JP3540157B2

JP3540157B2 - 画像を利用した形状モデリング方法及び形状モデリングプログラムを記録した記録媒体

Info

Publication number: JP3540157B2
Application number: JP16570698A
Authority: JP
Inventors: 達樹松田; 幹夫新谷; 拳筒口; 政勝青木
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1998-06-12
Filing date: 1998-06-12
Publication date: 2004-07-07
Anticipated expiration: 2018-06-12
Also published as: JP2000003456A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、三次元ＣＧ（コンピュータグラフィックス）、バーチャルリアリティ等の分野に係り、詳しくは、実画像から実物と酷似した仮想空間を生成するのに必要な、画像を利用した形状モデリング方法及びそのプログラムを記録した記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
画像に写された実物体をオブジェクトと称し、また、ＣＧ映像内に表現されるオブジェクトをＣＧモデル、ＣＧモデルを生成する三次元座標空間を仮想空間と称す。従来、実画像からの形状モデリング手法としては、形状モデリング対象となるオブジェクトに対して違った角度からの複数枚の画像を用い、その差分を利用したステレオマッチングによる方法が最も知られている。（例えば、藤本直樹、小堀研一、久津輪敏郎、「多方向画像からの立体再構成」、情報処理学会研究報告、Ｖol．９６，Ｎo.１２５，９６−ＣＧ−８３、pp．４３−４８、１９９６参照）。
【０００３】
図７はステレオマッチングによる方法の概念図を示したものである。図７において、７０１は実際のオブジェクトを表し、７０２と７０３は一つのオブジェクト７０１に対して撮影された別角度からの画像である。ステレオマッチング方法では、立体視の逆手順を利用し、二つの画像７０２、７０３に映し出された同一部分の長さの違いや角度の違いから、その部分の三次元座標値を算出し、ＣＧモデル７０４を生成する。なお、立体視に関しては、例えば、水上考一著「コンピュータグラフィックス−情報化社会と映像−」朝倉書店（１９８９）に詳述されている。
【０００４】
また、従来、１枚の画像からＣＧモデルを構築する方法としては、あらかじめ用意された基本モデルを画像内のオブジェクトに合わせる形でモデルを構築していく方法が知られている（例えば、Ｐaul Ｅ．Ｄebevec，Ｃamillo Ｊ．Ｔaylor，Ｊitendra Ｍalik，“Ｍodeling and Ｒendering Ａrchitecture from
Ｐhotographs：Ａ hybrid geometry- and image-based approach",Ｐroceedingsof ＳＩＧＧＲＡＰＨ”９６，ＡＣＭＳＩＧＧＲＡＰＨ，pp.１１−２０，１９９６参照）。
【０００５】
図８は基本モデルを利用する方法の概念図を示したものである。図８において、８０１は実際のオブジェクトを撮影した画像を示し、８０２はオブジェクトの形状に該当する基本ＣＧモデルを示す。基本モデルを利用する方法では、画像内のオブジェクト８０１の形状に近い基本ＣＧモデル８０２を選択し、このＣＧモデル８０２の形状をオブジェクト形状に合うように変形することで最終的なＣＧモデル８０３を生成する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
画像からの形状モデリングに関する従来の方法では、同じ距離から同じ倍率を用いて角度を変えた複数枚の画像を必要とするか、あるいは１枚の画像から基本ＣＧモデルの制約内でＣＧモデルを変形によって生成することが主流であり、１枚の画像だけで任意のモデルを生成することが出来なかった。
【０００７】
本発明の目的は、上述の従来手法の問題点に鑑み、１枚の画像からモデル形状の制約をなくした形状モデリング方法及びそのプログラムを記録した記録媒体を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明では、１枚の画像を入力し、該画像のカメラパラメータを用い、画像内においてＣＧモデルとして表現したいオブジェクトに含まれる各頂点が取りうる仮想空間（三次元座標空間）内での頂点列を半直線（頂点制御半直線）で表示し、該半直線上を移動させることで、各頂点の三次元座標入力をより簡単にできるように形状モデリング作業を支援することを特徴とする。
【０００９】
【実施の形態】
図１に、本発明方法の一実施形態の処理手順を示す。図１において、１０１は画像入力処理、１０２は画像のパラメータ入力処理、１０３は画像上の頂点入力処理、１０４は頂点の座標点群算出処理、１０５は半直線表示処理、１０６はＣＧモデル内頂点座標決定処理、１０７は頂点接続処理、１０８は平面生成処理、１０９はＣＧモデル生成処理である。これらの処理は、コンピュータシステムを用いて実現される。
【００１０】
図２は、コンピュータシステムの構成例であり、２０１はイメージスキャナなどの画像入力装置、２０２はキーボードやマウスからなる入力装置、２０３はディスプレイ、２０４は中央処理装置（ＣＰＵ）、２０５はハードディスクなどの記憶装置、２０６は各部を接続する内部バスである。画像入力装置２０１は、処理対象の画像を入力するのに用いられる。なお、画像入力手段としては、イメージスキャナの他に、デジタルカメラや、あらかじめ画像が記録された任意の記録媒体を使用することもできる。入力装置２０２は、コマンドやパラメータの入力、頂点の指定などに用いられる。ディスプレイ２０３は、入力の表示、生成された半直線や平面やＣＧモデルの表示などに用いられる。ＣＰＵ２０４は、システム全体を制御するとともに、図１に示す処理手順を実行するものである。記憶装置２０５は、入力された画像情報や生成されたＣＧモデル情報、処理途中のデータ類、さらにはＣＰＵ２０４で実行されるプログラムを格納するものである。
