JP3204405B2 - アニメーシヨン作成方法及びその装置 - Google Patents

アニメーシヨン作成方法及びその装置

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はアニメーシヨン作成方法
及びその装置に関し、特に放送用3次元特殊効果装置な
どにおいて、例えば「布」のような柔らかい物体が重
力、風、障害物などの環境の中で動く様子をコンピユー
タの演算機能を利用してアニメーシヨン映像として描く
ようにしたアニメーシヨン作成方法及びその装置に適用
して好適なものである。
【0002】
【従来の技術】従来、アニメーシヨン作成装置を利用し
てアニメーシヨン映像を作成する場合、一連のアニメー
シヨン映像を構成する各こまについて、アニメータが1
こまずつ絵を描いたり、図形の形及びその変化を画面上
に定義したりする図形入力手法が採用されている。例え
ば「旗」のアニメーシヨンを作る場合について図8に示
すように、アニメーシヨン作成装置1は画像変換装置2
を有する。
【0003】画像変換装置2はテレビジヨン画像を曲面
上にマツピングして表示するもので、各画像メモリ3か
ら得られるアニメーシヨン映像として作成すべき原画像
データPC1(この場合「旗」の模様となる画像デー
タ)を、アニメーシヨンデータメモリ4から得られるア
ニメーシヨンデータD1に基づいて変形した後、「旗」
の画像を変形してなる出力画像データPC2を出力画像
メモリ5に送出する。アニメーシヨンデータD1はある
瞬間の「旗」の形を表す座標値であり、必要に応じて1
つ又は複数のフレームデータを含む。このアニメーシヨ
ンデータは予めアニメータが手で作り、又は簡単な関数
を組み合せて計算により発生させる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが図1の従来の
手法によつてアニメーシヨン映像を作成しようとする場
合、各こまの絵柄を入力したり、図形の形の定義式を決
定したりするために熟練したアニメータが煩雑な図形入
力作業をしなければならない問題がある。特に自然現象
のように人為的ではない図形の動きをアニメーシヨンに
しようとする場合には、図形入力作業に多大な時間及び
労力が必要になり、生産性が悪い問題があつた。
【0005】この問題を解決する1つの方法として、簡
単な関数を組み合せることにより自然現象を真似た動き
を模型的に定義する方法が提案されているが、「規則的
すぎて不自然である」、「環境の変化に対応できない」
という欠点があつた。この問題を解決する方法として従
来、「布」のように柔らかくかつ2次元的な拡がりをも
つ物体が、風のような流体の力によつてはためいている
ところをアニメーシヨン映像として表現する場合に、次
のような計算手法を用いて表示画面上の表示位置を求め
るようなものが提案されている。
【0006】第1に、表示対象である「布」の曲面を微
小な四辺形の集合と考え、第2に物体が当該微小な四辺
形に及ぼす力を流体の向きを表すベクトル及び微小な四
辺形の形や向きによつて求め、第3にかくしてすべての
微小な四辺形に働く流体の力を足し合せたものが、
「布」全体を動かす力として「布」に加わると考える。
この手法は流体の中に柔らかい曲面をおいたとき、当該
曲面がどのように変形しかつどのように運動するかを表
現する手段として、曲面上の各点が受ける力を図9に示
すように、微小な四辺形が受ける力として近似的に求め
るようにしたものである。
【0007】図9において「旗」のような表示対象FL
Gは全体として四辺形の柔らかい曲面と考えることがで
き、当該柔らかい曲面は全体を微小な四辺形ELに区切
ることによつて近似モデル化されている。この表示対象
FLGに対して流体、例えば風(ベクトルWで示す)が
吹いて来たとき、各微小な四辺形は次式
【数1】のように、法線ベクトルnの方向に作用力Fを
受ける。
【0008】ここで(W,n)は内積であり、Kは単位
を合せるための係数を示す。このような関係から表示対
象FLG上の微小な四辺形ELについて受ける作用力F
を考えると、流体Wに対して微小な四辺形は図10に示
すように、3つの態様を取り得る。第1の態様は、図1
0(A)に示すように、微小な四辺形ELの面が流体W
の向きに対して直角である場合で、このとき作用力Fは
微小な四辺形ELの法線方向、すなわち流体Wの方向と
一致する方向に働く。
【0009】また第2の態様は、図10(B)に示すよ
うに、微小な四辺形ELの面が流体Wの向きに対して斜
めに向いている場合で、このとき作用力Fは流体Wの方
向に対して斜めの方向に働く。第3の態様は、図10
(C)に示すように、微小な四辺形ELの面が流体Wの
向きに平行な場合で、このとき内積(W,n)の値が0
になるので作用力Fは働かないことになる。
【0010】ところがこのような手法によつて原画像を
アニメーシヨン図形に変換をしようとする場合、例えば
