JP3517637B2 - 画像描画方法、画像描画装置及び記録媒体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば光が物体を
透過して屈折するときの現象（屈折現象）を３次元画像
で高速に表現する際に好適な画像描画方法及び画像描画
装置、前記画像描画を実現させることができるプログラ
ムやデータが記録された記録媒体に関する。

【０００２】

【従来の技術】近時、隠線処理、隠面消去処理、スムー
ズシェーディング、テクスチャマッピング等のコンピュ
ータグラフィックス（ＣＧ）処理が、ハードウエアの飛
躍的な発達と相俟って急速に進歩している。

【０００３】ＣＧ処理としては、一般に、ＣＡＤの３次
元モデリングによって複数の３次元形状（オブジェク
ト）を作成し、これらのオブジェクトに対して色や陰影
をつけ、鏡面反射、拡散反射、屈折、透明感などの光学
的特性を付加し、表面模様をつけ、更に、まわりの状況
（窓や景色の映り込みや光の回り込み等）に応じて描画
するというレンダリング処理が行われる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、例えば光が
物体を透過して屈折するときの表現を３次元画像で表す
場合、光学的な物理現象を再現することが考えられる。
この場合、視点から放たれた光線ベクトルの屈折は、光
線が物体内に進入したときと、物体から出たときに発生
する。

【０００５】上述の屈折現象を３次元画像で表現するに
は、ポリゴンを用いた方法よりもレイトレーシング法
（光線追跡法）を使用することが考えられる。

【０００６】このレイトレーシング法は、物体が置かれ
た空間内での光線の動きを探索し、光線と物体との交点
からその物体を描く方法である。換言すれば、視点に到
達する光の強度を物体の表面の反射や屈折を現実と同じ
ように再現させながら視点から逆向きにたどっていく方
法である。

【０００７】具体的な手法としては、視点を定めて画面
上の画素を通じて物体との交点を求め、交点がある場合
は、物体の反射や透過などその先の視線の行き先まで追
いかける。この交点に関する情報は、画面上の対応する
画素の情報として記憶される。つまり、画素毎に色相、
彩度、明度に関する固有色、反射、屈折、光沢やつやな
どに関する質感や素材感あるいは陰影などの情報が求め
られる。

【０００８】しかし、前記レイトレーシング法は、画素
毎に固有色、反射、屈折、陰影などの情報が存在するた
め、全体のデータ量は膨大なものとなり、演算時間も長
くなるという不都合がある。

【０００９】本発明はこのような課題を考慮してなされ
たものであり、例えば光が物体を透過して屈折するとき
の現象（屈折現象）を３次元画像で高速に表現すること
ができ、移動する透明物体を簡単にかつ高速に表現する
ことが可能な画像描画方法、画像描画装置、記録媒体及
びプログラムを提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係る画像描画方
法は、背景画像の手前に光の屈折が起こる透明あるいは
半透明のオブジェクトを、コンピュータの画像処理にて
描画する画像描画方法において、仮想の視点から仮想の
スクリーンに向かう視点座標系を基準としたとき、前記
オブジェクトを構成する複数の面のうち、前記仮想の視
点から遠い面を抽出するステップと、前記面の背景画像
のうち、該面を構成する各頂点での屈折を考慮したベク
トルで透視変換した範囲の背景画像を、前記面のテクス
チャとして描画を行って新たな背景画像を描画するステ
ップと、前記面よりも前記仮想の視点に近い面を抽出す
るステップと、前記新たな背景画像のうち、該面を構成
する各頂点での屈折を考慮したベクトルで透視変換した
範囲の背景画像を、前記面のテクスチャとして描画を行
って新たな背景画像を描画するステップとを有すること
を特徴とする。

【００１１】また、本発明に係る画像描画装置は、背景
画像の手前に光の屈折が起こる透明あるいは半透明のオ
ブジェクトを、コンピュータの画像処理にて描画する画
像描画装置において、仮想の視点から仮想のスクリーン
に向かう視点座標系を基準としたとき、前記オブジェク
トを構成する複数の面のうち、前記仮想の視点から遠い
面を抽出する手段と、前記面の背景画像のうち、該面を
構成する各頂点での屈折を考慮したベクトルで透視変換
した範囲の背景画像を、前記面のテクスチャとして描画
を行って新たな背景画像を描画する手段と、前記面より
も前記仮想の視点に近い面を抽出する手段と、前記新た
な背景画像のうち、該面を構成する各頂点での屈折を考
慮したベクトルで透視変換した範囲の背景画像を、前記
面のテクスチャとして描画を行って新たな背景画像を描
画する手段とを有することを特徴とする。

【００１２】また、本発明に係る記録媒体は、背景画像
の手前に光の屈折が起こる透明あるいは半透明のオブジ
ェクトを、コンピュータの画像処理にて描画する画像描
画装置を、仮想の視点から仮想のスクリーンに向かう視
点座標系を基準としたとき、前記オブジェクトを構成す
る複数の面のうち、前記仮想の視点から遠い面を抽出す
る手段、前記面の背景画像のうち、該面を構成する各頂
点での屈折を考慮したベクトルで透視変換した範囲の背
景画像を、前記面のテクスチャとして描画を行って新た
な背景画像を描画する手段、前記面よりも前記仮想の視
点に近い面を抽出する手段、前記新たな背景画像のう
ち、該面を構成する各頂点での屈折を考慮したベクトル
で透視変換した範囲の背景画像を、前記面のテクスチャ
として描画を行って新たな背景画像を描画する手段、と
して機能させるためのプログラムを記録したコンピュー
タ読み取り可能な記録媒体である。

