JP3702269B2 - 画像処理装置、コンピュータの制御方法及びプログラム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は画像処理装置、コンピュータの制御方法及びプログラムに関し、特に、比較的軽い処理負荷でハイライトを表現する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
３次元画像処理におけるハイライト（鏡面反射、スペキュラー）の簡易な表現手法として、フォンモデルを利用するものが知られている。フォンモデルによれば、厳密な物理法則を利用した手法による場合に比し、簡易に鏡面反射を表現することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、リアルタイムに３次元画像処理を行う場合には、フォンモデルでさえ処理負荷が重く、さらに簡易な鏡面反射の表現手法が望まれている。
【０００４】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、比較的軽い処理負荷でハイライトを表現することができる画像処理装置、コンピュータの制御方法及びプログラムを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る画像処理装置は、仮想３次元空間に配置されたオブジェクトを表す画像を表示する画像処理装置において、前記仮想３次元空間に設定された光源位置を取得する光源位置取得手段と、前記仮想３次元空間に設定された視点位置及び視線方向を取得する視点位置及び視線方向取得手段と、前記視点位置に基づいて前記オブジェクトの表面に生じるハイライトの位置を算出するハイライト位置算出手段と、前記光源位置と前記視線方向とに基づいて前記ハイライトの強度を算出するハイライト強度算出手段と、前記ハイライト位置算出手段により算出される位置と、前記ハイライト強度算出手段により算出される強度に対応する半透明合成率と、に基づいて、前記オブジェクトを表す画像に前記ハイライトを表す画像を半透明合成する半透明合成手段と、前記半透明合成手段により前記オブジェクトを表す画像に前記ハイライトを表す画像を半透明合成してなる画像を表示する画像表示手段と、を含む。
【０００６】
また、本発明に係る画像処理方法は、仮想３次元空間に配置されたオブジェクトを表す画像を表示する画像処理方法において、前記仮想３次元空間に設定された光源位置を取得する光源位置取得ステップと、前記仮想３次元空間に設定された視点位置及び視線方向を取得する視点位置及び視線方向取得ステップと、前記視点位置に基づいて前記オブジェクトの表面に生じるハイライトの位置を算出するハイライト位置算出ステップと、前記光源位置と前記視線方向とに基づいて前記ハイライトの強度を算出するハイライト強度算出ステップと、前記ハイライト位置算出ステップで算出される位置と、前記ハイライト強度算出ステップで算出される強度に対応する半透明合成率と、に基づいて、前記オブジェクトを表す画像に前記ハイライトを表す画像を半透明合成する半透明合成ステップと、前記半透明合成ステップで前記オブジェクトを表す画像に前記ハイライトを表す画像を半透明合成してなる画像を表示する画像表示ステップと、を含む。
【０００７】
また、本発明に係るプログラムは、仮想３次元空間に設定された光源位置を取得する光源位置取得手段、前記仮想３次元空間に設定された視点位置及び視線方向を取得する視点位置及び視線方向取得手段、前記視点位置に基づいて前記仮想３次元空間に配置されたオブジェクトの表面に生じるハイライトの位置を算出するハイライト位置算出手段、前記光源位置と前記視線方向とに基づいて前記ハイライトの強度を算出するハイライト強度算出手段、前記ハイライト位置算出手段により算出される位置と、前記ハイライト強度算出手段により算出される強度に対応する半透明合成率と、に基づいて、前記オブジェクトを表す画像に前記ハイライトを表す画像を半透明合成する半透明合成手段、及び、前記半透明合成手段により前記オブジェクトを表す画像に前記ハイライトを表す画像を半透明合成してなる画像を表示する画像表示手段、として例えば家庭用ゲーム機、業務用ゲーム機、携帯ゲーム機、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末、携帯電話機等のコンピュータを機能させるためのプログラムである。このプログラムはコンピュータ読み取り可能な各種情報記憶媒体に格納されてよい。
