JP4018291B2 - Display control device - Google Patents

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JP4018291B2
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Description

【0001】
【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(以下「CG」という)を用いて、形状の特定されている各種の物体を陰影付けする表示制御装置に関するものである。
本発明の表示制御装置は、例えば、車載ナビゲーション装置やドライビングシミュレータなどに使用される地図表示装置、ナビゲーションソフトを実行するパソコンの表示装置、ウォーキングナビソフトを実行する携帯パソコンの表示装置などに適用することができる。
【0002】
【従来の技術】
形状の特定されている各種の物体を立体的に表示したい場合、陰影を付けると立体感が出て効果的である。この陰影付けの方法には、種々のものが考えられるが、いずれの方法でも、光線のベクトルを仮定して物体面の法線ベクトルとの角度を計算して、この角度に応じた濃さの陰影を付ける。
【0003】
物体を陰影付けして画像として表示する場合、光源と物体を構成する各面(以下「ポリゴン」という)との相対角度関係、視点とポリゴンとの相対角度関係を分けて考えなければならない。
視点とポリゴンとの相対角度が固定されていて、しかも光源とポリゴンとの相対角度、つまり光線ベクトルとポリゴンの法線ベクトルとの角度が変動しない静止画像の場合は、前記陰影付け計算は一度行えば済む。
【0004】
また、視点とポリゴンとの相対角度が変動する画像であって、光源とポリゴンとの相対角度、つまり光線ベクトルとポリゴンの法線ベクトルとの角度が1コマずつ変わる画像であれば、前記角度計算、陰影付け計算は、1コマごとにリアルタイムで行わなければならない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、視点とポリゴンとの相対角度が変動する画像であっても、光線ベクトルとポリゴンの法線ベクトルとの角度が変動しない画像、あるいは変動してもその変動時間が画像の1コマよりもはるかに長い画像がある。
例えば、ドライブしながら風景を見る画像のような場合、視線の位置方向は変わっても、風景と太陽との角度関係はほとんど変わらない。
【0006】
このような画像を表示する場合は、角度計算、陰影付け計算を1コマごとにリアルタイムで行っていると、計算機やメモリの容量が多く必要となり、極めて効率が悪い。
したがって、視点とポリゴンとの相対角度が時間的に変動する画像であって、光源とポリゴンとの相対角度が時間的に変動しない画像、又は変動してもその変動時間が画像の1コマよりもはるかに長い画像を、物体面に陰影付けをして表示させる場合に、メモリの容量や、コンピュータの計算の負担が最小限で済む表示制御装置が求められていた。
【0009】
【課題を解決するための手段】
(1) 本発明の表示制御装置は、物体の形状を記憶している形状記憶手段と、視点の方向又は位置を画面の更新周期ごとに設定する視点設定手段と、光源の方向又は位置を陰影更新周期ごとに設定する光源設定・更新手段と、形状記憶手段に記憶された物体の形状に基づいて、物体を構成する各面の方向を読み取り、この方向と、光源設定・更新手段によって設定された光源の方向又は位置に基づいて各面の陰影を前記光源設定・更新手段の陰影更新周期ごとに設定する陰影設定手段と、陰影設定手段により設定された陰影を記憶する陰影記憶手段と、陰影記憶手段により記憶された陰影に基づいて、視点設定手段に設定された視点の方向又は位置から見た画面を作成する画面作成手段とを備え、前記光源設定・更新手段の陰影更新周期が、前記視点設定手段による画面の更新周期よりも長い値であることを特徴とする。
【0010】
この表示制御装置においては、光源の方向又は位置が変動するという前提なので、できる陰影も変動していく。この光源の方向又は位置を更新する周期を、画面の更新周期(1コマの時間)よりも長くとる。これにより、画面の更新周期よりも長い周期で陰影を更新していくことができ、陰影設定手段の計算負荷を軽減し、陰影記憶手段の容量を減らすことができる。
【0011】
前記光源設定・更新手段は、一定時間ごとに光源の方向又は位置を更新するもであってもよい。例えば、太陽のように光源の位置が時間的に変動していく場合に有効である。
(2) 前記視点設定手段は、移動体の位置に基づいて視点の方向又は位置を設定するものであってもよい。
【0012】
例えば、車載ナビゲーション装置であればドライバの目の高さ若しくは鳥瞰図のように上空における所定の高さと、検出された車両の現在位置における車両の進行方向とにより、視点の方向又は位置を設定してもよい。ユーザが任意に位置と方向を設定してもよい。この表示制御装置は、地図データ記憶手段と、地図上の経路を自動的に計算する経路計算手段とをさらに備え、前記視点設定手段は、計算された経路上に沿った移動体の位置に基づいて視点の方向又は位置を設定するものであってもよい。
【0013】
