JPH0282376A

JPH0282376A - ３次元物体の投影図作成方式

Info

Publication number: JPH0282376A
Application number: JP63233517A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Hirota; 広田　克彦; Koichi Murakami; 公一村上
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1988-09-20
Filing date: 1988-09-20
Publication date: 1990-03-22

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】〔概　　要〕システム内に構築された３次元物体の３面図や透視図等
の線画による投影図を作成する、３次元物体の投影図作
成方式に関し、高品質の映像を生成可能な光線追跡法を利用して３次元
物体の投影図を高速かつ簡単に作成できるようにするこ
とを目的とし、システム内に構築された３次元物体に対し、各物体及び
該物体を構成する面を識別するための識別データを予め
与えておく３次元データ格納部と、光線追跡法により前
記３次元物体がら３次元映像を生成する光線追跡法処理
部と、該３次元映像の生成時に設定される画面内の各画
素毎に、該画素を通過する光線と交差する物体の前記識
別データを保持する映像データ格納部と、該識別データ
の中から隣合った画素同士の識別データを順次比較する
比較部と、該識別データが互いに異なる場合のみどちら
か一方の画素に特定の輝度値を設定することにより前記
物体間及び前記面間の境界線を抽出し、該境界線からな
る線画による投影図を作成するように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、システム内に構築された３次元物体の３面図
や透視図等の線画による投影図を作成する、３次元物体
の投影図作成方式に関する。

〔従　来　の　技　術〕

ＣＡＤ／ＣＡＭの分野では、３面図や透視図等の線画に
よる投影図の他に、陰影付けされた３次元表示の映像が
非常に重要視されている。また、工業デザイン等の分野
では、その３次元映像に対しより高品質な映像が要求さ
れており、このようなシステムの出力映像に「光線追跡
法（レイトレーシング）」を適用しようとする研究が進
められている。このような背景から、ＣＡＤ／ＣＡＭと
コンピュータグラフィックスが結合されつつある。

第８図に従来の光線追跡法の原理を示す。まず、仮想の
画面Ｓを設定し、その中の成る画素Ｍを介して仮想の視
点Ｅから３次元物体Ａに向けて光線Ｒを発射する。次に
、光線Ｒが３次元物体Ａの中のどの物体と交差するかを
判定し、その交差する物体の中から交点（可視点）を計
算する。そして、この交点における物体の輝度値を上記
画素Ｍに書き込む。以上の処理を画面Ｓ中の全ての画素
に対して行うことにより、３次元物体Ａの３次元映像を
生成することができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、コンピュータグラフィックスの分野では、計
算機内への３次元物体の構築はＣＡＤ／ＣＡＭ等で基本
となる３面図や透視図等の投影図からの人力方式が存在
せず、特別なシステム（モデラー）から３次元物体を構
築している。そのため、生成された３次元映像に対する
投影図が存在しない場合が多い。従って、映像化された
モデルに対して投影図を必要とする場合は、３次元映像
からではなく、計算機内の３次元データから再構成しな
ければならず、基本物体が和、差、積等の論理演算によ
り構築されているような場合には、非常に複雑な手続き
や処理が必要となってしまう。

このように、従来においては、生成された３次元映像表
示から、ＣＡＤ／ＣＡＭや工業デザイン等にフィードバ
ックするための、３面図や透視図等の線画による投影図
を７キ成することは、極めて困難であった。また、本発
明者等の開発による部分更新可能な光線追跡法を利用し
て３次元映像を生成する場合には、デザイナ−が映像を
見ながら、部分的に修止を繰り返して所望の映像を生成
しているため、計算機内の３次元データが頻繁に変化し
、その度に投影図を再構成することになってしまい、よ
ってその複雑さは一段と増加することになった。

本発明は、高品質の映像を生成可能な光線追跡法を利用
して３次元物体の投影図を高速かつ簡単に作成できるよ
うにすることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

光線追跡法においては、画面上の画素から光線を出射し
、その光線と物体との交差計算によって可視点を決定し
ている。そして、交差する物体の輝度値を計算して画素
の輝度値とし、また交差する物体が変わった時には、そ
の変わった物体の輝度値を計算するようにしている。一
方、３面図や透視図等の線画による投影図は、物体の境
界線を構成することで作成することができる。物体の境
界線は、光線追跡法による可視点の変化する部分に相当
する。従って、光線追跡性処理での可視点の変化する部
分のみを構成していくことで、投影図を作成することが
できる。

第１図は、本発明のシステム構成図である。

同図において、３次元データ格納部１には、計算機内に
構築された３次元物体を表す３次元データが格納されて
いる。この３次元物体に対し、各物体及びこれを構成す
る面を識別するための識別データを予め与えておく。

次に、光線追跡洗処理部２が、光線追跡法により上記３
次元物体から３次元映像を生成して、これを映像データ
格納部３に格納する。この際、光線追跡洗処理部２は、
上記３次元映像の生成時に設定した画面内の各画素毎に
、この画素を通過する光線と交差する物体の上記識別デ
ータを３次元データ格納部１内から取り出し、これを上
記３次元映像データと共に映像データ格納部３に格納す
る。

