JP2003256865A

JP2003256865A - 立体オブジェクトデータからの漫画的表現の２次元画像の生成方法および生成プログラム

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Publication number: JP2003256865A
Application number: JP2002056032A
Authority: JP
Inventors: Yosuke Kawakami; 陽介川上; Osamu Mizuno; 修水野
Original assignee: Celsys Inc
Current assignee: Celsys Inc
Priority date: 2002-03-01
Filing date: 2002-03-01
Publication date: 2003-09-12
Anticipated expiration: 2022-03-01
Also published as: US7542033B2; JP3626144B2; US20030222875A1

Abstract

(57)【要約】【課題】漫画等の表現手法を、コンピュータの立体オ
ブジェクトデータから生成する画像で実現する方法とプ
ログラムを提供する。【解決手段】立体オブジェクトの配置を設定し、視点
の位置を設定し、照明光源の位置を設定し、立体オブジ
ェクトが存在する方向をマスク情報として得て、立体オ
ブジェクトが示す色を色情報として得て、立体オブジェ
クト外形面と視点との間の距離を距離情報として得て、
外形面法線ベクトルを法線ベクトル情報として得て、マ
スク情報と距離情報と法線ベクトル情報とに基づいて、
２次元面の画素において主線（６１、７１、７６）を描
画（２３）して、色情報とある基準値とに基づいて、基
準値の前後で異なるテクスチャ（６０１，６０２，７０
１，７０２）を採用して視覚的に階調化し（２４）、主
線とテクスチャとの合成画像を求めて表示する画像表示
する漫画的表現の２次元画像を生成する方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、ＣＧ（コンピュー
タ・グラフィックス）の分野や、ＤＴＰ（デスクトップ
・パブリッシング）の分野、アニメーション制作や漫画
・コミック等の制作の分野、コンピュータゲームの分野
に関する。特に、仮想空間内の３次元オブジェクトに関
するデータから漫画的表現の２次元画像を生成する方法
およびそのためのプログラムに関する。

【０００２】

【従来の技術】コンピュータの高性能化や、低価格化、
関連したソフトウエアの一般化などによって、アニメー
ション制作や、漫画やコミック等の製作現場にもＣＧ技
術が利用されてきている。また、従来、ＣＧ分野におい
ては、仮想空間で立体オブジェクト（又は物体）を表現
することが行われてきた。特に、オブジェクトを仮想空
間で作成し、様々な動きをさせたり、向きや配置を変え
たりしながらその画像としての仕上がりをコンピュータ
上で確認できることは、漫画制作といった最終的には２
次元で表現され、静止画像を制作する現場においても制
作工程が短縮されたりする大きな利点がある。また、コ
ンピュータゲームの分野では、ＣＧ画像がその２次元画
像が最終的にディスプレイ・スクリーンに表示されてユ
ーザーに提供されている。

【０００３】こういった分野では、ユーザーの見る２次
元画像を、より自然に、より精緻に、実物らしく表現す
るという要望以外に、これまでの漫画やアニメーション
において用いられてきて慣れ親しまれている表現手法
（以下「漫画的表現」と呼ぶ）を生かした画像表現を実
現したいという要望がある。

【０００４】この漫画的表現とは、立体の複数の面の境
界となる線を一定の太さの線で強調する線（主線）で表
現する手法や、その中から特に背景と立体との境界を表
わす主線を輪郭線として強調する手法、あるいは、光源
の位置と立体形状の曲面や他の立体の存在によって作ら
れる影をスクリーントーンで表現したり、その部分を明
度の低い一定の色調で表現する手法などである。これま
では、制作者が必要に応じてこれらを人手の作業やＤＴ
Ｐの手法で組み合わせて表現し、漫画的表現が実現して
いた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、仮想空間の立
体オブジェクトデータから自動的にこの漫画的表現を生
成する方法は開示されていない。特開平７−１２９７６
２号公報には、既に２次元で表現された画像から輪郭や
陰影を抽出して再構成する手法が開示されている。この
手法では２次元画像においてその画像のみの持つ情報を
元に輪郭や陰影をつける。このために、ＣＧ画像に応用
しても、うまく主線が表せない。例えば、視点からの距
離（奥行き）が異なっていて明るさが変わらない互いに
平行な二つの面の境界などを主線によっては表現できな
い。このような二つの面の境界は、実物の写真やＣＧ画
像においては、殆どコントラストがつかないためであ
る。従来のコンピュータを使用しない場合には、こうい
った境界には制作者が必要に応じて主線を書き入れるこ
とによって漫画的表現に仕上げられていたが、このよう
な表現はコンピュータによって実現できていない。

【０００６】また、特開２００１−３１９２４４号公報
には、３次元オブジェクトにスクリーントーンの画像を
付加することが試みられている。この方法によれば、オ
ブジェクトにスクリーントーンの表現を用いることが可
能となる。しかし、３次元オブジェクトから主線や輪郭
が生成されていないために、単にスクリーントーンを用
いるのみでは漫画的表現が得られるものではない。

