JP2005100181A - 画像処理装置、画像処理方法及びプログラム - Google Patents

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孝幸 小林
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Abstract

【課題】 3次元モデルの表面の特定箇所に自然にスペキュラー光を表示させることができる画像処理装置を提供すること。
【解決手段】 3次元モデル52を仮想3次元空間50に配置し、該3次元モデル52を所与の視点から見た様子を示す画像を表示する画像処理装置において、3次元モデル52の目領域を覆う位置に、スペキュラー光用ポリゴン58を配置し、予め記憶手段に記憶されているスペキュラー光用テクスチャから、例えば光源位置等に基づいて決定される一部領域を切り取り、それをスペキュラー光用ポリゴン58にマッピングする。
【選択図】 図5

Description

本発明は画像処理装置、画像処理方法及びプログラムに関し、特に、オブジェクトの表面にスペキュラー光(ハイライト)を表示させるための技術に関する。
仮想3次元空間にオブジェクト、光源、視点を配置し、視点から前記仮想3次元空間を見た様子を画像化し、モニタに表示する、3次元コンピュータグラフィックスとよばれる技術が知られている。この技術では、オブジェクトを写実的に表示するために、光源からの光に対してオブジェクトの表面がどのような明るさを持つかを計算し、それを表示画像に反映させる必要がある。
この点、従来の3次元コンピュータグラフィックスでは、仮想3次元空間内の光をディフューズ(拡散反射光)成分、アンビエント(環境光)成分、スペキュラー(特定方向反射光)成分に分類し、それぞれがオブジェクトの表面に与える影響を計算していた。このうち、スペキュラー成分は、オブジェクトの表面が多かれ少なかれ光沢を有していることを考慮したものであり、光源から発せられる光がオブジェクトの表面にて反射して、反射面の法線方向に対して入射光とは対称な方向にて、強くスペキュラー光(ハイライト)が観察されるようにしている。
これを、ポリゴンを用いた3次元コンピュータグラフィックスにて実現する場合、従来、スペキュラー光の影響を反映してポリゴンの各頂点の輝度を計算し、各頂点の輝度に基づいて該ポリゴンにマッピングするテクスチャの明度を決定していた。こうして、スペキュラー光の影響が強いポリゴンについては、他よりも明るく表示するようにしていた。
しかしながら、上記の手法では、スペキュラー光により輝度に変化が現れる画像領域がポリゴンの大きさに依存してしまい、自然にスペキュラー光を表現することができないという問題がある。また、オブジェクトの表面には、スペキュラー光を強く発する箇所とそうでない箇所があり、上記背景技術では、両箇所を区別することが困難であるという問題もある。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、3次元モデルの表面の特定箇所に自然にスペキュラー光を表示させることができる画像処理装置、画像処理方法及びプログラムを提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明に係る画像処理装置は、テクスチャがマッピングされるポリゴンを含んで構成された3次元モデルを仮想3次元空間に配置し、該3次元モデルを所与の視点から見た様子を示す画像を表示する画像処理装置において、前記3次元モデルを構成するポリゴンにマッピングされた前記テクスチャの所定領域の少なくとも一部を覆う位置に、1又は複数のスペキュラー光用ポリゴンを配置する手段と、前記1又は複数のスペキュラー光用ポリゴンにその一部領域がマッピングされるスペキュラー光用テクスチャを記憶する手段と、前記スペキュラー光用テクスチャにおける一部領域を決定する手段と、決定される前記スペキュラー光用テクスチャにおける前記一部領域を前記1又は複数のスペキュラー光用ポリゴンにマッピングする手段と、を含むことを特徴とする。
