JPH0475180A - 相互反射光の計算方法及び装置 - 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（戴　３次元コンピュータグラフィックスにおい
て効率的な相互反射光の計算を行う相互反射光の計算方
法および装置に関するものであ４従来の技術 返電　３次元コンピュータグラフィックスの分野では　
写実的な画像生成に対する要求が高まっていも　しかし
なか社　現実感が高まるにつれ画像生成に要する計算量
も増大すム　３次元空間での照度分布の計算をするに（
友　光源からの光を追跡する光線追跡法かあも　しかし
　この方法では物体の表面は完全鏡面反射で表されるた
敢　生成される画像は鋭く硬調なものとなる。実際に（
よ光源からの直射光だけでな（、他の物体に当たり拡散
反射された間接光により、直射光が当たらない部分でも
やや明るいものとな４　相互反射光による照度計算で！
よ　直射光による照度と、間接光による照度を計算する
ものである。相互反射光の計算方法ζ；ｔ、、　　　１
９８６　年アイ・トリプル・イー　　シー・シ゛−（Ｉ
ＥＥＥ　ＣＧ）　　に発表されているコーエン（Ｃｏｈ
ｅｎ）他による　「アン・エフィシエント・ラシゝオシ
ティ・ア７°ローチ・フォー・リアリスティ７り・イメ
ージゝ・シンセシス　（’Ａｎ　　Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ
　　Ｒａｄｉｏｓｉｔｙ　　Ａｐｐｒｏａｃｈｆｏｒ　
Ｒｅａｌｉｓｔｉｃ　Ｉｍａｇｅ　５ｙｎｔｈｅｓｉｓ
″）」がある。

相互反射光による照度計算法１戴　物体表面の明るさで
ある照度を、光源の位置　形状、配光特性、そして、物
体の形状データである位置　面積　物体の属性である表
面の状態を表す光学特性から計算する。物体表面の明る
さ（よ　まず光源から定まる直射光による照度を計算し
　その後に間接光である物体間の相互反射による照度を
計算する。第２図に相互反射光のやり取りの様子を示す
。第２図において、物体の形状は四角形で表されており
、照度計算の単位をパッチと呼、Ｓ％　　いま、光源２
１からパッチ２２に　直射光による照度が与えられてい
る。また　パッチ２２とパッチ２３の間では相互に間接
光による照度が与えられている。直射光による照度（よ
　光源２１の強さ、光源からパッチ２２までの距離によ
り定まる。パッチ２２からパッチ２３への間接光による
照度は　パッチ２２の持つ照度、表面の反射風　面積　
線分２６とパッチ２２の法線とのなす魚　パッチ２３の
面構線分２６とパッチ２３の法線とのなす角がら定ま相
互反射光の計算を行うために照度のやり取りが生じるか
否かの判定の行いかたの違いにより２つの方法があも 以下、従来の相互反射光の計算方法について、図面を用
いて説明すも　第５図は奥行きバッファ部の描画領域を
表す阻　第６図は従来の相互反射光の計算装置であも 第６図（ａ）に示すようく　形状データ保存部１０に蓄
えられた物体の形状データは　座標変換部１１により照
度計算の際に着目する点である光源やパッチ等を基準と
して立てた仮想画面である描画領域の２次元座標値と奥
行き値に変換されも奥行きバッファ部１２に（よ　座標
変換した形状を描画する描画領域を作成し　描画領域の
同じ２次元座標値については　奥行きの小さいものを描
画すａ　また　描画単位（上　計算対象とする物体の見
かけの大きさに依存せ咀　予め定められた大きさであり
、まな　この描画単位力（仮想画面上に投影された物体
の大きさを表す。全ての形状を描画し終えた時点で描画
領域に残されたものが光源やパッチから照度のやり取り
を行う物体として扱われも　第５図に奥行きバッファ部
の描画領域を表す。照度計算部１３で（よ　仮想画面上
での物体の面積を表す描画領域の描画単位の数と描画領
域での位置と属性保存部１４に蓄えられた物体の反射率
等を用いて照度計算を行う。

まｆＳ、第６図（ｂ）の方法で１友　光源やパッチなど
の基準位置から計算対象となるパッチが照度のやり取り
を行うかどうかの判定を交差判定部１６で行う。基準位
置とパッチの位置との間を結ぶ線分に　このパッチ以外
の形状が交われば　基準位置からパッチの間では照度の
やり取りが行われなり〜　第２図でパッチ２２とパッチ
２４に関する交差判定では　線分２７と形状２５が交わ
るので、パッチ２２からパッチ２４へは照度は与えられ
ない。照度計算部１７で１よ　光源やパッチなどの基準
位置から照度を与えられるパッチに対して、その物体の
形状データと属性で照度計算が行われる。