【０００７】本発明は以上の課題に鑑み、これまでの漫
画やアニメーションにおいて用いられてきた上記表現手
法を、コンピュータの立体オブジェクトデータから生成
する画像で実現する方法や、それを行うためのプログラ
ムを提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明においては、仮想
空間内における立体オブジェクトの配置を入力手段によ
って受け付ける配置入力ステップと、仮想空間内におけ
る視点の位置を入力手段によって受け付ける視点設定ス
テップと、仮想空間内における照明光源の特徴を入力手
段によって受け付ける光源設定ステップと、視点から見
て立体オブジェクトが存在する方向をマスク情報として
演算手段により得るステップと、視点から照明光源によ
って立体オブジェクトが示す色を色情報として演算手段
により得るステップと、立体オブジェクトの視点から見
える外形面と視点との間の距離を距離情報として演算手
段により得るステップと、外形面の仮想空間における法
線ベクトルを法線ベクトル情報として演算手段により得
るステップと、マスク情報と距離情報と法線ベクトル情
報とに基づいて、２次元面の画素において主線を演算手
段により描画する主線描画ステップと、色情報とある基
準値とに基づいて、２次元面において基準値の前後で異
なるテクスチャを演算手段が採用する視覚的階調化ステ
ップと、２次元面における主線と採用されたテクスチャ
との合成画像を求めて演算手段によって表示する画像表
示ステップとを備えてなる立体オブジェクトデータから
漫画的表現の２次元画像を生成する方法やこの方法を実
現するためのプログラムが提供される。

【０００９】これにより、ＣＧ画像に漫画的表現を実現
したり、漫画やアニメーション制作での従来からの表現
方法を実現しつつコンピュータによる制作過程の効率化
が図れる。

【００１０】ここで、主線描画ステップと視覚的階調化
ステップとは、上記したままの順序でなくてもよい。距
離情報と法線ベクトル情報とマスク情報が得られた後に
主線描画ステップがあり、色情報が得られた後に視覚的
階調化ステップがあればよい。つまり、上述の順序以外
に、視覚的階調化ステップの後に主線描画ステップがあ
ったり、あるいは、適当な処理システムの並列処理方法
を用いて並行処理されても構わない。

【００１１】また、照明光源の特徴とは、照明の色温
度、方向、照度、点光源か平行光源か、といった照明光
源そのものの特徴のほかに、照明光源の仮想空間での位
置や向き等の幾何学的配置の特徴も含む。

【００１２】また、本発明では、主線描画ステップにお
いて、立体オブジェクトの輪郭を示す主線は輪郭以外を
示す主線とは異なる線幅である。これにより、オブジェ
クトの輪郭部分をより明確に表現でき、オブジェクトと
そこより奥に配置される部分との境界の認識が容易にな
り、漫画やアニメーション制作での従来からの表現方法
を、より忠実に実現できる。

【００１３】更に、本発明においては、主線描画ステッ
プは、２次元面の注目画素とその周辺の画素との距離情
報から距離情報の差分値を演算手段によって求めるステ
ップと、２次元面の注目画素とその周辺の画素との法線
ベクトル情報から法線ベクトル情報の差分値を演算手段
によって求めるステップとを含み、主線描画ステップ
は、距離情報の差分値と法線ベクトル情報の差分値とに
基づいて主線の描画を演算手段によって判定する。

【００１４】これにより、何らかの面によって囲まれて
定義される立体オブジェクトデータであっても、漫画等
で用いられてきた主線が、立体オブジェクトの幾何学的
な形状から求まり、漫画やアニメーション制作での従来
からの表現方法を、より忠実に実現できる。

【００１５】更に加えて、本発明においては、視覚的階
調化ステップが、色情報から計算される数値と基準値と
を用いて演算手段によって生成させる数値生成テクスチ
ャを用いて階調化する。これにより、何らかの入力手段
によって基準値を変更して容易に陰影のテクスチャによ
る表現が変更できる。

【００１６】本発明においては、ここに示した方法やプ
ログラムが実現されるハードウエア環境は特には問わな
い。演算機能があり、画像が扱えて、必要に応じてファ
イル入出力が可能で、適当な記憶装置があって、入力手
段が備わっているもの等であれば良い。典型的には、任
意のアーキテクチャのコンピュータであって、グラフィ
ック機能や３Ｄレンダリング機能を備えているものが好
適である。ビデオゲーム機やパーソナルコンピュータ、
あるいは、画面が装備された携帯電話端末なども含まれ
る。またネットワークを経由して実行されたりするよう
なものでもよい。

【００１７】演算手段は、任意のプロセッサによる演算
が可能な手段であり、ＭＰＵやＣＰＵ、グラフィックチ
ップ、ＤＳＰ等から選ばれる演算手段である。また適当
なバスやネットワークによって相互につながれた複数の
演算手段によって分散して処理されたりするものでも構
わない。

【００１８】また、入力手段としては、これまでに多用
されている入力手段は当然使用可能であり、キーボード
や音声認識装置等の文字数値入力手段、マウス、トラッ
クボール、感圧式タブレット、静電感応式タブレット等
のポインティングデバイス、あるいは、モーションキャ
プチャ装置といった、数値データとして演算装置に受け
渡しの可能な入力データが提供される任意のインターフ
ェース類を意味する。さらに、本発明は、オペレーティ
ングシステムを限定するものでもない。上記等に上げた
適当なハードウエア環境を、適切に動作させるオペレー
ティングシステムが好適である。マルチタスクＯＳやシ
ングルタスクＯＳ、あるいは機器組み込み用ＯＳ、ネッ
トワークＯＳ等、いずれにおいても本発明の方法やプロ
グラムを適切に実装できる。

【００１９】また、必要に応じて印刷手段等を備えたハ
ードウエアにおいてこの方法やプログラムが実行でき
る。これにより、例えば漫画作家はこれまで手作業によ
って実現していた漫画制作作業を省力化できる。

【００２０】また「描画」とは、任意の表示装置で視認
可能な映像や画像を描くこと、あるいはこれらに出力す
るビデオメモリに格納すること、あるいは、出力が紙で
得られる場合にはその出力として印刷することや、その
ためのメモリへの格納動作を意味する。

