JP2774627B2 - 画像表示方法及びその装置 - Google Patents
画像表示方法及びその装置Info
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- JP2774627B2 JP2774627B2 JP1338125A JP33812589A JP2774627B2 JP 2774627 B2 JP2774627 B2 JP 2774627B2 JP 1338125 A JP1338125 A JP 1338125A JP 33812589 A JP33812589 A JP 33812589A JP 2774627 B2 JP2774627 B2 JP 2774627B2
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- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T15/00—3D [Three Dimensional] image rendering
- G06T15/50—Lighting effects
- G06T15/506—Illumination models
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- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T15/00—3D [Three Dimensional] image rendering
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- Computer Graphics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Image Generation (AREA)
- Processing Or Creating Images (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はコンピュータグラィックにおける画像表示に
係り、特に、微細領域の集合で成る画像例えば人間の頭
髪等のような微細な線の集合体の画像表示に好適な画像
表示方法及びその装置に関する。
係り、特に、微細領域の集合で成る画像例えば人間の頭
髪等のような微細な線の集合体の画像表示に好適な画像
表示方法及びその装置に関する。
［従来の技術］ コンピュータグラフィックによる画像処理技術は進歩
が目覚ましく種々の物体の表示が可能になってきている
が、人間の頭髪や動物の体毛等の異方性反射属性を持つ
物体は、まだその画像表現にリアリティが欠け、各方面
で研究が進められている。
が目覚ましく種々の物体の表示が可能になってきている
が、人間の頭髪や動物の体毛等の異方性反射属性を持つ
物体は、まだその画像表現にリアリティが欠け、各方面
で研究が進められている。
異方性反射属性を表現する計算機アルゴリズムとし
て、従来は、カナダの学会誌プロシーディング グラフ
ィック インターフェイス'88の138〜145頁にあるミラ
ー氏の「フローム ワイヤーフレーム トゥ ファリィ
アニマルズ」（Proc.Graphics Interface'8 pp138−1
45“FROM WIRE−FRAMES TO FURRY ANIMALS"（Mille
r））が知られている。この従来技術では、短い直毛系
の動物モデルのレンダリングを行っている。
て、従来は、カナダの学会誌プロシーディング グラフ
ィック インターフェイス'88の138〜145頁にあるミラ
ー氏の「フローム ワイヤーフレーム トゥ ファリィ
アニマルズ」（Proc.Graphics Interface'8 pp138−1
45“FROM WIRE−FRAMES TO FURRY ANIMALS"（Mille
r））が知られている。この従来技術では、短い直毛系
の動物モデルのレンダリングを行っている。
また、別の従来技術として、論文集プロシーディング
ス オブ コンピュータグラフィックス インターナシ
ョナル'89の691〜700頁「ニュー アドバンシズ イン
コンピュータグラフィックス」スプリンガー出版
（“New Advances in Computer Graphics"SPRINGER VER
LAG）がある。この従来技術では、人間の頭髪を直毛と
して表現している。
ス オブ コンピュータグラフィックス インターナシ
ョナル'89の691〜700頁「ニュー アドバンシズ イン
コンピュータグラフィックス」スプリンガー出版
（“New Advances in Computer Graphics"SPRINGER VER
LAG）がある。この従来技術では、人間の頭髪を直毛と
して表現している。
［発明が解決しようとする課題］ 上記の従来技術では、体毛や頭髪を短い直毛の集合と
して近似し表現しているが、光況のある一本一本の毛が
同一方向に揃ったときに出てくる「つや」と呼ばれる質
感を表現することができておらず、リアリティに欠ける
という問題がある。また、その計算時間が膨大となり、
実用的ではないという問題もある。
して近似し表現しているが、光況のある一本一本の毛が
同一方向に揃ったときに出てくる「つや」と呼ばれる質
感を表現することができておらず、リアリティに欠ける
という問題がある。また、その計算時間が膨大となり、
実用的ではないという問題もある。
上述した問題は、従来の開発CG方向が、大局的には乱
反射に近く局所的には反射光がある方向に揃っている異
方性反射モデル自体の開発に重点が置かれ、このため光
学法則にのっとった理論式の展開やモデルの精密化或い
は簡易化が中心にあったために出て来た問題である。つ
まり、従来技術は、表示単位である微小領域毎につまり
毛の一本一本毎にその色調や輝度を効率的に指定すると
いう観点がなく、更に、表示するときにその表示が物理
的に厳密なシミュレーションでなくてもその概要を高速
表示する方が実用的であるという配慮がない。
反射に近く局所的には反射光がある方向に揃っている異
方性反射モデル自体の開発に重点が置かれ、このため光
学法則にのっとった理論式の展開やモデルの精密化或い
は簡易化が中心にあったために出て来た問題である。つ
まり、従来技術は、表示単位である微小領域毎につまり
毛の一本一本毎にその色調や輝度を効率的に指定すると
いう観点がなく、更に、表示するときにその表示が物理
的に厳密なシミュレーションでなくてもその概要を高速