次に、比較部４が、上記映像データ格納部３内に格納さ
れている識別データの中から、隣合った画素同士の識別
データを順次比較していく。そして、境界線抽出部５が
、比較部４の比較結果を見て、」二記隣合った画素同士
の識別データが互いに異なる場合にのみ、どちらか一方
の画素に特定の輝度値を設定する。この処理を全画素に
ついて行うことにより、上記３次元物体における各物体
間の境界線及び各物体内の各面間の境界線が抽出され、
これらの境界線からなる線画による投影図が得られる。

〔作　　　用〕

本発明により３面図を作成するには、光線追跡法による
映像生成の際、画面を止血図、平面図、側面図の向きに
設定することにより、線画による３面図を高速かつ簡単
に得ることができる。

また、本発明により透視図を作成するには、任意方向の
任意透視角度で光線追跡法による映像２キ成を行うこと
で、その線画による透視図をやはり高速かつ簡単に得る
ことができる。

また、部分更新を行いながら所望の映像を生成する光線
追跡法を用いた場合にも、その更新毎に光線に保持して
いる交差物体の識別データを同時に更新していくことで
、どの時点においても問題なく投影図を作成することが
できる。

〔実　　施　　例〕

以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。

第２図は、本発明の一実施例に係る処理を概略的に示す
フローチャートである。

同図においては、まず、システム内に３次元物体を構築
する（処理ａ）。そのための物体のデータ構造は、物体
のタイプ、物体の３次元位置、物体のサイズ、物体の色
（赤、青、緑の比率）等からなっている。例えば球の場
合、円柱の場合、直方体の場合を、それぞれ以下のよう
に定義する。

「球の場合」タイプ　１；球の中心点の位置球の半径球の色「円柱の場合」タイプ　２；円柱の中心線の位置円柱の半径と高さ円柱の色「直方体の場合Ｊ（１００，０，５０，０，１０，０）（９，０）（２０，０，２０，０，５０，０）（２００，０，１０，０，５０，０）（４，０，４０，０）（２０，０，２０，飢５０．０）タイプ　３；直方体の中心点の位ｗ（３０，０，１５，０，１３０，
０）直方体の縦、横、高さ（３０，０，４０，０，５０
，０）直方体の色　　　　　（５０，０，１０，０，３
４０）次に、投影図を作成するにあたって、まずその前
処理（処理す、ｃ、ｄ、ｅ）を行う。最初に、上記のよ
うに定義された物体の全てに対し、物体同士を識別する
ための識別子を与えると共に、各物体を構成する面同士
を識別するための識別子を与える（処理ｂ）。例えば第
３図に示すように、物体Ａ＋　、Ａ２　、Ａ＊　、ＡＡ
に対してはそれぞれ識別子＃１、＃２、＃３、＃４を与
え、物体の各面に対してはそれぞれ識別子■、■、■、
■等を与える。

続いて、仮想の視点及び画面を設定する（処理Ｃ）６例
えば正面図を作成しようとする場合は、視点及び画面を
正面図の方向に設定し、また透視図を作成しようとする
場合は、所望の透視方向及び透視角度が得られるように
視点及び画面を設定する。その後、光線追跡法による映
像のツキ成を行＝９う（処理ｄ）。この処理を以下に具体的に示す。

まず、上記のようにして設定された視点から画面上の画
素に光線を発射する。この光線は直線の方程式で表され
、視点座標をＳ　（ｘ−ｙ、ｚ）、光線の方向ベクトル
を■（χ、ｙ、ｚ）とし、３次元空間内の成る座標点を
Ｐ　（ｘ、ｙ、ｚ）とすると、光線　：Ｐ＝Ｖ＊ｄ　　＋　Ｓで与えられる。

そして、この光線がどの物体と交差するか、全ての物体
と交差計算をする。具体的には、システム内の物体タイ
プを参照することで、どの処理を行うかが決まる。例え
ば、まず球と交差計算をする。この場合は、球の方程式
と光線の方程式を解くことによって、交差するかどうか
が知れる。球の方程式は、半径をｒ、球の中心点をＣ（
ｘ、ｙ、２）とすると、球　　：ｒ２　＝ＣＰ−Ｃ）２であり、両式を解いて解が存在する場合、その時のＰが
交点となる。また、円柱に対しては円柱の方程式と、直
方体に対しては直方体を構成している平面６枚と交差計
算を行う。

交差する物体がある場合は、その交点の輝度値を物体の
色から計算する。もし、複数の物体と交差する場合は、
最も手前の交点が可視点となるので、その交点で輝度値
を計算する。このようにして得られた輝度値を画面内の
画素に書き込む。このような処理を全ての画素に対して
行うことにより、３次元の映像が生成できる。例えば、
第３図に示した３次元物体の正面方向から得られる映像
は、第４図のようになる。同図において、Ｓは画面であ
り、Ｍ＾１、Ｍ＾２、ＭＡ３、・・・等は画素を示して
いる。

