JP2666353B2 - レイトレーシングによる高速映像生成方式 - Google Patents
レイトレーシングによる高速映像生成方式Info
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- JP2666353B2 JP2666353B2 JP10182588A JP10182588A JP2666353B2 JP 2666353 B2 JP2666353 B2 JP 2666353B2 JP 10182588 A JP10182588 A JP 10182588A JP 10182588 A JP10182588 A JP 10182588A JP 2666353 B2 JP2666353 B2 JP 2666353B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 レイトレーシング（光線追跡法）による映像生成方式
に関し、 所要計算量の削減を目的とし、 三次元空間を単位小空間に分割したボクセルを光線が
通過する毎に該ボクセルに通過光線の識別子を追加保持
させる通過光線履歴付与手段と、物体の移動により影響
を受けるボクセルを検出する変化ボクセル検出手段と、
検出された変化ボクセルに保持してある光線の識別子を
抽出する再計算光線抽出手段と、抽出された光線につい
てのみ再計算を実行する部分更新処理手段を備え、物体
の変化により影響をうけるボクセルを通過する光線のみ
について部分更新処理して映像を再構成するよう構成す
る。
に関し、 所要計算量の削減を目的とし、 三次元空間を単位小空間に分割したボクセルを光線が
通過する毎に該ボクセルに通過光線の識別子を追加保持
させる通過光線履歴付与手段と、物体の移動により影響
を受けるボクセルを検出する変化ボクセル検出手段と、
検出された変化ボクセルに保持してある光線の識別子を
抽出する再計算光線抽出手段と、抽出された光線につい
てのみ再計算を実行する部分更新処理手段を備え、物体
の変化により影響をうけるボクセルを通過する光線のみ
について部分更新処理して映像を再構成するよう構成す
る。
本発明は電子計算機による映像生成に係り、特にレイ
トレーシング（光線追跡法）による高速映像生成方式に
関する。
トレーシング（光線追跡法）による高速映像生成方式に
関する。
映像生成手法の一つにレイトレーシングと呼ばれる手
法がある。
法がある。
第５図は、レイトレーシングの原理を示す図である。
電子計算機内部に三次元空間を仮定してここに三次元物
体のモデルＡを構築し、ある視点Ｐから表示画面Ｄの各
画素を通る視線（光線）を発射してモデルＡとの交差を
調べこれによって表示すべき画素の三原色の輝度を決定
する。三次元モデルには反射や透過の係数を設定でき、
また影などを含む高品質の映像が生成できる。そのた
め、工業デザインのように高品質な映像を要求する分野
に適用しようと研究されている。しかし、計算すべき光
線の数は数百万本に及び、非常に膨大な演算量を必要と
するという欠点を持っている。
電子計算機内部に三次元空間を仮定してここに三次元物
体のモデルＡを構築し、ある視点Ｐから表示画面Ｄの各
画素を通る視線（光線）を発射してモデルＡとの交差を
調べこれによって表示すべき画素の三原色の輝度を決定
する。三次元モデルには反射や透過の係数を設定でき、
また影などを含む高品質の映像が生成できる。そのた
め、工業デザインのように高品質な映像を要求する分野
に適用しようと研究されている。しかし、計算すべき光
線の数は数百万本に及び、非常に膨大な演算量を必要と
するという欠点を持っている。
本発明者らは、この欠点を解決するために、変化する
部分だけを再計算して映像を生成する部分更新レイトレ
ーシングシステムを提案し、これを実現している。
部分だけを再計算して映像を生成する部分更新レイトレ
ーシングシステムを提案し、これを実現している。
部分更新レイトレーシングでは、レイトレーシングで
映像生成を行う場合の三次元空間を単位直方体空間に分
割し、その小空間（ボクセル空間と呼ばれる）を利用し
て、物体の変化の影響を局所化して高速に映像を再計算
している。即ち、光線が通過したボクセル空間の識別子
を各光線が保持し、部分更新には、まず変化のある物体
を含むボクセル空間（変化ボクセルと呼ぶ）を検出する
前処理の後、部分更新処理では、各光線に対してその光
線が持つ通過ボクセルの履歴の中に変化ボクセルを含む
か否かのテストを行い、変化ボクセルを含む光線に対し
て再計算を行い映像を再構成する。
映像生成を行う場合の三次元空間を単位直方体空間に分
割し、その小空間（ボクセル空間と呼ばれる）を利用し
て、物体の変化の影響を局所化して高速に映像を再計算
している。即ち、光線が通過したボクセル空間の識別子
を各光線が保持し、部分更新には、まず変化のある物体
を含むボクセル空間（変化ボクセルと呼ぶ）を検出する
前処理の後、部分更新処理では、各光線に対してその光
線が持つ通過ボクセルの履歴の中に変化ボクセルを含む