表示する方が実用的であるという配慮がない。
本発明の第１の目的は、異方性反射属性を持つ様な微
小領域の集合体を微小領域毎に異ならせて表示するに際
し各微小領域毎に表示色や表示輝度を高速に指定できる
画像表示方法及び装置を提供することにある。
小領域の集合体を微小領域毎に異ならせて表示するに際
し各微小領域毎に表示色や表示輝度を高速に指定できる
画像表示方法及び装置を提供することにある。
本発明の第２の目的は、微小領域集合個所の表現を変
更を可能にしてリアリティのある画像表示を可能とする
画像表示方法及び装置を提供することにある。
更を可能にしてリアリティのある画像表示を可能とする
画像表示方法及び装置を提供することにある。
［課題を解決するための手段］ 上記第１の目的は、画像の全部或いは一部を微小領域
の集合として生成し表示するにあたり、各微小領域１つ
１つに乱数を対応させて各微小領域の表示色或いは表示
輝度を異ならせて表示することで、達成される。
の集合として生成し表示するにあたり、各微小領域１つ
１つに乱数を対応させて各微小領域の表示色或いは表示
輝度を異ならせて表示することで、達成される。
上記第２の目的は、一様乱数を発生させる場合はその
発生範囲を、分布関数により乱数を発生させる場合には
その平均値や分散を、オペレータが変更指定すること
で、達成される。
発生範囲を、分布関数により乱数を発生させる場合には
その平均値や分散を、オペレータが変更指定すること
で、達成される。
［作用］ 各微小領域毎にその表示色や表示輝度を指定する場
合、一々オペレータが指定したのでは時間がかかる。し
かし、本発明では、乱数を使用して確率論的に各指定を
自動的に行うので、高速指定ができ、また、高速表示が
可能になる。
合、一々オペレータが指定したのでは時間がかかる。し
かし、本発明では、乱数を使用して確率論的に各指定を
自動的に行うので、高速指定ができ、また、高速表示が
可能になる。
また、乱数の発生範囲等を変更することで、各微小領
域毎の表示色の偏差や表示輝度の偏差が変化し、表示さ
れた微小領域集合個所の表示質感等が変化する。
域毎の表示色の偏差や表示輝度の偏差が変化し、表示さ
れた微小領域集合個所の表示質感等が変化する。
［実施例］ 以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。
本発明では、全部或いは一部が微小領域の集合体で成
る画像一般の表示に適用できるものであるが、説明を明
確にするため、第７図に示す様に、異方性反射モデルの
典型的な例である女性の頭髪の表示に関して説明する。
る画像一般の表示に適用できるものであるが、説明を明
確にするため、第７図に示す様に、異方性反射モデルの
典型的な例である女性の頭髪の表示に関して説明する。
第７図に示す髪型モデルは、髪の毛一本一本の線図と
して描画してあり、髪の毛の一本一本を区別して見るこ
とができるように、髪の毛の間に隙間を入れてある。こ
の隙間は頭髪表現のリアリティを損なうものであり、コ
ンピュータグラフィックで頭髪をリアリティに表示する
場合、隙間無く頭髪を描画する必要がある。しかし単に
頭髪間の隙間を無くせば、頭髪部分は黒一色の所謂ベタ
塗り状態になってしまう。髪の毛は一本一本状況を有
し、その髪の毛の束もやはり光沢を有する。しかし、こ
の髪の毛の束が有する光沢を表現しようとした場合、頭
髪部分をベタ塗にししかも全体に一様の光沢を持たせた
だけではリアリティに欠ける。それは、頭髪全体を見た
場合、各髪の毛からの反射光のうち接線方向成分が略平
行光線となるがそれと直角方向の成分は乱反射に近く、
これが為に光沢のある多数の線の束として認識されるた
めである。これを実際に光学理論式を用いてシミュレー
トするのは膨大な時間がかかり実用的でない。そこで、
本実施例では、各髪の毛一本一本の表示輝度を違えるこ
とで、見る人に多数の髪の毛の束として認識させること
のできる画像表示を行う。
して描画してあり、髪の毛の一本一本を区別して見るこ
とができるように、髪の毛の間に隙間を入れてある。こ
の隙間は頭髪表現のリアリティを損なうものであり、コ
ンピュータグラフィックで頭髪をリアリティに表示する
場合、隙間無く頭髪を描画する必要がある。しかし単に
頭髪間の隙間を無くせば、頭髪部分は黒一色の所謂ベタ
塗り状態になってしまう。髪の毛は一本一本状況を有
し、その髪の毛の束もやはり光沢を有する。しかし、こ
の髪の毛の束が有する光沢を表現しようとした場合、頭
髪部分をベタ塗にししかも全体に一様の光沢を持たせた
だけではリアリティに欠ける。それは、頭髪全体を見た
場合、各髪の毛からの反射光のうち接線方向成分が略平
行光線となるがそれと直角方向の成分は乱反射に近く、
これが為に光沢のある多数の線の束として認識されるた
めである。これを実際に光学理論式を用いてシミュレー
トするのは膨大な時間がかかり実用的でない。そこで、
本実施例では、各髪の毛一本一本の表示輝度を違えるこ
とで、見る人に多数の髪の毛の束として認識させること
のできる画像表示を行う。
第２図は、本発明の一実施例に係る画像表示装置の構
成図である。この画像表示装置は、画像を表示するディ
スプレイ201と、表示を制御するコントローラ202と、前
記ディスプレイ201の表示を見ながら対話的処理を可能
にする入力編集装置203と、計算機処理部204と、データ
ファイル205とから成る。
成図である。この画像表示装置は、画像を表示するディ
スプレイ201と、表示を制御するコントローラ202と、前
記ディスプレイ201の表示を見ながら対話的処理を可能
にする入力編集装置203と、計算機処理部204と、データ
ファイル205とから成る。
第１図は、第２図に示す計算機処理部での処理手順を
示すフローチャートである。先ず、表示する人間の頭部
を定義し（ステップ101）、次に髪型を定義し（ステッ
プ102）、次に髪の色を定義する（ステップ103）する。
これらは、口述する様に、オペレータが指定することで
行う。そして、計算機処理部204は、各髪の毛一本一本
毎つまり微小領域単位毎に輝度計算を行い（ステップ10
4）、次に各微小領域を構成する各画素等に輝度計算を
行い（ステップ105）、最後に、生成した画像をディス
プレイ201に表示する（ステップ106）。
示すフローチャートである。先ず、表示する人間の頭部
を定義し（ステップ101）、次に髪型を定義し（ステッ
プ102）、次に髪の色を定義する（ステップ103）する。
これらは、口述する様に、オペレータが指定することで
行う。そして、計算機処理部204は、各髪の毛一本一本
