）。つまり、ピクセル毎に
テクスチャ座標にしたがってテクスチャマップメモリ３
６からテクスチャデータが読み出されてテクスチャマッ
ピングが施され、また光源処理が施され、これに、前述
した陰影バッファ３１から読み出した陰影処理用のピク
セル毎のオンオフ情報に応じて、例えば輝度値の低減処
理による陰影処理が施される。これにより色データを画
像データが演算される。この画像データは、フレームバ
ッファメモリ３８に書き込まれ、このメモリ３８に１フ
レーム分の画像データが格納されると、この画像データ
は表示装置４０に順次、ピクセル毎に送られて表示され
る。

【００５６】このように本実施形態のゲーム装置によれ
ば、モディファイアボリュームを用いてオブジェクトの
属性変更処理を行うときに、そのボリューム内に視点が
入ってニアクリッピングされた場合でも確実に目的とす
る属性変更処理を行なうことができる。これは、ニアク
リッピングされた切断面に蓋をして、視点前のモディフ
ァイアボリュームは常に閉空間であるという条件を維持
することに拠る。

【００５７】しかも、切断面に蓋をするアルゴリズムは
非常に簡単で、切断面の各線分と任意の１つの頂点との
組み合わせた３角形の数分だけ、それらの頂点データを
演算し、切断されたモディファイアボリュームに付加す
るだけで済む。これにより、その後の属性変更領域の検
出処理の過程で自動的に切断面のみに有効な蓋がなされ
たのと等価な状態になり、切断面の形状を逐一演算する
などの、蓋データ生成の過程において複雑な処理も必要
がない。

【００５８】さらに、属性変更領域の検出は従来と同様
に実施でき、既存の専用ハードウエア装置（陰影検出
器）を流用でき、製造コストの面からも有効である。

【００５９】さらに、切断面の蓋データを簡単に且つど
のような形状の切断面にも対処できることから、任意の
形状のモディファイアオブジェクトを用いることがで
き、画像処理の用途も広がるという利点がある。

【００６０】なお、本発明は上述した実施形態の構成に
限定されることなく、特許請求の範囲に記載の発明の要
旨を逸脱しない範囲で適宜に変更できる。

【００６１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明にかかる画
像処理は、仮想３次元空間に閉じたサーフェースモデル
として仮想的に設定されるモディファイアボリュームを
用いるもので、モディファイアボリュームの内部にカメ
ラ視点が位置したときに当該カメラ視点に入る視野をク
リッピングし、このクリッピングによりモディファイア
ボリュームが切断された切断面を閉じてボリューム内の
オブジェクトの属性変更を行なうようにしたため、視点
がモディファイアオブジェクト内に入っても、簡単なア
ルゴリズムで陰影処理などの、表示対象となるオブジェ
クトの属性変更処理を容易に行なうことができる。

【００６２】また、この切断面の閉空間化の処理も、切
断面の形状に応じて３角形のデータを作成するだけであ
るから、非常に簡単なアルゴリズムで済み、画像処理を
担う演算装置の演算負荷の増大を抑えることができると
ともに、どのような形状の切断面にも機能し、汎用性に
優れている。

【００６３】さらに、この切断面の閉空間化により、属
性変更処理の既存のハードウエア資源をそのまま有効に
活用できる一方で、任意の形状のモディファイアオブジ
ェクトを用いることができ、画像処理の用途が広がると
いう効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】モディファイアボリュームを説明する図であ
る。

【図２】ニアクリッピングを説明する図である。

【図３】ニアクリッピングされたモディファイアオブジ
ェクトの切断面の閉空間化を説明する概念図である。

【図４】モディファイアオブジェクトに対するレイトレ
ーシングを説明する図である。

【図５】本発明の一実施形態に係る、画像処理装置とし
てのゲーム装置の概略ブロックである。

【図６】ゲーム装置における各構成要素の処理手順の概
略を示すフローチャートである。

【図７】モディファイアオブジェクトの切断面を塞ぐ処
理の概略を示すフローチャートである。

【図８】モディファイアオブジェクトの切断面の蓋の生
成過程を説明する図である。

【図９】モディファイアオブジェクトの切断面の蓋の生
成過程を説明する別の図である。

【図１０】モディファイアオブジェクトの切断面の蓋の
生成過程を説明する別の図である。

【図１１】モディファイアオブジェクトの切断面の蓋の
生成過程を説明する別の図である。

【図１２】通常ポリゴンとモディファイアポリゴンのデ
ータ構成を説明する図である。

【図１３】切断面の蓋の奇数枚、又は偶数枚に対する陰
影付与領域の検出処理に伴うレイトレーシングを説明す
る図である。

【符号の説明】

１０ ＣＰＵ １６ Ｉ／Ｏ １８ ジオメトリ処理部 ２０ レンダリングプロセッサ ２２ ポリゴンバッファ ２４ ピクセルデータ生成部 ３０ 陰影検出器 ３１ 陰影バッファ ３４ レンダリング処理部 ３８ フレームバッファ ４０ 表示装置