【０００８】
本発明では、視線位置に基づいて算出される位置において、光源位置と視線方向に基づいて算出される強度に対応した半透明合成率で、ハイライトを表す画像をオブジェクトを表す画像に半透明合成するようにしたので、比較的軽い処理負荷でオブジェクトの表面に生じるハイライトを表現することができる。
【０００９】
なお、前記ハイライト位置算出手段は、前記視点位置と前記視線方向とに基づいて前記ハイライトの位置を算出するようにしてもよい。こうすれば、視線方向に応じた位置にハイライトを生じさせることができるようになる。
【００１０】
また、前記ハイライト位置算出手段は、前記視点位置と前記光源位置とに基づいて前記ハイライトの位置を算出するようにしてもよい。こうすれば、光源位置に応じた位置にハイライトを生じさせることができるようになる。
【００１１】
また、前記ハイライト強度算出手段は、前記光源位置、前記視点位置及び前記ハイライトの位置のうち２つを結ぶ方向と、前記視線方向と、に基づいて、前記ハイライトの強度を算出するようにしてもよい。こうすれば、光源位置、視点位置、ハイライトの位置、視線方向の関係に応じて、ハイライトの強度が変化するようにできる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について図面に基づき詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態に係る画像処理装置のハードウェア構成図である。同図に示すように、この画像処理装置１０は、モニタ１８及びスピーカ２２に接続された家庭用ゲーム機４６に、情報記憶媒体たるＤＶＤ（Digital Versatile Disk；商標）−ＲＯＭ２５が装着されることにより構成されたゲーム装置である。ここでは、プログラムやデータを家庭用ゲーム機４６に供給するためにＤＶＤ−ＲＯＭ２５を用いるが、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk - Read Only Memory；商標）やＲＯＭ（Read Only Memory）カード等、他のあらゆる情報記憶媒体を用いることができる。また、インターネット等の通信ネットワークを介して遠隔地からプログラムやデータを家庭用ゲーム機４６に供給することもできる。
【００１４】
家庭用ゲーム機４６は、マイクロプロセッサ１４、画像処理部１６、主記憶２６、入出力処理部３０、音声処理部２０、及びＤＶＤ−ＲＯＭ再生部２４を含んで構成された公知のコンピュータゲームシステムである。マイクロプロセッサ１４、画像処理部１６、主記憶２６及び入出力処理部３０は、バス１２によって相互データ通信可能に接続され、入出力処理部３０には、コントローラ４８、音声処理部２０及びＤＶＤ−ＲＯＭ再生部２４が接続されている。家庭用ゲーム機４６の各構成要素は筐体内に収容されている。ここでは、モニタ１８として家庭用テレビ受像器が用いられ、スピーカ２２としてその内蔵スピーカが用いられる。
【００１５】