毎つまり微小領域単位毎に輝度計算を行い（ステップ10
4）、次に各微小領域を構成する各画素等に輝度計算を
行い（ステップ105）、最後に、生成した画像をディス
プレイ201に表示する（ステップ106）。
ステップ101における頭部の定義方法としては様々な
方法があるが、本実施例では、三次元ディジタイザから
入力指定した人間の頭部の形状データをもとに、多角形
モデルを生成しこれを頭部の表面モデルとして定義す
る。
方法があるが、本実施例では、三次元ディジタイザから
入力指定した人間の頭部の形状データをもとに、多角形
モデルを生成しこれを頭部の表面モデルとして定義す
る。
ステップ102における頭髪部（髪型）の定義は、本実
施例では頭髪一本一本は曲線モデルとして指定しその集
合として定義する。つまり、髪型の定義は、曲線の集合
つまり曲線の束を制御することに他ならない。例えば、
頭髪を描画する頭部の各点にベクトル場を指定し、それ
の初速度とする放物線の軌跡として一本一本の曲線を生
成する。当然のことであるが、頭部内に曲線が入り込ま
ないように干渉チェックを行い、曲線の軌跡を修正す
る。尚、曲線とその発生方法は、二次元の放物線に限ら
ず、他の曲線でもまた他の発生方法でもよいことはいう
までもない。
施例では頭髪一本一本は曲線モデルとして指定しその集
合として定義する。つまり、髪型の定義は、曲線の集合
つまり曲線の束を制御することに他ならない。例えば、
頭髪を描画する頭部の各点にベクトル場を指定し、それ
の初速度とする放物線の軌跡として一本一本の曲線を生
成する。当然のことであるが、頭部内に曲線が入り込ま
ないように干渉チェックを行い、曲線の軌跡を修正す
る。尚、曲線とその発生方法は、二次元の放物線に限ら
ず、他の曲線でもまた他の発生方法でもよいことはいう
までもない。
曲線の長さ方向のパラメータを“u"、各曲線を夫々示
すインデックスを“v"として曲線を表現する。今、二次
元の領域を“Ω",三次元空間を“R3"とし、写像ｆが
「Ω→R3」で定義されているとすると、（u,v）∈Ωに
対しｆ（u,v）∈R3である。ここで、Ω上の実数値関数f
1（u,v）,f2（u,v）,f3（u,v）を用いて ｆ（u,v）＝（f1（u,v）,f2（u,v）,f3（u,v）） とすると、写像ｆ（u,v）に対し、各インデックスｖを
固定することで、曲線一本一本は Fv（ｕ）＝f1（u,v）,f2（u,v）,f3（u,v）） …（１） として表される。従って、曲線の束は ｛Fv｝ｖ …（２） となる。
すインデックスを“v"として曲線を表現する。今、二次
元の領域を“Ω",三次元空間を“R3"とし、写像ｆが
「Ω→R3」で定義されているとすると、（u,v）∈Ωに
対しｆ（u,v）∈R3である。ここで、Ω上の実数値関数f
1（u,v）,f2（u,v）,f3（u,v）を用いて ｆ（u,v）＝（f1（u,v）,f2（u,v）,f3（u,v）） とすると、写像ｆ（u,v）に対し、各インデックスｖを
固定することで、曲線一本一本は Fv（ｕ）＝f1（u,v）,f2（u,v）,f3（u,v）） …（１） として表される。従って、曲線の束は ｛Fv｝ｖ …（２） となる。
本実施例では、上述の様にして定義した一本一本の曲
線FVの輝度を異ならせて表示する。そのため、ステップ
103において、髪の毛（曲線）一本一本の色を定義す
る。一般に、ある物体上の一点ｐでの輝度Ipは、周囲光
成分Ia,拡散光成分Id,直接反射光成分Isの和で定義され
る。
線FVの輝度を異ならせて表示する。そのため、ステップ
103において、髪の毛（曲線）一本一本の色を定義す
る。一般に、ある物体上の一点ｐでの輝度Ipは、周囲光
成分Ia,拡散光成分Id,直接反射光成分Isの和で定義され
る。
Ip＝Ia＋Id＋Is …（３） 例えば、輝度を赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の三原
色を用いて表す場合、曲線を示す第（１）式の両辺に表
れる各項は、R,G,B夫々の成分毎に実数値が割り当てら
れる。つまり、第（３）式の各項は夫々三次元ベクトル
で表される。
色を用いて表す場合、曲線を示す第（１）式の両辺に表
れる各項は、R,G,B夫々の成分毎に実数値が割り当てら
れる。つまり、第（３）式の各項は夫々三次元ベクトル
で表される。
拡散光成分Idは、第３図に示す様に、物体表面上のあ
る点Ｐから見た光源301の向き（単位ベクトルＬで指
定）と、点Ｐでの法線ベクトルＮの向きの関数として決
まる。即ち、 Id＝hp（L,N,…） …（４） と表すことができる。また、直接反射光Isは、光源の向
き（単位ベクトルＬ）と法線ベクトルＮの向きの他、視
線方向ベクトルｅの関数として決まる。つまり、 Is＝gp（e,L,N,…） …（５） となる。例えば、Phongのモデルでは、 hp（L,N,…）＝Mp×ip×（L,N） …（６） Mp:点Ｐでの物体の色 ip:物体わ照らす特定の光源の色 （L,N）：ベクトルL,Nの内積 gp（e,L,N,…）＝wp×ip×（J,e）ｎ …（７） wp:反射係数（スカラー） J :ベクトルＮとベクトルＬ＋Ｊが平行となるような単
位ベクトル n :自然数 尚、本実施例では、特に関数gpは、Blinnのモデルを
曲線表示に簡略化したものを使用する。第４図に示す様
に、Blinnのモデルでは、関数gpは、ベクトルＬとベク
トルｅの中間方向の単位ベクトルＨと、頭髪曲線モデル
の接線方向の単位ベクトルＴに依存して決まるもので、 Is＝gp（H,T,…） …（８） である。
る点Ｐから見た光源301の向き（単位ベクトルＬで指
定）と、点Ｐでの法線ベクトルＮの向きの関数として決
まる。即ち、 Id＝hp（L,N,…） …（４） と表すことができる。また、直接反射光Isは、光源の向
き（単位ベクトルＬ）と法線ベクトルＮの向きの他、視
線方向ベクトルｅの関数として決まる。つまり、 Is＝gp（e,L,N,…） …（５） となる。例えば、Phongのモデルでは、 hp（L,N,…）＝Mp×ip×（L,N） …（６） Mp:点Ｐでの物体の色 ip:物体わ照らす特定の光源の色 （L,N）：ベクトルL,Nの内積 gp（e,L,N,…）＝wp×ip×（J,e）ｎ …（７） wp:反射係数（スカラー） J :ベクトルＮとベクトルＬ＋Ｊが平行となるような単
位ベクトル n :自然数 尚、本実施例では、特に関数gpは、Blinnのモデルを
曲線表示に簡略化したものを使用する。第４図に示す様
に、Blinnのモデルでは、関数gpは、ベクトルＬとベク
トルｅの中間方向の単位ベクトルＨと、頭髪曲線モデル
