JP2004252603A - 三次元データ処理方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】三次元画像において、表面の凹凸をポリゴンメッシュによって表現すると、頂点数やポリゴン数が膨大になってしまう。
【解決手段】実在の対象物の表面形状を表すデータを得て、この表面形状データに基づいて、対象物のバンプマップを生成する。そして、このバンプマップとポリゴンメッシュとを形状データとして扱い、三次元画像を生成する。
【選択図】 図１
【解決手段】実在の対象物の表面形状を表すデータを得て、この表面形状データに基づいて、対象物のバンプマップを生成する。そして、このバンプマップとポリゴンメッシュとを形状データとして扱い、三次元画像を生成する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＧ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｒａｐｈｉｃｓ ）で実在する対象物の三次元画像を生成するために必要なデータを得る三次元画像生成技術に関し、特にポリゴンメッシュで示された立体形状モデルにバンプマップを付加する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、実在の物体をＣＧで再現するとき、立体形状モデルの各部に、実物体をカメラで撮影した画像を貼り付ける手法がある。このような手法では、様々な視点のＣＧにも対応するため、複数の方向から撮影された複数の画像を用意し、再現時には適切な画像を選択して貼り付けている（特許文献１参照）。但し、この方法では、ＣＧで再現する物体を撮影時と異なる照明条件で照らした画像を得ることができない。
【０００３】
また、カメラによる撮影画像にはもともと陰影やハイライトが含まれているため、撮影画像を貼り付けた物体にさらに陰影やハイライトをつけようとすると不自然な画像になる。
【０００４】
そこで、光源方向や観測方向による反射率の変化を反射関数として表し、反射関数に数式モデルを導入し、反射モデル定数により表面属性を表す手法がとられる（非特許文献１参照）。この手法では、立体形状モデルの表面に配置される彩色部の反射特性を反射モデル定数として保持し、再現時には反射モデル関数に定数を代入計算することにより、比較的小さな表面属性情報で任意の照明条件・観測方向での自然な陰影やハイライトの再現が可能になる。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−３４８２１３号公報
【０００６】
【非特許文献１】
ＳＩＧＧＲＡＰＨ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ，Ａｎｎｕａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ Ｓｅｒｉｅｓ，１９９７，ｐ３７９−３８７『Ｏｂｊｅｃｔ Ｓｈａｐｅ ａｎｄ Ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｆｒｏｍ Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ』
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記反射モデルはミクロなスケールの表面構造を反映した光の反射や拡散を表現するものである。このため、例えば、岩の表面、目の粗い布、皮シボなどの目で見える程度の凹凸に基づく細かな陰影を反映することはできない。もちろん、これらの凹凸をポリゴンメッシュによって表現することは可能であるが、その場合、ポリゴンメッシュの頂点数やポリゴン数が膨大になってしまい、その演算処理負担が大きくなり過ぎて現実的ではない。
【０００８】
一方、ＣＧ描画では、上記のような細かな陰影の描画には、『技術編 ＣＧ標準テキストブック』５−５−３（原典Ｊａｍｅｓ Ｂｌｉｎｎ， ”Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｗｒｉｎｋｌｅｄ Ｓｕｒｆａｃｅｓ，” Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｒａｐｈｉｃｓ （Ｐｒｏｃ． Ｓｉｇｇｒａｐｈ ’７８）， Ａｕｇｕｓｔ １９７８）に記されているように、バンプマッピングという方法が採られる。
【０００９】
一般にバンプマップは形状の描画には関与せず、細かな部分で法線方向に影響を与えて陰影を付けるのに用いられる。
【００１０】
そこで、本発明は、実在する対象物の自然なＣＧの再現を、できるだけ少ないデータ量・計算量により行えるようにした三次元データ処理方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の三次元データ処理方法は、実在の対象物の表面形状を表すデータ又は対象物の撮影画像データを得る第１のステップと、この第１のステップで得たデータに基づいて、対象物の三次元画像を作成するためのバンプマップを生成する第２のステップとを含む。
【００１２】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態１である三次元データ処理システム１００について説明する。図１には上記実施形態の三次元データ処理システム１００の構成を、図２には図１に示した三次元データ処理システム１００の各構成部間のデータの流れを示している。
【００１３】
本実施形態の三次元データ処理システム１００は、形状取得部１３０と、ポリゴンメッシュ生成部１３５と、バンプマップ生成部１４０と、モデルデータ記憶部１５０と、ＣＧ生成部１６０と、ＣＧ表示部１７０と、制御部１８０と、メモリ１９０とを有して構成されている。ここで、図１に示すように、三次元データ処理システム１００の各部は、例えば、バスインターフェースなどを介してデータを授受可能に構成されている。
【００１４】
この三次元データ処理システム１００は、１つの装置（コンピュータ）として構成されていてもよいし、それぞれ別々の装置として構成されていてもよい。本実施形態では、１つの装置として構成されているものとして説明するが、例えば、形状取得部１３０，ポリゴンメッシュ生成部１３５，バンプマップ生成部１４０，モデルデータ記憶部１５０，制御部１８０およびメモリ１９０を有するメインの装置と、ＣＧ生成部１６０およびＣＧ表示部１７０を有した別の装置とからなる三次元データ処理システムとして構成してもよい。
【００１５】
形状取得部１３０は、対象物Ｏの高精度な立体形状データを取得する。高精度立体形状データは、対象物Ｏの表面形状を表すものであり、対象物Ｏの表面各部の３次元座標を表すものである。この形状取得部１３０としては、レンジファインダー又は３次元スキャナー等の３次元形状取得装置を利用することができる。
【００１６】
また、形状取得部１３０は、取得した高精度立体形状データにより表される立体形状モデルを、ポリゴンメッシュ生成部１３５およびバンプマップ生成部１４０に出力する。
【００１７】
なお、形状取得部１３０をメイン装置とは別の装置として構成し、該別の装置で取得した高精度立体形状データを、半導体メモリ・磁気ディスク・光ディスクなどの記録媒体に格納して、これをメイン装置に入力（読み込み）可能としてもよい。また、メイン装置を、このような記憶媒体からの高精度立体形状データの入力機能と形状取得部１３０とを併せ持つ構成としてもよい。
【００１８】
ポリゴンメッシュ生成部１３５は、形状取得部１３０から入力された高精度立体形状データを基に、ポリゴンメッシュを生成する。ポリゴンメッシュ生成部１３５は、生成したポリゴンメッシュをバンプマップ生成部１４０およびモデルデータ記憶部１５０に出力する。
【００１９】
ここで、ポリゴンメッシュ生成部１３５は、生成するポリゴンメッシュの複雑さ（頂点数およびポリゴン数）を制御可能であり、本システムのオペレータは必要とする精度と描画速度・データサイズを考慮して、生成するポリゴンメッシュの複雑さを指定することができる。なお、本実施形態で指定される複雑さは、高精度立体形状データが持つ複雑さに比べて低い（つまり簡略化した）ものとする。
【００２０】
バンプマップ生成部１４０は、形状取得部１３０から入力された高精度立体形状データおよびポリゴンメッシュ生成部１３５から入力されたポリゴンメッシュを基にバンプマップを生成する。バンプマップ生成部１４０は、生成したバンプマップをモデルデータ記憶部１５０に出力する。なお、バンプマップ生成部１４０の詳しい動作については後述する。
【００２１】
モデルデータ記憶部１５０は、ポリゴンメッシュ生成部１３５により生成されたポリゴンメッシュと、バンプマップ生成部１４０により生成されたバンプマップとを格納する。モデルデータ記憶部１５０は、各種の記憶媒体を利用することができ、また、上述したメモリ１９０をモデルデータ記憶部１５０として併用してもよい。モデルデータ記憶部１５０は、格納したポリゴンメッシュとバンプマップをＣＧ生成部１６０に出力することができる。
【００２２】
ＣＧ生成部１６０は、モデルデータ記憶部１５０から入力されたポリゴンメッシュとバンプマップとに基づいて、オペレータの指定などに応じた各種視点・照明環境における対象物Ｏの三次元画像データを生成する。具体的には、ポリゴンメッシュを用いた形状描画とバンプマップを用いた陰影付けとを行う。
【００２３】
この陰影付けに必要なのは法線方向であり、一方、バンプマップ生成部１４０で生成されたバンプマップは位置の変位データであるが、この位置の変位をポリゴン面に沿って微分すれば法線揺らぎ（相対的な法線方向）が得られ、この法線揺らぎとポリゴンメッシュから想定される法線方向との差を求めることにより、バンプマップのテクセルごとの法線方向が得られる。
【００２４】
ＣＧ表示部１７０は、ＣＧ生成部１６０により生成された三次元画像を表示する。このＣＧ表示部１７０としては、ＣＲＴ、ＬＣＤなどの各種表示装置を使用することができる。また、ＣＧ表示部１７０として、画像データを印刷可能なプリンタなどの印刷装置を用いてもよい。
【００２５】
制御部１８０は、ＣＰＵ、ＭＰＵなどのプロセッサを用いて構成され、メモリ１９０に格納された動作プログラムを用いて各部の動作を制御する。
【００２６】
メモリ１９０は、三次元データ処理システム１００の動作プログラムや処理に必要な各種データなどを格納する、ＲＯＭなどの不揮発性メモリと、画像データおよび必要な制御プログラムを一時的に格納するＲＡＭなどの揮発性メモリとを含む。
【００２７】
次に、上記のように構成された三次元データ処理システム１００の動作（制御部１８０の制御によるプログラム動作）について、図４に示すフローチャートを参照しながらさらに詳しく説明する。なお、図４（および他の図のフローチャート）において、ステップは「Ｓ」と略記する。
【００２８】
（ステップ１・・・形状取得ステップ）
形状取得部１３０は、対象物Ｏの形状を測定し、高精度立体形状データを取得する。高精度立体形状データは、対象物Ｏの表面各部に任意に配置された計測点において、少なくともその三次元座標を示すものである。ここで、三次元座標が示された計測点は、後にポリゴンメッシュ生成部１３５で生成されるポリゴンメッシュの頂点数に比して十分に多いものとする。
【００２９】
形状取得部１３０は、取得した高精度立体形状データを、ポリゴンメッシュ生成部１３５およびバンプマップ生成部１４０に出力する。
【００３０】
（ステップ２、ステップ３・・・ポリゴンメッシュ生成ステップ）
ポリゴンメッシュ生成部１３５は、形状取得部１３０から入力された高精度立体形状データをポリゴンメッシュに変換する。この際、オペレータにより指定された複雑さまで簡略化したポリゴンメッシュを生成する。
【００３１】
ここでの具体的なポリゴンメッシュ生成手法（アルゴリズム）としては、Ｈｏｏｐｓ Ｈ． ｅｔ ａｌ．，”Ｍｅｓｈ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ”，Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ＳＩＧＧＲＡＰＨ ‘９３に紹介された手法を用いることができる。ただし、ポリゴンメッシュ生成手法はこの手法に限定されることなく、他の様々な手法を用いることができる。
【００３２】
この簡略化されたポリゴンメッシュの各頂点には、バンプマップの貼り合わせ位置を指定するバンプテクスチャ座標が付与される。そして、バンプテクスチャ座標が付与されたポリゴンメッシュは、バンプマップ生成部１４０に出力されると共に、モデルデータ記憶部１５０に格納される。
【００３３】
（ステップ４・・・バンプマップ生成ステップ）
バンプマップ生成部１４０は、ポリゴンメッシュ生成部１３５より入力されたポリゴンメッシュの複雑さに対応するテクセルを設定する。さらに、形状取得部１３０より入力された高精度立体形状データとポリゴンメッシュ生成部１３５より入力されたポリゴンメッシュとを比較して、それらの差である変位をテクセル毎に算出して、バンプマップとしてモデルデータ記憶部１５０に出力し、格納させる。
【００３４】
ここで、図３は上記変位の説明図である。実線は高精度立体形状データが示す形状の断片、点線はポリゴンメッシュが示す形状の断片である。テクセルはポリゴンメッシュ上に存在し、各テクセルの位置から上記変位を表す矢印が延びている。そして、これらテクセルごとの矢印の長さがバンプマップとしてモデルデータ記憶部１５０に出力、記録される。なお、変位の符号は、矢印がポリゴンメッシュの外側（図３では上側）に向いていれば正（凸）、内側（図３では下側）を向いていれば負（凹）である。
