JP2744710B2 - 画像処理装置 - Google Patents
画像処理装置Info
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- JP2744710B2 JP2744710B2 JP3064318A JP6431891A JP2744710B2 JP 2744710 B2 JP2744710 B2 JP 2744710B2 JP 3064318 A JP3064318 A JP 3064318A JP 6431891 A JP6431891 A JP 6431891A JP 2744710 B2 JP2744710 B2 JP 2744710B2
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- Japan
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- dimensional object
- dimensional
- vector
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、曲面等を有する三次元
物体に対して、いろいろな角度から光を照射して三次元
物体の陰影表示を行うことを可能とする機械設計をはじ
めとする種々のＣＡＤシステム等の画像処理装置に関す
る。
物体に対して、いろいろな角度から光を照射して三次元
物体の陰影表示を行うことを可能とする機械設計をはじ
めとする種々のＣＡＤシステム等の画像処理装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】三次元物体をプロセッサを用いてグラフ
ィックディスプレイ等の画像出力装置に表示するには、
その物体の形状データがなんらかの手段でプロセッサに
入力され、数値情報として格納された後、種々の処理過
程を経る必要がある。その際、三次元物体の形状データ
の表現法により表示される図形の質が異なってくる。
ィックディスプレイ等の画像出力装置に表示するには、
その物体の形状データがなんらかの手段でプロセッサに
入力され、数値情報として格納された後、種々の処理過
程を経る必要がある。その際、三次元物体の形状データ
の表現法により表示される図形の質が異なってくる。
【０００３】三次元物体の形状データの表現法は、一次
元、二次元、三次元と要素の次元により、ワイヤーフレ
ームモデル、サーフェイスモデル、ソリッドモデルに分
類される。
元、二次元、三次元と要素の次元により、ワイヤーフレ
ームモデル、サーフェイスモデル、ソリッドモデルに分
類される。
【０００４】それぞれのモデルについて説明すると、ワ
イヤーフレームモデルとは、一次元要素の線分、および
二次元・三次元要素の曲線により構成されたモデルのこ
とで、針金細工のように線分の情報しかもっていないた
め、面の存在によりその面より後ろにある見えなくなる
線分を消去したり（隠線消去）、見えなくなる面の部分
を消去したり（隠面消去）する処理が行えない。
イヤーフレームモデルとは、一次元要素の線分、および
二次元・三次元要素の曲線により構成されたモデルのこ
とで、針金細工のように線分の情報しかもっていないた
め、面の存在によりその面より後ろにある見えなくなる
線分を消去したり（隠線消去）、見えなくなる面の部分
を消去したり（隠面消去）する処理が行えない。
【０００５】サーフェイスモデルとは、二次元要素の多
角形、三次元要素の曲面によって構成されるモデルのこ
とで、隠線消去や隠面消去を施した図形の表示が可能で
ある。
角形、三次元要素の曲面によって構成されるモデルのこ
とで、隠線消去や隠面消去を施した図形の表示が可能で
ある。
【０００６】ソリッドモデルとは、三次元要素の多面体
を基本にして構成されるモデルであるが、面の方向の情
報が付加されているため、体積、重心等の幾何計算が可
能であり、サーフェイスモデルと同様、隠線・隠面消去
処理が可能である。
を基本にして構成されるモデルであるが、面の方向の情
報が付加されているため、体積、重心等の幾何計算が可
能であり、サーフェイスモデルと同様、隠線・隠面消去
処理が可能である。
【０００７】このように、サーフェイスモデル又はソリ
ッドモデルで表現された三次元物体は、その形状データ
を画像出力装置に表示する際、隠線・隠面消去処理とい
った表現手法を施すことが可能であるが、光源位置等を
設定し、シェーディング処理（面の向きと光源位置によ
り画像出力装置に表示する可視面上の各点の光の強さを
求め、陰影を計算する）が行える。
ッドモデルで表現された三次元物体は、その形状データ
