JP4693153B2 - 画像生成システム、プログラム及び情報記憶媒体 - Google Patents

Description

本発明は、画像生成システム、プログラム及び情報記憶媒体に関する。

従来より、キャラクタなどのオブジェクトが配置設定されるオブジェクト空間内（仮想的な３次元空間）において仮想カメラ（所与の視点）から見える画像を生成する画像生成システム（ゲームシステム）が知られており、いわゆる仮想現実を体験できるものとして人気が高い。

このような画像生成システムで生成されたゲーム画像では、光の反射を表現する手法の１つとしてリフレクションマッピングが知られている。リフレクションマッピングとは、光の反射の様子や物体の周囲の環境が、物体の表面に映り込む状態を、マッピングにより表現する手法であり、具体的には、物体の外に設定した仮想球に光の反射や環境の画像を張り、それと反射ベクトルの交点の色を物体表面にマッピングする。
特開平１３−０７０６３３号公報

従来技術では、元画像にリフレクションマッピングを行う際に元画像とリフレクションテクスチャの合成を行う場合にα加算合成を行っていた。しかしながら元画像とリフレクションテクスチャを加算合成すると、元画像の明暗の比率が失われて一様に明るくなってしまい、素材の凹凸感が失われてしまうという問題点があった。

これを解決するためには、元画像の素材に応じたリフレクション用テクスチャを用意するという手法もあるが、この場合には素材ごとにリフレクション用テクスチャを用意しなければならずデータ量が増大する。

本発明は、以上のような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、リフレクションマッピングにおいて少ないデータ量で元画像の素材感を保ったままリアリティにとんだ反射表現が可能な画像生成システム、プログラム及び情報記憶媒体を提供することにある。

（１）本発明は、
オブジェクト空間において仮想カメラから見える画像を生成する画像生成システムであって、
オブジェクトに対するリフレクションを表現するためのリフレクションテクスチャを記憶するテクスチャ記憶部と、
オブジェクトの頂点に対応する法線ベクトルに基づいて当該頂点に対応したテクスチャ座標を求めるリフレクションマッピング用テクスチャ座標演算部と、
リフレクションマッピング用テクスチャ座標に基づいて、リフレクションテクスチャをオブジェクトにマッピングするリフレクションマッピング処理部と、
各ピクセルごとに元画像の画素情報とマッピングされたリフレクションテクスチャの画素情報に基づき色値を演算して描画する描画処理部とを含み、
前記リフレクションテクスチャは、画素情報として少なくともα値情報を含み、
前記描画処理部は、
各ピクセルごとに元画像の色値Ｃｄとリフレクションマッピングされたリフレクションテクスチャのα値αｓの乗算処理Ｃｄ×αｓを行い各ピクセルの色値を演算するα乗算処理部を含むことを特徴とする画像生成システムに関係する。また本発明は、上記各部としてコンピュータを機能させるプログラムに関係する。また本発明は、コンピュータ読み取り可能な情報記憶媒体であって、上記各部としてコンピュータを機能させるプログラムを記憶（記録）した情報記憶媒体に関係する。

ここでテクスチャとは、例えば色、輝度、面の法線、透明度その他の表面の特性を表現するための情報である。

リフレクションテクスチャとは、オブジェクトに対するひかりの反射や環境のうつりこみを表現するためのテクスチャである。

リフレクションテクスチャはアルファチャネルだけでもよいしＲＧＢチャネルがあってもよい。

ここにおいてテクスチャとは例えば画像の各ピクセルに対応した画素情報で構成してもよい。ここで画像（テクスチャ）の画素情報はαチャネルだけで構成されていてもよいし色値（例えばＲＢＧ）チャネルだけで構成されていてもよいし、両方含む場合でもよい。

リフレクションマッピング用テクスチャ座標演算部は、カメラ座標系又はスクリーン座標系でのオブジェクトの頂点に対応する法線ベクトル（本線ベクトルだけの場合でもよいし、法線ベクトル及び頂点に基づく場合でもよい）に基づいて当該頂点に対応したテクスチャ座標（ＵＶ座標値、ＳＴ座標値）を求めるようにしてもよい。

従来技術では、元画像にリフレクションマッピングを行う際に元画像とリフレクションテクスチャの合成を行う場合にα加算合成を行っていたので、元画像の明暗の比率が失われて一様に明るくなってしまい、素材の凹凸感が失われてしまうという問題点があった。

しかし本発明によれば、各ピクセルごとに元画像の色値（例えばＲＧＢ値）Ｃｄとリフレクションマッピングされたリフレクションテクスチャのα値αｓの乗算処理Ｃｄ×αｓを行い各ピクセルの色値を演算するので、元画像の質感や凹凸間や明暗や模様の特徴が失われない合成画像を描画することができる。

このために元画像に応じたリフレクションテクスチャを個別に用意しなくてもよいので少ないデータ量で元画像の素材感を保ったままリアリティにとんだ反射表現が可能な、リフレクションマッピングを実現することができる。

（２）本発明は、
オブジェクト空間において仮想カメラから見える画像を生成する画像生成システムであって、
オブジェクトの元画像を生成するための下地テクスチャと、オブジェクトに対するリフレクションを表現するためのリフレクションテクスチャを記憶するテクスチャ記憶部と、
下地テクスチャ、リフレクションテクスチャをオブジェクトにマッピングする際のテクスチャ座標を求めるテクスチャ座標演算部と、
求めたテクスチャ座標に基づいて、下地テクスチャとリフレクションテクスチャをオブジェクトにマッピングするマッピング処理部と、
各ピクセルごとに元画像の画素情報とマッピングされたリフレクションテクスチャの画素情報に基づき色値を演算して描画する描画処理部とを含み、
前記リフレクションテクスチャは、画素情報として少なくともα値情報を含み、
前記テクスチャ座標演算部は、
オブジェクトの頂点に対応する法線ベクトルに基づいて当該頂点に対応したテクスチャ座標を求めるリフレクションマッピング用テクスチャ座標演算部を含み、
前記マッピング処理部は、
リフレクションマッピング用テクスチャ座標に基づいて、リフレクションテクスチャをオブジェクトにマッピングするリフレクションマッピング処理部を含み、
前記描画処理部は、
各ピクセルごとに元画像の色値Ｃｄとリフレクションマッピングされたリフレクションテクスチャのα値αｓの乗算処理Ｃｄ×αｓを行い各ピクセルの色値を演算するα乗算処理部を含むことを特徴とする画像生成システムに関係する。また本発明は、上記各部としてコンピュータを機能させるプログラムに関係する。また本発明は、コンピュータ読み取り可能な情報記憶媒体であって、上記各部としてコンピュータを機能させるプログラムを記憶（記録）した情報記憶媒体に関係する。

