JP2959249B2

JP2959249B2 - 映像効果装置

Info

Publication number: JP2959249B2
Application number: JP3326736A
Authority: JP
Inventors: 雅昭志野
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1991-11-15
Filing date: 1991-11-15
Publication date: 1999-10-06
Anticipated expiration: 2014-10-06
Also published as: US5295199A; JPH05143746A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、画像情報を外部からの
効果面の形状の変化を指示する情報に応じて変化させた
効果面にマッピングさせて、この際に光源と視点の関係
を考慮した照明処理を行って写実的な物体等を表示する
特殊効果装置に用いて好適な映像効果装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来の照明効果を考慮して視覚的効果を
もたらす方式は、各種の方法がある。例えばコンピュー
タ・グラフィック等において写実的に物体を見せるため
の手法として物体の面の陰影付けがある。この陰影付け
は、光線に垂直な面を明るく表示し、面が光線に垂直で
なくなるに連れて暗く表示する方法である。また、効果
面の性質を再現する材質モデルや物体の表面の詳細な可
視情報を示すいわゆる“きめ”写像（texture mapping)
処理法等がある。

【０００３】さらに、最近光源から発した光が、どのよ
うな経路を通って物体に反射・透過・吸収され最終的に
目あるいは画素に達するか正確に追跡し、その情報に基
づき画像を構成するいわゆる光線追跡法も用いられてき
ている。上記光線追跡法は、例えば実際に入射する光線
が反射物の反射率に応じた反射の強さや入射光線の散乱
方向等を計算するため、表示される画像は極めてリアル
な画像として得られる。

【０００４】効果面の形状に応じて例えば、図４（ａ）
に示す平面に太陽のような光源からの光を照射した場
合、計算によって光線に垂直な面を明るく表示し面が光
線に垂直でなくなる外周方向にいくに連れて反射の強さ
を徐々に低下させている。また、効果面の形状が図４
（ｅ）に示す円筒に変化した場合は、上記効果面の光線
に垂直な面の部分が円筒の軸方向に平行なることから、
計算によって写実的に光線に垂直な明るい面が帯状に表
示される。

【０００５】上記光線追跡法に比べて簡易的な方法とし
て、３次元のアドレスにおけるＺ座標の一定部分にのみ
光線を当てて照明効果を上げる方法がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記光線追
跡法に基づく照明効果を考慮した画像は、リアルな画像
を提供するが、この画像生成のために数式処理が複雑で
膨大な計算が必要である。このため、小規模の装置で
は、たとえ上記方式を採用して演算を行ってリアルな画
像の表示ができても処理速度が遅いためリアルタイムに
画像データを生成することは非常に難しい。また、上述
した簡便な方法による装置は、リアルな照明効果を得る
ことができない。

【０００７】このような問題点を考慮して本件出願人
は、低価格のディジタルエフェクト装置において入射光
線と効果面を平面と固定した関係で上記平面に対して写
る画像をリアルに照明効果を表現する特殊効果装置を提
案している。ところが、上述したように入射光線と効果
面の関係は、固定されているため、平面から曲面への連
続移行等に対して改善の余地がある。従って、任意に移
動・回転させた上記効果面に対して画像情報をマッピン
グしようとしても十分に照明効果を発揮したリアルな画
像を得るためさらなる改善が望まれている。

【０００８】そこで、本発明は上述の実情に鑑み、写実
的な画像を得るために例えば光線追跡法のように膨大な
計算を必要とすることなく、各種の曲面を含む効果面に
対応し簡易的な構成と計算で視覚的な効果の高い照明効
果を上げることができる映像効果装置の提供を目的とす
るものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係る映像効果装
置は、形状が変化する効果面に画像情報をマッピングさ
せて得られる映像信号を出力する映像効果装置におい
て、予め定められた複数の効果面の形状に対応する複数
の照明パターンが記憶されたパターン供給手段と、該パ
ターン供給手段からの照明パターンを混合し制御信号に
応じて混合比が変化するパターン混合手段と、入力映像
信号を記憶する記憶手段と、上記効果面の形状の変化に
応じて上記パターン混合手段の混合比及び上記記憶手段
のアドレスを制御する照明効果制御手段とを有してなる
ことにより、上述した課題を解決する。