また、本発明に係る画像処理方法は、テクスチャがマッピングされるポリゴンを含んで構成された3次元モデルを仮想3次元空間に配置し、該3次元モデルを所与の視点から見た様子を示す画像を表示する画像処理方法において、前記3次元モデルを構成するポリゴンにマッピングされた前記テクスチャの所定領域の少なくとも一部を覆う位置に、1又は複数のスペキュラー光用ポリゴンを配置し、前記1又は複数のスペキュラー光用ポリゴンにその一部領域がマッピングされるスペキュラー光用テクスチャを記憶しておき、前記スペキュラー光用テクスチャにおける一部領域を決定し、決定される前記スペキュラー光用テクスチャにおける前記一部領域を前記1又は複数のスペキュラー光用ポリゴンにマッピングすることを特徴とする。
また、本発明に係るプログラムは、テクスチャがマッピングされるポリゴンを含んで構成された3次元モデルを仮想3次元空間に配置し、該3次元モデルを所与の視点から見た様子を示す画像を表示するようコンピュータを機能させるためのプログラムであって、前記3次元モデルを構成するポリゴンにマッピングされた前記テクスチャの所定領域の少なくとも一部を覆う位置に、1又は複数のスペキュラー光用ポリゴンを配置する手段、前記1又は複数のスペキュラー光用ポリゴンにその一部領域がマッピングされるスペキュラー光用テクスチャを記憶する手段、前記スペキュラー光用テクスチャにおける一部領域を決定する手段、及び決定される前記スペキュラー光用テクスチャにおける前記一部領域を前記1又は複数のスペキュラー光用ポリゴンにマッピングする手段として前記コンピュータを機能させるための命令を含むことを特徴とするプログラムである。コンピュータは、例えばパーソナルコンピュータ、サーバコンピュータ、家庭用ゲーム機、業務用ゲーム機、携帯用ゲーム機、携帯電話機、携帯情報端末等である。プログラムは、例えばCD−ROM、DVD−ROM、メモリカード、ハードディスク等のコンピュータ読み取り可能な情報記憶媒体に格納されてもよい。
本発明では、3次元モデルを構成するポリゴンにマッピングされたテクスチャの所定領域(例えば3次元モデル表面のうち光沢を表現すべき領域)の少なくとも一部を覆う位置に、スペキュラー光用ポリゴンが配置される。そして、このスペキュラー光用ポリゴンにスペキュラー光用テクスチャにおける一部領域がマッピングされる。スペキュラー光用テクスチャは、例えば一部にスペキュラー光(ハイライト)を表す明度の高い色が付された画像である。また、少なくとも他の部分は透明又は半透明であることが望ましい。
本発明によれば、スペキュラー光用テクスチャの一部領域がマッピングされるのは、スペキュラー光用ポリゴンの位置に制限されるので、3次元モデルの表面の特定箇所に選択的にスペキュラー光を表示させることができる。また、スペキュラー光をスペキュラー光用テクスチャに細緻に描いておけば、より自然にスペキュラー光を表示させることができるようになる。
本発明の一態様では、前記一部領域を決定する手段は、前記仮想3次元空間に配置された光源の位置と前記スペキュラー光用ポリゴンの位置及び姿勢に前記一部領域が従動するよう、前記スペキュラー光用テクスチャにおける前記一部領域を決定する。こうすれば、3次元モデルが位置や姿勢を変え、スペキュラー光用ポリゴンの位置や姿勢が変更する場合や、光源の位置が変わる場合に、スペキュラー光用テクスチャにおけるスペキュラー光用ポリゴンにマッピングされる領域が変化するようになり、画像表現のリアリティを増すことができる。
以下、本発明の好適な実施の形態について図面に基づき詳細に説明する。
図1は、本発明の実施形態に係るゲーム装置のハードウェア構成を示す図である。同図に示すゲーム装置10は、家庭用ゲーム機11に情報記憶媒体たるDVD−ROM25及びメモリカード28が装着され、さらにモニタ18及びスピーカ22が接続されることによって構成されている。モニタ18には家庭用テレビ受像器が用いられ、スピーカ22にはその内蔵スピーカが用いられる。また、ここではプログラムを家庭用ゲーム機11に供給するためにDVD−ROM25を用いるが、CD−ROMやROMカード等、他のあらゆる情報記憶媒体を用いるようにしてもよい。また、インターネット等のデータ通信網を介して遠隔地からプログラムを家庭用ゲーム機11に供給するようにしてもよい。