ここでテクスチャとは、例えば色、輝度、面の法線、透明度その他の表面の特性を表現するための情報である。

下地テクスチャとはオブジェクトの素材感、質感、模様等を表現するためにオブジェクトにマッピングするテクスチャであり、これによりオブジェクトの元画像を生成する。

リフレクションテクスチャとは、オブジェクトに対するひかりの反射や環境のうつりこみを表現するためのテクスチャである。

下地テクスチャとリフレクションテクスチャをジオメトリ処理後（例えば透視変換後の）オブジェクトにマッピングする際には、下地テクスチャをジオメトリ処理後（例えば透視変換後の）オブジェクトにマッピングして生成された元画像をいったん描画バッファに描画したあと、リフレクションテクスチャをジオメトリ処理後（例えば透視変換後の）オブジェクトにマッピングして、描画バッファに描画された元画像とを合成する場合でもよい。

またマルチテクスチャマッピングが可能な場合には、下地テクスチャとリフレクションテクスチャをジオメトリ処理後（例えば透視変換後の）オブジェクトに対してたいしてマルティテクスチャマッピングを行い、元画像とリフレクションテクスチャを合成した結果を描画するようにしてもよい。

リフレクションテクスチャはアルファチャネルだけでもよいしＲＧＢチャネルがあってもよい。

ここにおいてテクスチャとは例えば画像の各ピクセルに対応した画素情報で構成してもよい。ここで画像（テクスチャ）の画素情報はαチャネルだけで構成されていてもよいし色値（例えばＲＢＧ）チャネルだけで構成されていてもよいし、両方含む場合でもよい。

またテクスチャマッピングには、例えばリフレクションマッピング（反射マッピングや環境マッピング）等も含む。

リフレクションマッピング用テクスチャ座標演算部は、カメラ座標系又はスクリーン座標系でのオブジェクトの頂点に対応する法線ベクトル（本線ベクトルだけの場合でもよいし、法線ベクトル及び頂点に基づく場合でもよい）に基づいて当該頂点に対応したテクスチャ座標（ＵＶ座標値、ＳＴ座標値）を求めるようにしてもよい。

従来技術では、元画像にリフレクションマッピングを行う際に元画像とリフレクションテクスチャの合成を行う場合にα加算合成を行っていたので、元画像の明暗の比率が失われて一様に明るくなってしまい、素材の凹凸感が失われてしまうという問題点があった。

しかし本発明によれば、各ピクセルごとに元画像の色値（例えばＲＧＢ値）Ｃｄとリフレクションマッピングされたリフレクションテクスチャのα値αｓの乗算処理Ｃｄ×αｓを行い各ピクセルの色値を演算するので、元画像の質感や凹凸間や明暗や模様の特徴が失われない合成画像を描画することができる。

このために下地テクスチャに応じたリフレクションテクスチャを個別に用意しなくてもよいので少ないデータ量で下地の素材感を保ったままリアリティにとんだ反射表現が可能な、リフレクションマッピングを実現することができる。

（３）また本発明に係る画像生成システム、プログラム及び情報記憶媒体では、
前記テクスチャ記憶部は、
各ピクセルに対し色値の情報を有するリフレクションテクスチャを記憶し、
前記描画処理部は、
各ピクセルの乗算処理結果Ｃｄ×αｓに対しリフレクションテクスチャの対応するピクセルの色値Ｃｓを加減算する処理を行い各ピクセルの色値を演算するα乗加算処理部を含むことを特徴とする。

本発明によれば元画像が全体的に暗く、α乗算を行った結果だけでは欲しい反射光量が得られない場合は、例えばあらかじめ暗い（薄い）色で作成しておいたリフレクションマップのカラーチャンネルをα乗算の結果に加えることで反射光量を補うことができる。

以下、本実施形態について説明する。

なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また本実施形態で説明される構成の全てが、本発明の必須構成要件であるとは限らない。

１．構成
図１に本実施形態の画像生成システム（ゲームシステム）の機能ブロック図の例を示す。なお、本実施形態の画像生成システムは、図１の構成要素（各部）の一部を省略した構成としてもよい。

操作部１６０は、プレーヤが操作データを入力するためのものであり、その機能は、レバー、ボタン、ステアリング、マイク、タッチパネル型ディスプレイ、或いは筺体などにより実現できる。

記憶部１７０は、処理部１００や通信部１９６などのワーク領域となるもので、その機能はＲＡＭなどにより実現できる。

情報記憶媒体１８０（コンピュータにより読み取り可能な媒体）は、プログラムやデータなどを格納するものであり、その機能は、光ディスク（ＣＤ、ＤＶＤ）、光磁気ディスク（ＭＯ）、磁気ディスク、ハードディスク、磁気テープ、或いはメモリ（ＲＯＭ）などにより実現できる。処理部１００は、情報記憶媒体１８０に格納されるプログラム（データ）に基づいて本実施形態の種々の処理を行う。即ち情報記憶媒体１８０には、本実施形態の各部としてコンピュータを機能させるためのプログラム（各部の処理をコンピュータに実行させるためのプログラム）が記憶（記録、格納）される。

表示部１９０は、本実施形態により生成された画像を出力するものであり、その機能は、ＣＲＴ、ＬＣＤ、タッチパネル型ディスプレイ、或いはＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）などにより実現できる。音出力部１９２は、本実施形態により生成された音を出力するものであり、その機能は、スピーカ、或いはヘッドフォンなどにより実現できる。

携帯型情報記憶装置１９４は、プレーヤの個人データやゲームのセーブデータなどが記憶されるものであり、この携帯型情報記憶装置１９４としては、メモリカードや携帯型ゲーム装置などがある。

