JPH05143711A

JPH05143711A - 画像生成方法

Info

Publication number: JPH05143711A
Application number: JP3305836A
Authority: JP
Inventors: Norito Watanabe; 範人渡辺; Toshio Sakai; 俊雄坂井; Atsushi Kawabata; 敦川端; Tsugio Tomita; 次男富田; Akihiro Sakamoto; 昭弘坂元
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-11-21
Filing date: 1991-11-21
Publication date: 1993-06-11

Abstract

(57)【要約】【構成】ユーザインタフェース１０１により画像生成部
１０３で画像を生成する。生成した画像を、レンダリン
グマッピング処理部１０５により形状上に貼り付けたよ
うにレンダリングを行ない、画面１０６に表示する。画
像生成部１０３には画像エディタ２０４があり、ここで
画像の生成を行なう。画像エディタ２０４には画像描画
を行なうペンの先の形状編集画面９０１がある。ここで
ペン先からの距離にしたがった濃度変更分布９０４の編
集を対話的に行なう。【効果】ペン先からの距離と濃度変更分布にしたがって
各画素の値を変更できることから、一回のペン操作で微
妙な濃淡画像または、凹凸の形状を定義できるようにな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は図形の表示技術に係り、
特に３次元コンピュータグラフィックスにおける形状上
への模様転写に好適な画像の生成と、転写方法の指示に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のコンピュータグラフィックスシス
テムにおいて、サーフェイスモデルやソリッドモデルな
どにより与えた３次元立体に対して明るさや色を付与し
て、より現実に近い質感を与える作業をレンダリング(r
endering)といい、このレンダリングの一種として、テ
クスチャマッピングがある。一般にテクスチャマッピン
グとは、複雑な模様などを、形状により定義するのでは
なく、単純な３次元形状表面に２次元画像を貼り付ける
ことにより表示する手法をいう。この手法の詳細に関し
ては、共立出版、実践ＣＧへの誘い、スティーブ・アッ
プスティル著、ボニー・スリヴァン、半明照三監修翻
訳、（１９９１）、第２３９頁から第２７１頁において
論じられている。

【０００３】テクスチャマッピングを行なう画像の生成
方法としては、スキャナー等から実際の素材のデータを
入力したり、既存の画像エディタによりデータを作成す
るなどの方法が採られている。

【０００４】また、形状に画像を貼り付ける際に、あた
かも周りの風景がその形状に写り込んでいるかのように
貼り付ける手法がある。このとき写り込ませる画像をあ
らかじめ用意しておく必要がある。この方法として従来
は、形状の中心座標から上下左右前後の６方向を見た画
像を生成し、反射方向を考慮して、この６枚の画像を切
り替え、画像の位置を算出し、貼り付けていた。

【０００５】また、画像を形状に貼り付ける場合、画像
の２次元座標をＵ，Ｖで表したとき、このＵ，Ｖを形状
の表面に位置付けて画像を貼り付けるのであるが、Ｕ，
Ｖの位置付け方法としては、従来、極座標系の緯度と経
度に割つける方法、円筒座標系の経度と高さに割つける
方法、あるいは直交座標系のＸ，Ｙに割り付ける方法が
採られている。

【０００６】なお、本明細書において、「画像」という
語は、狭義には形状に貼り付ける色彩、模様等を表わす
が、広義には表示画面上に表示された像をも表わす。し
たがって、表示画面上に表示される形状の像も広義には
画像と呼ぶ。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、ま
ず、貼り付ける画像の生成編集に関して考慮されていな
かった。つまり、素材がその場になくスキャナーでは読
み取れない場合があり、また、汎用の画像エディタでは
ノイズのあるような画像や微妙な色の変化を表現できな
かった。

【０００８】次に、上記従来技術では写り込みを考慮し
た画像の貼り付けを行なう際に、６枚の画像を扱い、反
射の方向によって画像位置を検索する必要があった。こ
のため画像データの管理が複雑になっていた。

【０００９】さらに、従来の貼り付け方法では、例え
ば、直方体の各面に正対するように画像を貼り付けよう
として直交座標系により画像の貼り付けを指示した場合
に、貼り付ける直方体の側面の画像が縞模様状に流れて
しまうといった問題がある。

【００１０】本発明の目的は、微妙な濃淡画像を手軽に
作成できる画像生成方法を提供することにある。

【００１１】本発明の他の目的は、少ないデータの指示
で自然で様々な繰り返し模様を作成することができる画
像生成方法を提供することにある。

【００１２】本発明のさらに他の目的は、一つの画像デ
ータのみで写り込みの画像を表現できるように画像を作
成することができる画像生成方法を提供することにあ
る。

【００１３】本発明の別の目的は、貼り付ける方向と形
状の面が大きく異なる場合にでも模様が流れないように
貼り付けることができる画像生成方法を提供することに
ある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明による画像生成方法は、表示装置の表示画面
上でカーソルにより描画点を指示しながら描画すること
により画像を生成する画像生成方法であって、前記カー
ソルの指示点をペン先とみなし、該ペン先近傍の濃度分
布を当該ペン先からの距離に応じて予め定めておき、該
濃度分布に従って描画濃度を決定するようにしたもので
ある。

【００１５】前記濃度分布は、好ましくは、前記指示点
からの距離に対する濃度を表わすグラフにより定めるこ
ととし、該グラフの形状を表示画面上で任意に変更可能
とする。

【００１６】本発明による他の画像生成方法は、３次元
形状データに基づいて表示装置の２次元表示画面上に表
示する３次元形状の画像を生成する画像生成方法におい
て、前記濃度分布を有するペン先で濃淡画像を描画し、
該濃淡画像の各画素毎の濃淡値を３次元形状の表面上の
点の法線の変更または表面座標の位置変更に利用するこ
とにより、表示される３次元形状の表面上に凹凸を形成
するようにしたものである。

