JPH0259982A - 立体形状データ生成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、装置内に数値データとして設定されている３
次元情景から現実感、立体感のある２次元画像を生成す
る立体形状データ生成装置に関するものである。

〔従来の技術〕

現実感、立体感のある画像を生成することはコマーシャ
ル、ビジュアルシミュレーションの分野で重要な技術で
ある。この現実感をもたらす効果の一つに、照明源に照
らされた立体の落とす影の表現がある。この影の画像を
生成する従来の装置は以下に述べる２通りのものがある
。

一つは第９図に示すように、影を落とす滑らかな立体を
多量の平面の張り合わせ構造に変換し各々の平面が落と
す影の角柱の形状を算出し、この角柱と表示する立体形
状の重なる部分を影とすることによって、影の画像を生
成する装置である。

この場合、影の形状を角柱の集合で近似するので影の輪
郭線の滑らかさを損なってしまう問題がある。

もう一つは１表示画素の一画素毎に光線追跡器を用いて
光学的シミュレーションを行い画像を生成する装置であ
る。この装置では影の形状データを必要としないで済む
が、一画素毎にシミュレーションを行うため膨大な計算
時間がかかってしまつ。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記の２つの装置はどちらも、滑らかな立体が落とす影
の形状データを予め求めていない。このため、前者では
角柱の集合体に変換する事による画質劣化を起こし、後
者では画素毎のシミュレーションと言ういわば手探り方
式を用いているため膨大な計算時間がかかってしまう。

この発明の装置は、滑らかな立体の落とす影の形状デー
タを直接生成することによって、上記の問題点の解決を
図るものである。

〔問題を解決するための手段］ この発明の装置は、照明源の位置データから移動透視変
換行列データを生成する移動透視変換行列データ生成器
１−■と、照明源の位置データから逆移動透視変換行列
データを生成する逆移動透視変換行列データ生成器ｌ−
■と２行列データの行と列とを交換する行列要素交換器
ｌ−■と、逆移動透視変換された立体形状データから接
楕円筒形状データを生成する接楕円筒形状データ生成器
１−■と、転置逆移動透視変換行列データと与えられた
立体形状データと逆移動透視変換行列データから逆移動
透視変換された立体形状データを生成する行列乗算器１
−■と、逆移動透視変換された立体形状データから接平
面形状データを生成する接平面形状データ生成器１−■
と、ＣＳＣＳＣモデル組立−１とからなる装置である。

〔作用〕

初めに、この発明の装置が用いる影の形状への変換の原
理を説明する。

滑らかな形状を表す２次曲面体の立体は４行４列の行列
データで表現される。この行列データをＡとする。後述
される第１式のように１　この行列データＡに右側から
ある４行４列の行列データＢを掛け、左側から行列デー
タＢの行データと列データを交換した転置行列データＣ
を掛けて１行列データＤを求めると、この行列データＤ
は行列データＢで表されるアフィン変換の逆変換を受け
た２次曲面体の立体データＡを表す。ここで２アフイン
変換とは一般に幾何学で用いられる線形変換の総称であ
り１例えば移動や回転もアフィン変換の一種である。

Ｄ＝ＣＸＡＸＢ　　・・・・・・・・・・・・　（第１
式）ところで、第７図に示すように、影の形状データを
求めるためには行列データＡで表される立体Ａ′の影の
基本形状データ１と基本形状データ２の２つを求める必
要がある。

まず、基本形状データ１の求め方について説明する。第
８図において５図形■−１は行列データＡで表される立
体Ａ′　と座標（ｘ、ｙ、ｚ）にある照明源とを示すも
のである。逆移動透視変換を受けると１図形■−２に示
すように立体Ａ′は第１式に従って立体Ｄ′　となり１
点照明源はＺ軸方向の平行光線に変換される。ここで逆
移動透視変換とは、照明源の座標を（０，０，ｚ）に動
かす逆移動透視変換と、　（０゜０．２）の座標から放
射される光をＺ方向の平行光線に変える逆透視変換とを
組合せた変換の事である。次に１図形■３に示すように
立体Ｄ′　とＺ軸向きに接している楕円筒形状の立体の
形状データＤＩを求める。そして、この形状データに対
して移動透視変換を行うと１図形■−４に示すように立
体Ａ′の影の基本形状である基本形状データｌが求めら
れる。

次に、基本形状データ２の求め方について説明する。図
形■−５に示すように１立体Ｄ′上でＺ方向に平行な点
からなる輪郭線を含む平面の形状データＤ２を求める。

そして、この形状データに対して移動透視変換を行うと
１図形■−６に示すように立体Ａ′の影の基本形状であ
る基本形状データ２が求められみ。

この基本形状データ１と基本形状データ２とをＣ８Ｇ演
算という集合演算に基づいて組み合わせることにより２
図形■−７に示す様に立体Ａ′の影の形状データが求め
られる。