家庭用ゲーム機11は、マイクロプロセッサ14、画像処理部16、主記憶26、入出力処理部30、音声処理部20、コントローラ32及びDVD−ROM再生部24を含んで構成される公知のコンピュータゲームシステムである。マイクロプロセッサ14、画像処理部16、主記憶26及び入出力処理部30は、バス12によって相互データ通信可能に接続されており、入出力処理部30には、コントローラ32、音声処理部20、DVD−ROM再生部24及びメモリカード28が接続されている。コントローラ32以外の家庭用ゲーム機11の各構成要素は筐体内に収容されている。
マイクロプロセッサ14は、図示しないROMに格納されるオペレーティングシステム、DVD−ROM25から読み出されるプログラム、及びメモリカード28から読み出されるセーブデータに基づいて、家庭用ゲーム機11の各部を制御し、プレイヤにゲームを提供する。バス12はアドレス及びデータを家庭用ゲーム機11の各部でやり取りするためのものである。また、主記憶26は、例えばRAMを含んで構成されるものであり、DVD−ROM25から読み出されたプログラムやメモリカード28から読み出されたセーブデータが必要に応じて書き込まれる。また、主記憶26は、マイクロプロセッサ14の作業用としても用いられる。画像処理部16はVRAMを含んで構成されており、マイクロプロセッサ14から送られる画像データを受け取って、それに基づいてVRAM上にゲーム画面を描画するとともに、その内容をビデオ信号に変換して所定のタイミングでモニタ18に出力する。
入出力処理部30は、マイクロプロセッサ14が、コントローラ32、音声処理部20、DVD−ROM再生部24及びメモリカード28にアクセスするためのインタフェースである。音声処理部20はサウンドバッファを含んで構成されており、DVD−ROM25から読み出され、該サウンドバッファに記憶されたゲーム音楽、ゲーム効果音、メッセージ等の各種音声データを再生してスピーカ22から出力する。DVD−ROM再生部24は、マイクロプロセッサ14からの指示に従ってDVD−ROM25に記録されたプログラムを読み取る。コントローラ32は、プレイヤが各種ゲーム操作の入力をするための汎用操作入力手段である。また、メモリカード28は、不揮発性メモリ(例えばEEPROM等)を含んでおり、家庭用ゲーム機11に対して脱着可能に構成されている。このメモリカード28には、各種ゲームのセーブデータ等が記憶される。
図2は、コントローラ32の一例を示す図である。同図に示すコントローラ32は汎用ゲームコントローラであり、同図(a)に示すように、表面に方向キー34、スタートキー36、セレクトキー37、ボタン38X,38Y,38A,38Bを備えており、同図(b)に示すように、奥側側面に、さらにボタン39L,39R,41L,41Rを備えている。すなわち、コントローラ32の奥側側面には、表面側左右にボタン41L,41Rがそれぞれ備えられており、裏面側左右にボタン39L,39Rがそれぞれ備えられている。方向キー34は十字形状を有しており、通常はキャラクタやカーソルの移動方向を設定するのに用いられる。スタートキー36は三角形状を有する小型の押しボタンであり、通常はゲームのスタートやゲームの強制終了などに用いられる。ボタン38X,38Y,38A,38B,39L,39R,41L,41Rは、その他のゲーム操作に用いられる。
また、このコントローラ32には振動子35が内蔵されている。振動子35は、例えば圧電素子、或いは偏心重り付きのモータ等によって構成されるものであり、マイクロプロセッサ14からコントローラ32に供給される振動オン命令に応じて動作し、コントローラ32を振動させるようになっている。また、マイクロプロセッサ14からコントローラ32に供給される振動オフ命令に応じて動作を停止し、コントローラ32の振動を停止させるようになっている。
以下、以上のハードウェア構成を有するゲーム装置10により、3次元モデル表面の所定箇所にスペキュラー光を表示させる技術について説明する。