【００１７】本発明によるさらに他の画像生成方法は、
３次元形状データに基づいて表示装置の２次元表示画面
上に表示する３次元形状の画像を生成する画像生成方法
であって、３次元の形状上に該形状の全周の画像を貼り
付ける場合、該形状内の点から前後、左右、上下の６方
向を向いたときの６枚の画像を生成し、該前後左右の４
枚の画像に関しては前右後左または左後右前の順に横並
びに並べ、上下の２枚の画像に関しては各画像を対角線
で区切った４つの三角形の画像を生成し、それぞれの三
角形画像に対し、もと対角線であった２辺を平行になる
まで広げ、対角線の交点であった点を線に変形すること
により四角形とし、さらに、作成した該上下各々４枚の
四角形画像を、前後左右の４枚の画像を組み合わせた画
像のそれぞれ上と下に配置することにより一枚の画像を
生成するようにしたものである。

【００１８】好ましくは、前記前後左右の４枚の画像お
よび上下各々４つの三角形の画像に対して、最終の前記
一枚の画像のサイズに応じて、伸張処理を施す。

【００１９】本発明の別の画像生成方法は、表示装置の
表示画面上で画像を生成する画像生成方法において、タ
イル状の繰り返しパターンを生成する場合、各タイルの
幅、高さ、配置するときの基準位置のずれ、目地の幅、
縦横方向の繰り返し幅、繰り返されるタイルの色、目地
の色のすべてか又は一部を与え、さらに、各パラメータ
のすべてか一部について、その値を乱数により変位させ
るときの変位量を与えることにより繰り返しパターンを
生成するようにしたものである。

【００２０】本発明によるさらに別の画像生成方法は、
３次元形状データに基づいて表示装置の２次元表示画面
上に表示する３次元形状の画像を生成する画像生成方法
において、３次元形状に画像を貼り付ける際、複数の貼
り付け方向を予め定めておき、前記３次元形状上の面の
法線方向を算出し、前記複数の貼り付け方向のうち前記
算出された法線方向に対して最も平行に近い貼り付け方
向を選択し、該貼り付け方向から前記３次元形状の面に
画像を貼り付けるようにしたものである。

【００２１】

【作用】本発明によれば、ペン先からの距離にしたがっ
て各画素の値を濃度変更分布を参照して変更することに
より、一回のペン操作で微妙な濃淡画像を生成できる。
濃淡の値を高さ方向の変位値と読み変え、３次元物体の
面に貼り付けることにより、窪みや出っ張りを画像エデ
ィタにより定義することが可能となる。

【００２２】また、繰り返しパターンの色を、基本の色
とその色に対する変位量を与えることにより、色むらや
ゴミ、汚れを考慮した自然な繰り返しパターンを作成で
きる。

【００２３】また、配置の基準位置を与えることによ
り、複雑な格子模様を表現できるようになる。

【００２４】３次元の形状上に該形状の全周の画像を貼
り付ける際、上方を見た画像が貼り付けを行なう画像の
上辺に、下方を見た画像が貼り付けを行なう画像の下辺
に配置され、前左後右の各画像が貼り付けを行なう画像
の中央部に前左後右または右後左前の順番に配置される
ことにより、あたかも球体の表面を広げたかのような一
枚の画像が生成できる。

【００２５】また、面の法線データと画像の貼り付け方
向のデータから、面の向きともっとも正対に近い向きの
貼り付け方向が選択できるため、貼り付ける面上の模様
が大きく歪んで貼り付けられることがなくなり、模様が
流れる不都合を回避することができる。

【００２６】

【実施例】以下に本発明の一実施例を図面を用いて説明
する。

【００２７】図１は本実施例のシステム構成を示す。ユ
ーザは、ユーザインタフェース部１０１と対話しながら
形状生成部１０２、画像生成部１０３、マッピング座標
指示部１０４に対してデータを与える。定義されたデー
タは、レンダリング・マッピング処理部１０５により最
終的に画像として生成され、結果が表示装置の表示画面
１０６上に表示される。本発明は、主として、画像生成
部１０３およびマッピング座標指示部１０４の構成に関
する。

【００２８】図２は、図１の画像生成部１０３の内部構
成を示す図である。画像生成部１０３は、スキャナ読み
込み部２０１、環境マッピングデータ作成部２０２、タ
イルパターン生成部２０３、エディタ部２０４、画像蓄
積部２０５からなる。スキャナ読み込み部２０１には外
部のスキャナ２０６が接続される。環境マッピングデー
タ作成部２０２は、図１のレンダリング・マッピング処
理部１０５から全周の画像データを受ける。タイルパタ
ーン生成部２０３は乱数発生装置を有する。画像蓄積部
２０５は外部記憶装置２０７と接続される。

【００２９】ユーザインタフェース部１０１は、例えば
図３に示すような操作画面３０１を画面１０６上に表示
する。操作画面３０１は、本実施例では、画面主要部を
４分割した各領域に表示される上面図３０２、正面図３
０３、側面図３０４、鳥瞰図３０５と、画面右端に表示
される操作メニュー３０６とから成る。本システムに取
り込まれた形状データ３０７は上面図３０２、正面図３
０３、側面図３０４、鳥瞰図３０５の各面図に指定され
た、表示の大きさ、見る角度等の表示方法に従って表示
される。この表示方法は、操作メニュー３０６やマウス
などのような座標入力装置により変更することができ
る。なお、マウスなどの座標入力装置により指示される
画面上の位置にはカーソル３０８が表示され、このカー
ソルによりメニューの選択、面図上の座標位置の指示を
行なうことができる。

【００３０】形状生成部１０２により入力した形状デー
タは、例えば３０７のように表示される。形状生成部１
０２の動作としては、例えば、他の図形生成システムな
どからの交換データフォーマットによってデータを入力
する動作や、本システム内でユーザインタフェース１０
１を利用して３次元形状を定義することにより対話的に
定義する動作などが考えられる。

【００３１】生成した３次元形状に対する模様の貼り付
けは、以下のようにして行なう。なお、以下では模様の
ことをテクスチャ、貼り付けることをマッピングと呼ぶ
ことにする。形状にテクスチャをマッピングすること
で、形状の定義だけでは表現できない、または定義する
ことが難しい、細かい模様や、質感などを表現すること
ができる。

【００３２】まず、テクスチャをマッピングする形状を
カーソルにより選択する。次に、操作メニュー３０６の
マッピング情報メニュー４０１を選択し、その形状に関
するマッピングの定義状況を表示する。定義状況は、例
えば図４に示すように操作画面３０１上にマッピング登
録ウインドウ４０３により表示する。マッピング登録ウ
インドウ４０３内には現在登録されているマッピングの
状況が、登録セル４０４により表示される。一つの形状
には複数のマッピングを同時に定義することができ、一
つの定義に、一つのマッピング登録セル４０４が対応す
るように表示される。また、各マッピングの登録セル４
０４上にマッピングの定義状態を文字やイメージで表示
することで、一目でどのようなマッピングが定義されて
いるのかを識別することができる。