マイクロプロセッサ１４は、図示しないＲＯＭに格納されるオペレーティングシステムやＤＶＤ−ＲＯＭ２５から読み出されるゲームプログラムに基づいて、家庭用ゲーム機４６の各部を制御する。バス１２はアドレス及びデータを家庭用ゲーム機４６の各部でやり取りするためのものである。また、主記憶２６は、ＲＡＭ（Random Access Memory）を含んで構成されており、ＤＶＤ−ＲＯＭ２５から読み取られたゲームプログラム及びゲームデータが必要に応じて書き込まれたり、マイクロプロセッサ１４の作業用として用いられたりする。画像処理部１６はＶＲＡＭ（Video RAM）を含んで構成されており、マイクロプロセッサ１４から送られる画像データを受け取って同ＶＲＡＭ上にゲーム画面を描画するとともに、その内容をビデオ信号に変換してモニタ１８に出力する。
【００１６】
入出力処理部３０はコントローラ４８、音声処理部２０及びＤＶＤ−ＲＯＭ再生部２４と、マイクロプロセッサ１４との間のデータ通信を中継するためのインタフェースである。音声処理部２０はサウンドバッファを含んで構成されており、ＤＶＤ−ＲＯＭ２５から読み出されてサウンドバッファに記憶された音楽やゲーム効果音等のデータを再生してスピーカ２２から出力する。ＤＶＤ−ＲＯＭ再生部２４は、マイクロプロセッサ１４からの指示に従ってＤＶＤ−ＲＯＭ２５に記録されたゲームプログラム及びゲームデータを読み取る。
【００１７】
次に、以上の構成を有する画像処理装置１０を用いて、比較的軽い処理負荷にてオブジェクト表面にハイライトを発生させる技術について説明する。ここでは、特にサッカー球技場を見渡す画面をモニタ１８に表示させる場合に、サッカー球技場の一部にスタンド照明によるハイライトが発生している様子を表示させる例について説明する。この技術は、例えば画像処理装置１０を用いてサッカーゲームを実現する場合等に用いてよい。
【００１８】
図２に示すように、この画像処理装置１０では、仮想３次元空間（オブジェクト空間）５０に、サッカー球技場オブジェクト５４、ハイライトオブジェクト５２、視点位置ＶＰ、光源位置ＬＰが配置されている。サッカー競技場オブジェクト５４は、サッカー競技場を表す平板状オブジェクトであり、図３に示されるテクスチャ画像が貼付される。また、ハイライトオブジェクト５２は、サッカー球技場オブジェクト５４の表面に生じるハイライトを表すための、サッカー球技場オブジェクト５４よりも小さな面積を有す平板状オブジェクトである。このハイライトオブジェクト５２は、サッカー球技場オブジェクト５４の表面に設定されたハイライト位置ＨＰに、サッカー球技場オブジェクト５４と平行するようにして配置されている。そして、図４に示されるテクスチャ画像が貼付される。同図に示されるテクスチャ画像は、サッカー球技場の表面に生じるハイライトを表現したものであって、中心部に円形画像が描かれ、その周囲は透明属性が付与されている。円形画像は、ハイライトを表現すべく、サッカー球技場オブジェクト５４に貼付されるテクスチャ画像（特に芝の色）より高い明度の色（例えば黄色等）で描かれることが望ましい。なお、円形画像は透明又は半透明部分を含んでもよい。
【００１９】
ハイライト位置ＨＰは、視点位置ＶＰに基づいて算出される。例えば、図５に示されるように、視点位置ＶＰと所定関係を有するサッカー球技場オブジェクト５４上の位置にハイライト位置ＨＰを設定してもよい。同図の例では、視点位置ＶＰから、視線方向ＶＤをα°だけサッカー球技場オブジェクト５４側にずらした方向に延びる線（図中波線で示される）と、平板状のサッカー球技場オブジェクト５４との交点をハイライト位置ＨＰとしている。
【００２０】
また、図６に示されるように、視点位置ＶＰに加えて光源位置ＬＰも考慮に入れて、ハイライト位置ＨＰを決定するようにしてもよい。すなわち、同図に示すように、ハイライト位置ＨＰと光源位置ＬＰとを結ぶベクトルと、サッカー球技場オブジェクト５４の法線ベクトルとのなす角（入射角）と、ハイライト位置ＨＰと視点位置ＶＰとを結ぶベクトルと、サッカー球技場オブジェクト５４の法線ベクトルとのなす角（反射角）と、が一致するようにして、サッカー球技場オブジェクト５４の表面上にハイライト位置ＨＰを決定してもよい。こうすれば、より自然な位置にハイライトを生じさせることができる。
【００２１】