の接線方向の単位ベクトルＴに依存して決まるもので、 Is＝gp（H,T,…） …（８） である。
上述した各式（４），（８）から拡散光成分Idと直接
反射光成分Isが求まり、これらの和に周囲光成分Iaを加
算することで、第（３）式からその点ｐにおける表示輝
度Ipが求まる。点の連続としての曲線モデル、本実施例
における一微小領域単位の各点の輝度を算出し表示する
ことで、曲線一本一本の表示がなされる。
反射光成分Isが求まり、これらの和に周囲光成分Iaを加
算することで、第（３）式からその点ｐにおける表示輝
度Ipが求まる。点の連続としての曲線モデル、本実施例
における一微小領域単位の各点の輝度を算出し表示する
ことで、曲線一本一本の表示がなされる。
一方、第（３）式における周囲光成分Iaは、物体色と
一様散乱光の色のみで決まるものであり、これを各曲線
毎に指定していたのでは時間がかかり、数百本数千本の
曲線束を表現する場合には実用的ではない。そこで、本
実施例では、周囲光成分Iaを次式（９）により算出す
る。
一様散乱光の色のみで決まるものであり、これを各曲線
毎に指定していたのでは時間がかかり、数百本数千本の
曲線束を表現する場合には実用的ではない。そこで、本
実施例では、周囲光成分Iaを次式（９）により算出す
る。
（Ia）ｖ＝ma＋σａ×（ｒ）ｖ …（９） ここで、“r"は分布関数，例えば正規分布に従う乱数
であり、“ma"はその平均値であり、“σa"はその分散
である。この平均値maと分散値σａをオペレータが入力
すると、計算機処理部はこの入力値に従う乱数ｒを発生
する。例えば、2000本の曲線で成る曲線束を表現する場
合には、2000個（ｖ＝１〜2000）の乱数を発生し、各曲
線毎にその乱数を１つづつ割り振り、インデックスｖの
曲線における周囲光成分（Ia）ｖを夫々第（９）式によ
り算出する。
であり、“ma"はその平均値であり、“σa"はその分散
である。この平均値maと分散値σａをオペレータが入力
すると、計算機処理部はこの入力値に従う乱数ｒを発生
する。例えば、2000本の曲線で成る曲線束を表現する場
合には、2000個（ｖ＝１〜2000）の乱数を発生し、各曲
線毎にその乱数を１つづつ割り振り、インデックスｖの
曲線における周囲光成分（Ia）ｖを夫々第（９）式によ
り算出する。
求めるべき輝度値Ipを 0.0≦Ip≦1.0 …（10） の範囲で定義し（これは、IpのR,G,B各成分が０以上１
以下でいることを略記したものである。）、式（４），
（８），（９）から各曲線を構成する各点における前記
成分Id,Is,Iaが算出されると、第（３）式により各点に
おける輝度値Ipが求まる。そして、 Ip＝min（1,max（0,Ip）） …（11） と修正する。これも第（10）式と同様にR,G,B各成分に
つき修正することを意味する。
以下でいることを略記したものである。）、式（４），
（８），（９）から各曲線を構成する各点における前記
成分Id,Is,Iaが算出されると、第（３）式により各点に
おける輝度値Ipが求まる。そして、 Ip＝min（1,max（0,Ip）） …（11） と修正する。これも第（10）式と同様にR,G,B各成分に
つき修正することを意味する。
この輝度計算は、作成画像の各画素で次の様に処理
る。各画素において曲線モデルがその画素に占める面積
比率を求めこれをΔｐとする。そして、第（３）式で求
めた輝度Ipに対して次式（12）にて各画素の色Ipx1を求
める。
る。各画素において曲線モデルがその画素に占める面積
比率を求めこれをΔｐとする。そして、第（３）式で求
めた輝度Ipに対して次式（12）にて各画素の色Ipx1を求
める。
この式において、右辺の和は、当該画素に投影される
曲線束上の全ての点ｐについてとる。
曲線束上の全ての点ｐについてとる。
上記の第（12）により各画素についての色Ipxnを算出
し、これを表示することで、頭髪部分は多数の曲線の束
として表現され、リアリティの高い画像が得られる。
し、これを表示することで、頭髪部分は多数の曲線の束
として表現され、リアリティの高い画像が得られる。
上述した実施例では、特に第（９）式により乱数に基
づいて各曲線の周囲光成分Iaを求め、オペレータが一本
一本の周囲光成分Iaを指定することなく確率論的に周囲
光成分Iaを定め、これにより、曲線束を構成する各曲線
の表示色を微妙に異ならせ（本実施例では、輝度をR,G,
Bの三原色で表しているので、輝度を変えることで表示
色が変わる。）、つや等の質感を表示している。しか
し、周囲光成分でなく、直接反射光成分Isの表示輝度
（色）を確率論的に異ならせることでも、同様の効果を
得ることができる。また、実施例では、分布関数に従う
乱数を使用したが、一様乱数を使用して各曲線の夫々の
表示輝度（色）を異ならせてもよい。
づいて各曲線の周囲光成分Iaを求め、オペレータが一本
一本の周囲光成分Iaを指定することなく確率論的に周囲
光成分Iaを定め、これにより、曲線束を構成する各曲線
の表示色を微妙に異ならせ（本実施例では、輝度をR,G,
Bの三原色で表しているので、輝度を変えることで表示
色が変わる。）、つや等の質感を表示している。しか
し、周囲光成分でなく、直接反射光成分Isの表示輝度
（色）を確率論的に異ならせることでも、同様の効果を
得ることができる。また、実施例では、分布関数に従う
乱数を使用したが、一様乱数を使用して各曲線の夫々の
表示輝度（色）を異ならせてもよい。
曲線束の表示質感を変更したい場合には、曲線束を構
成する各曲線の表示輝度の偏差を可変にすることで、可
能である。この偏差は、分布関数に従う乱数の場合は、
その分散値σを変更することでできる。また、一様乱数
を使用する場合には、乱数を発生させる範囲例えば０〜
2000の間で2000個の乱数を発生させるか或いは０〜1000
0の間で2000個の乱数を発生させるかによって変更する
ことができる。
成する各曲線の表示輝度の偏差を可変にすることで、可
能である。この偏差は、分布関数に従う乱数の場合は、
その分散値σを変更することでできる。また、一様乱数
を使用する場合には、乱数を発生させる範囲例えば０〜
2000の間で2000個の乱数を発生させるか或いは０〜1000
0の間で2000個の乱数を発生させるかによって変更する
ことができる。
次に、機械系CADにおけるヘアライン仕上げに本発明
を適用した実施例について説明する。この実施例も先の
実施例と同じく、曲線が第（１）式，第（２）の形で与
えられているものとする。また、第５図に示す様に、各
