JPH05189582A - 画像生成方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】各物体形状毎にスクリーン２３ａ上へ投影し、
隠面消去する。投影された反射面２５ａに対して、面対
称に座標変換した視点２１ｂと視線２２ｂに従って、各
物体形状毎にスクリーン２３ｂ上へ投影し、隠面消去す
る。反射面２５ａをスクリーン２３ｂ上に投影した画像
領域内の隠面消去画像を反射面２５ａの反射率に従って
合成し、鏡面反射画像を得る。 【効果】全処理量が生成画像の全画素数に直接関係せ
ず、全物体数に比例した全処理量に抑えることができ、
物体表面での鏡面反射現象を表現する高速な画像生成方
法を得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、画像表示装置におい
て、物体表面での鏡面反射現象を表現する画像生成方法
とその装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、物体表面での鏡面反射現象を表現
する写り込み画像生成方法は、現実感の高い画像を生成
する必要性の高いデザインシミュレーション、インテリ
アシミュレーション、景観シミュレーションに利用され
ている。

【０００３】以下に従来の物体表面での鏡面反射現象を
表現する写り込み画像生成方法について説明する。

【０００４】従来、頂点座標が与えられたポリゴンで表
現された物体データと、視点位置と、視線方向と、物体
を投影するスクリーンの位置のデータとを入力し、物体
の表面に他の物体が写り込んだ画像を生成する方法とし
て、レイトレーシング法あるいはビームトレーシング法
が使用されていた。レイトレーシング法については、例
えば特開昭６４−３１２７９号公報に示されている。ビ
ームトレーシング法については、例えばＡＣＭ、ＳＩＧ
ＧＲＡＰＨ’８４、Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｒａｐｈｉｃ
ｓ第１８巻３号１１９ページから１２７ページに示され
ている。

【０００５】以下図面を参照しながら、上述した従来の
写り込み画像生成方法について説明する。図１３は従来
の方法を実施するための画像生成システムのブロック図
である。図１３において、１はデータ入力部で、頂点座
標が与えられたポリゴンで表現された物体データと、視
点位置と、視線方向と、物体を投影するスクリーンの位
置のデータとを入力するものである。２は画像生成部
で、データ入力部１で入力したデータを元に、物体の表
面に他の物体が写り込んだ画像を生成するものである。
３は画像表示部で、画像生成部２で生成された画像を表
示するものである。

【０００６】次に図面を参照しながら、上述した従来の
鏡面反射を表現するレイトレーシング法について説明す
る。図２は従来の鏡面反射を表現するレイトレーシング
法を表す概念図である。図３は従来の鏡面反射を表現す
るレイトレーシング法の全体の処理の流れ図である。図
４は従来の鏡面反射を表現するレイトレーシング法の光
線の輝度を求める処理の流れ図である。

【０００７】以上のように構成されたレイトレーシング
法について、以下、図１３および図２〜４を用いてその
動作を説明する。

【０００８】まず、データ入力部１で、頂点座標が与え
られたポリゴンで表現された物体データ９ａと９ｂと、
視点位置５と、視線方向６と、物体を投影するスクリー
ン８の位置と大きさのデータとを入力する。

【０００９】次に、画像生成部２で、図３および図４の
処理の流れ図に示したレイトレーシング法に従って、画
像を生成する。処理１０で、スクリーン８の左上から順
に画素を１つずつ取りだし、処理１１で、画素がなくな
れば生成処理を終了する。処理１２で、視点５を始点と
し、取り出した画素７を通る光線データ４ａを作成す
る。処理１３ａで、光線データ４ａに対し、図４に示し
た光線の輝度を求める処理を行なう。

【００１０】そして、図４に示した光線の輝度を求める
処理では、まず、処理１５で、光線４ａとすべての物体
との交点の内で、最も光線の始点に近い交点を求める。
処理１６で、交点がなければ、図４に示した光線の輝度
を求める処理を終え、図３の処理１４に復帰して処理を
続行する。交点があれば、処理１７で、交点の物体９ａ
の表面の輝度を求める。処理１８で、交点の物体９ａの
表面が反射特性を持たない時は、求めた輝度をそのまま
光線４ａの輝度とし、図３の処理１４に復帰して処理を
続行する。反射特性を持てば、処理１９で、交点を始点
とし、光線４ａの物体表面での反射方向へ進む光線デー
タ４ｂを作成する。処理１３ｂで、この新たに作成した
光線データ４ｂに対し、図４に示した光線の輝度を求め
る処理を再帰的に行なう。再帰的に行なった光線の輝度
を求める処理からの復帰先は、図４の処理２０になる。
処理２０で、得られた光線４ｂの輝度と交点の物体表面
の輝度とを合成した輝度を光線４ａの輝度として、図３
の処理１４に復帰して処理を続行する。

