JP3706545B2 - 画像の生成方法及びそれに用いるプログラム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンピュータグラフィックス技術を利用して降雨シーン等を含んだ画像を形成する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
コンピュータグラフィックスにより雨が降っている様子を表現する方法として、雨粒の一粒ずつをポリゴンモデルによって描画し、フレーム毎に雨粒のそれぞれの位置を演算してリアルに降雨状態を表現することが試みられている。こうした表現方法では、仮想3次元空間に、所定のシーン構築条件に基づいて降雨領域を設定し、その降雨領域のすべてのモデルについて個々に次フレームの座標を演算している。この場合、降雨領域は、画像のリアルさを追求するために仮想3次元空間において雨が降っているべき部分と判断された範囲と同一に設定されている。例えばオブジェクトが雨中の屋外に配置されているシーンではその屋外の全体が降雨領域として設定され、軒下のように仮想3次元空間に配置されたオブジェクトからみて雨が降っていることが不自然と判断される部分のみ例外的に雨粒のモデルが省略されていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上述した方法では、処理すべきポリゴンの数が著しく多くなり演算処理の負荷が顕著に大きくなる。コンピュータの画像処理能力の向上によりそうした演算処理自体は家庭用ゲーム機のレベルでも十分に可能であるが、画像処理能力が向上すればそれだけキャラクタ等も緻密に表現されるようになるから、雨粒のようないわば背景的な要素についてそうした負荷の大きい処理を行うことは好ましくない。
【0004】
そこで、本発明は、雨粒のような比較的小さいモデルを多数配置して特定の環境を表現する必要がある場合に、画像のリアリティを損なうことなくその処理を軽い負荷で実現できる画像の生成方法及びその方法の実現に使用するコンピュータプログラムを提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。
【0006】
本発明の画像の生成方法は、所定のシーン構築条件に基づいて仮想3次元空間(1)にオブジェクト(2)を配置し、それらのオブジェクトを前記仮想3次元空間に設置された仮想カメラ(3)にて撮影した画像を形成する画像の生成方法において、前記シーン構築条件に基づいて、前記仮想3次元空間の特定の環境を表現するための多数のモデルを配置すべき第1の領域が想定される場合、前記仮想カメラによる撮影条件に基づいて、その第1の領域に、前記仮想カメラの撮影範囲(5)を包含しかつ前記第1の領域よりも小さい3次元領域である第2の領域(6)を設定し、その第2の領域に限定して、前記シーン構築条件に基づいて前記仮想3次元空間における前記多数のモデルのそれぞれの位置に関する演算処理を行うものである。
【0007】
この発明の表現方法によれば、仮想3次元空間の特定の環境を表現するために配置されるべき多数のモデルを、シーン構築条件に基づいて定められる第1の領域よりも小さい第2の領域に限定して配置しているので、処理すべきモデルの数が減少し、処理の負荷が軽減される。第2の領域は撮影範囲を包含するように設定されるので、モデルを配置する領域を小さくしたことに起因して、シーン構築条件に従えば特定の環境を表現するモデルが配置されるべき部分にモデルが描かれていない不自然な画像が生成されるおそれはない。
【0008】
本発明の画像の生成方法においては、前記撮影条件として、前記仮想カメラの視点の位置、前記視点からの視線の方向、及び前記視点からの前記仮想カメラの視野角の少なくともいずれかを考慮してもよい。これらに基づいて第2の領域の大きさや位置を変えることにより、シーン構築条件からみて本来配置されているべきモデルが撮影範囲内にて欠落する不都合を回避しつつ、第2の領域をなるべく小さく設定して、処理すべきモデルの数を減らすことができる。
【0009】
前記撮影条件として前記仮想カメラの視野角を考慮し、前記第2の領域を前記視野角が大きいほど拡大してもよい。この場合には、視野角を大きくすれば同一サイズのスクリーンに投影されるモデルの数が増加し、視野角を小さくすれば、同一サイズのスクリーンに投影されるモデルの数が減少する。このような関係は例えば降雨状態を撮影する場合に視野角が大きくなれば画像上で表現される雨滴の密度が増し、視野角が小さくなれば画像上で表現される雨滴の密度が低下するという関係とよく一致し、モデルを利用してリアリティのある降雨画像等を表現するのに都合がよい。
