JP2001338309A - ３次元コンピュータグラフィックスの輪郭線の作成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】高速レンダリングが可能な、多様な輪郭線表現
を可能とする線画調の３次元ＣＧを制作する簡便な方法
を提供しようとするものである。 【解決手段】上記課題を解決するために、３次元ＣＧオ
ブジェクトに対して輪郭線描画用の形状を作成する第１
のステップと、第１のステップで作成した輪郭線描画用
形状、もしくは、第１のステップで作成した輪郭線描画
用形状と元の３次元コンピュータグラフィックスオブジ
ェクトの両方を加工する第２のステップと、第２のステ
ップで加工された輪郭線描画用形状と元の３次元コンピ
ュータグラフィックスオブジェクトから新たな３次元Ｃ
Ｇオブジェクトを構成する第３のステップと、第３のス
テップで構成した新たなＣＧオブジェクトに対して通常
のレンダリング計算を行う第４のステップ、を含む手順
により、特別な画像処理を行うことなく簡単に輪郭が強
調されたＣＧ画像を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コンピュータグラ
フィック（ＣＧ）によるデジタルコミック制作に関わ
る。ＣＧによるマンガ調アニメーションであるデジタル
コミックは、今後発達が期待されるデータ放送、ネット
ワークによるデジタルコンテンツ放送、バーチャルリア
リティ等の産業分野に関わりが深い。

【０００２】

【従来技術】デジタルコミック制作には、線画調の３次
元ＣＧを制作することが必要である。３次元ＣＧを用い
たマンガ調アニメーションなどの線画表現において、輪
郭線は重要な要素であるが、従来の手法では、その抽出
・描画に膨大な計算量を要していた。図２は従来技術の
処理例を示すブロック図である。従来技術では、図２に
示すように、通常のレンダリング処理を行った後に、線
画表現を行うための輪郭線抽出処理など、計算量を要す
処理を行う必要がある。このため、インタラクティブな
高速表示や、制作効率の大幅な向上は困難だった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】また、このようなコン
テンツの制作において、輪郭線などの表現は作風に大き
く影響する要素であり、多様な線質の表現が求められて
いる。本発明はこのような問題点を考慮してなされたも
のであり、高速レンダリングが可能な、多様な輪郭線表
現を可能とする、線画調の３次元ＣＧを制作する簡便な
方法を提供しようとするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の第１の発明は、３次元コンピュータグラフィックスを
線画調に表現するために、元の３次元コンピュータグラ
フィックスの輪郭線強調画像を作成する方法であって、
元の３次元コンピュータグラフィックスオブジェクトに
対して輪郭線描画用形状を作成する第１のステップ、第
１のステップで作成した輪郭線描画用形状、もしくは、
第１のステップで作成した輪郭線描画用形状と元の３次
元コンピュータグラフィックスオブジェクトの両方を加
工する第２のステップ、前記輪郭線描画用形状と元の３
次元コンピュータグラフィックスオブジェクトから、新
たな３次元コンピュータグラフィックスオブジェクトを
構成する第３のステップ、第３のステップで得られた３
次元コンピュータグラフィックスオブジェクトに対して
通常のレンダリング計算を行う第４のステップ、の各手
順を実行して所望の線画調ＣＧを得ることを要旨とする
ものである。図１に、本発明の方法を従来処理例（図
２）と対比できるよう表現したブロック図を示す。この
手法は通常のレンダリング処理だけで済むことが特徴で
ある。

【０００５】第１の発明のより好ましい実施態様は、前
記第２のステップにおいて、第１のステップで作成した
輪郭線描画用形状に対して、（１）前記輪郭線描画用形
状を構成する多角形図形の細かさを変化させる加工処理
（２）前記輪郭線描画用形状を構成する頂点の座標に揺
らぎを与える加工処理、（３）前記輪郭線描画用形状に
輪郭線の質感を表現するテクスチャーをマッピングする
加工処理、の３種類の加工処理をこの順で行う
か、または上記加工処理のうち少なくとも１つの加工処
理を行うことにより輪郭線の質感表現を行う３次元コン
ピュータグラフィックスの輪郭線強調画像の作成方法で
ある。