【００１０】

【作用】本発明に係る映像効果装置は、簡易的な構成で
外部から指示された効果面の形状を変化に応じて効果面
を変化させながら、複数の照明パターンの混合比を制御
して上記効果面に対応して画像情報をマッピングしてリ
アルな画像を提供する。

【００１１】

【実施例】本発明に係る映像効果装置における一実施例
について図面を参照しながら説明する。

【００１２】図１は、本発明に係る映像効果装置に関す
るブロック構成図を示している。この図１を参照しなが
ら説明する。形状が変化する効果面に画像情報をマッピ
ングさせて得られる映像信号を出力する映像効果装置に
おいて、映像効果装置の構成は、予め定められた複数の
効果面の形状に応じて複数の照明パターンを出力するパ
ターン供給手段である照明パターン発生器１５と、該照
明パターン発生器１５からの照明パターンを混合し制御
信号に応じて混合比が変化するパターン混合手段である
ミキサ部１６と、入力映像信号を記憶する記憶手段であ
る画像メモリ１７と、上記効果面の形状の変化に応じて
上記ミキサ部１６の混合比及び上記画像メモリ１７のア
ドレスを制御する照明効果制御手段である制御部１４で
構成している。

【００１３】上記照明パターン発生器１５は、予め定め
られた複数の効果面に対応する照明パターンを発生させ
るものであり、本実施例においては効果面が平面の場合
の照明パターンを発生させる平面ライティング発生器１
５１、効果面が曲面の場合の照明パターンを発生させる
曲面ライティング発生器１５３及び効果面が平面的な曲
面を有する平面と曲面の中間的な照明パターンを発生さ
せる照明パターン１５２との３つの照明パターンを設け
ている。

【００１４】上記ミキサ部１６は、照明パターンに対応
した３つの乗算器１６１、１６２、１６３及び乗算器か
らの出力を加算する加算器１６４で構成している。上記
乗算器１６１、１６２、１６３には、後述する制御部１
４内に設けられたライティング制御部１４２から乗算係
数が供給されている。上記乗算器１６１、１６２、１６
３は、乗算係数に応じて微妙な効果面の形状の変化に対
応すべく乗算を行って加算器１６４に供給している。

【００１５】また、上記制御部１４は、図示していない
が外部から効果面の形状を変化させる情報を含んで物体
の性質等の視覚効果をもたらすための画像制御情報が供
給されている。上記画像制御情報の中の少なくとも効果
面の形状に関する情報に基づいて映像効果装置の各部が
制御されている。上記映像効果装置の各部を制御するた
め、制御部１４は効果面の形状に応じて照明パターンを
制御するライティング制御部１４２と後述する画像メモ
リ１７のアドレスを制御するアドレス演算部１４１を有
している。また、アドレス演算部１４１は、効果面の形
状を生成するためにアドレス演算させている。このライ
ティング制御部１４２とアドレス演算部１４１は、相互
に画像制御情報を入出力して例えば、相互の演算制御の
補完を図っている。

【００１６】実際に入力画像を画像制御情報に基づき座
標変換し、効果面の形状に応じて新たな効果面に連続的
にマッピングするブロック回路の構成を図１に示し、上
記各ブロック回路の出力をそれぞれ図２〜図４に示しこ
れらの図を参照しながら説明する。

【００１７】映像信号は入力端子１０を介して入力す
る。この映像信号は加算器１２の一端側に加算する。図
１に示す入力端子１０からの映像信号を画像として表す
と、画像は図２（ａ）に示す矩形の図形になっている。
また、照明効果をもたらすための照明色信号は、入力端
子１１を介して入力する。上記照明色信号は、乗算器１
３の一端側に供給する。上記乗算器１３の他端側に後述
する照明パターンに応じた照明の反射の強さを示す照明
信号が供給されている。上記照明色信号は、この乗算器
１３において上記照明信号で変調されて照明映像信号に
なる。この照明映像信号は、上記加算器１２の他端側に
供給され加算器１２の一端側から供給された上記映像信
号と加算する。加算器１２からの照明の反射を疑似表現
した効果の加味された映像信号が画像メモリ１７に送ら
れる。