また、上述のようにハイライトを表現したテクスチャ画像（図４）はサッカー球技場を表現したテクスチャ画像（図３）に半透明合成されるが、このときの半透明合成率が視線方向ＶＤ及び光源位置ＬＰに基づいて制御されるようになっている。図７は、半透明合成率の制御を説明する図であり、視点位置ＶＰ、視線方向ＶＤ、ハイライト位置ＨＰ及び光源位置ＬＰをサッカー球技場オブジェクト５４の上方から見た図である。本画像処理装置１０では、視点位置ＶＰと光源位置ＬＰとを結ぶ線分をサッカー球技場オブジェクト５４に射影してなる線分と、視線方向ＶＤをサッカー球技場オブジェクト５４に射影してなる線分と、のなす角βに基づいて、上記半透明合成率を制御するようにしている。具体的には、なす角βの大きさが０°の場合に半透明合成率を１００％（すなわち不透明）とし、２０°以上の場合に半透明合成率を０％（すなわち完全透明）とするようにしている。そして、０°から２０°に近づくに従って、半透明合成率が徐々に下がるようになっている。こうすれば、視線方向ＶＤをサッカー球技場オブジェクト５４に対して上下方向にずらした方向に光源位置ＬＰがある場合に、最も濃くハイライト画像が表示され、視線方向ＶＤがそれるに従ってハイライト画像が薄くなるようにできる。なお、半透明合成率の制御は、光源位置ＬＰ、ハイライト位置ＨＰ及び視点位置ＶＰのうち２つを結ぶベクトル又はそれをサッカー球技場オブジェクト５４に射影してなるベクトルと、視線方向ＶＤと、のなす角に基づいて行うようにしてもよい。
【００２２】
ここで、画像処理装置１０の機能について説明する。図８は、画像処理装置１０で実現される機能のうち本発明に関係するものを中心として、それらの関係を示す図である。同図に示されるように、画像処理装置１０で実現される機能には、光源位置取得部６２と、視点位置及び視線方向取得部６４と、ハイライト位置算出部６６と、ハイライト強度算出部６８と、半透明合成部７０と、画像表示部７２と、が含まれる。これらの機能は、コンピュータである画像処理装置１０がプログラムを実行することにより実現される。
【００２３】
このうち光源位置取得部６２は、仮想３次元空間５０に設定された光源位置ＬＰを取得する。光源位置ＬＰは、固定光源の場合は、予めプログラムと共にＤＶＤ−ＲＯＭ２５等に格納されているものである。また、動的光源の場合は、いわゆる環境処理において算出される。視点位置及び視線方向取得部６４は、仮想３次元空間５０に設定された視点位置ＶＰ及び視線方向ＶＤを取得する。視点位置ＶＰ及び視線方向ＶＤも、それが固定である場合は、予めプログラムと共にＤＶＤ−ＲＯＭ２５等に格納されているものである。また、動的である場合は、いわゆる環境処理において算出される。
【００２４】
ハイライト位置算出部６６は、視点位置ＶＰに基づいてサッカー競技場オブジェクト５４の表面に生じるハイライトの位置、すなわちハイライト位置ＨＰを算出する。ハイライト位置算出部６６は、視点位置ＶＰと視線方向ＶＤとに基づいて、例えば図５に示すように視線前方の所定位置にハイライト位置ＨＰを配置するようにしてもよい。また、視点位置ＶＰと光源位置ＬＰとに基づいて、例えば図６に示すように入射角と反射角とが等しくなる位置にハイライト位置ＨＰを配置するようにしてもよい。
【００２５】
ハイライト強度算出部６８は、光源位置ＬＰと視線方向ＶＤとに基づいてハイライトの強度を算出する。このハイライトの強度は、ハイライトを表すテクスチャ画像をサッカー球技場を表すテクスチャ画像に半透明合成するときの半透明合成率である。例えばハイライト強度算出部６８は、光源位置ＬＰ、視点位置ＶＰ又はハイライト位置ＨＰのうち２つを結ぶ方向と、視線方向ＶＤと、に基づいて、ハイライトの強度を算出する。
【００２６】
半透明合成部７０は、ハイライト位置算出部６６により算出されるハイライト位置ＨＰと、ハイライト強度算出部６８により算出される強度に対応する半透明合成率と、に基づいて、サッカー球技場オブジェクト５４を表す画像（図３）にハイライトを表す画像（図４）を半透明合成する。そして、画像表示部７２は、半透明合成部７０により生成される画像を表示する。