この発明であれば、視点は、最適経路に沿った所定の高さと方向に設定される。最適経路に沿った景観地図を作製することができる。ここで「所定の高さ」とは、例えばドライバの目の高さでもよく、鳥瞰図のように上空における所定の高さでもよい。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。本発明の実施の形態では、「物体」は、多面体であるものとし、「ポリゴン」とは、多面体である物体を構成する各面のことをいう。
参考となる実施形態−
この発明の実施形態では、光線の方向を固定してオフラインで陰影を設定する。
【0015】
図1は、陰影設定装置の機能ブロック図である。陰影設定装置は、光源ベクトルを記憶しているデータベース3と、ポリゴンデータ記憶している形状データベース4と、形状データベース4に記憶されているポリゴンデータに対して陰影付けを行うコンピュータ1と、マンマシンインタフェイス2(例えば画面とキーボード、マウスなどのポインティングデバイスの組み合わせ)とを備えている。
【0016】
前記コンピュータ1は、光源ベクトル設定部12と、ポリゴン陰影付け部13とを有している。
形状データは、1つ1つの物体の形状を特定するためのデータであり、図2に示されるような形で記憶されている。その記憶媒体は何でもよく、例えばDVD−ROM,DVD−RAM,CD−ROM,MD,ハードディスク,フロッピーディスク,MO,DATなどあげられる。
【0017】
形状データは、ファイルサイズ、ポリゴンテーブルサイズ、頂点テーブルサイズのデータと、物体を構成するポリゴン数のデータと、頂点数のデータと、ポリゴンデータと、頂点データとで構成されている。
ポリゴンデータの内訳は、1つ1つのポリゴンについて、頂点数、色、テクスチャデータ、α値、各頂点へのポインタ、となっている。ここで、頂点数は、例えば五角形なら5となる。色は、明度のみで表わしてもよく、RGB値で表わしてもよく、XYZ表色系、マンセル表色系で表わしてもよく、色見本の番号で表わしてもよい。テクスチャデータとは、レンガ、石壁、花崗岩、窓付レンガ壁、窓付石壁などのポリゴン面の表面模様のデータである。α値とは、下のポリゴンの上にポリゴンを塗り重ねる場合に、上の色を下の色に対して、どのような重みで加えるかを示すパラメータである。すなわち重みをα(0≦α≦1)とし、下の色のRGB値を(R1,G1,B1)、上の色のRGB値を(R2,G2,B2)と書くと、塗り重ねた部分の最終的な色のRGB値は、
(R,G,B)=α(R2,G2,B2)+(1−α)(R1,G1,B1)、
と表される。不透明色の場合はα=1、半透明色の場合は0<α<1、無色透明の場合は、α=0である。
【0018】
頂点データは、各頂点の位置を決定するデータである。
図3は、ポリゴンデータの中の各ポリゴンについて陰影付け処理を施して保存する処理を示すフローチャートである。まず,光源ベクトルが固定されると(ステップS1)、コンピュータ1は、ポリゴンを順に処理する(ステップS2)。ポリゴンテーブルからポリゴン色を読み込み(ステップS4)、陰影付け処理を行う(ステップS5)。そして、処理後、ポリゴン色を保存し(ステップS6)、全ポリゴンについてこの処理を繰り返す(ステップS3)。
【0019】
図4は、1つのポリゴンに対する陰影付け処理の詳細を示すフローチャートである。まず、ポリゴンの法線ベクトルNを算出し(ステップS51)、光源ベクトルdとの内積をとることにより両ベクトルのなす角θを算出し(ステップS52)、角θに応じて減衰率を算出する(ステップS53)。この減衰率の算出式は、
I(θ)/I=[(1− cosθ)(1−k)]/2+k
である。ここで、Iは最大明度、I(θ)は角θにおける明度、kは両ベクトルのなす角θが0のとき(ポリゴンが光源に対して真裏を向いているとき)の、I(0)/Iのことである。
【0020】
kが0.75のときの減衰率I(θ)/Iを角度θに対してプロットしたグラフが図5である。
以上に説明した陰影付け処理は、ランバートモデルと言われるものであるが、これ以外にも、フォン・シェーディング、ブリン・シェーディング、スムーズ・シェーディングなどが採用可能である。
【0021】
S54では、R=G=Bであるかどうか判定する。R=G=Bであれば、無彩色ということであり、ステップS5に進み、R,G,Bにそれぞれ減衰率をかける。
R=G=Bでなければ、ポリゴンの色をHSI(色相、彩度、明度)に変換し(ステップS56)、明度Iに減衰率をかけて(ステップS57)、R,G,Bに戻す(ステップS58)。
【0022】
第1の実施形態−
ここでは、一日の太陽の動きをシミュレートするときなど、光源を移動させる必要のある場合の実施形態を説明する。この実施形態では、ドライブシミュレーターなど、道路地図上に経路が設定されていて、ドライバの視点や上空から見た景色をCGで再現する場合を想定するが、これに限定されるものでなく、マンマシンインタフェイスを使って視点位置と方向を設定するものであってもよい。
【0023】
表示周期ごとに光源を移動させなくても、例えば10分や1時間ごとに太陽の位置を計算して光源ベクトルを自動的に設定することにより、自然光を実現することができる。
図6は、表示制御装置の全体構成図であり、表示制御装置は、経路設定部5で設定された経路に沿って走行するドライバの視点や上空の位置・方向を記憶する視点位置データベース6と、マンマシンインタフェイス2と、ポリゴンデータを記憶している形状データベース4と、形状データベース4に記憶されているポリゴンデータに対して陰影付けを行うコンピュータ1と、表示装置8と、時計7とを備えている。