【００３３】マッピング登録セル４０４がマッピング登
録ウインドウ４０３内に一度にすべて表示できない場合
には、マッピング登録ウインドウ４０３に隣接したスク
ロールボタン４０５により横方向又は縦方向にスクロー
ルして表示することができる。

【００３４】カーソル３０８をマッピング登録ウインド
ウ４０３内に置き、ボタンを押下することによりメニュ
ー４０６が表示される。ここで「定義追加」４０７を選
択すると、現在選択中の形状に対しマッピングの定義が
追加される。また、「定義削除」４０８を選択するとカ
ーソルが位置する場所のマッピング登録セルに登録され
ているマッピングが定義から外される。「詳細情報」４
０８を選択すると、カーソルが位置する場所のマッピン
グ登録セル４０４に登録されているマッピングの詳細情
報が、第５図に示すようなマッピング情報設定ウインド
ウ５０１に表示される。「グリッド表示」４０９を選択
すると、カーソルが位置する場所のマッピング登録セル
４０４に登録されているマッピングの定義グリッドが各
面図３０２、３０３、３０４、３０５（図３）に表示さ
れる。表示されている状態でもう一度「グリッド表示」
４０９を選択すると表示されていたグリッドが消える。

【００３５】図５はマッピング情報設定ウインドウ５０
１の一表示例を示す。

【００３６】マッピング情報設定ウインドウ５０１には
有効無効ボタン(valid)５０２、画像名表示入力領域(na
me)５０３、マッピング種別選択ボタン５０４、マッピ
ンググリッド選択ボタン５０５、グリッド位置表示入力
領域（position)５０６、グリッド角度表示入力領域(ro
tation)５０７、グリッド拡大率表示入力領域(scale)５
０８、画像位置入力領域(img pos)５０９、画像位置サ
イズ領域(img size)５１０、繰り返し有無ボタン(repea
t)５１１、画像編集ボタン(EDIT)５１２、画像表示領域
５１３、指示取消ボタン(CANCEL)５１４、指示確認ボタ
ン(OK)５１５が設けられる。

【００３７】有効無効ボタン５０２は、表示されている
マッピングが実際に形状に施されるか否かを指示するボ
タンである。

【００３８】画像名表示入力領域５０３はマッピングに
使用する画像ファイルの名前を表示入力する領域であ
る。画像データを変更する場合には、この領域にカーソ
ルを位置づけボタンを押下することによって、領域に文
字を入力できるようになるので、ここで変更するデータ
の名前を入力する。

【００３９】マッピング種別選択ボタン５０４には「te
xture」「bump」「displacement」「reflection」「ref
raction」「transparency」等のように、どのようなマ
ッピングを施すのかを選択するものであり、いずれか一
つのボタンが選択される。選択されているマッピングが
形状に作用する。「texture」を選択すると、画像の色
を形状表面の色としてマッピングする。「bump」を選択
すると、例えば画像の明るさを高さのデータとして計算
し、隣接する画素との高低差から、各画素における法線
ベクトルを計算し、法線ベクトルが垂直方向からどれほ
ど変位しているかを計算する。マッピングを行なうとき
に対応する画素における変位成分を形状の法線に加える
ことにより法線を振らせる。「displacement」を選択す
ると、例えば対応する画素の明るさを高さの変位成分と
して、マッピングを行なう際形状の位置を形状の法線方
向へ対応する画素の換算高さ分だけ変位する。「reflec
tion」を選択すると、画像が選択している形状の周りに
あり、形状にその画像が映り込んでいるようにマッピン
グする。環境マッピングとも呼ばれる。「refraction」
を選択すると、選択している形状の向こう側に画像があ
り、形状を通して画像が屈折してみえるようにマッピン
グする。「transparency」を選択すると、例えば画像の
明るさ（濃淡値）に対応して形状が不透明から半透明、
透明になるようにマッピングする。

【００４０】マッピンググリッド選択ボタン５０５はマ
ッピングを行なう際に形状に対してどのような座標系で
マッピングを行なうかを選択するボタンである。マッピ
ンググリッド選択ボタン５０５には平面上の画像を平面
の法線方向に平行に投影したようにマッピングする「pl
ane」、円筒上の画像を中心線の方向に投影したように
マッピングする「cylinder」、球面上の画像を中心に投
影したようにマッピングする「sphere」、立方体の各面
上の画像を各面の法線方向に平行に投影したようにマッ
ピングする「cubic」などがある。なお、「cubic」の場
合、マッピングを行なう形状の法線方向によって、その
なす角がもっとも小さい法線方向を持った面から画像を
マッピングする。この方法を拡張し、４面体、８面体な
どの任意の面体のマッピンググリッドを実現することが
できる。

【００４１】「cubic」の場合の処理をもう少し詳しく
説明すると次のようになる。マッピングを指示する座標
系は直交座標系であり、例えば画像はその中のＸＹ平面
上に指定されているものとする。マッピングを行なう形
状上の各点が、画像上のどこに対応するかを計算すると
きに、形状上の点における法線ベクトルをまず計算す
る。法線ベクトルを求める対象となる形状上の点として
は、形状を構成する各ポリゴン内の一点、あるいはポリ
ゴンの頂点とする。場合によってはポリゴンの内部の点
も含める。求まった法線ベクトルのＸＹＺの値の中で絶
対値がもっとも大きな値の軸が、その法線ベクトルにも
っとも平行に近い軸なので、その軸から投射した画像を
その点に対応付ける。つまり、Ｘ軸ならばＹＺ平面に、
Ｙ軸ならばＸＺ平面に、Ｚ軸ならばＸＹ平面に画像があ
るように貼り付ける。

【００４２】グリッド位置表示入力領域５０６、グリッ
ド角度表示入力領域５０７、グリッド拡大率表示入力領
域５０８はマッピングの位置決め、大きさ決めを行なう
ためのものであり、現在の値が、各領域に表示される。
変更するときは、変更したいデータの領域をカーソル３
０８により指示し、キーボード等から入力する。