更に、以上の光線追跡法による映像生成の過程と並行し
て、以下に述べるように識別子リストの作成を行う（処
理ｅ）。

まず、予め、物体及びその面の識別子（第３図参照）を
格納する領域（以下、識別子格納領域と称す）を設けて
おく。この領域は、画面内の画素の数だけ必要となる。

そして、上記の光線追跡法による映像生成過程において
、各光線が交差した物体及びその面の識別子を、その光
線の通過した画素に対応する識別子格納領域にセットす
る。この処理を画面内の全ての画素に対して行う。以後
、このようにして保持された物体の識別子と面の識別子
の絹み合わせを「識別子リスト」と呼ぶ。例えば第４図
に示した画面Ｓ内のＡ、Ｂ−Ｃ，Ｄの各領域におけるそ
れぞれ３つの画素Ｍ＾１、ＭＡ２、ＭＡ２　；　Ｍ＋＋
＋−ＭＢ２、Ｍｌｌ　；　ＭＣＩ、ＭＣ２、ＭｃｚＩＭ
ｎｌ、Ｍ　ｎ　２、Ｍｎ１の識別子リストは、以下のよ
うになる。

以上に示した前処理が済んだら、投影図作成処理（処理
ｇ−ｊ）に移る。

まず、ある画素に対して、その画素に対応する識別子格
納領域内の識別子リストと、その隣接する画素に対応す
る識別子格納領域の識別子リストとを比較する（処理ｇ
）。ここで、例えば上記の画素Ｍ　Ａ　２とＭＡ３；Ｍ
Ｂ２とＭ　Ｂ３　；　Ｍ　（２とＭｃ３；ＭｌｌｌとＭ
（，２等のように互いに同じ識別子リストを持っている
場合は、両光線とも同一物体の同一面と交差しており、
そこには境界線が存在しないと言えるので、この場合は
何も処理しない。一方、例えば上記の画素Ｍ　（、１と
ＭＡ２　ｉ　ＭＢ、とＭＢ２；Ｍ（１とＭ。２　；　Ｍ
ｎ２とＭ　Ｄ　３等のように互いに異なる識別子リスト
を持っている場合は、各光線がそれぞれ異なる物体と交
差しているか、あるいは同一物体だが異なる面と交差し
ており、そこには物体同士あるいは同一物体内の面同士
の境界線が存在していると言えるので、この場合はどち
らか一方の画素に特定の輝度値（特定の色）を書き込む
（処理ｈ）。

このような処理を全ての画素に対して行う（処理ｉ）こ
とにより、物体同士及び面同士の境界線が抽出されるの
で、これら境界線からなる線画による投影図を作成する
ことができる（処理Ｊ）。

本実施例によれば、光線追跡法による映像生成の際、画
面及び視点を正面図、平面図、側面図のそれぞれの向き
に合わせて設定することにより、第５図に示すように、
線画による３面図を高速かつ簡単に作成することができ
る。また、任意方向からの任意透視角度で光線追跡法に
よる映像生成を行うことで、第６図に示すように、線画
による透視図をやはり高速かつ簡単に作成することがで
きる。

また、部分更新を行いながら所望の映像を生成する光線
追跡法を用いた場合にも、その更新毎に識別リストを同
時に更新してい（ことで、どの時点においても問題なく
投影図を作成することができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、コンビユータグ
ラフイツクスとＣＡＤ／ＣＡＭ、工業デザイン等の分野
の結合を考慮しているような応用において、コンピュー
タグラフィックスからＣＡＤ／ＣＡＭ、工業デザインへ
のフィードバックであり、しかもこれら二分野に必要で
ある３面図や透視図等の線画による投影図を、高品質な
映像を生成可能な光線追跡法から高速かつ簡単に作成す
ることができる。更に、会話的な映像の修正を行う場合
においても、その修正を考慮した投影図を難無く作成す
ることができる。

す概略図、第６図は本実施例による透視図の作成方法を示す概略図
、第７図は従来の光線追跡法の原理を示す図である。

３次元データ格納部、光線追跡法処理部、映像データ格納部、比較部、境界線抽出部。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のシステム構成図、第２図は本発明の一実施例に係る処理を概略的に示すフ
ローチャート、第３図は各物体に与えられた識別子の一例を示す図、

Claims

【特許請求の範囲】システム内に構築された３次元物体に対し、各物体及び
該物体を構成する面を識別するための識別データを予め
与えておく３次元データ格納部（１）と、光線追跡法により前記３次元物体から３次元映像を生成
する光線追跡法処理部（２）と、該３次元映像の生成時
に設定される画面内の各画素毎に、該画素を通過する光
線と交差する物体の前記識別データを保持する映像デー
タ格納部（３）と、該識別データの中から隣合った画素
同士の識別データを順次比較する比較部（４）と、該識
別データが互いに異なる場合のみどちらか一方の画素に
特定の輝度値を設定することにより前記物体間及び前記
面間の境界線を抽出し、該境界線からなる線画による投
影図を作成する境界線抽出部（５）とからなることを特
徴とする３次元物体の投影図作成方式。