を画像出力装置に表示する際、隠線・隠面消去処理とい
った表現手法を施すことが可能であるが、光源位置等を
設定し、シェーディング処理（面の向きと光源位置によ
り画像出力装置に表示する可視面上の各点の光の強さを
求め、陰影を計算する）が行える。
【０００８】以下、一般に行われている光源位置の設定
方法について示す。
方法について示す。
【０００９】図形等に光源位置を設定する座標値を与
える簡潔な入力方法として、操作者は物体と光源との相
対的位置関係を把握してキーボード等によって三次元空
間上の光源座標値を設定する。
える簡潔な入力方法として、操作者は物体と光源との相
対的位置関係を把握してキーボード等によって三次元空
間上の光源座標値を設定する。
【００１０】又は、あらかじめ幾つかの登録済の光源
位置を選択することにより、設定する。
位置を選択することにより、設定する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】表示される三次元物体
の形状把握、表示された三次元物体の見た目を良くする
等の理由から、三次元物体の面上の任意の点にハイライ
ト（明るく見える部分）ができるよう光源設定を行いた
いことがあるが、上述した光源位置設定方法では、操
作者は物体の定義されている座標系における物体と光源
との相対的位置関係を把握する必要があるため、光源位
置の設定を繰り返し行う必要があり、かなりの作業時間
がかかる。また、では、操作者は物体に光を照射した
い位置に光源を自由に設定できないため、意図したシェ
ーディング画像が得られないことが多い。
の形状把握、表示された三次元物体の見た目を良くする
等の理由から、三次元物体の面上の任意の点にハイライ
ト（明るく見える部分）ができるよう光源設定を行いた
いことがあるが、上述した光源位置設定方法では、操
作者は物体の定義されている座標系における物体と光源
との相対的位置関係を把握する必要があるため、光源位
置の設定を繰り返し行う必要があり、かなりの作業時間
がかかる。また、では、操作者は物体に光を照射した
い位置に光源を自由に設定できないため、意図したシェ
ーディング画像が得られないことが多い。
【００１２】そこで、本発明の目的は、操作者の経験に
よらず簡単に三次元物体の表面上にハイライト（明視部
分）を持たせるよう光源位置を設定する画像処理装置を
提供することにある。
よらず簡単に三次元物体の表面上にハイライト（明視部
分）を持たせるよう光源位置を設定する画像処理装置を
提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の手段を、図３のフローチャートを用いて説明する。ま
ず第一に、記憶装置上にある三次元物体の形状データを
読み出して（ステップ30）、それに対して三次元透視変
換（視点、参照視点そして視点から三次元物体を見たと
きの視野角を指定して、視点に近い物体は大きく、遠い
物体は小さく見せる変換方法）等により、二次元図形に
変換した三次元物体を画像表示装置に表示する（ステッ
プ31）。
の手段を、図３のフローチャートを用いて説明する。ま
ず第一に、記憶装置上にある三次元物体の形状データを
読み出して（ステップ30）、それに対して三次元透視変
換（視点、参照視点そして視点から三次元物体を見たと
きの視野角を指定して、視点に近い物体は大きく、遠い
物体は小さく見せる変換方法）等により、二次元図形に
変換した三次元物体を画像表示装置に表示する（ステッ
プ31）。
【００１４】第二に、ポインティングデバイス等の座標
入力装置（請求項における指示手段）を利用して画像出
力装置に表示された三次元物体の表面上の任意位置を指
示する（ステップ32）。このとき、画像出力装置上の座
標（水平、垂直）値が得られる。
入力装置（請求項における指示手段）を利用して画像出
力装置に表示された三次元物体の表面上の任意位置を指
示する（ステップ32）。このとき、画像出力装置上の座
標（水平、垂直）値が得られる。
【００１５】第三に、座標入力装置から得られた座標値
をもとに画像出力装置にメッシュ表示された三次元物体
の各面に対して、その指示座標に最も近い頂点座標を有
する面を選び出す（ステップ33）。
をもとに画像出力装置にメッシュ表示された三次元物体
の各面に対して、その指示座標に最も近い頂点座標を有
する面を選び出す（ステップ33）。
【００１６】以上、第一から第三の手続きは面上の任意
の一点を指定するための方法の一つであり、それ以外の
方法で行ってもかまわない。そして、選ばれた面の幾何
情報をもとに、座標入力装置で指示した位置に相当する