【0010】
本発明の画像の生成方法において、前記第2の領域を、前記仮想3次元空間に設定された絶対座標系の軸方向と各辺の方向とを一致させた直方体形状に設定してもよい。この場合には、仮想3次元空間に設定される絶対座標系(ワールド座標系)において、第2の領域の境界面が単純な式で表現できるので、その第2の領域内に限定してモデルを配置する処理が簡素化されてその負荷が軽減される。
【0011】
本発明の画像の生成方法において、前記モデルは例えば雨滴を表現するように構成され、前記第1の領域は前記シーン構築条件に基づいて雨が降っているべきと判断される領域に相当するようにしてもよい。また、前記第2の領域における前記多数のモデルの数が、前記第2の領域の大きさに拘わらず一定となるようにしてもよい。
【0012】
本発明のプログラムは、所定のシーン構築条件に基づいて仮想3次元空間(1)にオブジェクト(2)を配置し、それらのオブジェクトを前記仮想3次元空間に設置された仮想カメラ(3)にて撮影した画像を形成する処理をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、前記シーン構築条件に基づいて、前記仮想3次元空間の特定の環境を表現するための多数のモデルを配置すべき第1の領域が想定される場合、前記仮想カメラによる撮影条件に基づいて、その第1の領域に、前記仮想カメラの撮影範囲(5)を包含しかつ前記第1の領域よりも小さい3次元領域である第2の領域(6)を設定する手順と、その第2の領域に限定して、前記シーン構築条件に基づいて前記仮想3次元空間における前記多数のモデルのそれぞれの位置に関する演算処理を行う手順とをコンピュータに実行させるように構成されたものである。
【0013】
このプログラムをコンピュータで読み取って実行することにより、本発明の画像の生成方法を実施することができる。
【0014】
なお、本発明のプログラムは、次に述べるように、上述した生成方法の好ましい態様を備えることができる。すなわち、本発明のプログラムは、前記撮影条件として、前記仮想カメラの視点の位置、前記視点からの視線の方向、及び前記視点からの前記仮想カメラの視野角の少なくともいずれかを考慮するように構成されてもよい。前記撮影条件として前記仮想カメラの視野角を考慮し、前記第2の領域を前記視野角が大きいほど拡大するように構成されてもよい。前記第2の領域を、前記仮想3次元空間に設定された絶対座標系の軸方向と各辺の方向とを一致させた直方体に設定するように構成されてもよい。前記モデルが雨滴を表現するように構成され、前記第1の領域は前記シーン構築条件に基づいて雨が降っているべきと判断される領域に相当するようにしてもよい。前記第2の領域における前記多数のモデルの数が、前記第2の領域の大きさに拘わらず一定となるように構成されてもよい。
【0015】
さらに、本発明のプログラムは記憶媒体に記録されて使用者に提供されてもよいし、有線又は無線の伝送媒体に乗せて使用者に提供されてもよい。
【0016】
なお、本発明において、シーン構築条件は仮想3次元空間のシーンを構築する基準となる条件である。例えばゲームの場合には、入力装置に対してプレイヤーの操作に基づいて仮想3次元空間におけるキャラクタの位置や姿勢、背景として配置されるオブジェクトの位置、視点位置や視線方向、視野角等が設定され、その設定に従って仮想3次元空間に所望のシーンが構築されるが、シーン構築条件はそのようなシーンを構築する上で必要な情報の集合として観念される。シーン構築条件には、キャラクタがいる場所に降雨等の現象が発生しているか否か等、仮想3次元空間に背景的要素として設定される環境を特定する情報も含まれる。こうした環境を特定する情報に従って、本来であれば仮想3次元空間の全体又は一部の領域に雨滴等を表現したモデルが配置されることとなるが、本発明ではそのモデルを配置すべき領域を、シーン構築条件で特定される範囲よりもさらに絞り込んで上記の通りの作用効果を得るものである。本発明において、モデルに関する演算は、仮想3次元空間を定義する絶対座標系における各モデルの座標の演算や、それらの座標についてのスクリーン座標系に至るまでの座標変換処理、スクリーン座標系への変換後のレンダリング処理等を含めてよい。第1の領域は仮想3次元空間の全体でもよいし、一部に限定されてもよい。