【００２１】また、階調や陰影に付す「連続」の表現
は、視覚的に実質的に連続と見える程度に量子化された
離散状態（例えばＣＧの分野で連続階調と通常見なされ
て用いられている２５６階調や、６４階調、あるいは、
ルックアップテーブル法で微妙な色調や陰影が表現され
た色数の少ない階調表示等）も含むものとする。

【００２２】

【発明の実施の形態】図６および７に本発明の方法で実
現される漫画的表現された画像の生成途中の画像の例を
示す。また、本発明による画像生成フローを図１〜図４
に示す。図６（ａ）および図７（ａ）は、本発明の準備
段階として仮想空間でモデリングして得たオブジェクト
や、あるいはデータとして呼び出したオブジェクトを輪
郭と主線で表わしたものである。縦、横、高さが定義さ
れる３次元の仮想空間内でのこういったオブジェクト
は、その空間で抽象的なモデルとして表現される数値デ
ータでしかない。したがって、再配置やその他の様々な
自由度を有しているが、一方、そのままでは２次元のデ
ィスプレイ・スクリーン面や紙面に表現することができ
ない（ここでは、後述するアルゴリズムに従って既に輪
郭と主線を用いて表現された後のものを説明のためだけ
に示している）。図６（ａ）は球面、図７（ａ）は立方
体の一部をへこませた多面体を示している。オブジェク
トとしてはさらに様々なオブジェクトにすることができ
る。例えば、人物や自動車といった画像のキャラクター
となるようなものだけでなく、例えば、建物や風景など
の背景となるものでも良い。どのようなオブジェクトで
あっても、仮想空間で定義可能なものであれば本発明の
漫画的表現の処理の対象として選ぶことができる。

【００２３】本発明の準備段階では、これらの漫画的表
現によって表現したい対象を３次元のオブジェクトとし
てモデリングしたり、あるいは事前にモデリングされて
いるデータをファイルから読み込む（ブロック１１）。
このようなオブジェクトは、座標が（Ｘ，Ｙ，Ｚ）で定
まる仮想空間内でその配置が検討されて、位置、方向等
が調整され（ブロック１２、１３）、どのように配置す
るかが決められる（ブロック１４）。このようにして立
体オブジェクトの仮想空間内における配置が入力去れる
（配置入力ステップ）。

【００２４】さらに、この仮想空間内で視点位置や、画
角（フレーム）といったパラメータが決定される（ブロ
ック２１）。このようにして後に２次元化する配置を決
定する。この配置に際し、通常のＣＧの手法で用いられ
るように、マウス操作等の任意のユーザーインターフェ
ースが用いられる。また、後にレンダリングされる際に
用いられる照明光源の特徴が決定される（光源設定ステ
ップ）。

【００２５】さらに、この配置が定まったオブジェクト
を、（ｘ、ｙ）で座標が定められる２次元画像フレーム
１００内へレンダリング（描画）する（ブロック２
２）。レンダリングのステップは、図示しないが、仮想
空間の３次元オブジェクトを仮想スクリーン面に透視変
換する変換ステップと、仮想スクリーン面上でのオブジ
ェクトの色を画素値として求める画素値算出ステップと
が含まれる。実際に描画される２次元画像フレームは、
仮想スクリーン面の実際の画像やそのデータを保持する
メモリーをさす。変換ステップでは、配置が定まったオ
ブジェクトを用いて、仮想空間内に設けた視点とそのオ
ブジェクトとの間に設けた面（仮想スクリーン面）とを
想定する。これにより、２次元画像上でのオブジェクト
の形状は視点向かってオブジェクトを仮想スクリーン上
に透視変換（射影）して得られる。

【００２６】また、画素値算出ステップでは、オブジェ
クトの面が照明光に応じて示す仮想スクリーン面上での
輝度が、通常の手法と同様にレイトレーシング等に代表
される計算手法によって計算される。これによって、仮
想空間において照明の位置とオブジェクト、必要に応じ
て他のオブジェクトの位置等を考慮して、陰影等が求め
られる。この計算は、式（１）に従って行われる。

【数１】

【００２７】式（１）の右辺の第１項は、Ｌａｍｂｅｒ
ｔ則に従った、光源と面との傾きに対してその面の輝度
がどのように依存するかを表現した項である。また、式
（１）の右辺上段の第２項や、右辺下段は、光源からの
直接光が無いときの、周囲の光の照度Ｌ_ambとその周囲
の光に対する係数Ｍ_ambによる効果を表現する項であ
る。Ｌａｍｂｅｒｔ則は、その面の位置における照明に
よるベクトルＬ（その面の位置から光源に向かってい
て、その光源の光束がその面に与える照度を長さとする
ベクトル）と、オブジェクトの面の外側に向けて立てた
その面の法線ベクトルＮとの内積（Ｎ・Ｌ）に、そのオ
ブジェクトの面の拡散係数Ｍ_difを掛けたものである。
拡散係数は、面の材質、色等によって定まる係数で、反
射率と光沢の情報を含んでいる。なお、光源の色と面の
色との関係は別途考慮することができる。例えば光源が
赤い光のときと青い光のときを考え、それぞれの光源が
同じ方向から同じ照度をオブジェクトのその面に与える
ものであっても、その面が例えば赤い面のときには、赤
い光に対する反射される反射光が、青い光に対する反射
光よりも高い輝度になる。光源と面の色のこういった効
果を考慮した場合には、より精密には、Ｒ、Ｇ、Ｂの三
原色の各色ごとにこの式を評価する。また、測光学・測
色学的な正確さをさらに反映させることも不可能ではな
い。また、より簡便な手法として、グローシェーディン
グやフォンシェーディングなどによって面の陰影を求め
ても良い。