発明が解決しようとする課題 このような従来の相互反射光の計算方式では第６図（ａ
）の方法では奥行きバッファ部の描画領域の描画単位の
大きさや数が照度計算の精度に影響を与えも　第５図で
示されるように　パッチ２８の面積（よ　９描画単位と
なる。しかし　描画単位２９のように　一つの描画単位
をパッチ２８が占めてはいないた八　実際の面積とは異
なったものとなる。また　第６図（ｂ）の方法で（表　
交差判定に計算時間がかかる。照度計算の際に着目する
一つの光源やパッチ当りの交差判定ζ友　これらを基準
とする位置から他の各パッチへの線分と、その他の物体
の形状を表す四角形との間で行われる。一つの線分に対
しては他の物体を表す形状の数だけの交差判定が行われ
　一つの光源やパッチに対しては物体を表す形状の数だ
け線分を作成できる。このた数　交差判定（よ　一つの
光源やパッチに対して線分の数と形状の数の積の回数分
力丈つまり、はぼ形状の数の２乗の回数だけ行われる。

本発明は上記の問題を解決するものて　効率的に相互反
射光の計算を行う相互反射光の計算方法及び装置を提供
することを目的としている。

課題を解決するための手段 本発明は　３次元物体の形状を保存する形状データ保存
部と、前記形状を照度計算の計算対象集合に分類する形
状データ分類部と、前記計算対象集合の形状データを照
度計算単位の部分形状に分割する形状データ分割部と、
照度計算を行う際に着目する点を基準とした仮想画面上
の描画領域に前記形状および前記部分形状を２次元座標
値と奥行き値に座標変換する座標変換部と、前記部分形
状を前記座標変換部で座標変換した出力から前記描画領
域の描画単位と前記描画領域の大きさを定めるバッファ
解像度算出部と、前記描画領域を作成し同じ２次元座標
値については奥行き値の小さいものを保存する相互反射
光奥行きバッファ部と、物体の光学特性である属性を保
存する属性保存部と、前記属性と前記描画領域の内容と
前記部分形状から照度を計算する照度計算部とを具備す
るものである。

作　　　用 本発明は上記した構成により、精度よく計算時間も短縮
した相互反射光の計算を効率的に行えるものである。

実施例 以下、本発明の一実施例について図面を参照しながら説
明すも　第１図は本発明の一実施例である相互反射光の
計算装置　第２図は相互反射光のやり取りの様子を表す
匝　第３図は仮想画面上への座標変換を表す医　第４図
は相互反射光奥行きバッファ部の描画領域を表す図であ
る。

第１図において１は形状データ保存数　２は形状データ
分類数　３は形状データ分割諏　４は座標変換部　５は
相互反射光奥行きバッファ皿　６はバッファ解像度算出
ム　７は照度計算部　８は属性保存部であも ３次元物体の形状は　例えば多角形で表すことができも
　本実施例で（よ　四角形を例にとって行う。

形状データ保存部ｌにＣｔ　　物体の形状データである
四角形の頂点の位置　面積　法線の向きなどのデータが
蓄えられる。

属性保存部８でＬ友　例えζ′Ｌ　物体の表面の反射風
　物体の透過束　屈折率など物体の光学特性である属性
を保存する。

形状データ分類部２で（よ　蓄えられた形状を計算対象
毎にいくつかの集合に分ける。分類は　例えば　描画単
位の大きさがあまり異ならないものごとに集合を作る。

描画単位が計算対象となる部分形状すべてを表し　他の
形状の描画の際に不必要に多くの描画単位を描画するこ
とがないように計算対象となる部分形状の描画単位が数
倍以内となるようにする。あるい（友　近接した描画領
域となるものを計算対象の集合として分類を行う。

計算対象となる物体（上　形状データ分割部３により、
照度計算の計算単位である部分形状にさらに分割される
。部分形状ζよ　例えば　間接光による照度計算の計算
単位であるパッチと呼ばれるもヘ　パッチをさらに分割
した直射光による照度計算の計算単位であるエレメント
と呼ばれるものがある。あるいは　直射光　間接光のい
ずれの照度計算において耘　パッチを使う方法がある。

パッチやエレメントに分割する方法Ｇよ　例えば四角形
の一辺を等分割する方法　まず２分割して分割形状を作
り、必要に応じてさらに２分割を繰り返し行う方法など
いくつかの手法がある。ここでは部分形状としてパッチ
を例にとる。

座標変換部４では　四角形の３次元座標を、光源やパッ
チを基準とした仮想画面上の２次元座標値と、基準位置
からの距離である奥行き値に変換する。第３図Ｋ　物体
３０が仮想画面上へ投影されている様子を表す。線分３
３（よ　基準位置３１と、頂点３２を結ぶ線分である。