【００３５】
これにより、モデルデータ記憶部１５０に、対象物をＣＧで再現するのに必要なポリゴンメッシュとバンプマップとが格納される。
【００３６】
（ステップ５・・・ＣＧ生成ステップ）
ＣＧ生成部１６０は、対象物ＯをＣＧで再現するために、ＣＧ生成部１６０において要求される仮想空間内での撮影装置・対象物の配置情報および照明分布と、モデルデータ記憶部１５０に格納された立体形状モデル（ポリゴンメッシュおよびバンプマップ）とに従って各テクセルの法線方向・照明（入射）方向・撮影（観測）方向を算出し、観測輝度を計算する。観測輝度を表示色として生成画像上の表示位置に描画することで、ＣＧ表示部１７０で三次元画像を表示することができる。
【００３７】
この法線方向の算出の際、ポリゴンメッシュから算出される法線の他、バンプマップも考慮することによりポリゴン内においても微細な陰影を再現する。
【００３８】
本実施形態のように、高精度立体形状データに基づいて、簡略化したポリゴンメッシュとこれに対応したバンプマップとを分離して作成し、これらポリゴンメッシュとバンプマップとをＣＧ再現等における形状データの組として扱うことで、高精度立体形状データを直接用いてＣＧ再現等を行う場合に比べて、少ないデータ量および計算量で細かな凹凸や陰影を持つ対象物の再現画像（三次元立体画像）を得ることができる。
【００３９】
（実施形態２）
図５には、本発明の実施形態２である三次元データ処理システム２００の構成を示している。また、図６には、図５に示した三次元データ処理システム２００の各構成部間のデータの流れを示している。
【００４０】
本実施形態の三次元データ処理システム２００は、画像データ取得部１１０と、撮影パラメータ取得部１２０と、形状取得部１３０と、ポリゴンメッシュ生成部１３５と、表面属性推定部１４５と、モデルデータ記憶部１５０と、ＣＧ生成部１６０と、ＣＧ表示部１７０と、制御部１８０と、メモリ１９０とを有して構成されている。
【００４１】
ここで、図６に示すように、三次元データ処理装置２００の各部は、例えば、バスインターフェースなどを介してデータを授受可能に構成されている。
【００４２】
この三次元データ処理システム２００は、１つの装置（コンピュータ）として構成されていてもよいし、それぞれ別々の装置として構成されていてもよい。本実施形態では、１つの装置として構成されているものとして説明するが、例えば、画像データ取得部１１０，撮影パラメータ取得部１２０，形状取得部１３０，ポリゴンメッシュ生成部１３５，表面属性推定部１４５，モデルデータ記憶部１５０，制御部１８０およびメモリ１９０を有するメインの装置と、ＣＧ生成部１６０およびＣＧ表示部１７０を有した別の装置とからなる三次元データ処理システムとして構成してもよい。
【００４３】
画像データ取得部１１０は、対象物Ｏの撮影画像データを取得する。本実施形態では、画像データ取得部１１０を撮影装置１１２と光源１１４とにより構成する。つまり、光源１１４からの光により照明した対象物Ｏを撮影装置１１２で撮影することで、対象物Ｏの画像データを取得する。
【００４４】
画像データ取得部１１０は、対象物Ｏにおける観測（撮影）方向・光源（照明）方向又は対象物Ｏの姿勢（向き）が異なる複数の画像を取得する。例えば、図７に示すように、対象物Ｏを、該対象物Ｏを載置する面に垂直な軸を中心として回転可能な回転台Ｓ上に載置し、撮影装置１１２および光源１１４を対象物Ｏに対して一方向からそれぞれ単独に又は同期して角度（すなわち撮影位置）を変えることで、複数方向からの撮影を行えるようにする。
【００４５】
撮影装置１１２および光源１１４は、例えば三脚などに固定し、その高さを変えることで撮影角度を変えることができる。但し、これ以外に図示しない移動機構などに撮影装置１１２および光源１１４を接続し、該移動機構を制御部１８０により制御することで、自動的に撮影装置１１２および光源１１４の角度を変えて撮影を行うようにしてもよい。
【００４６】
撮影装置１１２としては、デジタルスチルカメラやビデオカメラを用いることができる。撮影装置１１２は、ＲＧＢの３つのカラーバンドからなる画像データを作成して表面属性推定部１４５に出力する。光源１１４としては、点光源でも線又は面光源でもよい。
【００４７】
なお、光源１１４としては専用のものでなくてもよく、照明環境測定機構を備えることにより、通常の屋内照明或いは太陽光等の光源を光源１１４として用いることもできる。この際、測定された照明環境情報を光源情報とする。例えば、照明環境測定機構として天周カメラを用いることができる。
【００４８】
また、本実施形態では、対象物Ｏを一軸周りでのみ回転可能な回転台Ｓ上に載置されるが、対象物Ｏを複数の回転軸を有する装置に支持させるようにしてもよい。このような構成によれば、撮影装置１１２および光源１１４を所定の場所に固定していても、複数方向から撮影した対象物の画像データを取得することができる。また、対象物Ｏを固定し、撮影装置１１２又は光源１１４の位置を変化させながら撮影を行えるように構成してもよいし、撮影装置１１２，光源１１４および対象物Ｏのうち２つ以上の位置や姿勢を変化させながら撮影を行えるように構成してもよい。
【００４９】
さらに、本実施形態では、画像データ取得部１１０をメイン装置の構成部として説明しているが、画像データ取得部１１０を別の装置として構成してもよい。この場合、撮影により得られた画像データを半導体メモリ・磁気ディスク・光ディスクなどの記録媒体に格納し、これをメイン装置に入力（読み込み）可能とすればよい。さらに、メイン装置が、このような記録媒体からの画像データの入力機能と画像データ取得部１１０とを併せ持つ構成としてもよい。
【００５０】
撮影パラメータ取得部１２０は、画像データ取得部１１０において画像データに対する撮影パラメータを取得する。より詳細には、撮影パラメータ取得部１２０は、撮影装置１１２の画角などの撮影情報と、撮影位置（視点），対象物Ｏおよび光源１１４の輝度・位置・姿勢情報などの撮影時の環境情報を取得する。撮影パラメータ取得部１２０は、取得した撮影パラメータを表面属性推定部１４５に出力する。
【００５１】
なお、撮影パラメータは、オペレータ（撮影者又は三次元データ処理システム２００のオペレータを含む）によりキーボードなどの入力装置を介して直接、表面属性推定部１４５に入力してもよい。この場合、上述した画像データ取得部１１０が取得する画像毎の撮影時の撮影装置１１２・光源１１４・対象物Ｏの配置や撮影装置１１２の画角、光源１１４の輝度情報などが記録されている必要がある。また、画像データ取得部１１０が制御部１８０により制御され、対象物Ｏの撮影を自動的に行うのであれば、制御部１８０により画像毎の撮影パラメータを取得してもよい。さらに、撮影パラメータ取得部１２０を設けずに、半導体メモリ・磁気ディスク・光ディスクなどの記録媒体に格納された撮影パラメータをデータとして読み込み可能としてもよい。また、このような記録媒体からの撮影パラメータの読み込み機能と撮影パラメータ取得部１２０とを併せ持つ構成としてもよい。
【００５２】
また、撮影パラメータの一部は画像撮影時に記録しなくとも、画像データ取得部１１０により取得する画像データから制御部１８０によって推定してもよい。この場合、画像撮影時に対象物Ｏに固定したマーカーが対象物Ｏと共に画像に写るようにしておけばよい。また、対象物Ｏ上にマーカーの代用となる特徴的な部分があれば、それをマーカーの代用としてもよい。そして、撮影画像上のマーカーの位置や色から撮影パラメータを推定すればよい。撮影パラメータの推定法は、例えば、「コンピュータビジョン」（コロナ社，１９９９）第６章にて紹介されているが、これ以外の推定方法を用いることもできる。
【００５３】
形状取得部１３０およびポリゴンメッシュ生成部１３５は実施形態１と同様の機能を有する。すなわち、形状取得部１３０は、レンジファインダー又は３次元スキャナー等の３次元形状取得装置を利用して、対象物Ｏの立体形状データを取得し、ポリゴンメッシュ生成部１３５に出力する。そして、ポリゴンメッシュ生成部１３５は、形状取得部１３０から入力された（又は記録媒体から読み込んだ）立体形状データを基に、指定された複雑さを持つポリゴンメッシュを生成する。
【００５４】
本実施形態では、形状取得部１３０はポリゴンメッシュ生成部１３５にのみ立体形状データを出力する。本実施形態では、立体形状データはポリゴンメッシュ生成にしか使われず、バンプ生成には直接使われない。このため、実施形態１の場合に比べて形状計測点は少なくて済み、その分、精度の低い３次元形状取得装置を用いることができる。
【００５５】
さらに、形状取得部１３０は、画像データ取得部１１０で取得された画像データ（或いは読み込んだ画像データ）からシルエット法などによって立体形状データを得てもよい。
【００５６】
ポリゴンメッシュ生成部１３５は、生成したポリゴンメッシュを表面属性推定部１４５およびモデルデータ記憶部１５０に出力する。
【００５７】
ここで、形状取得部１３０およびポリゴンメッシュ生成部１３５を別の装置とし、半導体メモリ・磁気ディスク・光ディスクなどの記録媒体に格納された立体形状データ又はポリゴンメッシュをメイン装置に入力可能としてもよい。また、このような記録媒体からの入力機能と形状取得部１３０およびポリゴンメッシュ生成部１３５とを併せ持つ構成としてもよい。
【００５８】
表面属性推定部（バンプマップ生成部）１４５は、画像データ取得部１１０、撮影パラメータ取得部１２０およびポリゴンメッシュ生成部１３５からそれぞれ入力された情報を基に、該ポリゴンメッシュに貼り付けるテクスチャマップにおけるテクセルごとの表面属性情報を推定する。ここで、本実施形態にいう表面属性とは、各テクセルにおける反射モデル定数と法線揺らぎとを含む。表面属性推定部１４５における具体的な処理は後述する。
【００５９】
表面属性推定部１４５は、推定した表面属性情報をモデルデータ記憶部１５０に出力する。
【００６０】
モデルデータ記憶部１５０は、ポリゴンメッシュ生成部１３５により生成されたポリゴンメッシュと、表面属性推定部１４５により推定された各テクセルの表面属性とを格納する。表面属性のうち法線揺らぎを記録したテクスチャマップがバンプマップとなる。
【００６１】
データモデル記憶部１５０としては各種記憶媒体を用いることができ、また、上述したメモリ１９０を兼用してもよい。モデルデータ記憶部１５０は、格納したポリゴンメッシュと表面属性の情報をＣＧ生成部１６０に出力する。
【００６２】
なお、ＣＧ生成部１６０、ＣＧ表示部１７０、制御部１８０およびメモリ１９０の機能は実施形態１と同様である。
【００６３】
次に、本実施形態の三次元データ処理システム２００の動作（制御部１８０の制御によるプログラム動作）について、図８のフローチャートを参照しながら説明する。
【００６４】
（ステップ１１・・・画像データ取得ステップ）
まず、画像データ取得部１１０において、図７に示すように、対象物Ｏを回転台Ｓ上に設置し、光源１１４により対象物Ｏを照明する。これと共に、対象物Ｏに撮影装置１１２を向ける。そして回転台Ｓを回転させながら、撮影装置１１２により複数の角度で撮影し、ＲＧＢの３つのカラーバンドからなる画像データを取得する。これにより、対象物Ｏの姿勢が変化し、相対的に撮影方向を異にして撮影された画像データを得ることができる。また、撮影装置１１２もしくは光源１１４の対象物Ｏに対する角度を変えることで更に画像データを得ることができる。そして、画像データ取得部１１０は、これら画像データを表面属性推定部１４５に出力する。
【００６５】
（ステップ１２・・・撮影パラメータ取得ステップ）
撮影パラメータ取得部１２０では、画像撮影時に、撮影装置１１２および光源１１４に関する情報と、撮影装置１１２および対象物Ｏの位置や姿勢の情報を取得する。そして、これらの情報を表面属性推定部１４５に出力する。なお、上述したように、撮影パラメータの一部は画像撮影時に記録せずとも、画像データから推定してもよい。
【００６６】
（ステップ１３・・・表面形状取得ステップ）
形状取得部１３０は、対象物Ｏの形状を測定し、立体形状データを取得する。この立体形状データは、対象物Ｏの表面各部に任意に配置された計測点において、少なくともその三次元座標を示すものである。ここで、三次元座標が示された計測点は、後にポリゴンメッシュ生成部１３５で生成されるポリゴンメッシュの頂点数に比して十分に多いものとする。
【００６７】
形状取得部１３０は、取得した立体形状データを、ポリゴンメッシュ生成部１３５に出力する。
【００６８】
（ステップ１４、ステップ１５・・・ポリゴンメッシュ生成ステップ）
ポリゴンメッシュ生成部１３５は、形状取得部１３０から入力された立体形状データをポリゴンメッシュに変換する。この際、オペレータにより指定された複雑さまで簡略化したポリゴンメッシュを生成する。
【００６９】
また、この簡略化されたポリゴンメッシュの各頂点には、テクスチャマップの貼り合わせ位置を指定するテクスチャ座標が付与される。そして、テクスチャ座標が付与されたポリゴンメッシュは、表面属性推定部１４５に出力されると共に、モデルデータ記憶部１５０に格納される。
【００７０】
なお、ここでいうテクスチャマップとは、各テクセルの法線変位を記録するバンプマップと、反射モデル定数のうち少なくとも一部を格納する反射モデル定数マップを含み、双方は同一の解像度および貼り合わせ位置を持つ。
【００７１】
（ステップ１６・・・表面属性推定ステップ）