【０００６】第１の発明のさらに好ましい実施態様は、
前記第２のステップにおいて、元の３次元コンピュータ
グラフィックスオブジェクトに対して、（４）元の３次
元コンピュータグラフィックスオブジェクトを構成する
多角形図形の細 かさを変化させる加工処理、
（５）元の３次元コンピュータグラフィックスオブジェ
クトを構成する頂点の座標に揺 らぎを与える加工
処理、の２種類の加工処理をこの順で行うか、または上
記加工処理のうちのいずれか１つを行う３次元コンピュ
ータグラフィックスの輪郭線強調画像の作成方法であ
る。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に従って説明してゆく。図１１は、本発明の元となる基
本の方法のフローチャートである。本発明はこの基本の
方法の改良といえるものなので、まず図１１の基本の方
法を説明し、その後で、本発明に関わる改良手順部分を
説明する。

【０００８】まず、ステップＳ１にて、線画調に表現し
たい元のＣＧオブジェクトに対する輪郭線表示用形状を
作成する。線画調に表現したい元のＣＧオブジェクトの
例を図３に、付加する輪郭線描画用形状の例を図４に示
す。各面に表示される矢印は当該面の法線ベクトルを示
す。この輪郭線描画用形状は、元のＣＧオブジェクトよ
り輪郭線として表示したい線幅相当分（ΔＬ）だけ一回
り大きい形状である。しかも、輪郭線描画用形状を構成
する各面は、図４に図示したように、その法線ベクトル
が図３の元のＣＧオブジェクトの対応する面と逆方向を
向き、内側に向かうように設定する。

【０００９】次に、ステップＳ２にて、輪郭線描画用形
状と元のＣＧオブジェクトから新たな３次元ＣＧオブジ
ェクトを構成する。そのために、輪郭線描画用形状に対
し輪郭線の描画のために適切な属性（表面属性など）を
設定する。具体的には、輪郭線描画用形状の色を輪郭線
として表示したい色に設定する。この色は背景色と異な
る色に設定する必要がある。また、輪郭線描画用形状
は、元のＣＧオブジェクトと原点を合わせ、元のＣＧオ
ブジェクトを輪郭線描画用形状が包含するような位置関
係として配置する（そのように定義する）。図５にその
ようにして元のＣＧオブジェクトに輪郭線表示用形状を
付加して作成した新しいＣＧオブジェクトを示す。輪郭
線描画用形状とその各面の法線ベクトルは点線で示して
いる。

【００１０】次に、ステップＳ３にて、レンダリング計
算を行わせる。通常、ＣＧのレンダリング計算では、隠
面消去と呼ばれる処理が行われる。ＣＧオブジェクトの
各面について表向きか裏向きかを判定して裏向きの面は
不可視とする。面の向きの判定は、図１４に示すように
面の法線ベクトルNと視線ベクトルVとの内積の符号で判
定される。すなわち内積が正（NとVのなす角が鋭角）な
ら表向き、内積が負（NとVのなす角が鈍角）なら裏向き
である。表向きの面のより手前に他の表向きの面が無け
れば、その面は表示される。

【００１１】レンダリング処理の結果、図５のＣＧオブ
ジェクトは図６のように表示され、輪郭線描画用画像が
表示されている部分が背景との境界の輪郭線として表示
されることになる。この方法では、通常のレンダリング
計算を行うだけであり、輪郭線抽出処理など、計算量を
要す処理を行う必要がないため、簡便かつ高速に処理可
能となる。視線の位置を変化させてレンダリング処理さ
せることにより、様々な角度から見たオブジェクトの輪
郭画像を簡単に作成できる。図７に実際のＣＧオブジェ
クトにここで述べた方法を適用した例を示す。図７
（Ａ）が元のＣＧオブジェクト、図７（Ｂ）はここまで
説明した方法で輪郭描画用形状を付加してレンダリング
した結果である。

【００１２】以上が、本発明の方法の本質的な部分の説
明である。要約すると、対象オブジェクトの輪郭強調画
像を得るために、対象オブジェクトを包含する輪郭線描
画用形状を描き、この輪郭線描画用形状の属性を適切に
設定して、対象オブジェクトとを包含するよう配置（定
義）し、これを対象オブジェクトと合成した新しいＣＧ
オブジェクトを構成する。この新しいＣＧオブジェクト
に対する通常のレンダリング計算で、輪郭線描画用形状
描画部分がちょうど対象オブジェクトと背景との境界線
のように描画される。図７（Ｂ）はまさしくそのような
例である。

