JP5242838B1 - 映像処理プログラム、及び、映像処理装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】天候変数情報取得部が、天候を示す天候情報、及び、天候の度合いを示す天候度合情報を取得する。シェーダ制御部が、天候情報に基づいて、映像中の天候を変化可能なシェーダの種類を選択する。メッシュ生成部が、シェーダ制御部が選択したシェーダを用いて、天候度合情報に基づいて、映像中のオブジェクトの色を決定する。
【選択図】図9
Description
図1は、本発明の実施形態に係る3D(3次元)映像処理システムを表す概略図である。3D映像処理システムでは、映像描画装置G1(映像処理装置)は、3D映像を描画させる映像描画プログラムを提供される。ここで、映像描画装置G1とは、例えば、ゲーム装置、スマートフォンや電子書籍端末等の携帯型表示装置、ハードディスクレコーダやセットトップボックス等の再生装置、PC(パーソナルコンピュータ)、又は、テレビジョン装置等の表示装置である。また、映像描画プログラムのソースコードには、映像中の天候を変化させるライブラリに渡す天候変数情報が含まれている。天候変数情報とは、映像中の天候を示す天候情報、及び、その天候の度合いを示す天候度合情報を含む情報である。
映像製作装置C1は、映像作成支援プログラムがインストールされ、映像製作者D1による3D映像の作成を補助する。この映像作成支援プログラムには、ライブラリ(映像処理プログラム)を追加することが可能である。例えば、映像製作装置C1は、映像中の天候変数情報を、映像製作者D1から入力される。一例として、映像製作者D1は、天候情報として「雨」を指定し、天候度合情報として「0.2」を入力する。この天候度合情報は、天候が「晴れ」のときから比較して20%、天候が「雨」になっている(例えば、小雨)ことを表す。なお、天候度合情報が「0」(0%)の場合は天候が「晴れ」となり、天候度合情報が「1」(100%)の場合は天候が最終的な「雨」(例えば、ざあざあぶ降りやどしゃ降り)となる。
3D映像の作成が完了すると、映像製作者D1は、例えば「完了」ボタンを押下する。映像製作装置C1は、「完了」ボタンの押下を検出すると、プログラムに対する署名等の処理を行うことで、提供用の映像描画プログラム(例えば、exe(実行)ファイルを含む)を生成する。
なお、ソースコードにおいて天候変数情報が連続的に変化するように記載されている場合、映像描画装置G1は、天候変数情報に基づいて、3D映像中の天候を、第1天候(例えば、晴れ)から第2天候(例えば、雨や雪)へ次第に変化させる。ここで、映像描画装置G1は、天候変数情報に基づいて光の反射に関する情報を次第に変化させることで、オブジェクトの色を次第に変化させる。これにより、映像描画装置G1は、天候の連続的な変化を表現できる。光の反射に関する情報には、例えば、Diffuse(拡散反射)係数やSpecular(鏡面反射)係数が含まれる。
Specular値は、反射の法則にしたがって入射角と同じ角度をもって反射する(鏡面反射)度合いを表す値である。Specular値は、例えば、値が高くなるほど(Specularを強くするほど)、光が多く反射されることを表現できる。Specular係数とは、Specular値の係数であり、Specular値の影響の度合いを表す。
また、映像中の色等を次第に変化させるプログラムは、シェーダ(shader)とも呼ばれる。つまり、3D映像処理システムは、天候についてのシェーダ機能を提供する。
映像描画装置G1は、例えば、次の4つの天候の度合いや、これらの天候間の連続的な変化を、表現できる。
「晴れ」は、晴れの天候を表す。「晴れ」のときは、各変数が基準値となる。つまり、晴れの天候の映像が、基準の映像である。映像製作者D1は、映像製作装置C1を用いて、この映像を作成する。
(2)雨A
「雨A」は、雨の天候を表す。「雨A」のときは、映像描画装置G1は、天候変数情報に基づいて映像のDiffuse係数を高くすることで、映像を黒くする。つまり、「雨A」のときに天候度合情報が大きい(度合いが高い)程、Diffuse係数を高くすることで、映像の黒味が増す。このように、映像描画装置G1は、天候度合情報が大きい程、オブジェクトから光が拡散反射され難く、オブジェクトに光が吸収されるようにする。これにより、映像描画装置G1は、映像を全体的に暗くでき、例えば天候度合情報が連続的に大きくすることで、次第に、曇が厚くなり、雨が強くなっていくことを表現できる。