【0024】
コンピュータ1は、図6に示すように、視点位置データベース6に記憶されたデータ又はマンマシンインタフェイス2で設定されたデータに基づいて、視点位置を設定する視点位置設定部11と、陰影更新周期監視部15と、光源ベクトル設定部12と、ポリゴン陰影付け部13と、表示周期監視部16と、CG作成・表示部14とを有している。
【0025】
陰影更新周期監視部15は、光源ベクトルを更新する周期(例えば1時間)を監視する。表示周期監視部16は、視点位置を更新する周期(例えば1/30秒)を監視する。
以上のコンピュータ1の陰影付け処理を説明したのが図7のフローチャートである。
【0026】
図7に沿って説明する。まず、視点の初期位置・方向が設定されると(ステップT1)、時計7から時刻を取得し(ステップT3)、表示更新時刻になれば(ステップT4)、視点位置を更新する(ステップT5)。そして、表示対象ポリゴンを読み込み(ステップT6)、その表示対象ポリゴンに対して、回転、拡大・縮小、平行移動等の公知の3次元コンピュータグラフィックス処理(例えば特開平6−83937号公報、特開平5−203457号公報参照)を施して、CG作成・表示を行う(ステップT13)。
【0027】
陰影更新周期がくると(ステップT7のyes)、コンピュータ1は、視点位置と時計から光源ベクトルを更新し(ステップT8)、ポリゴンを順に処理する(ステップT9)。ポリゴンテーブルからポリゴン色を読み込み(ステップT11)、陰影付け処理を行う(ステップT12)。そして、その表示対象ポリゴンに対して、CG作成・表示を行う(ステップT13)。
【0028】
このように、表示更新時刻になるごとに、CG作成・表示を行うが、光源ベクトルの更新は表示更新周期より長い陰影更新周期ごとに行うことが特徴である。
第2の実施形態−
この実施形態では、車載ナビゲーション装置など、実際にドライバの視点や上空からの視点が動く場合に、見た景色をCGで再現する場合を想定する。
【0029】
図8は全体構成図であり、車載ナビゲーション装置21は、車速計、ジャイロなどのセンサ17からの信号に基づいて車両の位置を検出する位置検出部19と、ポリゴンデータを含む地図データを記憶している地図データベース20と、経路計算部18と、陰影更新周期監視部15と、光源ベクトル設定部12と、地図データベース20に記憶されているポリゴンデータに対して陰影付けを行うポリゴン陰影付け部13と、表示周期監視部16と、CG作成・表示部14とを有している。さらに、表示装置8、時計7が付属している。
【0030】
経路計算部18は、位置検出部19で算出された車両の現在位置データに基づいて、地図データベース20から経路計算のためのリンクデータを読み出し、現在位置から目的地までの最短経路の計算を行い、得られた最短経路をCG作成・表示部14に送るものである(経路計算法については、例えば特開昭58−223017号公報参照)。
【0031】
車載ナビゲーション装置21は、さらに、GPS衛星からの信号を受信して、絶対位置や方位を検出するGPS受信機(図示せず)を備えていてもよく、ビーコンアンテナ、漏洩同軸ケーブル、FM多重放送機、通信衛星、放送衛星、携帯電話、自動車電話などから送出される位置情報や道路情報、施設情報(渋滞情報,事故情報,交差点名称,行き先案内)等のデータを受信する受信機(図示せず)を備えていてもよい。
【0032】
また、位置検出部19は、この車両の位置データと、地図データベース20に格納されている道路のパターンとの比較(いわゆる地図マッチング法;例えば特開昭61−56910号公報参照)に基いて、車両の存在確率を加味した道路及び道路上の車両位置を検出する機能を備えていてもよい。
前記地図データは、地図を一定の緯度経度で区画した長方形又は正方形であるメッシュ単位で記憶されている。地図データは、道路地図データ及びポリゴンデータを含んでいる。
【0033】
道路地図データは、道路(高速自動車国道、自動車専用道路、一般国道、都道府県道など)の交差点又は折曲点を表わすノードと、ノード同士をつなぐリンク(道路を表わす)との組合せデータからなる。
ここで「ノード」とは、道路の交差点や折曲点を特定するための座標位置のことであり、交差点を表わすノードを交差点ノード、交差点以外の折曲点を表わすノードを補間点ノードという。各ノードをつないだ方向付き線分がリンクであり、リンクデータは、リンク番号、リンクを構成するノードへのポインタ、リンクの長さ、リンクの方向、その方向における走行所要時間、国道などの道路種別のデータを含んでいる。
【0034】
ポリゴンデータは、施設の立体形状等を特定するためのデータであり、基本的には、図2に示されるように色、テクスチャデータ、α値などのデータが、ポリゴンテーブルの形で記憶されている。なお、図2に示した以外にも、1つ1つの施設の識別番号や、各施設の属性(例:民家、オフィスビル、公園、学校など)番号がデータに加わることもある。
【0035】
頂点データは、当該地図メッシュの中での頂点の相対座標で記憶されている。ここで、「相対座標」とは、当該メッシュの端から測った座標をいう。
以上の車載ナビゲーション装置21の動作についてを用いて説明するが、基本的には、図7のフローチャートを用いて説明したのと同様である。ただし、地図を見る視点位置と方向が、車両の走行に連れて位置検出部19から入力されるところが異なっている。