表面属性推定部１４５では、入力された各情報を基に、対象物Ｏの表面属性を推定し、得られた反射モデル定数をモデルデータ記憶部１５０に格納する。ここで、図９のフローチャートを用いて、この表面属性推定ステップにおける表面属性推定部１４５のプログラム動作を説明する。
【００７２】
表面属性推定部１４５は、テクスチャマップ上に指定された解像度のテクセルを配置する（ステップ１６１）。この解像度としては、２ｎ×２ｎとするのが一般的であり、画像データのピクセルが対象物Ｏの表面で占めるサイズと同等にするのが望ましい。ただし、解像度は上述したものに限定されない。そして以下の処理を各テクセルに対して繰り返す（ステップＳ１６２）。
【００７３】
まず、図１０に示すように、前述した撮影方法によって撮影された、対象物Ｏの姿勢や撮影方向・照明方向が異なる複数の画像データの全てに対し、１のテクセルにおけるポリゴンメッシュから想定される法線方向ベクトルＮｂａｓｅと、光源方向ベクトルＬと、光源照度ＩＣ と、観測方向ベクトルＶと、画像上輝度ＥＣとを計算し、対応表を作成する（ステップＳ１６３）。
【００７４】
ここで、光源照度Ｉおよび画像上輝度Ｅの添え字「Ｃ」はカラーバンドであり、一般には、Ｃ＝｛Ｒ，Ｇ，Ｂ｝である。
【００７５】
また、法線方向、光源方向、観測方向は撮影パラメータおよびポリゴンメッシュより算出することができる。即ち、撮影時の撮影装置１１２、光源１１４、対象物Ｏの姿勢および配置の情報とポリゴンメッシュとから、各テクセルにおける法線方向、観測方向、光源方向および画像上の位置を算出すればよい。そして、画像から輝度を得ることができる。
【００７６】
なお、画像上でテクセルが裏面であったり、他の部位の背後であったり、画像外であったりして、画像上輝度が不明である場合は、対応表には入れないものとする。
【００７７】
次に、この対応表を照明分布を考慮した反射モデル関数ＢＲＤＦｐａｒｍｓ（Ｎ；Ｖ，Ｌ）に代入する（ステップ１６４）。例えば、反射モデル関数として、式（１）に示すＰｈｏｎｇ の反射モデルを使用すると、反射モデル定数ｐａｒｍｓ は、｛ＣｄＲ，ＣｄＧ，ＣｄＢ，ＣＳ，ｎ｝である。
【００７８】
ＢＲＤＦｐａｒｍｓ（Ｎ；Ｖ，Ｌ）＝ＣｄＣ（Ｎ・Ｌ）＋ＣＳ（Ｖ・Ｌ）ｎ ・・・（１）
なお、式（１）は、Ｎをｚ軸とする接線座標で記した式（２）と等価である。
【００７９】
ＢＲＤＦ’ｐａｒｍｓ（Ｖ’，Ｌ’）＝ＣｄＣＬ’．ｚ＋ＣＳ（Ｖ’・Ｌ’）ｎ ・・・（２）
ただし、Ｖ’，Ｌ’はＶ，Ｌを接線座標系で表現したもの、Ｌ’．ｚはＬ’のｚ成分である。
【００８０】
ここで、さらにテクセル上の法線をＮｔｅｘとし、図１１に示されるようなベクトルＮをポリゴンの接線ベクトルＴの軸周りにθ、Ｔ軸と直交するもう１つの接線ベクトルＢの軸周りにφ回転させる操作Ｒｏｌｌθφ（Ｎ）を導入すると、式（３）の関係が得られる。
【００８１】
ＥＣｊ＝ＩＣＢＲＤＦｐａｒｍｓ（Ｎｔｅｘ＝Ｒｏｌｌθφ（Ｎｂａｓｅｊ）；Ｖｊ，Ｌｊ）＋εＣｊ・・・（３）
ただし、εは誤差、添え字ｊは画像番号を示す。
【００８２】
そして、上記誤差を最適な値にする定数の組｛ＣｄＲ，ＣｄＧ，ＣｄＢ，ＣＳ，ｎ，θ，φ］を求め、テクセルの反射モデル定数（ＣｄＲ，ＣｄＧ，ＣｄＢ，ＣＳ，ｎ ）と法線揺らぎ（θ，φ） としてモデルデータ記憶部１５０に格納（記録）する（ステップ１６５）。
【００８３】
上記最適化には、様々な数学的手法を用いることができる。例えば、最小２乗法を用いる場合には、評価関数を式（４）に示すように誤差εＣｊの２乗和とし、これが最小となる定数の組を求めればよい。
【００８４】
【数１】
上述した評価関数ｆは全ての誤差を等価に扱っているが、各値の信頼性を考慮した評価関数を設定してもよい。
【００８５】
また、上記説明では光源をＶ方向の１点のみとしているが、光源が複数存在したり、点でなく天球上で広がりのある光源の場合は、その分布をＩＣ（Ｌ）とし、これら光源の積分式である式（５）を式（３）に代えて適用する。
【００８６】
【数２】
これにより、モデルデータ記憶部１５０に対象物ＯをＣＧで再現するのに必要なモデルデータが揃う。テクセル毎に得られた法線揺らぎはバンプマップを形成する。
【００８７】
（ステップ１７・・・ＣＧ生成ステップ）
ＣＧ生成部１６０は、対象物ＯをＣＧで再現するために、ＣＧ生成部１６０において要求される仮想空間内での撮影装置・対象物の配置情報および照明分布と、モデルデータ記憶部１５０に格納されたポリゴンメッシュおよび表面属性データ（バンプマップを含む）とに従って各テクセルの法線方向・照明（入射）方向・撮影（観測）方向を算出し、反射モデル関数に代入することによって観測輝度を計算する。観測輝度を表示色として生成画像上の表示位置に描画することで、ＣＧ表示部１７０で三次元画像を表示することができる。
【００８８】
この法線方向の算出の際、ポリゴンメッシュから算出される法線の他、バンプマップも考慮することによりポリゴン内においても微細な陰影を再現することができる。
【００８９】
なお、本実施形態において、画像データがＲ，Ｇ，Ｂの３色から構成される場合について説明したが、画像データは、単色でも、他の色でも、またはスペクトル情報でも、偏光画像でも、対応した反射モデル関数が記述できればよい。
【００９０】
また、上記実施形態では、反射モデル関数として Ｐｈｏｎｇ反射モデルを用いた場合について説明したが、他の反射モデル関数を用いてもよい。例えば、Ｌａｍｂｅｒｔ モデル、Ｂｌｉｎｎ モデル、Ｔｏｒｒａｎｃｅ−Ｓｐａｒｒｏｗモデル等の反射モデル関数でも、１つ又は複数の反射モデル定数と法線方向・光源方向・観測方向の関係から反射率が与えられるものであれば用いることができる。
【００９１】
さらに言えば、本実施形態で用いることができる反射モデル関数は、少なくとも接線座標系における光源方向と観測方向を引数とし、反射率を与える双方向反射分布関数であり、反射モデル定数を要素に持つ数式である。
【００９２】
また、本実施形態で用いることができる反射モデル関数は、散乱反射成分と鏡面反射成分の線形結合で表される二色性反射モデルでもよい。この場合、反射モデル定数として、散乱反射成分に関わる散乱反射モデル定数と鏡面反射成分に関わる鏡面反射モデル定数の２群に大別することもある。
【００９３】
そして、上記反射モデル定数およびバンプマップを構成する法線方向は又は法線揺らぎは、撮影パラメータより求まる光源方向（照明方向）と観測方向（撮影方向）を反射モデル関数に適用した際に、画像データから導かれる測定輝度変化を最も正確に再現する値の組とする。
【００９４】
また、表面属性推定部１４５の推定法では、全てのテクセルにおいて反射モデル定数や法線変位が一意に求まるとは限らない。しかし、求まらない定数を持つテクセルの近傍のテクセルの反射定数から補完したり、典型的な値で代用したりする等の手法を用いることでこれを解消することができる。
【００９５】
また、上記実施形態では、バンプマップとしてテクセルの法線揺らぎをモデルデータ記憶部１５０に格納したが、この法線揺らぎとポリゴンメッシュから想定される法線方向との差からテクセルの法線方向を求めてこれをバンプマップとしてデータ記憶部１５０に格納したり、ポリゴンメッシュから想定される位置と立体形状上の位置との差である変位を求め、これをバンプマップとしてデータ記憶部１５０に格納したりしてもよい。法線揺らぎを変位に変換するには、この変位ｚと法線揺らぎ（θ，ρ）とが式（６）の関係を満たすことを利用すればよい。
【００９６】
【数３】
また、式（６）から式（７）に示す制約条件が得られる。
【００９７】
【数４】
ここで、Ｔ，Ｂは互いに直交するポリゴンメッシュの接線方向の単位ベクトルである。
【００９８】
法線揺らぎの推定の際に、式（７）の制約条件を考慮することにより推定精度の向上を図ることができる。
【００９９】
また、上記実施形態では、表面属性推定部１４５において、モデルデータ記憶部１５０に記録されるのと同一の解像度で表面属性を推定する場合について説明したが、表面属性推定部１４５においてより高い解像度で表面属性を推定し、モデルデータ記憶部１５０に格納する際に複数のテクセルの平均を取ることによって指定される解像度に変換したり、モデルデータ記憶部１５０に格納する際に接線方向にローパスフィルターを掛ける等の処理を行ってノイズの影響を抑えたりしてもよい。
【０１００】
本実施形態では、形状データからではなく、対象物の画像データが持つ陰影からバンプマップを含む表面属性情報を推定生成するため、形状取得に関してはそれほど高い精度や計測点密度は要求されない。このため、形状取得部１３０において比較的簡便な３次元形状取得装置を用いて三次元データ処理装置を実現することができる。
【０１０１】
（実施形態３）
次に、本発明の実施形態３である三次元データ処理システムについて説明する。なお、本実施形態の装置構成は、図５および図６に示した実施形態２の装置構成と同様であるが、表面属性推定部１４５の動作が実施形態２とは異なるので、ここではこの表面属性推定部１４５の動作について説明する。
【０１０２】
本実施形態では、表面属性推定部１４５は、画像データ取得部１１０、撮影パラメータ取得部１２０およびポリゴンメッシュ生成部１３５からそれぞれ入力された情報を基に、各テクセルの表面属性情報を推定する。ここで、本実施形態にいう表面属性情報には、各テクセルにおける表面属性指標と法線揺らぎとを含む。表面属性推定部１４５は、推定した表面属性情報をデータモデル記憶部１５０に出力する。
【０１０３】
表面属性推定部１４５のプログラム動作を、図１２のフローチャートを用いて説明する。ステップ１６１、ステップ１６２、ステップ１６３の動作は実施形態２と同様である。
【０１０４】
ステップ１６４’では、ステップ１６３で作成された対応表を、表面属性一覧中のサンプルと順次比較する。表面属性一覧とは、様々なサンプルｋに対して、例えば法線方向をｚ軸とする接線座標における光源方向Ｌ’、観測方向Ｖ’に対する一連の反射率を示した反射率表ＴＡＢＬＥ’ｋ（Ｖ’，Ｌ’）である。
【０１０５】
この反射率表ＴＡＢＬＥ’ｋ（Ｖ’，Ｌ’）は、Ｎを法線とする接線座標系への変換式をＶ’＝ｔｒａｎｓ（Ｎ；Ｖ）とすれば、式（８）のように表現できる。
【０１０６】
ＴＡＢＬＥｋ（Ｎ；Ｖ，Ｌ）＝ＴＡＢＬＥ’ｋ（Ｖ’＝ ｔｒａｎｓ（Ｎ；Ｖ），Ｌ’＝ｔｒａｎｓ（Ｎ；Ｌ））・・・（８）
さらにテクセル上の法線をＮｔｅｘとし、図１１に示されるような、ベクトルＮをポリゴンの接線ベクトルＴの軸周りにθ、Ｔ軸と直交するもう１つの接線ベクトルＢの軸周りにφ回転させる操作Ｒｏｌｌθφ（Ｎ）を導入し、テクセルの表面属性がサンプルｋであるときの画像輝度について、式（９）に示す関係が得られる。
【０１０７】
ＥＣｊ＝ＩＣＴＡＢＬＥｋ（Ｎｔｅｘ＝Ｒｏｌｌθφ（Ｎｂａｓｅｊ）；Ｖｊ，Ｌｊ）＋εＣｊ ・・・（９）
なお、εは誤差、添え字ｊは画像番号を示す。
【０１０８】
そして、上記誤差を最適な値にするサンプル番号ｋを求め、テクセルの表面属性指標ｋおよび法線揺らぎ（θ，φ）としてモデルデータ記憶部１５０に格納する。
【０１０９】
これにより、モデルデータ記憶部１５０に対象物をＣＧで再現するのに必要なモデルデータが揃う。
【０１１０】
本実施形態では、表面属性を反射モデル定数でなく、リスト中の一つを指定する指標として得るため、対象物の表面属性が何種類かに限定される場合、安定した推定を行うことができる。
【０１１１】
（実施形態４）
図１３には本発明の実施形態４である三次元データ処理システム３００の構成を、図１４には、三次元データ処理システム３００における各構成部間の情報の流れを示している。
【０１１２】
本実施形態の三次元データ処理システム３００は、形状取得部１３０と、ポリゴンメッシュ入力部１３６と、バンプマップ生成部１４０と、モデルデータ記憶部１５０と、ＣＧ生成部１６０と、ＣＧ表示部１７０と、制御部１８０と、メモリ１９０とを有する。
【０１１３】
なお、形状取得部１３０、バンプマップ生成部１４０、モデルデータ記憶部１５０、ＣＧ生成部１６０、ＣＧ表示部１７０、制御部１８０およびメモリ１９０の機能は実施形態１と同様である。また、装置の動作も、実施形態１にて図４のフローチャートで説明したものとほぼ同じである。ただし、本実施形態では、実施形態１のポリゴンメッシュ生成部１３５に代えて、ポリゴンメッシュ入力部１３６を設けている。また、図４のフローチャート中のステップ２は、ポリゴンメッシュの入力ステップとなる。
ポリゴンメッシュ入力部１３６は、対象物Ｏの三次元データ生成に用いるポリゴンメッシュを取得する。具体的には、図４のフローチャート中のステップ２で、他の装置で処理され、半導体メモリ・磁気ディスク・光ディスクなどの記録媒体に格納されたポリゴンメッシュの情報を読み込んだり、ポリゴンメッシュを処理する他の装置から無線、有線といった通信回線によりポリゴンメッシュの情報を受け取ったりする。
【０１１４】
ポリゴンメッシュ入力部１３６は、ポリゴンメッシュの複雑さを制御可能であり、入力されたポリゴンメッシュが、要求される複雑さと異なる場合、要求される複雑さに適合するようポリゴンメッシュを複雑化又は単純化する。
【０１１５】
さらに、ポリゴンメッシュにバンプテクスチャ座標が備わっていない場合には、これを付与する。
【０１１６】
また、形状取得部１３０より入力された高精度立体形状データとポリゴンメッシュとで基準とする座標系が異なる場合には、ポリゴンメッシュ入力部１３６はこれらの座標系が一致するようポリゴンメッシュ又は高精度立体形状データの座標を変換する。こうして最適化されたポリゴンメッシュは、バンプマップ生成部１４０に出力されると共に、モデルデータ記憶部１５０に格納される。そして、実施形態１と同様に、モデルデータ記憶部１５０に格納されたポリゴンメッシュとバンプマップを用いて三次元画像を生成表示する。
