JP2002015336A - 画像処理装置及び画像処理方法、並びに、記憶媒体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来のテクスチャマップの手法をFake Furア
ルゴリズムと協調させることによって、自然な毛の流れ
を表現する。 【解決手段】 画像処理装置は、Fake Furアルゴリズム
による色計算を行い第１の描画色を決定する第１の描画
色決定部と、テクスチャ・マップによるテクスチャ色を
取得して第２の描画色を決定する第２の描画色決定部
と、これら第１及び第２の描画色を混合して最終的な描
画色を決定する混合部とで構成される。また、テクスチ
ャから得られる情報とFake Furアルゴリズムで用いるパ
ラメータとを関連付ける手段をさらに備えている。

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・デ
ィスプレイ上にコンピュータ・グラフィックス（ＣＧ）
画面を生成する画像処理装置及び画像処理方法に係り、
特に、ラスタライズ過程において各ピクセルに関する好
適な描画色を決定するための色計算を行う画像処理装置
及び画像処理方法に関する。

【０００２】更に詳しくは、本発明は、毛皮の色計算を
行なう画像処理装置及び画像処理方法に係り、特に、毛
の密度と相関を持つ毛の流れを表現する色計算を行う画
像処理装置及び画像処理方法に関する。

【０００３】

【従来の技術】昨今のコンピュータ・システムにおける
演算速度の向上や描画機能の強化とも相俟って、コンピ
ュータ資源を用いて図形や画像の作成や処理を行なう
「コンピュータ・グラフィックス」（ＣＧ）技術が盛ん
に研究・開発され、さらに実用化されている。

【０００４】例えば、３次元グラフィックスは、３次元
オブジェクトが所定の光源によって照らされたときの光
学現象を数学モデルで表現して、該モデルに基づいてオ
ブジェクト表面に陰影や濃淡を付けたり、さらには模様
を貼り付けたりして、よりリアルで３次元的な２次元高
精彩画像を生成するものである。コンピュータ・グラフ
ィックスは、科学、工学、製造などの開発分野でのＣＡ
Ｄ／ＣＡＭ、その他の各種応用分野においてますます盛
んに利用されるようになってきている。

【０００５】３次元グラフィックスは、一般には、フロ
ントエンドとして位置付けられる「ジオメトリ・サブシ
ステム」と、バックエンドとして位置付けられる「ラス
タ・サブシステム」とで構成される。

【０００６】ジオメトリ・サブシステムは、ディスプレ
イ・スクリーン上に表示する３次元オブジェクトの位置
や姿勢などの幾何学的な演算処理を行なう過程のことで
ある。ジオメトリ・サブシステムでは、一般に、オブジ
ェクトは多数のポリゴンの集合体として扱われ、ポリゴ
ン単位で、「座標変換」、「クリッピング」、「光源計
算」などの幾何学的な演算処理が行なわれる。

【０００７】一方、ラスタ・サブシステムは、オブジェ
クトを構成する各ピクセル（pixel）を塗りつぶす過程
のことである。ラスタライズ処理は、例えば、ポリゴン
の頂点毎に求められた画像パラメータを基にして、ポリ
ゴン内部のすべてのピクセルの画像パラメータを補間す
ることによって実現される。ここで言う画像パラメータ
には、ＲＧＢ形式などで表される色（描画色）データ、
奥行き方向の距離を表すＺ値などがある。また、最近の
高精彩な３次元グラフィックス処理では、遠近感を醸し
出すためのｆ（ｆｏｇ：霧）や、物体表面の素材感や模
様を表現してリアリティを与えるテクスチャｔ（ｔｅｘ
ｔｕｒｅ）なども、画像パラメータの１つとして含まれ
ている。

【０００８】ところで、各ピクセルの描画色の計算（以
下、「色計算」とする）には表面の材質が大きく影響を
及ぼす。平坦で均質な素材の表面の色計算は比較的容易
であるが、例えば動物の毛皮などの色計算は困難であ
る。何故ならば、表面形状が複雑で、毛の密度によって
は皮膚の色の影響を受けたり、毛の流れによって色も変
化するからである。勿論、毛の１本１本を直接モデルと
して扱うことにより毛皮を忠実且つ自然に表現すること
もできるが、このような場合、モデルの増加に伴う計算
コストの増大や、拡大に伴う画質の低下といった問題が
ある。

【０００９】通常良く用いられる色計算の方法として、
Ｐｈｏｎｇのライティング式やテクスチャ・マッピング
を用いる方法が挙げられる。

【００１０】しかしながら、Ｐｈｏｎｇのライティング
式は、金属やプラスティックのような表面が均質で滑ら
かな物体を表現するのには適しているが、毛皮のような
素材に対しては表現力が不足している。一般に、視線と
毛の方向が直交するような場合には毛の色が濃くなり、
逆に視線と毛の方向が平行な場合には皮膚の色が濃く見
えるが、Ｐｈｏｎｇのライティング式によると、このよ
うな光学現象を表現することができない。

【００１１】また、テクスチャ・マッピングを用いた方
法は、通常はライティングを行なった結果と重ね合わせ
て描画色を得るようにしている。ライティングにＰｈｏ
ｎｇの方法を用いると、上記と同様に、不自然な結果を
招来する。