曲線Fvがヘアライン方向を示すものとする。先の実施例
では、周囲光成分Iaの計算に乱数を用いたが、本実施例
では、直接反射光Isの計算に乱数列｛rv｝を用いる。そ
の計算手順を第６図に示す。この実施例における処理は
居所的なので、第５図に示す様な一枚の曲面パッチに限
定して説明するが、一般的な曲面でも同様である。
を適用した実施例について説明する。この実施例も先の
実施例と同じく、曲線が第（１）式，第（２）の形で与
えられているものとする。また、第５図に示す様に、各
曲線Fvがヘアライン方向を示すものとする。先の実施例
では、周囲光成分Iaの計算に乱数を用いたが、本実施例
では、直接反射光Isの計算に乱数列｛rv｝を用いる。そ
の計算手順を第６図に示す。この実施例における処理は
居所的なので、第５図に示す様な一枚の曲面パッチに限
定して説明するが、一般的な曲面でも同様である。
本実施例では、先ず、曲面の曲線束表現（第（１）
式，第（２）式）が与えられたところから始まる（ステ
ップ601）。そして、発生させる乱数列の平均値ｍと分
散σとを指定し（ステップ602）、周囲光成分Iaを指定
する（ステップ603）。周囲光成分Iaは、本実施例で
は、曲面全体で一定であるとして入力する。
式，第（２）式）が与えられたところから始まる（ステ
ップ601）。そして、発生させる乱数列の平均値ｍと分
散σとを指定し（ステップ602）、周囲光成分Iaを指定
する（ステップ603）。周囲光成分Iaは、本実施例で
は、曲面全体で一定であるとして入力する。
ステップ604では、輝度Ipを Ip＝Ia＋Is＊ として算出する。本実施例では、拡散光成分Idを省略す
ることで、算出時間の短縮を図る（尚、先の実施例にお
ける第（３）式でも拡散光成分Idを省略してもよ
い。）。ここで、第（８）式から直接反射光成分Isを求
め、この値Isと、前記ステップ602による平均値ｍと分
散σ、及び乱数列｛rv｝を用い、次式により直接反射光
成分Isは乱数によって揺らぎを与えたIs＊を算出する。
ることで、算出時間の短縮を図る（尚、先の実施例にお
ける第（３）式でも拡散光成分Idを省略してもよ
い。）。ここで、第（８）式から直接反射光成分Isを求
め、この値Isと、前記ステップ602による平均値ｍと分
散σ、及び乱数列｛rv｝を用い、次式により直接反射光
成分Isは乱数によって揺らぎを与えたIs＊を算出する。
Is＊＝Is×（ｍ＋σ×rv） 以上により求めた輝度Ipを使用して各画素毎の輝度計
算をし（ステップ605）、各画素を表示する（ステップ6
06）。
算をし（ステップ605）、各画素を表示する（ステップ6
06）。
本実施例では、周囲光は曲面の各点で一様である。従
って、直接反射光の近傍の異方性の様子が協調して描か
れることになる。
って、直接反射光の近傍の異方性の様子が協調して描か
れることになる。
本発明は、数値解析結果の画像表示にも有効である。
従来は、流線ペクトル場を離散化した形で矢線ベクトル
の集合として画像表示しているが、これは概要を見るに
はよいが、計算結果の詳細まで画像として表示したもの
ではない。そこで、例えば、流体解析の結果を流線束と
して表現し、各流線を上述した実施例と同様にその表示
輝度を算出し表示することで、数値解析結果の詳細まで
も流線として画像表示することが可能となる。尚、この
場合は、最初の実施例と同じく、周囲光成分Iaを乱数列
により制御することで、一本一本の流線の関係を精密に
表示することができる。直接反射光Isの計算は、流線表
示の場合は物理的意味はないので略してもよい。但し、
曲率の急変する場所ではハイトライト光（直接反射光）
が強くなるので、そういう場所を知りたい場合には、直
接反射光成分Isまで考慮して画像表示することは有効で
ある。
従来は、流線ペクトル場を離散化した形で矢線ベクトル
の集合として画像表示しているが、これは概要を見るに
はよいが、計算結果の詳細まで画像として表示したもの
ではない。そこで、例えば、流体解析の結果を流線束と
して表現し、各流線を上述した実施例と同様にその表示
輝度を算出し表示することで、数値解析結果の詳細まで
も流線として画像表示することが可能となる。尚、この
場合は、最初の実施例と同じく、周囲光成分Iaを乱数列
により制御することで、一本一本の流線の関係を精密に
表示することができる。直接反射光Isの計算は、流線表
示の場合は物理的意味はないので略してもよい。但し、
曲率の急変する場所ではハイトライト光（直接反射光）
が強くなるので、そういう場所を知りたい場合には、直
接反射光成分Isまで考慮して画像表示することは有効で
ある。
尚、上述した実施例では、 Ia＝ｍ＋σ×ｒ として計算したが、これは値ｍを中心として周囲光Iaが
ランダムに変化することを示している。本発明は斯かる
式に限定されるものではなく、周囲光成分或いは直接反
射光成分の少なくとも一方が微小領域毎に乱数的に変化
すればよく、例えば （Ip）ｖ＝Ｙ（ｖ） となるインデックスｖをパラメータとしてランダムに変
化する関数Ｙで計算してもよい。この場合は、関数Ｙ自
体をオペレータが指定する必要がある。また、 （Ip）ｖ＝Ｙ（ｓ（ａ）,v） なる関数を使用し、変数ｓ（ａ）（これは一般的にはベ
クトル値をとる。）の基準値をオペレータが指定し、計
算機がこの基準値を中心にランダムに変数ｓ（ａ）の値
を決めて輝度Ipを算出するようにしてもよい。上述した
実施例では、平均値ｍと分散σがこの基準値に相当す
る。
ランダムに変化することを示している。本発明は斯かる
式に限定されるものではなく、周囲光成分或いは直接反
射光成分の少なくとも一方が微小領域毎に乱数的に変化
すればよく、例えば （Ip）ｖ＝Ｙ（ｖ） となるインデックスｖをパラメータとしてランダムに変
化する関数Ｙで計算してもよい。この場合は、関数Ｙ自
体をオペレータが指定する必要がある。また、 （Ip）ｖ＝Ｙ（ｓ（ａ）,v） なる関数を使用し、変数ｓ（ａ）（これは一般的にはベ
クトル値をとる。）の基準値をオペレータが指定し、計
算機がこの基準値を中心にランダムに変数ｓ（ａ）の値
を決めて輝度Ipを算出するようにしてもよい。上述した
実施例では、平均値ｍと分散σがこの基準値に相当す
る。
［発明の効果］ 本発明によれば、微小領域の集合でなる画像を表示す
る場合、簡単且つ容易に微小領域毎の表示輝度や表示色
を違えることができるので、微小領域集合個所の画像を
リアリティ且つ高速に表示できるという効果がある。ま
た、使用する乱数の偏差を変更可能としたので、艶等の
表示質感もオペレータにより選択可能となる。