【００１３】

【００１４】これにより、各面を描画する際に、それぞ
れの面の背景画像をテクスチャとして利用していくだけ
でよいため、高速に処理することができる。そのため、
例えば光が物体を透過して屈折するときの現象（屈折現
象）を３次元画像で高速に表現することができ、移動す
る透明物体を簡単にかつ高速に表現することが可能とな
る。

【００１５】そして、本発明においては、１つの面の描
画の際に、該面の背景画像のうち、前記面について前記
視点から背景画像に向かい、かつ、前記面を構成する各
頂点での屈折を考慮したベクトルで透視変換（３次元物
体を２次元平面に投影すること）した範囲の背景画像を
テクスチャとして使用することが好ましい。

【００１６】この場合、前記面を構成する各頂点での屈
折を考慮したベクトルは、少なくとも前記面の視点座標
系における法線の方向と、前記視点から各頂点に向かう
線分の方向に基づいて求めることができる。特に、前記
仮想の視点から遠い面と前記仮想の視点に近い面とが、
前記視点座標系において重なる関係にある場合において
は、前記仮想の視点から遠い面を構成する各頂点での屈
折を考慮したベクトルを、前記仮想の視点から遠い面の
視点座標系における法線の方向と前記視点から各頂点に
向かう線分の方向との各なす角をそれぞれの頂点での入
射角とし、これら各頂点での入射角と、前記オブジェク
トの周辺の仮想屈折率及び前記オブジェクトの仮想屈折
率に基づいて求めるようにしてもよい。また、前記仮想
の視点に近い面を構成する各頂点での屈折を考慮したベ
クトルを、前記仮想の視点に近い面の視点座標系におけ
る法線の方向と前記視点から各頂点に向かう線分の方向
との各なす角をそれぞれの頂点での入射角とし、これら
各頂点での入射角と、前記オブジェクトの周辺の仮想屈
折率及び前記オブジェクトの仮想屈折率に基づいて求め
るようにしてもよい。

【００１７】具体的には、前記各頂点における前記背景
画像のｕ軸と視点座標系のｚ軸から構成されるｕｚ平面
上への投影位置を求め、少なくとも前記視点から前記各
投影位置に向かう線分の方向と前記法線の前記ｕｚ平面
上での方向に基づいて、前記各頂点の前記背景画像にお
けるｕ軸上での座標を求め、前記各頂点における前記背
景画像のｖ軸と視点座標系のｚ軸から構成されるｖｚ平
面上への投影位置を求め、少なくとも前記視点から前記
各投影位置に向かう線分の方向と前記法線の前記ｖｚ平
面上での方向に基づいて、前記各頂点の前記背景画像に
おけるｖ軸上での座標を求めることにより、前記面の背
景画像上の位置を得るようにしてもよい。

【００１８】この方法によって、当該面に貼り付けるべ
き背景画像を簡単に求めることができ、屈折現象の３次
元画像表示を更に高速に行うことができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る画像描画方法
及び画像描画装置を例えば３次元のＣＧ処理を行うエン
タテインメント装置に適用した実施の形態例（以下、単
に実施の形態に係るエンタテインメント装置と記す）
と、本発明に係る記録媒体をエンタテインメント装置で
実行されるプログラムやデータが記録された記録媒体に
適用した実施の形態例を図１〜図１０を参照しながら説
明する。

【００２０】本実施の形態に係るエンタテインメント装
置１０は、図１に示すように、このエンタテインメント
装置１０を制御するＭＰＵ１２と、各種プログラムの動
作や各種データの格納等に使用されるメインメモリ１４
と、ジオメトリ処理に必要な浮動小数点ベクトル演算を
行うためのベクトル演算ユニット１６と、前記ＭＰＵ１
２の制御に基づいて画像データを生成し、モニタ１８
（この例ではＣＲＴ）に出力する画像処理部２０と、Ｍ
ＰＵ１２やベクトル演算ユニット１６と画像処理部２０
との転送パスの調停等を行うグラフィックインターフェ
ース（ＧＩＦ）２２と、外部機器とのデータの送受信を
行うための入出力ポート２４と、例えばフラッシュメモ
リにより構成され、カーネル等の制御を行うためのＯＳ
Ｄ機能を内蔵したＲＯＭ（ＯＳＤＲＯＭ）２６と、カレ
ンダ・時計機能を有するリアルタイムクロック２８とを
具備して構成されている。

【００２１】前記ＭＰＵ１２には、バス３０を介して、
メインメモリ１４、ベクトル演算ユニット１６、ＧＩＦ
２２、ＯＳＤＲＯＭ２６、リアルタイムクロック２８及
び入出力ポート２４等が接続される。

【００２２】入出力ポート２４には、例えばこのエンタ
テインメント装置１０に対してデータ（キー入力データ
や座標データ等）を入力するための入力装置３２や、各
種プログラムやデータ（オブジェクトに関するデータや
テクスチャデータ等）が記録された例えばＣＤ−ＲＯＭ
等の光ディスク３４を再生する光ディスク装置３６等が
接続される。