【０１１７】
本実施形態では、例えば人の顔などを表すための共通の基本ポリゴンメッシュを用意し、個々の人の顔の形状を基本ポリゴンメッシュ上の異なったバンプマップとして生成することが可能となる。これにより、複数の人物の顔データを保持する際に、１つのポリゴンメッシュだけ保持すればよく、データ量の節約ができる。
【０１１８】
また、ある人物の顔から他の人物の顔へモーフィングを行うなどの特殊処理を行う際も、ポリゴンメッシュに手を加えることなく、バンプマップのみを処理すればよく、処理の簡略化が図れる。
【０１１９】
なお、以上説明した各実施形態において、バンプマップを生成するために必要なデータ（立体形状データ、画像データ、ポリゴンメッシュデータ等）を得る方法は、各実施形態にて説明した方法以外のどのような方法でもかまわない。
【０１２０】
さらに、以上説明した各実施形態は、以下に示す各発明を実施した場合の一例でもあり、下記の各発明は上記各実施形態に様々な変更や改良が加えられて実施されるものである。
【０１２１】
〔発明１〕 実在の対象物の表面形状を表すデータを得る第１のステップと、前記第１のステップで得た表面形状データに基づいて、前記対象物の三次元画像を作成するためのバンプマップを生成する第２のステップとを有することを特徴とする三次元データ処理方法。
【０１２２】
〔発明２〕 前記対象物の表面形状を簡略化して表したポリゴンメッシュを得る第３のステップを有し、
前記第２のステップにおいて、前記第３のステップで得たポリゴンメッシュに対応するバンプマップを生成することを特徴とする発明１に記載の三次元データ処理方法。
【０１２３】
〔発明３〕 実在の対象物の撮影画像データを得る第１のステップと、
前記第１のステップで得た画像データに基づいて、前記対象物の三次元画像を作成するためのバンプマップを生成する第２のステップとを有することを特徴とする三次元データ処理方法。
【０１２４】
〔発明４〕 前記第２のステップにおいて、前記第１のステップで得た画像データに基づいて前記対象物の表面属性を推定することにより、該表面属性を表すデータの構成要素としての前記バンプマップを生成することを特徴とする発明３に記載の三次元データ処理方法。
【０１２５】
〔発明５〕 前記表面属性データが、反射モデル関数における定数のデータと前記バンプマップを構成する法線方向に関するデータとを含むことを特徴とする発明４に記載の三次元データ処理方法。
【０１２６】
〔発明６〕 前記表面属性データが、接線座標系における光源方向と撮影方向に対応する一連の反射率を複数示した反射率表中から特定の反射率を指定するデータであり、前記バンプマップを構成する法線方向に関するデータを含むことを特徴とする発明４に記載の三次元データ処理方法。
【０１２７】
〔発明７〕 前記対象物の表面形状を簡略化して表したポリゴンメッシュを得る第３のステップを有し、
前記第２のステップにおいて、前記第３のステップで得たポリゴンメッシュと前記対象物を撮影する際のパラメータを表すデータとを用いて前記対象物の表面属性を推定することを特徴とする発明４から６のいずれかに記載の三次元データ処理方法。
【０１２８】
〔発明８〕 前記第２のステップにおいて、前記バンプマップ上のテクセルごとの面積と、前記画像データの１ピクセルが前記対象物の表面上で占める面積とが略同等になるように前記バンプマップを生成することを特徴とする発明３から７のいずれかに記載の三次元データ処理方法。
【０１２９】
〔発明９〕 前記第２のステップにおいて、指定されたバンプマップの解像度に関する情報に応じたテクセル数を有するバンプマップを生成することを特徴とする発明１から８のいずれかに記載の三次元データ処理方法。
【０１３０】
〔発明１０〕 前記第２のステップにおいて、テクセルごとのベクトル値のｒｏｔａｔｉｏｎが零になる条件を満たす法線分布となるように前記バンプマップを生成することを特徴とする発明１から９のいずれかに記載の三次元データ処理方法。
【０１３１】
〔発明１１〕 前記バンプマップは、前記ポリゴンメッシュに貼り付けられるテクスチャマップ上の各テクセルの前記ポリゴンメッシュに対する位置変化量を示すことを特徴とする発明２又は７に記載の三次元データ処理方法。
【０１３２】
〔発明１２〕 前記バンプマップは、前記ポリゴンメッシュに貼り付けられるテクスチャマップ上の各テクセルの法線方向を表すことを特徴とする発明２又は７に記載の三次元データ処理方法。
【０１３３】
〔発明１３〕 前記バンプマップは、前記ポリゴンメッシュに貼り付けられるテクスチャマップ上の各テクセルの法線方向と前記ポリゴンメッシュの法線方向との差異を示すことを特徴とする発明２又は７に記載の三次元データ処理方法。
【０１３４】
〔発明１４〕 前記第３のステップにおいて、前記対象物の表面形状データに基づいて前記ポリゴンメッシュを生成することを特徴とする発明２又は７に記載の三次元データ処理方法。
【０１３５】
〔発明１５〕 前記第３のステップにおいて、前記ポリゴンメッシュのデータの入力を受けることを特徴とする発明２又は７に記載の三次元データ処理方法。
【０１３６】
〔発明１６〕 前記第３のステップにおいて、指定された頂点数又はポリゴン数に関する情報に応じた頂点数又はポリゴン数を有するポリゴンメッシュを生成することを特徴とする発明１４又は１５に記載の三次元データ処理方法。
【０１３７】
〔発明１７〕 前記第３のステップにおいて、前記ポリゴンメッシュの各頂点に、前記バンプマップの貼り付け位置を指定するバンプテクスチャ座標を付与することを特徴とする発明２又は７に記載の三次元データ処理方法。
【０１３８】
〔発明１８〕 前記第２のステップにより生成されたバンプマップを用いて前記対象物の三次元画像を生成する三次元画像生成ステップと、
該生成された三次元画像を出力する三次元画像出力ステップとを有することを特徴とする発明１から１７のいずれかに記載の三次元データ処理方法。
【０１３９】
〔発明１９〕 発明１から１８のいずれかに記載の三次元データ処理方法をコンピュータに実行させることを特徴とする、コンピュータ上で動作可能な三次元データ処理プログラム。
【０１４０】
〔発明２０〕 発明１９に記載の三次元データ処理プログラムを実行するコンピュータを有することを特徴とする三次元データ処理装置。
【０１４１】
〔発明２１〕 実在の対象物の表面形状を表すデータを得る形状データ取得部と、
前記形状データ取得部で得た表面形状データに基づいて、前記対象物の三次元画像を作成するためのバンプマップを生成するバンプマップ生成部とを有することを特徴とする三次元データ処理システム。
【０１４２】
〔発明２２〕 前記対象物の表面形状を簡略化して表したポリゴンメッシュを得るポリゴンメッシュ取得部を有し、
前記バンプマップ生成部は、前記ポリゴンメッシュ取得部で得たポリゴンメッシュに対応するバンプマップを生成することを特徴とする発明２１に記載の三次元データ処理システム。
【０１４３】
〔発明２３〕 実在の対象物の撮影画像データを得る画像データ取得部と、
前記画像データ取得部で得た画像データに基づいて、前記対象物の三次元画像を作成するためのバンプマップを生成するバンプマップ生成部とを有することを特徴とする三次元データ処理システム。
【０１４４】
〔発明２４〕 前記バンプマップ生成部は、前記画像データ取得部で得た画像データに基づいて前記対象物の表面属性を推定することにより、該表面属性を表すデータの構成要素としての前記バンプマップを生成することを特徴とする発明２３に記載の三次元データ処理システム。
【０１４５】
〔発明２５〕 前記表面属性データが、反射モデル関数における定数データと前記バンプマップを構成する法線方向に関するデータとを含むことを特徴とする発明２４に記載の三次元データ処理システム。
【０１４６】
〔発明２６〕 前記表面属性データが、接線座標系における光源方向と撮影方向に対応する一連の反射率を複数示した反射率表中から特定の反射率を指定するデータであり、前記バンプマップを構成する法線方向に関するデータを含むことを特徴とする発明２４に記載の三次元データ処理システム。
【０１４７】
〔発明２７〕 前記対象物の表面形状を簡略化して表したポリゴンメッシュを得るポリゴンメッシュ取得部を有し、
前記バンプマップ生成部は、前記ポリゴンメッシュ取得部で得たポリゴンメッシュと前記対象物を撮影する際のパラメータを表すデータとを用いて前記対象物の表面属性を推定することを特徴とする発明２４から２６のいずれかに記載の三次元データ処理システム。
【０１４８】
〔発明２８〕 前記バンプマップ生成部は、前記バンプマップ上のテクセルごとの面積と、前記画像データの１ピクセルが前記対象物の表面上で占める面積とが略同等になるように前記バンプマップを生成することを特徴とする発明２３から２７のいずれかに記載の三次元データ処理システム。
【０１４９】
〔発明２９〕 前記バンプマップ生成部は、指定されたバンプマップの解像度に関する情報に応じたテクセル数を有するバンプマップを生成することを特徴とする発明２１から２８のいずれかに記載の三次元データ処理システム。
【０１５０】
〔発明３０〕 前記バンプマップ生成部は、テクセルごとのベクトル値のｒｏｔａｔｉｏｎが零になる条件を満たす法線分布となるように前記バンプマップを生成することを特徴とする発明２１から２９のいずれかに記載の三次元データ処理システム。
【０１５１】
〔発明３１〕 前記バンプマップは、前記ポリゴンメッシュに貼り付けられるテクスチャマップ上の各テクセルの前記ポリゴンメッシュに対する位置変化量を示すことを特徴とする発明２２又は２７に記載の三次元データ処理システム。
【０１５２】
〔発明３２〕 前記バンプマップは、前記ポリゴンメッシュに貼り付けられるテクスチャマップ上の各テクセルの法線方向を表すことを特徴とする発明２２又は２７に記載の三次元データ処理システム。
【０１５３】
〔発明３３〕 前記バンプマップは、前記ポリゴンメッシュに貼り付けられるテクスチャマップ上の各テクセルの法線方向と前記ポリゴンメッシュの法線方向との差異を示すことを特徴とする発明２２又は２７に記載の三次元データ処理システム。
【０１５４】
〔発明３４〕 前記ポリゴンメッシュ取得部は、前記対象物の表面形状データに基づいて前記ポリゴンメッシュを生成することを特徴とする発明２２又は２７に記載の三次元データ処理システム。
【０１５５】
〔発明３５〕 前記ポリゴンメッシュ取得部は、前記ポリゴンメッシュのデータの入力を受けることを特徴とする発明２２又は２７に記載の三次元データ処理システム。
【０１５６】
〔発明３６〕 前記ポリゴンメッシュ取得部は、指定された頂点数又はポリゴン数に関する情報に応じた頂点数又はポリゴン数を有するポリゴンメッシュを生成することを特徴とする発明３４又は３５に記載の三次元データ処理システム。
【０１５７】
〔発明３７〕 前記ポリゴンメッシュ取得部は、前記ポリゴンメッシュの各頂点に、前記バンプマップの貼り付け位置を指定するバンプテクスチャ座標を付与することを特徴とする発明２２又は２７に記載の三次元データ処理システム。
【０１５８】
〔発明３８〕 前記バンプマップ生成部により生成されたバンプマップを用いて前記対象物の三次元画像を生成する三次元画像生成部と、
該生成された三次元画像を出力する三次元画像出力部とを有することを特徴とする発明２１から３７のいずれかに記載の三次元データ処理システム。
【０１５９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、実在の対象物の表面形状データ又は撮影画像データに基づいて、対象物表面の微細な凹凸を表すバンプマップを生成することができるので、少ないデータ量および計算量によって表面の凹凸に基づく細かな陰影を持った対象物の三次元画像を再現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１である三次元データ処理システムの構成を示すブロック図である。
【図２】上記実施形態１の三次元データ処理システムにおけるデータの流れを示す説明図である。
【図３】上記実施形態１の三次元データ処理システムで生成されるバンプマップの説明図である。
【図４】上記実施形態１の三次元データ処理システムの動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施形態２である三次元データ処理システムの構成を示すブロック図である。
【図６】上記実施形態２の三次元データ処理システムにおけるデータの流れを示す説明図である。
【図７】上記実施形態２の三次元データ処理システムにおける画像データの取得例を示す概略図である。
【図８】上記実施形態２の三次元データ処理システムの動作を示すフローチャートである。
【図９】上記実施形態２の三次元データ処理システムにおける表面属性の推定動作を示すフローチャートである。
【図１０】上記実施形態２の三次元データ処理システムにおける表面属性の推定を示す概念図である。
【図１１】Ｒｏｌｌθφ（Ｎ）の説明図である
【図１２】本発明の実施形態３である三次元データ処理システムにおける表面属性の推定動作を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の実施形態４である三次元データ処理システムの構成を示すブロック図である。
【図１４】上記実施形態４の三次元データ処理システムにおけるデータの流れを示す説明図である。
【符号の説明】