「雨B」は、雨の天候を表す。「雨B」のときは、映像描画装置G1は、天候変数情報に基づいて映像のDiffuse係数を高くするとともに、Specular係数を高くする。つまり、「雨B」のときに天候度合情報が大きい(度合いが高い)程、Diffuse係数とSpecular係数の両方を高くする。つまり、映像描画装置G1は、映像の黒味を増しつつ、オブジェクトから光が鏡面反射され易いようにする。これにより、映像描画装置G1は、映像を全体的に暗くするとともに、次第に、オブジェクトの表面が塗れていき、鏡面反射が強くなっていくことを表現できる。また、映像描画装置G1は、映像を全体的に暗くしても、オブジェクトを視聴者が認識し易くすることができる。
(4)雪
「雪」は、雪の天候を表す。「雪」のときは、映像描画装置G1は、オブジェクトに対して、その表面の向きに応じた厚さの雪を積もらせる。また、映像描画装置G1は、オブジェクトに対して、その雪の厚さ(つまり、表面の向きでもある)に応じて、雪のテクスチャ(画像)の色(雪テクスチャ色とも称する)を変化させる。
図2は、本実施形態に係る、天候が「晴れ」のときの映像を表す図である。この映像が基準の映像となる。映像製作者D1は、映像製作装置C1を用いて、この映像を作成する。なお、他の天候の映像は、この映像に基づいて、自動で生成される。
映像作成部C12は、入力部C11から入力された操作情報に基づいて、ソースコードを生成する。なお、このソースコードには天候変数情報が含まれる。映像作成部C12は、生成したソースコードを、映像情報記憶部C13に記憶させる。また、映像作成部C12は、「完了」ボタンの押下を示す操作情報が入力された場合、映像情報記憶部C13が記憶するソースコードとライブラリ等をビルドすることで、映像描画プログラムを生成する。映像作成部C12は、生成した映像描画プログラムを映像情報記憶部C13に記憶させる。
映像制御部1は、映像情報記憶部C13が記憶する映像描画プログラムに基づいて、映像製作者D1に試聴させるための映像を生成する。映像制御部1は、生成した映像を表示部C15へ出力する。
表示部C15は、映像制御部1から入力された映像を表示する。
図8(a)において、頂点情報は、ポリゴンの各頂点の「座標」の項目を含む。図8(b)において、マテリアル情報は、Diffuse値、Specular値、ノーマルマップ有無、及び法線ベクトルの項目を含む。ここで、ノーマルマップ(法線マップ)とは、ポリゴン内における画像の法線ベクトルのマップ(地図、分布)であり、ポリゴン内の凹凸を表す。また、法線ベクトルは、メッシュの法線ベクトルであり、オブジェクトの外側へ向かうベクトルである。
つまり、各メッシュは、1つのマテリアルを参照している。例えば、同じ材質のメッシュは、同じマテリアル識別情報のマテリアル情報を参照している。
シェーダ生成部102は、アプリケーションの起動時に、プログラム取得部から入力されたシェーダ情報に基づいて、4つ種類のシェーダ(晴れシェーダ、雪シェーダ、第1雨シェーダ、及び第2雨シェーダ)をメモリにロードする。つまり、シェーダ生成部102は、アプリケーションの起動時に、晴れシェーダを記憶する晴れシェーダ記憶部111、雪シェーダを記憶する雪シェーダ記憶部112、第1雨シェーダを記憶する第1雨シェーダ記憶部113、及び第2雨シェーダを記憶する第2雨シェーダ記憶部114を生成する。これにより、映像制御部1は、シェーダ記憶部11が記憶する各シェーダを呼び出すことで、4つの天候について、変化前の天候から変化後の天候へ、次第に変化させることができる。
オブジェクト生成部13は、プログラム取得部101から入力されたexeファイルを実行する。ここで、オブジェクト生成部13は、exeファイルに含まれる天候変数情報と、シェーダ記憶部11が記憶する各シェーダと、オブジェクト情報記憶部12が記憶するオブジェクト情報と、に基づいて、オブジェクトを生成する。オブジェクト生成部13が行う処理(オブジェクト生成処理とも称する)の詳細は、後述する。
オブジェクト生成部13は、オブジェクト生成処理が完了すると、その結果得られた映像情報を、映像出力部14へ出力する。
映像出力部14は、オブジェクト生成部13から入力された映像情報に基づいて映像を生成し、生成した映像を表示部C15へ出力する。
(ステップS11)ポリゴン生成部131は、オブジェクト情報記憶部12が記憶するオブジェクト情報の頂点情報を読み出す。その後、ステップS12へ進む。
(ステップS12)ポリゴン生成部131は、ステップS11で読み出した頂点情報の各頂点の座標に対して、例えば透視投影変換を行うことで、表示面(2次元ディスプレイ;表示面での座標を2次元座標とも称する)上での頂点の位置(2次元頂点座標とも称する)を決定する。その後、ステップS13へ進む。