【００４３】画像位置入力領域５０９、画像サイズ入力
領域５１０は指示したグリッド内に画像をどのように配
置するかを指示、表示するものである。画像は図６に示
すようにグリッド内に位置（posx, posy）を基準点とし
た、幅widthおよび高さheightで定まる領域に配置され
る。この時、幅または高さが負の値の場合、画像はそれ
ぞれ横反転、縦反転をする。両方の値が負の場合、左右
上下が反転した画像となる。各値を変更するには、入力
領域５０９、５１０をカーソル３０８で指示し、キーボ
ード等で入力する。または、画像表示領域５１３内の画
像表示枠６０１をカーソル３０８で変更することにより
行なう。例えば、位置の移動は、カーソル３０８を画像
表示枠６０１の内側に位置させマウスのボタンを押下し
たままで上下左右にカーソルを移動する。これにより、
移動した分に対応し（posx, posy）の値が変化し、位置
が移動する。また、サイズの変更はカーソル３０８を画
像表示枠６０１の枠の近くに位置させマウスのボタンを
押下したままで上下左右にカーソルを移動する。これに
より指示した枠の位置がカーソルの位置に合わせ変化す
る。結果として幅と高さの値width, heightが変化す
る。この時、指示した枠により画像の表示位置も変化す
る場合もある。

【００４４】繰り返し有無ボタン５１１は画像をマッピ
ングする際、指示した画像の領域を越えて形状がある場
合に、その領域について基準となる画像のパターンを繰
り返してマッピングを行なうか否かを指示するボタンで
ある。

【００４５】画像編集ボタン５１２はテクスチャマッピ
ングを行なう画像を生成編集するためのボタンであり、
このボタンを選択することにより画像生成部１０３が起
動し、画像編集ウインドウ７０１が画面１０６上に表示
される。画像の編集に関しては後述する。

【００４６】画像表示領域５１３は指示したグリッド内
にどのように画像が配置されるかを表示するものであ
る。ここには、現在編集中の画像をそのまま表示しても
良いが、画像のデータの並びを示す記号、例えば矢印な
どを表示することもできる。

【００４７】指示取消ボタン５１４、指示確認ボタン５
１５はそれぞれ、マッピング情報設定ウインドウ５０１
により指示した内容をキャンセルするか、反映させるか
を指示するものである。どちらかのボタンを選択するこ
とにより、マッピング情報の設定処理が終了し、マッピ
ング情報設定ウインドウ５０１が画面１０６から消去さ
れる。

【００４８】図７は画像編集ウインドウ７０１の一例を
示す。図中、７１２は編集画像表示領域、７１３は画像
表示領域内に実際に編集画像が表示される領域を示して
いる。

【００４９】スキャナボタン７０２は、スキャナ読み込
み部２０１を起動するためのボタンである。形状に貼り
付けるテクスチャとして、実際にある素材を利用したい
場合には、このスキャナボタン７０２を選択し、画像デ
ータをスキャナ２０６から読み込む。読み込まれた画像
は編集画像表示領域７１２に表示され、画像蓄積部２０
５に記憶される。

【００５０】ファイルボタン７０３は、画像蓄積部２０
５と外部記憶装置２０７の間で画像データの読み書きを
行なうためのボタンである。

【００５１】環境マップボタン７０４は３次元空間内の
指示した点における環境マッピング用の画像データを生
成するためのボタンである。環境マッピング用画像の生
成方法に関しては後述する。

【００５２】ペン先編集ボタン７０５は、画像編集時に
使用するペンの形状を編集するためのボタンである。ペ
ン先編集ボタン７０５を選択すると、図９に示すような
ペン先編集ウインドウ９０１が表示される。

【００５３】パレットボタン７０６は画像編集時に使用
する色を指定するものである。

【００５４】カレントペン先表示７０７は現在のペン先
の状態を表示するものである。

【００５５】７０８は現在使用可能なペンの色やパター
ンを示している。

【００５６】描画ツールメニュー７０９には「直線」
「四角形」「多角形」「円」「楕円」「文字」「フリー
ハンド」などの項目があり、カーソルにより選択するこ
とにより必要な描画ツールを選択し、編集画像表示領域
に描画することができる。描画の際に現在のペン先の状
態で図形が描画される。

【００５７】編集ツールメニュー７１０には「変形」
「消去」「ぼかし」等の項目があり、カーソルにより選
択することにより必要な編集ツールを選択し、編集画像
表示領域内の図形および画像を編集することができる。
「変形」を選択すると描画されている図形の頂点の座標
などを変更するモードになる。「ぼかし」を選択すると
カーソルにより指示した位置の画像データを変更し、ぼ
けた画像にすることができるモードになる。

【００５８】ぼかしの処理は以下のように行なう。カー
ソル３０８をぼかしを行ないたい位置に置き、マウスの
ボタンを押下する。これによりぼかし処理が始まる。ぼ
かし処理では例えば以下のような処理を行なう。カーソ
ル３０８の位置にある縦Ｎ画素、横Ｎ画素の画像を取り
出し、取り出した画像データの各画素に対して次の処理
を行なう。対象画素とそれに隣接する８画素のデータの
平均を取り、対象画素の新しいデータとする。これをＮ
＊Ｎ画素（＊は乗算の演算子）のデータ全てに行ない、
またもとの位置に戻す。これを、カーソル３０８の移動
にともない繰り返すことによりぼかしを行なう。この処
理で平均を取るところを、画素の位置に対応した荷重平
均にすることにより、ぼかしの効果を小さくしたり、大
きくすることができる。また画像データが大きく変化す
るところを強調した画像を作成することもできる。荷重
平均の重み付けの値を表形式にしてユーザに指定させる
ことも可能である。

【００５９】マッピング画像を繰り返してマッピングす
る時に繰り返しの起きる境界で画像の値がつながらず境
界線が見えることがあるが、その様な場合このぼかし処
理により、境界を目立たなくすることが可能である。こ
のために、編集画像表示領域７１２は編集画像の大きさ
７１３よりも大きく表示され、画像の外の領域には画像
が繰り返したときの画像を表示することができる。これ
により、境界をはさんだ画像間でぼかしを行なうことが
できる。