図11に示すように、「旗」のような表示対象FLGを
その一端P0において固定保持することにより表示対象
FLGが垂れ下がつた状態になり、その結果風Wの向き
が微小な四辺形ELの表面と平行になるような条件に設
定したような場合には、すべての微小な四辺形ELにお
いて(1)式の作用力FがF=0になることより表示対
象FLGがたなびくような動作をしなくなるような結果
になる。
【0011】このような結果は、実際上布の場合にはた
とえ風が曲面に平行に吹いていても表面との間に摩擦が
あるために作用力を受けることになるような現象を再現
できないことを意味し、この点において変換後のアニメ
ーシヨン図形が不自然である問題がある。本発明は以上
の点を考慮してなされたもので、たとえ微小な四辺形の
面が流体の向きに対して平行であつた場合にも、流体に
よる作用力を発生させることができるようにしたアニメ
ーシヨン作成方法及びその装置を提案しようとするもの
である。
【0012】
【課題を解決するための手段】アドレス映像に変換すべ
き表示対象FLGを多数の微小な四辺形ELによつてモ
デル化し、流体Wによつて四辺形ELの各辺a、b、
c、dに作用する作用力Fa、Fb、Fc、Fdを求
め、各辺a、b、c、dの作用力Fa、Fb、Fc、F
dの和Fを上記四辺形ELに作用する作用力として当該
四辺形ELの変換位置を求めるようにする。
【0013】
【作用】流体W内にある表示対象FLGを形成する微小
な四辺形ELの各辺a、b、c、dに流体Wから与えら
れる作用力Fa、Fb、Fc、Fdはたとえ表示対象F
LGの向きが流体Wの方向と平行であつても0になら
ず、かくして垂れ下がるような状態に陥らずに一段と現
実感の大きなアニメーシヨン映像を実現できる。
【0014】
【実施例】以下図面について、本発明の一実施例を詳述
する。
【0015】本発明によるアニメーシヨン作成装置11
は図8との対応部分に同一符号を付して図1に示すよう
に、アニメーシヨンデータ作成装置12において作成し
た作成アニメーシヨンデータD2をアニメーシヨンデー
タメモリ4にアニメーシヨンデータD1として供給す
る。アニメーシヨンデータ作成装置12はアニメーシヨ
ン映像として作成すべき物体例えば「旗」が順次続く時
刻にどのような形になつているかを表す3次元座標値デ
ータを作成アニメーシヨンデータD2として発生する。
【0016】アニメーシヨンデータ作成装置12は図2
に示すように、時間の経過に従つて表示対象FLGを構
成する微小な四辺形ELに作用する作用力を重力の強
さ、風の強さ、障害物の形の位置などに基いて計算す
る。例えば微小な四辺形ELのうちの1つの微小な四辺
形ELXについて図3に示すように、風Wによつて当該
微小な四辺形ELXが受ける作用力Fを、その周囲を取
り囲む4辺の方向を表すベクトルa、b、c及びdに基
いて近似する。
【0017】すなわちベクトルa、b、c及びdに対応
する4辺が流体Wによつて受ける力Fa、Fb、Fc及
びFdをそれぞれ次式
【数2】
【数3】
【数4】
【数5】によつて求める。(2)式、(3)式、(4)
式及び(5)式によつて表される作用力Fa、Fb、F
c及びFdは例えば作用力Faについて図4に示すよう
に、微小な四辺形のベクトルaが風Wと交差するような
向きになつたとき、力Faは風のベクトルWから内積
(W,a)の大きさを有するベクトル(W,a)aに向
かうベクトルW−(W,a)aの方向に発生することを
意味している。
【0018】他の3つのベクトルb、c及びdについて
も同様にして作用力Fb、Fc及びFdが求められる。
ところでベクトルa、b、c及びdによつて囲まれる微
小な四辺形ELXが受ける作用力Fは
【数6】のように各辺の作用力Fa、Fb、Fc及びF
dの和として与える。ここで微小な四辺形ELXが図1
0(A)、(B)及び(C)に対応させて図5(A)、
(B)及び(C)に示すように、それぞれ直角の向き、
斜めの向き及び平行な向きにある場合に各辺に作用する
作用力は次のようにいつでも発生する。
【0019】第1に四辺形ELXの向きが風Wに対して
直角なとき、図5(A)に示すように、作用力Fa、F
b、Fc及びFdはすべて風Wの向きと同じになるか
ら、微小な四辺形ELXが受ける作用力Fも風Wの向き
になる。また風Wに対する四辺形ELXの向きが斜めで
あるとき、図5(B)に示すように、作用力Fa、F
b、Fc及びFdは風Wの向きに対する各辺のベクトル
a、b、c及びdの向きに対応するように斜めの向きに
なることにより、作用力Fも斜めの向きになる。さらに
四辺形ELXが風Wの向きと平行であるとき、図5
(C)に示すように、風Wの向きと同じ向きの作用力F
a、Fb、Fc及びFdが発生することにより、作用力
Fもまた風Wの向きになる。
【0020】以上の構成によれば、表示対象FLGを構
成する全ての微小な四辺形ELが風Wから受ける力を