【００１２】一方、James T. Kajiya and Timothy L.Ka
y著の"Rendering Fur With Three Dimensional Textur
e."（SIGGRAPH 89 Conference Proceedings pages 271-
277）には、各テクセル毎に密度や毛の方向ベクトルを
定義した３次元テクスチャを用いて（テクセルは毛皮表
面を扱う単位）、視線方向にテクセルを操作しながら色
計算を行う方法が提案されている。

【００１３】Kajiya等による方法によれば、質感のある
毛を充分に表現することができる。しかしながら、各テ
クセル毎に毛の密度や毛の方向を設定して色計算時にこ
れを視線方向に走査する必要があるため、メモリ参照が
多く発生してしまい、色計算の時間的コストが増大して
しまう。また、３次元テクスチャを保持するために、大
容量のメモリが必要となる。

【００１４】また、Dan B. Goldman著の"Fake Fur Rend
ering"（SIGGRAPH 97 Conference Proceedings pages 1
27-134）には、動物の非常に短い毛を表現するのに有効
な色計算方法である"Fake Fur"アルゴリズムについて提
案されている。Fake Furアルゴリズムは、上記のKajiya
等の方法とは異なり、視線方向にテクセルを探索する必
要がないことから、高速な色計算が可能となる。また、
テクスチャを保持する大容量メモリも必要でない。

【００１５】以下では、このFake Furアルゴリズムにつ
いて説明しておく。

【００１６】図５には、Fake Furアルゴリズムを実現す
る画像処理装置５０の機能構成例を示している。

【００１７】同図に示すように、画像処理装置５０は、
毛の色を計算する毛色計算部５１と、皮膚の色を計算す
る皮膚色計算部５２と、これら各色計算部５１及び５２
から出力された毛の色及び皮膚の色を混合する混合部５
４と、毛の透過度を計算する透過度計算部５３とで構成
される。本アルゴリズムにおいて、透過度の計算は重要
な役割を果たす。

【００１８】この画像処理装置５０では、毛色計算部５
１で毛の色が計算され、皮膚色計算部５２で皮膚の色が
計算され、さらに、透過度計算部５３では毛の方向と毛
の密度に関連する値を用いて毛の透過度を計算する。そ
して、混合部５４では、透過度に基づいて、毛の色と皮
膚の色とを混合して、最終的な描画色Ｃを決定すること
ができる。

【００１９】また、同図中で、毛色計算部５１に入力さ
れるＥ，Ｌ，Ｔ，Ｎは、それぞれ、図６に示すように、
視線方向の正規化ベクトル、光源方向の正規化ベクト
ル、毛の方向の正規化ベクトル、及び皮膚表面の法線方
向の正規化ベクトルを示すものとする。

【００２０】また、ＤＡＨは、毛の密度と毛の面積を乗
じた値である。例えば、図７に示すように、面積Ａｓの
皮膚領域中に、上端の半径がｒｔで下端の半径がｒｂで
長さがｌとなる毛（但し、毛の断面は円形とみなす）が
ｎｉ本だけ植設されているような場合、ＤＡＨは、以下
の式によって求めることができる。

【００２１】

【数１】 ＤＡＨ＝（ｎｉ／Ａｓ）ｌ（ｒｔ＋ｒｂ）／２

【００２２】Fake Furアルゴリズムでは、ｎｉ、Ａｓ、
ｒｔ、ｒｂという変数をそれぞれ独立に考慮する必要は
なく、ＤＡＨという単一の変数だけを考慮すればよい。
以下の説明では、変数ＤＡＨのみを用いて表すが、その
実体は［数１］に示したものと略同一であると理解され
たい。

【００２３】前述したように、Fake Furアルゴリズムで
は透過度の計算が重要である。ベクトルＴ、ベクトル
Ｎ、及びベクトルＶを用いて、毛がポアッソン（Poisso
n）分布に従うと仮定した場合、透過度αは、以下の式
のように近似的に表すことができる。但し、ベクトルＶ
は、ベクトルＥ又はベクトルＬのいずれかであり、必要
に応じて選択される。

【００２４】

【数２】α＝１−ｅｘｐ（−ＤＡＨ×ｓｉｎ（Ｖ，Ｔ）
／Ｖ・Ｎ）

【００２５】透過度αは、ベクトルＶの方向から皮膚及
び毛を眺めた場合に、その投影スクリーン上でどの程度
の割合で毛が見えるかを示す指標値である。αが１に近
いほど毛の見える割合が多いことを示し、０に近いほど
皮膚の見える割合が多いことを示す。

【００２６】ベクトルＥに対する透過度αeは、視点か
ら眺めた場合のスクリーン上での毛の割合を示す。又、
ベクトルＬに対する透過度αlは、光源から眺めた場合
のスクリーン上での毛の割合を示し、これはすなわち毛
がスクリーン上に落とす影の割合を求めていることにな
る。

【００２７】なお、αは、Ｖ、Ｔ、Ｎ、ＤＡＨをパラメ
ータとする関数であり、以下でこれを関数として取り扱
う場合には、α（Ｖ，Ｔ，Ｎ，ＤＡＨ）と表記すること
にする。

【００２８】図８には、Fake Furアルゴリズムに従う処
理手順をフローチャートの形式で示している。以下、こ
のフローチャートを参照しながら説明する。

【００２９】まず、毛から毛に落とす影の影響を考慮す
る（ステップＳ１）。すなわち、毛色計算部５１は透過
度計算部５３にベクトルＬ、Ｔ、Ｎを与え、透過度計算
部５３は光源から眺めた場合の透過度αｌを上記の［数
２］に従って求め、これを毛色計算部５１に渡す。