図3は、ゲーム装置10のモニタ18に表示されるゲーム画面の一例を示す図である。同図に示すゲーム画面例では、仮想3次元空間50に配置された3次元モデル52が中央に表示されている。その周囲には、仮想3次元空間50の周囲の様子が表示されている。3次元モデル52はゲームキャラクタを象ったものであり、複数のポリゴンにより構成されている。各ポリゴンにはゲームキャラクタの外観を表すテクスチャがマッピングされており、特に目の部分、すなわち目領域54にはスペキュラー光(ハイライト)56が表示されている。この3次元モデル52は、コントローラ32に備えられた方向キー34等に対する操作に応じて、仮想3次元空間50内を移動し、またその姿勢を変化させるようになっている。
図4及び図5は、仮想3次元空間50を示す斜視図である。特に、図4では、仮想3次元空間50に配置された3次元モデル52のうち、目領域54の部分を拡大して示している。このゲーム装置10では、主記憶26に仮想3次元空間50が構築されており、該仮想3次元空間50に設定された視点から所与の視線方向を見た様子が画像化され、それがモニタ18に表示されるようになっている。図4に示すように、3次元モデル52の目領域54を覆う位置には、スペキュラー光用ポリゴン58が配置されている。スペキュラー光用ポリゴン58は、3次元モデル52に従動し、その位置及び姿勢を変化させるようにしている。
スペキュラー光用ポリゴン58は、目領域54の全域を覆う大きさであってもよいし、目領域54の一部を覆う大きさであってもよい。目領域54の全域を覆う場合には、目領域54の輪郭に沿ってスペキュラー光用ポリゴン58の輪郭が設定されることが望ましい。スペキュラー光用ポリゴン58は、3次元モデル52における目領域54の内側に、該目領域54の表面から微かに離れて配置される。また、スペキュラー光用ポリゴン58は、複数のポリゴンにより構成されてもよい。また、3次元モデル52の目領域54の形状に合わせて立体形状であってもよいし、単純に平板状であってもよい。
スペキュラー光用ポリゴン58には、スペキュラー光56が一部に表されたスペキュラー光用テクスチャ(テクスチャ画像)の一部領域がマッピングされている。ここでは、スペキュラー光用ポリゴン58にマッピングする、スペキュラー光用テクスチャの一部領域を決定するため、図5に示すように、スペキュラー光用ポリゴン58に、該スペキュラー光用ポリゴン58の法線方向をY方向とし、スペキュラー光用ポリゴン58の中心部位を原点とする座標系(X,Y,Z)が設定されている。また、図5に示すように、仮想3次元空間50には光源Lが設定されている。ここでは、光源Lのワールド座標系(仮想3次元空間50内の任意の点の絶対座標を表すための座標系)における位置を(X,Y,Z)とする。
ここで、スペキュラー光用テクスチャの一部領域を決定する方法について説明する。図6は、スペキュラー光用ポリゴン58に設定された座標系(ここでは、「スペキュラー座標系」という。)を示す図である。スペキュラー光用テクスチャの一部領域を決定するため、ゲーム装置10では、このスペキュラー座標系におけるZX平面60上のベクトルmを次式(1)及び(2)に従って算出する。
Figure 2005100181
ここで、行列A及びベクトルbは、スペキュラー光用ポリゴン58の位置及び姿勢に基づいて決定される。例えば、行列Aは、スペキュラー座標系で記述されたスペキュラー光用ポリゴン58上の位置座標をワールド座標系のそれに変換する行列等に基づいて算出することができる。また、ベクトルbは、さらにスペキュラー座標系の原点のワールド座標系における位置座標等に基づいて算出することができる。
また、上式(1)において、ベクトル(X,Y,Z)は光源Lのワールド座標系における位置座標である。また、上式(2)において、右辺に記載されたベクトル(X,0,Z)は、上式(1)により、同式の左辺に得られるベクトル(X,Y,Z)のうち、Y成分を強制的に0にしたものである。ここでは、こうして得られるベクトル(X,0,Z)を、上式(2)により正規化し、ベクトルmを算出している。