【0017】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の一実施形態を示している。図1(a)に示すように、仮想3次元空間1にはx,y,zの三軸直交座標系であるワールド座標系が設定される。キャラクタ等のオブジェクト(図では一つのみ簡略化して示す。)2、仮想カメラ3、仮想スクリーン4等は所定のシーン構築条件に従って仮想3次元空間1に配置される。こうした作業がシーン構築と呼ばれるものである。シーン構築が終わると、オブジェクト2を構成するポリゴンの頂点座標についてのワールド座標系から視点座標系へと座標変換が行われ、その視点座標系に基づいて仮想スクリーン4への投影が行われてオブジェクト2の頂点がスクリーン座標系の2次元座標に変換される。この後、テクスチャマッピング等のレンダリング処理が行われて3次元画像が生成される。こうした一連の処理において、シーン構築は3次元画像を生成する上での基礎となるものである。
【0018】
仮想3次元空間1には、背景的要素として例えば降雨のような自然環境が設定されることがある。降雨状態を3次元画像で表現する場合、雨粒を表現するポリゴンモデルを予め用意し、そのモデルをオブジェクト2と同様に仮想3次元空間1に配置して降雨現象をリアルに表現することになる。
【0019】
ところで、降雨状態が指定された場合において、例えば仮想3次元空間1に構築されるシーンのうち雨が降っているべき部分(例えば屋外として認識される部分)の全てに雨粒を示すポリゴンモデルを配置すると、仮想カメラ3による撮影範囲(図1(a)のハッチング領域)5は仮想3次元空間1の一部に限定されるにも拘わらず、その余の部分にも雨滴を示すポリゴンモデルが多数配置され、それらのポリゴンモデルについてもワールド座標系への配置から始まる各種の演算処理を行う必要があって、画像処理装置の負担が著しく増加する。
【0020】
そこで、本実施形態では図1に示したように、仮想カメラ3による撮影条件に基づいて、仮想3次元空間1に、仮想カメラ3の撮影範囲5を包含しかつ仮想3次元空間1において本来であれば雨が降っているべき領域(本来の降雨領域と呼ぶ。)よりも小さい限定降雨領域6を設定し、その領域6に限って雨粒を表現するポリゴンモデルを配置することとした。限定降雨領域6の大きさは仮想カメラ3の視点3aからの視野角に応じて図1(b)に示すように変化させるようにした。なお、図1(b)ではY軸方向にのみ限定降雨領域6を拡大又は縮小しているが、その他の方向にも拡大縮小してもよい。また、本実施形態では、限定降雨領域6の境界を簡単に特定するため、仮想カメラ3のよる視点位置や視線方向が変化しても、限定降雨領域6は各辺の方向がワールド座標系の軸方向と一致する直方体形状に設定した。なお、雨粒を表現するポリゴンモデルは例えば所定の長さを有する線状に構成することができる。
【0021】
図2は上記の限定降雨領域6を設定した実例を示している。但し、図2の画面は、シーン構築条件に従って特定される視野角よりも大きな視野角で仮想3次元空間1を撮影して限定降雨領域6の境界を可視化し、さらにその境界面の階調を変えて当該領域を明瞭化している。図2は降雨時の屋外シーンであるから本来であれば全体に雨が降っているべきであるが、実際には屋外の一部に限定降雨領域が設定され、その中だけ雨滴を示すポリゴンモデルが配置されている。これによりモデルの数を減らして処理の負荷を軽減できる。
【0022】
以上に説明した画像の表現方法は様々な分野の3次元画像処理において利用できるものである。その一例としてコンピュータを利用したゲーム機にて本発明の表現方法を実施する例を図3及び図4により説明する。
【0023】
図3はコンピュータを利用したゲーム機の典型的な制御系のブロック図である。周知のように、コンピュータとしてのゲーム機10は、記憶媒体(例えばDVD−ROM)25に記録されたゲーム用プログラムに従って所定のゲームを実行するものであり、マイクロプロセッサを主体として構成されたCPU11と、そのCPU11に対する主記憶装置としてのROM12及びRAM13と、CPU11からの指示に基づいて画像処理及び音声処理に適した処理を行なう画像処理装置14及びサウンド処理装置16と、記憶媒体からデータ等を読み取るための記憶媒体読取装置18とを有している。ROM12には、ゲーム機10の全体の動作制御に必要なプログラムとしてのオペレーティングシステムが書き込まれる。RAM13には記憶媒体としてのDVD−ROM25から読み取ったゲーム用のプログラムやデータが必要に応じて書き込まれる。画像処理装置14はCPU11から画像データを受け取って内蔵するフレームバッファ(不図示)上にゲーム画面に対応した画像データを展開するとともに、その描画された画像データを所定のビデオ再生信号に変換して所定のタイミングでモニタ19に出力する。