JP2001084396A - レンダリング方法及び装置、ゲーム装置、並びに立体モデルをレンダリングするためのプログラムを格納したコンピュータ読み取り可能な記録媒体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】非写実的なレンダリングの一例としてセルアニ
メ調の彩色を実現するためのレンダリング手法を提供す
ること。 【解決手段】立体モデル描画処理において、立体モデル
のポリゴンに対し透視変換・光源計算を行う（Ｓ２
５）。そして当該ポリゴンの各頂点における明度を計算
する（Ｓ２７）。また、当該ポリゴンの描画用色を予め
定義された明度範囲ごとに計算する（Ｓ２９）。この描
画用色を予め計算し記憶しておいても良い。次に予め定
義された明度範囲のうち一つを選択する（Ｓ３１）。そ
して、ポリゴン内部の各画素の明度が、選択された明度
範囲内であれば、当該選択された明度範囲に対応する描
画用色で当該画素を描画する（Ｓ３３）。このＳ３１及
びＳ３３を明度範囲を変更して繰り返す（Ｓ３５）。全
てのポリゴンについてＳ２５からＳ３５までの処理を実
施すれば、セルアニメ調の画像が生成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、仮想空間内の立体
モデルをレンダリングする方法及び装置並びにレンダリ
ング・プログラムを格納したコンピュータ読み取り可能
な記録媒体に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、コンピュータ・グラフィックス
（ＣＧ）に関する技術は急速な進歩を遂げている。研究
されているＣＧ技術の多くは、いかにして、より写実的
なレンダリングを行うかというものである。これらの技
術により、より写実的な画像が表現されるようになって
きている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、これら写実的
なレンダリング技術が用いられる一方で、近年では非写
実的なレンダリング（non-photorealistic renderin
g）、すなわち手書き風の画像をＣＧで生成する技術も
望まれている。

【０００４】例えばセルアニメーション（cel animatio
n。以下セルアニメと言う。）において、キャラクター
の様々な状態の画像を人間の手で作成する場合には大き
な手数がかかる。しかしこれらの画像がＣＧで生成でき
れば、その手数を大幅に減少させることができるからで
ある。

【０００５】よって本発明の目的は、非写実的なレンダ
リングの一例としてセルアニメ調の彩色を実現するため
のレンダリング方法及び装置並びにレンダリング・プロ
グラムを格納したコンピュータ読み取り可能な記録媒体
を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の態様に係
る、仮想空間内に配置され且つ複数のポリゴンで構成さ
れた立体モデルをレンダリングするレンダリング方法
は、ポリゴン毎に、ポリゴンの各頂点に対し予め設定さ
れている明度に基づきポリゴンが描画されるべき領域の
第１の明度分布を計算する第１ステップと、明度が一定
の範囲でレベル分けされ且つ各レベルに代表的な明度が
割り当てられており、第１ステップで計算された第１の
明度分布を明度のレベル毎に割り当てられた代表的な明
度に置き換えた第２の明度分布と、ポリゴンに予め設定
された色とに基づいて色分布を生成し、当該色分布でポ
リゴンを描画する第２ステップとを含む。

【０００７】これにより例えばグーロー・シェーディン
グ等の手法により計算される第１の明度分布に比して少
ないレベル数の第２の明度分布から色分布が生成される
ので、セルアニメ調のべた塗りを実現することができ
る。

【０００８】本発明の第２の態様に係るレンダリング方
法は、明度は一定の範囲でレベル分けされており、各々
基準明度が予め対応付けられた複数の明度レベル（例え
ば実施の形態における明度範囲）から、一つずつ明度レ
ベルを選択する第１ステップと、第１ステップで明度レ
ベルが選択される毎に、ポリゴンの各頂点に対して予め
設定されている明度に基づきポリゴンの内部の各画素位
置における明度を計算し、当該各画素位置における明度
が、選択された明度レベルに対応する明度の範囲内であ
る場合のみ、選択された明度レベルに対応する基準明度
及びポリゴンに予め設定された色に基づく色で当該画素
を描画する第２ステップとを含む。

【０００９】第１及び第２ステップを１回だけ実行すれ
ばポリゴンの一部分だけが基準明度に基づく色で彩色さ
れることになるが、第１及び第２ステップを明度レベル
の数だけ繰り返せば、ポリゴン内部は、予め定義された
複数の明度レベルごとに、対応する基準明度に基づく色
で彩色が施されることになる。すなわち、セルアニメ調
のべた塗りを実現することができる。

【００１０】本発明の第２の態様においては、上で述べ
た第１ステップで明度レベルが選択される毎に、選択さ
れた明度レベルに対応する基準明度及びポリゴンに予め
設定された色に基づく色を計算する第３ステップをさら
に含み、上で述べた第２ステップを、ポリゴンの各頂点
に対して予め設定されている明度に基づきポリゴンの内
部の各画素位置における明度を計算し、当該各画素位置
における明度が、選択された明度レベルに対応する明度
の範囲内である場合のみ、上で述べた第３ステップにお
いて計算された色で当該画素を描画するステップとする
ことも可能である。

【００１１】また、本発明の第２の態様においては、上
で述べた第１ステップ以前に、各明度レベルに予め対応
付けられた各基準明度及びポリゴンに予め設定された色
に基づいて、ポリゴンにおける明度レベル毎の色を算出
し、各明度レベルに対応付ける第４ステップをさらに含
み、上で述べた第２ステップを、第１ステップで選択さ
れた明度レベルに対応付けられた色を、選択された明度
レベルに対応する基準明度及びポリゴンに予め設定され
た色に基づく色として当該画素を描画するステップとす
ることも可能である。

【００１２】また、上で述べた第１ステップ以前に、ポ
リゴンの各頂点における明度を、立体モデルに対する光
源計算により導出し、設定する第５ステップをさらに含
むようにすることも可能である。この第５ステップを、
ポリゴンの各頂点の明度を、各頂点の法線ベクトル及び
光源情報に基づいて導出し、設定するステップ又はポリ
ゴンに予め設定した色を考慮して行う立体モデルに対す
る光源計算により導出するステップとすることも可能で
ある

【００１３】さらに上で述べた第１ステップを、予め定
義された２又は３の明度レベルから、一つずつ明度レベ
ルを選択するステップとすることも可能である。実際の
セルアニメでは２又は３色で塗り分けられていることが
多いためである。

【００１４】本発明の第３の態様に係る、仮想空間内に
配置され且つ複数のポリゴンで構成された立体モデルを
レンダリングするレンダリング装置は、ポリゴン毎に、
ポリゴンの各頂点に対し予め設定されている明度に基づ
きポリゴンが描画されるべき領域の第１の明度分布を計
算する計算手段と、明度が一定の範囲でレベル分けされ
且つ各レベルに代表的な明度が割り当てられており、計
算手段により計算された第１の明度分布を明度のレベル
毎に割り当てられた代表的な明度に置き換えた第２の明
度分布と、ポリゴンに予め設定された色とに基づいて色
分布を生成し、当該色分布でポリゴンを描画する描画手
段とを有する。

【００１５】また本発明の第４の態様に係るレンダリン
グ装置は、明度は一定の範囲でレベル分けされており、
各々基準明度が予め対応付けられた複数の明度レベル
（例えば実施の形態における明度範囲）から、一つずつ
明度レベルを選択する選択手段と、選択手段により明度
レベルが選択される毎に、ポリゴンの各頂点に対して予
め設定されている明度に基づきポリゴンの内部の各画素
位置における明度を計算し、当該各画素位置における明
度が、選択された明度レベルに対応する明度の範囲内で
ある場合のみ、選択された明度レベルに対応する基準明
度及びポリゴンに予め設定された色に基づく色で当該画
素を描画する描画手段とを有する。

【００１６】本発明の第１及び第２の態様に係るレンダ
リング方法における各ステップをコンピュータに実行さ
せることにより、上で述べたレンダリング方法と同様の
効果を得ることが可能となる。従って、記載された処理
ステップをコンピュータ等のハードウエアを用いて実行
することにより、これらのハードウエアで本発明のレン
ダリング技術が容易に実施できるようになる。

【００１７】本発明の第５の態様に係る、仮想空間内に
配置され且つ複数のポリゴンで構成された立体モデルを
レンダリングするためのプログラムは、コンピュータ
に、ポリゴン毎に、ポリゴンの各頂点に対して予め設定
されている明度に基づきポリゴンが描画されるべき領域
の第１の明度分布を計算する第１ステップと、明度が一
定の範囲でレベル分けされ且つ各レベルに代表的な明度
が割り当てられており、第１ステップで計算された第１
の明度分布を明度のレベル毎に割り当てられた代表的な
明度に置き換えた第２の明度分布と、ポリゴンに予め設
定された色とに基づいて色分布を生成し、当該色分布で
ポリゴンを描画する第２ステップとを実行させるための
プログラムである。

【００１８】また本発明の第６の態様に係るレンダリン
グのためのプログラムは、コンピュータに、明度は一定
の範囲でレベル分けされており、各々基準明度が予め対
応付けられた複数の明度レベルから、一つずつ明度レベ
ルを選択する第１ステップと、第１ステップで明度レベ
ルが選択される毎に、ポリゴンの各頂点に対して予め設
定されている明度に基づきポリゴンの内部の各画素位置
における明度を計算し、当該各画素位置における明度
が、選択された明度レベルに対応する明度の範囲内であ
る場合のみ、選択された明度レベルに対応する基準明度
及びポリゴンに予め設定された色に基づく色で当該画素
を描画する第２ステップとを実行させるためのプログラ
ムである。