(2)式ないし(6)式によつて近似するようにしたこ
とにより、図11について上述したように、風Wと表示
対象FLGを構成する「旗」の表面が平行になつたとし
ても当該「旗」は風Wから力を受けることになる。従つ
て例えば図6に示すように、垂直方向に立つ竿に対して
「旗」を左上端及び左下端の2点によつて固定したと
き、「旗」を形成する微小な四辺形ELのうち、垂直方
向の辺を表すベクトルが風の方向に作用力を受けること
により、結局「旗」の垂直方向の辺が自然に湾曲し、こ
れにより現実感が大きなアニメーシヨン映像を作成する
ことができる。
【0021】かくするにつき、アニメーシヨンデータ作
成装置12における演算として(1)式ついて上述した
従来の方法を採用した場合には面の法線を求める必要が
あるのに対して、上述の構成によれば(2)式ないし
(6)式について上述したように、面の法線を演算する
必要がなく、この分計算時間を一段と短縮することがで
きる。実際上アニメーシヨンデータ作成装置12は図7
に示す作用力演算処理手順に従つて微小な四辺形ELが
受ける作用力を演算する。
【0022】すなわちアニメーシヨンデータ作成装置1
2は多数の微小な四辺形ELが順次サンプリングされた
とき、その都度図7のステツプSP0において当該作用
力演算処理手順の実行を開始し、ステツプSP1におい
て微小な四辺形ELを囲む4辺のベクトルa、b、c及
びdを求め、以下順次ステツプSP2、SP3、SP
4、SP5において、ベクトルa、b、c、dが流体す
なわち風から受ける作用力Fa、Fb、Fc、Fdを求
め、続くステツプSP6において各辺が受けた作用力F
a、Fb、Fc、Fdの和の作用力Fを求め、その後ス
テツプSP7において当該作用力演算処理手順を終了す
る。
【0023】この作用力演算処理手順はすべての微小な
四辺形ELのサンプリングが終了するまで繰り返し実行
され、かくして時間の経過に従つて「旗」が受ける力を
演算することにより、図6について上述した「旗」のよ
うにはためく「旗」を大きな現実感をもつアニメーシヨ
ン映像として得ることができる。なお上述の実施例にお
いては本発明を風の中ではためく「旗」に適用した場合
の実施例について述べたが、適用対象はこれに限らず要
は、柔らかい「布」状の物体を流体の中で動かすような
アニメーシヨン映像を作成する場合に広く適用し得る。
【0024】
【発明の効果】上述のように本発明によれば、アニメー
シヨン映像として表示すべき表示対象を多数の微小な四
辺形によつて構成したモデルとしてモデル化し、当該微
小な四辺形の各辺が流体から受ける力を演算して当該作
用力に基いて微小な四辺形の動く位置を求めるようにし
たことにより、たとえ表示対象の向きが流体の向きと平
行になつたとしてもはためく動作を続けることができる
ようなアニメーシヨン作成方法及びその装置を容易に実
現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるアニメーシヨン作成装置の一実施
例を示すブロツク図である。
【図2】本発明による表示対象のモデルを示す斜視図で
ある。
【図3】微小な四辺形に作用する作用力を示す略線図で
ある。
【図4】微小な四辺形の1つの辺のベクトルを示す略線
図である。
【図5】風によつて4つの辺に生ずる作用力を示す斜視
図である。
【図6】アニメーシヨン作成装置によつて作成されたア
ニメーシヨン映像を示す平面図である。
【図7】作用力演算処理手順を示すフローチヤートであ
る。
【図8】従来のアニメーシヨン作成装置を示すブロツク
図である。
【図9】表示対象の従来のモデルを示す斜視図である。
【図10】従来の作用力を示す斜視図である。
【図11】従来のアニメーシヨン作成装置によつて生ず
る表示対象の垂れ下がり現象を示す正面図である。
【符号の説明】
1、11……アニメーシヨン作成装置、2……画像変換
装置、3……原画像メモリ、4……アニメーシヨンデー
タメモリ、12……アニメーシヨンデータ作成装置。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アドレス映像に変換すべき表示対象を多数
    の微小な四辺形によつてモデル化し、流体によつて上記
    四辺形の各辺に作用する作用力を求め、上記各辺の作用
    力の和を当該四辺形に作用する作用力として当該四辺形
    の変換位置を求めることを特徴とするアニメーシヨン作
    方法
  2. 【請求項2】 アドレス映像に変換すべき表示対象を多数
    の微小な四辺形によつてモデル化し、流体によつて上記
    四辺形の各辺に作用する作用力を求め、上記各辺の作用
    力の和を当該四辺形に作用する作用力として当該四辺形
    の変換位置を求める ことを特徴とするアニメーシヨン作
    成装置。
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