通信部１９６は、外部（例えばホスト装置や他の画像生成システム）との間で通信を行うための各種の制御を行うものであり、その機能は、各種プロセッサ又は通信用ＡＳＩＣなどのハードウェアや、プログラムなどにより実現できる。

なお本実施形態の各部としてコンピュータを機能させるためのプログラム（データ）は、ホスト装置（サーバー）が有する情報記憶媒体からネットワーク及び通信部１９６を介して情報記憶媒体１８０（記憶部１７０）に配信するようにしてもよい。このようなホスト装置（サーバー）の情報記憶媒体の使用も本発明の範囲内に含めることができる。

処理部１００（プロセッサ）は、操作部１６０からの操作データやプログラムなどに基づいて、ゲーム処理、画像生成処理、或いは音生成処理などの処理を行う。ここでゲーム処理としては、ゲーム開始条件が満たされた場合にゲームを開始する処理、ゲームを進行させる処理、キャラクタやマップなどのオブジェクトを配置する処理、オブジェクトを表示する処理、ゲーム結果を演算する処理、或いはゲーム終了条件が満たされた場合にゲームを終了する処理などがある。また処理部１００は記憶部１７０をワーク領域として各種処理を行う。処理部１００の機能は、各種プロセッサ（ＣＰＵ、ＤＳＰ等）やＡＳＩＣ（ゲートアレイ等）などのハードウェアや、プログラムにより実現できる。

処理部１００は、オブジェクト空間設定部１１０、移動・動作処理部１１２、仮想カメラ制御部１１４、テクスチャ座標演算部１１６、画像生成部１２０、音生成部１３０を含む。なおこれらの一部を省略してもよい。

オブジェクト空間設定部１１０は、キャラクタ、樹木、車、柱、壁、建物、マップ（地形）などの表示物を表す各種オブジェクト（ポリゴン、自由曲面又はサブディビジョンサーフェスなどのプリミティブ面で構成されるオブジェクト）をオブジェクト空間に配置設定する処理を行う。即ちワールド座標系でのオブジェクトの位置や回転角度（向き、方向と同義）を決定し、その位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ）にその回転角度（Ｘ、Ｙ、Ｚ軸回りでの回転角度）でオブジェクトを配置する。

移動・動作処理部１１２は、オブジェクト（車、飛行機、又はキャラクタ等）の移動・動作演算（移動・動作シミュレーション）を行う。即ち、操作部１６０によりプレーヤが入力した操作データ、プログラム（移動・動作アルゴリズム）、或いは各種データ（モーションデータ）などに基づいて、オブジェクト（移動オブジェクト）をオブジェクト空間内で移動させたり、オブジェクトを動作（モーション、アニメーション）させる処理を行う。具体的には、オブジェクトの移動情報（位置、回転角度、速度、或いは加速度）や動作情報（各パーツオブジェクトの位置、或いは回転角度）を、１フレーム（１／６０秒）毎に順次求めるシミュレーション処理を行う。ここでフレームは、オブジェクトの移動・動作処理（シミュレーション処理）や画像生成処理を行う時間の単位である。

仮想カメラ制御部１１４は、オブジェクト空間内の所与（任意）の視点での画像を生成するための仮想カメラを制御する処理を行う。即ち、仮想カメラの位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ）又は回転角度（Ｘ、Ｙ、Ｚ軸回りでの回転角度）を制御する処理（視点位置や視線方向を制御する処理）を行う。

例えば仮想カメラによりオブジェクトを後方から撮影する場合には、オブジェクトの位置又は回転の変化に仮想カメラが追従するように、仮想カメラの位置又は回転角度（仮想カメラの向き）を制御する。この場合には、移動・動作処理部１１２で得られたオブジェクトの位置、回転角度又は速度などの情報に基づいて、仮想カメラを制御できる。或いは、仮想カメラを、予め決められた移動経路で移動させながら予め決められた回転角度で回転させるようにしてもよい。この場合には、仮想カメラの位置（移動経路）や回転角度を特定するための仮想カメラデータに基づいて仮想カメラを制御する。

テクスチャ座標演算部１１６は、下地テクスチャ、リフレクションテクスチャをオブジェクトにマッピングする際のテクスチャ座標を求める処理を行う。

またテクスチャ座標演算部１１６は、オブジェクトの頂点に対応する法線ベクトルに基づいて当該頂点に対応したテクスチャ座標を求めるリフレクションマッピング用テクスチャ座標演算部１１７を含む。

リフレクションマッピング用テクスチャ座標演算部１１７は、例えば所与の座標系（仮想カメラに関連する座標系）でのオブジェクトの面の法線ベクトル（面の向きを表す法線ベクトル。オブジェクトの頂点に設定された法線ベクトル）の座標成分（Ｘ、Ｙ座標成分）を求める。そして、求められた座標成分に基づいてリフレクションマッピング用テクスチャ座標（Ｕ、Ｖ座標）を求めるようにしてもよい。例えばカメラ座標系（視点座標系）での法線ベクトル（ノーマルベクトル）の座標成分を求めてテクスチャ座標を求める。或いは法線ベクトルを透視変換することでスクリーン座標系での法線ベクトルの座標成分を求めてテクスチャ座標を求める。スクリーン座標系での法線ベクトルの座標成分を求める場合には透視変換後の法線ベクトルの長さを正規化（単位ベクトルにする正規化）することが望ましい。

そしてテクスチャ座標演算部１１６は、法線ベクトルの座標成分（ＮＸ、ＮＹ）の正規化処理を行ってテクスチャ座標（Ｕ、Ｖ）を求める。具体的には法線ベクトルの座標成分（ＮＸ、ＮＹ）の値域が例えば（−１．０〜１．０）から（０．０〜１．０）になるように正規化することで、テクスチャ座標（Ｕ、Ｖ）を求める。

