JPH03127287A - ３次元画像作成装置 - 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〕 本発明はグラフインク表示に関し、特に３次元の物体を
２次元の画像データとして描画する３次元画像作成装置
に関する。

Ｃ従来の技術） 従来、成る物体が光源からの光を遮ることにより他の物
体に与える影の影響を考慮した画像データを作成する場
合、一般にレイトレーシング法が使われる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述したように、従来は、レイトレーシング法を用いて
影の影響を考慮した画像データを作成するようにしてい
るが、レイトレーシング法は計算量が多いため、処理速
度が遅くなるという問題がある。

本発明の目的は影の影響を考慮した画像データを高速に
作成できるようにすることにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記目的を達成するため、 ３次元の物体を出力画像データ格納域に２次元の画像デ
ータとして描画する３次元画像作威装置に於いて、 前記３次元の物体の表面を多角形の面に分割した際の各
面の頂点データ、要素番号及び色データを含む物体デー
タが格納される物体データ格納域と、 該物体データ格納域に格納されている頂点データ及び要
素番号と、光源位置を示す光源データとに基づいて、Ｚ
バッファ法を用い、前記光源位置から前記３次元の物体
を見た時の図を、光源要素画像データ格納域の対応する
領域に要素番号を格納することにより写像する光源Ｚバ
ッファ手段と、前記物体データ格納域に格納されている
頂点データ及び要素番号と、視点位置を示す視点データ
とに基づいて、２バツフア法を用い、前記視点位置から
前記３次元の物体を見た時の図を、視点要素画像データ
格納域の対応する領域に要素番号を格納することにより
写像する視点２バッファ手段と、 前記視点要素画像データ格納域中の領域を順次選択する
選択手段と、 該選択手段が選択した前記視点要素画像データ格納域中
の領域が前記３次元の物体上の点と対応することにより
、該３次元の物体上の点を前記光源位置からみた２次元
上の点に変換し、該２次元上の点と対応する前記光源要
素画像データ格納域の領域を求める対応点計算手段と、 前記選択手段が選択した前記視点要素画像データ格納域
中の領域が前記３次元の物体上の点と対応することによ
り、前記選択手段が選択した８Ｎ域に格納されている要
素番号と、前記選択手段が選択した領域と対応する前記
対応点計算手段が求めた領域に格納されている要素番号
とを比較して前記選択手段が選択した領域と対応する前
記３次元の物体上の点が影になっているか否かを判定す
る比較手段と、 該比較手段が判定を行なった前記３次元の物体上の点の
色を前記比較手段の判定結果と前記色データとに基づい
て計算し、前記出力画像データ格納域中の対応する領域
に格納する色計算手段とを設けたものである。

〔作　用〕

物体データ格納域には３次元の物体の表面を多角形の面
に分割した際の各面の頂点データ、要素番号及び色デー
タが格納される。光源Ｚバッファ手段はＺバッファ法を
用い、上記３次元の物体を光源位置から見た時の図を、
光源要素画像データ格納域中の対応する領域に要素番号
を格納することにより写像する。視点２バッファ手段は
Ｚバッファ法を用い、上記３次元の物体を視点から見た
時の図を、視点要素画像データ格納域中の対応する領域
に要素番号を格納することにより写像する。

選択手段は視点要素画像データ格納域中の領域を順次選
択し、対応点計算手段は選択手段が選択した領域が３次
元の物体上の点と対応することにより、上記３次元の物
体上の点を光源位置からみた２次元上の点に変換し、こ
の２次元上の点と対応する光源要素画像データ格納域中
の領域を求め、比較手段は選択手段が選択した領域に格
納されている要素番号と、選択手段が選択した領域と対
応する対応点計算手段が計算した光源要素画像データ格
納域中の領域に格納されている要素番号とを比較し、選
択手段が選択した領域と対応する３次元の物体上の点が
影になっているか否かを判定する。色計算手段は比較手
段が影になっているか否かを判定した３次元の物体上の
点の色を比較手段の判定結果と色データとに基づいて計
算し、出力画像データ格納域中の対応する領域に格納す
る。

〔実施例〕

次に本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明
する。

第１図は本発明の実施例のブロック図であり、入力装置
１と、３次元画像作成装置２と、出力装置３とから構成
されている。３次元画像作戒装置２は物体データ格納域
２１と、Ｚバッファ手段２２１及び光源データ格納域２
２２から構成される光ａＺバフファ機構２２と、光源要
素画像データ格納域２３と、Ｚバッファ手段２４１及び
視点データ格納域２４２から構成される視点Ｚバッファ
機構２４と、視点要素画像データ格納域２５と、選択手
段２６１．対応点計算手段２６２．比較手段２６３及び
色計算手段２６４から構成される影判定機構２６と、出
力画像データ格納域２７と、入力機構２８と、出力機構
２９とを含んでいる。