【００１９】本発明の第５及び第６の態様に係るプログ
ラムは、例えばＣＤ−ＲＯＭ、フロッピーディスク、メ
モリカートリッジ、メモリ、ハードディスクなどの記録
媒体又は記憶装置に格納される。このように記録媒体又
は記憶装置に格納されるプログラムをコンピュータに読
み込ませることで上で述べたレンダリング装置及び以下
で述べるゲーム装置を実現できる。また、記録媒体によ
ってこれをソフトウエア製品として装置と独立して容易
に配布、販売することができるようになる。さらに、コ
ンピュータなどのハードウエアを用いてこのプログラム
を実行することにより、これらのハードウエアで本発明
のグラフィックス技術が容易に実施できるようになる。

【００２０】また本発明の第６の態様に係るプログラム
は、本発明の第２の態様に関して述べた変形等を適用す
ることができる。

【００２１】さらに本発明の第７の態様に係る、仮想空
間内に配置され且つ複数のポリゴンで構成された立体モ
デルをレンダリングするゲーム装置は、コンピュータ
と、コンピュータに実行させるプログラムを格納した、
コンピュータ読み取り可能な記録媒体から当該プログラ
ムを読み出す手段とを有している。そしてプログラム
は、コンピュータに、ポリゴン毎に、ポリゴンの各頂点
に対して予め設定されている明度に基づきポリゴンが描
画されるべき領域の第１の明度分布を計算する計算機能
と、明度が一定の範囲でレベル分けされ且つ各レベルに
代表的な明度が割り当てられており、計算機能により計
算された第１の明度分布を明度のレベル毎に割り当てら
れた代表的な明度に置き換えた第２明度分布と、ポリゴ
ンに予め設定された色とに基づいて色分布を生成し、当
該色分布でポリゴンを描画する描画機能とを実施させ
る。

【００２２】また本発明の第８の態様に係るゲーム装置
は、コンピュータと、コンピュータに実行させるプログ
ラムを格納した、コンピュータ読み取り可能な記録媒体
から当該プログラムを読み出す手段とを有している。そ
してプログラムは、コンピュータに、明度は一定の範囲
でレベル分けされており、各々基準明度が予め対応付け
られた複数の明度レベルから、一つずつ明度レベルを選
択する選択機能と、選択機能で明度レベルが選択される
毎に、ポリゴンの各頂点における明度に基づきポリゴン
の内部の各画素位置における明度を計算し、当該各画素
位置における明度が、選択された明度レベルに対応する
明度の範囲内である場合のみ、選択された明度レベルに
対応する基準明度及びポリゴンに予め設定された色に基
づく色で当該画素を描画する描画機能とを実施させる。

【００２３】さらに本発明の第９の態様に係るゲーム装
置は、コンピュータと、コンピュータに実行させるプロ
グラムを格納した、コンピュータ読み取り可能な記録媒
体から当該プログラムを読み出す手段と、読み出された
プログラムに従って、ポリゴン毎に、ポリゴンの各頂点
に対して予め設定されている明度に基づき前記ポリゴン
が描画されるべき領域の第１の明度分布を計算する計算
手段と、読み出されたプログラムに従って、明度が一定
の範囲でレベル分けされ且つ各レベルに代表的な明度が
割り当てられており、計算手段により計算された第１の
明度分布を明度のレベル毎に割り当てられた代表的な明
度に置き換えた第２明度分布と、ポリゴンに予め設定さ
れた色とに基づいて色分布を生成し、当該色分布でポリ
ゴンを描画する描画手段とを有する。

【００２４】本発明の第１０の態様に係るゲーム装置
は、コンピュータと、コンピュータに実行させるプログ
ラムを格納した、コンピュータ読み取り可能な記録媒体
から当該プログラムを読み出す手段と、読み出されたプ
ログラムに従って、明度は一定の範囲でレベル分けされ
ており、各々基準明度が予め対応付けられた複数の明度
レベルから、一つずつ明度レベルを選択する選択手段
と、読み出されたプログラムに従って、選択手段で明度
レベルが選択される毎に、ポリゴンの各頂点における明
度に基づきポリゴンの内部の各画素位置における明度を
計算し、当該各画素位置における明度が、選択された明
度レベルに対応する明度の範囲内である場合のみ、選択
された明度レベルに対応する基準明度及びポリゴンに予
め設定された色に基づく色で当該画素を描画する描画手
段とを有する。

【００２５】

【発明の実施の形態】最初に、本発明をコンピュータ・
プログラムにより実施する場合において当該コンピュー
タ・プログラムを実行するコンピュータ１０００の一例
を図１に示す。コンピュータ１０００はコンピュータ本
体１０１を含んでおり、このコンピュータ本体１０１
は、その内部バス１１９に接続された演算処理部１０
３、メモリ１０５、ハードディスク・ドライブＨＤＤ１
０７、サウンド処理部１０９、グラフィックス処理部１
１１、ＣＤ−ＲＯＭドライブ１１３、通信インターフェ
ース１１５、及びインターフェース部１１７を含む。

【００２６】このコンピュータ本体１０１のサウンド処
理部１０９はスピーカーであるサウンド出力装置１２５
に、グラフィックス処理部１１１は表示画面を有する表
示装置１２１に接続されている。また、ＣＤ−ＲＯＭド
ライブ１１３にはＣＤ−ＲＯＭ１３１を装着し得る。通
信インターフェース１１５はネットワーク１５１と通信
媒体１４１を介して接続する。インターフェース部１１
７には入力装置１６１が接続されている。

【００２７】演算処理部１０３は、ＣＰＵやＲＯＭなど
を含み、ＨＤＤ１０７やＣＤ−ＲＯＭ１３１上に格納さ
れたプログラムを実行し、コンピュータ１０００の制御
を行う。メモリ１０５は、演算処理部１０３のワークエ
リアである。ＨＤＤ１０７は、プログラムやデータを保
存するための記憶領域である。サウンド処理部１０９
は、演算処理部１０３により実行されているプログラム
がサウンド出力を行うよう指示している場合に、その指
示を解釈して、サウンド出力装置１２５にサウンド信号
を出力する。

【００２８】グラフィックス処理部１１１は、演算処理
部１０３から出力される描画命令に従って、表示装置１
２１の表示画面に表示を行うための信号を出力する。Ｃ
Ｄ−ＲＯＭドライブ１１３は、ＣＤ−ＲＯＭ１３１上の
プログラム及びデータを読み出す。通信インターフェー
ス１１５は、通信媒体１４１を介してネットワーク１５
１に接続し、他のコンピュータ等と通信を行う。インタ
ーフェース部１１７は、入力装置１６１からの入力をメ
モリ１０５に出力し、演算処理部１０３がそれを解釈し
て演算処理を実施する。

【００２９】本発明に係るプログラム及びデータは最初
例えばＣＤ−ＲＯＭ１３１に記憶されている。そして、
このプログラム及びデータは実行時にＣＤ−ＲＯＭドラ
イブ１１３により読み出されて、メモリ１０５にロード
される。演算処理部１０３はメモリ１０５にロードされ
た、本発明に係るプログラム及びデータを処理し、描画
命令をグラフィックス処理部１１１に出力する。なお、
中間的なデータはメモリ１０５に記憶される。グラフィ
ックス処理部１１１は演算処理部１０３からの描画命令
に従って処理をし、表示装置１２１の表示画面に表示を
行うための信号を出力する。

【００３０】次に図１に示されたグラフィックス処理部
１１１の一例を図２を用いて詳細に説明する。グラフィ
ックス処理部１１１は、内部バス１１９とのやり取りを
行うバス制御部２０１、バス制御部２０１とデータのや
り取りを行う幾何演算部２０７及び三角形描画処理部２
０５、三角形描画処理部２０５からのデータを受け取り
処理を実施するピクセルカラー処理部２０９、各画素の
Ｚ値を格納し且つピクセルカラー処理部２０９により使
用されるＺバッファ２１１、及びピクセルカラー処理部
２０９からの表示画面用データを格納するフレーム・バ
ッファ２１３とを含む。なお、フレーム・バッファ２１
３からの表示信号は、表示装置１２１に出力される。

【００３１】グラフィックス処理部１１１のバス制御部
２０１は、演算処理部１０３から出力された描画命令を
内部バス１１９を介して受信し、グラフィックス処理部
１１１内の幾何演算部２０７又は三角形描画処理部２０
５に出力する。場合によっては、幾何演算部２０７又は
三角形描画処理部２０５の出力を内部バス１１９を介し
てメモリ１０５に出力するための処理をも行う。幾何演
算部２０７は、座標変換、光源計算、回転、縮小拡大等
の幾何演算を実施する。幾何演算部２０７は、幾何演算
の結果を、三角形描画処理部２０５に出力する。