【００１１】
以下、図１及び図２を用いて、１枚の画像から対象オブジェクトのＣＧモデル化を行う処理を説明する。
【００１２】
まず、ＣＧモデルとして表現したいオブジェクトの画像を１枚用意し、それを基となる画像として、画像入力装置２０４などにより読み込む（処理１０１）。この入力画像はディスプレイ２０３上に表示される。次に、この読み込んだ画像がオブジェクトを撮影した時の必要パラメータ類（視点、角度、他）を入力する（処理１０２）。
【００１３】
ディスプレイ２０３上の入力画像内において、入力装置２０２のマウスなどを用いてＣＧモデルとして表現したいオブジェクトに含まれる頂点を指定すると
（処理１０３）、この指定された頂点が、仮想空間内でとりうる座標点群を、処理１０２で入力されたパラメータを用いて算出する（処理１０４）。そして、この座標点群を半直線（頂点制御半直線）としてディスプレイ２０３上に表示する。
【００１４】
この半直線がモデリングを行う際の大きな手助けとなる。即ち、仮想空間内における頂点位置の決定は、その座標位置を予測しなくてはならないため困難である。しかしながら、この半直線上のどこかに位置しているという情報があるだけでも、その予測にかかる負担は軽減されモデリングにおける大きな支援となる。図３に入力画像（投影画像面）、仮想立体空間、半直線（頂点制御半直線）の関係を示す。
【００１５】
ディスプレイ２０３上に表示された半直線（頂点制御半直線）内のどこに仮想空間内でとりうる対象頂点が位置しているかを、半直線上をポインタ等を移動させながら頂点の最終位置を決定する（処理１０６）。これは、すでに決定ずみの頂点をもとに自動的に行うことも可能である。頂点の位置決定後（図３参照）、すでに決定ずみの頂点同士を結び、稜線を生成する（処理１０７）。また、平面を生成するために必要となる稜線群が得られた時点で、随時平面を生成する（処理１０８）。
【００１６】
こうして、全ての頂点の入力が終った時点で、平面によるＣＧモデルが完成する。この平面によるＣＧモデルをもとに、仮想空間上のＣＧモデルが得られる
（処理１０９）。
【００１７】
以上の手順により、１枚の画像からの対象オブジェクトのＣＧモデル化を容易に行うことが可能となる。また、１枚の画像からのモデリング方法としては、指定した頂点位置をそれぞれ決定していくため、基本モデルによる制約にとらわれることはない。
【００１８】
図４乃至図６に、一例として三面図（上面図、正面図、側面図）を用いた場合の処理の具体例を示す。
【００１９】
図４は、ディスプレイ上の入力画像４００において、ＣＧモデルとして表現したいオブジェクト４１０に含まれる頂点４２０を指定したときに得られる画面であり、該頂点４２０を指定すると、その仮想空間内でとりうる座標点列が半直線４３０として、それぞれ上面図、正面図、側面図に表示されることを示している。なお、黒丸は、すでに指定され決定ずみの頂点を示している。
【００２０】
図４において、入力画像４００の頂点４２０に対応する仮想空間内の頂点位置は、例えば上面図あるいは側面図の半直線（頂点制御半直線）４３０を用いて白丸位置４４０として決定できる。
【００２１】
図５は、入力画像４００の頂点４２０に対応する仮想空間内の頂点４４０が決定されたときに得られる画面である。即ち、頂点４４０が決定されると各面図について、該頂点４４０とすでに決定ずみの頂点を結んでそれぞれ稜線５１０、５２０、５３０、５４０が生成され、さらに、平面５５０、５６０が得られることを示している。
【００２２】
本例では、図５の段階でＣＧモデルとして表現したいオブジェクト４１０に含まれる全ての頂点の入力が終了し、平面（上面図、正面図、側面図）によるＣＧモデルが完成する。この平面ＣＧモデルにより、最終的にＣＧモデルが図６の６１０のように得られる。
【００２３】
以上、本発明の一実施形態について説明した。ここで、図１の処理フローの手順は、あらかじめ形状モデリングプログラムとしてコンピュータが読み取り可能な記録媒体、例えばフロッピーディスクやメモリカード、コンパクトディスク
（ＣＤ−ＲＯＭ）などに記載して提供することが可能である。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、画像上の各頂点が取り得る三次元座標空間内での頂点列を半直線で表すことで、１枚の画像を用いて、それに映されたオブジェクトのＣＧモデル化を容易に行うことが可能であり、また、基本モデルによる制約をうけることもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の画像を利用した形状モデリング方法の一実施形態の処理フローを示す図である。
【図２】本発明方法を実現するコンピュータシステムの構成例を示す図である。
【図３】実際の画像面と仮想空間と半直線の関係を示す図である。
【図４】本発明による具体的処理例の第１の表示画面を示す図である。
【図５】本発明による具体的処理例の第２の表示画面を示す図である。
【図６】本発明による処理結果のＣＧモデルを示す図である。
【図７】従来のステレオマッチングによる方法を説明する図である。
【図８】従来の基本モデルを利用する方法を説明する図である。
【符号の説明】
１０１画像入力処理
１０２画像のパラメータ入力処理
１０３頂点入力処理
１０４座標点群算出処理
１０５半直線表示処理
１０６ＣＧモデル内座標決定処理
１０７頂点接続処理
１０８平面生成処理
１０９ＣＧモデル生成処理
４００入力画像
４１０オブジェクト
４２０入力頂点
４３０半直線
４４０対象頂点
５１０〜５４０稜線
５５０、５６０平面
６１０生成ＣＧモデル

