JP2005301425A - 座標変換装置、座標変換方法およびプログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 複数の隣接する四角形内の座標を複数の隣接する四角形内に変換する座標変換装置100であって、入力座標と隣接する四角形間の距離を用いて重み係数を算出する重み係数算出部106と、入力座標が属する四角形に対応する射影変換を用いて得られる座標と、入力座標が属する四角形に隣接する四角形に対応する射影変換を用いて得られる座標とを、重み係数で重み付けして加算することによって出力座標を算出する座標算出部を有する。これにより、隣接する四角形間で座標値が連続になるように、片方の四角形内の座標から、もう一方の四角形内の座標を計算することができる。例えば、複数の隣接する四角形を透視投影する場合でも、四角形間で共有する辺上でテクスチャが不連続にならないように、テクスチャマッピングを行うことができる。
【選択図】 図13
Description
(1)四角形の頂点位置に誤差が生じる場合、あるいは、
(2)複数の小四角形を隙間や重複無く3次元内の物体表面に並べることができない場合の存在を示している。これらのような場合、頂点位置に対する射影変換は上手く行くが、頂点間の辺においてテクスチャが不連続になってしまうという問題点がある。
(1)まず、対応する各四角形間の射影変換パラメタを算出する(ステップS1)。従来例で述べたように、各四角形毎に、4つの頂点の座標を用いて射影変換パラメタを計算することができる。従来例で述べた例は座標(S,L)から、座標(u,v)を得るための数式であったが、座標(u,v)から座標(S,L)を得るためには、適宜変数を変換すればよい。以下、四角形iに対応する射影変換をSiとする。
(2)図4(b)に示す投影後画像の四角形0内の入力座標(u,v)に対応する図4(a)に示す投影前画像内の出力座標X0(u,v)を、四角形0の射影変換パラメタを用いて計算することができる(ステップS2)。X0(u,v)は、2次元ベクトルである。
(3)同様に、図4(b)投影後画像の四角形0内の入力座標(u,v)に対応する図4(a)の投影前画像内の出力座標Xi(u,v)を、四角形i(i=1,2,…,8)の射影変換パラメタを用いて計算することができる(ステップS3)。Xi(u,v)は、2次元ベクトルである。
条件(1) 「点aは点Aに写る。同様に、点bは点Bに、点cは点Cに、点dは点Dに写る(四角形の頂点の拘束条件)。」
条件(2) 「辺ab上の点が四角形0に属するとして計算した時の結果と、四角形1に属するとして計算した時の結果が等しい。同様に、辺bc上の点が四角形0に属するとして計算した時の結果と、四角形3に属するとして計算した時の結果が等しい。辺cd上の点が四角形0に属するとして計算した時の結果と、四角形5に属するとして計算した時の結果が等しい。辺da上の点が四角形0に属するとして計算した時の結果と、四角形7に属するとして計算した時の結果が等しい。(共有する辺上での不連続性を解消するための必要条件)。」
条件(3) 「入力座標の滑らかな変化に対応して、重み係数はできるだけ滑らかに変化する。また、より遠い四角形に対応する重み係数ほど小さくなる。さらに、等しい距離にある四角形に対応する重み係数は等しくする。(より自然なテクスチャとするための条件)」。ここでは距離の定義は考えていないので、本条件(3)は定性的なものである。
wi(a)=0(i≠0,1,7,8)
とすることによって、(5)式はX(a)=Σwi×Xi(a)=Aとすることができる。
Wi(a)=0(i≠0,1,7,8)、
Wi(b)=0(i≠0,1,2,3)、
Wi(c)=0(i≠0,3,4,5)、
Wi(d)=0(i≠0,5,6,7)
とする。このように、射影先の四角形の頂点位置が変わらないような重み係数を用いる。
Wi(a)=1/4(i=0,1,7,8)、
Wi(b)=1/4(i=0,1,2,3)、
Wi(c)=1/4(i=0,3,4,5)、
Wi(d)=1/4(i=0,5,6,7)
とする。このように、四角形の各頂点上ではその頂点を共有する四角形に対応する重み係数を四分の1とすることにより、頂点を共有する4つの四角形から同等の影響を与えることができる。