画像生成部１２０は、処理部１００で行われる種々の処理（ゲーム処理）の結果に基づいて描画処理を行い、これにより画像を生成し、表示部１９０に出力する。いわゆる３次元ゲーム画像を生成する場合には、まず、座標変換（ワールド座標変換、カメラ座標変換）、クリッピング処理、或いは透視変換等のジオメトリ処理が行われ、その処理結果に基づいて、描画データ（プリミティブ面の頂点の位置座標、テクスチャ座標、色データ、法線ベクトル或いはα値等）が作成される。そして、この描画データ（プリミティブ面データ）に基づいて、透視変換後（ジオメトリ処理後）のオブジェクト（１又は複数プリミティブ面）を、描画バッファ１７２（フレームバッファ、ワークバッファ等のピクセル単位で画像情報を記憶できるバッファ）に描画する。これにより、オブジェクト空間内において仮想カメラ（所与の視点）から見える画像が生成される。

画像生成部１２０は、隠面消去部１２２、テクスチャマッピング部１２４、α合成部１２６を含む。なおこれらの一部を省略する構成としてもよい。

隠面消去部１２２は、Ｚ値（奥行き情報）が格納されるＺバッファ１７４（奥行きバッファ）等を用いて、Ｚバッファ法（奥行き比較法）により隠面消去処理を行う。

マッピング部１２４は、テクスチャ記憶部１７６に記憶される下地テクスチャやリフレクションテクスチャ当のテクスチャ（テクセル値）をオブジェクトにマッピングする処理を行う。具体的には、オブジェクト（プリミティブ面）の頂点に設定（付与）されるテクスチャ座標等を用いて、テクスチャ記憶部１７６からテクスチャ（α値、色の輝度、或いは法線などの表面プロパティ）を読み出す。なおテクスチャの読み出しに使用されるテクスチャ座標は、テクスチャ座標演算部１１６で求めることができる。そしてテクスチャマッピング部１２４は、２次元の画像又はパターンであるテクスチャをオブジェクトにマッピングする。この場合に、ピクセルとテクセルとを対応づける処理やバイリニア補間（テクセル補間）などを行う。

α合成部１２６はα値（Ａ値）に基づくα合成処理（αブレンディング、α加算又はα減算、α乗算、α乗加算等）を行う。例えばα合成がαブレンディングである場合には下式のような合成処理を行う。

ＲＱ＝（１−α）×Ｒ１＋α×Ｒ２ （１）
ＧＱ＝（１−α）×Ｇ１＋α×Ｇ２ （２）
ＢＱ＝（１−α）×Ｂ１＋α×Ｂ２ （３）
また合成処理が加算αブレンディングである場合を例にとれば、色合成部１２６は下式に従ったα合成処理を行う。

ＲＱ＝Ｒ１＋α×Ｒ２ （４）
ＧＱ＝Ｇ１＋α×Ｇ２ （５）
ＢＱ＝Ｂ１＋α×Ｂ２ （６）
また合成処理がα乗算である場合を例にとれば、色合成部１２６は下式に従ったα合成処理を行う。

ＲＱ＝α×Ｒ１ （７）
ＧＱ＝α×Ｇ１ （８）
ＢＱ＝α×Ｂ１ （９）
また合成処理がα乗加算である場合を例にとれば、色合成部１２６は下式に従ったα合成処理を行う。

ＲＱ＝α×Ｒ１＋Ｒ２ （７）
ＧＱ＝α×Ｇ１＋Ｇ２ （８）
ＢＱ＝α×Ｂ１＋Ｂ２ （９）
ここで、Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１は、描画バッファ１７２に既に描画されている画像（背景画像）の色（輝度）のＲ、Ｇ、Ｂ成分であり、Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２は、描画バッファ１７２に描画するオブジェクト（プリミティブ）の色のＲ、Ｇ、Ｂ成分である。また、ＲＱ、ＧＱ、ＢＱは、αブレンディングにより得られる画像の色のＲ、Ｇ、Ｂ成分である。なお、α値は、各ピクセル（テクセル、ドット）に関連づけて記憶できる情報であり、例えば色情報以外のプラスアルファの情報である。α値は、マスク情報、半透明度（透明度、不透明度と等価）、バンプ情報などとして使用できる。

本実施の形態では、前記リフレクションテクスチャは、画素情報として少なくともα値情報を含み、画像生成部１２０は、各ピクセルごとに元画像の色値Ｃｄとリフレクションマッピングされたリフレクションテクスチャのα値αｓの乗算処理Ｃｄ×αｓを行い各ピクセルの色値を演算する。

音生成部１３０は、処理部１００で行われる種々の処理の結果に基づいて音処理を行い、ＢＧＭ、効果音、又は音声などのゲーム音を生成し、音出力部１９２に出力する。

なお、本実施形態の画像生成システムは、１人のプレーヤのみがプレイできるシングルプレーヤモード専用のシステムにしてもよいし、複数のプレーヤがプレイできるマルチプレーヤモードも備えるシステムにしてもよい。また複数のプレーヤがプレイする場合に、これらの複数のプレーヤに提供するゲーム画像やゲーム音を、１つの端末を用いて生成してもよいし、ネットワーク（伝送ライン、通信回線）などで接続された複数の端末（ゲーム機、携帯電話）を用いて分散処理により生成してもよい。

２．本実施形態の手法
次に本実施形態の手法について図面を用いて説明する。

２．１ リフレクションマッピングにおけるα乗算処理
次に凹凸のある球体オブジェクトの画像を表現する場合を例にとり説明する。図２（Ａ）は、オブジェクトの元画像を生成するための下地テクスチャであり、図２（Ｂ）は、球体オブジェクトに下地テクスチャをマッピングした画像（元画像という）である。

下地テクスチャは球体の素材感（ここでは凹凸感）を表現するための画像であり、ここでは素材のうち、「出っ張った場所（光をよく反射する場所）を明るい色」、「へこんだ場所（光を余り反射しない場所）を暗い色」とする模様を描き込んだ画像を下地として使用する。

次にリフレクションテクスチャを元画像にマッピングして球体オブジェクトの光の反射を表現する場合を例にとり本実施の形態の特徴について説明する。

図３（Ａ）〜（Ｃ）は、リフレクションマッピングの際α加算処理で光が反射した画像を生成する例である。

図３（Ａ）は色（例えば各ピクセルのＲＧＢ値）に関するリフレクションテクスチャＣｓ（例えばテクスチャ）であり、図３（Ｂ）はα値に関するリフレクションテクスチャＡｓ（便宜上、ＲＧＢ情報を持たない場合も画像と表現）である。