【００１３】しかし、このままでは、輪郭線は、ただの
単調な実線である。アニメーションの作風に多様な表現
を与えるためには、輪郭線に線質の表現を与える必要が
ある。そこで、図１１の基本の方法のフローチャートに
対して、「輪郭線描画用形状と元のＣＧオブジェクトの
両方、もしくは輪郭線描画用形状のみ、を加工する」
（ステップＳ２）を加えた、図１２のフローチャートで
示される作成方法を採用する。図１３は、図１２のステ
ップＳ２をより具体的に表わした本発明のフローチャー
トである。以下図１３のチャートに沿って本発明の手順
を説明する。

【００１４】線画調に表現したい形状（ＣＧオブジェク
ト）を図８とする。以下、この形状に対し鉛筆で描画し
たような線質の表現を施す場合を実施例として示す。こ
の形状の頂点法線は、オブジェクトの中心(=原点とす
る)から放射状に広がっているものとする。(この形状は
タマゴ型の3次元オブジェクトである。)

【００１５】図８の形状の輪郭線を描画するための形状
を図９に示す。この形状は、ステップＳ１において元の
ＣＧオブジェクトから作成したものである。すなわち、
図８の形状の各面を頂点法線方向に距離ΔＬだけ移動さ
せ、各面の法線方向を形状の中心に向かって反転させて
得られる。距離ΔＬを調整することで基本的な線の太さ
を決定できる。

【００１６】次に、元のＣＧオブジェクトと輪郭線描画
用形状の多角形分割を行う（Ｓ２１、Ｓ２６）。これ
は、最終的に得られる輪郭線により滑らかさを持たせる
ために行うもので、元の図形が十分細かいものでそのま
までも十分滑らかな輪郭線が得られると予想できる場合
は省略することも可能である。具体的には、まず、元の
ＣＧオブジェクトを構成する1つの面をなす四角形の各
辺の４つの中点をとる。次に、対面する辺の中点同士を
結ぶ２本の線分の各々の中点座標の平均値を持つ５番目
の点を定める。これら４つの中点と５番目の点により、
元の四角形を４つの四角形に分割する。このような分割
を元のＣＧオブジェクトを構成する全ての面をなす四角
形について行う。所望の細かさが得られるまで以上の多
角形分割手順を繰り返す。輪郭線描画用形状図形に対し
ても同様な分割を行う。

【００１７】次に、元のＣＧオブジェクトと輪郭線描画
用形状図形形状を構成する点へジッターを与え（Ｓ２
２、Ｓ２７）、線の粗さや揺らぎを与える。ある頂点の
座標に与えるジッター量は、その頂点と隣接する幾つか
の頂点との平均距離の数パーセント程度の範囲内でラン
ダムに与える。ジッターを大きくした場合、ギザギザな
（線の揺らぎの大きい）曲線となり、ジッターを小さく
した場合、比較的滑らかな曲線となる。元のＣＧオブジ
ェクトと輪郭線描画用形状にジッタを与えた例を図１０
に示す。与えるジッター量（最大の揺れ量を隣接する頂
点との距離の何％とするか）は、元のＣＧオブジェクト
と、輪郭線描画用形状図形とで異なって与えてもよい。

【００１８】次に、輪郭線に質感を与えるために、輪郭
線描画用形状にテクスチャーをマッピングする（Ｓ２
８）。図１５はこのステップでマッピングするテクスチ
ャーの一例であり、鉛筆で描いた線の質感を表現したテ
クスチャーである。このように、ドットのサイズや密度
で線質(クレヨン、木炭、鉛筆、マジック（登録商
標）、筆など画材や筆種の差異）に変化を与える。

【００１９】以上の処理を行った後、元のＣＧオブジェ
クトに輪郭線描画用形状を合成して（Ｓ３）、レンダリ
ングを行った結果を図１６に示す。鉛筆調の線が表現さ
れているのがわかる。尚、レンダリングした結果が満足
のいくものでなければ、必要に応じて図１３のフローチ
ャートのＳ２１〜Ｓ２８に戻って、データ作成をやり直
せばよい。

【００２０】ここまでの説明で明らかなように、マンガ
やアニメーションの作風に重要な影響を与える線質の表
現が、本発明では、線幅（ΔＬ）、図形の細分化の程
度、ジッター量、どのテクスチャーデータを使用した
か、によりすべてデジタル的に記録・記述できる。した
がって、あるコミック作品のキャラクター画の線質をこ
れらのデジタルパラメータの組合わせとしてデータベー
スとして記録蓄積し、再利用するということも可能であ
る。