W0(p)=1、Wi(p)=0(i≠0)
とする。このように、四角形内にその四角形の重み係数を1とし、他の四角形の重み係数を0とする点を1点以上設定することで、自然な座標変換が可能となる。また、この点pを、以下、四角形0の中心点とする。
点p条件:W0=1,Wi=0(i≠0)
点e条件:W0=W1=1/2,Wi=0(i≠0,1)
点f条件:W0=W3=1/2,Wi=0(i≠0,3)
点b条件:W0=W1=W2=W3=1/4,Wi=0(i≠0,1,2,3)
線分pe条件:Wi=0(i≠0,1)
線分pf条件:Wi=0(i≠0,3)
線分be条件:W0=W1,W3=W2,Wi=0 (i≠4,5,6,7,8)
線分bf条件:W0=W3,W1=W2,Wi=0(i≠4,5,6,7,8)
ただし、線分pe条件と線分pf条件が満たされれば、点p条件も満たされる。また、線分pe条件と線分be条件が満たされれば、点e条件が満たされる。同様に、線分pf条件と線分bf条件が満たされれば点f条件も満たされる。線分be条件と線分bf条件が満たされれば、点b条件も満たされる。よって、境界条件は以下の4つになる。
線分pe条件:Wi=0(i≠0,1)
線分pf条件:Wi=0(i≠0,3)
線分be条件:W0=W1,W3=W2,Wi=0(i≠4,5,6,7,8)
線分bf条件:W0=W3,W1=W2,Wi=0(i≠4,5,6,7,8)
上記の境界条件を満たすような重み係数の決定法に関して、以下述べる。
β=α+2ε、δ=γ+2ζ (17)
であるとみなす。このようにみなすと、上記式(7)、(8)を以下のようにできる。
(2)単調増加関数F(x)が図8(イ)に示されるような形状のとき(x=0の近辺でF(x)=0となる部分がある場合)、図8(イ)に示されるように、中心点pの周囲の重み係数はW0=1となる領域(斜線部)を形成できる。
(3)単調増加関数F(x)が図8(c)に示されるような形状のとき(x=1/2の近辺でF(x)=1/2となる部分がある場合)、図8(c)に示されるように、点bの周囲の重み係数W0=1/4となる領域(斜線部)を形成できる。
(4)単調増加関数F(x)を非線形とする場合である。上記のように線形な関数では、導関数が不連続になる部分で、視覚的に不連続性が見えてしまう場合があると考えられる。その場合には、単調増加関数F(x)を図8(e)に示されるような非線形関数としても良い。周囲の領域との繋ぎ目を滑らかに見せることができる。図8(ア)〜(ウ)の(b)では、四角形の各辺上にその辺を共有する四角形に対応する重み係数を二分の1となる点を少なくとも1点以上設定している例を示している。
(1)入力座標qが属する四角形pebfの各頂点p、e、b、fを任意の平行四辺形である長方形PEBFの各頂点P、E、B、Fに写すような射影変換Sを求める。
(2)同様に、長方形PEBFの頂点P、E、B、Fを四角形pebfの頂点p、e、b、fの写すような射影変換S’(Sの逆変換)を求める。
(3)四角形pebf内の点qを射影変換Sを用いて、四角形PEBF内の点Qに写す。以下、写像先の座標Qを用いて、各領域の辺までの距離を算出する。
(4)点Qを通って、辺PFおよびBEに平行な直線を引く。その直線とPEとの交点をJ、BFとの交点をKとする。
(5)点Qを通って、辺PEおよびBFに平行な直線を引く。その直線とPFとの交点をL、BEとの交点をMとする。
(6)J、K、L、Mを射影変換S’を用いて、四角形pebfの辺上に写す。写った先をそれぞれ、j、k、l、mとする。
(7)qから線分peまでの距離=線分qjの長さ、qから線分bfまでの距離=線分qkの長さ、qから線分pfまでの距離=線分qlの長さ、qから線分beまでの距離=線分qmの長さとする。
(1)正方形p’e’b’f’を用意する。この正方形は平行四辺形であっても良い。大きさは何でも良い。
(2)四角形pebfと正方形p’e’b’f’の間のバイリニア変換係数を求める。バイリニア変換とは、下記の演算式(22)、(23)で定義できるものである。
(1)図7における点Qの座標を上記バイリニア変換で変換する。変換後の点をQ’とする。