【００２３】前記画像処理部２０は、レンダリングエン
ジン７０、メモリインターフェース７２、画像メモリ７
４、表示制御装置７６（例えばプログラマブルＣＲＴコ
ントローラ等）を有する。

【００２４】レンダリングエンジン７０は、ＭＰＵ１２
から供給される描画コマンドに対応して、メモリインタ
ーフェース７２を介して、画像メモリ７４に所定の画像
データを描画する動作を実行する。

【００２５】メモリインターフェース７２とレンダリン
グエンジン７０との間には第１のバス７８が接続され、
メモリインターフェース７２と画像メモリ７４との間に
は第２のバス８０が接続されている。第１及び第２のバ
ス７８及び８０は、それぞれ例えば１２８ビットのビッ
ト幅を有し、レンダリングエンジン７０が画像メモリ７
４に対して高速に描画処理を実行することができるよう
になっている。

【００２６】レンダリングエンジン７０は、例えばＮＴ
ＳＣ方式、あるいはＰＡＬ方式などの３２０×２４０画
素の画像データ、あるいは６４０×４８０画素の画像デ
ータを、リアルタイムに、即ち１／６０秒〜１／３０秒
の間に、１０数回〜数１０回以上描画できる能力を有す
る。

【００２７】画像メモリ７４は、例えばテクスチャ描画
領域と表示描画領域を同一のエリアに指定することがで
きるユニファイドメモリ構造のものが採用されている。

【００２８】表示制御装置７６は、光ディスク３４から
光ディスク装置３６を通じて取り込まれたテクスチャデ
ータやメインメモリ１４上で作成されたテクスチャデー
タをメモリインターフェース７２を介して画像メモリ７
４のテクスチャ描画領域に書き込んだり、画像メモリ７
４の表示描画領域に描画された画像データをメモリイン
ターフェース７２を介して読み取り、これをモニタ１８
に出力し、画面上に表示させるように構成されている。

【００２９】次に、本実施の形態に係るエンタテインメ
ント装置１０が有する特徴的な機能について図２〜図１
０を参照しながら説明する。

【００３０】この機能は、屈折が起こるオブジェクトを
描画する際に、前記オブジェクトを構成する面のうち、
視点より遠い面から描画を行い、各面の描画の際に、そ
れぞれの面の背景画像をテクスチャとして使用するもの
である。

【００３１】例えば、１つの面の描画の際に、該面の背
景画像のうち、前記面について前記視点から背景画像に
向かい、かつ、前記面を構成する各頂点での屈折を考慮
したベクトルで透視変換した範囲の背景画像をテクスチ
ャとして使用する。

【００３２】前記面を構成する各頂点での屈折を考慮し
たベクトルは、少なくとも前記面の視点座標系における
法線の方向と、前記視点から各頂点に向かう線分の方向
に基づいて求めることができる。

【００３３】この方法の具体的な手順について図２〜図
７を参照しながら説明する。図２は、背景画像１００と
して描かれた山の風景の手前に、ガラスのような物質の
立方体１０２が置かれている映像を示し、この映像のう
ち、立方体１０２を透過する光の屈折処理は、上述の方
法で作成したものである。

【００３４】通常、図３に示すように、視点１０４から
放たれた光線ベクトルの屈折現象は、光線Ｌａが立方体
１０２に進入するときと、光線Ｌａが立方体１０２から
出るときに生じる。ここで、例えば、視点１０４から見
て手前の面における光線Ｌａの屈折は、空間の屈折率を
ｎ１、立方体１０２の屈折率をｎ２、光線Ｌａの面への
入射角（法線１０６とのなす角）をθ１、光線Ｌａの出
射角（法線１０６とのなす角）をθ２としたとき、スネ
ル法則から以下の関係で示すことができる。

【００３５】ｎ１ｓｉｎθ１＝ｎ２ｓｉｎθ２ この関係は、視点１０４から見て奥にある面における光
線Ｌａの屈折においても同様である。

【００３６】そして、本実施の形態に係る画像描画方法
は、この関係を利用して立方体１０２を構成する各面の
背景画像上での位置を求めるようにしている。

【００３７】具体的に説明すると、図４Ａ及び図４Ｂに
示すように、立方体１０２を構成する６つの面のうち、
まず、視点から最も遠い面Ａ１を選択し、この面Ａ１を
構成する各頂点（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）の背景画像１００上
での位置（正確にはこの面Ａ１の背景画像１００上の位
置）を、少なくとも前記面Ａ１の視点座標系における法
線の方向と、視点から各頂点（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）に向か
う線分の方向に基づいて求める。

【００３８】背景画像１００上の位置とは、画像メモリ
７４に描画された背景画像１００上の位置であって、そ
の位置を求めるとは、背景画像１００の水平軸をｕ軸、
垂直軸をｖ軸としたとき、ｕｖ座標系の位置を求めるこ
とにほかならない。

【００３９】そして、まず、背景画像１００のｕ軸と視
点座標系のｚ軸から構成されるｕｚ平面に対する各頂点
（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）の投影位置を求め、少なくとも視点
１０４から各投影位置に向かう線分の方向と、面Ａ１に
おける法線のｕｚ平面上での方向に基づいて、各頂点
（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）の前記背景画像１００におけるｕ軸
上での座標を求める。