【0036】
すなわち、表示更新時刻になればその時刻の視点位置に基づいて表示対象ポリゴンを読み込み、その表示対象ポリゴンに対して、ドライバの視点や上空から見たCG作成・表示を行う。
陰影更新周期がくると、視点位置と時計から光源ベクトルを更新し、ポリゴンに対して、陰影付け処理を行い、立体的な景観地図を作成する。
【0037】
図9、図10は、作成された景観地図の表示例を示す。
図9は、経路34に沿って交差点を左折する前の画面を示す景観図であり、図10は、交差点を左折した直後の景観図である。建物31,32,33には、太陽35による陰影が付けられている(図9参照)が、交差点を曲がった時には、車両の回転に伴い、陰影の向きが見かけ上変わる(図10参照)。しかし、交差点を曲がる前と曲がる後で、陰影更新周期が経過していないことを前提とすれば、太陽や大地を基準にして見た陰影の向きは不変となっている。
【0038】
なお、陰影更新周期が経過すれば、太陽の位置が変わるので、陰影の向きは変化する。図11は、太陽の位置がさらに低くなった場合の景観図を示している。太陽の位置は35aで示され、建物31,32,33には、図9と比較して新たなポリゴン面に陰影が加わっている。
陰影更新周期は、一定時間時間ごとである必要はなく、時刻あるいは時間帯によってその長さを変化させてもよい。図12は、陰影更新周期t0,t1,t2,t3,‥‥を時間帯によって変化させた例を示す。この例では、18時から6時までは、陰影を更新しないこととしている。夜間は太陽の位置が変わっても、陰影に変化はないからである。
【0039】
以上、本発明の実施の形態を説明してきたが、本発明は前記実施の形態に限られるものではなく、本発明の範囲内で種々の変更を施すことが可能である。
【0041】
【発明の効果】
以上のように請求項1記載の本発明によれば、光源と物体との相対角度が時間的に変動しても、その変動時間が画像の1コマよりもはるかに長い場合に、画面の更新周期よりも長い周期で陰影を更新していくことができ、陰影設定手段の計算負荷を軽減し、陰影記憶手段の容量を減らすことができる。
請求項3又は請求項4記載の本発明によれば、車載ナビゲーションやドライビングシミュレーション装置に最適である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 参考となる実施形態にかかる表示制御装置のブロック図である。
【図2】 形状データの記憶形態を示す図である。
【図3】 ポリゴンデータの中の各ポリゴンについて陰影付け処理を施して保存する処理を示すフローチャートである。
【図4】 陰影付け処理の詳細を示すフローチャートである。
【図5】 kが0.75のときの減衰率I(θ)/Iを角度θに対してプロットしたグラフである。
【図6】 第1の発明の実施形態にかかる表示制御装置のブロック図である。
【図7】 コンピュータ1の陰影付け及び表示制御処理を説明するためのフローチャートである。
【図8】 第2の発明の実施形態にかかる表示制御装置のブロック図である。
【図9】 本発明の表示制御処理により作成された景観地図の表示例を示す図である。
【図10】 本発明の表示制御処理により作成された景観地図の表示例を示す図である。
【図11】 本発明の表示制御処理により作成された、時間帯の異なる景観地図の表示例を示す図である。
【図12】 陰影更新周期を、時間帯に応じて変化させた例を示すグラフである。
【符号の説明】
1 コンピュータ
本発明の表示制御処理により作成された景観地図の表示例を示す図である。
2 マンマシンインタフェイス
3 データベース
4 形状データベース
5 経路設定部
6 視点位置データベース
7 時計
8 表示装置
11 視点位置設定部
12 光源ベクトル設定部
13 ポリゴン陰影付け部
14 CG作成・表示部
15 陰影更新周期監視部
16 表示周期監視部
18 経路計算部
19 位置検出部
20 地図データベース
21 車載ナビゲーション装置
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention uses the computer graphics (hereinafter referred to as "CG"), various objects that are specific shape relates Table示制control apparatus you with shading.
Table示制control apparatus of the present invention is applied, for example, in-vehicle navigation device and a driving simulator such as a map display device that is used to, personal computer display apparatus for performing the navigation software, such as in a portable computer display device to perform a walking navigation software can do.