か否かのテストを行い、変化ボクセルを含む光線に対し
て再計算を行い映像を再構成する。
第６図は、従来の部分更新レートレーシングによる処
理を示す図である。
理を示す図である。
図に示すように、光線にはその光線が通過したボクセ
ル空間の識別子である通過ボクセル履歴を保持させる。
例えば、光線は通過ボクセル履歴は、｛2,7,11,12,1
6｝、光線は｛4,9,14,19｝となる。
ル空間の識別子である通過ボクセル履歴を保持させる。
例えば、光線は通過ボクセル履歴は、｛2,7,11,12,1
6｝、光線は｛4,9,14,19｝となる。
部分更新前処理の段階では、変化する物体を含むボク
セル空間を検出する。第６図では、物体Ａの移動によっ
て斜線を施したボクセルが変化ボクセル｛13,14｝とな
る。
セル空間を検出する。第６図では、物体Ａの移動によっ
て斜線を施したボクセルが変化ボクセル｛13,14｝とな
る。
部分更新処理では、各光線に対して変化ボクセルを含
むか否かの包含テストを行い、再計算すべき光線を捜
す。光線と光線、光線は変化ボクセルを含まない
ので再計算の対象外とし、光線が変化ボクセル｛14｝
を含むので、再計算を行う。
むか否かの包含テストを行い、再計算すべき光線を捜
す。光線と光線、光線は変化ボクセルを含まない
ので再計算の対象外とし、光線が変化ボクセル｛14｝
を含むので、再計算を行う。
このように、全ての光線に対して包含テストを繰り返
して映像生成を実行する。
して映像生成を実行する。
上記の従来の部分更新レイトレーシングにおいては、
光線が通過したボクセルの識別子を、各光線に通過ボク
セル履歴として保持させている。それから、変化する物
体を含むボクセル空間を検出して、この変化ボクセルを
含むか否かの包含テストを全ての光線に対して行わない
と、どの光線が再計算の対象となるかを判断できなかっ
た。変化ボクセルを含むかどうかのテストは、全光線に
対して行わなければならず、また、このテストは、集合
内に、ある集合があるかという包含テストであり、負荷
が大きい。従って、反射、透過、影が多くなると、即ち
光線数が多くなるとテスト処理が膨大となってしまい、
高速な映像生成が実行できなくなってしまうという問題
がある。
光線が通過したボクセルの識別子を、各光線に通過ボク
セル履歴として保持させている。それから、変化する物
体を含むボクセル空間を検出して、この変化ボクセルを
含むか否かの包含テストを全ての光線に対して行わない
と、どの光線が再計算の対象となるかを判断できなかっ
た。変化ボクセルを含むかどうかのテストは、全光線に
対して行わなければならず、また、このテストは、集合
内に、ある集合があるかという包含テストであり、負荷
が大きい。従って、反射、透過、影が多くなると、即ち
光線数が多くなるとテスト処理が膨大となってしまい、
高速な映像生成が実行できなくなってしまうという問題
がある。
本発明が解決しようとする課題は、このような従来の
問題点を解消した高速映像生成方式を提供することにあ
る。
問題点を解消した高速映像生成方式を提供することにあ
る。
第１図は、本発明の光線をボクセル空間で管理した映
像生成方式の原理ブロック図を示す。
像生成方式の原理ブロック図を示す。
図において、１は通過光線履歴付与手段であり、光線
がボクセルを通過する毎に該ボクセルに通過光線の識別
子を追加保持させる。
がボクセルを通過する毎に該ボクセルに通過光線の識別
子を追加保持させる。
２は変化ボクセル検出手段であり、物体の移動により
影響を受けるボクセルを検出する。
影響を受けるボクセルを検出する。
３は再計算光線抽出手段であり、検出された変化ボク
セルに保持してある光線の識別子を抽出する。
セルに保持してある光線の識別子を抽出する。
４は部分更新処理手段であり、抽出された光線につい
てのみ部分更新処理を実行する。
てのみ部分更新処理を実行する。
本発明方式によれば、光線に通過ボクセル履歴を保持
させる代わりに、ボクセルにそのボクセル空間を通過す
る光線の識別子を、通過光線履歴として保持させる。
させる代わりに、ボクセルにそのボクセル空間を通過す
る光線の識別子を、通過光線履歴として保持させる。
通過光線履歴付与手段１は、ある光線がボクセルを通
過する毎に各ボクセルにその光線の識別子を追加して行
く。
過する毎に各ボクセルにその光線の識別子を追加して行
く。
変化ボクセル検出手段２は、物体が移動されたとき移
動により影響を受けるボクセルを検出し、再計算光線抽
出手段３は、部分更新前処理として、変化ボクセル空間
に保持してある光線を抽出する。
動により影響を受けるボクセルを検出し、再計算光線抽
出手段３は、部分更新前処理として、変化ボクセル空間
に保持してある光線を抽出する。
部分更新処理手段４は、再計算光線抽出手段３の抽出
した光線のみを再計算の対象として部分更新処理を実行
し、映像を再構成する。
した光線のみを再計算の対象として部分更新処理を実行
し、映像を再構成する。
