JP2007226576A - プログラム、情報記憶媒体及び画像生成システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 画像生成システムは、頂点単位で処理を行う頂点シェーダ部と、ピクセル単位で処理を行うピクセルシェーダ部を含む。頂点シェーダ部は、オブジェクトの頂点法線ベクトルを出力する。ピクセルシェーダ部は、頂点シェーダ部から出力された頂点法線ベクトルにより得られた各ピクセルの法線ベクトルと、視線ベクトルとに基づいて、色制御パラメータを求める。そして求められた色制御パラメータに基づいて、オブジェクトの輪郭に近づくほど色が濃くなりオブジェクトの輪郭から遠ざかるほど色が薄くなるオブジェクトのシルエット色を求め、求められたシルエット色とオブジェクトの色を合成する。
【選択図】 図3
Description
図1に本実施形態の画像生成システム(ゲームシステム)の機能ブロック図の例を示す。なお本実施形態の画像生成システムは図1の構成要素(各部)の一部を省略した構成としてもよい。
2.1 頂点シェーダ、ピクセルシェーダ
図2(A)に頂点シェーダ部122、ピクセルシェーダ部124の詳細な構成例を示す。頂点シェーダ部122(頂点処理部)の機能は、例えばベクトル演算ユニットなどのハードウェアと、図2(B)に示すような頂点シェーダプログラム(頂点処理プログラム)により実現できる。この頂点シェーダプログラムには頂点毎の処理を行うための変数、関数等が記述されている。またピクセルシェーダ部124(ピクセル処理部)の機能も、例えばベクトル演算ユニットなどのハードウェアと、図2(B)に示すようなピクセルシェーダプログラム(ピクセル処理プログラム)により実現できる。このピクセルシェーダプログラムにはピクセル毎の処理を行うための変数、関数等が記述されている。
本実施形態ではオブジェクト(キャラクタ、パーツオブジェクト)のシルエット色(輪郭色)を表現するために、以下のような手法を採用している。
本実施形態ではシルエット色の強度パラメータSや基準色CSを可変に設定している。即ちピクセルシェーダ部124は、これらの強度パラメータS、基準色CSを可変のパラメータとして取り扱っている。そしてオブジェクトが配置されるオブジェクト空間の設定(光源設定)に応じた値に、強度パラメータSを設定する。またオブジェクト空間の設定に対応した色に、基準色CSを設定する。
本実施形態では、仮想カメラとオブジェクトとの距離に応じて、シルエット色のエフェクト処理を頂点シェーダ部122とピクセルシェーダ部124に振り分けている。
図10(A)に、キャラクタを構成する第1のパーツオブジェクトPOB(広義にはオブジェクト)の例を示す。実際のキャラクタのパーツオブジェクトは、多数のポリゴンにより複雑に形成されているが、図10(A)では説明を簡素化するために、パーツオブジェクトPOBが6角柱である場合の例を示している。
ここでKs、Kd、Kaは、各々、スペキュラ光、ディフューズ光、アンビエント光についての反射率(反射係数)であり、Is、Id、Iaは、スペキュラ光、ディフューズ光、アンビエント光の強度(輝度、色)である。Nはオブジェクトの法線ベクトルであり、Lは光源LSのライトベクトルであり、Hはハーフベクトルであり、Pは鏡面反射指数(ハイライト特性係数)である。またハーフベクトルHは、H=(E+L)/|E+L|と表すことができる。
ここでRは反射ベクトルであり、R=−E+2(N・E)Nの式により求めることができる。このフォンの照明モデルでは、スペキュラ光の強さはライトベクトルLと反射ベクトルRの内積のべき乗で表される。従って、ライトベクトルLと反射ベクトルRの向きが近くなる場所ほど、スペキュラ光が強くなる。
図12、図13、図14に、各々、本実施形態で使用されるカラーマップテクスチャ、反射マップテクスチャ、法線マップテクスチャの詳細例を示す。これらのテクスチャは、キャラクタを構成する複数のパーツオブジェクトのうちの腕のパーツオブジェクトにマッピングされるテクスチャである。
図18は反射マップテクスチャの説明図である。図18ではテクスチャ記憶部178が、反射マップテクスチャのαプレーンに、反射情報として反射率(反射係数)を記憶している。そしてライティング処理部126は、汗付着領域(ライティング処理領域)において、αプレーンの反射率で光が鏡面反射するライティング処理を行う。一方、テクスチャ記憶部178は、反射マップテクスチャの色プレーンに、反射情報として汗等の光沢色(光源色)を記憶する。例えば反射マップテクスチャのR、G、Bプレーンのテクセルに、光沢色のR、G、Bデータが記憶される。そしてライティング処理部126は、汗付着領域において、色プレーンの光沢色で光が鏡面反射するライティング処理を行う。