【００２１】

【発明の効果】以上詳しく説明したように、本発明は、
輪郭線描画用形状を作成し、これを元のＣＧオブジェク
トに合成した新たなＣＧオブジェクトを一度作成すれ
ば、表示のためのパラメータを変更してレンダリング処
理するだけで、様々な動きの線画調ＣＧ画像が簡単に得
られるため、３次元ＣＧを用いたコミックあるいはアニ
メーションの等の制作効率向上に顕著な効果を与える。
形状抽出処理などの複雑な処理が不要なため、比較的安
価な計算処理装置で描画可能となり、制作システムの簡
素化、制作コストの低減が図れる。

【００２２】さらに、コミックあるいはアニメーション
で重要な輪郭線の線質の表現を様々に与えることができ
る。さらに、それらの線質表現は幾つかのパラメータで
記録できるので、一度作成した線表現の再利用が確実に
簡単にできるという効果もある。以上から高度な線表現
とその再利用が可能となるため、インターネットによる
デジタルコミックコンテンツの配信など線画調３次元コ
ンテンツの普及を期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の方法を説明するブロック図である。

【図２】 従来の処理方法を説明するブロック図であ
る。

【図３】 ＣＧオブジェクトの例である。

【図４】 輪郭線描画用形状の例である。

【図５】 元のＣＧオブジェクトに輪郭線形状を付加し
た様子である。

【図６】 レンダリング処理の結果を示す図である。

【図７】 実際のＣＧオブジェクトに適用した例を示す
図である。

【図８】 元のＣＧオブジェクトの例である。

【図９】 輪郭線描画用形状の例である

【図１０】 ジッターを与えた例である。

【図１１】 本発明の方法の基本の手順を示すフローチ
ャートである。

【図１２】 線質の表現ステップを加えた本発明の方法
を示すフローチャートである。

【図１３】 図１２をより詳しく表現したフローチャー
トである。

【図１４】 ３次元図形の面の表裏判定方法の説明図で
ある。

【図１５】 線質の表現を与えるテクスチャーの一例で
ある。

【図１６】 本発明の方法で作成した鉛筆調の線画描画
例である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ３次元コンピュータグラフィックスを線
   画調に表現するために、元の３次元コンピュータグラフ
   ィックスの輪郭線強調画像を作成する方法であって、元
   の３次元コンピュータグラフィックスオブジェクトに対
   して輪郭線描画用形状を作成する第１のステップ、第１
   のステップで作成した輪郭線描画用形状、もしくは、第
   １のステップで作成した輪郭線描画用形状と元の３次元
   コンピュータグラフィックスオブジェクトの両方を加工
   する第２のステップ、前記輪郭線描画用形状と元の３次
   元コンピュータグラフィックスオブジェクトから、新た
   な３次元コンピュータグラフィックスオブジェクトを構
   成する第３のステップ、第３のステップで得られた３次
   元コンピュータグラフィックスオブジェクトに対して通
   常のレンダリング計算を行う第４のステップ、からなる
   ３次元コンピュータグラフィックスの輪郭線強調画像の
   作成方法。
2. 【請求項２】 前記第２のステップにおいて、第１のス
   テップで作成した輪郭線描画用形状に対して、（１）前
   記輪郭線描画用形状を構成する多角形図形の細かさを変
   化させる加工処理（２）前記輪郭線描画用形状を構成す
   る頂点の座標に揺らぎを与える加工処理、（３）前記輪
   郭線描画用形状に輪郭線の質感を表現するテクスチャー
   をマッピングする 加工処理、の３種類の加工処理
   をこの順で行うか、または上記加工処理のうち少なくと
   も１つの加工処理を行う請求項１に記載の３次元コンピ
   ュータグラフィックスの輪郭線強調画像の作成方法。
3. 【請求項３】 前記第２のステップにおいて、元の３次
   元コンピュータグラフィックスオブジェクトに対して、
   （４）元の３次元コンピュータグラフィックスオブジェ
   クトを構成する多角形図形の細 かさを変化させる
   加工処理、（５）元の３次元コンピュータグラフィック
   スオブジェクトを構成する頂点の座標に揺 らぎを
   与える加工処理、の２種類の加工処理をこの順で行う
   か、または上記加工処理のうちのいずれか１つを行う請
   求項２に記載の３次元コンピュータグラフィックスの輪
   郭線強調画像の作成方法。