【００３２】三角形描画処理部２０５は、三角形ポリゴ
ンの各頂点のデータを補間して、三角形ポリゴン内部の
各点におけるデータを生成する。ピクセルカラー処理部
２０９は、三角形描画処理部２０５が生成する三角形ポ
リゴン内部の各点におけるデータを使用して、フレーム
バッファ２１３に表示画像を書き込む。この際、Ｚバッ
ファ２１１を使用して隠面消去を行う。本発明では特
に、三角形描画処理部２０５が透明度を表すα値を三角
形ポリゴン内部の各点について生成するので、ピクセル
カラー処理部２０９は、このα値が一定範囲内である場
合にのみ、その点における色をフレームバッファ２１３
の所定の位置に記憶する処理をも実施する。

【００３３】例えば、演算処理部１０３が、グラフィッ
クス処理部１１１に、世界座標系における三角形ポリゴ
ンの各頂点の位置及び色並びに光源に関する情報をデー
タとし、透視変換及び光源計算を行う描画命令を出力し
た場合には、以下のような処理がグラフィックス処理部
１１１内で実施される。

【００３４】描画命令を受信したバス制御部２０１は命
令を幾何演算部２０７に出力する。幾何演算部２０７
は、透視変換及び光源計算を実施し、三角形ポリゴンの
各頂点のスクリーン座標系における座標値（Ｚ値を含
む）及び色を計算する。幾何演算部２０７は、この計算
結果を三角形描画処理部２０５に出力する。三角形描画
処理部２０５は、三角形ポリゴンの各頂点における座標
値（Ｚ値を含む）及び色を用いて、三角形ポリゴン内部
の各画素における座標値（Ｚ値を含む）及び色を計算す
る。さらに、三角形描画処理部２０５は、この各画素に
おける座標値（Ｚ値を含む）及び色をピクセルカラー処
理部２０９に出力する。

【００３５】ピクセルカラー処理部２０９は、Ｚバッフ
ァ２１１から当該画素の現在のＺ値を読み出して、三角
形描画処理部２０５から出力されたＺ値と比較する。も
し、出力されたＺ値が現在のＺ値より小さければ、ピク
セルカラー処理部２０９は、出力されたＺ値を当該画素
に対応するＺバッファ２１１内の記憶位置に格納し、当
該画素の座標値に対応するフレーム・バッファ２１３内
の記憶位置に当該画素の色を格納する。

【００３６】以下に示す各実施の形態は、図１に示され
たコンピュータによって実施される。

【００３７】１．実施の形態１ 次に本発明の実施の形態１の概略を図３の機能ブロック
図を用いて説明する。実施の形態１では、光源計算部４
００、明度計算部４１０、明度範囲テーブル４３０、描
画用色計算部４２０、明度範囲設定部４４０、及び明度
比較部４５５を含む描画部４５０を含む。

【００３８】光源計算部４００は、例えば仮想三次元空
間に配置された立体モデル内のポリゴンの各頂点につい
てスクリーン上に透視変換を行い、透視変換されたポリ
ゴンの各頂点について光源計算を行う。光源計算は、光
源から発せられた仮想的な光線により生じる陰影（輝
度）を計算するものである。次に、明度計算部４１０
は、光源計算部４００が計算したポリゴンの各頂点にお
ける色から明度を計算する。通常光源計算部４００はＲ
ＢＧ系における色を計算するので、明度計算部４１０は
このＲＧＢをＹＩＱ変換して明度Ｙを求める。このポリ
ゴンの各頂点における明度は、描画部４５０に出力され
る。

【００３９】一方、実施の形態１においては、明度範囲
テーブル４３０を用意しておく。この明度範囲テーブル
４３０は、例えば図４のようなテーブルである。すなわ
ち、しきい値と基準明度が対となったテーブルで、ここ
ではしきい値０．７５に対して基準明度０．７５、しき
い値０．５に対して基準明度０．５０、しきい値０．０
０に対して基準明度０．２５と三段階（レベル）に設定
されている。なお、ここでは明度は０から１までの値を
とるものとする。しきい値ではなく、上限及び下限によ
る範囲の指定でも良い（例えば図９参照）。この明度範
囲テーブル４３０を参照して、描画用色計算部４２０は
各しきい値に対応する描画用色を計算する。各しきい値
に対応する描画用色は、しきい値に対応する基準明度と
各ポリゴンに予め設定されている色の情報を用いて計算
する。計算した描画用色を描画用色計算部４２０は描画
部４５０に出力する。

【００４０】明度範囲設定部４４０は、明度範囲テーブ
ル４３０の１つのしきい値を選択して、描画部４５０に
設定する。明度範囲設定部４４０は、図４のような明度
範囲テーブル４３０をそのまま使用する場合には上から
順番に一つずつ設定していく。しきい値ではなく上限及
び下限による範囲が指定されている場合には、ランダム
に選択・設定可能である。

【００４１】描画部４５０は、明度計算部４１０から出
力されたポリゴンの各頂点における明度を補間して、ポ
リゴン内部の各画素における明度（ポリゴンにおける明
度分布）を計算する。この計算は例えば図２の三角形描
画処理部２０５で行われる。補間の方式は、グーロー・
シェーディングのアルゴリズムでも、フォン・シェーデ
ィングのアルゴリズムでも良い。

【００４２】そして、この各画素における明度と明度範
囲設定部４４０が設定したしきい値とを明度比較部４５
５が比較し、もし画素における明度がしきい値以上であ
れば、このしきい値に対応する基準明度に基づく描画用
色で当該画素を描画する。もし画素における明度がしき
い値未満であれば、この画素をこの段階では描画しな
い。この比較処理を含む描画処理は例えば図２のピクセ
ルカラー処理部２０９で行われる。明度範囲設定部４４
０が明度範囲テーブル４３０の全てのしきい値について
設定し、それに対応して描画部４５０がポリゴン内の全
ての画素について処理を行えば、ポリゴン内部が図４の
例では３段階に塗り分けられる。

【００４３】なお、上で述べた処理では予め描画用色が
計算されているので分かりにくいが、上の処理は、各画
素における明度（ポリゴンにおける明度分布）がその明
度が属する明度範囲に対応する基準明度と置き換えられ
（ポリゴンにおける第２の明度分布が生成され）、ポリ
ゴンに予め設定された色とその基準明度とから生成され
る描画用色（ポリゴンにおける色分布）で描画する処理
と実質的に同じである。

【００４４】なお、図４のような明度範囲テーブル４３
０をそのまま使用する場合には、さらにＺバッファによ
る隠面消去が必要となる。例えば図４に従えば、０．７
５以上という明度は０．５以上でも０．０以上でもある
から、重ねて描画用色が塗られないように明度範囲の上
限値を設定するためである。もしある画素の明度が０．
７５以上であれば、このしきい値０．７５に対応する描
画用色でこの画素は描画され、その画素のＺ値がＺバッ
ファに記憶される。

【００４５】しきい値が０．５になった場合には、当該
画素のＺ値がＺバッファから読み出され、書き込もうと
する同じ画素のＺ値と比較されるが、当然それらは同じ
であるから、しきい値０．５に対応する描画用色はその
画素についてはフレーム・バッファに書き込まれない。
しきい値０．０についても同じである。

【００４６】また、ポリゴンの頂点及びポリゴン内部の
画素における明度は、通常は透明度として使われるαと
いう色（ＲＧＢ）の属性値として取り扱われる。通常α
値は０−２５５の範囲で定義されるので、実際に属性値
αには明度を２５５倍したものを使用する。よって、明
度範囲テーブル４３０のしきい値（上限及び下限値）は
０−２５５の範囲の値であっても良い。

【００４７】次に、実施の形態１についての処理フロー
を説明する。 ［全体の処理フロー］図５に実施の形態１の全体の処理
フローを示す。処理が開始すると、まず仮想空間内の状
態を設定する（ステップＳ２）。これは、例えば視点の
位置を変更したり、光源の位置を変更したり、立体モデ
ルを移動させたり、立体モデルを変形したりした場合
に、それに応じて仮想空間内の状態を変更する処理であ
る。次に、実施の形態１における立体モデル描画処理を
実施する（ステップＳ３）。これについては図６を用い
て詳細に説明する。そして、このステップＳ２及びＳ３
を処理終了まで繰り返す（ステップＳ４）。

【００４８】［立体モデル描画処理］では図６を用いて
実施の形態１の立体モデル描画処理のフローを説明す
る。まず、初期設定を行う（ステップＳ２３）。この初
期設定では、立体モデルに対応する明度範囲テーブル
（例えば図４又は図９）を取得する。次に、その立体モ
デルのあるポリゴンに対し透視変換及び光源計算を行う
（ステップＳ２５）。透視変換は、世界座標系のポリゴ
ンの各頂点の座標値をスクリーン座標系における座標値
に変換するものである。光源計算は、光源から発せられ
た仮想的な光線により生じる陰影（輝度）を計算するも
のである。

【００４９】なお、本発明において光源計算には２つの
手法がある。（Ａ）ポリゴンに定義されたマテリアルの
色を考慮した手法及び（Ｂ）マテリアルの色を考慮しな
い手法である。（Ａ）の場合には、以下の式で計算す
る。