【００６０】タイル生成ボタン７１１は、タイルのよう
な規則性を持った模様を生成するためのボタンであり、
選択することによってタイルパターン生成ウインドウ１
１０１が表示される。詳細は後述する。

【００６１】指示取消ボタン７１４、指示確認ボタン７
１５は、それぞれ、画像編集ウインドウ７０１により指
示、生成した内容をキャンセルするか、反映させるかを
指示するものである。どちらかのボタンを選択すること
により、画像の編集処理が終了し、画像編集ウインドウ
７０１が画面１０６から消去される。

【００６２】図８は環境マッピング用画像の生成方法を
示した図である。

【００６３】環境マッピングは、あたかも形状の周りの
ものがその形状に映り込んでいるように画像をマッピン
グする方法である。つまり、用意する画像は対象とする
形状の全周を写した複数の画像を必要とする。本発明で
は、これら複数の画像を一枚の画像にまとめ、一回の指
示でマッピングが行えるようにする。そのような一枚の
画像を生成するために以下のような処理を行なう。

【００６４】世界座標系８０１内の対象としている形状
の基準座標８０２から前後左右上下を見た画像を生成す
る。画像生成処理８０３はレンダリング・マッピング処
理部１０５が行ない、画像生成部１０３に結果が渡る。
画像生成時には画角は全ての画像に対して９０度前後と
すると品質の良い画像が得られる。また画像生成をレン
ダリング・マッピング処理部１０５で行なうのではな
く、実際の世界の前後左右上下を撮影した写真の画像を
スキャナ２０６から読み込むようにしてもよい。

【００６５】生成した前画像（Ａ）８０４、左画像
（Ｂ）８０５、後ろ画像（Ｃ）８０６、右画像（Ｄ）８
０７、上画像（Ｅ）８０８、下画像（Ｆ）８０９は次の
ようにして一枚の画像になる。まず、上画像８０８と下
画像８０９は分割処理８１０により、それぞれ４つの三
角形画像８１１、８１２にする。この分割処理では、各
画像を２本の対角線で分割することにより、４つの三角
形を生成する処理を行なう。図８の上画像８０８を分割
するには、同図左下に示すように、各頂点をそれぞれE
1, E2, E3, E4、中心をEOとすると、出来上がる三角形
はE1-E2-E0, E2-E3-EO, E3-E4-EO, E4-E1-EOの４つとな
る。各三角形の辺E1E2は画像Ａに対向し、辺E2E3は画像
Ｂに、辺E3E4は画像Ｃに、辺E4E1は画像Ｄにそれぞれ対
向する。下画像８０９についても同様である。

【００６６】つぎに画像の伸張処理８１３を行なう。出
来上がりの最終画像の大きさを横Ｗ，縦Ｈとすると、前
画像８０４、左画像８０５、後ろ画像８０６、右画像８
０７に関しては、それぞれ横W / 4、縦H / ２の大きさ
にする。出来上がった４枚の画像ａ，ｂ，ｃ，ｄを８１
５とする。上下の画像を分割した三角形画像８１１、８
１２に関しては、横W / 4 、縦Ｈ / 4 の大きさの方形
画像８１４、８１６に伸張する。

【００６７】三角形の画像を四角形の画像に伸長するに
は、例えば三角形E1-E2-EOを四角形e1-e2-e3-e4に伸張
するには次のようにする。四角形e1-e2-e3-e4内の点
（x, y）８２１における画像のデータは、E1-E2の長さ
をL、E1-E4の長さをMとすると、三角形内、（ (4*L*x)/W+(2*L*y)/H-(16*L*x*y)/(W*H),（2*M*y)/H ）の位置８２２における画像のデータになる（なお座標は
直交座標系で、E1およびe1が原点であるとする）。この
ようにして三角形内の画素列８１９が四角形の画素列８
２０に伸張される。

【００６８】以上のようにして作成した１２個の画像８
１４、８１５、８１６を画像配置処理８１７によって一
枚の画像８１８に合成する。この時、画像の順番は例え
ば前左後ろ右の順番に左から右に並べ、上と下の画像を
それぞれ対応する前左後ろ右の画像の上下に配置する。
このようにして作成した画像８１８を環境マッピング用
のデータとする。

【００６９】三角形へ分割して再配置する画像は上下の
画像に限らず他の画像でもよい。この場合、分割する２
枚の画像は互いに相対する方向の画像であり、生成画像
の中央部に横に並べる４枚の画像の順番は三角形に分割
する２枚の画像の中点を通る線を軸として右周りまたは
左周りに一周した場合の順番となるようにする。この
時、生成画像の上下に配置する変形した四角形画像の順
番は中央部に並べた画像の順番と矛盾が起きないように
する。

【００７０】また、画像を生成画像に配置する場合また
は生成後に、生成画像を上下方向中央部ほど画素の縦方
向割当幅を広く、上下に行くほど狭くなるように変形し
て配置することにより歪みを小さくすることも可能であ
る。

【００７１】図９はペン先編集ウインドウ９０１の一表
示例である。

【００７２】ペン先編集ウインドウ９０１は図９（ａ）
に示すようにペン先編集メニュー９０２、ペン先濃度グ
ラフ表示領域９０３、幅，高さ値表示入力領域９０６，
９０７等からなる。ペン先濃度グラフ表示領域９０３に
は現在のペン先の濃度グラフ９０４が表示されている。
このグラフはカーソルにより指示した点からの距離によ
って各画素の値の濃度または色の変調する割合または設
定値を表示している。グラフ９０４は複数の制御点９０
５に基づいてその形状が決定される。ペン先編集メニュ
ー９０２には「制御点付加」「制御点削除」「スムージ
ング」などの項目がある。

【００７３】ペン先の編集は次のように行なう。最初何
も設定されていない状態では、ペン先の濃度グラフ９０
４は図９（ｂ）の９１０のように、中心からある距離離
れるまでは一定値で、それ以上は０となるような分布と
なっている。これを変更するには、ペン先編集メニュー
９０２の「制御点付加」を選択し、グラフ９１０上に制
御点９１１を作成する。この制御点９１１はカーソル３
０８により指示することによりカーソルの移動と共に位
置移動することができる。これにより、グラフを９１２
のように変更することができる。さらに、制御点を追加
し、グラフ９１３のようにすることもできる。不要とな
った制御点はペン先編集メニュー９０２の「制御点削
除」を選択することにより削除することができる。この
状態では、グラフは制御点を通る折れ線グラフである
が。ペン先編集メニュー９０２の「スムージング」を選
択することにより制御点の曲線補間が行われる。補間の
方法はスプライン曲線等の曲線発生アルゴリズムを使う
ことができる。