Claims

コンピュータによる１枚の画像を利用した仮想空間内の形状モデリング方法であって、
入力された１枚の画像をディスプレイに表示し、
前記表示された画像内の対象オブジェクトの頂点が指定されると、該指定された頂点が仮想空間内で取りうる座標点列を、前記画像が撮影されたときのパラメータを用いて算出し、
前記仮想空間を表現する複数の平面図上に、前記座標点列を半直線として、既に決定ずみの頂点とともに、ディスプレイに表示し、
前記半直線上のいずれかの位置が指定されると、該指定された位置を仮想空間内の対象オブジェクトの頂点位置と決定する、
ことを特徴とする形状モデリング方法。
請求項１記載の形状モデリング方法において、決定された頂点位置をそれぞれ結んで稜線を生成し、稜線群から平面によるＣＧモデルを生成し、該平面によるＣＧモデルからＣＧモデルを生成することを特徴とする形状モデリング方法。
１枚の画像を利用した仮想空間内の形状モデリングを支援する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って、
入力された１枚の画像をディスプレイに表示するプロセスと、
前記画像が撮影されたときのパラメータを受け取るプロセスと、
前記表示された画像内の対象オブジェクトの頂点が指定されると、該指定された頂点が仮想空間内で取りうる座標点列を前記パラメータを用いて算出するプロセスと、
前記仮想空間を表現する複数の平面図上に、前記座標点列を半直線として、既に決定ずみの頂点とともに、ディスプレイに表示するプロセスと、
前記半直線上の指定された位置を、仮想空間内の対象オブジェクトの頂点位置と決定するプロセスと、
をコンピュータに実行させるための形状モデリングプログラムを記録した記録媒体。
請求項３記載の形状モデリングプログラムを記録した記録媒体において、
前記決定された頂点位置をそれぞれ結んで稜線を生成し、稜線群から平面によるＣＧモデルを生成する処理プロセスと、
前記平面によるＣＧモデルからＣＧモデルを生成する処理プロセスと、
をコンピュータに更に実行させるための形状モデリングプログラムを記録した記録媒体。