【００３０】次いで、毛色計算部５１は、影の影響αｌ
を考慮しながら毛の色Ｃｈを計算して、混合部５４に出
力する（ステップＳ２）。

【００３１】毛の色Ｃｈは、上述したKajiya等により提
案されるライティング式により求めた毛の色Ｃｈ’にα
ｌを考慮して、以下の式のように表すことができる。但
し、同式においてＨ２Ｈは、毛が毛に落とす影の影響の
度合いを調整するためのパラメータである。

【００３２】

【数３】Ｃｈ＝（１−Ｈ２Ｈ×αｌ）×Ｃｈ’

【００３３】次いで、毛から皮膚に落とす影の影響を計
算する（ステップＳ３）。すなわち、皮膚色計算部５２
は透過度計算部５３にベクトルＬ、Ｔ、Ｎを与え、透過
度計算部５３は光源から眺めた場合の透過度αｌを上記
の［数２］に従って求め、これを皮膚色計算部５２に渡
す。

【００３４】なお、このステップで求める透過度αｌ
は、ステップＳ１で求めた透過度と同一であるので、透
過度計算部５３は最初の結果を保持しておくことによっ
て再度の計算を省略することができる。

【００３５】次いで、皮膚色計算部５２は、影の影響α
ｌを考慮しながら、皮膚の色Ｃｓを計算して、その結果
を混合部５４に出力する（ステップＳ４）。

【００３６】皮膚の色Ｃｓは、影を考慮しない皮膚の色
Ｃｓ’にαｌを考慮して、以下の式のように表すことが
できる。

【００３７】

【数４】Ｃｓ＝（１−αｌ）×Ｃｓ’

【００３８】次いで、毛と皮膚の見える割合を計算する
（ステップＳ５）。すなわち、混合部５４は透過度計算
部５３にＥ、Ｔ、Ｎを与える。これに対し、透過度計算
部５３は視点から眺めた場合の透過度αｅを上記の［数
２］に従って求め、混合部５４に渡す。

【００３９】次いで、混合部５４は、毛と皮膚の見える
割合αｅでＣｈとＣｓを、例えば以下に示す混合式に従
って混合して、最終的な描画色Ｃとして出力する（ステ
ップＳ６）。

【００４０】

【数５】Ｃ＝αｅ×Ｃｈ＋（１−αｅ）×Ｃｓ

【００４１】図８に示すようなFake Furアルゴリズムに
従って色計算を行うことによれば、視線と毛の方向が直
交するような場合には毛の色が濃くなり、逆に視線と毛
の方向が平行な場合には皮膚の色が濃く見えるという、
短い毛に特有の光学的現象を好適に表現することができ
る。この結果、従来のＰｈｏｎｇのライティング式を用
いた色計算方法における表現力の乏しさという問題（前
述）を解消することができる。

【００４２】

【発明が解決しようとする課題】動物などの毛皮を表現
する方法は幾つか提案されているが、毛の１本１本をモ
デルとして取り扱うとモデルの増加に伴う計算コストの
増大や拡大に伴う画質劣化を招来する。

【００４３】Kajiya等が提案する３次元テクスチャを用
いた方法は、視線方向へのテクセルの走査に伴う計算量
が大きく、またテクスチャ格納用の大容量メモリが必要
となる。これに対し、Fake Furアルゴリズムは動物の非
常に短い毛を計算するのに有効である（上述）。

【００４４】しかしながら、Fake Furアルゴリズムは、
毛皮において通常感じられるような毛の流れを表現する
ことが困難である。すなわち、毛の流れの一部は毛の密
度が流れ方向に相関を持つことによって現れるが、従来
のFake Furアルゴリズムではこのような毛の流れを表現
することができない。

【００４５】本発明は、上記のような技術的課題を勘案
したものであり、その目的は、３次元グラフィックスの
ラスタライズ過程などにおいて各ピクセルに関する好適
な描画色を決定する色計算を好適に行うことができる、
優れた画像処理装置及び画像処理方法を提供することに
ある。

【００４６】本発明の更なる目的は、動物などの毛皮の
色計算を低い計算コストと少ないメモリ容量で行なうこ
とができる、優れた画像処理装置及び画像処理方法を提
供することにある。

【００４７】本発明の更なる目的は、毛の密度と相関を
持つ毛の流れを表現する色計算を行うことができる、優
れた画像処理装置及び画像処理方法を提供することにあ
る。

【００４８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を参
酌してなされたものであり、その第１の側面は、毛皮の
色計算を行なう画像処理装置又は方法であって、毛の方
向と毛の密度に関連する値に基づく透過度に従って毛の
色と皮膚の色を混合して第１の描画色を決定する第１の
色決定部又はステップと、テクスチャから取得した第２
の描画色を決定する第２の色決定部又はステップと、第
１及び第２の描画色を混合して最終的な描画色を決定す
る描画色決定部又はステップと、を具備することを特徴
とする画像処理装置又は方法である。

【００４９】本発明の第１の側面に係る画像処理装置又
は方法は、さらに、毛から毛に落とす影の影響を考慮し
ながら毛の色を計算する毛色計算部又はサブステップを
含んでもよい。