サウンド処理装置16は、DVD−ROM25から読み出された音声、楽音等のデータや音源データ等を再生してスピーカ20から出力させる。読取装置18は、CPU11からの指示に従ってDVD−ROM25上に記録されたプログラムやデータを読み取り、その読み取った内容に対応した信号を出力する。DVD−ROM25には、本発明に係る画像の表現方法の実施に必要なプログラムやデータが記録されている。モニタ19には家庭用のテレビ受像機が、スピーカ20にはそのテレビ受像機の内蔵スピーカが一般に使用される。さらに、CPU11にはバス24を介して入力装置22及び外部記憶装置23がそれぞれ接続される。外部記憶装置23は例えば不揮発性の半導体メモリ、ハードディスク、光磁気ディスク等の書換えが可能な記憶装置である。このような構成はあくまで一例であり、本発明の表現方法が適用されるコンピュータの構成は適宜変更されてよい。
【0024】
記憶媒体としてのDVD−ROM25に記録されるプログラムには、上述した方法により降雨状態を表現した画像を形成するために必要な手順を記述したモジュールが含まれる。また、DVD−ROM25に記録されるデータには、上述した方法を実現するために必要なデータとして、オブジェクトを構成するポリゴンモデルのデータや各種のテクスチャのデータが含まれる。上述した雨滴を示すモデルのデータもこれらのモデルデータに含まれる。
【0025】
降雨状態を表現するためのプログラムモジュールは、各フレームの画像データを生成する処理において、本発明に従って降雨状態を表現する必要がある場合に呼び出されてCPU11により実行される。図4はそのプログラムモジュールに従って実行される処理の概要を示すフローチャートである。なお、降雨状態の表現に拘わる部分以外の画像データの生成に必要な演算処理は公知の技術をそのまま利用することができ、本明細書ではそれらの説明は省略する。
【0026】
図4の処理では、まず、次のフレームに関するシーン構築条件に従って本来の降雨領域を取得する(ステップS1)。ここでいうシーン構築条件はプレイヤーの操作に基づいて決定されるものであり、上記の通り、仮想3次元空間1のどの範囲に雨を降らせるべきかを特定する情報を含む。続いて、次フレームにおける仮想3次元空間1の撮影条件、例えば仮想カメラ3の視点3aの位置、視線方向、視野角等を構成する情報を取得する(ステップS2)。こうして取得した情報に基づいて限定降雨領域6の位置や大きさを演算する(ステップS3)。そして、演算された限定降雨領域6に包含されるべき雨滴のポリゴンモデルの位置を演算する(ステップS4)。限定降雨領域6に含まれた全ての雨滴のポリゴンモデルについて位置を演算したらその演算結果を保存し(ステップS5)、その後、図4の処理を終える。得られた演算結果はスクリーン座標系への座標変換やレンダリング処理で参照される。
【0027】
以上の実施形態はあくまで本発明の一例であり、領域の設定方法は適宜変更してよい。本発明は降雨状態を表現する場合に限らず、雪や砂塵等の自然現象や、微細な埃等が舞っているような表現を行う場合にも有効に利用できる。
【0028】
限定降雨領域6における雨滴の数は、その領域6における雨滴の密度が一定となるように制御してもよい。あるいは、領域6の雨滴の数がその領域6の大きさに拘わらず一定となるように制御してもよい。密度を一定とした場合、単に仮想カメラ3の視野を狭めて描画範囲を小さく絞り込むと極端に雨滴の数が減るおそれがあり、そうした不都合を避けるために視野角に拘わらず雨滴の数を違和感なく見えるよう制御することはゲーム機等の処理能力から見て難しいことがある。こうした場合、領域6の雨量を一定に制御すれば、仮想カメラ3の視野を狭めたときの雨滴の数が増加することになり、違和感の解消が図れることになる。
【0029】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の画像の表現方法によれば、仮想3次元空間の特定の環境を表現するために配置されるべき多数のモデルを、シーン構築条件に基づいて定められる第1の領域よりも小さい第2の領域に限定して配置しているので、処理すべきポリゴンの数が減少し、処理の負荷が軽減される。しかも、第2の領域は撮影範囲を包含するように設定されるので、モデルを配置する領域を小さくしたことに起因して、シーン構築条件に従えば特定の環境を表現するモデルが配置されるべき部分にモデルが描かれていない不自然な画像が生成されるおそれはない。従って、雨粒のような比較的小さいモデルを多数配置して特定の環境を表現する必要がある場合に、画像のリアリティを損なうことなくその処理を軽い負荷で実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による第2の領域の設定方法を模式的に示す図。