【００２７】
以上説明した画像処理装置１０によれば、ハイライトを表すテクスチャ画像をサッカー球技場を表すテクスチャ画像に半透明合成してなる画像がモニタ１８に表示されるようにしたので、比較的軽い処理負荷によりハイライトを表現することが可能となる。
【００２８】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、本発明は、サッカー球技場に生じるハイライトのみならず、他のオブジェクトに生じるハイライトを表現するのに用いてもよい。また、以上の説明ではハイライトを表すテクスチャ画像を貼付したハイライトオブジェクト５４を用いてハイライト表現をするようにしたが、これを用いずにハイライトを表す画像（図４）を球技場を表す画像（図３）に半透明合成してなる画像を、サッカー球技場オブジェクト５４にテクスチャ画像として貼付してもよい。また、ハイライトを表す画像は、視点位置ＶＰのサッカー競技場オブジェクト５４からの高さ、視点位置ＶＰとハイライト位置ＨＰとの距離、光源位置ＬＰのサッカー競技場オブジェクト５４からの高さ、光源位置ＬＰとハイライト位置ＨＰとの距離等に基いて、その大きさが制御されるようにしてもよい。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、視線位置に基づいて算出される位置において、光源位置と視線方向に基づいて算出される強度に対応した半透明合成率で、ハイライト画像をオブジェクト画像に半透明合成するようにしたので、比較的軽い処理負荷でオブジェクトの表面に生じるハイライトを表現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態に係る画像処理装置のハードウェア構成を示す図である。
【図２】 本発明の一実施形態に係るハイライト表現を説明する図である。
【図３】 サッカー球技場を表すテクスチャ画像を示す図である。
【図４】 ハイライトを表すテクスチャ画像を示す図である。
【図５】 ハイライト位置の算出方法を示す図である。
【図６】 ハイライト位置の他の算出方法を示す図である。
【図７】 ハイライト強度の算出方法を示す図である。
【図８】 本発明の一実施形態に係る画像処理装置の機能ブロックを示す図である。
【符号の説明】
ＶＰ 視点位置、ＶＤ 視線方向、ＬＰ 光源位置、ＨＰ ハイライト位置、１０ 画像処理装置、１２ バス、１４ マイクロプロセッサ、１６ 画像処理部、１８ モニタ、２０ 音声処理部、２２ スピーカ、２４ ＤＶＤ−ＲＯＭ再生部、２５ ＤＶＤ−ＲＯＭ、２６ 主記憶、３０ 入出力処理部、４６ 家庭用ゲーム機、５０ 仮想３次元空間、５２ ハイライトオブジェクト、５４ サッカー球技場オブジェクト、６２ 光源位置取得部、６４ 視点位置及び視線方向取得部、６６ ハイライト位置算出部、６８ ハイライト強度算出部、７０半透明合成部、７２ 画像表示部。

Claims (5)

1. 仮想３次元空間に配置された描画対象オブジェクトを表す画像を表示する画像処理装置において、
   前記仮想３次元空間に設定された光源位置を取得する光源位置取得手段と、
   前記仮想３次元空間に設定された視点位置及び視線方向を取得する視点位置及び視線方向取得手段と、
   前記視点位置に基づいて前記描画対象オブジェクトの表面に生じるハイライトの位置を算出するハイライト位置算出手段と、
   前記光源位置、前記視点位置及び前記ハイライトの位置のうち２つの位置を結ぶ方向と、前記視線方向と、に基づいて、前記ハイライトの強度を、前記ハイライトを表すハイライトオブジェクトの半透明合成率として算出するハイライト強度算出手段と、
   前記ハイライトオブジェクトを、前記ハイライト位置算出手段により算出される前記ハイライトの位置に配置し、前記ハイライトオブジェクトの半透明合成率に基づいて、前記描画対象オブジェクトを表す画像に前記ハイライトオブジェクトを表す画像を半透明合成する半透明合成手段と、