【００１１】図３の処理１４で、得られた光線４ａの輝
度を画素７の輝度として画像表示部３に表示し、処理１
０のスクリーン８上の次の画素を取り出す処理に戻る。
すべての画素を処理すれば、鏡面反射を表現した写り込
み画像が表示される。

【００１２】次に図面を参照しながら、上述した従来の
鏡面反射を表現するビームトレーシング法について説明
する。図１６は従来の鏡面反射を表現するビームトレー
シング法を表す概念図である。図１４は従来の鏡面反射
を表現するビームトレーシング法の全体の処理の流れ図
である。図１５は従来の鏡面反射を表現するビームトレ
ーシング法のビームの各画素の輝度を求める処理の流れ
図である。

【００１３】以上のように構成されたビームトレーシン
グ法について、以下、図１３〜１６を用いてその動作を
説明する。

【００１４】まず、データ入力部１で、頂点座標が与え
られたポリゴンで表現された物体データ２４ａと２４ｂ
と、視点位置２１ａと、視線方向２２ａと、物体を投影
するスクリーン２３ａの位置と大きさのデータとを入力
する。

【００１５】次に、画像生成部２で、図１４および図１
５の処理の流れ図に示したビームトレーシング法に従っ
て、画像を生成する。処理８４で、視点２１ａを始点と
し、スクリーン２３ａをビームの多角形とするビーム９
６ａのデータを作成し、処理８５ａで、図１５に示した
ビームの各画素の輝度を求める処理を行なう。

【００１６】そして、図１５に示したビームの各画素の
輝度を求める処理では、まず、処理８７で、ビーム９６
ａの始点でもある視点２１ａとビーム９６ａの方向を表
す視線２２ａに合わせて物体を座標変換する。処理８８
で、ビーム９６ａの始点に近い順に物体を取り出す。図
１６では、物体２４ａが取り出される。処理９０で、物
体２４ａをスクリーン２３ａに投影した多角形とビーム
９６ａの多角形との交差多角形９７ａを求め、ビーム９
６ａの多角形から交差多角形９７ａを除く。処理９２
で、交差多角形９７ａ内の各画素について、物体２４ａ
の表面の輝度を計算し、ビーム９６ａの対応する各画素
の輝度とする。物体２４ａの表面が反射特性を持てば、
処理９４で、ビーム９６ａを物体２４ａの表面に対し面
対象変換したビーム９６ｂを作成する。ビーム９６ｂの
多角形は交差多角形９７ａに初期化される。処理８５ｂ
で、図１５に示したビームの各画素の輝度を求める処理
を再帰的に行なう。再帰的に行なったビームの各画素の
輝度を求める処理の復帰先は、図１５の処理９５にな
る。処理９５で、得られたビーム９６ｂの各画素の輝度
とビーム９６ａの対応する各画素の輝度を物体２４ａの
表面の反射特性に従って合成し、ビーム９６ａの対応す
る各画素の輝度とする。以上の処理をすべての物体に対
して行ない、ビーム９６ａの各画素の輝度を求め、図１
４の処理８６に復帰して処理を続行する。

【００１７】図１４の処理８６で、得られたビーム９６
ａの各画素の輝度を画像表示部３に表示すれば、鏡面反
射を表現した写り込み画像が表示される。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな構成では、レイトレーシング法において、各画素毎
に光線とすべての物体との交点の内で最も光線の始点に
近いものを求める必要があるので、生成画像の全画素数
に比例して全処理量が増加するという課題を有してい
た。

【００１９】また、ビームトレーシング法において、ビ
ームの始点に近い順に物体を取り出す必要があるので、
全物体数の自乗に比例して全処理量が増加するという課
題を有していた。

【００２０】本発明は上記課題に鑑み、全処理量が生成
画像の全画素数に直接関係せず、全物体数に比例した全
処理量に抑え、物体表面での鏡面反射現象を表現する高
速な画像生成方法とその装置を提供するものである。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の画像生成方法および装置は、各物体形状毎に
画像上に投影し、奥行画像と物体の識別子画像と第１の
輝度画像を生成し、投影された反射特性を持つ物体の反
射面に対して面対称に座標変換した視点位置と視線方向
と奥行画像と物体の識別子画像に従って、各物体形状毎
に画像上に投影し、第２の輝度画像を生成し、第１と第
２の輝度画像を識別子画像に従って合成して鏡面反射画
像を得るという構成を備えたものである。