【００２８】ブロック２２のレンダリングでは、仮想ス
クリーン面の全ての（ｘ、ｙ）座標において、三原色
Ｒ，Ｇ，Ｂのそれぞれについて画素値Ｃ_i（ｘ、ｙ）
（ただし、ｉはＲ，Ｇ、Ｂ）が計算される。画素値Ｃ_i
は典型的には０〜２５５まで（８ビット値をとる場合）
であり、必要に応じてビット幅は増減される。これと同
時に、オブジェクトが描かれたか描かれていないかを示
すマスクＭ（ｘ、ｙ）が計算される。マスク（マスク情
報）Ｍは、式（２）にしたがって算出される。マスクＭ
はその画素について面のレンダリングが行われれば１、
行われなければ０となるデータであり、後にオブジェク
トの輪郭を描画する際に用いられる。

【数２】

【００２９】ブロック２２を実行する装置では、２次元
画像フレームに対応して画素値用メモリとして働く任意
の記憶装置が備えられており、この記憶装置に対して演
算装置がレンダリングしたデータであるＣ_i（ｘ、ｙ）
を順次格納させてゆく。また、同様に全画素用のアドレ
ス空間を持つマスク用メモリに対してＭ（ｘ、ｙ）が格
納される。

【００３０】その後、後に詳細に説明する主線・輪郭描
画ステップ（ブロック２３）によって主線と輪郭が求め
られる（ブロック２３）。この処理を経ることによっ
て、仮想空間内の数値表現であるオブジェクトから図６
（ａ）および図７（ａ）のような主線（輪郭を含む）で
表現される２次元画像データが得られる。図６（ａ）の
線６１は球オブジェクトから生成された輪郭線で、図７
（ａ）の線７１は多面体オブジェクトから生成された輪
郭線、線７６は主線である。このような主線・輪郭描画
はオブジェクトがより複雑なものであっても同様であ
る。

【００３１】また、後に詳細に説明する陰影処理ステッ
プ（視覚的階調化ステップ、ブロック２４）によって、
連続階調の陰影を1以上のテクスチャで表現される。テ
クスチャは、例えば、図６（ｂ）や図６（ｃ）に示すド
ットのパターンや、図示しないストライプといった、従
来のスクリーントーンにみられるようなもの、あるい
は、一定の色相や明度を持つ「ベタ塗り」などである。
これにより、図６（ｂ）や図６（ｃ）に示したように、
一定の平均明度を有する少なくとも1つ以上のテクスチ
ャで陰影を表現する。

【００３２】ブロック２３、ブロック２４によって主線
や輪郭が作られた画像（図６（ａ）、図７（ａ））と、
陰影がテクスチャによって表現された画像（図６
（ｂ）、（ｃ）、図７（ｂ）、（ｃ））とは、画像表示
ステップ（ブロック２５）で合成されて全体として漫画
的表現を含んだ画像が得られる。この例を図６（ｄ）、
図７（ｄ）に示している。

【００３３】以上から分るように、図６（ａ）や図７
（ａ）のみでは単なる主線や輪郭線のみを示すものであ
るし、主線を用いずに図６（ｂ）と図６（ｃ）とを組み
合わせただけのものや、あるいは、図７（ｂ）と図７
（ｃ）とを組み合わせただけのものでは、面の明るさが
テクスチャで示されるのだけなので、複雑なオブジェク
トの場合に形状を把握することは難しい。また、図示し
ていないが、レンダリング直後の連続的なリアルな陰影
を持った画像に、例えば図６（ｂ）と図６（ｃ）をただ
単に合成しても、リアルな画像にスクリーントーンを張
っただけのようになり、漫画的表現とは程遠い。

【００３４】［主線・輪郭描画］本発明の特徴である主
線（輪郭線を含む）を描画するステップ（ブロック２
３）について詳細に説明する。この主線・輪郭描画ステ
ップを図３に説明する。このステップでは、まず、２次
元画像フレーム内での注目画素を指定し（ブロック３
０）、オブジェクトの面の法線ベクトルを抽出する（ブ
ロック３１）。例えば立体オブジェクトがポリゴンで表
現されているときには、オブジェクトの外形面を表す少
なくとも３つの頂点Ａ，Ｂ，Ｃを持つ面５（図５）で
は、その頂点のそれぞれに対して、法線ベクトルＮが定
まる。この法線ベクトルＮを頂点以外の点（例えば図５
のＤ）は、適当な数学的な方法をもちいて、頂点Ａ，
Ｂ，Ｃの法線ベクトルの値から補間して求めることがで
きる。これによりオブジェクトの任意の面の任意の点に
対して法線ベクトルが定まる。この法線ベクトルは、仮
想空間においてＸ，Ｙ，Ｚの各方向に対応して（Ｎ_X，
Ｎ_Y，Ｎ_Z）という成分で表現される。法線ベクトルを抽
出する必要があるのは、最終的に見える面だけであり、
視点からは隠れていて陰面処理されてしまう面に対して
は算出の必要がない。このようにして、２次元画像フレ
ーム内の位置（ｘ、ｙ）に対して、その位置での外形面
の法線ベクトルＮを帰属させることができる。つまり、
ｊをＸ，Ｙ，Ｚとして、Ｎ_j（ｘ、ｙ）を求めることが
できる。これを法線ベクトル用メモリ等の適当な記憶装
置に格納する。オブジェクトの面が他の方法によって定
まっているときには、適宜他の方法によって法線ベクト
ルを求めればよい。