【００１８】ここで、上記照明信号の生成について信号
の流れに応じて説明する。上記照明信号は、光源からの
入射方向及び／又は視線方向の取り方、画像の移動／回
転に伴って種々の設定が可能である。例えば図２（ａ）
から図２（ｄ）に示すように各種の効果面が考えられ
る。一例として図２（ａ）は単に矩形の効果面を示し、
図２（ｂ）は上記図２（ａ）に示した矩形に角度をもた
せた場合の効果面である。また、図２（ｃ）に示す効果
面は、上記した２つの効果面に対して曲面状の効果面を
示し、図２（ｄ）においては、効果面を円筒形に設定す
る場合を示している。

【００１９】制御部１４においてアドレス演算部１４１
は、画像制御情報に基づいた座標変換して効果面の形状
を変化させるために書き込みと読み出しを行うため書込
アドレスＷＡと読出アドレスＲＡをそれぞれ演算して上
記画像メモリ１７に供給する。これらの演算情報は、上
述したように演算をなるべく簡略して行わせるため上記
ライティング制御部１４２にも供給して相互の演算の補
完を行っている。上記ライティング制御部１４２は、効
果面の形状に対応した入射方向及び／又は視線方向と平
面の角度情報等から照明を考慮して上記照明パターン発
生器１５に設けた３種類のパターンを発生させるそれぞ
れ制御信号を供給している。いま、照明パターン発生器
１５に上記ライティング制御部１４２から例えば最初に
図２（ａ）に示した平面に対応する反射光の強さを疑似
的に表現する重み付けされた信号を発生する制御信号が
供給されている。

【００２０】供給された制御信号に応じて図１に示す平
面ライティング発生器１５１は、出力信号（ｂ）を図２
（ａ）に対して一例として太陽のような光源からの入射
方向及び／又は視線方向と平面の角度情報から上記平面
に対応した最も明るい反射部分を算出する。図１に示す
この重み付けされた信号（ｂ）は、図３（ａ）に示すよ
うに算出された位置の最も明るい反射部分を中心に徐々
に同心円状に反射レベルを低下させている。この最も明
るい部分は、光源に対して略々垂直の関係にある。

【００２１】図１に示す曲面ライティング発生器１５３
は、制御信号に応じて光源からの入射方向及び／又は視
線方向と平面の角度情報を考慮して円筒表面の反射を疑
似的に表現するように反射部分を算出している。図１に
示すこの重み付け信号（ｃ）は、効果面の形状に対応す
るように図３（ｂ）に示す反射の強さを円筒形の軸方向
に対して平行に略々一様なロール状の変化をさせてい
る。

【００２２】また、図１に示す中間ライティング発生器
１５２は、制御信号が供給されると図１に示す重み付け
された信号（ｄ）を図３（ｃ）に示すように全面一律の
反射の強さで表し上記図３（ａ）と（ｂ）の中間用に用
いている。

【００２３】制御部１４は、効果面として図２（ａ）に
示す平面を選択した場合、出力画像が平面ライティング
発生器１５１からの重み付けされた信号（ｂ）を１００
％出力するようにミキサ部１６内の乗算器１６１に乗算
係数を供給し、他の乗算器１６２、１６３に供給する乗
算係数をゼロにする。また、制御部１４は、効果面とし
て図２（ｄ）に示す完全な円筒を選択した場合、出力画
像が曲面ライティング発生器１５３からの重み付けされ
た信号（ｃ）を１００％出力するようにミキサ部１６内
の乗算器１６３に乗算係数を供給し、他の乗算器１６
１、１６２に供給する乗算係数をゼロにする。このた
め、光源に対して垂直の関係にある最も明るい部分は図
４（ｅ）に示すように効果面上で帯状に表示される。