   前記半透明合成手段により前記描画対象オブジェクトを表す画像に前記ハイライトオブジェクトを表す画像を半透明合成してなる画像を表示する画像表示手段と、
   を含み、
   前記ハイライト強度算出手段は、前記２つの位置を結ぶ方向と前記視線方向との関係が所定の条件を満たす場合には０％になるように半透明合成率を算出することを特徴とする画像処理装置。
2. 請求項１に記載の画像処理装置において、
   前記ハイライト位置算出手段は、前記視点位置と前記視線方向とに基づいて前記ハイライトの位置を算出する、
   ことを特徴とする画像処理装置。
3. 請求項１に記載の画像処理装置において、
   前記ハイライト位置算出手段は、前記視点位置と前記光源位置とに基づいて前記ハイライトの位置を算出する、
   ことを特徴とする画像処理装置。
4. 仮想３次元空間に配置された描画対象オブジェクトを表す画像を表示するコンピュータの制御方法において、
   前記仮想３次元空間に設定された光源位置を前記コンピュータのメモリから取得する光源位置取得ステップと、
   前記仮想３次元空間に設定された視点位置及び視線方向を前記コンピュータのメモリから取得する視点位置及び視線方向取得ステップと、
   前記視点位置に基づいて前記描画対象オブジェクトの表面に生じるハイライトの位置を前記コンピュータが算出するハイライト位置算出ステップと、
   前記光源位置、前記視点位置及び前記ハイライトの位置のうち２つの位置を結ぶ方向と、前記視線方向と、に基づいて、前記ハイライトの強度を、前記ハイライトを表すハイライトオブジェクトの半透明合成率として前記コンピュータが算出するハイライト強度算出ステップと、
   前記ハイライトオブジェクトを、前記ハイライト位置算出ステップにより算出される前記ハイライトの位置に配置し、前記ハイライトオブジェクトの半透明合成率に基づいて、前記描画対象オブジェクトを表す画像に前記ハイライトオブジェクトを表す画像を前記コンピュータが半透明合成する半透明合成ステップと、
   前記半透明合成ステップで前記描画対象オブジェクトを表す画像に前記ハイライトオブジェクトを表す画像を半透明合成してなる画像をモニタに表示する画像表示ステップと、
   を含み、
   前記ハイライト強度算出ステップは、前記２つの位置を結ぶ方向と前記視線方向との関係が所定の条件を満たす場合には０％になるように半透明合成率を算出することを特徴とするコンピュータの制御方法。
5. 仮想３次元空間に設定された光源位置を取得する光源位置取得手段、
   前記仮想３次元空間に設定された視点位置及び視線方向を取得する視点位置及び視線方向取得手段、
   前記視点位置に基づいて前記仮想３次元空間に配置された描画対象オブジェクトの表面に生じるハイライトの位置を算出するハイライト位置算出手段、
   前記光源位置、前記視点位置及び前記ハイライトの位置のうち２つの位置を結ぶ方向と、前記視線方向と、に基づいて、前記ハイライトの強度を、前記ハイライトを表すハイライトオブジェクトの半透明合成率として算出するハイライト強度算出手段、
   前記ハイライトオブジェクトを、前記ハイライト位置算出手段により算出される前記ハイライトの位置に配置し、前記ハイライトオブジェクトの半透明合成率に基づいて、前記描画対象オブジェクトを表す画像に前記ハイライトオブジェクトを表す画像を半透明合成する半透明合成手段、及び、
   前記半透明合成手段により前記描画対象オブジェクトを表す画像に前記ハイライトオブジェクトを表す画像を半透明合成してなる画像を表示する画像表示手段、
   としてコンピュータを機能させ、
   前記ハイライト強度算出手段は、前記２つの位置を結ぶ方向と前記視線方向との関係が所定の条件を満たす場合には０％になるように半透明合成率を算出することを特徴とするプログラム。

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