本実施形態ではキャラクタの汗(肌)の凹凸を表すための法線マップテクスチャに基づいて、汗付着領域(ライティング処理領域)においてバンプ処理を行っている。この場合に図19に示すように、反射マップテクスチャでは、汗付着領域において反射率Ksが高い値に設定されると共に、この法線マップテクスチャにおいても、汗付着領域において凹凸を表現する法線ベクトルに設定されている。具体的には法線マップテクスチャでは、バンプ用の法線ベクトルNBのX、Y、Z座標(頂点座標系での座標)が、各々、テクスチャのR、G、Bプレーンに記憶される。従って、法線ベクトルNBが全てZ方向を向いているような平らな面では、法線ベクトルNBのX、Y座標(R、G成分)が0になり、Z座標(B成分)だけが値を持つため、法線マップテクスチャの色は青になる。一方、図19のA1に示すように凹凸がある面では、バンプ用の法線ベクトルNBのX、Y座標が値を有するため、法線マップテクスチャの色は青とは異なる色になる。そして本実施形態では図19のA2に示すように、反射率Ksが高い値に設定されている汗付着領域において、法線ベクトルNBのX、Y座標が値を有しており、青以外の色になっている。そしてこのような法線ベクトルNBを用いてシェーディングを行うことで、A1に示すような汗の形状を疑似表現できる。これにより図15、図16に示すようなリアルな画像を生成できる。
本実施形態では図20(A)に示すように、頂点シェーダ部122が、第1、第2の従法線ベクトルT、B等を、ワールド座標系に座標変換する。そしてピクセルシェーダ部124は、法線マップテクスチャにより得られた法線ベクトルNBを、第1、第2の従法線ベクトルT、Bに基づきワールド座標系に座標変換する。具体的にはバンプ用の法線ベクトルNBのX座標、Y座標をNBX、NBYとした場合に、NBX×T+NBY×Bの式で表される座標変換を行う。そしてバンプ処理部128は、座標変換後の法線ベクトルNBに基づいてバンプ処理を行う。
次に本実施形態の詳細な処理例を図21のフローチャートを用いて説明する。
図22に本実施形態を実現できるハードウェア構成の例を示す。メインプロセッサ900は、DVD982(情報記憶媒体。CDでもよい。)に格納されたプログラム、通信インターフェース990を介してダウンロードされたプログラム、或いはROM950に格納されたプログラムなどに基づき動作し、ゲーム処理、画像処理、音処理などを実行する。コプロセッサ902は、メインプロセッサ900の処理を補助するものであり、マトリクス演算(ベクトル演算)を高速に実行する。例えばオブジェクトを移動させたり動作(モーション)させる物理シミュレーションに、マトリクス演算処理が必要な場合には、メインプロセッサ900上で動作するプログラムが、その処理をコプロセッサ902に指示(依頼)する。
22 ピクセル加工処理部、100 処理部、110 オブジェクト空間設定部、
112 移動・動作処理部、114 仮想カメラ制御部、116 パラメータ演算部、
118 変化処理部、120 描画部、
122 頂点シェーダ部、123 ラスタライズ処理部、124 ピクセルシェーダ部、
126 ライティング処理部、128 バンプ処理部、130 音生成部、
160 操作部、170 記憶部、172 主記憶部、174 描画バッファ、
176 モデルデータ記憶部、178 テクスチャ記憶部、
180 情報記憶媒体、190 表示部、192 音出力部、
194 携帯型情報記憶装置、196 通信部
Claims (16)
- 画像を生成するためのプログラムであって、
頂点単位で処理を行う頂点シェーダ部と、
ピクセル単位で処理を行うピクセルシェーダ部として、
コンピュータを機能させ、
前記頂点シェーダ部は、
オブジェクトの頂点法線ベクトルを出力し、
前記ピクセルシェーダ部は、
前記頂点シェーダ部から出力された前記頂点法線ベクトルにより得られた各ピクセルの法線ベクトルと、視線ベクトルとに基づいて、色制御パラメータを求め、求められた色制御パラメータに基づいて、オブジェクトの輪郭に近づくほど色が濃くなりオブジェクトの輪郭から遠ざかるほど色が薄くなるオブジェクトのシルエット色を求め、求められたシルエット色とオブジェクトの色を合成する処理を行うことを特徴とするプログラム。 - 請求項1において、
前記ピクセルシェーダ部は、
各ピクセルの前記法線ベクトルをNとし、前記視線ベクトルをEとし、前記シルエット色の強度パラメータをSとした場合に、1−(N・E)Sの項(S≧1)を含む前記色制御パラメータを求め、求められた前記色制御パラメータに基づいて前記シルエット色を求めることを特徴とするプログラム。 - 請求項2において、
前記ピクセルシェーダ部は、
前記強度パラメータSを可変に設定することを特徴とするプログラム。 - 請求項3において、
前記オブジェクトが配置されるオブジェクト空間の設定を行うオブジェクト空間設定部として、
コンピュータを機能させ、
前記ピクセルシェーダ部は、
前記オブジェクト空間の設定に応じた値に、前記強度パラメータSを設定することを特徴とするプログラム。 - 請求項2乃至4のいずれかにおいて、