第２図は物体データ格納域２１の記憶内容を示した図で
あり、３次元の物体の表面を多角形の面に細分化した際
の各面対応の要素データ２１１〜２１１３から構成され
る物体データが格納される。

各要素データ２１１〜２１ｅはそれぞれ面を識別するた
めの要素番号２１　ｘ　１　（ｘ　＝　１＝ｅ）と、面
の各頂点の座標値を示す頂点データ２１ｘ２ｙ（ｙ−１
〜ｆ）の集合である形状データ２１ｘ２と、面の色を示
す色データ２１ｘ３１及び面の法線方向を示す法線デー
タ２１ｘ３２を含む属性データ２１ｘ３とから構成され
ている。

第３図は光源要素画像データ格納域２３の構成例を示す
図であり、出力装置３の表示面の各画素に対応したｍｘ
ｎ個の領域を有し、各領域には画素データ２３　ｉ　Ｊ
　　（ｉ＝１〜ｍ、ｊ−ＩＮｎ）が格納される。各画素
データ２３ｉｊはそれが示す点が存在する面の要素番号
２３ｉｊｌと、光源からの距離を示す光源距離２３ｉｊ
２とから構成される。

第４図は視点要素画像データ格納域２５の構成例を示す
図であり、出力装置３の表示面の各画素に対応したｍｘ
ｎ個の領域を有し、各領域には画素データ２５１ｊが格
納される。各画素データ２５ｉｊはそれが示す点が存在
する面の要素番号２５ｉｊｌと、視点からの距離を示す
視点距Ｍ２５ｉｊ２とから構成されている。

第５図は出力画像データ格納域２７の構成例を示す図で
あり、出力装置３の表示面の各画素に対応したｍ　Ｘ　
ｎ個の領域を有し、各領域には各画素の色を示す色デー
タ２７ｉｊｌが格納される。

次に本実施例の動作を各図を参照して説明する。

３次元の物体を２次元表示するための画像データを作成
する場合、３次元画像作威装置２は、先ず、入力機構２
８を用いて計算機システム等の入力装Ｗ１１により、作
成された物体データを物体データ格納域２１に格納し、
更に、光源位置を示す光源データ、視点位置を示す視点
データをそれぞれ光源データ格納域２２２．視点データ
格納域２４２に格納する。

入力機構２８によるデータの格納が終了すると、光源Ｚ
バッファ機構２２内のＺバッファ手段２２１により物体
データ格納域２１に格納されている物体データによって
表される３次元の物体を光源位置（光源データ格納域２
２２に格納されている光源データによって示される）か
ら見た時の図が光源要素画像データ格納域２３に写像さ
れる。

これを詳しく説明すると、２バッファ手段２２１は先ず
物体データ格納域２１から要素データ２１ｘを１つ取り
出し、次いで取り出した要素データ２１Ｘに含まれてい
る各頂点データ２１ｘ２１〜２１ｘ２ｆによって示され
る３次元上の点を光源位置から見た２次元上の点に変換
する０次いで、Ｚバッファ手段２２１は上記２次元上の
点と対応する光源要素画像データ格納域２３上の領域を
求め、その領域によって囲まれる多角形内の領域を１つ
選択する。次いで、選択した領域に対応する３次元の物
体上の点と光源位置との距離を求め、求めた距離と上記
選択した領域に格納されている光源距１１ｄｔ２３ｉＪ
２とを比較する。尚、初期状態に於いては光源要素画像
データ格納域２３の各領域に格納されている要素番号２
３ｉｊｌは背景を示すものとなっており、光源距ｊｉ１
２３ｉｊ２は無限大を示すものとなっている。