【００４０】例えば、図５に示すように、１つの裏の面
Ａ１の１つの頂点ａを例に説明すると、視点１０４から
該頂点ａへの線分１１０を考えたとき、該線分１１０の
法線１１２とのなす角（入射角）θ１と、立方体１０２
の屈折率ｎ２と空間の屈折率ｎ１に基づいて、頂点ａか
ら背景画像１００に向かう方向（出射角θ２）が求ま
る。そして、この出射角θ２によって決まる線分１１４
のベクトルに従って頂点ａを背景画像１００に透視変換
することにより、該頂点ａにおける背景画像１００上の
ｕ座標の位置が定まる。これは、該面Ａ１に含まれる他
の頂点ｂ、ｃ及びｄについても同様である。

【００４１】次に、背景画像１００のｖ軸と視点座標系
のｚ軸から構成されるｖｚ平面に対する各頂点（ａ，
ｂ，ｃ，ｄ）の投影位置を求め、少なくとも視点１０４
から各投影位置に向かう線分の方向と法線のｖｚ平面上
での方向に基づいて、各頂点（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）の背景
画像１００におけるｖ軸上での座標を求める。

【００４２】例えば、ここでは図示しないが、１つの頂
点ａを例に説明すると、視点１０４から該頂点ａへの線
分を考えたとき、該線分の法線とのなす角（入射角）θ
１と、立方体１０２の屈折率ｎ２と空間の屈折率ｎ１に
基づいて、頂点ａから背景画像１００に向かう方向（出
射角θ２）が求まる。そして、この出射角θ２によって
決まる線分のベクトルに従って頂点ａを背景画像１００
に透視変換することにより、該頂点ａにおける背景画像
１００上のｖ座標の位置が定まる。これは、該面Ａ１に
含まれる他の頂点ｂ、ｃ及びｄについても同様である。

【００４３】このようにして、１つの裏の面Ａ１の１つ
の頂点ａにおける背景画像１００上でのｕｖ座標（ｕ，
ｖ）が求まる。以下、同様にして、他の頂点について背
景画像１００上での座標を求めることによって、図４Ａ
及び図４Ｂに示すように、１つの面Ａ１について視点１
０４から背景画像１００に向かい、かつ、該面Ａ１を構
成する各頂点（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）での屈折を考慮したベ
クトルで透視変換した範囲、つまり、使用すべきテクス
チャの範囲１２０が求まり、前記１つの面Ａ１について
のテクスチャマッピングが行われて画像メモリ７４への
描画が行われる。

【００４４】そして、前記１つの面Ａ１について画像メ
モリ７４への描画が終了した段階で、次の裏の面Ａ２が
選択されて上述と同様の処理が行われる。立方体１０２
を構成する各面の選択順序は、図１に示すように、面Ａ
１→面Ａ２→面Ａ３→面Ａ４→面Ａ５→面Ａ６の順であ
る。

【００４５】立方体１０２の３つの裏の面Ａ１、Ａ２及
びＡ３が終了した段階で、次に、立方体１０２の３つの
表の面Ａ４、Ａ５及びＡ６が処理されることになる。表
の面Ａ４、Ａ５及びＡ６の処理も上述と同様である。

【００４６】図６に示すように、例えば１つの面Ａ５の
１つの頂点ａを例に説明すると、視点１０４から該頂点
ａへの線分１２２を考えたとき、該線分１２２における
面Ａ５の法線１２４とのなす角（入射角）θ１と、空間
の屈折率ｎ１と立方体１０２の屈折率ｎ２に基づいて、
頂点ａから背景画像１００に向かう方向（出射角θ２）
が求まる。そして、この出射角θ２によって決まる線分
１２６のベクトルに従って頂点ａを背景画像１００に透
視変換することにより、該頂点ａにおける背景画像１０
０上のｕ座標の位置が定まる。これは、該面Ａ５に含ま
れる他の頂点ｂ、ｇ及びｈについても同様である。

【００４７】次に、前記頂点ａにおける背景画像１００
上のｖ座標の位置を求める。この手法は、上述した方法
と同じであるため、その詳細な説明は省略する。

【００４８】このようにして、表の面Ａ５の１つの頂点
ａにおける背景画像１００上でのｕｖ座標（ｕ，ｖ）が
求まる。以下、同様にして、他の頂点ｂ、ｇ及びｈにつ
いて背景画像１００上でのｕｖ座標を求めることによっ
て、図４Ｂ及び図４Ｃに示すように、１つ表の面Ａ５に
ついて視点１０４から背景画像１００に向かい、かつ、
該面Ａ５を構成する各頂点（ａ，ｂ，ｇ，ｈ）での屈折
を考慮したベクトルで透視変換した範囲、つまり、使用
すべきテクスチャの範囲１３０が求まり、前記１つの面
Ａ５についてのテクスチャマッピングが行われて画像メ
モリ７４への描画が行われる。このとき、この表の面Ａ
５の背景画像１００には、山の風景に３つの裏の面Ａ
１、Ａ２及びＡ３が描画された画像が描画されており、
表の面Ａ５に使用されるテクスチャとしては、裏の面Ａ
１、Ａ２及びＡ３が描画された画像が含まれることにな
る。

【００４９】そして、前記１つの表の面Ａ５について画
像メモリ７４への描画が終了した段階で、次の表の面Ａ
６が選択されて上述と同様の処理が行われる。

【００５０】上述の例では、山の風景に１つの立方体１
０２を置いた場合を示したが、その他、図７に示すよう
に、山の風景に複数の立方体１０２Ａ及び１０２Ｂを置
いた場合であっても同様に適用させることができる。こ
の場合、視点１０４から遠い立方体１０２Ａから処理が
行われることになる。