【００７４】濃度変化を及ぼす範囲や変化の割合は、
幅，高さ値表示入力領域９０６，９０７により指示する
ことができる。

【００７５】指示取消ボタン９０８、指示確認ボタン９
０９はそれぞれ、ペン先編集ウインドウ９０１により指
示、生成した内容をキャンセルするか、反映させるかを
指示するものである。どちらかのボタンを選択すること
により、ペン先の編集処理が終了し、ペン先編集ウイン
ドウ９０１が画面１０６から消去される。

【００７６】図１０は設定したペン先により画像を生成
するときの処理例を示したものである。

【００７７】カーソル３０８を、図形を描画したい開始
点に移動し、マウスのボタンを押下することにより、現
在のペン先の状態で濃淡値１００１が書き込まれる。そ
の状態でカーソルを移動すると、描画するツールとして
直線が選択されている場合には、最初に押下した位置か
ら、カーソルのある位置１００２まで直線が描画され、
その直線からの距離に応じて濃度分布が指定したグラフ
に示すような濃淡画像１００３が得られる。ボタンを放
すとその時点で直線が確定し、最終的に濃淡分布を持っ
た直線１００４が描画される。また、描画するツールと
して対角点を指定する四角形が選択されている場合に
は、四角形の周縁部において境界からの距離に従う濃度
分布を持った図形１００５が描画できる。

【００７８】生成した画像を形状の表面に貼り付けるこ
ともできるが、各画素の濃度又は明るさの値を３次元空
間における高さのデータであると読み変え、３次元の形
状の各位置の情報を形状の法線方向に変位させることに
よって、例えば１００６や１００８のような形状に１０
０７や１００９のような凹みや出っ張りを生成すること
ができるようになる。また、形状の位置を変更するので
はなく、面上の法線のみを画像のデータの変化量に対応
して変位させることにより、凹みや出っ張りの効果を表
現することができる。

【００７９】図１１はタイルパターン生成ウインドウ１
１０１の一表示例を示した図である。

【００８０】タイルパターン生成ウインドウ１１０１内
には各種パラメータの表示入力領域とその結果により生
成したタイルパターンの表示領域１１０２がある。指定
できるパラメータとしては以下のようなものがある。

【００８１】画像の大きさ１１０３は、生成する画像の
大きさを示している。各タイルパターンのタイルの大き
さは、タイルの大きさの基準値１１０４と分散値１１０
５により制御する。実際のタイルの大きさは、幅＝Ｗ＋Ｗｅ＊（０．５−Ｒ）高さ＝Ｈ＋Ｈｅ＊（０．５−Ｒ）により求める。ここで、ＷとＨはそれぞれ幅と高さの基
準値、ＷｅとＨｅはそれぞれ幅と高さの分散値である。
また、Ｒは乱数であり−１．０から１．０の値をとるも
のとする。

【００８２】目地の幅１１０６は、タイルとタイルの間
の隙間の間隔を示している。横方向基準位置のずれの基
準値１１０７，分散値１１０８は、各列でタイルをどれ
くらいずらしながら配置するかを決めるものである。実
際のタイルのずれは、各列毎にずれの値を次式により求
める。

【００８３】ずれ＝Ｓ＋Ｓｅ＊（０．５−Ｒ）ここで、Ｓは、ずれの基準値、Ｓｅは、ずれの値の分散
値である。また、Ｒは乱数であり−１．０から１．０の
値をとるものとする。求めた値を前回の列のずれ分に加
え、配置座標を決定する。

【００８４】周期性を持ったタイルの模様は、１周期の
タイルの横方向の数１１１０、縦方向の数１１１１、タ
イルパターン色基準配列１１０９、基準色の分散値１１
１２、ノイズ分の分散値１１１３により設定する。タイ
ルパターン色基準配列１１０９には繰り返しの基準とな
る色が表示されている。

【００８５】タイルの各画素の色は次のようにして求め
る。各タイル毎にタイルの色をまず決定する。これには
そのタイルが繰り返し周期の何番目のタイルであるかを
計算し、その値からタイルパターン色基準配列１１０９
を検索し基準となる色Ｃとする。その色Ｃに対して、タイルの色＝Ｃ＋Ｃｅ＊（０．５−Ｒ）を計算し、実際のタイルの色を求める。ここで、Ｃｅは
基準色の分散値１１１２である。次に、タイルの中の各
画素毎に、画素の色＝タイルの色＋Ｃｎ＊（０．５−Ｒ）を計算し、各画素の色を決定する。なお、Ｒは乱数であ
り−１．０から１．０の値をとるものとする。また、色
はＲＧＢ（赤、緑、青）、ＨＬＳ（色相、明度、彩度）
等の表色系により指定し、計算はそれぞれの成分に関し
て行なう。

【００８６】目地の色は、目地の基準色１１１４、分散
値１１１５により求める。目地の各画素の色を求める際
に、目地の色＝ＥＣ＋ＥＣｅ＊（０．５−Ｒ）によりもとめる。ここで、ＥＣは目地の基準色１１１
４、ＥＣｅは目地の色の分散値１１１５を示している。
なお、Ｒは乱数であり−１．０から１．０の値をとるも
のとする。また、色はＲＧＢ（赤、緑、青）、ＨＬＳ
（色相、明度、彩度）等の表色系により指定し、計算は
それぞれの成分に関して行なう。

【００８７】指示取消ボタン１１１６、指示確認ボタン
１１１７はそれぞれ、タイルパターン生成ウインドウ１
１０１により指示、生成した内容をキャンセルするか、
反映させるかを指示するものである。どちらかのボタン
を選択することにより、タイルパターンの生成処理が終
了し、タイルパターン生成ウインドウ１１０１が画面１
０６から消去する。

