JP3311830B2 - ３次元動画作成装置 - Google Patents

３次元動画作成装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、視点データの変更を行
うことが可能な３次元画像作成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、コンピュータ・グラフィックス
（ＣＧ）の分野で、建築物等の外観や内装・照明等のシ
ミュレーションが盛んに行われている。また、映画やコ
マーシャルなどの映像にもＣＧアニメーションが広く使
われている。このような用途で使われるシステムは、実
世界と同じようなカメラのモデルを用いて各シーンごと
に細かく視点を指定できるインタフェースを持つが、専
門家の利用を前提にしているため、ＣＧやカメラ操作・
映像作成に関する知識を持たない一般ユーザには指定し
にくく、試行錯誤が多くなる。
【０００３】これに対して、ヴァーチャルリアリティ
（ＶＲ）の分野では、対話性を重視するため、３次元マ
ウスなどの種々のデバイスを用いて、仮想世界を自由に
歩きまわる機能を持つ。すなわち、ユーザが移動用テレ
ビカメラを持ったカメラマンになったつもりで、臨場感
のある映像を作ることができる。ただし、３次元デバイ
スは精度や力覚フィードバックの自然さ等の問題から思
い通りに使いこなすのは難しく、慣れないユーザは正確
な操作をすることができない。車や飛行機などのシミュ
レータでは実際と同じような操作で移動が可能だが、実
機を操作できる程度の操作技術がなければ思い通りの映
像は得られない。ゲーム機では、一般ユーザでも楽しめ
るように移動の方向や範囲などの自由度を制限している
ので、操作は簡単だが必ずしも見たい物が見えるとは限
らない。
【０００４】通常、映像は、必要な情報を得るため、あ
るいは、何らかの効果を出すために作られる。一般ユー
ザがカメラを操作する場合は、前者の目的の方が圧倒的
に多いと考えられる。そのためには、各シーンで目的物
を的確な大きさで的確な角度から捕らえられ、前後のシ
ーンと違和感なくつながっていなくてはならない。こう
いった指示を上述のようなインタフェースで実現するの
は困難である。特に目的物が動く場合、目的物が他の物
体の蔭に隠れて見えなくなってしまったり、接近しすぎ
てどこを見ているのかわからないといった問題が発生し
やすい。要するに、従来のシステムでは、一般ユーザが
簡単に思い通りの映像を得ることができなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来のＣ
Ｇシステムでは、ＣＧや映像に関する知識が豊富である
か、操作に長けていなければ思い通りの映像を得る事が
できなかった。特に動画において、一般ユーザが目的と
する物体を簡単にカメラで捕らえて観察し続けるような
手段がなかった。そこで、本発明は、目的とする物体を
観察する視点データを自動的に作成できるような３次元
画像生成装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、３次元形状デ
ータとそれらの色、大きさ、位置、向き等を入力し、入
力されたデータに対して、カメラ位置と参照点および画
角等の視点データを与えることによって動画像を生成す
る３次元動画作成装置において、カメラでとらえる物体
を指定し、指定された物体に関して、与えられた物体の
位置や大きさや向き、および現在のカメラ位置や画角な
どの視点データから参照点を決定し、決定された参照点
とカメラ位置を結ぶ線分が、他の物体によって遮られな
いか判断し、遮蔽物があると判定された際に、遮蔽され
ないようにカメラの位置等の視点データを変更すること
を特徴とするものである。
【０００７】
【作用】本発明は、邪魔な物体をよけて目的とする物体
をカメラに捕らえることが可能となるため、観察する物
体の追跡を自動的に行う事ができ、ユーザのカメラ位置
指定操作を軽減することができる。
【０００８】
【実施例】以下、図面に従って、本発明の一実施例を説
明する。図１は、本発明の一実施例を示すブロック図で
ある。物体の形状データ、色、大きさ、位置、向き、テ
キスチャ、光源の位置などのデータは、たとえば、キー
ボード、マウス、イメージスキャナ、その他の記憶装
置、通信装置などから、物体データ入力部１１を介して
入力される。
【０００９】同様に、例えばカメラの位置や参照点およ
び画角等によって表される視点データは、視点データ入
力部１２を介して入力される。また、物体データ入力部
１１で入力された物体のうち、どれをカメラの被写体と
するかの指定も視点データ入力部を介して入力される。
【００１０】物体データ入力部１１と視点データ入力部
１２から入力されたデータは、データ記憶部１３に記憶
される。参照点決定部１４では、データ記憶部１３に記