【００５１】次に、上述の機能を達成させるためのソフ
トウエア（描画手段２００）の一例について図８〜図１
０を参照しながら説明する。

【００５２】この描画手段２００は、例えばＣＤ−ＲＯ
Ｍやメモリカードのようなランダムアクセス可能な記録
媒体、さらにはネットワークによってエンタテインメン
ト装置１０に提供されるようになっている。ここでは、
ＣＤ−ＲＯＭのような光ディスク３４からエンタテイン
メント装置１０に読み込まれて動作する場合を想定して
説明を進める。

【００５３】即ち、描画手段２００は、例えば予めエン
タテインメント装置１０にて再生される特定の光ディス
ク３４から所定の処理を経てエンタテインメント装置１
０のメインメモリ１４にダウンロードされることによっ
て、ＭＰＵ１２上で動作されるようになっている。

【００５４】そして、この描画手段２００は、図８に示
すように、オブジェクトデータファイル２０２に登録さ
れた多数のオブジェクトのうち、視点から遠い順にオブ
ジェクトに関するオブジェクトデータ２０４を選択する
オブジェクト選択手段２０６と、選択されたオブジェク
トデータ２０４が示すオブジェクトを構成する複数の面
のうち、視点１０４から遠い順に面を選択する面選択手
段２０８と、選択された面におけるｕｚ座標系とｖｚ座
標系の法線方向を決定する法線方向決定手段２１０と、
選択された面を構成する各頂点のｕｚ平面上への投影位
置を求める第１の投影位置演算手段２１２と、入射角θ
１と出射角θ２を求める角度演算手段２１４と、各頂点
についてｕｚ平面上の投影位置と出射角θ２に基づいて
背景画像１００上でのｕ座標を求める第１の座標演算手
段２１６とを有する。

【００５５】また、この描画手段２００は、選択された
面を構成する各頂点のｖｚ平面上への投影位置を求める
第２の投影位置演算手段２１８と、各頂点についてｖｚ
平面上の投影位置と出射角θ２に基づいて背景画像１０
０上でのｖ座標を求める第２の座標演算手段２２０と、
各頂点のｕｖ座標に基づいて背景画像１００から使用す
べきテクスチャ画像を決定するテクスチャ画像決定手段
２２２と、決定したテクスチャ画像を選択された面に貼
り付けるテクスチャマッピング手段２２４と、処理の完
了を判別する終了判別手段２２６とを有する。

【００５６】次に、前記描画手段２００の処理動作を図
９及び図１０のフローチャートを参照しながら説明す
る。

【００５７】この描画手段２００は、まず、図９のステ
ップＳ１において、オブジェクトの検索に使用されるイ
ンデックスレジスタｍに初期値「１」を格納して、該イ
ンデックスレジスタｍを初期化する。

【００５８】次に、ステップＳ２において、オブジェク
ト選択手段２０６を通じて、オブジェクトデータファイ
ル２０２に登録された多数のオブジェクトのうち、視点
から遠い順にオブジェクトに関するオブジェクトデータ
２０４を選択する。

【００５９】次に、ステップＳ３において、オブジェク
トを構成する面の検索に使用されるインデックスレジス
タｉに初期値「１」を格納して、該インデックスレジス
タｉを初期化する。

【００６０】次に、ステップＳ４において、面選択手段
２０８を通じて、前記選択されたオブジェクトデータ２
０４に登録されたオブジェクトを構成する複数の面のう
ち、視点から遠い順に面（ｉ番目の面）を選択する。

【００６１】次に、ステップＳ５において、ｉ番目の面
を構成する頂点の数Ｎを決定する。その後、ステップＳ
６において、法線方向決定手段２１０を通じて、ｉ番目
の面におけるｕｚ平面上の法線の方向とｖｚ平面上の法
線の方向を求める。

【００６２】次に、ステップＳ７において、頂点の検索
に使用されるインデックスレジスタｊに初期値「１」を
格納して、該インデックスレジスタｊを初期化した後、
次のステップＳ８において、第１の投影位置演算手段２
１２を通じて、ｊ番目の頂点のｕｚ平面上への投影位置
（座標）を求める。

【００６３】次に、ステップＳ９において、角度演算手
段２１４を通じて、視点とｊ番目の頂点とを結ぶ線分と
法線（ｕｚ平面上の法線）とのなす角（入射角θ１）を
求め、次のステップＳ１０において、同じく角度演算手
段２１４を通じて、入射側の屈折率と出射側の屈折率と
入射角θ１に基づいて出射角θ２を求める。

【００６４】次に、ステップＳ１１において、第１の座
標演算手段２１６を通じて、ｊ番目の頂点のｕｚ平面上
の投影位置（座標）と出射角θ２とで決定される方向
に、該ｊ番目の頂点を透視変換し、該ｊ番目の頂点にお
ける背景画像１００上での位置（ｕ座標）を求める。