【００２２】

【作用】本発明は前記した構成により、全処理量が生成
画像の全画素数に直接関係せず、全物体数に比例した全
処理量に抑えられ、物体表面での鏡面反射現象を表現す
る高速な画像生成が可能となる。

【００２３】

【実施例】

（実施例１）以下本発明の一実施例の画像生成方法につ
いて、図面を参照しながら説明する。 図１は本発明の
方法を実施するための画像生成システムのブロック図で
ある。図１において、１はデータ入力部で、頂点座標が
与えられたポリゴンで表現された物体データと、視点位
置と、視線方向と、物体を投影するスクリーンの位置の
データとを入力するものである。２は画像生成部で、デ
ータ入力部１で入力したデータを元に物体の表面に他の
物体が写り込んだ画像を生成するものである。９１ａ、
９１ｂは投影部で、物体データをスクリーン上に投影す
るものである。９２は座標変換部で、反射特性を持つ物
体の反射面に対して面対称に、視点位置と、視線方向
と、物体を投影するスクリーンの位置のデータとを座標
変換するものである。９３は合成部で、反射面の反射特
性に応じて、投影部９１ａと投影部９１ｂとで生成され
た画像を合成し、物体の反射面に別の物体が写り込んだ
画像を生成するものである。３は画像表示部で、画像生
成部２で生成された画像を表示するものである。

【００２４】図５は本発明の方法を実施するための画像
生成システムの詳細なブロック図である。図５におい
て、３０は記憶部、３１は物体データ記憶部、３２は視
点データ記憶部、３３ａは第１の画像記憶部、３３ｂは
第２の画像記憶部、３４ａ、３４ｂは輝度記憶部、３５
ａ、３５ｂは識別子記憶部、３６は奥行記憶部、３７は
制御記憶部、３８は演算部である。第１の画像記憶部３
３ａ、第２の画像記憶部３３ｂ、輝度記憶部３４ａ、３
４ｂ、識別子記憶部３５ａ、３５ｂ、奥行記憶部３６
は、複数の画素から構成される。

【００２５】図６は本発明の鏡面反射を表現する画像生
成方法を表す概念図である。図６において、２１ａ、２
１ｂ、２１ｃは視点、２２ａ、２２ｂ、２２ｃは視線、
２３ａ、２３ｂ、２３ｃはスクリーン、２４ａ、２４ｂ
は物体、２５ａ、２５ｂは反射面である。画像生成を行
なうために与えられた視点２１ａ、視線２２ａ、スクリ
ーン２３ａを、物体２４ａの反射面２５ａに対して面対
称変換したものが、視点２１ｂ、視線２２ｂ、スクリー
ン２３ｂである。さらに、視点２１ｂ、視線２２ｂ、ス
クリーン２３ｂを、物体２４ｂの反射面２５ｂに対して
面対称変換したものが、視点２１ｃ、視線２２ｃ、スク
リーン２３ｃである。

【００２６】図７は本発明の鏡面反射を表現する画像生
成方法の物体の反射面とクリッピング空間領域の関係を
表す概念図である。図７において、２６はクリッピング
画像領域で、反射面２５ａをスクリーン２３ｂに投影し
た画像領域を含む大きさの画像領域である。２７はクリ
ッピング空間領域で、クリッピング画像領域２６の境界
線と視点を結んだ面を側面とし、反射面２５ａを含む平
面を前面とする空間領域である。

【００２７】図８は本実施例の鏡面反射を表現する画像
生成方法の全体の処理の流れ図である。図９は本発明の
与えられたスクリーン上に物体を投影し第１の画像記憶
部に隠面消去画像を生成する処理の流れ図である。図１
０は本発明の反射処理対象に従い面対称変換したスクリ
ーン上に物体を投影し第２の画像記憶部に隠面消去画像
を生成する処理の流れ図である。図１１は本発明の第１
と第２の画像記憶部の画像を合成する処理の流れ図であ
る。図８において、４０は図９に、４５は図１０に、４
６は図１１に各々示した処理を表している。

【００２８】以上のように構成された画像生成方法につ
いて、以下図１および図５〜１１を用いてその動作を説
明する。

【００２９】まず、データ入力部１で、頂点座標が与え
られたポリゴンで表現された物体データ２４ａと２４ｂ
を入力し物体データ記憶部３１に記憶させ、視点位置２
１ａと視線方向２２ａと物体を投影するスクリーン２３
ａの位置と大きさのデータを入力し視点データ記憶部３
２に記憶させる。