【００５０】また、本発明の第１の側面に係る画像処理
装置又は方法は、さらに、毛から皮膚に落とす影の影響
を考慮しながら皮膚の色を計算する皮膚色計算部又はサ
ブステップを含んでもよい。

【００５１】また、本発明の第１の側面に係る画像処理
装置又は方法は、さらに、毛と皮膚の見える割合を計算
する透過度計算部又はサブステップを含んでもよい。

【００５２】また、本発明の第１の側面に係る画像処理
装置又は方法は、毛の色の計算、皮膚の色の計算、透過
度の計算、毛の色と皮膚の色の混合のうち少なくとも１
つの処理に用いるパラメータを前記テクスチャから取得
した情報から求める手段又はステップを含んでもよい。

【００５３】また、本発明の第１の側面に係る画像処理
装置又は方法は、透過度の計算に用いる毛の密度と関連
する値を前記テクスチャから取得した情報から求める手
段又はステップを含んでもよい。

【００５４】また、本発明の第１の側面に係る画像処理
装置又は方法は、透過度の計算に用いる毛の方向と関連
する値を前記テクスチャから取得した情報から求める手
段又はステップを含んでもよい。

【００５５】また、本発明の第２の側面は、毛皮の色計
算を行なう画像処理をコンピュータ・システム上で実行
するように記述されたコンピュータ・ソフトウェアをコ
ンピュータ可読形式で物理的に格納した記憶媒体であっ
て、前記コンピュータ・ソフトウェアは、毛の方向と毛
の密度に関連する値に基づく透過度に従って毛の色と皮
膚の色を混合して第１の描画色を決定する第１の色決定
ステップと、テクスチャから取得した第２の描画色を決
定する第２の色決定ステップと、第１及び第２の描画色
を混合して最終的な描画色を決定する描画色決定ステッ
プと、を具備することを特徴とする記憶媒体である。

【００５６】本発明の第２の側面に係る記憶媒体は、例
えば、様々なプログラム・コードを実行可能な汎用性の
コンピュータ・システムに対して、コンピュータ・ソフ
トウェアをコンピュータ可読な形式で物理的に提供する
媒体である。このような媒体は、例えば、ＣＤ（Compac
t Disc）やＦＤ（Floppy Disc）、ＭＯ（Magneto-Optic
al disc）などの着脱自在で可搬性の記憶媒体である。
あるいは、ネットワーク（ネットワークは無線、有線の
区別を問わない）などの伝送媒体などを経由してコンピ
ュータ・ソフトウェアを特定のコンピュータ・システム
にコンピュータ可読形式で提供することも技術的に可能
である。

【００５７】このような記憶媒体は、コンピュータ・シ
ステム上で所定のコンピュータ・ソフトウェアの機能を
実現するための、コンピュータ・ソフトウェアと記憶媒
体との構造上又は機能上の協働的関係を定義したもので
ある。換言すれば、本発明の第２の側面に係る記憶媒体
を介して所定のコンピュータ・ソフトウェアをコンピュ
ータ・システムにインストールすることによって、コン
ピュータ・システム上では協働的作用が発揮され、本発
明の第１の側面に係る画像処理装置又は方法と同様の作
用効果を得ることができる。

【００５８】

【作用】［従来の技術］の欄で説明したように、Fake F
urアルゴリズムだけでは毛の流れを表現することができ
ない。

【００５９】一方、テクスチャ・マップの手法によれ
ば、毛の流れを表現した画像をテクスチャとして用いる
ことによって、比較的容易に毛の流れを表現することが
できる。

【００６０】本発明に係る画像処理装置は、Fake Furア
ルゴリズムによる色計算を行い第１の描画色を決定する
第１の描画色決定部と、テクスチャ・マップによるテク
スチャ色を取得して第２の描画色を決定する第２の描画
色決定部と、これら第１及び第２の描画色を混合して最
終的な描画色を決定する混合部とで構成される。

【００６１】また、本発明に係る画像処理装置は、テク
スチャから得られる情報とFake Furアルゴリズムで用い
るパラメータとを関連付ける手段をさらに備えている。

【００６２】したがって、本発明によれば、毛の流れの
画像をテクスチャとしてテクスチャ・マップを行なうと
ともに、Fake Furアルゴリズムで計算したライティング
色と混合することで、毛らしさを表現することができ
る。また、皮膚色の透ける感じや毛色の目立つ感じを出
しつつ、毛の流れを表して、より実際の毛皮に近い表現
が可能となる。

【００６３】ここで、Fake Furアルゴリズムとテクスチ
ャマップを単純に組み合わせただけでは、問題が生じ
る。

【００６４】すなわち、テクスチャの画像において、毛
がいずれかの方向に指向性を持っている様子を示してい
るような場合、Fake Furアルゴリズムとテクスチャ・マ
ップを単純に組み合わせただけでは、Fake Furアルゴリ
ズムではテクスチャ画像に表現されている毛の流れを考
慮することができないため、これらを混合した結果の画
像は不自然になってしまう。