【００６５】次に、図１０のステップＳ１２において、
第２の投影位置演算手段２１８を通じて、ｊ番目の頂点
のｖｚ平面上への投影位置（座標）を求める。

【００６６】次に、ステップＳ１３において、角度演算
手段２１４を通じて、視点とｊ番目の頂点とを結ぶ線分
の法線（ｖｚ平面上の法線）とのなす角（入射角θ１）
を求め、次のステップＳ１４において、同じく角度演算
手段２１４を通じて、入射側の屈折率と出射側の屈折率
と入射角θ１に基づいて出射角θ２を求める。

【００６７】次に、ステップＳ１５において、第２の座
標演算手段２２０を通じて、ｊ番目の頂点のｖｚ平面上
の投影位置（座標）と出射角θ２とで決定される方向
に、該ｊ番目の頂点を透視変換し、該ｊ番目の頂点にお
ける背景画像１００上での位置（ｖ座標）を求める。

【００６８】次に、ステップＳ１６において、インデッ
クスレジスタｊの値を＋１更新した後、ステップＳ１７
において、ｉ番目の面を構成する各頂点についてそれぞ
れｕｖ座標を求めたか否かが判別される。この判別は、
インデックスレジスタｊの値が頂点の数Ｎより大きいか
どうかで行われる。

【００６９】各頂点についてのｕｖ座標を求めていない
場合は、前記ステップＳ８に進み、次の頂点についてｕ
ｖ座標を求め、処理が完了した場合は、次のステップＳ
１８に進み、テクスチャ画像決定手段２２２を通じて、
背景画像１００のうち、該ｉ番目の面を構成する各頂点
のｕｖ座標で囲まれた範囲の背景画像１００をテクスチ
ャ画像として決定する。

【００７０】次に、ステップＳ１９において、テクスチ
ャマッピング手段２２４を通じて、前記決定されたテク
スチャ画像をｉ番目の面にテクスチャマッピングして画
像メモリ７４に描画する。

【００７１】次に、ステップＳ２０において、インデッ
クスレジスタｉの値を＋１更新した後、次のステップＳ
２１において、終了判別手段２２６を通じて、オブジェ
クトを構成する全ての面について処理が完了したか否か
が判別される。この判別は、インデックスレジスタｉの
値がオブジェクトを構成する面の数Ｍより大きいかどう
かで行われる。

【００７２】全ての面についてテクスチャマッピングし
ていない場合は、前記ステップＳ４に進み、次の面につ
いて処理を行い、全ての面についてテクスチャマッピン
グした場合は、次のステップＳ２２において、インデッ
クスレジスタｍの値を＋１更新した後、次のステップＳ
２３において、終了判別手段２２６を通じて、全てのオ
ブジェクトについて処理が完了したか否かが判別され
る。この判別は、インデックスレジスタｍの値がオブジ
ェクトの数Ｐより大きいかどうかで行われる。

【００７３】全てのオブジェクトについて処理が完了し
ていない場合は、前記ステップＳ２に進み、次のオブジ
ェクトについて処理を行い、全てのオブジェクトについ
て処理を終えた場合は、この描画手段２００での処理が
終了する。

【００７４】このように、本実施の形態に係る描画手段
２００においては、屈折が起こるオブジェクトの各面を
描画する際に、それぞれの面の背景画像１００をテクス
チャとして利用していくだけでよいため、高速に処理す
ることができる。そのため、例えば光が物体を透過して
屈折するときの現象（屈折現象）を３次元画像で高速に
表現することができ、移動する透明物体を簡単にかつ高
速に表現することが可能となる。

【００７５】なお、この発明に係る画像描画方法、画像
描画装置及び記録媒体は、上述の実施の形態に限らず、
この発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り
得ることはもちろんである。

【００７６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る画像
描画方法、画像描画装置及び記録媒体によれば、例えば
光が物体を透過して屈折するときの現象（屈折現象）を
３次元画像で高速に表現することができ、移動する透明
物体を簡単にかつ高速に表現することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態に係るエンタテインメント装置の
構成を示すブロック図である。

【図２】背景画像として描かれた山の風景の手前に、ガ
ラスのような物質の１つの立方体を置いた状態の映像を
示す説明図である。

【図３】視点から放たれた光線ベクトルの立方体での屈
折現象を示す説明図である。

【図４】図４Ａは、立方体の１つの裏の面に使用するテ
クスチャ画像の範囲を示す説明図であり、図４Ｂは、図
４Ａに示すテクスチャ画像を貼り付けた状態と、立方体
の１つの表の面に使用するテクスチャ画像の範囲を示す
説明図であり、図４Ｃは、図４Ｂに示すテクスチャ画像
を貼り付けた状態を示す説明図である。

【図５】立方体の１つの裏の面を構成する頂点を屈折を
考慮して背景画像に透視変換する方法を説明するための
図である。

【図６】立方体の１つの表の面を構成する頂点を屈折を
考慮して背景画像に透視変換する方法を説明するための
図である。

【図７】背景画像として描かれた山の風景の手前に、ガ
ラスのような物質の２つの立方体を置いた状態の映像を
示す説明図である。

【図８】本実施の形態に係る描画手段の構成を示す機能
ブロック図である。

【図９】本実施の形態に係る描画手段の処理動作を示す
フローチャート（その１）である。

【図１０】本実施の形態に係る描画手段の処理動作を示
すフローチャート（その２）である。

【符号の説明】

１０…エンタテインメント装置 ３４…光ディス
ク ７４…画像メモリ １００…背景画
像 １０２、１０２Ａ、１０２Ｂ…立方体 １０４…視点 １２０、１３０…テクスチャの範囲 ２００…描画手
段 ２０２…オブジェクトデータファイル ２０４…オブジ
ェクトデータ ２０６…オブジェクト選択手段 ２０８…面選択
手段 ２１０…法線方向決定手段 ２１２…第１の
投影位置演算手段 ２１４…角度演算手段 ２１６…第１の
座標演算手段 ２１８…第２の投影位置演算手段 ２２０…第２の
座標演算手段 ２２２…テクスチャ画像決定手段 ２２４…テクス
チャマッピング手段