(2)点Q’と線分p’f’とのユークリッド距離をαとする(四角形p’e’b’f’が長方形の場合はユークリッド距離、四角形p’e’b’f’が平行四辺形の場合は点Q’から線分b’f’に平行に引いた線上で距離を計測する。以下同様)。点Q’と線分e’b’とのユークリッド距離をεとする。点Q’と線分p’e’とのユークリッド距離をγとする。点Q’と線分b’f’とのユークリッド距離をζとする。
(1)点Qが領域Raにあるとき、β=|u-u1|、δ=|v-v7|、
(2)点Qが領域Rbにあるとき、β=|u-u1|、δ=|v-v3|、
(3)点Qが領域Rcにあるとき、β=|u-u5|、δ=|v-v3|、
(4)点Qが領域Rdにあるとき、β=|u-u5|、δ=|v-v7|
となる。例えば、点Qが領域Rbにある場合のα、β、γ、δの長さが図16に例示されている。この場合、αは点QとP0の横方向の距離、βは点QとP1の横方向の距離、γは点QとP0の縦方向の距離、δは点QとP3の縦方向の距離である。
102 射影変換パラメタ算出部
104 領域決定部
105 隣接四角形間距離算出部
106 重み係数算出部
107 出力座標算出部
110 座標出力部
Claims (25)
- 複数の隣接する四角形内の座標を複数の隣接する四角形内に変換する座標変換装置であって、
入力座標と隣接する四角形間の距離を用いて重み係数を算出する重み係数算出部と、
前記入力座標が属する四角形に対応する射影変換を用いて得られる座標と、前記入力座標が属する四角形に隣接する四角形に対応する射影変換を用いて得られる座標とを、前記重み係数で重み付けして加算することによって出力座標を算出する座標算出部とを有することを特徴とする座標変換装置。 - 前記重み係数算出部は、射影先の四角形の頂点位置が変わらないように重み係数を算出することを特徴とする請求項1記載の座標変換装置。
- 前記重み係数算出部は、2つの四角形によって共有される辺上では、該2つの四角形に対応する重み係数を等しくすることを特徴とする請求項1または請求項2記載の座標変換装置。
- 前記座標変換装置は更に、前記入力座標が属する四角形を4つの領域に分割する領域決定部を有し、
前記重み係数算出部は、前記分割した各領域において、前記入力座標が属する四角形を含む4つの隣接する四角形に対応する重み係数を算出し、その他の四角形の重み係数を0とすることを特徴とする請求項1から請求項3の何れか一項に記載の座標変換装置。 - 前記座標変換装置は更に、前記入力座標から、縦方向に存在する隣接四角形への距離と、前記入力座標から横方向に存在する隣接四角形への距離を算出する距離算出部を有し、
前記重み係数算出部は、前記縦方向に存在する四角形への距離の比と前記横方向に存在する四角形への距離の比を乗算することによって重み係数を算出することを特徴とする請求項1から請求項4の何れか一項に記載の座標変換装置。 - 前記距離算出部は、前記入力座標と、前記入力座標が属する領域の各辺との距離を算出し、該各辺との距離の比をその辺と隣接する四角形との距離とすることを特徴とする請求項4または請求項5記載の座標変換装置。
- 前記重み係数算出部は、前記距離の比を単調増加関数に代入して得られた値を新たな距離の比として用いることを特徴とする請求項5記載の座標変換装置。
- 前記距離算出部は、前記入力座標が属する領域を四角形とし、該四角形の各頂点を任意の平行四辺形の各頂点に写す射影変換を用いて、前記入力座標を前記平行四辺形内に写し、写像先の座標を用いて、各領域の辺までの距離を算出することを特徴とする請求項6記載の座標変換装置。
- 前記重み係数算出部は、四角形の各頂点上ではその頂点を共有する四角形に対応する重み係数を四分の1とすることを特徴とする請求項1から請求項8の何れか一項に記載の座標変換装置。
- 前記重み係数算出部は、四角形の各辺上にその辺を共有する四角形に対応する重み係数を二分の1となる点を少なくとも1点以上設定することを特徴とする請求項1から請求項9の何れか一項に記載の座標変換装置。
- 前記重み係数算出部は、四角形内にその四角形の重み係数を1とし、他の四角形の重み係数を0とする点を1点以上設定することを特徴とする請求項1から請求項10の何れか一項に記載の座標変換装置。