る場合、簡単且つ容易に微小領域毎の表示輝度や表示色
を違えることができるので、微小領域集合個所の画像を
リアリティ且つ高速に表示できるという効果がある。ま
た、使用する乱数の偏差を変更可能としたので、艶等の
表示質感もオペレータにより選択可能となる。
【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例に係る画像表示方法の処理手
順を示すフローチャート、第２図は本発明の一実施例に
係る画像表示装置の構成図、第３図は輝度計算に必要な
ベクトル諸量の説明図、第４図は曲線上の点における輝
度計算に必要なベクトル諸量の説明図、第５図は曲面を
曲線束として定義するところを示す概念図、第６図は本
発明の別実施例に係る画像表示方法の処理手順を示すフ
ローチャート、第７図は本発明の実施例により画像表示
する異方性反射モデルである女性の髪型を示す図であ
る。 201……ディスプレイ、202……コントローラ、203……
入力編集装置、204……計算機処理部、205……データフ
ァイル。
順を示すフローチャート、第２図は本発明の一実施例に
係る画像表示装置の構成図、第３図は輝度計算に必要な
ベクトル諸量の説明図、第４図は曲線上の点における輝
度計算に必要なベクトル諸量の説明図、第５図は曲面を
曲線束として定義するところを示す概念図、第６図は本
発明の別実施例に係る画像表示方法の処理手順を示すフ
ローチャート、第７図は本発明の実施例により画像表示
する異方性反射モデルである女性の髪型を示す図であ
る。 201……ディスプレイ、202……コントローラ、203……
入力編集装置、204……計算機処理部、205……データフ
ァイル。
Claims (17)
- 【請求項１】画像の全部或いは一部を微小領域の集合と
して生成し表示する画像表示方法において、各微小領域
の夫々の輝度Ipを少なくとも周囲光成分Iaと直接反射光
成分Isとの和として算出するときに、周囲光成分Ia或い
は直接反射光成分Isの少なくとも一方を各微小領域毎に
割り振った乱数に応じて算出し、算出した各輝度Ipで夫
々の微小領域を表示することを特徴とする画像表示方
法。 - 【請求項２】請求項１において、各微小領域に割り振る
乱数ｒで構成される分布関数に従う乱数列｛ｒ｝の平均
値をm,分散をσとしたとき、 Ia＝ｍ＋σ＊ｒまたは Is＝ｍ＋σ＊ｒ として各輝度Ipを算出することを特徴とする画像表示方
法。 - 【請求項３】請求項２において、分散σの値を変更する
ことで微小領域集合個所の表示質を変更することを特徴
とする画像表示方法。 - 【請求項４】画像の全部或いは一部を微小領域の集合と
して生成しい表示する画像表示方法において、各微小領
域の夫々の輝度Ipを少なくとも周囲光成分Iaと直接反射
光成分Isとの和として算出するときに、周囲光成分Ia或
いは直接反射光成分Isの少なくとも一方をオペレータの
指定するランダムな関数で算出し、求めた各輝度Ipで夫
々の微小領域を表示することを特徴とする画像表示方
法。 - 【請求項５】画像の全部或いは一部を微小領域の集合と
して生成し表示する画像表示方法において、各微小領域
１つ１つに乱数を対応させて各微小領域の表示色を算出
し算出した各表示色で夫々の微小領域を表示することを
特徴とする画像表示方法。 - 【請求項６】異方性反射属性を有する物体の画像を生成
し表示する画像表示方法において、物体からの光反射方
向の異なる微小領域毎に各微小領域の表示色或いは表示
輝度を乱数にて異ならせ表示することを特徴とする画像
表示方法。 - 【請求項７】画像の全部或いは一部を微小領域の集合と
して生成し表示する画像表示方法において、各微小領域
の夫々の表示色或いは表示輝度を少なくとも周囲光の成
分と直接反射光の成分との和として算出し表示するとき
に、少なくともいずれか一方の成分を算出する関数とし
て当該微小領域を示すインデックスとユーザが基準値を
指定する変数とをパラメータとする関数を使用し、各微
小領域での前記関数による算出においては前記変数の値
として前記基準値に対して各微小領域毎にランダムに変
化させた乱数を使用することを特徴とする画像表示方
法。 - 【請求項８】請求項５乃至請求項７のいずれかにおい
て、乱数として一様乱数を使用し該一様乱数を発生させ
る範囲を変更して微小領域集合個所の表示質を変更する
ことを特徴とする画像表示方法。 - 【請求項９】全部或いは一部を微小領域の集合として画
像を生成しディスプレイに表示する画像表示装置におい
て、乱数列｛ｒ｝を発生し各乱数を各微小領域に割り振
る乱数発生手段と、各微小領域の夫々の表示輝度Ipを少
なくとも周囲光成分Iaと直接光成分Isとの和として計算
するとき少なくとも一方の成分IaまたはIsを割り振られ
た乱数に応じて算出し求めた表示輝度Ipで夫々の微小領
域を表示する手段を備えることを特徴とする画像表示装
置。 - 【請求項１０】請求項９において、乱数を分布関数に従
う乱数とし、乱数列｛ｒ｝の平均値をm,分散をσとした
とき、 Ia＝ｍ＋σ＊ｒまたは Is＝ｍ＋σ＊ｒ として各輝度Ipを算出する手段を備えることを特徴とす
る画像表示装置。 - 【請求項１１】請求項10において、平均値ｍと分散σの
指定手段を備え、前記乱数発生手段は指定された平均値
ｍと分散σに基づいて乱数を発生するものであることを
特徴とする画像表示装置。 - 【請求項１２】全部或いは一部を微小領域の集合として
画像を生成しディスプレイに表示する画像表示装置にお
いて、各微小領域の表示輝度或いは表示色を夫々算出す
るにあたり周囲光の成分或いは直接反射光の成分の少な
くとも一方を算出する関数をオペレータがランダムに指
定する手段と、指定した関数にて算出した一方の成分に
他方の成分を加算して当該微小領域の表示輝度或いは表
示色を求め表示する手段を備えることを特徴とする画像
表示装置。 - 【請求項１３】画像表示用ディスプレイと、画像の形状
及び反射属性を計算して求め生成した画像を前記画像表
示用ディスプレイに表示する演算処理装置とを備える画
像表示装置において、前記演算処理装置は、乱数発生手
段と、生成する画像の全部或いは一部を微小領域の集合
として表示するときに前記乱数発生手段の発生した乱数
を各微小領域に割り振り各微小領域の夫々の表示色を割
り振られた乱数に基づいて異ならせる手段を備えること
を特徴とする画像表示装置。 - 【請求項１４】異方性反射属性を有する物体の画像を生
成し表示する画像表示装置において、物体からの光反射
方向の異なる微小領域毎に各微小領域の表示色或いは表
示輝度を乱数にて異ならせて表示する手段を備えること