(ステップS13)メッシュ生成部134は、ラスタライズ処理として、ステップS12で決定した2次元頂点座標に基づいて、描画するべき、2次元座標のピクセルを決定する。その後、ステップS14へ進む。
メッシュ生成部134は、メッシュ情報に基づいて、各メッシュのマテリアル識別情報を特定する。メッシュ生成部134は、特定したマテリアル識別情報のマテリアル情報と、シェーダ制御部133から入力されたシェーダに基づいて、各メッシュの色を決定する。その後、ステップS15へ進む。
シェーダ制御部133は、まずシェーダ選択処理を行う。具体的には、天候変数情報取得部121は、天候変数情報が示す天候が、「晴れ」の場合には「晴れシェーダ」、「雪」の場合には「雪シェーダ」、「雨」の場合には「第1雨シェーダ」或いは「第2雨シェーダ」を選択する。ここで、シェーダ制御部133は、天候が「雨」の場合には、各メッシュのオブジェクト情報に基づいて、メッシュ各々に対するシェーダを「第1雨シェーダ」或いは「第2雨シェーダ」から選択する。例えば、シェーダ制御部133は、各メッシュのオブジェクト情報のノーマルマップの有無に基づいて、「第1雨シェーダ」或いは「第2雨シェーダ」を選択する。具体的には、シェーダ制御部133は、天候が「雨」でノーマルマップが無い場合に「第1雨シェーダ」を選択し、天候が「雨」でノーマルマップが有る場合に第2雨シェーダを選択する。
これにより、映像制御部1は、天候を「雨B」とする(「第2雨シェーダ」が選択される)とき、オブジェクトのポリゴン内が平らではない(曲面や凹凸がある)場合には、そのポリゴン(又はオブジェクトでもよい)のSpecular値を高くすることで、鏡面反射を強調して表現する。
シェーダ制御部133は、選択したシェーダをメッシュ生成部134へ出力する。
メッシュ生成部134は、各メッシュについて特定したマテリアル識別情報のマテリアル情報と、シェーダ制御部133から入力されたシェーダに基づいて、各メッシュの色を決定する。
メッシュ生成部134は、シェーダ制御部133から「雪シェーダ」が入力された場合、次の処理を行う。
メッシュ生成部134は、メッシュ毎に、雪の厚さを決定する。具体的には、メッシュ生成部134は、次式(1)を用いて、雪の厚さを決定する。
なお、式(1)の雪の厚さは、0〜1の値を取り得るように、規格化されている。
+雪テクスチャ色×法線ベクトルのY成分×雪の厚さ・・・(2)
式(2)のように、メッシュ生成部134は、各メッシュについて、晴れの色と雪テクスチャの色とを、雪の暑さに応じた重みで混色させる。具体的には、映像制御部1は、法線ベクトルが上を向くほど、雪の厚さを大きくするとともに、色を雪テクスチャの色に近づける。一方、映像制御部1は、法線ベクトルが横を向くほど、雪の厚さを小さくするとともに、色を晴れの色に近づける。このように、メッシュ生成部134は、映像中のオブジェクトの表面の法線ベクトルに基づいて、当該表面に積もる雪の色を決定する。
メッシュ生成部134は、あるメッシュ(対象メッシュとも称する)に対して、シェーダ制御部133から「第1雨シェーダ」が入力された場合、対象メッシュについて次の処理を行う。具体的には、メッシュ生成部134は、対象メッシュの最終的な色Aを、次式(3)を用いて決定する。
なお、式(3)において、Diffuse係数には、係数「0.7」が乗算されている。このように、式(3)では、Diffuse係数の影響が一定の割合(70%)、弱められる。また、Diffuse係数は0〜1の値を取るので、最終的な色Aは「晴れの色」に0.3を乗じた値となる。つまり、最終的な色Aは、0(例えば、黒)となることはない。
メッシュ生成部134は、あるメッシュ(対象メッシュ)に対して、シェーダ制御部133から「第2雨シェーダ」が入力された場合、対象メッシュについて次の処理を行う。具体的には、メッシュ生成部134は、対象メッシュの最終的な色Bを、次式(4)を用いて決定する。
また、メッシュ生成部134は、シェーディング色を取得する。例えば、シェーディング色がマテリアル情報として予め記憶され、メッシュ生成部134は、記憶されているシェーディング色を読み出す。なお、シェーディング色とは、シェーディング(陰影画法)を適用した場合の色である。例えば、Blinnシェーディングで算出された色であってもよい。