三次元物体の面上の三次元座標と法線ベクトル（面の向
きを表す長さ１のベクトル）を算出する（ステップ3
4）。
の一点を指定するための方法の一つであり、それ以外の
方法で行ってもかまわない。そして、選ばれた面の幾何
情報をもとに、座標入力装置で指示した位置に相当する
三次元物体の面上の三次元座標と法線ベクトル（面の向
きを表す長さ１のベクトル）を算出する（ステップ3
4）。
【００１７】第四に、三次元透視変換する際に指定する
視点座標と三次元物体上の指示座標とから視線ベクトル
（視点方向を指す長さ１のベクトル）を算出する（ステ
ップ35）。
視点座標と三次元物体上の指示座標とから視線ベクトル
（視点方向を指す長さ１のベクトル）を算出する（ステ
ップ35）。
【００１８】最後に、三次元物体上の指示座標とその位
置での法線ベクトル、そして視線ベクトルとから、三次
元物体上の指示位置にハイライトができるように光源位
置のベクトル（光源方向を指す長さ１のベクトル）及び
その座標を算出する（ステップ36）。
置での法線ベクトル、そして視線ベクトルとから、三次
元物体上の指示位置にハイライトができるように光源位
置のベクトル（光源方向を指す長さ１のベクトル）及び
その座標を算出する（ステップ36）。
【００１９】以下、このとき計算される光源位置ベクト
ルと光源座標の算出法を図４のベクトル関係図をもとに
説明する。選ばれた面が鏡面反射面であるとき、図４に
示すように法線ベクトルをＶn、視点ベクトルをＶeとす
ると、求めたい光源位置を示すベクトルＶlは、式
（１）により求めることができる。
ルと光源座標の算出法を図４のベクトル関係図をもとに
説明する。選ばれた面が鏡面反射面であるとき、図４に
示すように法線ベクトルをＶn、視点ベクトルをＶeとす
ると、求めたい光源位置を示すベクトルＶlは、式
（１）により求めることができる。
【００２０】 Ｖl ＝ ２×（Ｖn・Ｖe）×Ｖn − Ｖe （１） （Ｖn，Ｖe，Ｖlはそれぞれ長さ１のベクトルとする。
また、（）内はベクトルＶnとベクトルＶeとの内積を表
す。）また、実際の光源位置を求めるには、光源自体の
特性及び面の特性を考慮する必要があるが、以下に示す
場合分けにより光源の特性を考慮した光源位置が指定で
きる。
また、（）内はベクトルＶnとベクトルＶeとの内積を表
す。）また、実際の光源位置を求めるには、光源自体の
特性及び面の特性を考慮する必要があるが、以下に示す
場合分けにより光源の特性を考慮した光源位置が指定で
きる。
【００２１】光源が平行光源（無限遠方に存在する光
源）の場合、式（１）により光源位置（ベクトルＶl）
が指定できる。
源）の場合、式（１）により光源位置（ベクトルＶl）
が指定できる。
【００２２】光源が点光源及びそれに類似する光源
（有限距離に存在する光源）の場合物体表面上の計算点
をＷpとすると、操作者は適当な係数ｋを与えることに
より光源の三次元座標Ｗlを指定できる（式（２））。
（有限距離に存在する光源）の場合物体表面上の計算点
をＷpとすると、操作者は適当な係数ｋを与えることに
より光源の三次元座標Ｗlを指定できる（式（２））。
【００２３】Ｗl ＝ Ｗp ＋ ｋ×Ｖl （２） 以上、図４を用いて、選ばれた面が鏡面反射面であり、
かつ光源が上記、である場合、視点ベクトル、法線
ベクトルによりその面にハイライトをつくる光源の計算
法を説明したが、計算法は、三次元物体の面の特性、光
源の特性、そしてシェーディング計算式等により異な
る。しかし、要はシェーディング計算式を逆に解くこと
により、光源を設定すればよいのであり、上記計算法以
外の計算法であってもかまわない。
かつ光源が上記、である場合、視点ベクトル、法線
ベクトルによりその面にハイライトをつくる光源の計算
法を説明したが、計算法は、三次元物体の面の特性、光
源の特性、そしてシェーディング計算式等により異な
る。しかし、要はシェーディング計算式を逆に解くこと
により、光源を設定すればよいのであり、上記計算法以
外の計算法であってもかまわない。
【００２４】
【作用】上記に説明した手段により、操作者は画像出力
装置に表示された三次元物体の表面上における任意の位
置にハイライトを持たせるよう光源を配置することが可
能となり、意図するシェーディング画像を短時間で得る
ことができる。
装置に表示された三次元物体の表面上における任意の位
置にハイライトを持たせるよう光源を配置することが可
能となり、意図するシェーディング画像を短時間で得る
ことができる。
【００２５】
【実施例】図１は本発明の一実施例における光源位置設
定装置のハードウェア構成を示したブロック図である。
以下、各ブロックの処理について、図２に示した光源位