【００３０】次に、画像生成部２で、図８〜１１の処理
の流れ図に示した本実施例の画像生成方法に従って画像
を生成する。まず、図１の第１の投影部９１ａにおいて
実行される図８の処理４０について、図９を用いて説明
する。処理４７で、奥行記憶部３６のすべての画素の奥
行を無限大に設定する。そして、処理４８で、与えられ
た視点位置２１ａと視線方向２２ａに従って、物体デー
タ記憶部３１に記憶された各物体形状毎にスクリーン２
３ａ上に投影する。処理４９〜５２で、投影された各画
素毎に奥行記憶部３６に記憶された奥行よりも視点２１
ａに近い場合は、第１の画像記憶部３３ａの対応する画
素に物体表面上の輝度と反射特性の識別子と奥行を記憶
させる。処理５３で、すべての物体形状をスクリーン２
３ａに投影し終ったかどうか判定し、投影していない物
体があれば、処理４８へ戻る。すべての物体形状をスク
リーン２３ａに投影し終った状態で、第１の画像記憶部
３３ａには、視点位置２１ａから視線方向２２ａを見た
時の物体表面での反射のない隠面消去画像が生成されて
いる。以上が図９の流れ図に示した図８の処理４０の処
理内容である。

【００３１】ここで、図８の処理４１に復帰し、第１の
識別子記憶部３５ａに対する探索開始画素位置を初期化
して制御記憶部３７に記憶する。処理４２で、制御記憶
部３７に記憶された探索開始画素位置から順に第１の識
別子記憶部３５ａを探索し、最初に反射特性を持つ識別
子を発見した時点で探索をやめる。処理４４で、発見し
た画素位置を次回の探索開始画素位置として制御記憶部
３７に記憶しておく。

【００３２】発見した反射特性を持つ識別子が物体２４
ａの反射面２５ａの識別子であったとして、以下、図１
の座標変換部９２と第２の投影部９１ｂにおいて実行さ
れる図８の処理４５について、図１０を用いて説明す
る。図１の座標変換部９２において実行される処理５８
で、反射面２５ａに対して、元の視点位置２１ａと視線
方向２２ａとスクリーン２３ａを面対称変換した視点位
置２１ｂと視線方向２２ｂとスクリーン２３ｂを求め
る。以下の処理５７、５９〜６６は、図１の第２の投影
部において実行される。処理５９で、反射面２５ａの形
状をスクリーン２３ｂ上に投影して得られる画像領域を
含む大きさのクリッピング画像領域２６を求める。処理
６０で、第２の画像記憶部３３ｂの領域が未確保である
か、クリッピング画像領域２６が既に確保された第２の
画像記憶部３３ｂの領域より大きい場合、新たにクリッ
ピング画像領域２６を含む大きさの領域を第２の画像記
憶部３３ｂの領域として確保する。発見した反射特性を
持つ識別子が物体の反射面の識別子である場合は、処理
６１で、奥行記憶部３６のクリッピング画像領域２６内
のすべての画素の奥行を無限大に設定する。

【００３３】処理５７で、クリッピング画像領域２６の
境界線と視点を結んだ面を側面とし、反射面２５ａを含
む平面を前面とするクリッピング空間領域２７を求め
る。処理６２で、視点位置２１ｂと視線方向２２ｂに従
って、物体データ記憶部３１に記憶された各物体形状毎
にクリッピング空間領域２７内の物体形状だけをスクリ
ーン２３ｂ上に投影する。

【００３４】処理６３〜６５で、投影された各画素毎
に、奥行記憶部３６に記憶された奥行よりも視点２１ｂ
に近く、第１の識別子記憶部３５ａに記憶された識別子
が物体２４ａの反射面２５ａの識別子と等しい場合は、
第２の画像記憶部３３ｂの対応する画素に物体表面上の
輝度と反射特性の識別子を記憶させ、奥行記憶部３６の
対応する画素に奥行を記憶させる。処理６６で、すべて
の物体形状をスクリーン２３ｂに投影し終ったかどうか
判定し、投影していない物体があれば、処理６２へ戻
る。すべての物体形状をスクリーン２３ｂに投影し終っ
た状態で、第２の画像記憶部３３ｂには視点位置２１ｂ
から視線方向２２ｂを見た時に物体２４ａの反射面２５
ａをクリッピングウィンドウとする物体表面での反射の
ない画像が生成されている。以上が図１０の流れ図に示
した図８の処理４５の処理内容である。