- 前記領域決定部は、四角形の辺の中点を通る直線あるいは曲線で領域を分割することを特徴とする請求項4から請求項11の何れか一項に記載の座標変換装置。
- 前記領域決定部は、四角形の相対する辺の中点同士を結ぶ直線を通る直線で領域を分割することを特徴とする請求項4から請求項11の何れか一項に記載の座標変換装置。
- 前記重み係数算出部は、各四角形の重み係数の和を1とし、かつ、重み係数は0以上1以下の実数とすることを特徴とする請求項1から13の何れか一項に記載の座標変換装置。
- 前記重み係数算出部は、各領域の四角形の辺以外の境界線上では、前記入力座標が存在する四角形と最も近い四角形以外に対応する重み係数を0とすることを特徴とする請求項4から請求項14に何れか一項に記載の座標変換装置。
- 複数の隣接する四角形内の座標を複数の隣接する四角形内に変換する座標変換方法であって、
入力座標と隣接する四角形間の距離を用いて重み係数を算出する重み係数算出ステップと、
入力座標が属する四角形に対応する射影変換を用いて得られる座標と、前記入力座標が属する四角形に隣接する四角形に対応する射影変換を用いて得られる座標とを、前記重み係数で重み付けして加算することによって出力座標を算出する座標算出ステップとを有することを特徴とする座標変換方法。 - 前記重み係数算出ステップは、射影先の四角形の頂点位置が変わらないように重み係数を算出することを特徴とする請求項16記載の座標変換方法。
- 前記重み係数算出ステップは、2つの四角形によって共有される辺上では、該2つの四角形に対応する重み係数を等しくすることを特徴とする請求項16または請求項17記載の座標変換方法。
- 前記座標変換方法は更に、前記入力座標が属する四角形を4つの領域に分割する領域分割ステップを有し、
前記重み係数算出ステップは、前記分割した各領域において、前記入力座標が属する四角形を含む4つの隣接する四角形に対応する重み係数を算出し、その他の四角形の重み係数を0とすることを特徴とする請求項16から請求項18の何れか一項に記載の座標変換方法。 - 前記座標変換方法は更に、前記入力座標から、縦方向に存在する隣接四角形への距離と、前記入力座標から横方向に存在する隣接四角形への距離を算出する距離算出ステップを有し、
前記重み係数算出ステップは、前記縦方向に存在する四角形への距離の比と前記横方向に存在する四角形への距離の比を乗算することによって重み係数を算出することを特徴とする請求項16から請求項19の何れか一項に記載の座標変換方法。 - 前記距離算出ステップは、前記入力座標と、前記入力座標が属する領域の各辺との距離を算出し、該各辺との距離の比をその辺と隣接する四角形との距離とすることを特徴とする請求項19または請求項20記載の座標変換方法。
- 前記重み係数算出ステップは、前記距離の比を単調増加関数に代入して得られた値を新たな距離の比として用いることを特徴とする請求項20記載の座標変換方法。
- 前記距離算出ステップは、前記入力座標が属する領域を四角形とし、該四角形の各頂点を任意の平行四辺形の各頂点に写す射影変換を用いて、前記入力座標を前記平行四辺形内に写し、写像先の座標を用いて、各領域の辺までの距離を算出することを特徴とする請求項21記載の座標変換方法。
- 前記重み係数算出ステップは、四角形の各頂点上ではその頂点を共有する四角形に対応する重み係数を四分の1とすることを特徴とする請求項16から請求項23の何れか一項に記載の座標変換方法。
- 複数の隣接する四角形内の座標を複数の隣接する四角形内に変換するためにコンピュータに、
入力座標と隣接する四角形間の距離を用いて重み係数を算出する重み係数算出ステップと、
入力座標が属する四角形に対応する射影変換を用いて得られる座標と、前記入力座標が属する四角形に隣接する四角形に対応する射影変換を用いて得られる座標とを、前記重み係数で重み付けして加算することによって出力座標を算出する座標算出ステップとを実行させるためのプログラム。
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