この発明の装置は、上記の作用を実施する装置を提供し
ている。即ち、照明源の位置データから移動透視変換行
列データと転置移動透視変換行列データと逆移動透視変
換行列データと転置逆移動透視変換行列データとを生成
し１次に滑らかな立体を構成する基本要素の２次曲面体
の形状データへの一つ一つに対して、逆移動透視変換行
列データと転置逆移動透視変換行列データとを用いて逆
移動透視変換された立体形状データＤを生成しこのデー
タから逆移動透視変換された影の部分形状データである
接楕円筒形状データＤ１と接平面形状データＤ２を生成
し、移動透視変換行列データと転置移動逆透視変換行列
データを用いて影の部分についての形状データ１．２に
戻した後、このデータをＣＳＧモデルとして影の形状デ
ータに統合するものである。

［実施例］ 以下、この発明の立体形状データ生成装置の一実施例を
図を参照して説明する。第１図はこの発明の一実施構成
を示す。

第１図において、ｌ−■は第２図に示すように照明源の
位置データから移動透視変換行列データを生成する移動
透視変換行列データ生成器、ｌ■は第３図に示すように
照明源の位置データから逆移動透視変換行列データを生
成する逆移動透視変換行列データ生成器、１−■は第４
図に示すように行列データの行と列とを交換する行列要
素交換器、１−■は第５図に示すように接楕円筒形状デ
ータを生成する接楕円筒形状データ生成器、１■、１−
■、１−■は行列と行列とのかけ算を行う行列乗算器１
１−■は第６図に示すように接平面形状データを生成す
る接平面形状データ生成器、１−■は第７図に示すよう
に基本形状データをＣＳＧモデルに従って組み合わせる
ＣＳＧモデル組立器、１−＠）は照明源の位置データ記
憶装置ｌ−■は立体形状データ記憶装置！、１−＠はデ
ータ人力装置、ｌ−■は色付は装置、１−ｏは表示装置
である。

第２図は移動透視変換行列データ生成器ｌ−〇の作用を
説明する図である。即ち、当該移動透視変換行列データ
生成器１−■は、座標（ｘ、　　ｙ２）にある照明源の
位置データ２−■が入力されると、２−■で示される移
動透視変換行列データを出力する。

第３図は逆移動透視変換行列データ生成器１■の作用を
説明する図である。即ち、当該逆移動透視変換行列デー
タ生成器１−■は、座標（Ｘｙ、Ｚ）にある照明源の位
置データ３−■が入力されると、３−■で示される逆移
動透視変換行列データを出力する。

第４図は行列要素交換器１−■の作用を説明する図であ
る。即ち、当該行列要素交換器１−■は。

行列データ４−■が入力されると１行列の行と列とを入
れ換えた転置行列データ４−■を出力する。

第５図は接楕円筒形状データ生成器ｌ−■の作用を説明
する図である。即ち３　当該接楕円筒形状データ生成器
１−■は、立体形状データである行列データ５−■が入
力されると、その立体にＺ軸方向で接する楕円筒形状立
体の形状データである行列データ５−■を出力する。

第６図は接平面形状データ生成器１−■の作用を説明す
る図である。即ち、当該接平面形状データ生成器１−■
は、立体形状データである行列データ６−■が入力され
ると、その立体上でＺ軸方向で平行な点からなる輪郭線
を含む平面の形状ブタである行列データ６−■を出力す
る。

第７図はＣＳＧモデル組立器１−■の動作を説明する図
である。即ち、当ｈＨｃ　ｓ　ｃモデル組立器１−■は
、７−■に示す立体の基本形状データ１と、７−■に示
す立体の基本形状データ２とが入力されると、基本形状
データ１を基本形状データ２で区切り、照明源と反対側
の部分を示す立体形状データ７−〇を出力する。

データ入力装置１−■は２人間または計算機の作った立
体形状データを入力する装置で、−例としてデジタイザ
、キーボード、磁気媒体読み込み器などがあげられる。

次にこの発明の装置の動作ｗ４様を説明する。データ入
力装置１−■は、入力データの内照明源の位置データに
ついては照明源の位置データ記憶装置１−＠に、立体の
形状データについては立体形状データ記憶装置１−■に
書き込む。移動透視変換行列データ生成器ｌ−■は、照
明源の位置データ記憶装置１−［相］に蓄えられた照明
源の位置データから移動透視変換行列データを生成し１
行列乗算器ｌ−■、１−■と行列要素交換器１−■とに
出力する。行列要素交換器１−■は、移動透視変換行列
データから転置移動透視変換行列データを生成し行列乗
算器１−■、１−〇に出力する。

逆移動透視変臭行列データ生成器１−■は、照明源の位
置データ記憶装置１−［相］に蓄えられた照明源の位置
データから逆移動透視変換行列データを生成し１行列乗
算器ｌ−■と行列要素交換器１■とに出力する。行列要
素交換器ｌ−■は、逆移動透視変換行列データから転置
逆移動透視変換行列データを生成し行列乗算器１−■に
出力する。