【００６５】例えば、テクスチャの画像では毛の多い部
分であっても、Fake Furアルゴリズムでは皮膚色が目立
つように色計算されてしまうかもしれない。このような
問題は、毛がいずれかの方向に非常に傾いているときに
顕著に現れてくる。テクスチャ画像では毛がある方向に
傾いているにも拘わらず、Fake Furアルゴリズムではこ
れとは無関係にあらかじめ指定された毛の方向に従って
色計算を行う。この結果、皮膚色の透け方や毛色の目立
ち方がテクスチャ画像との整合がとれなくなってしま
う。

【００６６】本発明によれば、テクスチャから取得した
情報を基にFake Furアルゴリズムの計算方法を調整する
ことによって、テクスチャ画像とFake Furアルゴリズム
により決定された描画色との整合性を保つことができ
る。

【００６７】図１には、本発明に係る画像処理装置１０
の機能構成を模式的に示している。同図に示すように、
画像処理装置１０は、Fake Fur アルゴリズムに従って
色計算を行って毛皮色Ｃｆを出力するFake Fur計算部１
１と、テクスチャ・マップによるテクスチャ色Ｃｔを取
得し出力するテクスチャ・マップ部１２と、毛皮色Ｃｆ
とテクスチャ色Ｃｔを混合して描画色Ｃを生成し出力す
るテクスチャ混合部１３と、Fake Fur計算部１１にて使
用するパラメータ（Ｅ，Ｔ，Ｎ，Ｌ，ＤＡＨなど）を計
算するパラメータ計算部１４とで構成される。Fake Fur
計算部１１は、例えば図５に示したFake Furアルゴリズ
ムのみに従う画像処理装置５０と略同一構成でもよい。

【００６８】また、図２には、画像処理装置１０におけ
る描画色決定の処理手順をフローチャートの形式で示し
ている。以下、このフローチャートに従って説明する。

【００６９】まず、テクスチャを取得する（ステップＳ
１１）。すなわち、テクスチャ・マップ部１２は、描画
したいピクセルのテクスチャ座標ｕ，ｖを与えられ、該
座標に応じたテクスチャ色Ｃｔをテクスチャ混合部１３
に出力する。また、テクスチャ・マップ部１２は、Fake
Furアルゴリズムで用いるパラメータを算出するために
必要なテクスチャ情報を、パラメータ計算部１４に出力
する。

【００７０】次いで、Fake Furアルゴリズムに用いるパ
ラメータを計算する（ステップＳ１２）。すなわち、パ
ラメータ計算部１４は、テクスチャ・マップ部１２より
与えられたテクスチャ情報を基に、Fake Furアルゴリズ
ムに用いるパラメータを計算して、これをFake Fur計算
部１１に出力する。

【００７１】次いで、Fake Furアルゴリズムにより毛皮
色を求める（ステップＳ１３）。Fake Fur計算部１１
は、パラメータ計算部１４により与えられたパラメー
タ、及び、それ以外の直接与えられるパラメータを用い
て、例えば図８に示したものと同様の処理手順に従っ
て、Fake Furアルゴリズムによる色計算を行ない、その
結果である毛皮色Ｃｆをテクスチャ混合部１３に出力す
る。

【００７２】テクスチャ混合部１３は、Fake Fur計算部
１１から供給される毛皮色Ｃｆと、テクスチャ・マップ
部１２から供給されるテクスチャ色Ｃｔを、例えば以下
の式に従って混合して、描画色Ｃとして出力する（ステ
ップＳ１４）。

【００７３】

【数６】Ｃ＝Ｃｆ×Ｃｔ

【００７４】但し、Fake Furアルゴリズムで求めた色Ｃ
ｆとテクスチャ色Ｃｔの混合方法は、［数６］に示した
式に必ずしも限定されず、テクスチャ・マップで一般的
に知られている他の混合方法を適用してもよい。

【００７５】また、Fake Furアルゴリズムで用いるパラ
メータとしては、ＤＡＨやＴ等を挙げることができる。
以下には、テクスチャから取得した色を基にＤＡＨを調
整するための計算式を示している。

【００７６】

【数７】ＤＡＨ＝ρ（｜Ｒｔ−Ｒｓ｜ⁿ＋｜Ｇｔ−Ｇｓ
｜ⁿ＋｜Ｂｔ−Ｂｓ｜ⁿ）^{1 /m}

【００７７】上式に示す例では、ＤＡＨの値を、テクス
チャ色Ｃｔとある基準となる色Ｃｓとの差分に関連させ
て調整することができる。但し、テクスチャ色Ｃｔの
赤、緑、青の各要素を（Ｒｔ，Ｇｔ，Ｂｔ）とし、ま
た、Ｃｓの各要素を（Ｒｓ，Ｇｓ，Ｂｓ）とする。ま
た、Ｒｓ，Ｇｓ，Ｂｓ，ｎ，ｍ，及びρはいずれも正の
定数である。

【００７８】［数７］に従えば、テクスチャの色Ｃｔと
基準色Ｃｓとの差分が大きいろ度ＤＡＨが大きくなる。
ここで、基準色Ｃｓを皮膚色とすれば、ＤＡＨはテクス
チャ色がどの程度皮膚色から離れているかに依存して変
化する。

【００７９】一般には、テクスチャ色Ｃｔが皮膚色Ｃｓ
から離れているならば毛の密度が高いと考えられるか
ら、その値をＤＡＨの算出に利用することは自然な仮定
であると言えよう。