１００，２００，３００ 三次元データ処理システム
１１０ 画像データ取得部
１２０ 撮影パラメータ取得部
１３０ 形状取得部
１３５ ポリゴンメッシュ生成部
１３６ ポリゴンメッシュ入力部
１４０ バンプマップ生成部
１４５ 表面属性推定部
１５０ モデルデータ記憶部
１６０ ＣＧ生成部
１７０ ＣＧ表示部
１８０ 制御部
１９０ メモリ
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＧ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｒａｐｈｉｃｓ ）で実在する対象物の三次元画像を生成するために必要なデータを得る三次元画像生成技術に関し、特にポリゴンメッシュで示された立体形状モデルにバンプマップを付加する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、実在の物体をＣＧで再現するとき、立体形状モデルの各部に、実物体をカメラで撮影した画像を貼り付ける手法がある。このような手法では、様々な視点のＣＧにも対応するため、複数の方向から撮影された複数の画像を用意し、再現時には適切な画像を選択して貼り付けている（特許文献１参照）。但し、この方法では、ＣＧで再現する物体を撮影時と異なる照明条件で照らした画像を得ることができない。
【０００３】
また、カメラによる撮影画像にはもともと陰影やハイライトが含まれているため、撮影画像を貼り付けた物体にさらに陰影やハイライトをつけようとすると不自然な画像になる。
【０００４】
そこで、光源方向や観測方向による反射率の変化を反射関数として表し、反射関数に数式モデルを導入し、反射モデル定数により表面属性を表す手法がとられる（非特許文献１参照）。この手法では、立体形状モデルの表面に配置される彩色部の反射特性を反射モデル定数として保持し、再現時には反射モデル関数に定数を代入計算することにより、比較的小さな表面属性情報で任意の照明条件・観測方向での自然な陰影やハイライトの再現が可能になる。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−３４８２１３号公報
【０００６】
【非特許文献１】
ＳＩＧＧＲＡＰＨ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ，Ａｎｎｕａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ Ｓｅｒｉｅｓ，１９９７，ｐ３７９−３８７『Ｏｂｊｅｃｔ Ｓｈａｐｅ ａｎｄ Ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｆｒｏｍ Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ』
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記反射モデルはミクロなスケールの表面構造を反映した光の反射や拡散を表現するものである。このため、例えば、岩の表面、目の粗い布、皮シボなどの目で見える程度の凹凸に基づく細かな陰影を反映することはできない。もちろん、これらの凹凸をポリゴンメッシュによって表現することは可能であるが、その場合、ポリゴンメッシュの頂点数やポリゴン数が膨大になってしまい、その演算処理負担が大きくなり過ぎて現実的ではない。
【０００８】
一方、ＣＧ描画では、上記のような細かな陰影の描画には、『技術編 ＣＧ標準テキストブック』５−５−３（原典Ｊａｍｅｓ Ｂｌｉｎｎ， ”Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｗｒｉｎｋｌｅｄ Ｓｕｒｆａｃｅｓ，” Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｒａｐｈｉｃｓ （Ｐｒｏｃ． Ｓｉｇｇｒａｐｈ ’７８）， Ａｕｇｕｓｔ １９７８）に記されているように、バンプマッピングという方法が採られる。
【０００９】
一般にバンプマップは形状の描画には関与せず、細かな部分で法線方向に影響を与えて陰影を付けるのに用いられる。
【００１０】
そこで、本発明は、実在する対象物の自然なＣＧの再現を、できるだけ少ないデータ量・計算量により行えるようにした三次元データ処理方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の三次元データ処理方法は、実在の対象物の表面形状を表すデータ又は対象物の撮影画像データを得る第１のステップと、この第１のステップで得たデータに基づいて、対象物の三次元画像を作成するためのバンプマップを生成する第２のステップとを含む。
【００１２】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態１である三次元データ処理システム１００について説明する。図１には上記実施形態の三次元データ処理システム１００の構成を、図２には図１に示した三次元データ処理システム１００の各構成部間のデータの流れを示している。
【００１３】
本実施形態の三次元データ処理システム１００は、形状取得部１３０と、ポリゴンメッシュ生成部１３５と、バンプマップ生成部１４０と、モデルデータ記憶部１５０と、ＣＧ生成部１６０と、ＣＧ表示部１７０と、制御部１８０と、メモリ１９０とを有して構成されている。ここで、図１に示すように、三次元データ処理システム１００の各部は、例えば、バスインターフェースなどを介してデータを授受可能に構成されている。
【００１４】
この三次元データ処理システム１００は、１つの装置（コンピュータ）として構成されていてもよいし、それぞれ別々の装置として構成されていてもよい。本実施形態では、１つの装置として構成されているものとして説明するが、例えば、形状取得部１３０，ポリゴンメッシュ生成部１３５，バンプマップ生成部１４０，モデルデータ記憶部１５０，制御部１８０およびメモリ１９０を有するメインの装置と、ＣＧ生成部１６０およびＣＧ表示部１７０を有した別の装置とからなる三次元データ処理システムとして構成してもよい。
【００１５】
形状取得部１３０は、対象物Ｏの高精度な立体形状データを取得する。高精度立体形状データは、対象物Ｏの表面形状を表すものであり、対象物Ｏの表面各部の３次元座標を表すものである。この形状取得部１３０としては、レンジファインダー又は３次元スキャナー等の３次元形状取得装置を利用することができる。
【００１６】
また、形状取得部１３０は、取得した高精度立体形状データにより表される立体形状モデルを、ポリゴンメッシュ生成部１３５およびバンプマップ生成部１４０に出力する。
【００１７】
なお、形状取得部１３０をメイン装置とは別の装置として構成し、該別の装置で取得した高精度立体形状データを、半導体メモリ・磁気ディスク・光ディスクなどの記録媒体に格納して、これをメイン装置に入力（読み込み）可能としてもよい。また、メイン装置を、このような記憶媒体からの高精度立体形状データの入力機能と形状取得部１３０とを併せ持つ構成としてもよい。
【００１８】
ポリゴンメッシュ生成部１３５は、形状取得部１３０から入力された高精度立体形状データを基に、ポリゴンメッシュを生成する。ポリゴンメッシュ生成部１３５は、生成したポリゴンメッシュをバンプマップ生成部１４０およびモデルデータ記憶部１５０に出力する。
【００１９】
ここで、ポリゴンメッシュ生成部１３５は、生成するポリゴンメッシュの複雑さ（頂点数およびポリゴン数）を制御可能であり、本システムのオペレータは必要とする精度と描画速度・データサイズを考慮して、生成するポリゴンメッシュの複雑さを指定することができる。なお、本実施形態で指定される複雑さは、高精度立体形状データが持つ複雑さに比べて低い（つまり簡略化した）ものとする。
【００２０】
バンプマップ生成部１４０は、形状取得部１３０から入力された高精度立体形状データおよびポリゴンメッシュ生成部１３５から入力されたポリゴンメッシュを基にバンプマップを生成する。バンプマップ生成部１４０は、生成したバンプマップをモデルデータ記憶部１５０に出力する。なお、バンプマップ生成部１４０の詳しい動作については後述する。
【００２１】
モデルデータ記憶部１５０は、ポリゴンメッシュ生成部１３５により生成されたポリゴンメッシュと、バンプマップ生成部１４０により生成されたバンプマップとを格納する。モデルデータ記憶部１５０は、各種の記憶媒体を利用することができ、また、上述したメモリ１９０をモデルデータ記憶部１５０として併用してもよい。モデルデータ記憶部１５０は、格納したポリゴンメッシュとバンプマップをＣＧ生成部１６０に出力することができる。
【００２２】
ＣＧ生成部１６０は、モデルデータ記憶部１５０から入力されたポリゴンメッシュとバンプマップとに基づいて、オペレータの指定などに応じた各種視点・照明環境における対象物Ｏの三次元画像データを生成する。具体的には、ポリゴンメッシュを用いた形状描画とバンプマップを用いた陰影付けとを行う。
【００２３】
この陰影付けに必要なのは法線方向であり、一方、バンプマップ生成部１４０で生成されたバンプマップは位置の変位データであるが、この位置の変位をポリゴン面に沿って微分すれば法線揺らぎ（相対的な法線方向）が得られ、この法線揺らぎとポリゴンメッシュから想定される法線方向との差を求めることにより、バンプマップのテクセルごとの法線方向が得られる。
【００２４】
ＣＧ表示部１７０は、ＣＧ生成部１６０により生成された三次元画像を表示する。このＣＧ表示部１７０としては、ＣＲＴ、ＬＣＤなどの各種表示装置を使用することができる。また、ＣＧ表示部１７０として、画像データを印刷可能なプリンタなどの印刷装置を用いてもよい。
【００２５】
制御部１８０は、ＣＰＵ、ＭＰＵなどのプロセッサを用いて構成され、メモリ１９０に格納された動作プログラムを用いて各部の動作を制御する。
【００２６】
メモリ１９０は、三次元データ処理システム１００の動作プログラムや処理に必要な各種データなどを格納する、ＲＯＭなどの不揮発性メモリと、画像データおよび必要な制御プログラムを一時的に格納するＲＡＭなどの揮発性メモリとを含む。
【００２７】
次に、上記のように構成された三次元データ処理システム１００の動作（制御部１８０の制御によるプログラム動作）について、図４に示すフローチャートを参照しながらさらに詳しく説明する。なお、図４（および他の図のフローチャート）において、ステップは「Ｓ」と略記する。
【００２８】
（ステップ１・・・形状取得ステップ）
形状取得部１３０は、対象物Ｏの形状を測定し、高精度立体形状データを取得する。高精度立体形状データは、対象物Ｏの表面各部に任意に配置された計測点において、少なくともその三次元座標を示すものである。ここで、三次元座標が示された計測点は、後にポリゴンメッシュ生成部１３５で生成されるポリゴンメッシュの頂点数に比して十分に多いものとする。
【００２９】
形状取得部１３０は、取得した高精度立体形状データを、ポリゴンメッシュ生成部１３５およびバンプマップ生成部１４０に出力する。
【００３０】
（ステップ２、ステップ３・・・ポリゴンメッシュ生成ステップ）
ポリゴンメッシュ生成部１３５は、形状取得部１３０から入力された高精度立体形状データをポリゴンメッシュに変換する。この際、オペレータにより指定された複雑さまで簡略化したポリゴンメッシュを生成する。
【００３１】
ここでの具体的なポリゴンメッシュ生成手法（アルゴリズム）としては、Ｈｏｏｐｓ Ｈ． ｅｔ ａｌ．，”Ｍｅｓｈ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ”，Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ＳＩＧＧＲＡＰＨ ‘９３に紹介された手法を用いることができる。ただし、ポリゴンメッシュ生成手法はこの手法に限定されることなく、他の様々な手法を用いることができる。
【００３２】
この簡略化されたポリゴンメッシュの各頂点には、バンプマップの貼り合わせ位置を指定するバンプテクスチャ座標が付与される。そして、バンプテクスチャ座標が付与されたポリゴンメッシュは、バンプマップ生成部１４０に出力されると共に、モデルデータ記憶部１５０に格納される。
【００３３】
（ステップ４・・・バンプマップ生成ステップ）
バンプマップ生成部１４０は、ポリゴンメッシュ生成部１３５より入力されたポリゴンメッシュの複雑さに対応するテクセルを設定する。さらに、形状取得部１３０より入力された高精度立体形状データとポリゴンメッシュ生成部１３５より入力されたポリゴンメッシュとを比較して、それらの差である変位をテクセル毎に算出して、バンプマップとしてモデルデータ記憶部１５０に出力し、格納させる。
【００３４】
ここで、図３は上記変位の説明図である。実線は高精度立体形状データが示す形状の断片、点線はポリゴンメッシュが示す形状の断片である。テクセルはポリゴンメッシュ上に存在し、各テクセルの位置から上記変位を表す矢印が延びている。そして、これらテクセルごとの矢印の長さがバンプマップとしてモデルデータ記憶部１５０に出力、記録される。なお、変位の符号は、矢印がポリゴンメッシュの外側（図３では上側）に向いていれば正（凸）、内側（図３では下側）を向いていれば負（凹）である。
【００３５】
これにより、モデルデータ記憶部１５０に、対象物をＣＧで再現するのに必要なポリゴンメッシュとバンプマップとが格納される。
【００３６】
（ステップ５・・・ＣＧ生成ステップ）