【数１】

【００５０】なお、Ｐn0，Ｐn1，Ｐn2，Ｎnx，Ｎny，Ｎ
nz，Ｐnr，Ｐng，Ｐnb，Ｃnr，Ｃng，Ｃnbのｎはｎ番目
の頂点を示している。Ｎnxはｎ番目の頂点における法線
のｘ成分、Ｎnyはｎ番目の頂点における法線のｙ成分、
Ｎnzはｎ番目の頂点における法線のｚ成分である。Ligh
tMatrixは正規化光源ベクトルにより作られる行列であ
って、３つまで平行光源を定義できる場合を以下に示
す。また、LColorMatrixは光源から発せられる光線の色
を成分として有しており、３つまで光源を定義できる場
合を以下に示す。Ｍはポリゴンのマテリアルの色を意味
し、ｒｇｂはその成分を示す。（Ａ）の場合の出力は、
Ｃnr、Ｃng、Ｃnbである。

【数２】

【００５１】なお、Ｌ_0x，Ｌ_0y，Ｌ_0zは正規化光源ベク
トル０の成分であり、Ｌ_1x，Ｌ_1y，Ｌ_1zは正規化光源ベ
クトル１の成分であり、Ｌ_2x，Ｌ_2y，Ｌ_2zは正規化光源
ベクトル２の成分である。また、光源ベクトル０の光線
の色は、ＬＣ_0r，ＬＣ_0g，ＬＣ_0bが成分であり、光源ベ
クトル１の光線の色は、ＬＣ_1r，ＬＣ_1g，ＬＣ_1bが成分
であり、光線ベクトル２の光線の色は、ＬＣ_2r，Ｌ
Ｃ_2g，ＬＣ_2bが成分である。なお、色の各成分は０．０
から１．０の間の値をとる。例えば、光源０のみ存在
し、ＸＹＺ軸に対して４５度の角度で白色光を使用する
場合には、以下のような行列となる。

【数３】

【００５２】また（Ｂ）の場合には以下の式で計算す
る。

【数４】

【００５３】２つの計算式の結果は当然異なっており、
（Ａ）の計算結果が正しい。但し、（Ｂ）は（Ａ）に比
し計算量が少ないので処理を高速化できる。なお、通常
画像の質は変わらない。

【００５４】次に、ポリゴンの各頂点における明度を計
算する（ステップＳ２７）。明度の計算ではＹＩＱ変換
を行う。頂点における色を上で述べた（Ａ）の手法にて
求めた場合には、以下のような式で計算する。

【数５】

【００５５】頂点における色を上で述べた（Ｂ）の手法
にて求めた場合には、以下のような式で計算する。

【数６】

【００５６】なお、数値の入っている行列は、ＲＧＢか
らＹＩＱへの変換のための３×３行列の第１行目であ
る。念のため３×３行列（変換行列）を以下に示してお
く。

【数７】

【００５７】図７に透視変換前の立体モデルのデータ構
造について示す。図７（ａ）は立体モデルのデータ構造
で、三角形ポリゴンは全部でＮ個ある。各三角形ポリゴ
ンは、図７（ｂ）に示すように、マテリアルの色（ＹＩ
Ｑ）と、頂点データ・インデックス（ＩＤＸ）を３つ有
する。ここではマテリアルの色をＹＩＱ系で有すること
にしているが、ＲＧＢ系で有していても良い。頂点デー
タＩＤＸを用いれば、図７（ｃ）に示す頂点データ・テ
ーブルから頂点に関する情報を得ることができる。

【００５８】頂点データ・テーブルには、各頂点データ
ＩＤＸ毎に、当該頂点の三次元座標（Ｐ_nx，Ｐ_ny，
Ｐ_nz）と、法線ベクトル（Ｎnx，Ｎny，Ｎnz）が記憶さ
れている（ｎは頂点番号）。透視変換を行うと、三角形
ポリゴンのデータ構造は変化する。図７（ｂ）に対応す
るものを図８に示す。各頂点毎に、スクリーン座標系に
おける座標値（ｘ，ｙ，ｚ）及び当該頂点における色
（ｒ，ｇ，ｂ）及びα値を記憶することになる。このα
値を記憶する領域にステップＳ２７で計算した明度を記
憶する。また、以下で詳細に説明するが、三角形描画処
理部２０５が処理を行う場合には、３つの頂点共色
（ｒ，ｇ，ｂ）には明度範囲に対応する描画用色を格納
する。なお、明度は０．０から１．０の範囲であるが、
α値は０から２５５の整数であるから、α値としては明
度の２５５倍したものを使用する。

【００５９】では図６に戻って処理フローを説明する。
ステップＳ２７の後に、ポリゴンの描画用色を計算する
（ステップＳ２９）。ポリゴンの描画用色は、明度範囲
テーブルに格納された各明度範囲に対応する基準明度と
当該ポリゴンの色から計算する。例えばポリゴンの色を
ＹＩＱ系の色として保持している場合には、ＹＩＱのう
ちＩＱのみを使用し、各基準明度Ｔnを使用して以下の
式で計算する。

【数８】

【００６０】基準明度Ｔnが３つあれば（Ｔ1，Ｔ2，Ｔ
3）、描画用色は３つ求まる。なお、ポリゴンの色をＹ
ＩＱ系の色として保持していない場合、すなわちＲＧＢ
系の色として保持している場合には、上で示した変換行
列でＲＧＢからＹＩＱへ変換する計算を行う。また、計
算結果は異なるが、高速に描画用色を計算する必要があ
る場合には、以下のような計算を行う。

【数９】

【００６１】Ｍはポリゴンのマテリアルの色という意味
である。上の２式では計算結果が異なり、画質も少し異
なるが、二番目の方がほぼ同様の画像を高速に得ること
ができる。

【００６２】次に明度範囲テーブルの明度範囲を選択す
る（ステップＳ３１）。なお本実施の形態では図４に示
した明度範囲テーブルを用いているが、図９のような明
度範囲テーブルを用いることもできる。図９は上限及び
下限により明度範囲が指定されたテーブルの例を示して
いる。すなわち、明度範囲の上限１．００と下限０．７
５に対して基準明度０．７５、明度範囲の上限０．７４
と下限０．５０に対して基準明度０．５０、明度範囲の
上限０．４９と下限０．００に対して基準明度０．２５
が設定されている。このような明度範囲テーブルを使用
する場合には上限及び下限を含む明度範囲をランダムに
選択し、設定することができる。但し図９は少数第２位
まで有効なコンピュータの場合を示している。以下で説
明する明度比較処理において各画素の明度と上限及び下
限の２つの明度値との比較が簡単に行えない場合には、
明度範囲を例えば図９の上から順番に選択する。そして
この場合下限値のみで処理していくことになる。

【００６３】この後、このポリゴンの頂点における明度
を補間して、当該ポリゴン内部の各画素における明度
（ポリゴンにおける明度分布）を計算する。頂点の色も
補間されるが、３頂点共同じ描画用色なので補間しても
結果は同じである。そして、当該画素における明度が、
選択された明度範囲内であれば、当該選択された明度範
囲に対応する描画用色で描画する（ステップＳ３３）。
明度の補間処理は例えば図２における三角形描画処理部
２０５が実施する。各画素における明度が、選択された
明度範囲内であるかの比較処理は、例えばピクセルカラ
ー処理部２０９が実施する。このステップＳ３１及びＳ
３３を、全ての明度範囲について処理するまで繰り返す
（ステップＳ３５）。

【００６４】例えばピクセルカラー処理部２０９が上限
及び下限の２つの明度値を取り扱うことができない場合
には、Ｚバッファ２１１を併用することにより同一の効
果を得ることができる。Ｚバッファ２１１は隠面消去に
使われるが、本実施の形態では明度の上限値比較機能と
同様の効果を奏する。

【００６５】例えば図４のような明度範囲テーブルがあ
った場合には、まずしきい値０．７５を選択する。そし
て演算処理部２０３からの命令により三角形描画処理部
２０５は、ポリゴンの各頂点の明度及び座標（Ｚ値を含
む）を補間して、各画素の明度及び座標（Ｚ値を含む）
を計算して行く。なお、３頂点とも色をしきい値０．７
５に対応する描画用色に設定しておくと、補間を行って
も各画素の色は描画用色になる。

【００６６】演算処理部２０３からの命令によりピクセ
ルカラー処理部２０９は、画素の明度としきい値０．７
５とを比較し且つ補間により求められたその画素のＺ値
とＺバッファ２１１に格納されたその画素のＺ値を比較
する。もし画素の明度がしきい値０．７５以上で且つ補
間により求められたその画素のＺ値がＺバッファ２１１
に格納されたその画素のＺ値より小さければ、ピクセル
カラー処理部２０９はフレーム・バッファ２１３にその
画素の色として、しきい値０．７５に対応する描画用色
を書き込む。

【００６７】このポリゴンの描画が初めてで、明度が
０．７５以上であれば描画用色が書き込まれる。図１０
（ａ）に、三角形ポリゴン６０１及び三角形ポリゴン６
０２の２つの例を示している。三角形ポリゴン６０１の
頂点Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３のそれぞれの明度は０．
０、１．０、１．０に設定されている。また三角形ポリ
ゴン６０２の頂点Ｐ２１、Ｐ２２、Ｐ２３のそれぞれの
明度は０．０、０．５、１．０に設定されている。上で
述べた処理を実施すると、各三角形ポリゴン内の塗られ
ている部分が描画用色で彩色される。