【００８０】ここで、例えばテクスチャ色Ｃｔがテクス
チャ座標ｕ，ｖの各方向に変化している量を、赤、緑、
青の各要素毎に（ｄＲｄｕ，ｄＧｄｕ，ｄＢｄｕ）、及
び、（ｄＲｄｖ，ｄＧｄｖ，ｄＢｄｖ）とする。加え
て、ｕ方向及びｖ方向の単位ベクトルをそれぞれＰＵ及
びＰＶとする。

【００８１】色の変化の方向が毛の方向に関わると考え
ると、下式のようにして毛の方向ベクトルＴを計算する
こともまた自然な仮定である。すなわち、色の変化分が
小さい方向に対して毛が向いているという考え方であ
る。

【００８２】

【数８】Ｔ＝ｎｏｒｍａｌｉｚｅ（ρ（｜ｄＲｄｖ｜ⁿ
＋｜ｄＧｄｖ｜ⁿ＋｜ｄＢｄｖ｜ⁿ）^1/mＰＵ＋ρ（｜ｄ
Ｒｄｕ｜ⁿ＋｜ｄＧｄｕ｜ⁿ＋｜ｄＢｄｕ｜ⁿ）^1/mＰＶ＋
Ｎ）

【００８３】但し、上式において、ｎ及びｍは正の定数
であり、ｎｏｒｍａｌｉｚｅ（）はベクトルを正規化す
る処理を表している。また、Ｎは皮膚表面の法線ベクト
ルであり、ρは正または負の定数である。

【００８４】［数８］によれば、ρの符号を正又は負を
いずれかに設定することによって毛の方向が変化する。
これは、２次元のテクスチャから毛の方向を求める際の
問題であり、毛の方向を一意に決定することは困難であ
る。しかし、より複雑なテクスチャの分析を行なうこと
により、ρの符合も決定することができる。

【００８５】上記の［数７］並びに［数８］に拘わら
ず、テクスチャから取得した情報とFake Furアルゴリズ
ムを用いるパラメータを関連付けることにより、Fake F
urアルゴリズムで求めたライティングの結果と、テクス
チャにより取得した毛の画像を強調させて表現されるこ
とができる。この結果、自然な毛の流れを表現すること
ができる。

【００８６】本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、
後述する本発明の実施例や添付する図面に基づくより詳
細な説明によって明らかになるであろう。

【００８７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施例を詳解する。

【００８８】図３には、本発明の実施に供される画像処
理装置２０の構成を模式的に示している。同図に示すよ
うに、画像処理装置２０は、毛の色を計算する毛色計算
部２１と、皮膚の色を計算する皮膚色計算部２２と、こ
れら各色計算部２１及び２２から出力された毛の色及び
皮膚の色を混合する混合部２４と、毛の透過度を計算す
る透過度計算部２３と、テクスチャ・マップ部２５と、
テクスチャ混合部２６と、ＤＡＨ計算部２７とで構成さ
れる。

【００８９】毛色計算部２１と皮膚色計算部２２と透過
度計算部２３と混合部２４とからなる機能モジュール
は、Fake Furアルゴリズムにより毛皮色を色計算するこ
とができる。

【００９０】テクスチャ・マップ部２５は、テクスチャ
色の取得を行なう。また、テクスチャ混合部２６は、混
合部２４が出力する色とテクスチャ色とを混合する。ま
た、ＤＡＨ計算部２７は、テクスチャ・マップを行なっ
た結果の色とFake FurアルゴリズムにおけるＤＡＨとを
関連付ける（ＤＡＨは毛の密度と毛の面積を乗じた値で
ある）。

【００９１】上述したように、ＤＡＨを調整する以外に
も、例えば、毛の方向ベクトルＴをテクスチャ色の変化
分により算出するような場合には、テクスチャ・マップ
部２５は、テクスチャ色そのものではなくテクスチャ色
の変化分を出力するようにする。また、そのような場合
には、ＤＡＨ計算部２７の代わりに、Ｔ計算部（図示し
ない）を画像処理装置２０内に配置して、テクスチャ色
の変化分からＴを計算するようにする。

【００９２】また、Ｔ及びＤＡＨはいずれも独立に設定
可能なパラメータであるから、テクスチャ・マップ部２
５がテクスチャ色とその変化分の双方を出力するように
して、テクスチャ色とＤＡＨを関連付けるＤＡＨ計算部
２７と、テクスチャ色の変化分とＴを関連付けるＴ計算
部の双方を画像処理装置２０に配置するようにしてもよ
い。

【００９３】図４には、図３に示す画像処理装置２０に
おけるテクスチャ色と毛皮色を混合して描画色を決定す
るための処理手順をフローチャートの形式で図解してい
る。但し、同図に示す例では、ＤＡＨを調整する場合に
限定している。以下、このフローチャートに従って説明
する。

【００９４】まず、テクスチャを取得する（ステップＳ
２１）。すなわち、テクスチャ・マップ部２５は、描画
したいピクセルのテクスチャ座標ｕ，ｖを与えられ、該
座標に応じたテクスチャ色ＣｔをＤＡＨ計算部２７及び
テクスチャ混合部２６に出力する。

【００９５】次いで、ＤＡＨを計算する（ステップＳ２
２）。すなわち、ＤＡＨ計算部２７は、テクスチャ色Ｃ
ｔを取得して、上記の［数６］に従ってＤＡＨを計算し
て、これを透過度計算部２３に出力する。