[0002]
[Prior art]
When it is desired to display various objects whose shapes are specified in a three-dimensional manner, it is effective to add a shadow to give a three-dimensional effect. Various methods of shading can be considered. In any of these methods, the angle with the normal vector of the object surface is calculated by assuming a light vector, and the darkness corresponding to this angle is calculated. Add shading.
[0003]
When an object is shaded and displayed as an image, the relative angular relationship between the light source and each surface (hereinafter referred to as “polygon”) constituting the object and the relative angular relationship between the viewpoint and the polygon must be considered separately.
If the relative angle between the viewpoint and the polygon is fixed and the relative angle between the light source and the polygon, that is, the angle between the ray vector and the normal vector of the polygon does not change, the shading calculation is performed once. That's it.
[0004]
In addition, if the relative angle between the viewpoint and the polygon varies and the relative angle between the light source and the polygon, that is, the angle between the ray vector and the polygon normal vector changes by one frame, the angle calculation is performed. The shading calculation must be done in real time for each frame.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, even if the relative angle between the viewpoint and the polygon fluctuates, the angle between the ray vector and the normal vector of the polygon does not fluctuate, or even if fluctuates, the fluctuation time is much longer than one frame of the image. Has a long picture.
For example, in the case of an image in which a landscape is seen while driving, the angular relationship between the landscape and the sun hardly changes even if the position of the line of sight changes.
[0006]
When such an image is displayed, if angle calculation and shading calculation are performed in real time for each frame, a large amount of computer and memory are required, which is extremely inefficient.
Therefore, an image in which the relative angle between the viewpoint and the polygon varies with time, and the image in which the relative angle between the light source and the polygon does not vary with time, or even if it varies, the variation time is longer than one frame of the image. much longer image, when displaying by the shading on the object surface, and the capacity of the memory, the computational burden of calculation is already free Table示制control device with a minimum has been demanded.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
(1) The display control apparatus of the present invention includes a shape storage unit that stores the shape of an object, a viewpoint setting unit that sets the direction or position of the viewpoint for each screen update period, and the direction or position of the light source is shaded. Based on the shape of the object stored in the light source setting / updating means and the shape storage means set for each update period, the direction of each surface constituting the object is read, and this direction is set by the light source setting / updating means. A shadow setting means for setting the shadow of each surface based on the direction or position of the light source for each shadow update period of the light source setting / updating means; a shadow storage means for storing the shadow set by the shadow setting means; Screen creation means for creating a screen viewed from the direction or position of the viewpoint set in the viewpoint setting means based on the shadow stored by the storage means, and the shadow update period of the light source setting / update means includes the The value is longer than the screen update cycle by the viewpoint setting means.
[0010]
In this display control apparatus, since the direction or the position of the light source is fluctuated, the shadows that can be produced also fluctuate. The cycle of updating the direction or position of the light source is set longer than the screen update cycle (one frame time). As a result, the shadow can be updated at a period longer than the screen update period, the calculation load of the shadow setting means can be reduced, and the capacity of the shadow storage means can be reduced.
[0011]
The light source setting and updating means may be also of the updating direction or position of the light source at predetermined time intervals. For example, it is effective when the position of the light source varies with time like the sun.
(2) The viewpoint setting means may set the viewpoint direction or position based on the position of the moving body.
[0012]
For example, in the case of an in-vehicle navigation device, the viewpoint direction or position is set based on the driver's eye height or a predetermined height in the sky like a bird's-eye view and the traveling direction of the vehicle at the detected current position of the vehicle. Also good. The user may arbitrarily set the position and direction. The display control device further includes a map data storage unit and a route calculation unit that automatically calculates a route on the map, and the viewpoint setting unit is based on the position of the moving object along the calculated route. but it may also be used to set the direction or position of the viewpoint Te.
[0013]
According to the present invention, the viewpoint is set at a predetermined height and direction along the optimum route. A landscape map along the optimal route can be created. Here, the “predetermined height” may be, for example, the height of the eyes of the driver, or may be a predetermined height in the sky as shown in a bird's-eye view.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the embodiment of the present invention, the “object” is assumed to be a polyhedron, and the “polygon” means each surface constituting the object that is a polyhedron.
-Reference embodiment-
In the embodiment of the present invention, the direction of the light is fixed and the shadow is set off-line.
[0015]
FIG. 1 is a functional block diagram of the shadow setting apparatus. The shadow setting apparatus includes a database 3 that stores light source vectors, a shape database 4 that stores polygon data, a computer 1 that performs shading on polygon data stored in the shape database 4, and a man-machine. And an interface 2 (for example, a combination of a screen and a pointing device such as a keyboard and a mouse).
[0016]
The computer 1 has a light source vector setting unit 12 and a polygon shading unit 13.
The shape data is data for specifying the shape of each object, and is stored in a form as shown in FIG. The storage medium may be anything, for example, DVD-ROM, DVD-RAM, CD-ROM, MD, hard disk, floppy disk, MO, DAT, etc.