本発明では、再計算すべき光線が直ちに得られ、集合
同士の照合テストであり非常に時間のかかる包含テスト
を省くことにより大きな処理時間短縮となり、より高速
な映像生成が可能となる。
同士の照合テストであり非常に時間のかかる包含テスト
を省くことにより大きな処理時間短縮となり、より高速
な映像生成が可能となる。
以下第２図乃至第４図に示す実施例により、本発明を
さらに具体的に説明する。
さらに具体的に説明する。
第２図は、本発明の一実施例による処理を説明する図
である。
である。
図において、1,2,3,……,19,20はボクセルであり、三
次元の小空間を二次元で表している。
次元の小空間を二次元で表している。
，，，は光線である。
斜線を施して示したのは物体Ａが存在するボクセルで
あり、物体Ａはボクセル13からボクセル14へ移動したこ
とを示している。
あり、物体Ａはボクセル13からボクセル14へ移動したこ
とを示している。
第３図は、本発明の一実施例のおけるテーブルのデー
タ構造を示す図である。
タ構造を示す図である。
（ａ）は、ボクセルの通過光線履歴テーブルであり、
ボクセル毎に、その空間を通過した光線の識別子を保持
する。第２図の例では、ボクセル１は光線を保持し、
ボクセル２は光線を保持し、ボクセル６は光線を保
持し、ボクセル12は光線と光線を保持することを示
す。ボクセルの通過光線履歴テーブルは、最初のレイト
レーシングにおいて、ある光線がボクセル空間を通過す
る毎に各ボクセルにその光線の識別子を追加するこによ
り作成され、物体の移動毎に、次の更新ステップのため
にボクセルの通過光線履歴テーブルを更新し管理する。
ボクセル毎に、その空間を通過した光線の識別子を保持
する。第２図の例では、ボクセル１は光線を保持し、
ボクセル２は光線を保持し、ボクセル６は光線を保
持し、ボクセル12は光線と光線を保持することを示
す。ボクセルの通過光線履歴テーブルは、最初のレイト
レーシングにおいて、ある光線がボクセル空間を通過す
る毎に各ボクセルにその光線の識別子を追加するこによ
り作成され、物体の移動毎に、次の更新ステップのため
にボクセルの通過光線履歴テーブルを更新し管理する。
（ｂ）は、物体存在ボクセルテーブルであり、物体ご
とにそれが存在するボクセルの識別子を保持する。第２
図の例では、物体Ａはボクセル13に存在したが、物体Ａ
の移動によりボクセル14に存在するようになったことを
示す。
とにそれが存在するボクセルの識別子を保持する。第２
図の例では、物体Ａはボクセル13に存在したが、物体Ａ
の移動によりボクセル14に存在するようになったことを
示す。
（ｃ）は、変化ボクセルデータであり、物体の移動に
より影響を受けるボクセルが記憶される。第２図の例で
は、ボクセル13とボクセル14が変化ボクセルとなる。
より影響を受けるボクセルが記憶される。第２図の例で
は、ボクセル13とボクセル14が変化ボクセルとなる。
第４図は、本発明の一実施例による部分更新処理を示
すフローチャートである。以下、フローチャートのステ
ップに従ってその動作を説明する。
すフローチャートである。以下、フローチャートのステ
ップに従ってその動作を説明する。
（１）入力された物体の移動データに応じて物体存在ボ
クセルテープルを索引し、変化ボクセルを検出すると共
に、物体存在ボクセルテーブルを更新する。
クセルテープルを索引し、変化ボクセルを検出すると共
に、物体存在ボクセルテーブルを更新する。
（２）検出された変化ボクセルについてボクセルの通過
光線履歴テーブルを索引し、変化ボクセルを通過する光
線を抽出する。
光線履歴テーブルを索引し、変化ボクセルを通過する光
線を抽出する。
（３）未だ調べてない変化ボクセルがあるかを判断し、
あればステップ（１）へ戻り、なければステップ（４）
へ進む。
あればステップ（１）へ戻り、なければステップ（４）
へ進む。
（４）抽出された光線についてのみ、前回映像データに
対する部分更新処理を行い、映像を再構成する。
対する部分更新処理を行い、映像を再構成する。
以上説明のように本発明によれば、高品質な映像を生
成できるレイトレーシングで、会話的に映像に対して修
正を加えながら所望の映像を得るような応用において、
高速に変化のある部分を検出して瞬時に映像を再構成す
ることができ、映像生成効率の向上に寄与する効果は極
めて大である。
成できるレイトレーシングで、会話的に映像に対して修
正を加えながら所望の映像を得るような応用において、
高速に変化のある部分を検出して瞬時に映像を再構成す
ることができ、映像生成効率の向上に寄与する効果は極
めて大である。
第１図は本発明の原理ブロック図、 第２図は本発明の一実施例による処理を説明する図、 第３図は本発明の一実施例におけるテーブルのデータ構
造を示す図、 第４図は本発明の一実施例による処理を示すフローチャ
ート、 第５図はレイトレーシングを説明する図、 第６図は従来の部分更新処理を説明する図である。 図面において、 １は通過光線履歴付与手段、 ２は変化ボクセル検出手段、 ３は再計算光線抽出手段、 ４は部分更新処理手段、 をそれぞれ示す。