立体形状データ記憶装置１−■には、滑らかな立体を構
成する基本要素の形状データＡと基本要素がどの様に組
合わさっているかを記述するＣＳＧ演算式データが記憶
されている。行列乗算器ｌ■は、立体形状データ記憶装
置１−■に蓄えられた基本要素の形状データＡを一つ一
つ取り出して、このデータに逆移動透視変換行列データ
と転置逆移動透視変換行列データとを掛は合わせること
によって逆移動透視変換された立体の形状データＤを生
成し、接楕円筒形状データ生成器１−■と接平面形状デ
ータ生成器１−■とに出力する。

接楕円筒形状データ生成器１−■は、逆移動透視変換さ
れた立体の形状データから接楕円筒形状データＤ１を生
成し９行列乗算器１−■に出力する。

行列乗算器ｌ−■は、このデータと移動透視変換行列デ
ータと転置移動透視変換行列データとから影の部分の形
状データ１を生成し、ＣＳＣＳＣモデル組立−１■に出
力する。接平面形状データ生成器１−■は、逆移動透視
変換された立体の形状データから接平面形状データＤ２
を生成し５行列乗算器１−■に出力する。行列乗算器１
−■は、このデータと移動透視変換行列データと転置移
動透視変換行列データとから影の部分の形状データ２を
生成し、ＣＳＣＳＣモデル組立−１に出力する。

ＣＳＧモデル組立器１−■は１影の部分の形状データ１
と影の部分の形状データ２とを組合せてＣＳＧモデルと
しての影の形状データを生成し、立体形状データ記憶装
置１−■に格納する。

全ての基本要素の形状データＡに対して上記の操作を加
えることにより、立体形状データ記憶装置１−■には立
体の影の形状データが生成される。

色付は装置１−＠は立体の形状データとその立体の影の
形状データに基づいて画面に色付けを行い表示装置１−
９で画像を表示する。第１０図はこの発明の装置で生成
した形状データが表す立体の画像を示す。

〔発明の効果〕

以上説明したように２　この発明によれば１滑らかな立
体の影の形状データを直接生成することができる。

角柱の組合せで影の形状データを生成する装置では、影
の輪郭線の滑らかさが欠如したが、この発明の装置では
影の形状を構成する基本要素の曲面を直接生成するので
この様な画質劣化は起こらない。

また、−画素毎にシミニレ−ジョンを行って影のついた
画像を生成する装置は膨大な計算時間を必要とするが２
本発明の装置では影の形状データを直接生成できるので
、従来の高速な画像生成装置を用いることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の装置の一実施例の構成を示すブロッ
ク図、第２図は移動透視変換行列データ生成器の動作を
示す図、第３図は逆移動透視変換行列データ生成器の動
作を示す図、第４図は行列要素交換器の動作を示す図、
第５図は接楕円筒形状データ生成器の動作を示す図、第
６図は接平面形状データ生成器の動作を示す図、第７図
はＣＳＧモデル組立器の動作を示す図、第８図は本発明
の装置の作用を示す図、第９図は影の形状を角柱の組合
せ構造で生成する従来の場合の説明図、第１０図は影の
形状をこの発明の装置で生成した形状データで生成する
図である。 図中、１−■は移動透視変換行列データ生成器。 ｌ−■は逆移動透視変換行列データ生成器、１■は行列
要素交換器、１−■は接楕円筒形状データ生成器、１−
〇は行列乗算器、１−■は接平面形状データ生成器、１
−■はＣ８Ｇモデル組立器を表わす。 特許出願人　日本電信電話株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 与えられた立体形状データと照明源の位置データに基づ
   いて、立体の影の形状データを生成する装置において、 移動透視変換行列データ生成器と、 逆移動透視変換行列データ生成器と、 行列要素交換器と、 接楕円筒形状データ生成器と、 行列乗算器と、 接平面形状データ生成器と、 ＣＳＧモデル組立器とを有し、 照明源の位置データを用いて移動透視変換行列データ生
   成器から移動透視変換行列データを生成し、このデータ
   を用いて行列要素交換器から転置移動透視変換行列デー
   タを生成し、照明源の位置データを用いて逆移動透視変
   換行列データ生成器から逆移動透視変換行列データを生
   成し、このデータを用いて行列要素交換器から転置逆移
   動透視変換行列データを生成し、転置逆移動透視変換行
   列データと与えられた立体形状データと逆移動透視変換
   行列データとを用いて行列乗算器から逆移動透視変換さ
   れた立体形状データを生成し、逆移動透視変換された立
   体形状データを用いて接楕円筒形状データ生成器から接
   楕円筒形状データを生成し、このデータと移動透視変換
   行列データと転置移動透視変換行列データとから影の部
   分形状データ１を出力するよう構成されると共に、逆移
   動透視変換された立体形状データを用いて接平面形状デ
   ータ生成器から接平面形状データを生成し、このデータ
   と移動透視変換行列データと転置逆移動透視変換行列デ
   ータとを用いて行列乗算器から影の部分形状データ２を
   生成するよう構成される、 影の部分形状データ１と部分形状データ２とを用いてＣ
   ＳＧモデル組立器から、影の形状データを生成するよう
   にした ことを特徴とする立体形状データ生成装置。