【００６８】次に、しきい値０．５を選択する。そして
演算処理部２０３からの命令により三角形描画処理部２
０５は、ポリゴン内部の各画素の明度及び座標（Ｚ値を
含む）を計算する。演算処理部２０３からの命令により
ピクセルカラー処理部２０９は、画素の明度としきい値
０．５とを比較し且つ計算により求められたその画素の
Ｚ値とＺバッファ２１１に格納されたその画素のＺ値を
比較する。もし画素の明度がしきい値０．５以上で且つ
計算により求められたその画素のＺ値がＺバッファ２１
１に格納されたその画素のＺ値より小さければ、ピクセ
ルカラー処理部２０９はフレーム・バッファ２１３にそ
の画素の色として、しきい値０．５に対応する描画用色
を書き込む。

【００６９】もし、Ｚバッファ２１１を使用しないと、
図１０（ｂ）のように、明度１．０から０．５の領域が
しきい値０．５に対応する描画用色で彩色されてしま
う。明度０．７５以上の領域については、Ｚバッファ２
１１に格納されたＺ値と計算により求められたＺ値とは
同じであるから、明度０．７５以上の領域についてはし
きい値０．５に対応する描画用色はフレーム・バッファ
２１３に書き込まれない。すなわち、図１０（ｃ）に示
したように、明度０．５から０．７４の領域と明度０．
７５以上の領域には異なる描画用色が彩色される。

【００７０】図４の例で、しきい値０．０について同じ
ように処理を行った結果を図１１に示す。図１１におけ
る三角形ポリゴン６０１の頂点Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３
のそれぞれの明度は０．０、１．０、１．０に設定され
ている。また三角形ポリゴン６０２の頂点Ｐ２１、Ｐ２
２、Ｐ２３のそれぞれの明度は０．０、０．５、１．０
に設定されている。点線で囲まれた数字すなわち０．５
及び０．７５は明度のしきい値を示している。このよう
に各三角形ポリゴンは３つの領域に分けられて描画用色
が彩色されることになる。

【００７１】図１２にグーローシェーディングの結果を
示す。図１２における三角形ポリゴン６１１の頂点Ｐ３
１、Ｐ３２、Ｐ３３のそれぞれの明度は０．０、１．
０、１．０に設定されている。また三角形ポリゴン６１
２の頂点Ｐ４１、Ｐ４２、Ｐ４３のそれぞれの明度は
０．０、０．５、１．０に設定されている。すなわち各
頂点の明度はそれぞれ図１１に示した三角形ポリゴン６
０１及び６０２と同じである。しかし、グーローシェー
ディングでは補間により滑らかに明度が変化しているの
に対し、図１１では区分けされた領域の境界のみ明度が
変化する。すなわち、明度がフラットである領域が３つ
存在しており、セルアニメ調になっていることがわか
る。

【００７２】なお、明度範囲テーブルの最も小さい下限
値の値が０．０でない場合もある。ポリゴン内で何も色
が付されていない部分を無くすため、図６ステップＳ３
５の繰り返しにおいては、最後の繰り返しで下限値を
０．０にしてステップＳ３１及びＳ３３を実施する。

【００７３】以上ステップＳ２５乃至Ｓ３５までを全て
のポリゴンについて処理するまで繰り返す（ステップＳ
３７）。これにより、立体モデルの全てのポリゴンが所
定の段階の明度で塗り分けられ、セルアニメ調の画像を
得ることができるようになる。さらに、これらの処理は
コンピュータにて高速に実行することができるので、リ
アルタイムに描画できる。

【００７４】上で述べた明度範囲テーブルは立体モデル
ごとに最適なものを作成する方がよい。但し、立体モデ
ルをいくつかのカテゴリに分けて、そのカテゴリ毎に明
度範囲テーブルを用意するようにしても良い。明度範囲
テーブルに含まれる明度範囲数は、現実のセルアニメに
合わせて、２又は３にすることが考えられる。但し、以
上述べたような処理では図６のステップＳ３５における
繰り返し回数が増えるだけであるから、２以上のいずれ
の数にすることも容易に可能である。但し、繰り返し回
数が増えるので数が増えれば処理は遅くなって行く。

【００７５】２．実施の形態２ 実施の形態２は実施の形態１と異なり、描画用色をリア
ルタイムで計算するのではなく、予め計算しておき、デ
ータとして格納しておく。このようにすれば、実施の形
態１より処理速度が速くなる。なお、実施の形態１では
ポリゴンのマテリアルの色と明度範囲テーブルの基準輝
度から計算していたので、ポリゴン１つ当り一色分のデ
ータを有していれば良かったが、実施の形態２ではポリ
ゴン１つ当り明度範囲テーブルの行数分の色データを保
持する必要がある。

【００７６】実施の形態２の機能ブロック図を図１３に
示す。実施の形態２では、光源計算部５００、明度計算
部５１０、明度範囲テーブル５３０、明度範囲設定部５
４０、明度比較部５５５を含む描画部４５０、及び描画
用色格納部５２０を含む。実施の形態１と異なる点は描
画用色計算部４２０の代わりに描画用色格納部５２０が
含まれることである。

【００７７】描画用色格納部５２０は、例えば図４のよ
うな明度範囲テーブルを使用する場合には、各ポリゴン
につき３つの描画用色データを保管する必要がある。す
なわち、ポリゴンがＮ個ある場合には、ポリゴン０の第
１の明度範囲に対応する（Ｃ'_01r，Ｃ'_01g，Ｃ'_01b）、
ポリゴン０の第２の明度範囲に対応する（Ｃ'_02r，Ｃ'
_02g，Ｃ'_02b）、ポリゴン０の第３の明度範囲に対応す
る（Ｃ'_03r，Ｃ'_03g，Ｃ'_03b）から、ポリゴンＮ−１の
第１の明度範囲に対応する（Ｃ'_(N-1)1r，Ｃ'_{(N- 1)1g}，
Ｃ'_(N-1)1b）、ポリゴンＮ−１の第２の明度範囲に対応
する（Ｃ'_(N-1)2r，Ｃ'_(N-1)2g，Ｃ'_(N-1)2b）、ポリゴ
ンＮ−１の第３の明度範囲に対応する（Ｃ'_(N-1)3r，
Ｃ'_(N-1)3g，Ｃ'_(N-1)3b）を保管する。

【００７８】描画部５５０は、明度範囲設定部５４０に
より設定された明度範囲に対応する描画用色を描画用色
格納部５２０から取り出す。描画用色格納部５２０は例
えばＣＤ−ＲＯＭ１３１又はＨＤＤ１０７である。

【００７９】光源計算部５００は、例えば仮想三次元空
間に配置された立体モデル内のポリゴンの各頂点につい
てスクリーン上に透視変換を行い、透視変換されたポリ
ゴンの各頂点について光源計算を行う。次に、明度計算
部５１０は、光源計算部５００が計算したポリゴンの各
頂点における色から明度Ｙを計算する。このポリゴンの
各頂点における明度は、描画部５５０に出力される。例
えば図４のような明度範囲テーブル５３０を用意されて
いる場合には、明度範囲設定部５４０は、明度範囲テー
ブル５３０の１つのしきい値を上から順次選択して、描
画部５５０に設定する。

【００８０】描画部５５０では、明度計算部５１０から
出力されたポリゴンの各頂点における明度を補間して、
ポリゴン内部の各画素における明度を計算する。ここで
は各頂点のＺ値も補間して、ポリゴン内部の各画素にお
けるＺ値をも計算する。この計算は例えば図２の三角形
描画処理部２０５で行われる。そして、この各画素にお
ける明度と明度範囲設定部５４０が設定したしきい値と
を明度比較部５５５が比較し且つＺバッファから当該画
素の現在のＺ値を取り出し補間により計算されたＺ値と
比較し、当該画素における明度がしきい値より大きく且
つ現在のＺ値より補間により計算されたＺ値の方が小さ
い場合には、このしきい値に対応する描画用色で当該画
素を描画する。

【００８１】もし画素における明度がしきい値未満又は
現在のＺ値が補間により計算されたＺ値以上である場合
には、この画素をこの段階では描画しない。この比較処
理を含む描画処理は例えば図２のピクセルカラー処理部
２０９で行われる。明度範囲設定部５４０が明度範囲テ
ーブル５３０の全てのしきい値について設定し、それに
対応して描画部５５０がポリゴン内の全ての画素につい
て処理を行えば、ポリゴン内部が図４の例では３段階に
塗り分けられる。

【００８２】［全体の処理フロー］図５に示された限り
において、実施の形態１の全体の処理フローは、実施の
形態２でも同じである。すなわち、まず仮想空間内の状
態を設定する（ステップＳ２）。次に、実施の形態２に
おける立体モデル描画処理を実施する（ステップＳ
３）。これについては図１４を用いて詳細に説明する。
そして、このステップＳ２及びＳ３を処理終了まで繰り
返す（ステップＳ４）。

【００８３】［立体モデル描画処理］図１４に実施の形
態２における立体モデル描画処理のフローを示す。図６
との差異は、図１４のステップＳ５３の初期設定の処理
内容が図６のステップＳ２３の処理内容と異なる点と、
図６のステップＳ２９が図１４のステップＳ５９と置き
換わった点にある。すなわち、図６ではその都度描画用
色を計算していたが、実施の形態２では予め計算且つ格
納しておくので、ステップＳ５３において描画する立体
モデル用の描画用色データを予め取り込む処理が必要と
なる。また、ステップＳ５９においてポリゴンの描画用
色を読み出す処理が必要となる。なお、ステップＳ５９
をステップＳ５５及びＳ５７の前に行っても、ステップ
Ｓ６１の後に行っても、それらのステップと並行して行
っても良い。予め計算且つ格納されているので、実際に
使用するまでに読み出せば良い。