【００２４】また、例えば効果面を平面から円筒のよう
な曲面に連続的に移行させる場合、映像効果装置は、各
種の効果面の形状に対応させるためこの映像効果装置に
おいて非線形モードと呼ぶ変化度が一様でない効果面の
形状に対応して上記制御部１４から供給される制御信号
を上記３つの照明パターン及びミキサ部１６の乗算器１
６１、１６２、１６３にそれぞれ供給している。特に、
上記３つの乗算器１６１、１６２、１６３へ供給される
乗算係数は、効果面の形状に対応して混合比が制御され
ている。これら乗算器１６１、１６２、１６３からの各
出力信号は加算器１６４で混合して照明信号が生成され
る。

【００２５】上述したように加算器１６４は、照明信号
を乗算器１３に出力する。照明色信号は、この乗算器１
３において上記照明信号で変調されて照明映像信号にな
る。この照明映像信号は、上記加算器１２の他端側に供
給され、加算器１２の一端側から供給された上記映像信
号と加算する。加算器１２からの照明の反射を疑似表現
した効果の加味された映像信号が画像メモリ１７に送ら
れる。照明映像信号の効果を有する映像信号が画像デー
タとして制御部１４のアドレス演算部１４１からの書込
アドレス制御信号ＷＡに応じて上記画像メモリ１７に取
り込まれる。画像メモリ１７は、効果面を考慮した制御
を制御部１４のアドレス演算部１４１からの読出アドレ
ス制御信号ＲＡで行っている。このアドレス制御によっ
て画像メモリ１７内のデータが効果面の形状に対応した
位置に配される。このようなアドレス制御によって出力
端子１８から出力される映像信号は、効果面に対応した
照明効果を有し、かつ連続的に違和感ない画像として出
力される。

【００２６】このように制御されることによって出力端
子１８からの画像は、例えば図４（ａ）に示す出力画像
に対して視線方向が手前の斜め位置にある場合の平面か
ら徐々に曲面への移行が始まると、平面ライティング発
生器１５１からの成分が１００％から徐々に減少し、こ
れに伴って中間ライティング発生器１５２の成分が増加
するように混合が行って表示される。この平面と円筒の
中間段階で、平面ライティング発生器１５１からの成分
と中間ライティング発生器１５２の成分の混合状態の画
像は、例えば図４（ｂ）に示すように曲面上に太陽が実
際投影された状態を含み徐々にこの成分を減少させて、
効果面の形状に対応して図４（ｃ）に示すように曲面全
面が略々一様に照らされたようにみせることができる。

【００２７】さらに、効果面の形状の曲率が大きくなる
に連れて円筒に近づくように制御するとき、上記中間ラ
イティング１５２の成分が徐々に減少し、これに伴って
曲面ライティング発生器１５３の成分が増加するように
混合が行われる。この場合、図４（ｄ）に示す効果面が
円筒状になるに連れて照射される部分が単に、効果面全
体の一様な照明の拡がり状態から帯状に表現される。最
終的に曲面ライティング発生器１５３からの成分は１０
０％になって図４（ｅ）に示す上記効果面である円筒の
軸に平行な光線直下点付近を帯状の領域にした円筒を表
示する。

【００２８】このように平面から曲面へのライティング
は、制御部１４からの制御信号に応じて混合比を変化さ
せることによって違和感なく行うことができる。この実
施例は、照明パターン発生器１５において効果面として
の平面と曲面の間に中間的な効果面（例えば図２（ｃ）
参照）に対応する中間ライティング発生器１５２を設け
て照明効果を上げているが、この中間ライティング発生
器１５２は省略したり、増設させたりして容易に照明効
果を表現することができる。

【００２９】本発明の映像効果装置は、効果面が平面か
ら円筒へと変化させる他に、特殊効果として画面をペー
ジをめくるいわゆるページターンやページロール等にも
用いることができる。この場合、図１の構成が示すよう
に画像メモリ１７の書込側で照明映像信号を付加して画
面のめくれ量と各効果面に対応する照明効果の混合比を
連動させて表現する。図５はページターンを示してい
る。