これらは別個のテクスチャとして用意してもよいし、１つのテクスチャに色の情報とα値の情報を両方持たせるようにしても良い。

図３（Ｃ）は、元画像（図２（Ｂ）の２２０）Ｃｄにリフレクションテクスチャ（Ｃｓ、Ａｓ）をマッピングしてα加算で合成して描画した結果（α加算合成画像２４０）である。描画時のα加算処理は（Cs - 0)As + Cdで与えられる。

図４は、α加算処理について説明するための図である。

元画像（Ｃｄ）２２０のピクセルＰ１（ｒ１、ｇ１、ｂ１）、元画像のピクセルＰ１に対応する（マッピングされる）リフレクションテクスチャ（Ｃｓ、Ａｓ）のピクセルＰ２（ｒ２，ｇ２、ｂ２、α２）とすると、α加算合成画像２４０の対応するピクセルＰ３（ｒ３、ｇ３、ｂ３）は以下のようになる。

ｒ３＝ｒ１＋α２×ｒ２
ｇ３＝ｇ１＋α２×ｇ２
ｂ３＝ｂ１＋α２×ｂ２
このように元画像にリフレクションテクスチャをリフレクションマッピングしてα加算合成すると、図３（Ｃ）に示すように暗い色で描画した「光をあまり反射しない場所」が一様に明るくなってしまい、素材の凹凸感が失われてしまうという問題点があった。

図５（Ａ）（Ｂ）は、リフレクションマッピングの際α乗算処理で光が反射した画像を生成する例である。

図５（Ａ）はα値に関するリフレクションテクスチャＡｓである。この例では各ピクセルの色の情報は必要ない。したがって各ピクセルについてα値の情報のみを有するテクスチャを使用してもよいし、各ピクセルについて色の情報とα値の情報を両方持つテクスチャを使用してα値の情報のみを使用するようにしてもよい。

図５（Ｂ）は、元画像（図２（Ｂ）の２２０）Ｃｄにリフレクションテクスチャ（Ａｓ）をマッピングして、α乗算で合成した描画した結果（α乗算合成画像２４０）であり、描画時のα乗算処理は（Cs - 0)As + ０で与えられる。

図６は、α乗算処理について説明するための図である。

元画像（Ｃｄ）２２０のピクセルＰ１（ｒ１、ｇ１、ｂ１）、元画像のピクセルＰ１に対応する（マッピングされる）リフレクションテクスチャ（Ａｓ）のピクセルＰ２（ｒ２，ｇ２、ｂ２、α２）とすると、α乗算合成画像２６０の対応するピクセルＰ４（ｒ４、ｇ４、ｂ４）は以下のようになる。

ｒ４＝α２×ｒ１
ｇ４＝α２×ｇ１
ｂ４＝α２×ｂ１
このように元画像にリフレクションテクスチャをリフレクションマッピングしてα乗算加算合成すると、図５（Ｂ）に示すようにＣdの明暗の比率（凹凸具合の比率）を保つように描画を行うことができるので素材の凹凸感が失われてしまうのを防止することができる。

図７（Ａ）〜（Ｃ）は、リフレクションマッピングの際α乗加算処理で光が反射した画像を生成する例である。

図７（Ａ）は色（例えば各ピクセルのＲＧＢ値）に関するリフレクションテクスチャであり、図７（Ｂ）はα値に関するリフレクションテクスチャである。これらは別個のテクスチャとして用意してもよいし、１つのテクスチャに色の情報とα値の情報を両方持たせるようにしても良い。

図７（Ｃ）は、元画像（図２（Ｂ）の２２０）Ｃｄにリフレクションテクスチャ（Ｃｓ、Ａｓ）をマッピングしてα乗加算した描画結果（α乗加算合成画像２８０）であり、描画時のα乗加算処理は（Cd - 0)As + Csで与えられる。

図８は、α乗加算処理について説明するための図である。

元画像（Ｃｄ）２２０のピクセルＰ１（ｒ１、ｇ１、ｂ１）、元画像のピクセルＰ１に対応する（マッピングされる）リフレクションテクスチャ（Ｃｓ、Ａｓ）のピクセルＰ２（ｒ２，ｇ２、ｂ２、α２）とすると、α乗加算合成画像２８０の対応するピクセルＰ５（ｒ５、ｇ５、ｂ５）は以下のようになる。

ｒ５＝α２×ｒ１＋ｒ２
ｇ５＝α２×ｇ１＋ｇ２
ｂ５＝α２×ｂ１＋ｂ２
このように元画像にリフレクションテクスチャをリフレクションマッピングしてα乗加算合成すると、図７（Ｃ）に示すように 元画像Cdが全体的に暗く、α乗算を行った結果だけでは欲しい反射光量が得られない場合は、図７（Ａ）に示すようなあらかじめ暗い（薄い）色で作成しておいたリフレクションマップのカラーチャンネルをα乗算結果に加えることで補うことができる。

２．２ リフレクションマッピング用テクスチャ座標演算
本実施形態では、（カメラ座標系又はスクリーン座標系での）オブジェクトの頂点に対応する法線ベクトル（法線ベクトルだけの場合でもよいし、法線ベクトル及び頂点に基づく場合でもよい）に基づいて当該頂点に対応したテクスチャ座標（ＵＶ座標値、ＳＴ座標値）を求めるリフレクションテクスチャテクスチャ座標演算処理を行う。

そしてリフレクションテクスチャ座標を用いてリフレクションマッピングを行うことにより、オブジェクトの光の反射や映り込みなどの画像表現を実現している。

図９は、リフレクションマッピング用テクスチャ座標演算処理の一例について説明するための図である。

ここでは仮想カメラの方向に光源がある場合の光の反射をリフレクションマッピングで表現する場合について説明する。

例えば図９においてオブジェクトＯＢには周囲の各面の向きを表す法線ベクトルが設定されている。この法線ベクトルはオブジェクトの各頂点（定義点）に設定されたり、オブジェクトの各面に設定される。具体的にはオブジェクトの頂点データの中に法線ベクトルのデータ（Ｘ、Ｙ、Ｚ座標成分データ）を含ませる。