憶されている、指定された被写体に対応する物体とカメ
ラ位置などのデータに基づき、空間内のどの位置をカメ
ラの参照点とするかを決定し、データ記憶部１３に記憶
する。
【００１１】遮蔽物判定部１５では、データ記憶部１３
に記憶されているカメラ位置や参照点のデータと物体の
位置や大きさのデータを元に、カメラと参照点の間に存
在する物体があるか判定する。
【００１２】視点データ変更部１６では、遮蔽物判定部
１５で被写体を隠す物体があると判定された場合、デー
タ記憶部１３の被写体と遮蔽物体の位置や大きさ等のデ
ータ、および視点データを元に、データ記憶部１３のカ
メラ位置や参照点などの視点データを変更する。
【００１３】描画部１７は、データ記憶部１３のデータ
を読み込み、３次元の画像を生成する。生成された画像
は、例えばディスプレイや大型スクリーン、液晶パネル
等の出力部１８を介して出力される。
【００１４】物体の位置を変化させたり動作をつける場
合は、物体動作生成部１９で物体の動作を生成し、デー
タ記憶部１３の物体に関するデータを書き換える。手足
や胴体などの各部位であれば、各部位毎に位置や角度
が、各々最高どこまで回転・移動出きるかを３次元の座
標に基づいて記憶されたいる。
【００１５】以下に、図２の入力データの例に沿って、
本発明の動作を示す。処理の流れの概略は図４のフロー
チャートに示す。図２に、人形と壁を模した二つの形状
データ、それらを配置する位置と大きさを示す。また、
平面図右下に視点データの初期値を示す。視点データ
は、例えば図３に示すように、カメラ位置（視点）と参
照点、および上下左右の画角によって表される。これら
は、ファイルやコマンドなどの形で入力される（図４の
４１、４２）。
【００１６】また、カメラの被写体の指定は、被写体の
名前や番号を入力させる、物体の一覧表を示して選択さ
せる、あるいは鳥瞰図を表示してマウスで指示させる等
のインタフェースを用いてユーザに指定してもらう（図
４の４３）。ここでは、物体Ａが被写体として指定され
たとする。
【００１７】動画を生成する時は、物体の位置や動作の
生成を行う必要がある（図４の４４）。位置や向きのみ
の変更の場合は、例えば、変更する物体の名前や番号と
それらの移動先をファイルなどの形で入力し、記憶され
ている物体データを毎回書き換えればよい。「歩く」
「走る」といった動作をつける場合は、さらに、体の構
成や部位の動きに基づき、上述したように手足や胴体な
どの各部位の位置や角度を変更する。変更に際しては、
動作が滑らかになるように各変更位置へ補完等が行われ
る。
【００１８】参照点決定部１４では、被写体がカメラの
画角の中に収まり、被写体を観察しやすいように参照点
を決める（図４の４５）。被写体が図２のような人形の
場合は、例えば、画面の中央に人形が位置するように参
照点を決定する。便宜上、人形の足元のｙ座標を０とす
ると、参照点のｘ座標とｚ座標は人形の位置と同じでｙ
座標は人形の高さＹＡの半分になる（ｘａ，ＹＡ／２，
ｚａ）。図５に示すように、カメラが距離Ｄ以上被写体
から離れている時は、人形の全身が画角からはみ出さな
い。図８（ａ）のようにフレームの中央に見える。限界
距離Ｄは、ｙ方向の画角αとすると、例えば式（１）の
ような計算で求められる。
【００１９】 Ｄ＝ＹＡ／（２・ｔａｎ（α／２））…（１） 距離Ｄを床面上の距離とすると、カメラの高さｙｖがＹ
Ａ／２に等しい場合に、カメラと参照点の距離と床面上
の距離Ｄが等しく、最も被写体を大きくとらえられる。
カメラがこれより高いか低い場合は、被写体を斜めから
みることになるが、立っている人形の場合は高さより幅
が大きいことはないのでフレームからはみでることはな
い（図８（ｂ））。
【００２０】例えば、人形の高さＹＡ＝１７０（ｃ
ｍ）、画角α＝６０°とすると、Ｄは約３ｍとなる。す
なわち、参照点とカメラ位置のｘｚ平面上の距離を求め
て、３ｍ以上なら参照点の高さｙｒは人形の中心ＹＡ／
２＝８５（ｃｍ）とする。
【００２１】距離がＤより短い場合に参照点を中央にす
ると、被写体の一部がフレームからきれる危険性があ
る。そこで、被写体の注目する部位がフレームからきれ
ないように参照点を設定する必要がある。人形の場合
は、図８（ｃ）に示すように、通常は顔がフレームから
きれないようにする。例えば、図６に示すように、カメ
ラの高さｙｖ、カメラと被写体の床面上の距離がＤ’の
場合、Ｄの場合と比較して（ｙ１＋ｙ２）だけ参照点を
あげればよい。その際の参照点の高さｙｒは、式（２）
になる。
【００２２】ｙｒ＝ＹＡ（１−Ｄ’／２Ｄ）…（２） 例えば、距離Ｄ’が１００（ｃｍ）の場合は、ｙｒ＝１
７０・（１−１００／６００）＃１４２（ｃｍ）とな
る。
【００２３】次に、得られた参照点とカメラ位置の間に
別の物体がないかの判断を行う（図４の４６）。図９