【００３５】続いて、図１の合成部９３において実行さ
れる図８の処理４６について、図１１を用いて説明す
る。処理６７で、物体２４ａの反射面２５ａの形状をス
クリーン２３ｂ上に投影する。処理６８で、投影された
各画素毎に、第１の識別子記憶部３５ａに記憶された識
別子が物体２４ａの反射面２５ａの識別子と等しいかど
うか判断する。識別子が等しいすべての画素に対して、
処理６９〜７６を行なう。処理６９で、反射面２５ａの
反射率にしたがって、第１の輝度記憶部３４ａと第２の
輝度記憶部３４ｂの対応する画素の輝度を合成し、第１
の輝度記憶部３４ａの対応する画素に記憶させる。処理
７０で、第２の識別子記憶部３５ｂの処理対象画素に記
憶された反射特性の識別子が反射特性を持たない物体を
示す場合は、処理７２で、反射特性を持たないことを表
す反射特性の識別子を処理対象画素位置の第１の識別子
記憶部３５ａに記憶させる。そうでない場合は、まず、
処理７１で、奥行記憶部３６の処理対象画素の奥行を無
限大に設定する。そして、処理７３で、第１の識別子記
憶部３５ａの処理対象画素に記憶された反射特性の識別
子が示す反射特性を持つ物体２４ａに、物体２４ｂを加
えた視点からの反射経路を示す識別子が作成されている
かどうか判断する。作成されていなければ、処理７４
で、視点からの反射経路を示す新たな識別子を作成す
る。処理７５で、新たに作成した識別子が示す視点から
の反射経路順に、反射面２５ａ、反射面２５ｂに対して
視点位置２１ａと視線方向２２ａとスクリーン２３ａを
面対称変換した視点位置２１ｃと、視線方向２２ｃと、
スクリーン２３ｃとを前記新たに作成した識別子と対応
させて、視点データ記憶部３２に記憶する。処理７６
で、視点からの反射経路を示す識別子を処理対象画素位
置の第１の識別子記憶部３５ａに記憶させる。

【００３６】すべての処理対象画素の処理が終った状態
で、第１の画像記憶部３３ａには視点位置２１ａから視
線方向２２ａを見た時に物体２４ａの反射面２５ａで１
回だけ反射した画像が生成されている。以上が図１１の
流れ図に示した図８の処理４６の処理内容である。

【００３７】ここで、制御記憶部３７に記憶された探索
開始画素位置から順に第１の識別子記憶部３５ａを探索
する処理４２に戻り、以下同様の処理を繰り返し実行す
る。全画素を１通り探索完了した時点で、複数の物体表
面での複数回の鏡面反射現象を表現した画像が第１の画
像記憶部３３ａに記憶されていることになる。

【００３８】２回目の繰り返し実行において、発見した
反射特性を持つ識別子が視点２１ａから反射面２５ａ、
２５ｂを経由した反射経路の識別子であったとして、以
下上記の１回目の繰り返し実行と異なる処理方法の部分
だけを、図８の処理４５について、図１０を用いて説明
する。処理５５で、発見した反射特性の識別子と対応さ
せて視点データ記憶部３２に記憶されている視点位置２
１ｃと、視線方向２２ｃと、スクリーン２３ｃとを読み
出す。処理５６で、反射面２５ｂの形状をスクリーン２
３ｃ上に投影して得られる画像領域を含む大きさのクリ
ッピング画像領域を求める。反射経路の識別子の処理の
場合、反射経路上の１回目の反射画像領域に２回目の反
射画像領域は含まれ、クリッピング画像領域は既に確保
された第２の画像記憶部３３ｂの領域より小さいので、
新たに第２の画像記憶部３３ｂの領域を確保する必要は
ない。また、処理対象の画素の奥行は既に無限大に設定
されている。

【００３９】最後に、第１の輝度記憶部３４ａに記憶さ
れている輝度画像データを画像表示部３に出力する。

【００４０】以上のように本実施例によれば、各物体形
状毎に画像上に投影し、奥行画像と物体の識別子画像と
第１の輝度画像を生成し、投影された反射特性を持つ物
体の反射面に対して、面対称に座標変換した視点位置と
視線方向と奥行画像と物体の識別子画像に従って、各物
体形状毎に画像上に投影し、第２の輝度画像を生成し、
第１と第２の輝度画像を識別子画像に従って合成すると
いう構成により、全処理量が生成画像の全画素数に直接
関係せず、全物体数に比例した全処理量に抑えられ、物
体表面での鏡面反射現象を表現する高速な画像生成が可
能となる。

【００４１】また、本実施例によれば、視点からの反射
経路順に、反射面に対して、面対称に座標変換した視点
位置と視線方向に従って、各物体形状毎に画像上に投影
し、鏡面反射画像を合成するという構成により、全処理
量が生成画像の全画素数に直接関係せず、全物体数と反
射回数の積に比例した全処理量に抑えられ、物体表面で
の複数回の鏡面反射現象を表現する高速な画像生成が可
能となる。