以上のようにして算出されるベクトルmは、上式(1)及び(2)にスペキュラー光用ポリゴンの位置及び姿勢、光源Lの位置が用いられることから、それらの量に依存したものとなる。
ゲーム装置10では、主記憶26に、図7に例示されるスペキュラー光用テクスチャ(テクスチャ画像)が記憶される。このスペキュラー光用テクスチャ62では、中心点にスペキュラー光56が描かれており、その周囲には透明又は半透明の属性が与えられている。スペキュラー光56の部分も半透明属性を与えてもよい。このスペキュラー光用テクスチャ62の一部領域をスペキュラー光用ポリゴン58にマッピングすることにより、一部又は全部に3次元モデル52の目領域54を、スペキュラー光用ポリゴン58の部分を透過して、モニタ18に表示させることができる。
ゲーム装置10では、図8に示すようにして、以上のようにして算出されるベクトルmを用い、ベクトル(−m)だけスペキュラー光用テクスチャ62の中心からずれた位置を中心として、スペキュラー光用ポリゴン58と同一形状の一部領域を被マッピング領域64として切り出し、この画像をスペキュラー光用ポリゴン58にマッピングしている。
本実施形態では、DVD−ROM25に格納されたプログラムは、コンピュータゲームシステムである家庭用ゲーム機11に次の動作を行わせるための命令を含んでいる。すなわち、まず主記憶26上に仮想3次元空間50を構築し、3次元モデル52、スペキュラー光用ポリゴン58、光源L等を配置する命令である。特に、この命令は、目領域54を覆う位置にスペキュラー光用ポリゴン58を配置する命令を含む。また、上記プログラムは、3次元モデル52を所与の視点から見た様子を示す画像をモニタ18に表示させる命令を含む。さらに、DVD−ROM25には、スペキュラー光用ポリゴン58にその一部領域(被マッピング領域64)がマッピングされるスペキュラー光用テクスチャ62が記憶されている。そして、上記プログラムは、仮想3次元空間50に配置された光源Lの位置とスペキュラー光用ポリゴン58の位置及び姿勢に基づき、それらに従動するよう、スペキュラー光用テクスチャ62における被マッピング領域64を決定する命令を含む。さらに、決定される被マッピング領域64をスペキュラー光用ポリゴン58にマッピングする命令を含む。
本実施形態に係るゲーム装置10によれば、スペキュラー光用テクスチャ62の一部領域が切り取られ、それが被マッピング領域64としてスペキュラー光用ポリゴン58にマッピングされる。このとき、被マッピング領域64がマッピングされるのは、スペキュラー光用ポリゴン58が配置された位置(領域)に制限されるので、3次元モデル52の表面の特定箇所(ここでは目領域54)に選択的にスペキュラー光を表示させることができ、他の領域、例えば瞼や頬にスペキュラー光を表示させないようにできる。また、スペキュラー光用テクスチャ62を予め用意しておくので、これを細緻に描いておくことにより、より自然なスペキュラー光の表示とすることができる。さらに、被マッピング領域64を決定する際の基準となるベクトルmは、上記のように光源Lの位置やスペキュラー光用ポリゴン58の位置及び姿勢に依存するので、光源Lの位置や3次元モデル52の位置及び姿勢にスペキュラー光56を従動させることができるようになる。
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、ここでは3次元モデル52の目領域54にスペキュラー光を表示させることに本発明を適用したが、3次元モデルの一部に設けられた光沢のある部分に限定してスペキュラー光を表示させる際に、広く適用可能である。また、被マッピング領域64を決定する方法は上記説明のものに限定されず、光源Lの位置やスペキュラー光用ポリゴン58の位置及び姿勢に従って、スペキュラー光用テクスチャ62における被マッピング領域64が移動するものであれば、どのような方法を用いてもよい。