また、メッシュ生成部134は、最終的な色Aを式(3)を用いて算出する。メッシュ生成部134は、取得したDiffuse係数及びシェーディング色、算出した最終的な色A、及び映像中の各メッシュのメッシュ情報の「晴れの色」に基づいて、最終的な色Bを算出する。
入力部G13は、映像描画装置G1のコントローラ(例えば、ゲームコントローラやテレビジョン装置のリモートコントローラ)から、映像描画装置G1の利用者による操作入力を受信する。入力部G13は、受信した操作入力に基づいて操作情報を生成し、生成した操作情報を映像制御部1へ出力する。
映像制御部1は、生成した映像を表示部G14へ出力する。
表示部G14は、映像制御部1から入力された映像を表示する。
(ステップS102)シェーダ制御部133は、「晴れシェーダ」を選択する。その後、動作を終了する。
(ステップS104)シェーダ制御部133は、「雪シェーダ」を選択する。その後、動作を終了する。
(ステップS106)シェーダ制御部133は、オブジェクト情報のノーマルマップの有無が「有」か否かを判定することにより、ノーマルマップが有るか否かを判定する。ノーマルマップの有無が「無」であると判定された場合(No)、ステップS107へ進む。一方、ノーマルマップの有無が「有」であると判定された場合(Yes)、ステップS108へ進む。
(ステップS107)シェーダ制御部133は、「第1雨シェーダ」を選択する。その後、動作を終了する。
(ステップS108)シェーダ制御部133は、「第2雨シェーダ」を選択する。その後、動作を終了する。
これにより、そして、映像描画装置G1及び映像製作装置C1は、第1雨シェーダが選択された場合には、Diffuse係数に基づいて映像中のオブジェクトの色を決定し、第2雨シェーダが選択された場合には、Diffuse係数とSpecular係数に基づいて、映像中のオブジェクトの色を決定する。例えば、映像描画装置G1及び映像製作装置C1は、天候情報が示す天候が雨の場合に、映像中のポリゴンの集合であるメッシュ毎に、ノーマルマップが無い場合には第1雨シェーダを選択し、ノーマルマップが有る場合には第2雨シェーダを選択する。
これにより、3D映像処理システムは、オブジェクトの表面の向きに応じた厚さの雪を、当該表面に積もらせることができる。つまり、3D映像処理システムは、表面の向きに応じた雪の積もり易さ又は積もりにくさを表現できる。
なお、上記実施形態において、天候変数情報は、以下のような情報であってもよい。
図13は、本実施形態の変形例に係る天候変数情報テーブルの一例を示す概略図である。図示するように天候変数情報テーブルは、開始タイミング、変化前天候、変化後天候、終了タイミング、Diffuse係数、Specular係数、基準雪厚、及び、雪テクスチャの各項目を有している。開始タイミングとは、天候の変化を開始する機会である。変化前天候は変化前の天候であり、変化後天候は変化後の天候である。終了タイミングとは、天候の変化を終了する機会である。Diffuse係数及びSpecular係数は、映像製作者D1が決定した係数であり、メッシュの色の決定に用いられる。例えば、Diffuse係数は、予め定めれらた範囲(0〜1.0)の値である。
例えば、1行目の天候変数情報は、シーン1の開始の天候が「晴れ」であり、その後、シーン1の終了までに、次第に、「雨」に変化することを表す。そして、この場合のDiffuse係数は「0.5」であり、Specular係数は「0.4」である。例えば、2行目の天候変数情報は、シーン2の開始の天候が「雨」であり、その後、シーン2の終了までに、次第に、「晴れ」に変化することを表す。例えば、3行目の天候変数情報は、シーン3の開始の天候が「晴れ」であり、その後、「操作A」が行われた場合に、120秒をかけて次第に、「雪」に変化することを表す。このとき、基準雪厚は「3」cmであり、雪の色は「白」に基づいた色となる。
(ステップS201)映像制御部1は、天候変数情報の開始タイミング及び終了タイミングを取得する。その後、ステップS202へ進む。
(ステップS202)映像制御部1は、ステップS201で取得した終了タイミングから開始タイミングを差し引くことで、天候変化時間を算出する。その後、ステップS203へ進む。なお、映像制御部1は、天候変数情報の変化後の天候に基づいて、以下のステップの処理を行う。
映像制御部1は、決定した天候の変化後のDiffuse係数及びSpecular係数から変化前のDiffuse係数及びSpecular係数を差し引くことで、Diffuse係数及びSpecular係数の変化量を算出する。映像制御部1は、算出した色の変化量を、ステップ202で算出した天候変化時間で除算することで、単位変化量を算出する。映像制御部1は、単位変化量を記憶する。その後、ステップS204へ進む。