そして、光源要素画像データ格納域２３の上記選択され
た領域に格納されている光源距離２３ｉｊ２の方が長い
場合は上記３次元の物体上の点に対応する要素番号及び
光源距離を用いて光源要素画像データ格納域２３の上記
選択した領域に格納されている要素番号２３ｉｊｌ及び
光源距離２３ｉｊ２を書き換えた後、上記多角形内の次
の領域を選択し、上述したと同様の処理を行なう。また
、光源要素画像データ格納域２３に格納されている光源
距離２３ｉｊ２の方が短い場合は要素番号２３ｉｊｌ、
光源距離２３　ｉ　３２の書き換えを行なうことなく、
直ちに上記多角形内の次の領域を選択して上述したと同
様の処理を行なう。そして、選択した要素データ２１ｘ
によって表される多角形上の光源要素画像データ格納域
２３の各領域と対応する全て０点について上述した処理
を行なうと、次の要素データに対して前述したと同様の
処理を行なう、上述した処理は全ての要素データ２１１
〜２１ｅに対して行なわれる。

光源Ｚバッファ機構２２によるデータの格納が終了する
と、視点Ｚバッファ機構２４内のＺバッファ手段２４１
により物体データ格納域２１に格納されている物体デー
タによって表される３次元の物体を視点位置（視点デー
タ格納域２４２に格納されている視点データによって示
される位置）から見た時の図が視点要素画像データ格納
域２５に写像される。

これを詳しく説明すると、２バッファ手段２４１は先ず
物体データ格納域２１から要素データ２１ｘを１つ取り
出し、次いで取り出した要素データ２１Ｘに含まれてい
る各頂点データ２１ｘ２１〜２１ｘ２ｆによって示され
る３次元上の点を光源位置から見た２次元上の点に変換
する０次いで、Ｚバッファ手段２４１は上記２次元上の
点と対応する視点要素画像データ格納域２５上の領域を
求め、その領域によって囲まれる多角形内の領域を１つ
選択する０次いで、選択した６１域に対応する３次元の
物体上の点と光源位置との距離を求め、求めた距離と上
記選択した領域に格納されている視点距ｌｌ［２５１ｊ
２とを比較する。尚、初期状態に於いては視点要素画像
データ格納域２５の各領域に格納されている要素番号２
５ｉｊｌは背景を示すものとなっており、視点距離２５
ｉｊ２は無限大になっている。

そして、視点要素画像データ格納域２５の上記選択され
た領域に格納されている視点距離２５ｉｊ２の方が長い
場合は上記３次元の物体上の点に対応する要素番号及び
視点距離を用いて視点要素画像データ格納域２５の上記
選択した領域に格納されている要素番号２５ｉｊｌ及び
光源距離２５ｉｊ２を書き換えた後、上記多角形内の次
の領域を選択し、上述したと同様の処理を行なう。また
、視点要素画像データ格納域２５に格納されている視点
距離２５１ｊ２の方が短い場合は要素番号２５１３１、
視点距離２５ｉｊ２の書き換えを行なうことなく、直ち
に上記多角形内の次の領域を選択して上述したと同様の
処理を行なう、そして、選択した要素データ２１Ｘによ
って表される多角形上の視点要素画像データ格納域２５
の各領域と対応する全ての点について上述した処理を行
なうと、次の要素データに対して前述したと同様の処理
を行なう、上述した処理は全ての要素データ２１１〜２
１ｅに対して行なわれる。

視点Ｚバッファ機構２４によるデータの格納が終了する
と、影判定機構２６による処理が開始され、光源要素画
像データ格納域２３の内容と視点要素画像データ格納域
２５の内容とから出力画像データ格納域２７に書き込む
画像データが生成される。

これを詳しく説明すると、先ず、影判定手段２６内の選
択手段２６１により視点要素画像データ格納域２５の各
領域の内の１つが選択され、選択手段２６１は選択した
領域に格納されている要素番号が背景を示しているもの
か否かを判断する。

そして、背景を示していないと判断した場合は対応点計
算手段２６２を起動し、背景を示していると判断した場
合は次の領域を選択し、前述したと同様の処理を行なう
。

対応点計算手段２６２は起動されると、選択手段２６１
が選択した領域と対応する３次元の物体上の点を光源位
置から見た２次元上の点に変換し、この２次元上の点に
対応する光源要素画像データ格納域２３上の領域を求め
る。比較手段２６３は対応点計算手段２６２が求めた光
源要素画像データ格納域２３上の領域に格納されている
要素番号と選択手段２６１が選択した視点要素画像デー
タ格納域２５内の領域に格納されている要素番号２５ｉ
ｊｌとを比較し、両者が一致している場合は選択手段２
６１によって選択された領域に対応する３次元の物体上
の点には光源からの光が当たっていると判定し、両者が
不一致の場合は光が当たっていないと判定し、判定結果
を色計算手段２６４に渡す。