[0017]
The shape data is composed of data of file size, polygon table size, vertex table size, data of the number of polygons constituting the object, data of the number of vertices, polygon data, and vertex data.
The breakdown of polygon data is the number of vertices, color, texture data, α value, and pointer to each vertex for each polygon. Here, the number of vertices is 5, for example, a pentagon. The color may be represented only by brightness, may be represented by RGB values, may be represented by an XYZ color system, a Munsell color system, or may be represented by a color sample number. The texture data is data of surface patterns of polygonal surfaces such as bricks, stone walls, granite, brick walls with windows, stone walls with windows. The α value is a parameter indicating how much weight the upper color is added to the lower color when a polygon is overlaid on the lower polygon. That is, if the weight is α (0 ≦ α ≦ 1), the RGB value of the lower color is (R1, G1, B1), and the RGB value of the upper color is (R2, G2, B2) The final RGB value of
(R, G, B) = α (R2, G2, B2) + (1-α) (R1, G1, B1),
It is expressed. Α = 1 for an opaque color, 0 <α <1 for a translucent color, and α = 0 for a colorless and transparent color.
[0018]
Vertex data is data that determines the position of each vertex.
FIG. 3 is a flowchart showing a process of applying a shading process to each polygon in the polygon data and storing it. First, when the light source vector is fixed (step S1), the computer 1 sequentially processes the polygons (step S2). The polygon color is read from the polygon table (step S4), and shading processing is performed (step S5). After the processing, the polygon color is stored (step S6), and this processing is repeated for all the polygons (step S3).
[0019]
FIG. 4 is a flowchart showing details of shading processing for one polygon. First, the normal vector N of the polygon is calculated (step S51), the angle θ formed by both vectors is calculated by taking the inner product with the light source vector d (step S52), and the attenuation rate is calculated according to the angle θ. (Step S53). The formula for calculating this attenuation factor is
I (θ) / I = [(1-cos θ) (1-k)] / 2 + k
It is. Here, I is the maximum brightness, I (θ) is the brightness at the angle θ, k is I (0) when the angle θ formed by both vectors is 0 (when the polygon faces the light source). / I.
[0020]
FIG. 5 is a graph plotting the attenuation rate I (θ) / I with respect to the angle θ when k is 0.75.
The shading process described above is called the Lambert model, but other than this, von shading, Brin shading, smooth shading, etc. can be employed.
[0021]
In S54, it is determined whether R = G = B. If R = G = B, it means an achromatic color, and the process proceeds to step S5, where R, G, and B are respectively multiplied by an attenuation factor.
Unless R = G = B, the color of the polygon is converted to HSI (hue, saturation, brightness) (step S56), the lightness I is attenuated (step S57), and returned to R, G, B. (Step S58).
[0022]
- First Embodiment -
Here, an embodiment will be described in the case where the light source needs to be moved, such as when simulating the movement of the sun during the day. In this embodiment, it is assumed that a route is set on a road map, such as a drive simulator, and a driver's viewpoint and scenery viewed from the sky are reproduced with CG. However, the present invention is not limited to this. The viewpoint position and direction may be set using a machine interface.
[0023]
Even if the light source is not moved every display cycle, natural light can be realized by calculating the position of the sun and setting the light source vector automatically, for example, every 10 minutes or 1 hour.
FIG. 6 is an overall configuration diagram of the display control apparatus. The display control apparatus includes a viewpoint position database 6 that stores the viewpoint of the driver traveling along the route set by the route setting unit 5 and the position / direction of the sky. A man-machine interface 2, a shape database 4 storing polygon data, a computer 1 for shading the polygon data stored in the shape database 4, a display device 8, and a clock 7 I have.
[0024]
As shown in FIG. 6, the computer 1 includes a viewpoint position setting unit 11 that sets a viewpoint position based on data stored in the viewpoint position database 6 or data set by the man-machine interface 2, and a shadow update cycle. It has a monitoring unit 15, a light source vector setting unit 12, a polygon shading unit 13, a display cycle monitoring unit 16, and a CG creation / display unit 14.
[0025]
The shadow update cycle monitoring unit 15 monitors the cycle (for example, 1 hour) of updating the light source vector. The display cycle monitoring unit 16 monitors a cycle (for example, 1/30 second) for updating the viewpoint position.
FIG. 7 is a flowchart illustrating the shading process of the computer 1 described above.
[0026]
A description will be given with reference to FIG. First, when the initial position and direction of the viewpoint are set (step T1), the time is acquired from the clock 7 (step T3), and when the display update time comes (step T4), the viewpoint position is updated (step T5). . Then, the display target polygon is read (step T6), and known three-dimensional computer graphics processing such as rotation, enlargement / reduction, and parallel movement is performed on the display target polygon (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 6-83937 and Japanese Patent Laid-Open No. No. 5-203457), and CG creation / display is performed (step T13).