【００８４】では図１４を具体的に説明する。まず初期
設定を行う（ステップＳ５３）。この初期設定では、立
体モデルに対応する明度範囲テーブル及び描画用色デー
タを取得する。次に、その立体モデルのあるポリゴンに
対し透視変換及び光源計算を行う（ステップＳ５５）。
実施の形態１で説明した（Ａ）ポリゴンに定義されたマ
テリアルの色を考慮した手法及び（Ｂ）マテリアルの色
を考慮しない手法は実施の形態２でも適用可能である。

【００８５】次に、ポリゴンの各頂点における明度を計
算する（ステップＳ５７）。そして当該ポリゴンの描画
用色を読み出す（ステップＳ５９）。明度範囲テーブル
の明度範囲を選択する（ステップＳ６１）。ここでは図
４のような明度範囲テーブルを使用することとし、図４
の明度範囲を上から順番に選択・設定することにする。
この後、このポリゴンの頂点における明度を補間して、
当該ポリゴン内部の各画素における明度を計算する。

【００８６】そして、当該画素における明度が、選択さ
れた明度範囲内であれば、当該選択された明度範囲に対
応する描画用色で描画する（ステップＳ６３）。明度の
補間処理は例えば図２における三角形描画処理部２０５
が実施する。各画素における明度が、選択された明度範
囲内であるかの比較処理は、例えばピクセルカラー処理
部２０９が実施する。このステップＳ６１及びＳ６３
を、全ての明度範囲について処理するまで繰り返す（ス
テップＳ６５）。

【００８７】ステップＳ６３では、Ｚバッファ２１１を
併用している。図４のような明度範囲テーブルがあった
場合には、まずしきい値０．７５を選択する。そして演
算処理部２０３からの命令により三角形描画処理部２０
５は、ポリゴンの各頂点の明度及び座標（Ｚ値を含む）
を補間して、各画素の明度及び座標（Ｚ値を含む）を計
算して行く。演算処理部２０３からの命令によりピクセ
ルカラー処理部２０９は、画素の明度としきい値０．７
５とを比較し且つ補間により求められたその画素のＺ値
とＺバッファ２１１に格納されたその画素のＺ値を比較
する。

【００８８】もし画素の明度がしきい値０．７５以上で
且つ補間により求められたその画素のＺ値がＺバッファ
２１１に格納されたその画素のＺ値より小さければ、ピ
クセルカラー処理部２０９はフレーム・バッファ２１３
にその画素の色として、しきい値０．７５に対応する描
画用色を書き込む。次に、しきい値０．５を選択する。
そして演算処理部２０３からの命令により三角形描画処
理部２０５は、ポリゴン内部の各画素の明度及び座標
（Ｚ値を含む）を計算する。ピクセルカラー処理部２０
９は、画素の明度としきい値０．５とを比較し且つ計算
により求められたその画素のＺ値とＺバッファ２１１に
格納されたその画素のＺ値を比較する。

【００８９】もし画素の明度がしきい値０．５以上で且
つ計算により求められたその画素のＺ値がＺバッファ２
１１に格納されたその画素のＺ値より小さければ、ピク
セルカラー処理部２０９はフレーム・バッファ２１３に
その画素の色として、しきい値０．５に対応する描画用
色を書き込む。明度０．７５以上の領域については、Ｚ
バッファ２１１に格納されたＺ値と計算により求められ
たＺ値とは同じであるから、明度０．７５以上の領域に
ついてはしきい値０．５に対応する描画用色はフレーム
・バッファ２１３に書き込まれない。同様にしきい値
０．０について処理する。

【００９０】以上ステップＳ５５乃至Ｓ６５までを全て
のポリゴンについて処理するまで繰り返す（ステップＳ
６７）。これにより、立体モデルの全てのポリゴンが所
定の段階の明度で塗り分けられ、セルアニメ調の画像を
得ることができるようになる。さらに、これらの処理は
コンピュータにて高速に実行することができるので、リ
アルタイムに描画できる。特に、実施の形態２は実施の
形態１より更に高速化されている。

【００９１】３．その他の変形例 （１）実施の形態１においては、立体モデル描画処理を
表す図６でステップＳ２５及びＳ２７の後にポリゴンの
描画用色を計算する処理をステップＳ２９として実施す
ることになっているが、ステップＳ３３で描画用色を使
用するまでに計算されていれば問題は無い。よって、ス
テップＳ２９を、ステップＳ２５又はＳ２７の前に行っ
ても、ステップＳ２５及びＳ２７と並行して行っても、
ステップＳ３１の後に行っても、ステップＳ３１と並行
して行っても良い。

【００９２】（２）実施の形態１の立体モデル描画処理
を表す図６におけるステップＳ２７では、ＹＩＱ変換で
光源計算後のポリゴンの頂点の明度Ｙを計算する。ＹＩ
Ｑ変換の結果であるＩ及びＱは使用しないので計算しな
い方が高速であるが、既にＹＩＱ変換を行うルーチン等
が存在している場合には、それを用いてＩ及びＱを計算
しても良い。これについては実施の形態２でも同じであ
る。

【００９３】（３）実施の形態１の立体モデル描画処理
を表す図６におけるステップＳ３３では、ポリゴンの頂
点のデータを補間してポリゴン内部の画素のデータを生
成する。この処理は、一度行えばステップＳ３５による
繰り返しで異なる明度範囲を選択・設定しても変わらな
いので、結果を保存しておき、使用するようにしても良
い。これについては実施の形態２でも同じである。

【００９４】（４）実施の形態１の立体モデル描画処理
を示す図６におけるステップＳ２５では、透視変換を行
うと共に光源計算を行っているが、透視変換はステップ
Ｓ３３までに行えばよい。但し、ステップＳ３５による
ループの外に出したほうが、何回も透視変換しなくても
済む。よって、ステップＳ２５のタイミングで実行すれ
ば計算量を減らすことができる。これについては実施の
形態２でも同じである。

【００９５】（５）実施の形態２では、明度範囲に対応
する描画用色を予め計算し且つ記憶しておくことにして
いるが、この予め計算する際の計算方法は、実施の形態
１で説明した２つの方法のいずれでもよいし、又別の方
法であってもよい。さらに、描画用色を一つ一つ定義し
ていってもよい。実施の形態２では描画用色を予め用意
しておくので、実行速度は速くなるが、用意されている
描画用色以外の色に変更することは簡単にはできない。
これに対し、実施の形態１のように明度範囲テーブルに
定義されている基準明度を使用して実行時に計算する場
合には、明度範囲テーブルを変更する又は基準明度を変
更するだけで描画用色を適宜変更することができるとい
う効果もある。

【００９６】（６）使用するハードウエアの変更 上で述べた実施の形態では、立体モデル描画処理（図５
のステップＳ３）の一部の処理を、グラフィックス処理
部１１１が実行するような実施の形態を開示したが、立
体モデル描画処理全体をグラフィックス処理部１１１が
行っても、演算処理部１０３が実行するようにしても良
い。

【００９７】また図１は一例であって、様々な変更が可
能である。例えば、ゲーム装置ならば、ＨＤＤ１０７を
保持せず、プログラム及びデータをＣＤ−ＲＯＭ１３１
のみから供給するようにすることも考えられる。その
際、インターフェース部１１７にＨＤＤ１０７の代わり
にデータを保存するためのメモリカードの読み書きイン
ターフェースを備えるようにする。また、通信インター
フェース１１５を備えるか否かは任意である。本発明は
直接サウンド処理には関係しないので、サウンド処理部
１０９を備えている必要は無い。

【００９８】また、ＣＤ−ＲＯＭ１３１は記録媒体の一
例であって、フロッピー・ディスク、光磁気ディスク、
ＤＶＤ−ＲＯＭ、メモリカートリッジ等他の記録媒体で
あってもよい。その場合には、ＣＤ−ＲＯＭドライブ１
１３を対応する媒体に合わせたドライブにする必要があ
る。

【００９９】さらに、以上は本発明をコンピュータ・プ
ログラムにより実装した場合であるが、コンピュータ・
プログラムと電子回路などの専用の装置の組み合せ、又
は電子回路などの専用の装置のみによっても実装するこ
とは可能である。その際、図５及び図６又は図１４の各
ステップに表される機能毎に装置を構成してもよいし、
それらの一部又はそれらの組み合せ毎に装置を構成する
ことも考えられる。

【０１００】以上、本発明を実施の形態に基づいて具体
的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可
能である。例えば、上記実施の形態では、通常のコンピ
ュータをプラットホームとして本発明を実現した場合に
ついて述べたが、本発明は家庭用ゲーム機、アーケード
ゲーム機などをプラットホームとして実現しても良い。
場合によっては、携帯情報端末、カーナビゲーション・
システム等をプラットホームにして実現することも考え
られる。