を特徴とする画像表示装置。 - 【請求項１５】全部或いは一部を微小領域の集合として
画像生成しディスプレイに表示する画像表示装置におい
て、各微小領域の表示輝度を算出するにあたり周囲光に
よる成分と直接反射光による成分とを求め少なくとも両
成分を加算した値を前記表示輝度として当該微小領域を
表示する手段と、前記成分の少なくともいずれか一方を
算出する関数を微小領域インデックスと変数とをパラメ
ータとする関数としたときに前記変数の基準値をオペレ
ータが指定する手段と、各微小領域毎に前記関数による
算出を行うとき当該微小領域での当該変数の値として前
記基準値から微小領域毎にランダムに変化した乱数値と
する手段とを備えることを特徴とする画像表示装置。 - 【請求項１６】請求項13乃至請求項15のいずれかにおい
て、乱数は設定範囲内にて発生させる一様乱数であり該
設定範囲を任意に変更する手段を備えることを特徴とす
る画像表示装置。 - 【請求項１７】三次元画像の全体或いは一部を多数の曲
線の集合体として生成しディスプレイに表示する画像表
示装置において、オペレータが変数ｍと変数σの夫々の
値を指定する手段と、前記変数ｍの指定値を平均値とし
前記変数σの指定値を分散値とする分布関数に従う乱数
を発生し各乱数値ｒを前記曲線の一本一本に割り振る乱
数発生手段と、前記曲線の一本一本の表示輝度を算出す
るときに少なくとも周囲光成分と直接反射光成分の和と
して算出する手段と、該手段が表示輝度を算出するとき
に前記周囲光成分或いは直接反射光成分を「ｍ＋σ＊
ｒ」として算出する手段と、各曲線一本一本を夫々につ
いて算出した表示輝度で表示する手段とを備えることを
特徴とする画像表示装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1338125A JP2774627B2 (ja) | 1989-12-28 | 1989-12-28 | 画像表示方法及びその装置 |
| DE69032311T DE69032311T2 (de) | 1989-12-28 | 1990-12-27 | Verfahren und Vorrichtung zum Darstellen von Bildern |
| EP90125536A EP0435268B1 (en) | 1989-12-28 | 1990-12-27 | A method and apparatus for displaying images |
| US08/272,617 US5870096A (en) | 1989-12-28 | 1994-07-11 | Method and apparatus for displaying images |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1338125A JP2774627B2 (ja) | 1989-12-28 | 1989-12-28 | 画像表示方法及びその装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03201083A JPH03201083A (ja) | 1991-09-02 |
| JP2774627B2 true JP2774627B2 (ja) | 1998-07-09 |
Family
ID=18315150
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1338125A Expired - Lifetime JP2774627B2 (ja) | 1989-12-28 | 1989-12-28 | 画像表示方法及びその装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5870096A (ja) |
| EP (1) | EP0435268B1 (ja) |
| JP (1) | JP2774627B2 (ja) |
| DE (1) | DE69032311T2 (ja) |
Families Citing this family (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6246416B1 (en) * | 1998-12-01 | 2001-06-12 | Silicon Graphics, Inc. | Method for modeling reflection of light from an anisotropic surface |
| JP2001357415A (ja) * | 2000-04-13 | 2001-12-26 | Sony Corp | 画像処理装置および方法、記録媒体、並びにプログラム |
| JP4508517B2 (ja) * | 2002-03-29 | 2010-07-21 | 株式会社コナミデジタルエンタテインメント | ３次元画像合成装置並びに方法及び情報記憶媒体 |
| US7450122B2 (en) * | 2004-03-25 | 2008-11-11 | Pixar | Volumetric hair rendering |
| EP2120512A1 (en) * | 2008-05-13 | 2009-11-18 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Stochastic dynamic atmosphere |
| US9460546B1 (en) | 2011-03-30 | 2016-10-04 | Nvidia Corporation | Hierarchical structure for accelerating ray tracing operations in scene rendering |
| US8970584B1 (en) | 2011-06-24 | 2015-03-03 | Nvidia Corporation | Bounding box-based techniques for improved sample test efficiency in image rendering |
| US9153068B2 (en) | 2011-06-24 | 2015-10-06 | Nvidia Corporation | Clipless time and lens bounds for improved sample test efficiency in image rendering |