【００３５】また、ブロック３２で奥行き情報（距離情
報）を抽出する。奥行き情報とは、仮想空間における仮
想スクリーンからその画素に表示されるオブジェクトの
外形面までの距離か、あるいは、視点からその外形まで
の距離である。視点とオブジェクトとを結ぶ視線に沿っ
て求める。レンダリング処理における陰面処理等におい
て用いられるｚバッファの値があればその値を用いても
良い。法線ベクトルとは異なり、スカラー量であるが、
２次元画像フレーム内の各画素（ｘ、ｙ）に対して、ｚ
（ｘ、ｙ）として求まる。これを奥行き情報用メモリに
蓄えてもよいし、ｚバッファの値をそのまま用いても良
い。

【００３６】以上のようにして、２次元画像フレーム内
の各画素（ｘ、ｙ）に対して、マスクＭ，画素値Ｃ_i、
奥行きｚ、法線ベクトルの各成分Ｎ_jが求まる。

【００３７】主線は、２次元画像フレームにおいて隣り
合った面同士が仮想空間で不連続な場合と、連続である
が滑らかでない状態でつながる場合とにおいて、その境
界部分に描画する。また、輪郭部分にも描画する。図７
（ａ）の多面体オブジェクト７０における面７８と面７
９が２次元画像フレーム１００において隣りあっている
が、仮想空間では不連続である。また、面７７と面７９
が２次元画像フレームにおいて隣りあっていて仮想空間
で連続ではあるが、折れ曲がっていて滑らかには連続し
てない。漫画などでは従来からこのような面の境界は、
制作者によって主線と呼ばれる線によって描かれてき
た。

【００３８】この主線を描くには、２次元画像フレーム
内の各画素（ｘ、ｙ）に対して、その点の近傍とｚやＮ
_jが変化していないかどうかの差分を求める（ブロック
３３，３４）。これらは、ラプラシアンフィルタによっ
て実行でき、ｚについては式（３）、Ｎ_jについては式
（４）によって差分をとることができる。

【数３】

【数４】

【００３９】この差分値を用いることにより、主線の有
無とその線幅が求められる。例えば、式（５）によっ
て、ｚから求まるＷ_zを、式（６）によって、Ｎから求
まるＷ_Nをそれぞれ求め、それらの値に適当な関数を用
いて線幅を求める。

【数５】

【数６】

【００４０】ここで、［定数ｚ］、［定数Ｎ］は、一定
以上の差分値が得られない場合には主線を描かないこと
を示すオフセット値である。Ｗ_z、Ｗ_Nが負の値の時には
線を描画しない。また、ブロック３５において、既に式
（２）によって計算しておいたマスク情報Ｍ（ｘ、ｙ）
を抽出する。

【００４１】また、輪郭線を求める。マスクＭが求まっ
ているのでこれを用いて輪郭が判定可能である（ブロッ
ク３６）。つまり、注目画素と周囲８画素を含めた９画
素のマスク情報Ｍの値の和を計算し、０または９のとき
はその画素はオブジェクトの描画領域の内側か外側かで
あり、また、それ以外のときには、少なくとも注目画素
か周囲の画素の何れかに、オブジェクトの２次元画像フ
レーム上への射影図形の境界が含まれていることを示し
ている。従って、その注目画素を輪郭と判定することが
できる（ブロック３６）。ここで、輪郭係数Ｂという変
数を用いる。この輪郭係数Ｂは注目画素が輪郭であると
判定された場合に１より大きな値（オペレータが設定で
きる値）となり、輪郭以外では１となる。これにより主
線の線幅を与える式と輪郭線の線幅を与える式をまとめ
て定義できて、線幅Ｗ（ｘ，ｙ）は式（７）のようにな
る。

【数７】

【００４２】このようにして得られた線幅Ｗを用い、こ
の線幅Ｗだけの半径を有する円を、２次元画像フレーム
内に重ねられる適当なレイヤー（以後「主線レイヤ
ー」）に、位置（ｘ、ｙ）を中心に描画する（ブロック
３７）。２次元画像フレーム内で注目画素をスキャンす
ると、結果として主線や輪郭線となる。主線レイヤーは
例えば主線用メモリ等の適当な記憶装置に格納される。
最終的には、この主線レイヤーのデータを２次元画像フ
レームに表示等する。主線レイヤーは、適当に色を変更
したりすることが可能であり、黒やその他の適当な色で
描くことができる。また、漫画等の別途印刷する場合に
は、印刷段階でこの部分の色を選択してもよい。

【００４３】このようにしてある注目画素に対して処理
を終えた後、注目画素を移動させて（ブロック３８）、
全画素にわたってスキャンして終了する（ブロック３
９）。注目画素を隣接した画素に移動する際には、奥行
き用、法線ベクトル用のメモリにアクセスする回数を低
減させるように、例えば注目画素の直ぐ右隣に移動する
のあれば、新しく周囲画素となる右側の３画素のみメモ
リから読み出して、注目画素と周囲画素の残りの値は、
直前の位置の注目画素の際の値を利用することもでき
る。

【００４４】また、上記の説明で記載した順序以外に、
例えば、ブロック３１の直後にブロック３３を処理し、
その後ブロック３２、ブロック３４と処理したりするこ
とも可能である。ブロック３７の主線・輪郭描画までに
必要なマスクＭ，奥行きの差分値ｄｚ、法線ベクトルの
各成分の差分値ｄＮ_jの各値がその注目画素について求
まっていれば良い。以上のような主線・輪郭描画ステッ
プによって、図６（ａ）および図７（ａ）が得られる。
図７（ａ）には輪郭と主線が共に描かれているが、輪郭
部分は主線より太く描かれている。