【００８８】以上のようにして形状に対してマッピング
の定義およびマッピングパターンの生成を行なう。

【００８９】次に、マッピングを作用させる位置、大き
さなどを対話的に指示する方法について説明する。

【００９０】マッピングの位置、大きさはマッピング座
標指示部１０４（図１）により行なう。マッピング座標
指示部１０４はユーザインタフェース１０１からの入力
により座標を決定し、その値をレンダリング・マッピン
グ処理部１０５に渡してマッピングを実行する。

【００９１】マッピングを行なうためには、マッピング
の基準座標、回転角度、大きさが必要となる。これらの
データは、前述したように、マッピング情報設定ウイン
ドウ５０１内の入力領域５０６、５０７、５０８に数値
を直接入力することにより設定できる。また、基準座
標、回転角度、大きさのデータを表すマッピンググリッ
ドを利用して対話的に設定することができる。具体的に
は、マッピンググリッド選択ボタン５０５で選択したグ
リッドによりマッピングの座標系が決まり、それぞれに
必要なデータが各座標系のグリッドにより指定される。

【００９２】例えば、マッピンググリッド選択ボタン５
０５により、「sphere」が選択された場合には、図１２
の極座標系グリッド１２０１が各面図３０２、３０３、
３０４、３０５（図３）に重ねて表示される。また、
「cylinder」が選択された場合は円筒座標系グリッド１
２０２が、「plane」が選択された場合は平面座標系グ
リッド１２０３がそれぞれ表示される。「cubic」が選
択された場合には平面座標系グリッド１２０３または、
平面座標系グリッド１２０３を６個組み合わせた立方体
グリッド１２０４が表示される。一つのオブジェクトに
複数のマッピングを指示することにより、円筒座標系グ
リッド１２０２と平面座標系グリッド１２０３を同時に
定義することもできる。

【００９３】各マッピンググリッドには、位置、大き
さ、回転角度を変更するためのコントロールポイントが
ある。カーソル３０８によりそのポイントをつかみ移動
させることにより位置、大きさ、回転角度を指定するこ
とができる。例えば極座標系グリッド１２０１の場合、
ＸＹＺの各座標軸は位置移動、各座標軸の先端部は回転
角度、赤道線（ＸＹ平面上の断面線）は大きさの指示の
ためのコントロールポイントであり、カーソルの移動に
伴い各コントロールポイントが追従するように、位置、
大きさ、回転角度を決め、その値を新しいデータとす
る。

【００９４】最後に、各処理部の流れを示す。

【００９５】図１３はシステムの全体処理の流れを示
す。処理１３０１でキーボードやマウスの入力を待つ。
入力があったならば、それが各面図上ならば、処理１３
０２で表示しているオブジェクトの選択を行なう。メニ
ューの選択ならば処理１３０３で各メニューの処理を行
なう。その他、システム制御の各処理を処理１３０４、
１３０５、１３０６により行なう。処理が終了すると再
び処理１３０１の入力指示待ちとなる。

【００９６】メニュー選択処理１３０３の内部処理を図
１４に示す。選択されたメニューにしたがって、マッピ
ング登録ウインドウ表示処理１４０１、マッピンググリ
ッド変更処理１４０２、マッピング定義追加処理１４０
３、マッピング定義削除処理１４０４、マッピング詳細
情報表示処理１４０５、マッピンググリッド表示処理１
４０６などを行なう。各処理を終了すると、処理１４０
７で、本メニュー選択処理を呼んだ処理へリターンす
る。

【００９７】マッピング詳細情報表示処理１４０５の内
部処理を図１５に示す。マッピング詳細情報表示処理１
４０５では、まず現在のマッピングに関する情報を処理
１５０１によりマッピング情報設定ウインドウ５０１上
に表示する。その後、マウスやキーボードなどからの入
力を処理１５０２で待つ。入力があったならば、その入
力にしたがってパラメータ入力領域処理１５０３、画像
表示領域処理１５０４、画像編集処理１５０５、終了処
理１５０６を行なう。処理１５０３ではマッピングの座
標系の指示の変更などを行ない。処理１５０４では画像
表示領域５１３内で画像の大きさの変更を行なう。終了
処理１５０６では、指示されたパラメータを格納又は破
棄し、処理１５０７でマッピング情報設定ウインドウの
消去を行ない、処理１５０８で、本マッピング詳細情報
表示処理１４０５を呼んだ処理へリターンする。

【００９８】図１６に画像編集処理１５０５の内部処理
を示す。まず処理１６０１で画像編集ウインドウ７０１
を表示する。その後マウスやキーボードなどからの入力
を処理１６０２で待つ。入力があったならば、その入力
にしたがってスキャナ／ファイル読み込み処理１６０
３、環境マップ作成処理１６０４、ペン先編集処理１６
０５、描画ツール選択処理１６０６、タイルパターン生
成処理１６０７、描画処理１６０８、終了処理１６０９
を行なう。描画処理１６０８では現在設定されているペ
ン先の状態で、現在選択中の描画ツールに従った図形を
編集画像表示領域７１２内に描画する。終了処理１６０
９では、作成した画像を格納又は破棄し、処理１６１０
で画像編集ウインドウ７０１の消去を行ない、処理１６
１１で、本画像編集処理１５０５を呼んだ処理へリター
ンする。

【００９９】図１７にペン先編集処理１６０５の内部処
理を示す。まず、処理１７０１でペン先編集ウインドウ
９０１の表示を行ない、その後マウスやキーボードなど
からの入力を処理１７０２で待つ。入力があったならば
その入力に従って制御点削除／追加処理１７０３、スム
ージング処理１７００４、パラメータ入力処理１７０
５、変化分布変形処理１７０６、終了処理１７０７を実
行する。終了処理１７０７では設定したペン先の状態を
格納又は破棄し、処理１７０８でペン先編集ウインドウ
９０１の消去を行ない、処理１７０９で、本ペン先編集
処理１６０５を呼んだ処理へリターンする。

【０１００】図１８にタイルパターン生成処理１６０７
の内部処理を示す。まず、処理１８０１でタイルパター
ン生成ウインドウ１１０１を表示する。その後、マウス
やキーボードなどからの入力を処理１７０２で待つ。入
力があったならばその入力に従ってパラメータ入力処理
１８０３、タイルパターン色基準配列変更処理１８０
４、終了処理１８０６を行なう。パラメータ入力処理１
８０３または、タイルパターン基準色配列変更処理１８
０４ならば、処理１８０５により新しいパラメータでタ
イルパターンを生成する。終了処理ならば、作成したタ
イルパターンを格納または破棄し、処理１８０７でタイ
ルパターン生成ウインドウ１１０１を消去し、処理１８
０８で、本タイルパターン生成処理１６０７を呼んだ処
理へリターンする。