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】背景画像の手前に光の屈折が起こる透明あ
   るいは半透明のオブジェクトを、コンピュータの画像処
   理にて描画する画像描画方法において、 仮想の視点から仮想のスクリーンに向かう視点座標系を
   基準としたとき、 前記オブジェクトを構成する複数の面
   のうち、前記仮想の視点から遠い面を抽出するステップ
   と、 前記面の背景画像のうち、該面を構成する各頂点での屈
   折を考慮したベクトルで透視変換した範囲の背景画像
   を、前記面のテクスチャとして描画を行って新たな背景
   画像を描画するステップと、 前記面よりも前記仮想の視点に近い面を抽出するステッ
   プと、 前記新たな背景画像のうち、該面を構成する各頂点での
   屈折を考慮したベクトルで透視変換した範囲の 背景画像
   を、前記面のテクスチャとして描画を行って新たな背景
   画像を描画するステップとを有することを特徴とする画
   像描画方法。
2. 【請求項２】請求項１記載の画像描画方法において、 前記面を構成する各頂点での屈折を考慮したベクトル
   を、少なくとも前記面の視点座標系における法線の方向
   と、前記視点から各頂点に向かう線分の方向に基づいて
   求めることを特徴とする画像描画方法。
3. 【請求項３】請求項２記載の画像描画方法において、 前記仮想の視点から遠い面と前記仮想の視点に近い面と
   が、前記視点座標系において重なる関係にある場合に、 前記仮想の視点から遠い面を構成する各頂点での屈折を
   考慮したベクトルを、前記仮想の視点から遠い面の視点
   座標系における法線の方向と前記視点から各頂点に向か
   う線分の方向との各なす角をそれぞれの頂点での入射角
   とし、これら各頂点での入射角と、前記オブジェクトの
   周辺の仮想屈折率及び前記オブジェクトの仮想屈折率に
   基づいて求め、 前記仮想の視点に近い面を構成する各頂点での屈折を考
   慮したベクトルを、前記仮想の視点に近い面の視点座標
   系における法線の方向と前記視点から各頂点に向かう線
   分の方向との各なす角をそれぞれの頂点での入射角と
   し、これら各頂点での入射角と、前記オブジェクトの周
   辺の仮想屈折率及び前記オブジェクトの仮想屈折率に基
   づいて求めることを特徴とする画像描画方法。
4. 【請求項４】請求項２又は３記載の画像描画方法におい
   て、 前記背景画像のｕ軸と視点座標系のｚ軸から構成される
   ｕｚ平面に対する前記各頂点の投影位置を求め、 少なくとも前記視点から前記各投影位置に向かう線分の
   方向と前記法線の前記ｕｚ平面上での方向に基づいて、
   前記各頂点の前記背景画像におけるｕ軸上での座標を求
   め、 前記背景画像のｖ軸と視点座標系のｚ軸から構成される
   ｖｚ平面に対する前記各頂点の投影位置を求め、 少なくとも前記視点から前記各投影位置に向かう線分の
   方向と前記法線の前記ｖｚ平面上での方向に基づいて、
   前記各頂点の前記背景画像におけるｖ軸上での座標を求
   めることにより、 前記面の背景画像上の位置を得ることを特徴とする画像
   描画方法。
5. 【請求項５】背景画像の手前に光の屈折が起こる透明あ
   るいは半透明のオブジェクトを、コンピュータの画像処
   理にて描画する画像描画装置において、 仮想の視点から仮想のスクリーンに向かう視点座標系を
   基準としたとき、 前記オブジェクトを構成する複数の面
   のうち、前記仮想の視点から遠い面を抽出する手段と、 前記面の背景画像のうち、該面を構成する各頂点での屈
   折を考慮したベクトルで透視変換した範囲の背景画像
   を、前記面のテクスチャとして描画を行って新たな背景
   画像を描画 する手段と、 前記面よりも前記仮想の視点に近い面を抽出する手段
   と、 前記新たな背景画像のうち、該面を構成する各頂点での
   屈折を考慮したベクトルで透視変換した範囲の 背景画像
   を、前記面のテクスチャとして描画を行って新たな背景
   画像を描画する手段とを有することを特徴とする画像描
   画装置。
6. 【請求項６】請求項５記載の画像描画装置において、前記背景画像を 描画する手段は、 前記面を構成する各頂点での屈折を考慮したベクトル
   を、少なくとも前記面の視点座標系における法線の方向
   と、前記視点から各頂点に向かう線分の方向に基づいて
   求めるテクスチャ座標演算手段を有することを特徴とす
   る画像描画装置。
7. 【請求項７】請求項６記載の画像描画装置において、 前記テクスチャ座標演算手段は、 前記仮想の視点から遠い面と前記仮想の視点に近い面と
   が、前記視点座標系において重なる関係にある場合に、 前記仮想の視点から遠い面を構成する各頂点での屈折を
   考慮したベクトルを、前記仮想の視点から遠い面の視点
   座標系における法線の方向と前記視点から各頂点に向か