（ａ）に示すようにカメラ位置と参照点を結ぶ線分と、
他の物体との交差を調べる。例えば、物体の大きさと位
置からｘｚ平面上での矩形領域を求め、はじめは、
（ｂ）に示すように、ｘｚ平面上での矩形と線分の交差
の有無をチェックする。次に、交差のあった物体のみ
（ａ）に示すような、ｙ軸と視線方向の平面上での外枠
を表す矩形範囲を求め、この矩形と視線との交差の有無
をチェックする。また、図１０に示すように参照点への
線分は交差しても、主要な部分が見えればよい場合もあ
る。その場合は、参照点ではなく、顔とカメラ位置とを
結ぶ線分（図１０中、二重線で表す）との交差をチェッ
クするなどの方法も考えられる。また、参照点、顔、足
など、主要な部位を何カ所か指定し、それらへの複数の
線分との交差を調べ、何本かが交差しなければよい、な
どの規則を追加してもよい。
【００２４】図４の４６で、遮蔽物体がないと判断され
た場合はそのまま描画を行う。遮蔽物体がある場合は、
図４の４７の視点データ変更を行う。視点データ変更方
法としては、遮蔽物をまわりこむ、被写体へ近づく（ズ
ームイン）、カメラの高さを変えるなどがある。
【００２５】遮蔽物をまわりこむ方法を図１１を使って
説明する。カメラの初期位置が８１、物体Ａを被写体と
したとき、物体Ｂが遮蔽物になっている。物体Ｂの周囲
にγの余裕を与えた四隅の点８２、８３、８４、８５の
座標を求め、新しいカメラ位置の候補とする。それぞれ
の座標から被写体Ａへの参照点を求め直す。それぞれの
視線が他の物体によって遮蔽されないか判断する。遮蔽
されないカメラ位置候補が複数ある場合は、候補間の比
較をする。例えば、点８４、８５と参照点との距離Ｄ
１、Ｄ２を比較し、Ｄとの差が少ない方にする。あるい
は、点８１からの距離ｄ１，ｄ２を比較し少ない方にす
る。もしくは、物体Ａの正面に対する視線の角度を求
め、初期位置からの角度との差が少ない方にする。これ
らの比較により、点８５を新しいカメラ位置とする。
【００２６】被写体へ近づく方法を図９を使って説明す
る。カメラの初期位置９１、物体Ａを被写体としたと
き、物体Ｂが遮蔽物になっている。物体Ｂの周囲にγの
余裕を与え、物体Ｂへの交差点のうち物体Ａに近い方の
点９２を新しいカメラ位置の候補とする。その際、例え
ば図７に示すように、被写体への角度が変わらないよう
にカメラの高さや参照点を変える必要がある。参照位置
の高さは式（２）によって得られる。カメラ位置の高さ
（ｙｖ’）は、例えば式（３）によって得られる。新し
く求めたカメラ位置と参照点を結ぶ視線が、他の物体に
よって遮蔽されないか判断する。
【００２７】 ｙｖ’＝ｙｖ＋（Ｄ−Ｄ’）（ＹＡ−ｙｖ）／Ｄ…（３） カメラの高さを変える方法を図１３を使って説明する。
カメラの初期位置１０１、物体Ａを被写体としたとき、
物体Ｂが遮蔽物になっている。物体Ｂの周囲にγの余裕
を与え、物体Ｂとの交差点のうち物体Ａに近い方の点１
０２を物体Ｂの高さ＋γまで上に移動した位置を点１０
３とする。点１０３と現在のカメラ位置上にたてた垂直
線との交点を、新しいカメラ位置候補１０４とする。
【００２８】上にあげた３方法のどれかを採用してもよ
いし、すべての方法で得られた候補を比較して最良のも
のを選んでも良い。ユーザにそれぞれの候補位置からの
画像をみせて、選択させても良い。複数ウィンドウを用
意し、複数のカメラ位置からの画像をみせてもよい。ま
たカメラの移動方法について、あらかじめユーザが指定
できるようにしてもよい。
【００２９】また、物体Ｂのような単純な形の壁ではな
く、窓やドアがあるような物体もある。その場合は、窓
の位置と大きさなどを入力させ、遮蔽物と判断されたら
窓から見えるかどうかのチェックを行い見える場合は遮
蔽物とはみなさない。遮蔽物とみなされた場合に、視点
データを変更するさい、窓から覗くなどの視点データ変
更方法を追加する。
【００３０】あらかじめ、複数の視点データ初期値を入
力させ、現在表示中の視点データが遮蔽されたらすばや
く別の視点データに切り替えてもよい。被写体との距離
が最も近い視点データに切り替えるなどの方法も考えら
れる。干渉チェックと距離の比較により、自動的に最適
なカメラに切り替えていく自動カメラ切り替え機能も実
現できる。
【００３１】視点データ変更の際には、補完有り無しの
指定をできるようにする。補完無しの場合は、計算して
得られた視点データに入れ換える。補完有りモードの場
合は、現在の視点データと計算結果の値が離れている場
合、線形補完などを行って徐々にカメラが動いていくよ
うな効果を出す。
【００３２】特に、被写体の指定がない場合は、例え
ば、シーンごとに主役が決まっていれば、主役を被写体
とすればよい。最初のシーンでは全体が見えるように視
点データの初期値を与えておき、次に被写体と被写体ま
での距離を指定し、急に切り替えたり、徐々に近寄って