【００４５】また、図示しないが、オブジェクトの種類
によっては、オブジェクトを作る個々の面を囲んでそれ
を構成する境界線（面の縁取り）に、テクスチャマッピ
ング等の手法で予め主線を描画しておくことができる。
これは、オブジェクトが比較的少ない数の面で構成され
ていて直線の多面体の組み合わせになっているような場
合（建物など）にはレンダリング段階に既存のテクスチ
ャマッピング手法によって主線が表現されるために有効
である。この場合、２次元画像フレームにおいて主線を
明示することができるが、主線と輪郭線の判定ができ
ず、また、湾曲した面では境界線以外が輪郭となる場合
もある。この場合には、輪郭描画ステップをあわせて用
いることで、輪郭を主線で表現できる。

【００４６】［陰影の処理（視覚的階調化ステップ）］
また、本発明のもう1つの特徴である、陰影処理ステッ
プ（視覚的階調化ステップ、ブロック２４）を図４に詳
細に説明する。従来の漫画的表現では、絵に表れる影な
どは必ずしも陰影を忠実に連続階調で表現したりせず
に、一以上のテクスチャで表現することが行われてき
た。そのテクスチャとして、多くの場合は周期的な白黒
等の２値の明暗を有するスクリーントーンと呼ばれるパ
ターンが多用されてきた。そのスクリーントーンは、例
えば円形ドットの網点の正方格子や三角格子状のものの
場合（図６（ｂ）、図７（ｂ）はこれに類似のパターン
を用いて描かれている）がある。これらは、スクリーン
線数（１インチ＝２．５４ｃｍ当たりの線数）で決まる
一定のピッチをもった黒等の着色された円が透明なシー
トに多数配列されて作られている。多くの場合、スクリ
ーン線数６０から７０本程度のパターンが用いられる。
この他に、ストライプやその他の様々なスクリーントー
ンが漫画的表現に用いられている。また、テクスチャと
しては、一様なベタ塗りなども利用できる。本発明の陰
影処理ステップ（視覚的階調化ステップ）は、限定しな
いが、こういったテクスチャをコンピュータ上で再現
し、オブジェクトがリアルに表現している陰影を、それ
を用いて漫画のような表現のテクスチャを採用して表現
するための処理である。

【００４７】この陰影処理では、まず、注目画素が指定
されて（ブロック４０）、必要に応じてグレースケール
化処理（ブロック４１）が行われる。これは、例えば、
式（８）に従って、２次元画像フレームの各点におい
て、ビデオ信号のＹ信号を算出する式である。

【数８】

【００４８】必要に応じて、ガンマ処理等をおこなって
画像の明るさや階調性を調整する（不図示）。そして、
その画素のＣ_Y（ｘ、ｙ）を、予めオペレータが定めて
おたり、あるいは既定値として持っている基準値Ｔ₁、
Ｔ₂等と比較する。基準値は、陰影を表現するテクスチ
ャを収納するレイヤー（以後トーンレイヤーと呼ぶ）の
数を定め、その数から１を除いた個数だけ指定する。

【００４９】次に各基準値Ｔ_k（ここに、ｋ＝１、２、
・・・（トーンレイヤー数）―１）とＣ_Yとを比較す
る。その結果、例えば、トーンレイヤー数が３で、基準
値がＴ₁＜Ｔ₂なる二つの値だけ定められている場合に
は、Ｔ₁、Ｔ₂を境界にして、その位置（ｘ、ｙ）に描画
するトーンレイヤーを決める。例えば、Ｃ_Y＜Ｔ₁のとき
には（ブロック４２）、注目画素をトーンレイヤー１に
格納されたテクスチャで描画し（ブロック４３）、Ｔ₁
＜Ｃ_Y＜Ｔ₂のときは（ブロック４４）トーンレイヤー２
に格納されたテクスチャで（ブロック４５）、Ｔ₂＜Ｃ_Y
のときには（ブロック４６）、トーンレイヤー３に格納
されたテクスチャで描画する（ブロック４７）。そして
注目画素を移動させて（ブロック４８）、全画素をスキ
ャンすることによって（ブロック４９）、２次元画像フ
レーム内にこの処理を施す。これによって、予めトーン
レイヤー１、２、３のそれぞれに、円パターンの占有割
合で定義される濃度を用いて、例えば、濃度５０％（暗
い）、濃度２０％（やや暗い）、濃度０％（何もない）
といったテクスチャを格納しておけば、階調を減らして
から各階調をスクリーントーンのようなテクスチャで表
現するという漫画的表現に見られる陰影表現が可能とな
る。

【００５０】図６（ｂ）、図７（ｂ）は、共に濃度２０
％のスクリーントーンの表現を用いており、トーンレイ
ヤー２にあるスクリーントーンを模したデータを描画す
る部分に書いたそのデータである。また、図６（ｃ）、
図７（ｃ）は、共に濃度５０％のスクリーントーンの表
現を用いたトーンレイヤー１から描画される同様のデー
タである。濃度０％のスクリーントーンの表現は、何も
描かないのと同じであるため、特には示さない。なお、
このテクスチャは、予め用意されて適当な記憶装置に準
備されても良いが、何らかの数学的な関係を用いて適宜
生成して、数値的に生成しても良い。例えば、判定値に
よって分けられたＣ_Y値が同じところは同じ濃度の網点
を生成させたりすることができる。あるいは、元の画素
値Ｃ_iから色相を保って明度を落とすといった処理をし
て生成するテクスチャでも良い。

【００５１】このようにしてブロック２３で準備された
主線レイヤーとブロック２４で準備された少なくとも１
以上のトーンレイヤーを、合成して画像として表示すれ
ば（ブロック２５）図６（ｄ）、図７（ｄ）が得られ
る。これによってオペレータは画像として立体オブジェ
クトデータから生成された漫画的表現が施された２次元
画像を確認することが可能となる。