ＣＧ生成部１６０は、対象物ＯをＣＧで再現するために、ＣＧ生成部１６０において要求される仮想空間内での撮影装置・対象物の配置情報および照明分布と、モデルデータ記憶部１５０に格納された立体形状モデル（ポリゴンメッシュおよびバンプマップ）とに従って各テクセルの法線方向・照明（入射）方向・撮影（観測）方向を算出し、観測輝度を計算する。観測輝度を表示色として生成画像上の表示位置に描画することで、ＣＧ表示部１７０で三次元画像を表示することができる。
【００３７】
この法線方向の算出の際、ポリゴンメッシュから算出される法線の他、バンプマップも考慮することによりポリゴン内においても微細な陰影を再現する。
【００３８】
本実施形態のように、高精度立体形状データに基づいて、簡略化したポリゴンメッシュとこれに対応したバンプマップとを分離して作成し、これらポリゴンメッシュとバンプマップとをＣＧ再現等における形状データの組として扱うことで、高精度立体形状データを直接用いてＣＧ再現等を行う場合に比べて、少ないデータ量および計算量で細かな凹凸や陰影を持つ対象物の再現画像（三次元立体画像）を得ることができる。
【００３９】
（実施形態２）
図５には、本発明の実施形態２である三次元データ処理システム２００の構成を示している。また、図６には、図５に示した三次元データ処理システム２００の各構成部間のデータの流れを示している。
【００４０】
本実施形態の三次元データ処理システム２００は、画像データ取得部１１０と、撮影パラメータ取得部１２０と、形状取得部１３０と、ポリゴンメッシュ生成部１３５と、表面属性推定部１４５と、モデルデータ記憶部１５０と、ＣＧ生成部１６０と、ＣＧ表示部１７０と、制御部１８０と、メモリ１９０とを有して構成されている。
【００４１】
ここで、図６に示すように、三次元データ処理装置２００の各部は、例えば、バスインターフェースなどを介してデータを授受可能に構成されている。
【００４２】
この三次元データ処理システム２００は、１つの装置（コンピュータ）として構成されていてもよいし、それぞれ別々の装置として構成されていてもよい。本実施形態では、１つの装置として構成されているものとして説明するが、例えば、画像データ取得部１１０，撮影パラメータ取得部１２０，形状取得部１３０，ポリゴンメッシュ生成部１３５，表面属性推定部１４５，モデルデータ記憶部１５０，制御部１８０およびメモリ１９０を有するメインの装置と、ＣＧ生成部１６０およびＣＧ表示部１７０を有した別の装置とからなる三次元データ処理システムとして構成してもよい。
【００４３】
画像データ取得部１１０は、対象物Ｏの撮影画像データを取得する。本実施形態では、画像データ取得部１１０を撮影装置１１２と光源１１４とにより構成する。つまり、光源１１４からの光により照明した対象物Ｏを撮影装置１１２で撮影することで、対象物Ｏの画像データを取得する。
【００４４】
画像データ取得部１１０は、対象物Ｏにおける観測（撮影）方向・光源（照明）方向又は対象物Ｏの姿勢（向き）が異なる複数の画像を取得する。例えば、図７に示すように、対象物Ｏを、該対象物Ｏを載置する面に垂直な軸を中心として回転可能な回転台Ｓ上に載置し、撮影装置１１２および光源１１４を対象物Ｏに対して一方向からそれぞれ単独に又は同期して角度（すなわち撮影位置）を変えることで、複数方向からの撮影を行えるようにする。
【００４５】
撮影装置１１２および光源１１４は、例えば三脚などに固定し、その高さを変えることで撮影角度を変えることができる。但し、これ以外に図示しない移動機構などに撮影装置１１２および光源１１４を接続し、該移動機構を制御部１８０により制御することで、自動的に撮影装置１１２および光源１１４の角度を変えて撮影を行うようにしてもよい。
【００４６】
撮影装置１１２としては、デジタルスチルカメラやビデオカメラを用いることができる。撮影装置１１２は、ＲＧＢの３つのカラーバンドからなる画像データを作成して表面属性推定部１４５に出力する。光源１１４としては、点光源でも線又は面光源でもよい。
【００４７】
なお、光源１１４としては専用のものでなくてもよく、照明環境測定機構を備えることにより、通常の屋内照明或いは太陽光等の光源を光源１１４として用いることもできる。この際、測定された照明環境情報を光源情報とする。例えば、照明環境測定機構として天周カメラを用いることができる。
【００４８】
また、本実施形態では、対象物Ｏを一軸周りでのみ回転可能な回転台Ｓ上に載置されるが、対象物Ｏを複数の回転軸を有する装置に支持させるようにしてもよい。このような構成によれば、撮影装置１１２および光源１１４を所定の場所に固定していても、複数方向から撮影した対象物の画像データを取得することができる。また、対象物Ｏを固定し、撮影装置１１２又は光源１１４の位置を変化させながら撮影を行えるように構成してもよいし、撮影装置１１２，光源１１４および対象物Ｏのうち２つ以上の位置や姿勢を変化させながら撮影を行えるように構成してもよい。
【００４９】
さらに、本実施形態では、画像データ取得部１１０をメイン装置の構成部として説明しているが、画像データ取得部１１０を別の装置として構成してもよい。この場合、撮影により得られた画像データを半導体メモリ・磁気ディスク・光ディスクなどの記録媒体に格納し、これをメイン装置に入力（読み込み）可能とすればよい。さらに、メイン装置が、このような記録媒体からの画像データの入力機能と画像データ取得部１１０とを併せ持つ構成としてもよい。
【００５０】
撮影パラメータ取得部１２０は、画像データ取得部１１０において画像データに対する撮影パラメータを取得する。より詳細には、撮影パラメータ取得部１２０は、撮影装置１１２の画角などの撮影情報と、撮影位置（視点），対象物Ｏおよび光源１１４の輝度・位置・姿勢情報などの撮影時の環境情報を取得する。撮影パラメータ取得部１２０は、取得した撮影パラメータを表面属性推定部１４５に出力する。
【００５１】
なお、撮影パラメータは、オペレータ（撮影者又は三次元データ処理システム２００のオペレータを含む）によりキーボードなどの入力装置を介して直接、表面属性推定部１４５に入力してもよい。この場合、上述した画像データ取得部１１０が取得する画像毎の撮影時の撮影装置１１２・光源１１４・対象物Ｏの配置や撮影装置１１２の画角、光源１１４の輝度情報などが記録されている必要がある。また、画像データ取得部１１０が制御部１８０により制御され、対象物Ｏの撮影を自動的に行うのであれば、制御部１８０により画像毎の撮影パラメータを取得してもよい。さらに、撮影パラメータ取得部１２０を設けずに、半導体メモリ・磁気ディスク・光ディスクなどの記録媒体に格納された撮影パラメータをデータとして読み込み可能としてもよい。また、このような記録媒体からの撮影パラメータの読み込み機能と撮影パラメータ取得部１２０とを併せ持つ構成としてもよい。
【００５２】
また、撮影パラメータの一部は画像撮影時に記録しなくとも、画像データ取得部１１０により取得する画像データから制御部１８０によって推定してもよい。この場合、画像撮影時に対象物Ｏに固定したマーカーが対象物Ｏと共に画像に写るようにしておけばよい。また、対象物Ｏ上にマーカーの代用となる特徴的な部分があれば、それをマーカーの代用としてもよい。そして、撮影画像上のマーカーの位置や色から撮影パラメータを推定すればよい。撮影パラメータの推定法は、例えば、「コンピュータビジョン」（コロナ社，１９９９）第６章にて紹介されているが、これ以外の推定方法を用いることもできる。
【００５３】
形状取得部１３０およびポリゴンメッシュ生成部１３５は実施形態１と同様の機能を有する。すなわち、形状取得部１３０は、レンジファインダー又は３次元スキャナー等の３次元形状取得装置を利用して、対象物Ｏの立体形状データを取得し、ポリゴンメッシュ生成部１３５に出力する。そして、ポリゴンメッシュ生成部１３５は、形状取得部１３０から入力された（又は記録媒体から読み込んだ）立体形状データを基に、指定された複雑さを持つポリゴンメッシュを生成する。
【００５４】
本実施形態では、形状取得部１３０はポリゴンメッシュ生成部１３５にのみ立体形状データを出力する。本実施形態では、立体形状データはポリゴンメッシュ生成にしか使われず、バンプ生成には直接使われない。このため、実施形態１の場合に比べて形状計測点は少なくて済み、その分、精度の低い３次元形状取得装置を用いることができる。
【００５５】
さらに、形状取得部１３０は、画像データ取得部１１０で取得された画像データ（或いは読み込んだ画像データ）からシルエット法などによって立体形状データを得てもよい。
【００５６】
ポリゴンメッシュ生成部１３５は、生成したポリゴンメッシュを表面属性推定部１４５およびモデルデータ記憶部１５０に出力する。
【００５７】
ここで、形状取得部１３０およびポリゴンメッシュ生成部１３５を別の装置とし、半導体メモリ・磁気ディスク・光ディスクなどの記録媒体に格納された立体形状データ又はポリゴンメッシュをメイン装置に入力可能としてもよい。また、このような記録媒体からの入力機能と形状取得部１３０およびポリゴンメッシュ生成部１３５とを併せ持つ構成としてもよい。
【００５８】
表面属性推定部（バンプマップ生成部）１４５は、画像データ取得部１１０、撮影パラメータ取得部１２０およびポリゴンメッシュ生成部１３５からそれぞれ入力された情報を基に、該ポリゴンメッシュに貼り付けるテクスチャマップにおけるテクセルごとの表面属性情報を推定する。ここで、本実施形態にいう表面属性とは、各テクセルにおける反射モデル定数と法線揺らぎとを含む。表面属性推定部１４５における具体的な処理は後述する。
【００５９】
表面属性推定部１４５は、推定した表面属性情報をモデルデータ記憶部１５０に出力する。
【００６０】
モデルデータ記憶部１５０は、ポリゴンメッシュ生成部１３５により生成されたポリゴンメッシュと、表面属性推定部１４５により推定された各テクセルの表面属性とを格納する。表面属性のうち法線揺らぎを記録したテクスチャマップがバンプマップとなる。
【００６１】
データモデル記憶部１５０としては各種記憶媒体を用いることができ、また、上述したメモリ１９０を兼用してもよい。モデルデータ記憶部１５０は、格納したポリゴンメッシュと表面属性の情報をＣＧ生成部１６０に出力する。
【００６２】
なお、ＣＧ生成部１６０、ＣＧ表示部１７０、制御部１８０およびメモリ１９０の機能は実施形態１と同様である。
【００６３】
次に、本実施形態の三次元データ処理システム２００の動作（制御部１８０の制御によるプログラム動作）について、図８のフローチャートを参照しながら説明する。
【００６４】
（ステップ１１・・・画像データ取得ステップ）
まず、画像データ取得部１１０において、図７に示すように、対象物Ｏを回転台Ｓ上に設置し、光源１１４により対象物Ｏを照明する。これと共に、対象物Ｏに撮影装置１１２を向ける。そして回転台Ｓを回転させながら、撮影装置１１２により複数の角度で撮影し、ＲＧＢの３つのカラーバンドからなる画像データを取得する。これにより、対象物Ｏの姿勢が変化し、相対的に撮影方向を異にして撮影された画像データを得ることができる。また、撮影装置１１２もしくは光源１１４の対象物Ｏに対する角度を変えることで更に画像データを得ることができる。そして、画像データ取得部１１０は、これら画像データを表面属性推定部１４５に出力する。
【００６５】
（ステップ１２・・・撮影パラメータ取得ステップ）
撮影パラメータ取得部１２０では、画像撮影時に、撮影装置１１２および光源１１４に関する情報と、撮影装置１１２および対象物Ｏの位置や姿勢の情報を取得する。そして、これらの情報を表面属性推定部１４５に出力する。なお、上述したように、撮影パラメータの一部は画像撮影時に記録せずとも、画像データから推定してもよい。
【００６６】
（ステップ１３・・・表面形状取得ステップ）
形状取得部１３０は、対象物Ｏの形状を測定し、立体形状データを取得する。この立体形状データは、対象物Ｏの表面各部に任意に配置された計測点において、少なくともその三次元座標を示すものである。ここで、三次元座標が示された計測点は、後にポリゴンメッシュ生成部１３５で生成されるポリゴンメッシュの頂点数に比して十分に多いものとする。
【００６７】
形状取得部１３０は、取得した立体形状データを、ポリゴンメッシュ生成部１３５に出力する。
【００６８】
（ステップ１４、ステップ１５・・・ポリゴンメッシュ生成ステップ）
ポリゴンメッシュ生成部１３５は、形状取得部１３０から入力された立体形状データをポリゴンメッシュに変換する。この際、オペレータにより指定された複雑さまで簡略化したポリゴンメッシュを生成する。
【００６９】
また、この簡略化されたポリゴンメッシュの各頂点には、テクスチャマップの貼り合わせ位置を指定するテクスチャ座標が付与される。そして、テクスチャ座標が付与されたポリゴンメッシュは、表面属性推定部１４５に出力されると共に、モデルデータ記憶部１５０に格納される。
【００７０】
なお、ここでいうテクスチャマップとは、各テクセルの法線変位を記録するバンプマップと、反射モデル定数のうち少なくとも一部を格納する反射モデル定数マップを含み、双方は同一の解像度および貼り合わせ位置を持つ。
【００７１】
（ステップ１６・・・表面属性推定ステップ）
表面属性推定部１４５では、入力された各情報を基に、対象物Ｏの表面属性を推定し、得られた反射モデル定数をモデルデータ記憶部１５０に格納する。ここで、図９のフローチャートを用いて、この表面属性推定ステップにおける表面属性推定部１４５のプログラム動作を説明する。
【００７２】