【００４２】また、本実施例によれば、第１の画像記憶
部３３ａと第２の画像記憶部３３ｂの画像を合成する処
理において、処理対象となる画素のうち、第２の識別子
記憶部３５ｂに反射特性を持つ識別子の記憶されている
画素に限定して、奥行記憶部３６の奥行を無限大に設定
するという構成により、２回以上の鏡面反射現象を処理
するための奥行の初期設定処理量が生成画像の全画素数
に直接関係せず、物体表面での複数回の鏡面反射現象を
表現する高速な画像生成が可能となる。

【００４３】また、本実施例によれば、第１の画像記憶
部３３ａと第２の画像記憶部３３ｂの画像を合成する処
理を、処理対象の反射面の形状をスクリーンに投影した
画素に限定して行なうという構成により、合成処理対象
画素を絞り込め、合成処理量が生成画像の全画素数に直
接関係せず、物体表面での鏡面反射現象を表現する高速
な画像生成が可能となる。

【００４４】また、本実施例によれば、反射面の形状を
スクリーン上に投影して得られる画像領域を含む大きさ
のクリッピング画像領域を求め、クリッピング画像領域
の境界線と視点を結んだ面を側面とするクリッピング空
間領域内の物体形状だけをスクリーン上に投影するとい
う構成により、投影処理対象物体を絞り込め、物体表面
での鏡面反射現象を表現する高速な画像生成が可能とな
る。

【００４５】また、本実施例によれば、発見した反射特
性を持つ識別子が物体の反射面の識別子の場合に、クリ
ッピング画像領域内の奥行記憶部の奥行だけを無限大に
設定するという構成により、物体表面での第１回目の鏡
面反射現象を処理するための奥行の初期設定処理量が生
成画像の全画素数に直接関係せず、物体表面での鏡面反
射現象を表現する高速な画像生成が可能となる。

【００４６】また、本実施例によれば、視点に対して、
反射面を含む平面を前面とするクリッピング空間領域内
の物体形状だけをスクリーン上に投影するという構成に
より、第１の輝度記憶部に記憶された画像に対応する奥
行よりも視点から遠い物体形状だけが投影され、処理４
５において、第１の輝度記憶部に記憶された画像に対応
する奥行を記憶しておく記憶部をなくすことができる。

【００４７】また、本実施例によれば、第２の画像記憶
部の領域が未確保であるか、クリッピング画像領域が既
に確保された第２の画像記憶部の領域より大きい場合、
新たにクリッピング画像領域を含む大きさの領域を第２
の画像記憶部の領域として確保するという構成により、
第２の画像記憶部の領域として必要な記憶容量を全画像
領域を確保する場合に比べて、小さくすることができ
る。

【００４８】また、本実施例によれば、制御記憶部に記
憶された探索開始画素位置から順に第１の識別子記憶部
を探索し、最初に反射特性を持つ識別子を発見した時点
で探索をやめ、発見した画素位置を次回の探索開始画素
位置として、制御記憶部に記憶しておき、全画素を１通
り探索完了した時点で、画像生成処理を完了するという
構成により、反射特性を持つ識別子の探索処理を全画素
数程度に抑えられ、物体表面での鏡面反射現象を表現す
る高速な画像生成が可能となる。

【００４９】（実施例２）以下本発明の第２の実施例の
画像生成方法について、図面を参照しながら説明する。

【００５０】図１２は本実施例の鏡面反射を表現する画
像生成方法の全体の処理の流れ図である。図１２におい
て、４０は図９に、４５は図１０に、４６は図１１に各
々示した処理を表しており、第１の実施例と同様なもの
である。第１の実施例と異なるのは、第１の識別子記憶
部を探索せず、反射処理対象リストを用いる点である。

【００５１】以上のように構成された画像生成方法につ
いて、以下図５〜１２を用いてその動作を説明する。

【００５２】まず、図１２の処理４０を第１の実施例と
同様に行なう。次に、処理８０で、制御記憶部３７の反
射処理対象リストを空に初期化し、反射特性を持つすべ
ての物体を反射処理対象リストに入れる。そして、処理
８１で、反射処理対象リストから反射処理対象の物体ま
たは反射経路を１つ取りだし、図１２の処理４５と処理
４６を第１の実施例と同様に行なう。処理８３で、処理
４６において新たに作成された反射経路の識別子を反射
処理対象リストに入れる。以上の処理を反射処理対象リ
ストが空になるまで繰り返す。