置設定の図を例に詳細に説明する。
定装置のハードウェア構成を示したブロック図である。
以下、各ブロックの処理について、図２に示した光源位
置設定の図を例に詳細に説明する。
【００２６】まず第一に、データ読出し部13にて、記憶
装置（磁気ディスク）１１に格納されている三次元物体
の形状データを読み出し、データ出力部１７にてその形
状データに対して三次元透視変換を施すことにより高解
像度ビットマップ表示装置（ＣＲＴ）１２に表示する。
装置（磁気ディスク）１１に格納されている三次元物体
の形状データを読み出し、データ出力部１７にてその形
状データに対して三次元透視変換を施すことにより高解
像度ビットマップ表示装置（ＣＲＴ）１２に表示する。
【００２７】次に、データ入力部１４にて、ＣＲＴ画面
上に表示されている三次元物体において、操作者がその
曲面上にハイライトを持たせたい位置をポィンティング
デバイス（マウス）１０で指示する。このとき、ＣＲＴ
画面上の座標Ｓp（Ｘsp，Ｙsp）が得られる。
上に表示されている三次元物体において、操作者がその
曲面上にハイライトを持たせたい位置をポィンティング
デバイス（マウス）１０で指示する。このとき、ＣＲＴ
画面上の座標Ｓp（Ｘsp，Ｙsp）が得られる。
【００２８】さらに、データ検索部１５にて、指示され
た座標をもとにＣＲＴ画面にメッシュ表示されている三
次元物体の各曲面に対して、指示された座標に最も近い
頂点座標を有する曲面を検出する。
た座標をもとにＣＲＴ画面にメッシュ表示されている三
次元物体の各曲面に対して、指示された座標に最も近い
頂点座標を有する曲面を検出する。
【００２９】最後に、データ処理部１６にて、求めるべ
き光源ベクトルＶl（Ｘvl，Ｙvl，Ｚvl）を算出する
が、その処理過程は以下の三つのステップに分かれる。
き光源ベクトルＶl（Ｘvl，Ｙvl，Ｚvl）を算出する
が、その処理過程は以下の三つのステップに分かれる。
【００３０】まず、第一ステップは、検出された曲面の
幾何情報をもとに、マウスで指示した位置Ｓpに相当す
る三次元物体の曲面上の三次元座標Ｗp（Ｘwe，Ｙwe，
Ｚwe）と法線ベクトルＶn（Ｘvn，Ｙvn，Ｚvn）を算出
する。
幾何情報をもとに、マウスで指示した位置Ｓpに相当す
る三次元物体の曲面上の三次元座標Ｗp（Ｘwe，Ｙwe，
Ｚwe）と法線ベクトルＶn（Ｘvn，Ｙvn，Ｚvn）を算出
する。
【００３１】第二ステップで、三次元透視変換する際に
指定した視点座標Ｗe（Ｘwe，Ｙwe，Ｚwe）と三次元物
体上の三次元座標Ｗpとから視線ベクトルＶe（Ｘve，Ｙ
ve，Ｚve）を算出する（式（３））。 Ｖe ＝ （Ｗe − Ｗp）／｜Ｗe − Ｗp｜ （３） 上式において、｜｜内は三次元座標ＷeとＷpとの距離を
示す。
指定した視点座標Ｗe（Ｘwe，Ｙwe，Ｚwe）と三次元物
体上の三次元座標Ｗpとから視線ベクトルＶe（Ｘve，Ｙ
ve，Ｚve）を算出する（式（３））。 Ｖe ＝ （Ｗe − Ｗp）／｜Ｗe − Ｗp｜ （３） 上式において、｜｜内は三次元座標ＷeとＷpとの距離を
示す。
【００３２】また、視線ベクトルＶeの各要素を式
（４）に、そして｜｜内の実際の計算を式（５）にそれ
ぞれ示す。 Ｘve ＝ （Ｘwe − Ｘwp）／｜Ｗe − Ｗp｜ Ｙve ＝ （Ｙwe − Ｙwp）／｜Ｗe − Ｗp｜ （４） Ｚve ＝ （Ｚwe − Ｚwp）／｜Ｗe − Ｗp｜ ｜Ｗe − Ｗp｜ ＝ ｛（Ｘwe − Ｘwp）2 ＋ （Ｙwe − Ｙwp）2 ＋（Ｚwe − Ｙwp）2｝1/2 （５） 最後に、第三ステップにて、三次元物体の曲面上の三次
元座標Ｗpとその位置における法線ベクトルＶn、そして
視線ベクトルＶeとから、光源ベクトルＶlを前述の式
（１）により計算する。また、その各要素は式（６）に
より求める。
（４）に、そして｜｜内の実際の計算を式（５）にそれ
ぞれ示す。 Ｘve ＝ （Ｘwe − Ｘwp）／｜Ｗe − Ｗp｜ Ｙve ＝ （Ｙwe − Ｙwp）／｜Ｗe − Ｗp｜ （４） Ｚve ＝ （Ｚwe − Ｚwp）／｜Ｗe − Ｗp｜ ｜Ｗe − Ｗp｜ ＝ ｛（Ｘwe − Ｘwp）2 ＋ （Ｙwe − Ｙwp）2 ＋（Ｚwe − Ｙwp）2｝1/2 （５） 最後に、第三ステップにて、三次元物体の曲面上の三次
元座標Ｗpとその位置における法線ベクトルＶn、そして
視線ベクトルＶeとから、光源ベクトルＶlを前述の式
（１）により計算する。また、その各要素は式（６）に
より求める。
【００３３】 Ｘvl ＝ （２×Ｘvn 2 − １）×Ｘve Ｙvl ＝ （２×Ｙvn 2 − １）×Ｙve （６） Ｚvl ＝ （２×Ｚvn 2 − １）×Ｚve そして、前述の式（２）における光源位置Ｗl（Ｘwl，