表面属性推定部１４５は、テクスチャマップ上に指定された解像度のテクセルを配置する（ステップ１６１）。この解像度としては、２ｎ×２ｎとするのが一般的であり、画像データのピクセルが対象物Ｏの表面で占めるサイズと同等にするのが望ましい。ただし、解像度は上述したものに限定されない。そして以下の処理を各テクセルに対して繰り返す（ステップＳ１６２）。
【００７３】
まず、図１０に示すように、前述した撮影方法によって撮影された、対象物Ｏの姿勢や撮影方向・照明方向が異なる複数の画像データの全てに対し、１のテクセルにおけるポリゴンメッシュから想定される法線方向ベクトルＮｂａｓｅと、光源方向ベクトルＬと、光源照度ＩＣ と、観測方向ベクトルＶと、画像上輝度ＥＣとを計算し、対応表を作成する（ステップＳ１６３）。
【００７４】
ここで、光源照度Ｉおよび画像上輝度Ｅの添え字「Ｃ」はカラーバンドであり、一般には、Ｃ＝｛Ｒ，Ｇ，Ｂ｝である。
【００７５】
また、法線方向、光源方向、観測方向は撮影パラメータおよびポリゴンメッシュより算出することができる。即ち、撮影時の撮影装置１１２、光源１１４、対象物Ｏの姿勢および配置の情報とポリゴンメッシュとから、各テクセルにおける法線方向、観測方向、光源方向および画像上の位置を算出すればよい。そして、画像から輝度を得ることができる。
【００７６】
なお、画像上でテクセルが裏面であったり、他の部位の背後であったり、画像外であったりして、画像上輝度が不明である場合は、対応表には入れないものとする。
【００７７】
次に、この対応表を照明分布を考慮した反射モデル関数ＢＲＤＦｐａｒｍｓ（Ｎ；Ｖ，Ｌ）に代入する（ステップ１６４）。例えば、反射モデル関数として、式（１）に示すＰｈｏｎｇ の反射モデルを使用すると、反射モデル定数ｐａｒｍｓ は、｛ＣｄＲ，ＣｄＧ，ＣｄＢ，ＣＳ，ｎ｝である。
【００７８】
ＢＲＤＦｐａｒｍｓ（Ｎ；Ｖ，Ｌ）＝ＣｄＣ（Ｎ・Ｌ）＋ＣＳ（Ｖ・Ｌ）ｎ ・・・（１）
なお、式（１）は、Ｎをｚ軸とする接線座標で記した式（２）と等価である。
【００７９】
ＢＲＤＦ’ｐａｒｍｓ（Ｖ’，Ｌ’）＝ＣｄＣＬ’．ｚ＋ＣＳ（Ｖ’・Ｌ’）ｎ ・・・（２）
ただし、Ｖ’，Ｌ’はＶ，Ｌを接線座標系で表現したもの、Ｌ’．ｚはＬ’のｚ成分である。
【００８０】
ここで、さらにテクセル上の法線をＮｔｅｘとし、図１１に示されるようなベクトルＮをポリゴンの接線ベクトルＴの軸周りにθ、Ｔ軸と直交するもう１つの接線ベクトルＢの軸周りにφ回転させる操作Ｒｏｌｌθφ（Ｎ）を導入すると、式（３）の関係が得られる。
【００８１】
ＥＣｊ＝ＩＣＢＲＤＦｐａｒｍｓ（Ｎｔｅｘ＝Ｒｏｌｌθφ（Ｎｂａｓｅｊ）；Ｖｊ，Ｌｊ）＋εＣｊ・・・（３）
ただし、εは誤差、添え字ｊは画像番号を示す。
【００８２】
そして、上記誤差を最適な値にする定数の組｛ＣｄＲ，ＣｄＧ，ＣｄＢ，ＣＳ，ｎ，θ，φ］を求め、テクセルの反射モデル定数（ＣｄＲ，ＣｄＧ，ＣｄＢ，ＣＳ，ｎ ）と法線揺らぎ（θ，φ） としてモデルデータ記憶部１５０に格納（記録）する（ステップ１６５）。
【００８３】
上記最適化には、様々な数学的手法を用いることができる。例えば、最小２乗法を用いる場合には、評価関数を式（４）に示すように誤差εＣｊの２乗和とし、これが最小となる定数の組を求めればよい。
【００８４】
【数１】
【００８５】
また、上記説明では光源をＶ方向の１点のみとしているが、光源が複数存在したり、点でなく天球上で広がりのある光源の場合は、その分布をＩＣ（Ｌ）とし、これら光源の積分式である式（５）を式（３）に代えて適用する。
【００８６】
【数２】
【００８７】
（ステップ１７・・・ＣＧ生成ステップ）
ＣＧ生成部１６０は、対象物ＯをＣＧで再現するために、ＣＧ生成部１６０において要求される仮想空間内での撮影装置・対象物の配置情報および照明分布と、モデルデータ記憶部１５０に格納されたポリゴンメッシュおよび表面属性データ（バンプマップを含む）とに従って各テクセルの法線方向・照明（入射）方向・撮影（観測）方向を算出し、反射モデル関数に代入することによって観測輝度を計算する。観測輝度を表示色として生成画像上の表示位置に描画することで、ＣＧ表示部１７０で三次元画像を表示することができる。
【００８８】
この法線方向の算出の際、ポリゴンメッシュから算出される法線の他、バンプマップも考慮することによりポリゴン内においても微細な陰影を再現することができる。
【００８９】
なお、本実施形態において、画像データがＲ，Ｇ，Ｂの３色から構成される場合について説明したが、画像データは、単色でも、他の色でも、またはスペクトル情報でも、偏光画像でも、対応した反射モデル関数が記述できればよい。
【００９０】
また、上記実施形態では、反射モデル関数として Ｐｈｏｎｇ反射モデルを用いた場合について説明したが、他の反射モデル関数を用いてもよい。例えば、Ｌａｍｂｅｒｔ モデル、Ｂｌｉｎｎ モデル、Ｔｏｒｒａｎｃｅ−Ｓｐａｒｒｏｗモデル等の反射モデル関数でも、１つ又は複数の反射モデル定数と法線方向・光源方向・観測方向の関係から反射率が与えられるものであれば用いることができる。
【００９１】
さらに言えば、本実施形態で用いることができる反射モデル関数は、少なくとも接線座標系における光源方向と観測方向を引数とし、反射率を与える双方向反射分布関数であり、反射モデル定数を要素に持つ数式である。
【００９２】
また、本実施形態で用いることができる反射モデル関数は、散乱反射成分と鏡面反射成分の線形結合で表される二色性反射モデルでもよい。この場合、反射モデル定数として、散乱反射成分に関わる散乱反射モデル定数と鏡面反射成分に関わる鏡面反射モデル定数の２群に大別することもある。
【００９３】
そして、上記反射モデル定数およびバンプマップを構成する法線方向は又は法線揺らぎは、撮影パラメータより求まる光源方向（照明方向）と観測方向（撮影方向）を反射モデル関数に適用した際に、画像データから導かれる測定輝度変化を最も正確に再現する値の組とする。
【００９４】
また、表面属性推定部１４５の推定法では、全てのテクセルにおいて反射モデル定数や法線変位が一意に求まるとは限らない。しかし、求まらない定数を持つテクセルの近傍のテクセルの反射定数から補完したり、典型的な値で代用したりする等の手法を用いることでこれを解消することができる。
【００９５】
また、上記実施形態では、バンプマップとしてテクセルの法線揺らぎをモデルデータ記憶部１５０に格納したが、この法線揺らぎとポリゴンメッシュから想定される法線方向との差からテクセルの法線方向を求めてこれをバンプマップとしてデータ記憶部１５０に格納したり、ポリゴンメッシュから想定される位置と立体形状上の位置との差である変位を求め、これをバンプマップとしてデータ記憶部１５０に格納したりしてもよい。法線揺らぎを変位に変換するには、この変位ｚと法線揺らぎ（θ，ρ）とが式（６）の関係を満たすことを利用すればよい。
【００９６】
【数３】
【００９７】
【数４】
【００９８】
法線揺らぎの推定の際に、式（７）の制約条件を考慮することにより推定精度の向上を図ることができる。
【００９９】
また、上記実施形態では、表面属性推定部１４５において、モデルデータ記憶部１５０に記録されるのと同一の解像度で表面属性を推定する場合について説明したが、表面属性推定部１４５においてより高い解像度で表面属性を推定し、モデルデータ記憶部１５０に格納する際に複数のテクセルの平均を取ることによって指定される解像度に変換したり、モデルデータ記憶部１５０に格納する際に接線方向にローパスフィルターを掛ける等の処理を行ってノイズの影響を抑えたりしてもよい。
【０１００】
本実施形態では、形状データからではなく、対象物の画像データが持つ陰影からバンプマップを含む表面属性情報を推定生成するため、形状取得に関してはそれほど高い精度や計測点密度は要求されない。このため、形状取得部１３０において比較的簡便な３次元形状取得装置を用いて三次元データ処理装置を実現することができる。
【０１０１】
（実施形態３）
次に、本発明の実施形態３である三次元データ処理システムについて説明する。なお、本実施形態の装置構成は、図５および図６に示した実施形態２の装置構成と同様であるが、表面属性推定部１４５の動作が実施形態２とは異なるので、ここではこの表面属性推定部１４５の動作について説明する。
【０１０２】
本実施形態では、表面属性推定部１４５は、画像データ取得部１１０、撮影パラメータ取得部１２０およびポリゴンメッシュ生成部１３５からそれぞれ入力された情報を基に、各テクセルの表面属性情報を推定する。ここで、本実施形態にいう表面属性情報には、各テクセルにおける表面属性指標と法線揺らぎとを含む。表面属性推定部１４５は、推定した表面属性情報をデータモデル記憶部１５０に出力する。
【０１０３】
表面属性推定部１４５のプログラム動作を、図１２のフローチャートを用いて説明する。ステップ１６１、ステップ１６２、ステップ１６３の動作は実施形態２と同様である。
【０１０４】
ステップ１６４’では、ステップ１６３で作成された対応表を、表面属性一覧中のサンプルと順次比較する。表面属性一覧とは、様々なサンプルｋに対して、例えば法線方向をｚ軸とする接線座標における光源方向Ｌ’、観測方向Ｖ’に対する一連の反射率を示した反射率表ＴＡＢＬＥ’ｋ（Ｖ’，Ｌ’）である。
【０１０５】
この反射率表ＴＡＢＬＥ’ｋ（Ｖ’，Ｌ’）は、Ｎを法線とする接線座標系への変換式をＶ’＝ｔｒａｎｓ（Ｎ；Ｖ）とすれば、式（８）のように表現できる。
【０１０６】
ＴＡＢＬＥｋ（Ｎ；Ｖ，Ｌ）＝ＴＡＢＬＥ’ｋ（Ｖ’＝ ｔｒａｎｓ（Ｎ；Ｖ），Ｌ’＝ｔｒａｎｓ（Ｎ；Ｌ））・・・（８）
さらにテクセル上の法線をＮｔｅｘとし、図１１に示されるような、ベクトルＮをポリゴンの接線ベクトルＴの軸周りにθ、Ｔ軸と直交するもう１つの接線ベクトルＢの軸周りにφ回転させる操作Ｒｏｌｌθφ（Ｎ）を導入し、テクセルの表面属性がサンプルｋであるときの画像輝度について、式（９）に示す関係が得られる。
【０１０７】
ＥＣｊ＝ＩＣＴＡＢＬＥｋ（Ｎｔｅｘ＝Ｒｏｌｌθφ（Ｎｂａｓｅｊ）；Ｖｊ，Ｌｊ）＋εＣｊ ・・・（９）
なお、εは誤差、添え字ｊは画像番号を示す。
【０１０８】
そして、上記誤差を最適な値にするサンプル番号ｋを求め、テクセルの表面属性指標ｋおよび法線揺らぎ（θ，φ）としてモデルデータ記憶部１５０に格納する。
【０１０９】
これにより、モデルデータ記憶部１５０に対象物をＣＧで再現するのに必要なモデルデータが揃う。
【０１１０】
本実施形態では、表面属性を反射モデル定数でなく、リスト中の一つを指定する指標として得るため、対象物の表面属性が何種類かに限定される場合、安定した推定を行うことができる。
【０１１１】
（実施形態４）
図１３には本発明の実施形態４である三次元データ処理システム３００の構成を、図１４には、三次元データ処理システム３００における各構成部間の情報の流れを示している。
【０１１２】
本実施形態の三次元データ処理システム３００は、形状取得部１３０と、ポリゴンメッシュ入力部１３６と、バンプマップ生成部１４０と、モデルデータ記憶部１５０と、ＣＧ生成部１６０と、ＣＧ表示部１７０と、制御部１８０と、メモリ１９０とを有する。
【０１１３】
なお、形状取得部１３０、バンプマップ生成部１４０、モデルデータ記憶部１５０、ＣＧ生成部１６０、ＣＧ表示部１７０、制御部１８０およびメモリ１９０の機能は実施形態１と同様である。また、装置の動作も、実施形態１にて図４のフローチャートで説明したものとほぼ同じである。ただし、本実施形態では、実施形態１のポリゴンメッシュ生成部１３５に代えて、ポリゴンメッシュ入力部１３６を設けている。また、図４のフローチャート中のステップ２は、ポリゴンメッシュの入力ステップとなる。
ポリゴンメッシュ入力部１３６は、対象物Ｏの三次元データ生成に用いるポリゴンメッシュを取得する。具体的には、図４のフローチャート中のステップ２で、他の装置で処理され、半導体メモリ・磁気ディスク・光ディスクなどの記録媒体に格納されたポリゴンメッシュの情報を読み込んだり、ポリゴンメッシュを処理する他の装置から無線、有線といった通信回線によりポリゴンメッシュの情報を受け取ったりする。
【０１１４】
ポリゴンメッシュ入力部１３６は、ポリゴンメッシュの複雑さを制御可能であり、入力されたポリゴンメッシュが、要求される複雑さと異なる場合、要求される複雑さに適合するようポリゴンメッシュを複雑化又は単純化する。
【０１１５】
さらに、ポリゴンメッシュにバンプテクスチャ座標が備わっていない場合には、これを付与する。
【０１１６】
また、形状取得部１３０より入力された高精度立体形状データとポリゴンメッシュとで基準とする座標系が異なる場合には、ポリゴンメッシュ入力部１３６はこれらの座標系が一致するようポリゴンメッシュ又は高精度立体形状データの座標を変換する。こうして最適化されたポリゴンメッシュは、バンプマップ生成部１４０に出力されると共に、モデルデータ記憶部１５０に格納される。そして、実施形態１と同様に、モデルデータ記憶部１５０に格納されたポリゴンメッシュとバンプマップを用いて三次元画像を生成表示する。
【０１１７】
本実施形態では、例えば人の顔などを表すための共通の基本ポリゴンメッシュを用意し、個々の人の顔の形状を基本ポリゴンメッシュ上の異なったバンプマップとして生成することが可能となる。これにより、複数の人物の顔データを保持する際に、１つのポリゴンメッシュだけ保持すればよく、データ量の節約ができる。
【０１１８】
また、ある人物の顔から他の人物の顔へモーフィングを行うなどの特殊処理を行う際も、ポリゴンメッシュに手を加えることなく、バンプマップのみを処理すればよく、処理の簡略化が図れる。
【０１１９】