本実施形態では仮想カメラＶＣから見たときの法線ベクトルＮの座標成分（ＮＸ、ＮＹ）が求められる。具体的には、仮想カメラＶＣのカメラ座標系（視点座標系）やスクリーン座標系での法線ベクトルＮのＸ、Ｙ座標成分（ＮＸ、ＮＹ）が求められる。例えば図９において、仮想カメラＶＣの視線方向と平行（反対方向で平行）な方向を向く法線ベクトルＮ１のカメラ座標系又はスクリーン座標系での座標成分（ＮＸ１、ＮＹ１）が求められる。また、視線方向と直交する方向を向く法線ベクトルＮ２のカメラ座標系又はスクリーン座標系での座標成分（ＮＸ２、ＮＹ２）が求められる。

そしてこの求められた法線ベクトルＮの座標成分（ＮＸ、ＮＹ）に基づいてテクスチャ座標（Ｕ、Ｖ）が求められる。例えば法線ベクトルＮ１の座標成分（ＮＸ１、ＮＹ１）に基づいてテクスチャ座標（Ｕ１、Ｖ１）が求められ、法線ベクトルＮ２の座標成分（ＮＸ２、ＮＹ２）に基づいてテクスチャ座標（Ｕ２、Ｖ２）が求められる。即ち仮想カメラＶＣの視線方向と平行な法線ベクトルＮ１の座標成分（ＮＸ１、ＮＹ１）からは、テクスチャの円中心の位置をアドレス指定するテクスチャ座標（Ｕ１、Ｖ１）が求められる。一方、仮想カメラＶＣの視線方向と直交する法線ベクトルＮ２の座標成分（ＮＸ２、ＮＹ２）からは、テクスチャの円外周（円境界）の位置をアドレス指定するテクスチャ座標（Ｕ２、Ｖ２）が求められる。従って、法線ベクトルＮ１の面のピクセルには、テクスチャの円中心に設定されるテクセル値が描画され、法線ベクトルＮ２の面のピクセルには、テクスチャの円外周に設定されるテクセル値が描画される。

３．本実施形態の処理
次に、本実施形態の詳細な処理例について図１０〜図１１のフローチャートを用いて説明する。

図１０は、マルチテクスチャ機能を実装していないハードで処理を行う場合について説明するためのフローチャート図である。マルチテクスチャ機能を実装していない場合には、下地テクスチャオブジェクトにマッピングして一旦描画バッファに元画像を描画した後、リフレクションテクスチャをオブジェクトにマッピングして描画バッファに描画された元画像とα乗算合成またはα乗加算合成を行う。

まずオブジェクトをオブジェクト空間に配置設定する（ステップＳ１）。具体的には操作部により入力された操作情報やプログラムなどに基づいて、オブジェクト空間内でのオブジェクトの位置や回転角度を求めて、オブジェクト空間に配置設定する。そして、仮想カメラをオブジェクト空間に配置設定する（ステップＳ２）。具体的にはオブジェクトの位置情報や仮想カメラデータなどに基づいて、仮想カメラの位置や回転角度を求めて、オブジェクト空間に配置設定する。

次にオブジェクトの透視変換等のジオメトリ処理を行う（ステップＳ３）。例えばオブジェクトについてのワールド座標系からカメラ座標系（視点座標系）への座標変換や、カメラ座標系からスクリーン座標系への座標変換を行う。

次に下地テクスチャのテクスチャ座標を求める（ステップＳ４）。

次に求めたテクスチャ座標に基づいて下地テクスチャをジオメトリ処理後のオブジェクトにマッピングして元画像を描画する（ステップＳ５）。

次にカメラ座標系又はスクリーン座標系でのオブジェクトの法線ベクトルの座標成分（ＮＸ，ＮＹ）を求める（ステップＳ６。図９参照）。

次に、法線ベクトルの座標成分（ＮＸ，ＮＹ）の値域を（−０．１〜１．０）から（０．０〜１．０）に正規化して、リフレクションテクスチャ座標（Ｕ，Ｖ）を求める（ステップＳ８）。

そして求められたリフレクションテクスチャ座標に基づいてリフレクションテクスチャをオブジェクトにリフレクションマッピングする（ステップＳ８）。

各ピクセル毎に、元画像の色値とリフレクションマッピグされたリフレクションテクスチャのα値をα乗算合成して描画する（ステップＳ９）。

各ピクセル毎に、元画像の色値とリフレクションマッピグされたリフレクションテクスチャのα値及び色値をα乗加算合成して描画するようにしてもよい。

これにより図５（Ｂ）に示すような元画像の明暗の比率が失わないでオブジェクトの光の反射を表現した画像を生成できる。

図１１は、マルチテクスチャ機能を実装しているハードで処理を行う場合について説明するためのフローチャート図である。
マルチテクスチャ機能を実装している場合には、下地テクスチャとリフレクションテクスチャを両方マッピングして合成処理を行い処理結果を描画することができる。

ステップＳ１１〜Ｓ１４、ステップＳ１６〜Ｓ１７までは、図１０のステップＳ１〜Ｓ４、ステップＳ６〜Ｓ７と同様である。そしてステップＳ１９では、求めたテクスチャ座標に基づき下地テクスチャとリフレクションテクスチャをマルチテクスチャマッピングして、各ピクセル毎にマッピングされた下地テクスチャの色値とリフレクションマッピグされたリフレクションテクスチャのα値をα乗算合成して描画する（ステップＳ１８）。

なお各ピクセル毎にマッピングされた下地テクスチャの色値とリフレクションマッピグされたリフレクションテクスチャのα値及び色値をα乗加算合成して描画するようにしてもよい。

図１２（Ａ）〜（Ｅ）は、α合成処理機能を有するハードウエアを利用する場合について説明するための図である。

図１２（Ａ）の３００式は、α合成処理部が演算可能なα合成式である。
（ｘ１−ｘ２）ｘ３＋ｘ４のｘ１〜ｘ４のパラメータを指定してα合成処理を行う。ここでｘ１〜ｘ４のパラメータの指定内容によって、図１２（Ｂ）〜図１２（Ｅ）に示す様々なα合成処理を行わせることができる。