【００３０】図５（ａ）は、平面上に太陽を表現し、図
３（ａ）と同様の反射の強さを示して表示している。図
５（ｂ）は、左下隅からめくりながら、太陽をそのまま
表示するのでなく少しずつ反射の強さを落として図５
（ｃ）に示すめくれ部分以外を全面一様の反射にして表
現する。さらに図５（ｄ）に示すようにめくれ量が多く
なるとこのめくった裏側の部分に照明されたように円筒
状の効果面として表示する。また、最初の表側も上記め
くれ量に対応して陰影を施して表示する。図５（ｅ）で
上記効果面に対して光線と視線方向の角度を考慮した照
明を行うことによって実際的なページターンによる照明
効果を表現することができる。

【００３１】この映像効果装置は、図１の構成において
画像メモリ１７の読出側で照明映像信号を付加する構成
も考えられる。この場合の付加する照明信号は、上述し
た画像メモリ１７の書込側で行う場合と異なる反射の強
さを示す形状で行われる。

【００３２】このように構成することによって各画素に
対して照明による反射等を計算する方式に比べて遥かに
簡易的な計算と回路構成によって視覚的な効果を写実的
な照明効果にすることができる。また、機能面において
映像効果装置は、画像情報の効果面へのマッピングに際
して平面から曲面に連続的に変化する効果面への対応す
ることができ、例えば平面から円筒、球へのマッピング
や画面をめくる効果いわゆるページターン等の特殊効果
に対してよりリアルな照明効果をもたらすことができ
る。

【００３３】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明の映像効果装置によれば、形状が変化する効果面に画
像情報をマッピングさせて得られる映像信号を出力する
映像効果装置において、予め定められた複数の効果面の
形状に対応する複数の照明パターンが記憶されたパター
ン供給手段と、該パターン供給手段からの照明パターン
を混合し制御信号に応じて混合比が変化するパターン混
合手段と、入力映像信号を記憶する記憶手段と、上記効
果面の形状の変化に応じて上記パターン混合手段の混合
比及び上記記憶手段のアドレスを制御する照明効果制御
手段とを有してなることにより、各画素に対して照明に
よる反射等を計算する方式に比べて遥かに簡易的な計算
と回路構成によって視覚的な効果を写実的な照明効果に
することができる。

【００３４】また、機能面において映像効果装置は、画
像情報の効果面へのマッピングに際して平面から曲面に
連続的に変化する効果面への対応することができ、例え
ば平面から円筒、球へのマッピングや画面をめくる効果
いわゆるページターン等の特殊効果に対してよりリアル
な照明効果をもたらすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る映像効果装置における一実施例の
ブロック回路図である。

【図２】映像効果装置で用いられる効果面において平面
から円筒への形状の変化を連続的に示した図である。

【図３】図１に示した照明パターン発生器の反射の強さ
のパターンを示す図である。

【図４】効果面の形状の変化に対応した照明効果の変化
を連続的に示した図である。

【図５】照明効果を考慮したいわゆるページターンを示
す図である。

【符号の説明】

１０、１１・・・・・・・・・入力端子１２、１６４・・・・・・・・加算器１３、１６１、１６２、１６３・・・乗算器１４・・・・・・・・・・・・制御部１５・・・・・・・・・・・・照明パターン発生器１６・・・・・・・・・・・・ミキサ部１７・・・・・・・・・・・・画像メモリ１８・・・・・・・・・・・・出力端子１４１・・・・・・・・・・・アドレス演算部１４２・・・・・・・・・・・ライティング制御部

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】形状が変化する効果面に画像情報をマッ
ピングさせて得られる映像信号を出力する映像効果装置
において、予め定められた複数の効果面の形状に対応する複数の照
明パターンが記憶されたパターン供給手段と、該パターン供給手段からの照明パターンを混合し制御信
号に応じて混合比が変化するパターン混合手段と、入力映像信号を記憶する記憶手段と、上記効果面の形状の変化に応じて上記パターン混合手段
の混合比及び上記記憶手段のアドレスを制御する照明効
果制御手段とを有してなることを特徴とする映像効果装
置。