【００５２】この画像は、画像表示によって目的が達成
されるような用途（例えばコンピュータゲームなど）で
は、必要に応じてオブジェクトをジオメトリエンジンで
駆動しつつ、ブロック２２からブロック２５までの処理
を行い、動画の個々のフレームを進めて連続した動画等
を生成させる。

【００５３】また、アニメーションの制作現場などで
は、必要に応じてブロック２６でオペレータの要求する
ものかどうかが判定される。その結果によってブロック
２２から２６が適当なＡ、Ｂ，Ｃのポイントから再実行
されて、コンピュータ上で漫画的表現を含んだＣＧの処
理作業が効率的に行われる。

【００５４】また、最終的に画像でユーザーに提供され
るものではなくて印刷して提供されるような用途（ＤＴ
Ｐ，漫画制作現場等）では、更に、印刷ステップ（ブロ
ック２７）を含めて、その結果によってブロック２２か
ら２７が適当なＡ、Ｂ，Ｃのポイントから再実行され
る。

【００５５】以上に説明した本発明の方法において、主
線・輪郭描画ステップ（ブロック２３）と陰影処理ステ
ップ（ブロック２４）は、この順に行う必要はない。逆
に陰影処理ステップを行った後に主線・輪郭描画ステッ
プを行うこともできる。大抵の主線や輪郭線は、陰影の
テクスチャに上書きされるので、画像表示用の２次元画
像フレームメモリー（フレームバッファ）に直接書き込
むこともできる。また、ブロック２３とブロック２４の
内部で独立して注目画素をスキャンさせているが、差分
処理で注目画素の周囲の画素のデータを用いることなど
を調整した上で、スキャンするループを共通にしてもよ
い。このようにすれば、ｚの差分値、法線ベクトルの成
分Ｎ_jの差分値等を２次元画像フレーム分だけ格納する
メモリを節約することができる。

【００５６】［実施例］図８〜１１に示すように、建物
のオブジェクトから漫画的表現を構成した。図８には、
この建物の２次元画像フレーム内における配置が描かれ
ている。なお、図６（ａ）、図７（ａ）と同様に、仮想
空間内のオブジェクト自体は数値データであるが、説明
のために本発明の主線・輪郭処理後の図形を示す。この
オブジェクトである建物８０は、本願発明の方法に従っ
て仮想空間で配置している。また、このオブジェクトに
は、地面に見える部分８１も含まれている。

【００５７】さらに、オペレータがそのオブジェクト８
０に当てる照明を決定し、仮想空間でそのオブジェクト
を観察する視点や画角を決定した。本実施例では、ほぼ
真上においた平行光源を設定した。この光源によって建
物のオブジェクトでレンダリング（変換ステップ、画素
値算出ステップ）を行った。レンダリング直後（図２の
ブロック２２の処理直後）の段階では、図示しないが、
面ごとに大きく明るさが異なると共に、面の中でも場所
によってその明るさが異なっていた（これは、図１１に
おける屋根の部分に明るい部分８７と暗い部分８６とな
って表れている）。レンダリング直後の段階では、この
明るさの違いは、連続した陰影（グラデーション）に感
じられるようなものであり、いわゆるリアルな表現では
あるが、漫画等に見られる画像表現ではない。

【００５８】このレンダリングの後、本発明の主線・輪
郭の描画を行い、陰影の処理（視覚的階調化）を行っ
た。主線・輪郭の描画は、本願の方法に従って、立体オ
ブジェクトの各面間での距離情報と法線ベクトル方向と
から、自動的に生成された。式（５）や式（６）の関数
のパラメータ（係数、定数）を変更すれば、線の太さを
変更できたり、主線として描画する境界を全て拾うよう
に選んだり、あまり拾わないように選んだりすることが
可能であった。図８において、線８２は本実施の形態で
得られた輪郭線を表し、線８３は主線である。輪郭線係
数Ｂは、主線が輪郭のとき１．５倍されるように設定し
た。

【００５９】また、陰影は、空白も含めて３種類のテク
スチャで表現した。図９はこの実施例で中間の明度の部
分に割り当てられた３０％の網点パターンの配置８４で
ありレイヤー２に格納したテクスチャを必要な範囲に切
り取ったものである。また、図１０は、暗い明度の部分
に割り当てられた５０％の網点パターンの配置８５であ
りレイヤー１に格納したテクスチャを必要な範囲に切り
取ったものである。レイヤー３はここでは空白としてい
る。この割り当ては、ＲＧＢの画素値から求めたＣ
_Y（Ｙ値）の値が０〜３１までは５０％網点、３２〜１
２７までは３０％網点、１２８〜２５５までは空白とな
るように、Ｔ₁を３２、Ｔ₂を１２８として得られたもの
である。各画素値は、オブジェクトの属性として決定し
ていた面ごとの拡散係数（反射率と光沢情報を含む）、
照明条件、照明と面との方向の関係、オブジェクトの作
る影等によってレンダリングによって得られた画素値で
ある。図９、図１０はともに、本発明の陰影の処理（視
覚的階調化）を行って立体オブジェクトデータから自動
的に生成された。

【００６０】以上のようにして生成された主線・輪郭の
画像とテクスチャの画像を合成して、図１１に示す漫画
的表現された２次元画像が生成され、表示装置に表示さ
れた。図１１の部分８７と部分８６は、共に同じオブジ
ェクトの同じ面であるが、レンダリング直後のこの部分
に見られたグラデーションを反映して、異なるテクスチ
ャで描画された。主線の描画は、式（５），（６）のパ
ラメータを変更して、どの程度の細かいディテールまで
主線として描画するか、容易に設定できた。また、輪郭
係数を変更して、容易に輪郭に描かれる主線（輪郭線）
の太さを協調することができた。