| US9142043B1 (en) | 2011-06-24 | 2015-09-22 | Nvidia Corporation | System and method for improved sample test efficiency in image rendering |
| US9269183B1 (en) | 2011-07-31 | 2016-02-23 | Nvidia Corporation | Combined clipless time and lens bounds for improved sample test efficiency in image rendering |
| US9305394B2 (en) | 2012-01-27 | 2016-04-05 | Nvidia Corporation | System and process for improved sampling for parallel light transport simulation |
| US9159158B2 (en) | 2012-07-19 | 2015-10-13 | Nvidia Corporation | Surface classification for point-based rendering within graphics display system |
| US9171394B2 (en) | 2012-07-19 | 2015-10-27 | Nvidia Corporation | Light transport consistent scene simplification within graphics display system |
| US9477330B2 (en) * | 2013-11-05 | 2016-10-25 | Microsoft Technology Licensing, Llc | Stylus tilt tracking with a digitizer |
| EP3057067B1 (en) * | 2015-02-16 | 2017-08-23 | Thomson Licensing | Device and method for estimating a glossy part of radiation |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2642534C2 (de) * | 1976-09-22 | 1985-04-04 | Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart | Anordnung zum Erzeugen von zweidimensionalen Mustern |
| JPH0746391B2 (ja) * | 1984-09-14 | 1995-05-17 | 株式会社日立製作所 | 図形シエ−デイング装置 |
| US4897806A (en) * | 1985-06-19 | 1990-01-30 | Pixar | Pseudo-random point sampling techniques in computer graphics |
| US5060169A (en) * | 1987-07-01 | 1991-10-22 | Ampex Corporation | Video simulation of an airbrush spray pattern |
| JP2661921B2 (ja) * | 1987-09-22 | 1997-10-08 | 大日本印刷株式会社 | 三次元物体を二次元表現する上での物体表面処理方法および処理装置 |
| US4866637A (en) * | 1987-10-30 | 1989-09-12 | International Business Machines Corporation | Pipelined lighting model processing system for a graphics workstation's shading function |
| US5063448A (en) * | 1989-07-31 | 1991-11-05 | Imageware Research And Development Inc. | Apparatus and method for transforming a digitized signal of an image |
| US4985779A (en) * | 1989-09-19 | 1991-01-15 | Intergraph Corporation | Improved method and apparatus for generating halftone images |
-
1989
- 1989-12-28 JP JP1338125A patent/JP2774627B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1990
- 1990-12-27 DE DE69032311T patent/DE69032311T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1990-12-27 EP EP90125536A patent/EP0435268B1/en not_active Expired - Lifetime
-
1994
- 1994-07-11 US US08/272,617 patent/US5870096A/en not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 電子情報通信学会技術研究報告，ＩＥ−８９−３４ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE69032311T2 (de) | 1998-09-03 |
| JPH03201083A (ja) | 1991-09-02 |
| EP0435268B1 (en) | 1998-05-13 |
| EP0435268A3 (en) | 1993-04-21 |
| US5870096A (en) | 1999-02-09 |
| EP0435268A2 (en) | 1991-07-03 |
| DE69032311D1 (de) | 1998-06-18 |
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