本発明の一実施形態に係るゲーム装置のハードウェア構成図である。 コントローラの(a)正面図及び(b)平面図である。 モニタに表示されるゲーム画面例を示す図である。 仮想3次元空間をスペキュラー光が生じる箇所を中心として示す図である。 仮想3次元空間を示す斜視図である。 スペキュラー光用ポリゴンに設定された座標系を示す図である。 スペキュラー光用テクスチャの一例を示す図である。 スペキュラー光用テクスチャから一部領域をスペキュラー光用ポリゴンにマッピングするために切り取る方法を説明する図である。
符号の説明
10 ゲーム装置、11 家庭用ゲーム機、12 バス、14 マイクロプロセッサ、16 画像処理部、18 モニタ、20 音声処理部、22 スピーカ、24 DVD−ROM再生部、25 DVD−ROM、26 主記憶、28 メモリカード、30 入出力処理部、32 コントローラ、34 方向キー、35 振動子、36 スタートキー、37 セレクトキー、38,39,41 ボタン、50 仮想3次元空間、52 3次元モデル(ゲームキャラクタオブジェクト)、54 目領域、56 スペキュラー光、58 スペキュラー光用ポリゴン、60 ZX平面、62 スペキュラー光用テクスチャ、64 被マッピング領域。

Claims (4)

  1. テクスチャがマッピングされるポリゴンを含んで構成された3次元モデルを仮想3次元空間に配置し、該3次元モデルを所与の視点から見た様子を示す画像を表示する画像処理装置において、
    前記3次元モデルを構成するポリゴンにマッピングされた前記テクスチャの所定領域の少なくとも一部を覆う位置に、1又は複数のスペキュラー光用ポリゴンを配置する手段と、
    前記1又は複数のスペキュラー光用ポリゴンにその一部領域がマッピングされるスペキュラー光用テクスチャを記憶する手段と、
    前記スペキュラー光用テクスチャにおける一部領域を決定する手段と、
    決定される前記スペキュラー光用テクスチャにおける前記一部領域を前記1又は複数のスペキュラー光用ポリゴンにマッピングする手段と、
    を含むことを特徴とする画像処理装置。
  2. 請求項1に記載の画像処理装置において、
    前記一部領域を決定する手段は、前記仮想3次元空間に配置された光源の位置と前記スペキュラー光用ポリゴンの位置及び姿勢に前記一部領域が従動するよう、前記スペキュラー光用テクスチャにおける前記一部領域を決定する
    ことを特徴とする画像処理装置。
  3. テクスチャがマッピングされるポリゴンを含んで構成された3次元モデルを仮想3次元空間に配置し、該3次元モデルを所与の視点から見た様子を示す画像を表示する画像処理方法において、
    前記3次元モデルを構成するポリゴンにマッピングされた前記テクスチャの所定領域の少なくとも一部を覆う位置に、1又は複数のスペキュラー光用ポリゴンを配置し、
    前記1又は複数のスペキュラー光用ポリゴンにその一部領域がマッピングされるスペキュラー光用テクスチャを記憶しておき、
    前記スペキュラー光用テクスチャにおける一部領域を決定し、
    決定される前記スペキュラー光用テクスチャにおける前記一部領域を前記1又は複数のスペキュラー光用ポリゴンにマッピングする
    ことを特徴とする画像処理方法。
  4. テクスチャがマッピングされるポリゴンを含んで構成された3次元モデルを仮想3次元空間に配置し、該3次元モデルを所与の視点から見た様子を示す画像を表示するようコンピュータを機能させるためのプログラムであって、
    前記3次元モデルを構成するポリゴンにマッピングされた前記テクスチャの所定領域の少なくとも一部を覆う位置に、1又は複数のスペキュラー光用ポリゴンを配置する手段、
    前記1又は複数のスペキュラー光用ポリゴンにその一部領域がマッピングされるスペキュラー光用テクスチャを記憶する手段、
    前記スペキュラー光用テクスチャにおける一部領域を決定する手段、及び
    決定される前記スペキュラー光用テクスチャにおける前記一部領域を前記1又は複数のスペキュラー光用ポリゴンにマッピングする手段
    として前記コンピュータを機能させるための命令を含むことを特徴とするプログラム。
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