造を示す図、 第４図は本発明の一実施例による処理を示すフローチャ
ート、 第５図はレイトレーシングを説明する図、 第６図は従来の部分更新処理を説明する図である。 図面において、 １は通過光線履歴付与手段、 ２は変化ボクセル検出手段、 ３は再計算光線抽出手段、 ４は部分更新処理手段、 をそれぞれ示す。
Claims (1)
- 【請求項１】レイトレーシングによる三次元物体の映像
生成において、 三次元空間を単位小空間に分割したボクセルを光線が通
過する毎に該ボクセルに通過光線の識別子を追加保持さ
せる通過光線履歴付与手段（１）と、 物体の移動により影響を受けるボクセルを検出する変化
ボクセル検出手段（２）と、 検出された変化ボクセルに保持してある光線の識別子を
抽出する再計算光線抽出手段（３）と、 抽出された光線についてのみ部分更新処理を実行する部
分更新処理手段（４）を備え、 物体の変化により影響をうけるボクセルを通過する光線
のみについて部分更新処理して映像を再構成するよう構
成したことを特徴とするレイトレーシングによる高速映
像生成方式。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10182588A JP2666353B2 (ja) | 1988-04-25 | 1988-04-25 | レイトレーシングによる高速映像生成方式 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10182588A JP2666353B2 (ja) | 1988-04-25 | 1988-04-25 | レイトレーシングによる高速映像生成方式 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01273190A JPH01273190A (ja) | 1989-11-01 |
| JP2666353B2 true JP2666353B2 (ja) | 1997-10-22 |
Family
ID=14310887
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10182588A Expired - Lifetime JP2666353B2 (ja) | 1988-04-25 | 1988-04-25 | レイトレーシングによる高速映像生成方式 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2666353B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9912840B2 (en) | 2014-06-16 | 2018-03-06 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Apparatus and method for sampling images |
| US10019830B2 (en) | 2014-04-02 | 2018-07-10 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method and apparatus for rendering same regions of multi frames |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008015572A (ja) * | 2006-07-03 | 2008-01-24 | Hitachi Ltd | 電波伝搬特性算出装置、プログラム及び電波伝搬特性算出方法 |
-
1988
- 1988-04-25 JP JP10182588A patent/JP2666353B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10019830B2 (en) | 2014-04-02 | 2018-07-10 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method and apparatus for rendering same regions of multi frames |
| US9912840B2 (en) | 2014-06-16 | 2018-03-06 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Apparatus and method for sampling images |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01273190A (ja) | 1989-11-01 |
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