[0027]
When the shadow update cycle comes (Yes in step T7), the computer 1 updates the light source vector from the viewpoint position and the clock (step T8), and processes the polygons in order (step T9). A polygon color is read from the polygon table (step T11), and shading processing is performed (step T12). Then, CG creation / display is performed on the display target polygon (step T13).
[0028]
As described above, CG creation / display is performed every time the display update time comes, and the light source vector is updated every shadow update cycle longer than the display update cycle.
- Second Embodiment -
In this embodiment, it is assumed that the scenery seen is reproduced with CG when the viewpoint of the driver or the viewpoint from the sky actually moves, such as an in-vehicle navigation device.
[0029]
FIG. 8 is an overall configuration diagram. The in-vehicle navigation device 21 stores a position detection unit 19 that detects the position of a vehicle based on signals from a sensor 17 such as a vehicle speedometer and a gyro, and map data including polygon data. Map database 20, route calculation unit 18, shadow update cycle monitoring unit 15, light source vector setting unit 12, and polygon shading unit 13 that shades polygon data stored in map database 20. And a display cycle monitoring unit 16 and a CG creation / display unit 14. Further, a display device 8 and a clock 7 are attached.
[0030]
The route calculation unit 18 reads link data for route calculation from the map database 20 based on the current vehicle position data calculated by the position detection unit 19, and calculates the shortest route from the current position to the destination. The obtained shortest route is sent to the CG creation / display unit 14 (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-2223017 for a route calculation method).
[0031]
The in-vehicle navigation device 21 may further include a GPS receiver (not shown) that receives a signal from a GPS satellite and detects an absolute position and direction, and includes a beacon antenna, a leaky coaxial cable, and FM multiplex broadcasting. A receiver (not shown) that receives data such as location information, road information, and facility information (congestion information, accident information, intersection name, destination guidance) transmitted from aircraft, communication satellites, broadcast satellites, mobile phones, car phones, etc. May be provided.
[0032]
Further, the position detector 19 is based on a comparison between the position data of the vehicle and the road pattern stored in the map database 20 (so-called map matching method; see, for example, JP-A-61-56910). A function of detecting a road and a vehicle position on the road in consideration of the existence probability of the vehicle may be provided.
The map data is stored in units of meshes that are rectangles or squares obtained by dividing the map at a certain latitude and longitude. The map data includes road map data and polygon data.
[0033]
The road map data is composed of combination data of nodes representing intersections or turning points of roads (express highway national highways, automobile exclusive roads, general national highways, prefectural roads, etc.) and links (representing roads) connecting the nodes. .
Here, the “node” is a coordinate position for specifying an intersection or a turning point on the road. A node representing the intersection is referred to as an intersection node, and a node representing a bending point other than the intersection is referred to as an interpolation point node. A line with direction connecting each node is a link, and link data includes a link number, a pointer to a node constituting the link, a link length, a link direction, a travel time in that direction, and a road such as a national road. Contains type data.
[0034]
Polygon data is data for specifying a three-dimensional shape of a facility. Basically, as shown in FIG. 2, data such as color, texture data, and α value are stored in the form of a polygon table. Yes. In addition to those shown in FIG. 2, the identification number of each facility and the attribute number (eg, private house, office building, park, school, etc.) of each facility may be added to the data.
[0035]
The vertex data is stored as relative coordinates of the vertices in the map mesh. Here, “relative coordinates” refers to coordinates measured from the end of the mesh.
The operation of the in-vehicle navigation device 21 will be described with reference to FIG. 7, but is basically the same as that described with reference to the flowchart of FIG. However, the point of view and the direction in which the map is viewed are different in that they are input from the position detector 19 as the vehicle travels.
[0036]
That is, when the display update time comes, the display target polygon is read based on the viewpoint position at that time, and CG creation / display from the viewpoint of the driver or the sky is performed on the display target polygon.
When the shadow update cycle arrives, the light source vector is updated from the viewpoint position and the clock, and the polygon is shaded to create a three-dimensional landscape map.
[0037]
9 and 10 show display examples of the created landscape map.
FIG. 9 is a landscape view showing a screen before turning left at the intersection along the route 34, and FIG. 10 is a landscape view immediately after turning left at the intersection. The buildings 31, 32, and 33 are shaded by the sun 35 (see FIG. 9), but when turning around an intersection, the direction of the shade apparently changes as the vehicle rotates (see FIG. 10). However, if it is assumed that the shadow update period has not elapsed before and after turning at the intersection, the direction of the shadow viewed with respect to the sun and the ground is unchanged.
[0038]
If the shadow update cycle elapses, the position of the sun changes, so the direction of the shadow changes. FIG. 11 shows a landscape view when the position of the sun is further lowered. The position of the sun is indicated by 35a, and the buildings 31, 32, and 33 are shaded on a new polygonal surface as compared with FIG.
The shadow update period does not have to be every fixed time, and the length thereof may be changed according to time or time zone. FIG. 12 shows an example in which the shadow update periods t0, t1, t2, t3,. In this example, the shadow is not updated from 18:00 to 6:00. This is because the shadow does not change at night even if the position of the sun changes.