前記ピクセルシェーダ部は、
前記シルエット色の基準色をCSとした場合に、CS×{1−(N・E)S}の演算を行って、シルエット色を求めることを特徴とするプログラム。 - 請求項5において、
前記ピクセルシェーダ部は、
前記基準色CSを可変に設定することを特徴とするプログラム。 - 請求項6において、
前記オブジェクトが配置されるオブジェクト空間の設定を行うオブジェクト空間設定部として、
コンピュータを機能させ、
前記ピクセルシェーダ部は、
前記オブジェクト空間の設定に応じた色に、前記基準色CSを設定することを特徴とするプログラム。 - 請求項1乃至7のいずれかにおいて、
仮想カメラと前記オブジェクトとの距離が近い場合には、
前記ピクセルシェーダ部が、
各ピクセルの法線ベクトルと、視線ベクトルとに基づいて、色制御パラメータを求めて、シルエット色を求め、
仮想カメラと前記オブジェクトとの距離が遠い場合には、
前記頂点シェーダ部が、
頂点法線ベクトルと、視線ベクトルとに基づいて、色制御パラメータを求めて、シルエット色を求めることを特徴とするプログラム。 - 請求項1乃至8のいずれかにおいて、
前記ピクセルシェーダ部は、
照明モデルと光源情報に基づいて、少なくともスペキュラー演算を含むライティング処理を行って、前記オブジェクトの色を求め、前記ライティング処理により得られた前記オブジェクトの色と、前記シルエット色を合成することを特徴とするプログラム。 - 請求項1乃至9のいずれかにおいて、
テクスチャを記憶するテクスチャ記憶部として、
コンピュータを機能させ、
前記テクスチャ記憶部は、
前記オブジェクトの展開図に対応した色パターンを有し、前記オブジェクトの表面の色がテクセルに設定されるカラーマップテクスチャと、前記オブジェクトの展開図に対応した反射情報パターンを有し、反射情報がテクセルに設定される反射マップテクスチャとを記憶し、
前記ピクセルシェーダ部は、
前記反射マップテクスチャのテクセルに設定された前記反射情報と、照明モデルと、光源情報に基づいて、前記オブジェクトのライティング処理を行うことを特徴とするプログラム。 - 請求項10において、
前記反射マップテクスチャのテクセルのうち、前記ライティング処理が行われるライティング処理領域以外の領域に対応するテクセルでは、前記ライティング処理のスペキュラ演算を無効にする第1の値が設定され、
前記ピクセルシェーダ部は、
前記反射情報が第1の値に設定されている場合に、前記スペキュラ演算を無効にすることを特徴とするプログラム。 - 請求項10又は11において、
前記テクスチャ記憶部は、
前記オブジェクトの展開図に対応した法線ベクトルパターンを有し、法線ベクトル情報がテクセルに設定される法線マップテクスチャを記憶し、
前記ピクセルシェーダ部は、
前記法線マップテクスチャに基づいて、前記オブジェクトの表面の凹凸を表すためのバンプ処理を行うことを特徴とするプログラム。 - 請求項1乃至9のいずれかにおいて、
テクスチャを記憶するテクスチャ記憶部として、
コンピュータを機能させ、
前記テクスチャ記憶部は、
前記オブジェクトの展開図に対応した色パターンを有し、前記オブジェクトの表面の色がテクセルに設定されるカラーマップテクスチャと、前記オブジェクトの展開図に対応した法線ベクトルパターンを有し、法線ベクトルの情報がテクセルに設定される法線マップテクスチャとを記憶し、
前記ピクセルシェーダ部は、
前記法線マップテクスチャに基づいて、前記オブジェクトの表面の凹凸を表すためのバンプ処理を行うことを特徴とするプログラム。 - 請求項12又は13において、
前記頂点シェーダ部は、
第1、第2の従法線ベクトルをワールド座標系に座標変換し、
前記ピクセルシェーダ部は、
前記法線マップテクスチャにより得られた法線ベクトルを、前記第1、第2の従法線ベクトルに基づきワールド座標系に座標変換し、座標変換後の法線ベクトルに基づいて前記バンプ処理を行うことを特徴とするプログラム。 - コンピュータ読み取り可能な情報記憶媒体であって、請求項1乃至14のいずれかに記載のプログラムを記憶したことを特徴とする情報記憶媒体。
- 画像を生成する画像生成システムであって、
頂点単位で処理を行う頂点シェーダ部と、
ピクセル単位で処理を行うピクセルシェーダ部とを含み、
前記頂点シェーダ部は、
オブジェクトの頂点法線ベクトルを出力し、
前記ピクセルシェーダ部は、
前記頂点シェーダ部から出力された前記頂点法線ベクトルにより得られた各ピクセルの法線ベクトルと、視線ベクトルとに基づいて、色制御パラメータを求め、求められた色制御パラメータに基づいて、オブジェクトの輪郭に近づくほど色が濃くなりオブジェクトの輪郭から遠ざかるほど色が薄くなるオブジェクトのシルエット色を求め、求められたシルエット色とオブジェクトの色を合成する処理を行うことを特徴とする画像生成システム。
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