【００９６】次いで、毛が毛に落とす影の影響を考慮す
る（ステップＳ２３）。すなわち、毛色計算部２１は透
過度計算部２３に各ベクトルＬ、Ｔ、Ｎを与え、透過度
計算部２３は光源から眺めた場合の透過度αｌを上記の
［数２］に従って求め、これを毛色計算部２１に渡す。

【００９７】次いで、毛色計算部２１は、影の影響αｌ
を考慮しながら毛の色Ｃｈを計算して、その結果を混合
部２４に出力する（ステップＳ２４）。

【００９８】Ｃｈは、例えば、前述したKajiya等の論文
に記述されているライティング式で求めた毛の色Ｃｈ’
にαｌを考慮して、上記の［数３］のように求めること
ができる。但し、［数３］において、Ｈ２Ｈは毛が毛に
落とす影響の度合いを調整するためのパラメータであ
る。

【００９９】次いで、毛から皮膚に落とす影の影響を計
算する（ステップＳ２５）。すなわち、皮膚色計算部２
２は透過度計算部２３に各ベクトルＬ、Ｔ、Ｎを与え、
透過度計算部２３は光源から眺めた場合の透過度αｌを
上記の［数２］に従って求め、これを皮膚色計算部２２
に渡す。

【０１００】なお、ここで求めるαｌは、上記のステッ
プＳ２１で求めたαｌと同一であるので、透過度計算部
２３が最初の計算結果を保持しておくことにより、再度
の計算を省略することができる。

【０１０１】次いで、皮膚色計算部２２は、影の影響α
ｌを考慮しながら、皮膚の色Ｃｓを計算して、その結果
を混合部２４に出力する（ステップＳ２６）。Ｃｓは、
影を影響しない場合の皮膚の色Ｃｓ’にαｌを考慮し
て、上記の［数４］に従って求めることができる。

【０１０２】次いで、毛と皮膚の見える割合を計算する
（ステップＳ２７）。すなわち、混合部２４は透過度計
算部２３に各ベクトルＥ、Ｔ、Ｎを与え、透過度計算部
２３は視点から眺めた場合の透過度αｅを上記の［数
２］に従って求め、これを混合部２４に渡す。

【０１０３】次いで、混合部２４は、上記の［数５］に
従って、毛と皮膚の見える割合αｅで毛の色Ｃｈと皮膚
の色Ｃｓを混合し、その結果を混合色Ｃｆとして出力す
る（ステップＳ２８）。

【０１０４】そして、テクスチャ混合部２６は、混合部
２４から出力された混合色Ｃｆと、テクスチャ・マップ
部２５から出力されたテクスチャ色Ｃｔを、例えば上記
の［数６］に従って混合し、描画色Ｃとして出力する
（ステップＳ２９）。

【０１０５】図４に示すようなアルゴリズムを用いて色
計算を行うことにより、従来のテクスチャ・マップとＰ
ｈｏｎｇのライティング式を用いた色計算方法に比べ、
自然な毛皮の描画を実現することができる。すなわち、
本アルゴリズムによれば、視線と毛の方向が直交するよ
うな場合に毛の色が濃くなる一方、視線と毛の方向が並
行になるような場合には皮膚の色が濃くなるように見え
るといった、短い毛に特徴的な表現を行ないつつ、従来
のFake Furアルゴリズムでは行なうことができかった毛
の流れをも表現することができる。

【０１０６】また、本アルゴリズムによれば、毛の流れ
とFake Furアルゴリズムの間に関連付けを行なうことに
より、より自然な毛皮の表現を行なうことができる。

【０１０７】［追補］以上、特定の実施例を参照しなが
ら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発
明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施例の修正や
代用を成し得ることは自明である。すなわち、例示とい
う形態で本発明を開示してきたのであり、限定的に解釈
されるべきではない。本発明の要旨を判断するために
は、冒頭に記載した特許請求の範囲の欄を参酌すべきで
ある。

【０１０８】

【発明の効果】以上詳記したように、本発明によれば、
３次元グラフィックスのラスタライズ過程などにおいて
各ピクセルに関する好適な描画色を決定する色計算を好
適に行うことができる、優れた画像処理装置及び画像処
理方法を提供することができる。

【０１０９】また、本発明によれば、動物などの毛皮の
色計算を低い計算コストと少ないメモリ容量で行なうこ
とができる、優れた画像処理装置及び画像処理方法を提
供することができる。

【０１１０】また、本発明によれば、毛の密度と相関を
持つ毛の流れを表現する色計算を行うことができる、優
れた画像処理装置及び画像処理方法を提供することがで
きる。

【０１１１】また、本発明によれば、従来のテクスチャ
マップの手法をFake Furアルゴリズムと協調させること
によって、自然な毛の流れを表現することができる、優
れた画像処理装置及び画像処理方法を提供することがで
きる。

【０１１２】また、本発明によれば、テクスチャから得
た情報とFake Furアルゴリズムにおけるパラメータを関
連付けることによって、より自然な毛皮の描画色を決定
することができる、優れた画像処理装置及び画像処理方
法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る画像処理装置１０の機能構成を模
式的に示した図である。