なお、単位変化量は、映像製作者D1がソースコードで指定してもよい。また、Diffuse係数、Specular係数に代えて、天候度合情報を用いても良い。この場合、上述のように、映像制御部1は、天候度合情報をDiffuse係数、Specular係数に変換する。
(ステップS205)映像制御部1は、表示させる映像について、天候の変化の開始タイミングからの経過時間を取得する。その後、ステップS206へ進む。
これにより、3D映像処理システムは、基準となる映像に対して、光の反射に関する情報等の変数を次第に変化させることで天候の変化を表現するので、数多くの画像を用意しなくても、天候の変化を表現できる。
また、上述した実施形態における映像描画装置G1及び映像製作装置C1の一部、または全部を、LSI(Large Scale Integration)等の集積回路として実現しても良い。映像描画装置G1及び映像製作装置C1の各機能ブロックは個別にプロセッサ化してもよいし、一部、または全部を集積してプロセッサ化しても良い。また、集積回路化の手法はLSIに限らず専用回路、または汎用プロセッサで実現しても良い。また、半導体技術の進歩によりLSIに代替する集積回路化の技術が出現した場合、当該技術による集積回路を用いても良い。
Claims (6)
- 映像処理装置のコンピュータに、
天候を示す天候情報、及び、前記天候の度合いを示す天候度合情報を取得する天候変数情報取得手順、
前記天候情報に基づいて、映像中の天候を変化可能なシェーダの種類を選択するシェーダ制御手順、
前記シェーダ制御手順で選択されたシェーダを用いて、前記天候度合情報に基づいて、映像中のオブジェクトの色を決定する決定手順、
を実行させ、
前記シェーダ制御手順で、天候情報が示す天候が雨の場合に、第1シェーダ又は第2シェーダのいずれかを選択し、
前記決定手順で、前記天候度合情報に基づいて拡散反射を示す情報を決定するとともに、前記シェーダ制御手順において第1シェーダが選択された場合には、前記拡散反射を示す情報に基づいて映像中のオブジェクトの色を決定し、第2シェーダが選択された場合には、前記拡散反射を示す情報と鏡面反射を示す情報に基づいて、映像中のオブジェクトの色を決定するための映像処理プログラム。 - 前記シェーダ制御手順で、天候情報が示す天候が雨の場合に、映像中のポリゴンの集合であるメッシュ毎に、法線マップが無い場合には第1シェーダを選択し、法線マップが有る場合には第2シェーダを選択することを特徴とする請求項1に記載の映像処理プログラム。
- 前記決定手順で、前記シェーダ制御手順において第1シェーダが選択された場合に、前記メッシュの色を、予め定められた当該メッシュの晴れの色に(1−(拡散反射を示す情報×0.7))を乗算した値に決定することを特徴とする請求項2に記載の映像処理プログラム。
- 前記決定手順で、前記シェーダ制御手順において第2シェーダが選択された場合に、前記メッシュの色を、前記第1シェーダが選択された場合に決定される値と、シェーディング色に鏡面反射を示す情報を乗算した値と、を加算した値に決定することを特徴とする請求項3に記載の映像処理プログラム。
- 前記決定手順で、前記シェーダ制御手順において第2シェーダが選択された場合に、前記拡散反射と前記鏡面反射の両方が大きくなるように光の反射に関する情報を決定し、決定した光の反射に関する情報に基づいて、映像中のオブジェクトの色を決定することを特徴とする請求項2から請求項4のいずれか一項に記載の映像処理プログラム。
- 天候を示す天候情報、及び、前記天候の度合いを示す天候度合情報を取得する天候変数情報取得部と、
前記天候情報に基づいて、映像中の天候を変化可能なシェーダの種類を選択するシェーダ制御部と、
前記シェーダ制御部が選択したシェーダを用いて、前記天候度合情報に基づいて、映像中のオブジェクトの色を決定する決定部と、
を備え、
前記シェーダ制御部は、前記天候情報が示す天候が雨の場合に、第1シェーダ又は第2シェーダのいずれかを選択し、
前記決定部は、前記天候度合情報に基づいて拡散反射を示す情報を決定するとともに、前記シェーダ制御部が第1シェーダを選択した場合には、前記拡散反射を示す情報に基づいて映像中のオブジェクトの色を決定し、第2シェーダを選択した場合には、前記拡散反射を示す情報と鏡面反射を示す情報に基づいて、映像中のオブジェクトの色を決定することを特徴とする映像処理装置。
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