【０１０１】また、本発明を実現するためのプログラム
やデータは、コンピュータやゲーム機に対して着脱可能
なＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体により提供される形態に限
定されない。すなわち、本発明を実現するためのプログ
ラムやデータは、図１に示す通信インターフェース１１
５により、通信回線１４１を介して接続されたネットワ
ーク１５１上の他の機器側のメモリに上記プログラムや
データを記録し、このプログラムやデータを通信回線１
４１を介して必要に応じて順次メモリ１０５に格納して
使用する形態であってもよい。

【０１０２】［表示例］図１５に、本発明を使用しない
場合、すなわちポリゴン内の各画素の色をポリゴンの頂
点の色で補間した場合の画像の一表示例を示す。例えば
画像中央部の人物の顔の耳辺りから人物の顔向かって右
側にかけて、明度が自然に変化していく様子がわかる。
一方、図１６に、明度範囲（しきい値）が２つ定義され
た明度範囲テーブルを使用し且つ本発明のアルゴリズム
にて描画した場合の画像の一表示例を示す。図１６で使
用されている明度範囲テーブルを図１７に示す。ここで
はしきい値０．３１２５に対して基準明度０．７５、し
きい値０に対して基準明度０．６０と二段階に設定され
ている。図１６は図１５と異なり、画像中央部の人物の
顔の耳辺りから人物の顔向かって右側にかけて、２段階
の明度で塗り分けられていることが分かる。

【０１０３】本発明のアルゴリズムを使用することによ
り、セルアニメ調の画像を得ることができる。本発明で
は、フレーム・バッファへの書き込みの際に明度を格納
するα値と明度範囲を比較して所定の描画用色の書き込
み可否を判断するという処理を余分に行うだけなので、
従来技術により図１５のような画像を生成したり、本発
明のアルゴリズムで図１６のような画像を生成したりす
ることを簡単に切り替えられる。また、セルアニメーシ
ョンを人間の手で描く場合には、例えばキャラクタの様
々な状態の画像を作成するには大きな手数がかかる。ま
た、セルアニメ調のゲームキャラクタが表示されるゲー
ムにおいても、同様の理由によりあまり多くの角度から
のキャラクタの画像を作成できない。しかし、本発明を
用いれば容易に多数の状態におけるセルアニメ調の画像
を得ることができ、その手数を大幅に減少させることが
できる。

【０１０４】

【発明の効果】以上のように、本発明のレンダリング方
法及び装置並びにレンダリング・プログラムを格納した
コンピュータ読み取り可能な記録媒体によれば、明度の
レベルに割り当てられた代表的な明度によってポリゴン
内の色が定まるようにしたため、セルアニメ調の彩色を
実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るプログラムを実行するコンピュー
タの一例を示すブロック図である。

【図２】図１におけるグラフィックス処理部の一例を示
すブロック図である。

【図３】実施の形態１の機能ブロック図である。

【図４】明度範囲テーブルの一例を示す表である。

【図５】本発明の全体の処理を示すフローチャートであ
る。

【図６】実施の形態１の立体モデル描画処理のフローチ
ャートである。

【図７】ポリゴンモデルのデータ構造を示す模式図であ
る。（ａ）は立体モデル全体のデータ構造を示し、
（ｂ）は透視変換前の三角形ポリゴンのデータ構造を示
し、（ｃ）は頂点データ・テーブルのデータ構造を示し
ている。

【図８】図７（ｂ）に対応する透視変換後の三角形ポリ
ゴンのデータ構造を示す。

【図９】明度範囲テーブルの一例を示す表である。

【図１０】本発明のアルゴリズムにより三角形ポリゴン
を描画した場合において、処理の各段階を説明するため
の画像の一例である。（ａ）はしきい値０．７５が設定
された場合に描画される領域を示しており、（ｂ）は実
施の形態１においてＺバッファを使用しない場合にしき
い値０．５が設定された場合に描画される範囲を示して
おり、（ｃ）は実施の形態１においてＺバッファを使用
した場合にしきい値０．５が設定された場合に描画され
る範囲を示している。

【図１１】本発明のアルゴリズムにより三角形ポリゴン
を描画した場合の画像の一例である。

【図１２】従来技術により三角形ポリゴンを描画した場
合における画像の一例である。

【図１３】実施の形態２の機能ブロック図である。

【図１４】実施の形態２における立体モデル描画処理の
フローチャートである。

【図１５】従来技術によりレンダリングした画像の一表
示例である。

【図１６】本発明を用いてレンダリングした画像の一表
示例である。

【図１７】図１６のレンダリングにおいて使用された明
度範囲テーブルの一例を示す表である。

【符号の説明】

１０００ コンピュータ １０１ コンピュータ本体 １０３ 演算処理部 １０５ メモリ １０７ ＨＤＤ １０９ サウンド処理部 １１１ グラフィックス処理部 １１３ ＣＤ−ＲＯ
Ｍドライブ １１５ 通信インターフェース １１７ インターフ
ェース部 １１９ 内部バス １２１ 表示装置 １２５ サウンド出力装置 １３１ ＣＤ−ＲＯＭ １４１ 通信媒体 １５１ ネットワーク １６１ 入力装置 ４００ 光源計算部 ４１０ 明度計算部 ４２０ 描画用色計算部 ４３０ 明度範囲テーブル ４４０ 明度範囲設定部 ４５０ 描画部 ４５５ 明度比較部 ５００ 光源計算部 ５１０ 明度計算部 ５２０ 描画用色格納部 ５３０ 明度範囲テーブル ５４０ 明度範囲設定部 ５５０ 描画部 ５５５ 明度比較部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2C001 BC00 BC06 CB01 CB02 CB06 CC02 5B050 AA03 BA12 EA27 FA02 5B080 AA14 BA04 GA02 GA13