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 仮想３次元空間に閉じたサーフェースモ
   デルとして仮想的に設定されるモディファイアボリュー
   ムを用いる画像処理装置において、 前記モディファイアボリュームの内部にカメラ視点が位
   置したときに当該カメラ視点に入る視野をクリッピング
   するクリッピング手段と、このクリッピングにより前記
   モディファイアボリュームが切断された切断面を閉じる
   閉空間化手段とを備えたことを特徴とする画像処理装
   置。
2. 【請求項２】 前記切断面が閉じられたモディファイア
   ボリュームを用いて当該モディファイアボリュームの内
   側に位置するオブジェクトの属性を変更する属性変更手
   段を更に備える請求項１記載の画像処理装置。
3. 【請求項３】 前記属性変更手段は、前記モディファイ
   アボリュームの外側に位置する視点ベクトルが当該モデ
   ィファイアボリュームのサーフェースを通過する度に前
   記属性変更の必要性の有無を表すオン、オフを順次繰り
   返して属性変更領域を検出する検出手段を備える請求項
   ２記載の画像処理装置。
4. 【請求項４】 前記属性変更手段は、前記検出手段によ
   り検出された前記属性変更領域に在る前記オブジェクト
   に陰影又はスポットライトを施す処理手段を備える請求
   項３記載の画像処理装置。
5. 【請求項５】 前記閉空間化手段は、前記切断面の形状
   に合致した蓋の形状データを生成する手段である請求項
   ３記載の画像処理装置。
6. 【請求項６】 前記切断面は多角形で表され、かつ前記
   蓋の形状は少なくとも１枚の３角形のポリゴンデータで
   表される請求項５記載の画像処理装置。
7. 【請求項７】 前記閉空間化手段は、前記多角形の１つ
   の頂点とこの多角形の輪郭を形成している複数の線分と
   を用いて前記少なくとも1枚のポリゴンデータを演算す
   る演算手段を備える請求項６記載の画像処理装置。
8. 【請求項８】 前記演算手段は、前記１つの頂点と前記
   複数の線分それぞれとから形成される3角形データを前
   記ポリゴンデータとして演算する手段である請求項７記
   載の画像処理装置。
9. 【請求項９】 前記検出手段は、専用ハードウエア化さ
   れ且つ前記オンオフを検出する検出器を備えて構成した
   ことを特徴とする請求項３記載の画像処理装置。
10. 【請求項１０】 仮想３次元空間に閉じたサーフェース
    モデルとして仮想的に設定されるモディファイアボリュ
    ームを用いる画像処理方法であって、 前記モディファイアボリューム内にカメラ視点が位置し
    たか否かを判定し、この結果、前記カメラ視点が前記モ
    ディファイアボリューム内に位置している状態が判定さ
    れたときには、当該カメラ視点に入る視野をクリッピン
    グし、このクリッピングにより前記モディファイアボリ
    ュームが切断された切断面を閉じ、この閉じたモディフ
    ァイアボリュームを用いて当該ボリュームの内側に位置
    する属性を変更することを特徴とする画像処理方法。
11. 【請求項１１】 仮想３次元空間に閉じたサーフェース
    モデルとして仮想的に設定されるモディファイアボリュ
    ームを用いる画像処理のプログラムを記録した記録媒体
    装置であって、 前記モディファイアボリュームの内部にカメラ視点が位
    置したときに当該カメラ視点に入る視野をクリッピング
    する手段と、 このクリッピングにより前記モディファイアボリューム
    が切断された切断面を閉じる手段と、 前記切断面が閉じられたモディファイアボリュームを用
    いて当該モディファイアボリュームの内側に位置するオ
    ブジェクトの属性を変更する手段と、を実行するプログ
    ラムを記録した記録媒体。
12. 【請求項１２】 仮想３次元空間に閉じたサーフェース
    モデルとして仮想的に設定されるモディファイアボリュ
    ームのデータと、このモディファイアボリュームがクリ
    ッピングされたときに、このクリッピングにより形成さ
    れる切断面を閉じるデータとを共に記録した記録媒媒
    体。
13. 【請求項１３】 複数のポリゴンで構成されるモデルを
    仮想３次元空間内に配置し、前記モデルを仮想視点から
    捉えた画像を画面表示する処理を行う画像処理装置にお
    いて、前記モデルを構成するポリゴンとの位置関係に基
    づき前記ポリゴンの属性を変更する属性変更用モデルを
    前記仮想３次元空間内に配置し、前記仮想視点が前記属
    性変更用モデル内にある場合に、クリッピング処理にて
    切り取られてた属性変更用モデルの切断面を閉じること
    を特徴とする画像処理装置。
14. 【請求項１４】 前記属性変更用モデル内に存在するポ
    リゴン又はポリゴンの一部の属性を変更することを特徴
    とする請求項１３記載の画像処理装置。