   う線分の方向との各なす角をそれぞれの頂点での入射角
   とし、これら各頂点での入射角と、前記オブジェクトの
   周辺の仮想屈折率及び前記オブジェクトの仮想屈折率に
   基づいて求め、 前記仮想の視点に近い面を構成する各頂点での屈折を考
   慮したベクトルを、前記仮想の視点に近い面の視点座標
   系における法線の方向と前記視点から各頂点に向かう線
   分の方向との各なす角をそれぞれの頂点での入射角と
   し、これら各頂点での入射角と、前記オブジェクトの周
   辺の仮想屈折率及び前記オブジェクトの仮想屈折率に基
   づいて求めることを特徴とする画像描画装置。
8. 【請求項８】請求項６又は７記載の画像描画装置におい
   て、 前記テクスチャ座標演算手段は、 前記各頂点における前記背景画像のｕ軸と視点座標系の
   ｚ軸から構成されるｕｚ平面上への投影位置を求める第
   １の投影位置演算手段と、 少なくとも前記視点から前記各投影位置に向かう線分の
   方向と前記法線の前記ｕｚ平面上での方向に基づいて、
   前記各頂点の前記背景画像におけるｕ軸上での座標を求
   める第１の座標演算手段と、 前記各頂点における前記背景画像のｖ軸と視点座標系の
   ｚ軸から構成されるｖｚ平面上への投影位置を求める第
   ２の投影位置演算手段と、 少なくとも前記視点から各投影位置に向かう線分の方向
   と前記法線の前記ｖｚ平面上での方向に基づいて、前記
   各頂点の前記背景画像におけるｖ軸上での座標を求める
   第２の座標演算手段とを有することを特徴とする画像描
   画装置。
9. 【請求項９】背景画像の手前に光の屈折が起こる透明あ
   るいは半透明のオブジェクトを、コンピュータの画像処
   理にて描画する画像描画装置を、 仮想の視点から仮想のスクリーンに向かう視点座標系を
   基準としたとき、 前記オブジェクトを構成する複数の面
   のうち、前記仮想の視点から遠い面を抽出する手段、 前記面の背景画像のうち、該面を構成する各頂点での屈
   折を考慮したベクトルで透視変換した範囲の背景画像
   を、前記面のテクスチャとして描画を行って新たな背景
   画像を描画する手段、 前記面よりも前記仮想の視点に近い面を抽出する手段、 前記新たな背景画像のうち、該面を構成する各頂点での
   屈折を考慮したベクトルで透視変換した範囲の 背景画像
   を、前記面のテクスチャとして描画を行って新たな背景
   画像を描画する手段、 として機能させるためのプログラムを記録したコンピュ
   ータ読み取り可能な記録媒体。
10. 【請求項１０】請求項９記載の記録媒体において、前記背景画像を 描画する手段は、 前記面を構成する各頂点での屈折を考慮したベクトル
    を、少なくとも前記面の視点座標系における法線の方向
    と、前記視点から各頂点に向かう線分の方向に基づいて
    求めるテクスチャ座標演算手段を有することを特徴とす
    る記録媒体。
11. 【請求項１１】請求項１０記載の記録媒体において、 前記テクスチャ座標演算手段は、 前記仮想の視点から遠い面と前記仮想の視点に近い面と
    が、前記視点座標系において重なる関係にある場合に、 前記仮想の視点から遠い面を構成する各頂点での屈折を
    考慮したベクトルを、前記仮想の視点から遠い面の視点
    座標系における法線の方向と前記視点から各頂点に向か
    う線分の方向との各なす角をそれぞれの頂点での入射角
    とし、これら各頂点での入射角と、前記オブジェクトの
    周辺の仮想屈折率及び前記オブジェクトの仮想屈折率に
    基づいて求め、 前記仮想の視点に近い面を構成する各頂点での屈折を考
    慮したベクトルを、前記仮想の視点に近い面の視点座標
    系における法線の方向と前記視点から各頂点に向かう線
    分の方向との各なす角をそれぞれの頂点での入射角と
    し、これら各頂点での入射角と、前記オブジェクトの周
    辺の仮想屈折率及び前記オブジェクトの仮想屈折率に基
    づいて求めることを特徴とする記録媒体。
12. 【請求項１２】請求項１０又は１１記載の記録媒体にお
    いて、前 記テクスチャ座標演算手段は、 前記各頂点における前記背景画像のｕ軸と視点座標系の
    ｚ軸から構成されるｕｚ平面上への投影位置を求める第
    １の投影位置演算手段と、 少なくとも前記視点から前記各投影位置に向かう線分の
    方向と前記法線の前記ｕｚ平面上での方向に基づいて、
    前記各頂点の前記背景画像におけるｕ軸上での座標を求
    める第１の座標演算手段と、 前記各頂点における前記背景画像のｖ軸と視点座標系の
    ｚ軸から構成されるｖｚ平面上への投影位置を求める第
    ２の投影位置演算手段と、 少なくとも前記視点から各投影位置に向かう線分の方向
    と前記法線の前記ｖｚ平面上での方向に基づいて、前記
    各頂点の前記背景画像におけるｖ軸上での座標を求める
    第２の座標演算手段とを有することを特徴とする記録媒
    体。