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】仮想空間内に配置され且つ複数のポリゴン
   で構成された立体モデルをレンダリングするレンダリン
   グ方法であって、 ポリゴン毎に、ポリゴンの各頂点に対して予め設定され
   ている明度に基づき前記ポリゴンが描画されるべき領域
   の第１の明度分布を計算する第１ステップと、 明度が一定の範囲でレベル分けされ且つ各レベルに代表
   的な明度が割り当てられており、前記第１ステップで計
   算された前記第１の明度分布を明度のレベル毎に割り当
   てられた前記代表的な明度に置き換えた第２の明度分布
   と、前記ポリゴンに予め設定された色とに基づいて色分
   布を生成し、前記色分布で前記ポリゴンを描画する第２
   ステップと、を含むことを特徴とするレンダリング方
   法。
2. 【請求項２】仮想空間内に配置され且つ複数のポリゴン
   で構成された立体モデルをレンダリングするレンダリン
   グ方法であって、 明度は一定の範囲でレベル分けされており、各々基準明
   度が予め対応付けられた複数の明度レベルから、一つず
   つ明度レベルを選択する第１ステップと、 前記第１ステップで明度レベルが選択される毎に、前記
   ポリゴンの各頂点に対して予め設定されている明度に基
   づき前記ポリゴンの内部の各画素位置における明度を計
   算し、当該各画素位置における明度が前記選択された明
   度レベルに対応する明度の範囲内である場合のみ、前記
   選択された明度レベルに対応する基準明度及び前記ポリ
   ゴンに予め設定された色に基づく色で当該画素を描画す
   る第２ステップと、 を含むことを特徴とするレンダリング方法。
3. 【請求項３】前記第１ステップで明度レベルが選択され
   る毎に、前記選択された明度レベルに対応する基準明度
   及び前記ポリゴンに予め設定された色に基づく色を計算
   する第３ステップをさらに含み、 前記第２ステップが、 前記ポリゴンの各頂点に対して予め設定されている明度
   に基づき前記ポリゴンの内部の各画素位置における明度
   を計算し、当該各画素位置における明度が前記選択され
   た明度レベルに対応する明度の範囲内である場合のみ、
   前記第３ステップにおいて計算された色で当該画素を描
   画するステップであることを特徴とする請求項２記載の
   レンダリング方法。
4. 【請求項４】前記第１ステップ以前に、前記各明度レベ
   ルに予め対応付けられた各基準明度及び前記ポリゴンに
   予め設定された色に基づいて、前記ポリゴンにおける明
   度レベル毎の色を算出し、各明度レベルに対応付ける第
   ４ステップをさらに含み、 前記第２ステップが、 前記第１ステップで選択された明度レベルに対応付けら
   れた色を、前記選択された明度レベルに対応する基準明
   度及び前記ポリゴンに予め設定された色に基づく色とし
   て前記画素を描画するステップであることを特徴とする
   請求項２記載のレンダリング方法。
5. 【請求項５】前記第１ステップ以前に、前記ポリゴンの
   各頂点における明度を、前記立体モデルに対する光源計
   算により導出し、設定する第５ステップをさらに含むこ
   とを特徴とする請求項２記載のレンダリング方法。
6. 【請求項６】前記第５ステップが、 前記ポリゴンの各頂点の明度を、各頂点の法線ベクトル
   及び光源情報に基づいて導出し、設定するステップであ
   ることを特徴とする請求項５記載のレンダリング方法。
7. 【請求項７】前記第１ステップが、 予め定義された２又は３の明度レベルから、一つずつ明
   度レベルを選択するステップであることを特徴とする請
   求項２記載のレンダリング方法。
8. 【請求項８】仮想空間内に配置され且つ複数のポリゴン
   で構成された立体モデルをレンダリングするレンダリン
   グ装置であって、 ポリゴン毎に、ポリゴンの各頂点に対して予め設定され
   ている明度に基づき前記ポリゴンが描画されるべき領域
   の第１の明度分布を計算する計算手段と、 明度が一定の範囲でレベル分けされ且つ各レベルに代表
   的な明度が割り当てられており、前記計算手段で計算さ
   れた前記第１の明度分布を明度のレベル毎に割り当てら
   れた前記代表的な明度に置き換えた第２の明度分布と、
   前記ポリゴンに予め設定された色とに基づいて色分布を
   生成し、前記色分布で前記ポリゴンを描画する描画手段
   と、 を有することを特徴とするレンダリング装置。
9. 【請求項９】仮想空間内に配置され且つ複数のポリゴン
   で構成された立体モデルをレンダリングするレンダリン
   グ装置であって、 明度は一定の範囲でレベル分けされており、各々基準明
   度が予め対応付けられた複数の明度レベルから、一つず
   つ明度レベルを選択する選択手段と、 前記選択手段により明度レベルが選択される毎に、前記
   ポリゴンの各頂点に対して予め設定されている明度に基
   づき前記ポリゴンの内部の各画素位置における明度を計
   算し、当該各画素位置における明度が前記選択された明
   度レベルに対応する明度の範囲内である場合のみ、前記
   選択された明度レベルに対応する基準明度及び前記ポリ
   ゴンに予め設定された色に基づく色で当該画素を描画す
   る描画手段と、 を有することを特徴とするレンダリング装置。
10. 【請求項１０】仮想空間内に配置され且つ複数のポリゴ
    ンで構成された立体モデルをレンダリングするためのプ
    ログラムを格納した、コンピュータ読み取り可能な記録
    媒体であって、 前記プログラムは、前記コンピュータに、 ポリゴン毎に、ポリゴンの各頂点に対して予め設定され
    ている明度に基づき前記ポリゴンが描画されるべき領域
    の第１の明度分布を計算する第１ステップと、 明度が一定の範囲でレベル分けされ且つ各レベルに代表
    的な明度が割り当てられており、前記第１ステップで計
    算された前記第１の明度分布を明度のレベル毎に割り当
    てられた前記代表的な明度に置き換えた第２の明度分布
    と、前記ポリゴンに予め設定された色とに基づいて色分
    布を生成し、前記色分布で前記ポリゴンを描画する第２
    ステップと、 を実行させるためのプログラムであることを特徴とす
    る、コンピュータ読み取り可能な記録媒体。
11. 【請求項１１】仮想空間内に配置され且つ複数のポリゴ
    ンで構成された立体モデルをレンダリングするためのプ
    ログラムを格納した、コンピュータ読み取り可能な記録
    媒体であって、 前記プログラムは、前記コンピュータに、 明度は一定の範囲でレベル分けされており、各々基準明
    度が予め対応付けられた複数の明度レベルから、一つず
    つ明度レベルを選択する第１ステップと、 前記第１ステップで明度レベルが選択される毎に、前記
    ポリゴンの各頂点に対して予め設定されている明度に基
    づき前記ポリゴンの内部の各画素位置における明度を計
    算し、当該各画素位置における明度が前記選択された明
    度レベルに対応する明度の範囲内である場合のみ、前記
    選択された明度レベルに対応する基準明度及び前記ポリ
    ゴンに予め設定された色に基づく色で当該画素を描画す
    る第２ステップと、 を実行させるためのプログラムであることを特徴とす
    る、コンピュータ読み取り可能な記録媒体。
12. 【請求項１２】前記プログラムが、前記コンピュータ
    に、 前記第１ステップで明度レベルが選択される毎に、前記
    選択された明度レベルに対応する基準明度及び前記ポリ
    ゴンに予め設定された色に基づく色を計算する第３ステ
    ップをさらに実行させるためのプログラムであり、 前記第２ステップが、 前記ポリゴンの各頂点に対して予め設定されている明度
    に基づき前記ポリゴンの内部の各画素位置における明度
    を計算し、当該各画素位置における明度が前記選択され
    た明度レベルに対応する明度の範囲内である場合のみ、
    前記第３ステップにおいて計算された色で当該画素を描
    画するステップであることを特徴とする請求項１１記載
    のコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
13. 【請求項１３】前記プログラムが、前記コンピュータ
    に、 前記第１ステップ以前に、前記各明度レベルに予め対応
    付けられた各基準明度及び前記ポリゴンに予め設定され
    た色に基づいて、前記ポリゴンにおける明度レベル毎の
    色を算出し、各明度レベルに対応付ける第４ステップを
    さらに実行させるためのプログラムであり、 前記第２ステップが、 前記第１ステップで選択された明度レベルに対応付けら
    れた色を、前記選択された明度レベルに対応する基準明
    度及び前記ポリゴンに予め設定された色に基づく色とし
    て前記画素を描画するステップであることを特徴とする
    請求項１１記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒
    体。
14. 【請求項１４】前記プログラムが、前記コンピュータ
    に、 前記第１ステップ以前に、前記ポリゴンの各頂点におけ
    る明度を、前記立体モデルに対する光源計算により導出
    し、設定する第５ステップをさらに実行させるためのプ
    ログラムであることを特徴とする請求項１１記載のコン
    ピュータ読み取り可能な記録媒体。
15. 【請求項１５】仮想空間内に配置され且つ複数のポリゴ
    ンで構成された立体モデルをレンダリングするゲーム装
    置であって、 コンピュータと、 前記コンピュータに実行させるプログラムを格納した、
    コンピュータ読み取り可能な記録媒体から当該プログラ
    ムを読み出す手段とを有し、 前記プログラムは、前記コンピュータに、 ポリゴン毎に、ポリゴンの各頂点に対して予め設定され
    ている明度に基づき前記ポリゴンが描画されるべき領域
    の第１の明度分布を計算する計算機能と、 明度が一定の範囲でレベル分けされ且つ各レベルに代表
    的な明度が割り当てられており、前記計算機能により計
    算された前記第１の明度分布を明度のレベル毎に割り当
    てられた前記代表的な明度に置き換えた第２明度分布
    と、前記ポリゴンに予め設定された色とに基づいて色分
    布を生成し、前記色分布で前記ポリゴンを描画する描画
    機能と、 を実施させることを特徴とするゲーム装置。
16. 【請求項１６】仮想空間内に配置され且つ複数のポリゴ
    ンで構成された立体モデルをレンダリングするゲーム装
    置であって、 コンピュータと、 前記コンピュータに実行させるプログラムを格納した、
    コンピュータ読み取り可能な記録媒体から当該プログラ
    ムを読み出す手段とを有し、 前記プログラムは、前記コンピュータに、 明度は一定の範囲でレベル分けされており、各々基準明
    度が予め対応付けられた複数の明度レベルから、一つず
    つ明度レベルを選択する選択機能と、 前記選択機能で明度レベルが選択される毎に、前記ポリ
    ゴンの各頂点における明度に基づき前記ポリゴンの内部
    の各画素位置における明度を計算し、当該各画素位置に
    おける明度が前記選択された明度レベルに対応する明度
    の範囲内である場合のみ、前記選択された明度レベルに
    対応する基準明度及び前記ポリゴンに予め設定された色
    に基づく色で当該画素を描画する描画機能と、 を実施させることを特徴とするゲーム装置。
17. 【請求項１７】仮想空間内に配置され且つ複数のポリゴ
    ンで構成された立体モデルをレンダリングするゲーム装
    置であって、 コンピュータと、 前記コンピュータに実行させるプログラムを格納した、
    コンピュータ読み取り可能な記録媒体から当該プログラ
    ムを読み出す手段と、 前記読み出されたプログラムに従って、ポリゴン毎に、
    ポリゴンの各頂点に対して予め設定されている明度に基
    づき前記ポリゴンが描画されるべき領域の第１の明度分
    布を計算する計算手段と、 前記読み出されたプログラムに従って、明度が一定の範
    囲でレベル分けされ且つ各レベルに代表的な明度が割り
    当てられており、前記計算手段により計算された前記第
    １の明度分布を明度のレベル毎に割り当てられた前記代
    表的な明度に置き換えた第２明度分布と、前記ポリゴン
    に予め設定された色とに基づいて色分布を生成し、前記
    色分布で前記ポリゴンを描画する描画手段と、 を有することを特徴とするゲーム装置。
18. 【請求項１８】仮想空間内に配置され且つ複数のポリゴ
    ンで構成された立体モデルをレンダリングするゲーム装
    置であって、 コンピュータと、 前記コンピュータに実行させるプログラムを格納した、
    コンピュータ読み取り可能な記録媒体から当該プログラ
    ムを読み出す手段と、 前記読み出されたプログラムに従って、明度は一定の範
    囲でレベル分けされており、各々基準明度が予め対応付
    けられた複数の明度レベルから、一つずつ明度レベルを
    選択する選択手段と、 前記読み出されたプログラムに従って、前記選択手段で
    明度レベルが選択される毎に、前記ポリゴンの各頂点に
    おける明度に基づき前記ポリゴンの内部の各画素位置に
    おける明度を計算し、当該各画素位置における明度が前
    記選択された明度レベルに対応する明度の範囲内である
    場合のみ、前記選択された明度レベルに対応する基準明
    度及び前記ポリゴンに予め設定された色に基づく色で当
    該画素を描画する描画手段と、 を有することを特徴とするゲーム装置。