【００６１】また、テクスチャを採用する基準値に用い
る基準値Ｔ₁、Ｔ₂をオペレータが調整することによっ
て、それまで網点のテクスチャで置き換えられる部分が
変化し、容易に処理状態を調整することができた。テク
スチャは、網点以外にも用意されていて、それを切り換
えることで異なる印象の様々な陰影の表現が容易に確認
できた。

【００６２】また、オペレータは仮想空間でのオブジェ
クトの向きや配置を容易に変更でき、視点を変更するこ
とも容易であった。これにより、オブジェクトを再配置
したり、パース処理（奥行き感）が容易に修正できた。
また、同じオブジェクトを別の場面で向きを変更して用
いたり、再利用することもできた。以上のように、本願
の特徴によって、立体オブジェクトデータからオペレー
タの意図する漫画処理された２次元画像が容易に生成で
きた。

【００６３】

【発明の効果】本願の発明によれば、コンピュータグラ
フィクスの技術において、漫画等で従来から用いられて
いる主線や輪郭を描画し、かつ、陰影には任意のパター
ンや一定階調のベタ塗りの色といったテクスチャーを用
いる表現が可能になる。これにより、コンピュータグラ
フィクスで従来の表現を用いることができる。また、オ
ブジェクトを容易に再配置できたりするようなコンピュ
ータの利点が、漫画制作の現場やアニメーション製作現
場で利用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の立体オブジェクトの配置方法を示すフ
ローチャートである。

【図２】本発明の立体オブジェクトデータから２次元画
像を生成する方法を示すフローチャートである。

【図３】本発明の主線・輪郭描画ステップの詳細を説明
するフローチャートである。

【図４】本発明の陰影処理ステップの詳細を説明するフ
ローチャートである。

【図５】本発明の法線ベクトルの算出の概念を示す斜視
図である。

【図６】本発明の方法によって球のオブジェクトから漫
画的表現の球の２次元画像が生成される様子を示す説明
図である。

【図７】本発明の方法によって多面体のオブジェクトか
ら漫画的表現の球の２次元画像が生成される様子を示す
説明図である。

【図８】本発明の実施の形態に係る、建物のオブジェク
トから生成された主線および輪郭から表現された２次元
画像示す説明図である。

【図９】本発明の実施の形態に係る、建物のオブジェク
トから生成されたテクスチャ（２０％網点）のパターン
とそれで表現される部分を示す説明図である。

【図１０】本発明の実施の形態に係る、建物のオブジェ
クトから生成されたテクスチャ（５０％網点）のパター
ンとそれで表現される部分を示す説明図である。

【図１１】本発明の実施の形態に係る、建物のオブジェ
クトから生成された主線および輪郭と、テクスチャのパ
ターンとから合成して生成される漫画的表現された建物
の２次元画像を説明する説明図である。

【符号の説明】

２３主線・輪郭描画２４陰影処理（視覚的階調化ステップ）１００２次元画像フレーム６０球オブジェクト６１主線（輪郭）７０多面体オブジェクト８０建物オブジェクト６０１、６０２、７０１、７０２、８４、８５テクス
チャ（網点パターン）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】仮想空間内における立体オブジェクトの
配置を入力手段によって受け付ける配置入力ステップ
と、該仮想空間内における視点の位置を入力手段によって受
け付ける視点設定ステップと、該仮想空間内における照明光源の特徴を入力手段によっ
て受け付ける光源設定ステップと、前記視点から見て前記立体オブジェクトが存在する方向
をマスク情報として演算手段により得るステップと、前記視点から前記照明光源によって前記立体オブジェク
トが示す色を色情報として演算手段により得るステップ
と、前記立体オブジェクトの前記視点から見える外形面と前
記視点との間の距離を距離情報として演算手段により得
るステップと、前記外形面の前記仮想空間における法線ベクトルを法線
ベクトル情報として演算手段により得るステップと、前記マスク情報と前記距離情報と前記法線ベクトル情報
とに基づいて、２次元面の画素において主線を演算手段
により描画する主線描画ステップと、前記色情報とある基準値とに基づいて、前記２次元面に
おいて該基準値の前後で異なるテクスチャを演算手段が
採用する視覚的階調化ステップと、前記２次元面における該主線と採用された該テクスチャ
との合成画像を求めて演算手段によって表示する画像表
示ステップとを備えてなる立体オブジェクトデータから
漫画的表現の２次元画像を生成する方法。
【請求項２】前記主線描画ステップにおいて、前記立
体オブジェクトの輪郭を示す主線は輪郭以外を示す主線
とは異なる線幅である、請求項1に記載の立体オブジェ
クトデータから漫画的表現の２次元画像を生成する方
法。
【請求項３】前記主線描画ステップは、前記２次元面の注目画素とその周辺の画素との前記距離
情報から前記距離情報の差分値を演算手段によって求め
るステップと、前記２次元面の注目画素とその周辺の画素との前記法線
ベクトル情報から前記法線ベクトル情報の差分値を演算
手段によって求めるステップとを含み、前記主線描画ステップは、前記距離情報の前記差分値と
前記法線ベクトル情報の前記差分値とに基づいて主線の
描画を演算手段によって判定する、請求項1に記載の立
体オブジェクトデータから漫画的表現の２次元画像を生
成する方法。
【請求項４】前記視覚的階調化ステップは、前記色情
報から計算される数値と前記基準値とを用いて演算手段
によって生成させる数値生成テクスチャを用いて階調化
する、請求項1に記載の立体オブジェクトデータから漫
画的表現の２次元画像を生成する方法。
【請求項５】請求項１から４のいずれかに記載の方法
を実現するためのプログラム。