いくなどの効果も容易に実現できる。被写体が移動して
物陰に隠れても、すばやく別のカメラに切り替えるかカ
メラを移動するなどにより追跡し続けることができる。
また、ユーザのキー操作などにより、別の被写体に切り
替えていくことも可能になる。
【００３３】以上の機能を実現すれば、ユーザのキー操
作などの指示により、被写体を写したまま、カメラのズ
ームインやズームアウトができるようにする。また、被
写体を中心にとらえたままで、マウスの位置に従って被
写体の回りの球上でカメラを動かすことも簡単にでき
る。
【００３４】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、特別な知識をもたないユーザでも容易に見たい映
像を見ることができる。自動的に最適なカメラに切り替
えていく自動カメラ切り替え機能も実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の概略構成図。
【図２】入力データの一例を示す図。
【図３】視点データの一例を示す図。
【図４】処理の流れの一例を示す図。
【図５】参照点決定方法の例を示す図。
【図６】参照点決定方法の例を示す図。
【図７】参照点決定方法の例を示す図。
【図８】描画される画像の例を示す図。
【図９】遮蔽物判定方法の例を示す図。
【図１０】遮蔽物判定方法の例を示す図。
【図１１】遮蔽物をまわりこむ視点データ変更方法を示
す図。
【図１２】ズームインしていく視点データ変更方法を示
す図。
【図１３】カメラの高さを変える視点データ変更方法を
示す図。
【符号の説明】
１１ 物体データ入力部 １２ 視点データ入力部 １３ データ記憶部 １４ 参照点決定部 １５ 遮蔽物判定部 １６ 視点データ変更部 １７ 描画部 １８ 出力部
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−253281（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−154031（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−296871（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−166576（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−297291（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−37357（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G06T 15/70 G06T 15/40 G06T 17/40 A63F 13/00 H04N 5/268 ＣＳＤＢ（日本国特許庁)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】入力された３次元形状データとそれらの
    色、大きさ、位置、向き等の入力データに対して、カメ
    ラの位置、参照点および画角等の視点データを与えるこ
    とによって動画像を生成する３次元動画作成装置におい
    て、 カメラで撮像される物体を指定する指定手段と、 この指定手段によって指定された物体に関して、前記入
    力データおよび視点データから参照点を決定する決定手
    段と、 この決定手段によって決定された参照点とカメラの位置
    とを結ぶ線分が、他の物体によって遮られないか判断す
    る判定手段と、 この判定手段によって遮られる物体があると判定された
    際に、前記視点データを変更する変更手段とを具備し、 この変更手段により遮られる物体のない動画像を生成す
    ることを特徴とする３次元動画作成装置。
  2. 【請求項２】変更手段は、あらかじめ複数のカメラの位
    置のデータを用意しておき、前記決定手段によって各カ
    メラの位置に対して参照点を決定し、前記判定手段によ
    り遮られないと判断されたカメラの位置の中から、参照
    点までの距離と向きに基づいてカメラの位置を選択して
    なることを特徴とする請求項１記載の３次元動画作成装
    置。
  3. 【請求項３】複数のカメラに対して、位置固定、被写体
    固定、被写体への向き固定、被写体との距離固定など
    の、カメラの属性をユーザが指定するためのカメラ属性
    指定手段を具備し、 前記変更手段は、前記カメラ属性指定手段によって指定
    された属性に従って視点データを変更することを特徴と
    する請求項２記載の３次元動画作成装置。
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