図１２（Ｂ）は、α加算合成処理を行う場合のパラメータの指定例である。

ｘ１にＣｓ（たとえばリフレクションテクスチャの色値）ｘ２に０、ｘ３にαｓ（たとえばリフレクションテクスチャのα値）、ｘ４にＣｄ（下地テクスチャの色値）を指定すると、３１０に示すようにα加算合成の式となりα加算合成処理を行わせることができる。

図１２（Ｃ）は、α乗算合成処理を行う場合のパラメータの指定例である。

ｘ１にＣｄ（下地テクスチャの色値）、ｘ２に０、ｘ３にαｓ（たとえばリフレクションテクスチャのα値）、ｘ４に０を指定すると、３２０に示すようにα乗算合成の式となりα乗算合成処理を行わせることができる。

図１２（Ｄ）は、α乗加算合成処理を行う場合のパラメータの指定例である。

ｘ１にＣｄ（下地テクスチャの色値）、ｘ２に０、ｘ３にαｓ（たとえばリフレクションテクスチャのα値）、ｘ４にＣｓ（たとえばリフレクションテクスチャの色値）を指定すると、３３０に示すようにα乗加算合成の式となりα乗加算合成処理を行わせることができる。

図１２（Ｅ）は、マルチテクスチャでα乗加算合成処理を行う場合のパラメータの指定例である。

ｘ１にＣｓ１（下地テクスチャの色値）、ｘ２に０、ｘ３にαｓ２（たとえばリフレクションテクスチャのα値）、ｘ４にＣｓ２（たとえばリフレクションテクスチャの色値）を指定すると、３４０に示すようにα乗算合成の式となりα乗算合成処理を行わせることができる。

４．ハードウェア構成
図１３に本実施形態を実現できるハードウェア構成の例を示す。メインプロセッサ９００は、ＣＤ９８２（情報記憶媒体）に格納されたプログラム、通信インターフェース９９０を介してダウンロードされたプログラム、或いはＲＯＭ９５０に格納されたプログラムなどに基づき動作し、ゲーム処理、画像処理、音処理などを実行する。コプロセッサ９０２は、メインプロセッサ９００の処理を補助するものであり、マトリクス演算（ベクトル演算）を高速に実行する。例えばオブジェクトを移動させたり動作（モーション）させる物理シミュレーションに、マトリクス演算処理が必要な場合には、メインプロセッサ９００上で動作するプログラムが、その処理をコプロセッサ９０２に指示（依頼）する。

ジオメトリプロセッサ９０４は、メインプロセッサ９００上で動作するプログラムからの指示に基づいて、座標変換、透視変換、光源計算、曲面生成などのジオメトリ処理を行うものであり、マトリクス演算を高速に実行する。データ伸張プロセッサ９０６は、圧縮された画像データや音データのデコード処理を行ったり、メインプロセッサ９００のデコード処理をアクセレートする。これにより、オープニング画面やゲーム画面において、ＭＰＥＧ方式等で圧縮された動画像を表示できる。

描画プロセッサ９１０は、ポリゴンや曲面などのプリミティブ面で構成されるオブジェクトの描画（レンダリング）処理を実行する。オブジェクトの描画の際には、メインプロセッサ９００は、ＤＭＡコントローラ９７０を利用して、描画データを描画プロセッサ９１０に渡すと共に、必要であればテクスチャ記憶部９２４にテクスチャを転送する。すると描画プロセッサ９１０は、描画データやテクスチャに基づいて、Ｚバッファなどを利用した隠面消去を行いながら、オブジェクトをフレームバッファ９２２に描画する。また描画プロセッサ９１０は、αブレンディング（半透明処理）、デプスキューイング、ミップマッピング、フォグ処理、バイリニア・フィルタリング、トライリニア・フィルタリング、アンチエリアシング、シェーディング処理なども行う。１フレーム分の画像がフレームバッファ９２２に書き込まれるとその画像はディスプレイ９１２に表示される。

サウンドプロセッサ９３０は、多チャンネルのＡＤＰＣＭ音源などを内蔵し、ＢＧＭ、効果音、音声などのゲーム音を生成し、スピーカ９３２を介して出力する。ゲームコントローラ９４２やメモリカード９４４からのデータはシリアルインターフェース９４０を介して入力される。

ＲＯＭ９５０にはシステムプログラムなどが格納される。業務用ゲームシステムの場合にはＲＯＭ９５０が情報記憶媒体として機能し、ＲＯＭ９５０に各種プログラムが格納される。なおＲＯＭ９５０の代わりにハードディスクを利用してもよい。ＲＡＭ９６０は各種プロセッサの作業領域となる。ＤＭＡコントローラ９７０は、プロセッサ、メモリ間でのＤＭＡ転送を制御する。ＣＤドライブ９８０は、プログラム、画像データ、或いは音データなどが格納されるＣＤ９８２にアクセスする。通信インターフェース９９０はネットワーク（通信回線、高速シリアルバス）を介して外部との間でデータ転送を行う。

なお本実施形態の各部（各手段）の処理は、その全てをハードウェアのみにより実現してもよいし、情報記憶媒体に格納されるプログラムや通信インターフェースを介して配信されるプログラムにより実現してもよい。或いは、ハードウェアとプログラムの両方により実現してもよい。

そして本実施形態の各部の処理をハードウェアとプログラムの両方により実現する場合には、情報記憶媒体には、ハードウェア（コンピュータ）を本実施形態の各部として機能させるためのプログラムが格納される。より具体的には、上記プログラムが、ハードウェアである各プロセッサ９０２、９０４、９０６、９１０、９３０に処理を指示すると共に、必要であればデータを渡す。そして、各プロセッサ９０２、９０４、９０６、９１０、９３０は、その指示と渡されたデータとに基づいて本発明の各部の処理を実現する。

なお本発明は、上記実施形態で説明したものに限らず、種々の変形実施が可能である。

例えば、明細書又は図面中の記載において広義や同義な用語（テクセル値、テクセル値パターン、プリミティブ面等）として引用された用語（α値・輝度、グラディエーションパターン、ポリゴン等）は、明細書又は図面中の他の記載においても広義や同義な用語に置き換えることができる。