【図2】限定降雨領域を設定した実例を示す図。
【図3】本発明の方法を実行するためのゲーム機の機能ブロック図。
【図4】図3のゲーム機にて本発明の表現方法を実行するための処理手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
1 仮想3次元空間
2 オブジェクト
3 仮想カメラ
4 仮想スクリーン
5 撮影範囲
6 限定降雨領域(第2の領域)
Claims (12)
- 所定のシーン構築条件に基づいて仮想3次元空間にオブジェクトを配置し、それらのオブジェクトを前記仮想3次元空間に設置された仮想カメラにて撮影した画像を形成する画像の生成方法において、
前記シーン構築条件に基づいて前記仮想3次元空間の特定の環境を表現するための多数のモデルを配置すべき第1の領域が想定される場合、前記仮想カメラによる撮影条件に基づいて、その第1の領域に、前記仮想カメラの撮影範囲を包含しかつ前記第1の領域よりも小さい3次元領域である第2の領域を設定し、その第2の領域に限定して、前記シーン構築条件に基づいて前記仮想3次元空間における前記多数のモデルのそれぞれの位置に関する演算処理を行うことを特徴とする画像の生成方法。 - 前記撮影条件として、前記仮想カメラの視点の位置、前記視点からの視線の方向、及び前記視点からの前記仮想カメラの視野角の少なくともいずれかを考慮することを特徴とする請求項1に記載の画像の生成方法。
- 前記撮影条件として前記仮想カメラの視野角を考慮し、前記第2の領域を前記視野角が大きいほど拡大することを特徴とする請求項1に記載の画像の生成方法。
- 前記第2の領域を、前記仮想3次元空間に設定された絶対座標系の軸方向と各辺の方向とを一致させた直方体形状に設定することを特徴とする請求項1又は2に記載の画像の生成方法。
- 前記モデルが雨滴を表現するように構成され、前記第1の領域は前記シーン構築条件に基づいて雨が降っているべきと判断される領域に相当することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の画像の生成方法。
- 前記第2の領域における前記多数のモデルの数が、前記第2の領域の大きさに拘わらず一定となることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の画像の生成方法。
- 所定のシーン構築条件に基づいて仮想3次元空間にオブジェクトを配置し、それらのオブジェクトを前記仮想3次元空間に設置された仮想カメラにて撮影した画像を形成する処理をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
前記シーン構築条件に基づいて前記仮想3次元空間の特定の環境を表現するための多数のモデルを配置すべき第1の領域が想定される場合、前記仮想カメラによる撮影条件に基づいて、その第1の領域に、前記仮想カメラの撮影範囲を包含しかつ前記第1の領域よりも小さい3次元領域である第2の領域を設定する手順と、その第2の領域に限定して、前記シーン構築条件に基づいて前記仮想3次元空間における前記多数のモデルのそれぞれの位置に関する演算処理を行う手順とをコンピュータに実行させるように構成されたことを特徴とするプログラム。 - 前記撮影条件として、前記仮想カメラの視点の位置、前記視点からの視線の方向、及び前記視点からの前記仮想カメラの視野角の少なくともいずれかを考慮するように構成されていることを特徴とする請求項7に記載の画像のプログラム。
- 前記撮影条件として前記仮想カメラの視野角を考慮し、前記第2の領域を前記視野角が大きいほど拡大するように構成されていることを特徴とする請求項7に記載のプログラム。
- 前記第2の領域を、前記仮想3次元空間に設定された絶対座標系の軸方向と各辺の方向とを一致させた直方体形状に設定するように構成されていることを特徴とする請求項7又は8に記載のプログラム。
- 前記モデルが雨滴を表現するように構成され、前記第1の領域は前記シーン構築条件に基づいて雨が降っているべきと判断される領域に相当することを特徴とする請求項7〜10のいずれか1項に記載のプログラム。
- 前記第2の領域における前記多数のモデルの数が、前記第2の領域の大きさに拘わらず一定となるように構成されていることを特徴とする請求項7〜11のいずれかに記載のプログラム。
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