【００５３】以上のように本実施例によれば、制御記憶
部に記憶された反射処理対象リストから、反射処理対象
の物体または反射経路を１つずつ取りだして、反射処理
を行ない、反射処理において新たに作成された反射経路
の識別子を反射処理対象リストに入れ、以上の処理を反
射処理対象リストが空になるまで繰り返すという構成に
より、全画素数回の反射特性を持つ識別子の探索処理を
行なう必要がなく、反射特性を持つ物体数と反射回数の
積に比例した全処理量に抑えられ、物体表面での１回ま
たは複数回の鏡面反射現象を表現する高速な画像生成が
可能となる。

【００５４】なお、第１の実施例において、反射面の形
状をスクリーン上に投影して得られる画像領域を含む大
きさのクリッピング画像領域を求めるとしたが、反射面
の形状をスクリーン上に投影して得られる画像領域をク
リッピング画像領域としてもよい。

【００５５】

【発明の効果】以上のように本発明は、各物体形状毎に
画像上に投影し、奥行画像と物体の識別子画像と第１の
輝度画像を生成し、投影された反射特性を持つ物体の反
射面に対して、面対称に座標変換した視点位置と視線方
向と奥行画像と物体の識別子画像に従って、各物体形状
毎に画像上に投影し、第２の輝度画像を生成し、第１と
第２の輝度画像を識別子画像に従って合成するという構
成により、全処理量が生成画像の全画素数に直接関係せ
ず、全物体数に比例した全処理量に抑えられ、物体表面
での鏡面反射現象を表現する高速な画像生成が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法を実施するための画像生成システ
ムのブロック図。

【図２】従来の鏡面反射を表現するレイトレーシング法
を表す概念図。

【図３】従来の鏡面反射を表現するレイトレーシング法
の全体の処理の流れ図。

【図４】従来の鏡面反射を表現するレイトレーシング法
の光線の輝度を求める処理の流れ図。

【図５】本発明の方法を実施するための画像生成システ
ムの詳細なブロック図。

【図６】本発明の鏡面反射を表現する画像生成方法を表
す概念図。

【図７】本発明の鏡面反射を表現する画像生成方法の物
体の反射面とクリッピング空間領域の関係を表す概念
図。

【図８】本発明の第１の実施例の鏡面反射を表現する画
像生成方法の全体の処理の流れ図。

【図９】本発明の与えられたスクリーン上に物体を投影
し第１の画像記憶部に隠面消去画像を生成する処理の流
れ図。

【図１０】本発明の反射処理対象に従い面対称変換した
スクリーン上に物体を投影し第２の画像記憶部に隠面消
去画像を生成する処理の流れ図。

【図１１】本発明の第１と第２の画像記憶部の画像を合
成する処理の流れ図。

【図１２】本発明の第２の実施例の鏡面反射を表現する
画像生成方法の全体の処理の流れ図。

【図１３】従来の方法を実施するための画像生成システ
ムのブロック図。

【図１４】従来の鏡面反射を表現するビームトレーシン
グ法の全体の処理の流れ図。

【図１５】従来の鏡面反射を表現するビームトレーシン
グ法のビームの各画素の輝度を求める処理の流れ図。

【図１６】従来の鏡面反射を表現するビームトレーシン
グ法を表す概念図。

【符号の説明】

１ データ入力部 ２ 画像生成部 ３ 画像表示部 ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ 視点 ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ 視線 ２３ａ、２３ｂ、２３ｃ スクリーン ２４ａ、２４ｂ 物体 ２５ａ、２５ｂ 反射面 ２６ クリッピング画像領域 ２７ クリッピング空間領域 ３０ 記憶部 ３１ 物体データ記憶部 ３２ 視点データ記憶部 ３３ａ、３３ｂ 画像記憶部 ３４ａ、３４ｂ 輝度記憶部 ３５ａ、３５ｂ 識別子記憶部 ３６ 奥行記憶部 ３７ 制御記憶部 ３８ 演算部