なお、以上説明した各実施形態において、バンプマップを生成するために必要なデータ（立体形状データ、画像データ、ポリゴンメッシュデータ等）を得る方法は、各実施形態にて説明した方法以外のどのような方法でもかまわない。
【０１２０】
さらに、以上説明した各実施形態は、以下に示す各発明を実施した場合の一例でもあり、下記の各発明は上記各実施形態に様々な変更や改良が加えられて実施されるものである。
【０１２１】
〔発明１〕 実在の対象物の表面形状を表すデータを得る第１のステップと、前記第１のステップで得た表面形状データに基づいて、前記対象物の三次元画像を作成するためのバンプマップを生成する第２のステップとを有することを特徴とする三次元データ処理方法。
【０１２２】
〔発明２〕 前記対象物の表面形状を簡略化して表したポリゴンメッシュを得る第３のステップを有し、
前記第２のステップにおいて、前記第３のステップで得たポリゴンメッシュに対応するバンプマップを生成することを特徴とする発明１に記載の三次元データ処理方法。
【０１２３】
〔発明３〕 実在の対象物の撮影画像データを得る第１のステップと、
前記第１のステップで得た画像データに基づいて、前記対象物の三次元画像を作成するためのバンプマップを生成する第２のステップとを有することを特徴とする三次元データ処理方法。
【０１２４】
〔発明４〕 前記第２のステップにおいて、前記第１のステップで得た画像データに基づいて前記対象物の表面属性を推定することにより、該表面属性を表すデータの構成要素としての前記バンプマップを生成することを特徴とする発明３に記載の三次元データ処理方法。
【０１２５】
〔発明５〕 前記表面属性データが、反射モデル関数における定数のデータと前記バンプマップを構成する法線方向に関するデータとを含むことを特徴とする発明４に記載の三次元データ処理方法。
【０１２６】
〔発明６〕 前記表面属性データが、接線座標系における光源方向と撮影方向に対応する一連の反射率を複数示した反射率表中から特定の反射率を指定するデータであり、前記バンプマップを構成する法線方向に関するデータを含むことを特徴とする発明４に記載の三次元データ処理方法。
【０１２７】
〔発明７〕 前記対象物の表面形状を簡略化して表したポリゴンメッシュを得る第３のステップを有し、
前記第２のステップにおいて、前記第３のステップで得たポリゴンメッシュと前記対象物を撮影する際のパラメータを表すデータとを用いて前記対象物の表面属性を推定することを特徴とする発明４から６のいずれかに記載の三次元データ処理方法。
【０１２８】
〔発明８〕 前記第２のステップにおいて、前記バンプマップ上のテクセルごとの面積と、前記画像データの１ピクセルが前記対象物の表面上で占める面積とが略同等になるように前記バンプマップを生成することを特徴とする発明３から７のいずれかに記載の三次元データ処理方法。
【０１２９】
〔発明９〕 前記第２のステップにおいて、指定されたバンプマップの解像度に関する情報に応じたテクセル数を有するバンプマップを生成することを特徴とする発明１から８のいずれかに記載の三次元データ処理方法。
【０１３０】
〔発明１０〕 前記第２のステップにおいて、テクセルごとのベクトル値のｒｏｔａｔｉｏｎが零になる条件を満たす法線分布となるように前記バンプマップを生成することを特徴とする発明１から９のいずれかに記載の三次元データ処理方法。
【０１３１】
〔発明１１〕 前記バンプマップは、前記ポリゴンメッシュに貼り付けられるテクスチャマップ上の各テクセルの前記ポリゴンメッシュに対する位置変化量を示すことを特徴とする発明２又は７に記載の三次元データ処理方法。
【０１３２】
〔発明１２〕 前記バンプマップは、前記ポリゴンメッシュに貼り付けられるテクスチャマップ上の各テクセルの法線方向を表すことを特徴とする発明２又は７に記載の三次元データ処理方法。
【０１３３】
〔発明１３〕 前記バンプマップは、前記ポリゴンメッシュに貼り付けられるテクスチャマップ上の各テクセルの法線方向と前記ポリゴンメッシュの法線方向との差異を示すことを特徴とする発明２又は７に記載の三次元データ処理方法。
【０１３４】
〔発明１４〕 前記第３のステップにおいて、前記対象物の表面形状データに基づいて前記ポリゴンメッシュを生成することを特徴とする発明２又は７に記載の三次元データ処理方法。
【０１３５】
〔発明１５〕 前記第３のステップにおいて、前記ポリゴンメッシュのデータの入力を受けることを特徴とする発明２又は７に記載の三次元データ処理方法。
【０１３６】
〔発明１６〕 前記第３のステップにおいて、指定された頂点数又はポリゴン数に関する情報に応じた頂点数又はポリゴン数を有するポリゴンメッシュを生成することを特徴とする発明１４又は１５に記載の三次元データ処理方法。
【０１３７】
〔発明１７〕 前記第３のステップにおいて、前記ポリゴンメッシュの各頂点に、前記バンプマップの貼り付け位置を指定するバンプテクスチャ座標を付与することを特徴とする発明２又は７に記載の三次元データ処理方法。
【０１３８】
〔発明１８〕 前記第２のステップにより生成されたバンプマップを用いて前記対象物の三次元画像を生成する三次元画像生成ステップと、
該生成された三次元画像を出力する三次元画像出力ステップとを有することを特徴とする発明１から１７のいずれかに記載の三次元データ処理方法。
【０１３９】
〔発明１９〕 発明１から１８のいずれかに記載の三次元データ処理方法をコンピュータに実行させることを特徴とする、コンピュータ上で動作可能な三次元データ処理プログラム。
【０１４０】
〔発明２０〕 発明１９に記載の三次元データ処理プログラムを実行するコンピュータを有することを特徴とする三次元データ処理装置。
【０１４１】
〔発明２１〕 実在の対象物の表面形状を表すデータを得る形状データ取得部と、
前記形状データ取得部で得た表面形状データに基づいて、前記対象物の三次元画像を作成するためのバンプマップを生成するバンプマップ生成部とを有することを特徴とする三次元データ処理システム。
【０１４２】
〔発明２２〕 前記対象物の表面形状を簡略化して表したポリゴンメッシュを得るポリゴンメッシュ取得部を有し、
前記バンプマップ生成部は、前記ポリゴンメッシュ取得部で得たポリゴンメッシュに対応するバンプマップを生成することを特徴とする発明２１に記載の三次元データ処理システム。
【０１４３】
〔発明２３〕 実在の対象物の撮影画像データを得る画像データ取得部と、
前記画像データ取得部で得た画像データに基づいて、前記対象物の三次元画像を作成するためのバンプマップを生成するバンプマップ生成部とを有することを特徴とする三次元データ処理システム。
【０１４４】
〔発明２４〕 前記バンプマップ生成部は、前記画像データ取得部で得た画像データに基づいて前記対象物の表面属性を推定することにより、該表面属性を表すデータの構成要素としての前記バンプマップを生成することを特徴とする発明２３に記載の三次元データ処理システム。
【０１４５】
〔発明２５〕 前記表面属性データが、反射モデル関数における定数データと前記バンプマップを構成する法線方向に関するデータとを含むことを特徴とする発明２４に記載の三次元データ処理システム。
【０１４６】
〔発明２６〕 前記表面属性データが、接線座標系における光源方向と撮影方向に対応する一連の反射率を複数示した反射率表中から特定の反射率を指定するデータであり、前記バンプマップを構成する法線方向に関するデータを含むことを特徴とする発明２４に記載の三次元データ処理システム。
【０１４７】
〔発明２７〕 前記対象物の表面形状を簡略化して表したポリゴンメッシュを得るポリゴンメッシュ取得部を有し、
前記バンプマップ生成部は、前記ポリゴンメッシュ取得部で得たポリゴンメッシュと前記対象物を撮影する際のパラメータを表すデータとを用いて前記対象物の表面属性を推定することを特徴とする発明２４から２６のいずれかに記載の三次元データ処理システム。
【０１４８】
〔発明２８〕 前記バンプマップ生成部は、前記バンプマップ上のテクセルごとの面積と、前記画像データの１ピクセルが前記対象物の表面上で占める面積とが略同等になるように前記バンプマップを生成することを特徴とする発明２３から２７のいずれかに記載の三次元データ処理システム。
【０１４９】
〔発明２９〕 前記バンプマップ生成部は、指定されたバンプマップの解像度に関する情報に応じたテクセル数を有するバンプマップを生成することを特徴とする発明２１から２８のいずれかに記載の三次元データ処理システム。
【０１５０】
〔発明３０〕 前記バンプマップ生成部は、テクセルごとのベクトル値のｒｏｔａｔｉｏｎが零になる条件を満たす法線分布となるように前記バンプマップを生成することを特徴とする発明２１から２９のいずれかに記載の三次元データ処理システム。
【０１５１】
〔発明３１〕 前記バンプマップは、前記ポリゴンメッシュに貼り付けられるテクスチャマップ上の各テクセルの前記ポリゴンメッシュに対する位置変化量を示すことを特徴とする発明２２又は２７に記載の三次元データ処理システム。
【０１５２】
〔発明３２〕 前記バンプマップは、前記ポリゴンメッシュに貼り付けられるテクスチャマップ上の各テクセルの法線方向を表すことを特徴とする発明２２又は２７に記載の三次元データ処理システム。
【０１５３】
〔発明３３〕 前記バンプマップは、前記ポリゴンメッシュに貼り付けられるテクスチャマップ上の各テクセルの法線方向と前記ポリゴンメッシュの法線方向との差異を示すことを特徴とする発明２２又は２７に記載の三次元データ処理システム。
【０１５４】
〔発明３４〕 前記ポリゴンメッシュ取得部は、前記対象物の表面形状データに基づいて前記ポリゴンメッシュを生成することを特徴とする発明２２又は２７に記載の三次元データ処理システム。
【０１５５】
〔発明３５〕 前記ポリゴンメッシュ取得部は、前記ポリゴンメッシュのデータの入力を受けることを特徴とする発明２２又は２７に記載の三次元データ処理システム。
【０１５６】
〔発明３６〕 前記ポリゴンメッシュ取得部は、指定された頂点数又はポリゴン数に関する情報に応じた頂点数又はポリゴン数を有するポリゴンメッシュを生成することを特徴とする発明３４又は３５に記載の三次元データ処理システム。
【０１５７】
〔発明３７〕 前記ポリゴンメッシュ取得部は、前記ポリゴンメッシュの各頂点に、前記バンプマップの貼り付け位置を指定するバンプテクスチャ座標を付与することを特徴とする発明２２又は２７に記載の三次元データ処理システム。
【０１５８】
〔発明３８〕 前記バンプマップ生成部により生成されたバンプマップを用いて前記対象物の三次元画像を生成する三次元画像生成部と、
該生成された三次元画像を出力する三次元画像出力部とを有することを特徴とする発明２１から３７のいずれかに記載の三次元データ処理システム。
【０１５９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、実在の対象物の表面形状データ又は撮影画像データに基づいて、対象物表面の微細な凹凸を表すバンプマップを生成することができるので、少ないデータ量および計算量によって表面の凹凸に基づく細かな陰影を持った対象物の三次元画像を再現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１である三次元データ処理システムの構成を示すブロック図である。
【図２】上記実施形態１の三次元データ処理システムにおけるデータの流れを示す説明図である。
【図３】上記実施形態１の三次元データ処理システムで生成されるバンプマップの説明図である。
【図４】上記実施形態１の三次元データ処理システムの動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施形態２である三次元データ処理システムの構成を示すブロック図である。
【図６】上記実施形態２の三次元データ処理システムにおけるデータの流れを示す説明図である。
【図７】上記実施形態２の三次元データ処理システムにおける画像データの取得例を示す概略図である。
【図８】上記実施形態２の三次元データ処理システムの動作を示すフローチャートである。
【図９】上記実施形態２の三次元データ処理システムにおける表面属性の推定動作を示すフローチャートである。
【図１０】上記実施形態２の三次元データ処理システムにおける表面属性の推定を示す概念図である。
【図１１】Ｒｏｌｌθφ（Ｎ）の説明図である
【図１２】本発明の実施形態３である三次元データ処理システムにおける表面属性の推定動作を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の実施形態４である三次元データ処理システムの構成を示すブロック図である。
【図１４】上記実施形態４の三次元データ処理システムにおけるデータの流れを示す説明図である。
【符号の説明】
１００，２００，３００ 三次元データ処理システム
１１０ 画像データ取得部
１２０ 撮影パラメータ取得部
１３０ 形状取得部
１３５ ポリゴンメッシュ生成部
１３６ ポリゴンメッシュ入力部
１４０ バンプマップ生成部
１４５ 表面属性推定部
１５０ モデルデータ記憶部
１６０ ＣＧ生成部
１７０ ＣＧ表示部
１８０ 制御部
１９０ メモリ
Claims (1)
- 実在の対象物の表面形状を表すデータ又は前記対象物の撮影画像データを得る第１のステップと、
前記第１のステップで得たデータに基づいて、前記対象物の三次元画像を作成するためのバンプマップを生成する第２のステップとを有することを特徴とする三次元データ処理方法。
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