頂点３２（よ　線分３３と仮想画面が交わる点３４に投
影される。

第４図に　仮想画面上に物体３０力（投影された様子を
示す。

バッファ解像度算出部６では　描画領域の大きさを、分
類した照度計算の対象となるパッチを座標変換したもの
をすべて含むように定数　また描画単位を座標変換後の
パッチの最小の面積とほぼ等くなるようにあわせる。照
度計算の対象となるものは複数の形状であるた敢　それ
らすべてについてパッチを作成する。第４図に相互反射
光奥行きバッファ部の描画領域を示していも　第４図に
示す通り描画領域の描画単位Ｃ友　　パッチ２８の半分
程度の大きさとなるように取っている。また描画領域の
大きさは相互反射光の計算対象となるパッチを含む大き
さになるようにする。

まずパッチを相互反射光奥行きバッファ部５の描画領域
に描画する。そして残りの形状を描画領域に描いていく
。この暇　描画領域での２次元座標値が同じものについ
てζ友　奥行き値が小さいものを描画していく。全ての
形状を描画し終えた際凶　描画領域に残っているパッチ
が照度計算の対象となる。形状を描画する際に　描画単
位に計算対象であるパッチが存在しないものについては
描画をする必要はなし− 照度計算部７で、描画領域に残っているパッチに対して
、パッチの位置　面構　法線の方向等と属性保存部８に
蓄えられているパッチの反射率等か収　照度計算を行う
。第２図に相互反射光のやり取りの様子を表す。第２図
で、相互反射光のやり取りを行うものζよ　光源２１と
パッチ２２、パッチ２２とパッチ２３である。

このように本実施例によれば照度計算の精度は描画領域
の描画単位の数に依存せずまた　計算時間も短くでき、
効率的に照度計算を行うことができる。

な批　本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
本発明の主旨に基づいて種々の変形が可能であり、これ
らを本発明の範囲から排除するものではなＩ、％ 発明の効果 以上の実施例から明らかなよう１　本発明によれば　相
互反射光奥行きバッファ部を用いることで計算時間の短
縮を行（＼　相互反射光の計算の際に描画領域上の描画
単位を用いずにパッチの形状データを用いることで精度
よく計算できるので、相互反射光の計算を効率的に計算
を行える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の相互反射光の計算方法およ
び装置を示す医　第２図は相互反射光を表す医　第３図
は３次元物体の仮想画面上への座標変換を表すは　第４
図は相互反射光奥行きバッファ部の描画領域を表す医　
第５図は従来の奥行きバッファ部の描画領域を表す医　
第６図は従来の相互反射光の計算装置を示す図である。 １・・・形状データ保存黴　２・・・形状分類ａ　３・
・・形状データ分割皿　４・・・座標変換部　５・・・
相互反射光奥行きバッファ区　６・・・バッファ解像度
算出餓　７・・・照度計算部　８・・・属性保存部　１
ｏ・・・形状データ保存ａ　ｌｌ・・・座標変換部　１
２・・・奥行きバッファＫ　　１３・・・照度計算部　
１４・・・属性保存部　１５・・・形状データ保存眠　
１６・・・交差判定数　１７・・・照度計算３　１８・
・・属性保存糺代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　ほか
１名バ・ノナ２２ 図 第 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）３次元物体の形状を保存する形状データ保存部と
   、前記形状を照度計算の計算対象集合に分類する形状デ
   ータ分類部と、前記計算対象集合の形状データを照度計
   算単位の部分形状に分割する形状データ分割部と、照度
   計算を行う際に着目する点を基準とした仮想画面上の描
   画領域に前記形状および前記部分形状を２次元座標値と
   奥行き値に座標変換する座標変換部と、前記部分形状を
   前記座標変換部で座標変換した出力から前記描画領域の
   描画単位と前記描画領域の大きさを定めるバッファ解像
   度算出部と、前記描画領域を作成し同じ２次元座標値に
   ついては奥行き値の小さいものを保存する相互反射光奥
   行きバッファ部と、物体の光学特性である属性を保存す
   る属性保存部と、前記属性と前記描画領域の内容と前記
   部分形状から照度を計算する照度計算部とを具備するこ
   とを特徴とした相互反射光の計算装置。
2. （２）３次元物体の形状を入力し計算対象毎にいくつか
   の部分集合に分類し、照度計算を行う際に着目する点を
   基準とした仮想画面上の描画領域を定め、照度計算の計
   算対象となる部分形状から描画単位を定め、前記形状と
   前記部分形状を前記描画領域の２次元座標値と奥行き値
   に座標変換し、前記描画領域に描画する際に同じ２次元
   座標値では奥行き値の小さいものを描画し、前記描画領
   域の内容と前記部分形状と前記部分形状の光学特性とか
   ら照度を計算することを特徴とした相互反射光の計算方
   法。