【図２】画像処理装置１０における描画色決定の処理手
順（本実施例）を示したフローチャートである。

【図３】本発明の実施に供される画像処理装置２０の構
成を模式的に示した図である。

【図４】図３に示す画像処理装置２０におけるテクスチ
ャ色と毛皮色を混合して描画色を決定するための処理手
順（本実施例）を示したフローチャートである。

【図５】Fake Furアルゴリズムを実現する画像処理装置
５０の機能構成（従来例）を示した図である。

【図６】毛色計算部５１に入力されるＥ，Ｌ，Ｔ，Ｎを
説明するための図である。

【図７】ＤＡＨの計算方法を説明するための図である。

【図８】Fake Furアルゴリズムに従う描画色決定の処理
手順（従来例）を示したフローチャートである。

【符号の説明】

１０，２０，５０…画像処理装置 １１…毛色計算部 １２…皮膚色計算部 １３…透過度計算部 １４…混合部 ２１…毛色計算部 ２２…皮膚色計算部 ２３…透過度計算部 ２４…混合部 ２５…テクスチャ・マップ部 ２６…テクスチャ混合部 ２７…ＤＡＨ計算部 ５１…毛色計算部 ５２…皮膚色計算部 ５３…透過度計算部 ５４…混合部

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】毛皮の色計算を行なう画像処理装置であっ
   て、 毛の方向と毛の密度に関連する値に基づく透過度に従っ
   て毛の色と皮膚の色を混合して第１の描画色を決定する
   第１の色決定部と、 テクスチャから取得した第２の描画色を決定する第２の
   色決定部と、 第１及び第２の描画色を混合して最終的な描画色を決定
   する描画色決定部と、を具備することを特徴とする画像
   処理装置。
2. 【請求項２】毛から毛に落とす影の影響を考慮しながら
   毛の色を計算する毛色計算部を含むことを特徴とする請
   求項１に記載の画像処理装置。
3. 【請求項３】毛から皮膚に落とす影の影響を考慮しなが
   ら皮膚の色を計算する皮膚色計算部を含むことを特徴と
   する請求項１に記載の画像処理装置。
4. 【請求項４】毛と皮膚の見える割合を計算する透過度計
   算部を含むことを特徴とする請求項１に記載の画像処理
   装置。
5. 【請求項５】毛の色の計算、皮膚の色の計算、透過度の
   計算、毛の色と皮膚の色の混合のうち少なくとも１つの
   処理に用いるパラメータを前記テクスチャから取得した
   情報から求める手段をさらに備えることを特徴とする請
   求項１に記載の画像処理装置。
6. 【請求項６】透過度の計算に用いる毛の密度と関連する
   値を前記テクスチャから取得した情報から求める手段を
   さらに備えることを特徴とする請求項１に記載の画像処
   理装置。
7. 【請求項７】透過度の計算に用いる毛の方向と関連する
   値を前記テクスチャから取得した情報から求める手段を
   さらに備えることを特徴とする請求項１に記載の画像処
   理装置。
8. 【請求項８】毛皮の色計算を行なう画像処理方法であっ
   て、 毛の方向と毛の密度に関連する値に基づく透過度に従っ
   て毛の色と皮膚の色を混合して第１の描画色を決定する
   第１の色決定ステップと、 テクスチャから取得した第２の描画色を決定する第２の
   色決定ステップと、 第１及び第２の描画色を混合して最終的な描画色を決定
   する描画色決定ステップと、を具備することを特徴とす
   る画像処理方法。
9. 【請求項９】毛から毛に落とす影の影響を考慮しながら
   毛の色を計算する毛色計算サブステップを含むことを特
   徴とする請求項８に記載の画像処理方法。
10. 【請求項１０】毛から皮膚に落とす影の影響を考慮しな
    がら皮膚の色を計算する皮膚色計算サブステップを含む
    ことを特徴とする請求項８に記載の画像処理方法。
11. 【請求項１１】毛と皮膚の見える割合を計算する透過度
    計算サブステップを含むことを特徴とする請求項８に記
    載の画像処理方法。
12. 【請求項１２】毛の色の計算、皮膚の色の計算、透過度
    の計算、毛の色と皮膚の色の混合のうち少なくとも１つ
    の処理に用いるパラメータを前記テクスチャから取得し
    た情報から求めるステップをさらに備えることを特徴と
    する請求項８に記載の画像処理方法。
13. 【請求項１３】透過度の計算に用いる毛の密度と関連す
    る値を前記テクスチャから取得した情報から求めるステ
    ップをさらに備えることを特徴とする請求項８に記載の
    画像処理方法。
14. 【請求項１４】透過度の計算に用いる毛の方向と関連す
    る値を前記テクスチャから取得した情報から求めるステ
    ップをさらに備えることを特徴とする請求項８に記載の
    画像処理方法。
15. 【請求項１５】毛皮の色計算を行なう画像処理をコンピ
    ュータ・システム上で実行するように記述されたコンピ
    ュータ・ソフトウェアをコンピュータ可読形式で物理的
    に格納した記憶媒体であって、前記コンピュータ・ソフ
    トウェアは、 毛の方向と毛の密度に関連する値に基づく透過度に従っ
    て毛の色と皮膚の色を混合して第１の描画色を決定する
    第１の色決定ステップと、 テクスチャから取得した第２の描画色を決定する第２の
    色決定ステップと、 第１及び第２の描画色を混合して最終的な描画色を決定
    する描画色決定ステップと、を具備することを特徴とす
    る記憶媒体。