Ｙwl，Ｚwl）の各要素は式（７）により計算するされ
る。
Ｙwl，Ｚwl）の各要素は式（７）により計算するされ
る。
【００３４】 Ｘwl ＝ Ｘwp ＋ ｋ×Ｘvl Ｙwl ＝ Ｙwp ＋ ｋ×Ｙvl （７） Ｚwl ＝ Ｚwp ＋ ｋ×Ｚvl （ｋは光源と面との距離を表す。）上述のように光源位
置が設定されるので、三次元物体はデータ出力部を介し
てシェーディング処理された図形としてＣＲＴ上に表示
され、光源の位置シミュレーションとして活用すること
ができる。
置が設定されるので、三次元物体はデータ出力部を介し
てシェーディング処理された図形としてＣＲＴ上に表示
され、光源の位置シミュレーションとして活用すること
ができる。
【００３５】
【発明の効果】本発明によれば、三次元物体の曲面上の
任意位置に明視部分ができるよう座標入力装置で画像表
示装置上の三次元物体を指示することで、操作者が試行
錯誤することなく光源位置を設定できるため、光源位置
設定に要していた操作時間の短縮が可能となった。ま
た、光源が意図した位置に設定されたか確認するために
要していたシェーディング処理の回数が減るため計算コ
ストの削減が可能となった。
任意位置に明視部分ができるよう座標入力装置で画像表
示装置上の三次元物体を指示することで、操作者が試行
錯誤することなく光源位置を設定できるため、光源位置
設定に要していた操作時間の短縮が可能となった。ま
た、光源が意図した位置に設定されたか確認するために
要していたシェーディング処理の回数が減るため計算コ
ストの削減が可能となった。
【図１】本発明の一実施例による光源位置設定装置の構
成を示したブロック図
成を示したブロック図
【図２】同光源位置設定の説明図
【図３】同光源位置を決定する際のフローチャート
【図４】同指示された物体表面におけるベクトル関係を
示す図
示す図
１０ マウス １１ 磁気ディスク １２ ＣＲＴ １３ データ読出し部 １４ データ入力部 １５ データ検索部 １６ データ処理部 １７ データ出力部
Claims (1)
- 【請求項１】 ３次元物体の形状データ及び光源データ
に基づいて３次元物体に陰影付けした画像を作成し、画
像表示面上に表示する画像処理装置において、前記画像表示面に表された３次元物体上の任意の点を指
定する指示手段と 、該指示手段により指定された位置をハイライト位置とす
るための光源位置を演算により求める光源位置算出手段
と、を備えてなることを特徴とする画像処理装置 。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3064318A JP2744710B2 (ja) | 1991-03-28 | 1991-03-28 | 画像処理装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3064318A JP2744710B2 (ja) | 1991-03-28 | 1991-03-28 | 画像処理装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05266210A JPH05266210A (ja) | 1993-10-15 |
| JP2744710B2 true JP2744710B2 (ja) | 1998-04-28 |
Family
ID=13254771
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3064318A Expired - Lifetime JP2744710B2 (ja) | 1991-03-28 | 1991-03-28 | 画像処理装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2744710B2 (ja) |
-
1991
- 1991-03-28 JP JP3064318A patent/JP2744710B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ＦＯＬＥＹ／ＶＡＮ ＤＡＭ著、今宮淳美訳、「コンピュータ・グラフィックス」（昭和５９年７月）、日本コンピュータ協会発行、ｐ５８９−５９０ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05266210A (ja) | 1993-10-15 |
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