色計算手段２６４は比較手段２６３から判定結果が渡さ
れると、選択手段２６１が選択した視点要素画像データ
格納域２５上の領域に格納されている要素番号２５ｉｊ
ｌを取り出し、更に取り出した要素番号２５ｉｊｌが示
す物体データ格納域２１中の要素データ２１Ｘを取り出
し、取り出した要素データ２１ｘに含まれている属性デ
ータ２１ｘ３と比較手段２６３の判定結果とに基づいて
選択手段２６１が選択した視点要素画像データ格納域２
５内の領域と対応した３次元の物体上の点の色を計算し
、選択手段２６１が選択した視点要素画像データ格納域
２５の領域と対応する出力画像データ格納域２７の領域
に計算結果を色データとして登録する。以下、影判定機
構２６内の各手段２６１〜２６４は視点要素画像データ
格納域２５の全ての領域に対して順次上述した処理を行
なう。

影判定機構２６により、出力画像データ格納域２７の全
ての領域に色データ２７ｉｊｌが格納されると、出力機
構２９により出力画像データ格納域２７の内容が読み出
され、出力装置３により出力画像データ格納域２７の内
容が表示される。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明は、Ｚバッファ法により作
成された３次元の物体を視点位置から見た図及び光源位
置から見た図に基づいて影を考慮した２次元の画像デー
タを作成するようにしたものであるので、レイトレーシ
ング法を使用していた従来例に比較して物体の影を考慮
した自然な画像を表す画像データを高速に作成すること
ができる効果がある。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の実施例のブロック図、第２図は物体デ
ータ格納域の記憶内容例を示す図、 第３図は光源要素画像データ格納域の構成例を示す図、 第４図は視点要素画像データ格納域の構成例を示す図及
び、 第５図は出力画像データ格納域の構成例を示す図である
。 図に於いて、１・・・入力装置、２・・・３次元画像作
戒装置、３・・・出力装置、２１・・・物体データ格納
域、２２・・・光ａＺバッファ機構、２３・・・光源要
素画像データ格納域、２４・・・視点Ｚバッファ機構、
２５・・・視点要素画像データ格納域、２６・・・影判
定機構、２７・・・出力画像データ格納域、２８・・・
人力機構、２９・・・出力機構、２２１．２４１・・・
Ｚバッファ手段、２２２・・・光源データ格納域、２４
２・・・視点データ格納域、２６１・・・選択手段、２
６２・・・対応点計算手段、２６３・・・比較手段、２
６４・・・色計算手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ３次元の物体を出力画像データ格納域に２次元の画像デ
   ータとして描画する３次元画像作成装置に於いて、 前記３次元の物体の表面を多角形の面に分割した際の各
   面の頂点データ、要素番号及び色データを含む物体デー
   タが格納される物体データ格納域と、 該物体データ格納域に格納されている頂点データ及び要
   素番号と、光源位置を示す光源データとに基づいて、Ｚ
   バッファ法を用い、前記光源位置から前記３次元の物体
   を見た時の図を、光源要素画像データ格納域の対応する
   領域に要素番号を格納することにより写像する光源Ｚバ
   ッファ手段と、前記物体データ格納域に格納されている
   頂点データ及び要素番号と、視点位置を示す視点データ
   とに基づいて、Ｚバッファ法を用い、前記視点位置から
   前記３次元の物体を見た時の図を、視点要素画像データ
   格納域の対応する領域に要素番号を格納することにより
   写像する視点Ｚバッファ手段と、 前記視点要素画像データ格納域中の領域を順次選択する
   選択手段と、 該選択手段が選択した前記視点要素画像データ格納域中
   の領域が前記３次元の物体上の点と対応することにより
   、該３次元の物体上の点を前記光源位置からみた２次元
   上の点に変換し、該２次元上の点と対応する前記光源要
   素画像データ格納域の領域を求める対応点計算手段と、 前記選択手段が選択した前記視点要素画像データ格納域
   中の領域が前記３次元の物体上の点と対応することによ
   り、前記選択手段が選択した領域に格納されている要素
   番号と、前記選択手段が選択した領域と対応する前記対
   応点計算手段が求めた領域に格納されている要素番号と
   を比較して前記選択手段が選択した領域と対応する前記
   ３次元の物体上の点が影になっているか否かを判定する
   比較手段と、 該比較手段が判定を行なった前記３次元の物体上の点の
   色を前記比較手段の判定結果と前記色データとに基づい
   て計算し、前記出力画像データ格納域中の対応する領域
   に格納する色計算手段とを含むことを特徴とする３次元
   画像作成装置。