【０１０１】

【発明の効果】本発明により、ペン先からの距離と濃度
変更分布にしたがって各画素の値を変更できることか
ら、一回のペン操作で微妙な濃淡画像または、凹凸の形
状を定義できるようになる。

【０１０２】また本発明により、繰り返しパターンの色
を基本の色とその色に対する変位量により、色むらやゴ
ミ、汚れを考慮した自然な繰り返しパターンを簡単に作
成できるようになる。また、配置の基準位置を与えるこ
とにより、複雑な格子模様を表現できるようになる。

【０１０３】また本発明により、貼り付けを行なう形状
の中心から見た上下左右前後の画像を、あたかも球体の
表面を広げたかのような一枚の画像に高速に変換できる
ようになる。

【０１０４】さらに本発明により、面の法線データとマ
ッピング方向のデータから、面の向きともっとも正対に
近い向きのマッピング方法が選択できるため、貼り付け
る面上の模様が大きく歪んで貼り付けられることがなく
なり、模様が流れたようにはならなくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例のシステム構成図。

【図２】画像生成部の内部構成図。

【図３】操作画面の表示例の説明図。

【図４】操作画面上のマッピング登録ウインドウ表示例
の説明図。

【図５】マッピング情報設定ウインドウの一表示例の説
明図。

【図６】画像の配置の指示例の説明図。

【図７】画像編集ウインドウの一表示例の説明図。

【図８】環境マッピング用画像の生成方法の説明図。

【図９】ペン先編集ウインドウの一表示例の説明図。

【図１０】設定したペン先により画像を生成するときの
処理例の説明図。

【図１１】タイルパターン生成ウインドウの一表示例の
説明図。

【図１２】マッピング指示グリッドの表示例の説明図。

【図１３】システムの全体処理の流れを示すフローチャ
ート。

【図１４】メニュー選択処理の内部処理を示すフローチ
ャート。

【図１５】マッピング詳細情報表示処理の内部処理を示
すフローチャート。

【図１６】画像編集処理の内部処理を示すフローチャー
ト。

【図１７】ペン先編集処理の内部処理を示すフローチャ
ート。

【図１８】タイルパターン生成処理の内部処理を示すフ
ローチャート。

【符号の説明】

１０１…ユーザインタフェース部、１０２…形状生成
部、１０３…画像生成部、１０４…マッピング座標指示
部、１０５…レンダリングマッピング処理部、１０６…
画面、２０２…環境マッピングデータ作成部、２０３…
タイルパターン生成部、２０４…画像エディタ部、３０
１…操作画面、３０８…カーソル、５０１…マッピング
情報設定ウインドウ、７０１…画像編集ウインドウ、９
０１…ペン先編集ウインドウ、１１０１…タイルパター
ン生成ウインドウ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者富田次男茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者坂元昭弘茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表示装置の表示画面上でカーソルにより描
画点を指示しながら描画することにより画像を生成する
画像生成方法であって、前記カーソルの指示点をペン先とみなし、該ペン先近傍
の濃度分布を当該ペン先からの距離に応じて予め定めて
おき、該濃度分布に従って描画濃度を決定することを特
徴とする画像生成方法。
【請求項２】前記濃度分布は、前記指示点からの距離に
対する濃度を表わすグラフにより定めることとし、該グ
ラフの形状を表示画面上で任意に変更可能としたことを
特徴とする請求項１記載の画像生成方法。
【請求項３】３次元形状データに基づいて、表示装置の
２次元表示画面上に表示する３次元形状の画像を生成す
る際、請求項１の濃度分布を有するペン先で濃淡画像を
描画し、該濃淡画像の各画素毎の濃淡値を３次元形状の
表面上の点における法線の変更または表面座標の位置変
更に利用することにより、表示される３次元形状の表面
上に凹凸を形成することを特徴とする請求項１記載の画
像生成方法。
【請求項４】３次元形状データに基づいて、表示装置の
２次元表示画面上に表示する３次元形状の画像を生成す
る画像生成方法であって、３次元の形状上に該形状の全周の画像を貼り付ける際、
該形状内の点から前後、左右、上下の６方向を向いたと
きの６枚の画像を生成し、該前後左右の４枚の画像に関
しては前右後左または左後右前の順に横並びに並べ、上
下の２枚の画像に関しては各画像を対角線で区切った４
つの三角形の画像を生成し、それぞれの三角形画像に対
し、もと対角線であった２辺を平行になるまで広げ、対
角線の交点であった点を線に変形することにより四角形
とし、さらに、作成した該上下各々４枚の四角形画像
を、前後左右の４枚の画像を組み合わせた画像のそれぞ
れ上と下に配置することにより一枚の画像を生成するこ
とを特徴とする画像生成方法。
【請求項５】前記前後左右の４枚の画像および上下各々
４つの三角形の画像に対して、最終の前記一枚の画像の
サイズに応じて、伸張処理を施すことを特徴とする請求
項４記載の画像生成方法。
【請求項６】表示装置の表示画面上で画像を生成する
際、タイル状の繰り返しパターンを生成する場合、各タ
イルの幅、高さ、配置するときの基準位置のずれ、目地
の幅、縦横方向の繰り返し幅、繰り返されるタイルの
色、目地の色のすべてか又は一部を与え、さらに、各パ
ラメータのすべてか一部について、その値を乱数により
変位させるときの変位量を与えることにより繰り返しパ
ターンを生成することを特徴とする画像生成方法。
【請求項７】３次元形状データに基づいて、表示装置の
２次元表示画面上に表示する３次元形状の画像を生成す
る画像生成方法において、３次元形状に画像を貼り付ける際、複数の貼り付け方向
を予め定めておき、前記３次元形状上の面の法線方向を
算出し、前記複数の貼り付け方向のうち前記算出された
法線方向に対して最も平行に近い貼り付け方向を選択
し、該貼り付け方向から前記３次元形状上の面に画像を
貼り付けることを特徴とする画像生成方法。