また、本発明のうち従属請求項に係る発明においては、従属先の請求項の構成要件の一部を省略する構成とすることもできる。また、本発明の１の独立請求項に係る発明の要部を、他の独立請求項に従属させることもできる。

またテクスチャのマッピング処理も、本実施形態で説明したものに限定されず、これらと均等な変換処理も本発明の範囲に含まれる。また本発明は種々のゲームに適用できる。また本発明は、業務用ゲームシステム、家庭用ゲームシステム、多数のプレーヤが参加する大型アトラクションシステム、シミュレータ、マルチメディア端末、ゲーム画像を生成するシステムボード、携帯端末等の種々の画像生成システムに適用できる。

本実施形態の画像生成システムの機能ブロック図。 図２（Ａ）は下地テクスチャ、図２（Ｂ）は元画像である。 図３（Ａ）〜（Ｃ）は、リフレクションマッピングの際α加算処理で光が反射した画像を生成する例である。 α加算処理について説明するための図。 図５（Ａ）（Ｂ）は、リフレクションマッピングの際α乗算処理で光が反射した画像を生成する例である。 α乗算処理について説明するための図。 図７（Ａ）〜（Ｃ）は、リフレクションマッピングの際α乗加算処理で光が反射した画像を生成する例である。 α乗加算処理について説明するための図。 リフレクションマッピング用テクスチャ座標演算処理の一例について説明するための図。 マルチテクスチャ機能を実装していないハードで処理を行う場合について説明するためのフローチャート図。 マルチテクスチャ機能を実装しているハードで処理を行う場合について説明するためのフローチャート図。 図１２（Ａ）〜（Ｅ）は、α合成処理機能を有するハードウエアを利用する場合について説明するための図。 ハードウェア構成例である。

符号の説明

１００ 処理部、１１０ オブジェクト空間設定部、１１２ 移動・動作処理部、１１４ 仮想カメラ制御部、１１６ テクスチャ座標演算部、１２０ 画像生成部、１２２ 隠面消去部、１２４ テクスチャマッピング部、１２６ α合成部、１３０ 音生成部、１６０ 操作部、１７０ 記憶部、１７２ 描画バッファ、１７４ Ｚバッファ、１７６ テクスチャ記憶部、１８０ 情報記憶媒体、１９０ 表示部、１９２ 音出力部、１９４ 携帯型情報記憶装置、１９６ 通信部

Claims (4)

1. オブジェクト空間において仮想カメラから見える画像を生成する画像生成システムであって、
   オブジェクトの元画像を生成するための下地テクスチャと、オブジェクトに対する光の反射を表現するためのリフレクションテクスチャを記憶するテクスチャ記憶部と、
   下地テクスチャ、リフレクションテクスチャをオブジェクトにマッピングする際のテクスチャ座標を求めるテクスチャ座標演算部と、
   求めたテクスチャ座標に基づいて、下地テクスチャとリフレクションテクスチャをオブジェクトにマッピングするマッピング処理部と、
   各ピクセルごとに元画像の画素情報とマッピングされたリフレクションテクスチャの画素情報に基づき色値を演算して描画する描画処理部とを含み、
   前記リフレクションテクスチャは、画素情報として少なくともα値情報を含み、
   前記テクスチャ座標演算部は、
   オブジェクトの頂点に対応する法線ベクトルに基づいて当該頂点に対応したテクスチャ座標を求めるリフレクションマッピング用テクスチャ座標演算部を含み、
   前記マッピング処理部は、
   リフレクションマッピング用テクスチャ座標に基づいて、リフレクションテクスチャをオブジェクトにマッピングするリフレクションマッピング処理部を含み、
   前記描画処理部は、
   各ピクセルごとに元画像の色値Ｃｄとリフレクションマッピングされたリフレクションテクスチャのα値αｓの乗算処理Ｃｄ×αｓを行い各ピクセルの色値を演算するα乗算処理部を含み、
   前記下地テクスチャは、
   素材の凹凸感を色の明暗で表現した模様の画像であることを特徴とする画像生成システム。
2. 請求項１において、
   前記テクスチャ記憶部は、
   各ピクセルに対し色値の情報を有するリフレクションテクスチャを記憶し、
   前記描画処理部は、
   各ピクセルの乗算処理結果Ｃｄ×αｓに対しリフレクションテクスチャの対応するピクセルの色値Ｃｓを加減算する処理を行い各ピクセルの色値を演算するα乗加算処理部を含むことを特徴とする画像生成システム。
3. オブジェクト空間において仮想カメラから見える画像を生成するためのプログラムであって、
   オブジェクトの元画像を生成するための下地テクスチャと、オブジェクトに対する光の反射を表現するためのリフレクションテクスチャを記憶するテクスチャ記憶部と、
   下地テクスチャ、リフレクションテクスチャをオブジェクトにマッピングする際のテクスチャ座標を求めるテクスチャ座標演算部と、
   求めたテクスチャ座標に基づいて、下地テクスチャとリフレクションテクスチャをオブジェクトにマッピングするマッピング処理部と、
   各ピクセルごとに元画像の画素情報とマッピングされたリフレクションテクスチャの画素情報に基づき色値を演算して描画する描画処理部としてコンピュータを機能させ、
   前記リフレクションテクスチャは、画素情報として少なくともα値情報を含み、
   前記テクスチャ座標演算部は、
   オブジェクトの頂点に対応する法線ベクトルに基づいて当該頂点に対応したテクスチャ座標を求めるリフレクションマッピング用テクスチャ座標演算部を含み、
   前記マッピング処理部は、
   リフレクションマッピング用テクスチャ座標に基づいて、リフレクションテクスチャをオブジェクトにマッピングするリフレクションマッピング処理部を含み、
   前記描画処理部は、
   各ピクセルごとに元画像の色値Ｃｄとリフレクションマッピングされたリフレクションテクスチャのα値αｓの乗算処理Ｃｄ×αｓを行い各ピクセルの色値を演算するα乗算処理部を含み、
   前記下地テクスチャは、
   素材の凹凸感を色の明暗で表現した模様の画像であることを特徴とするプログラム。
4. コンピュータ読み取り可能な情報記憶媒体であって、請求項３に記載のプログラムが記憶されていることを特徴とする情報記憶媒体。