[0039]
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the present invention.
[0041]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, even when the relative angle between the light source and the object fluctuates with time, the screen is updated when the fluctuation time is much longer than one frame of the image. The shadow can be updated at a period longer than the period, the calculation load of the shadow setting means can be reduced, and the capacity of the shadow storage means can be reduced.
According to the third or fourth aspect of the present invention, it is most suitable for in-vehicle navigation and a driving simulation apparatus.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of a display control apparatus according to a reference embodiment.
FIG. 2 is a diagram showing a storage form of shape data.
FIG. 3 is a flowchart showing a process of performing a shading process on each polygon in polygon data and storing it.
FIG. 4 is a flowchart showing details of shading processing.
FIG. 5 is a graph plotting attenuation rate I (θ) / I with respect to angle θ when k is 0.75.
FIG. 6 is a block diagram of a display control apparatus according to an embodiment of the first invention.
FIG. 7 is a flowchart for explaining shading and display control processing of the computer 1;
FIG. 8 is a block diagram of a display control apparatus according to an embodiment of the second invention.
FIG. 9 is a diagram showing a display example of a landscape map created by the display control process of the present invention.
FIG. 10 is a diagram showing a display example of a landscape map created by the display control process of the present invention.
FIG. 11 is a diagram showing a display example of a landscape map created by the display control process of the present invention and having different time zones.
FIG. 12 is a graph showing an example in which a shadow update period is changed according to a time zone.
[Explanation of symbols]
1 Computer It is a figure which shows the example of a display of the landscape map produced by the display control process of this invention.
2 Man-machine interface 3 Database 4 Shape database 5 Path setting unit 6 View position database 7 Clock 8 Display device 11 View position setting unit 12 Light source vector setting unit 13 Polygon shading unit 14 CG creation / display unit 15 Shadow update cycle monitoring unit 16 Display cycle monitoring unit 18 Route calculation unit 19 Position detection unit 20 Map database 21 Car-mounted navigation device

Claims (4)

コンピュータグラフィックスを用いて、形状の特定されている各種の物体を陰影付けして表示する表示制御装置であって、
物体の形状を記憶している形状記憶手段と、視点の方向又は位置を画面の更新周期ごとに設定する視点設定手段と、光源の方向又は位置を陰影更新周期ごとに設定する光源設定・更新手段と、形状記憶手段に記憶された物体の形状に基づいて、物体を構成する各面の方向を読み取り、この方向と、光源設定・更新手段によって設定された光源の方向又は位置に基づいて各面の陰影を前記光源設定・更新手段の陰影更新周期ごとに設定する陰影設定手段と、陰影設定手段により設定された陰影を記憶する陰影記憶手段と、陰影記憶手段により記憶された陰影に基づいて、視点設定手段に設定された視点の方向又は位置から見た画面を作成する画面作成手段とを備え、
前記光源設定・更新手段の陰影更新周期が、前記視点設定手段による画面の更新周期よりも長い値であることを特徴とする表示制御装置。
A display control device that shades and displays various objects whose shapes are specified using computer graphics,
Shape storage means for storing the shape of the object, viewpoint setting means for setting the direction or position of the viewpoint for each screen update cycle, and light source setting / updating means for setting the direction or position of the light source for each shadow update cycle The direction of each surface constituting the object is read based on the shape of the object stored in the shape storage unit, and each surface is determined based on this direction and the direction or position of the light source set by the light source setting / updating unit. Based on the shadow stored by the shadow storage means, a shadow storage means for storing the shadow set by the shadow setting means, a shadow storage means for setting the shadow of the light source for each shadow update period of the light source setting / update means , Screen creation means for creating a screen viewed from the direction or position of the viewpoint set in the viewpoint setting means,
The display control apparatus according to claim 1, wherein a shadow update period of the light source setting / updating means is longer than a screen update period of the viewpoint setting means.
前記光源設定・更新手段は、一定時間ごとに光源の方向又は位置を更新するものである請求項1記載の表示制御装置。  The display control device according to claim 1, wherein the light source setting / updating unit updates a direction or a position of the light source at regular intervals. 前記視点設定手段は、移動体の位置に基づいて視点の方向又は位置を設定するものである請求項1又は請求項2記載の表示制御装置。  The display control apparatus according to claim 1, wherein the viewpoint setting unit sets a viewpoint direction or position based on a position of a moving body. 地図データ記憶手段と、地図上の経路を自動的に計算する経路計算手段とをさらに備え、前記視点設定手段は、計算された経路上に沿った移動体の位置に基づいて視点の方向又は位置を設定するものである請求項3記載の表示制御装置。  Map data storage means and route calculation means for automatically calculating a route on the map, wherein the viewpoint setting means is based on the position or position of the viewpoint based on the position of the moving object along the calculated route. The display control device according to claim 3, wherein the display control device is set.
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