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 与えられた第１の視点位置と視線方向に
   従って、第１の画像上に第１の物体を投影し、奥行画像
   と物体の識別子画像と第１の輝度画像を生成する第１の
   投影手段と、 第１の物体の反射面に対して面対称に、第１の視点位置
   と視線方向を座標変換し、第２の視点位置と視線方向を
   求める座標変換手段と、 第２の視点位置と視線方向と奥行画像と物体の識別子画
   像に従って、第２の画像上に第２の物体を投影し、第２
   の輝度画像を生成する第２の投影手段と、 第１の物体の反射面の反射特性と物体の識別子画像に応
   じて、第１と第２の輝度画像を合成し、写り込み画像を
   生成する合成手段とを備えた画像生成装置。
2. 【請求項２】 写り込み画像を生成する画像生成装置に
   おいて使用される画像生成方法であって、 与えられた第１の視点位置と視線方向に従って、第１の
   画像上に第１の物体を投影し、奥行画像と物体の識別子
   画像と第１の輝度画像を生成する第１の段階と、 第１の物体の反射面に対して面対称に、第１の視点位置
   と視線方向を座標変換し、第２の視点位置と視線方向を
   求める第２の段階と、 第２の視点位置と視線方向と奥行画像と物体の識別子画
   像に従って、第２の画像上に第２の物体を投影し、第２
   の輝度画像を生成する第３の段階と、 第１の物体の反射面の反射特性と物体の識別子画像に応
   じて、第１と第２の輝度画像を合成し、写り込み画像を
   生成する第４の段階とを有する画像生成方法。
3. 【請求項３】 写り込み画像を生成する画像生成装置に
   おいて使用される画像生成方法であって、 第１の画像記憶部のすべての画素の奥行を無限大に設定
   し、与えられた視点位置と視線方向に従って各物体形状
   毎に画像上に投影し、投影された各画素毎に第１の画像
   記憶部に記憶された奥行よりも視点に近い場合は、第１
   の画像記憶部の対応する画素に物体表面上の輝度と反射
   特性の識別子と奥行を記憶させる第１の段階と、 第２の画像記憶部のすべての画素の奥行を無限大に設定
   し、第１の画像記憶部に記憶された反射特性の識別子を
   探索し、発見した反射特性を持つ物体の反射面に対して
   面対称変換した視点位置と視線方向に従って各物体形状
   毎に画像上に投影し、投影された各画素毎に第１の画像
   記憶部に記憶された奥行よりも視点から遠く第２の画像
   記憶部に記憶された奥行よりも視点に近く第１の画像記
   憶部に記憶された反射特性の識別子が発見した反射特性
   を持つ物体の識別子と等しい場合は、第２の画像記憶部
   の対応する画素に物体表面上の輝度と奥行を記憶させる
   第２の段階と、 第１の画像記憶部に記憶された反射特性の識別子が第２
   の段階で発見した反射特性を持つ物体の識別子と等しい
   すべての画素に対して、第２の段階で発見した反射特性
   を持つ物体表面の反射率にしたがって第１と第２の画像
   記憶部の輝度を合成し第１の画像記憶部に記憶させ、反
   射特性を持たないことを表す反射特性の識別子を第１の
   画像記憶部の対応する画素に記憶させる第３の段階とを
   有し、 上記第２と第３の段階を繰り返し実行し、複数の物体表
   面での１回の鏡面反射現象を表現する画像生成方法。
4. 【請求項４】 上記第２の段階において、発見した反射
   特性の識別子が視点からの反射経路の識別子であれば、
   前記反射経路の識別子に対応する視点からの反射経路順
   に反射面に対して面対称変換した視点位置と視線方向に
   従って、各物体形状毎に画像上に投影する処理を加え、
   第２の画像記憶部の対応する画素に物体表面上の輝度と
   奥行を記憶させる際に、各物体の反射特性の識別子も第
   ２の画像記憶部の対応する画素に記憶させ、 上記第３の段階において、処理の対象となる画素の第２
   の画像記憶部に記憶された反射特性の識別子が反射特性
   を持つ物体を示す場合は、反射特性を持たないことを表
   す反射特性の識別子を第１の画像記憶部に記憶させる代
   わりに、処理の対象となる画素の第１の画像記憶部に記
   憶された反射特性の識別子が示す反射特性を持つ物体ま
   たは視点からの反射経路に、処理の対象となる画素の第
   ２の画像記憶部に記憶された反射特性の識別子が示す反
   射特性を持つ物体を加えた視点からの反射経路を示す新
   たな識別子を作成し、前記新たに作成した識別子を第１
   の画像記憶部の対応する画素に記憶させ、処理の対象と
   なる画素の第２の画像記憶部の奥行を第１の画像記憶部
   に記憶させ、 上記第２と第３の段階を繰り返し実行し、複数の物体表
   面での複数回の鏡面反射現象を表現する請求項３記載の
   画像生成方法。
5. 【請求項５】 上記第１の段階において、第１と第２の
   画像記憶部のすべての画素の奥行を無限大に設定し、 上記第２の段階において第２の画像記憶部のすべての画
   素の奥行を無限大に設定する処理を行なわず、 上記第３の段階において処理の対象となる画素の第２の
   画像記憶部に記憶された反射特性の識別子が反射特性を
   持つ物体を示す場合は、処理の対象となる画素の第２の
   画像記憶部の奥行を第１の画像記憶部に記憶させた後に
   処理の対象となる画素の第２の画像記憶部の奥行を無限
   大に設定する請求項４記載の画像生成方法。
6. 【請求項６】 上記第２の段階で発見した反射特性を持
   つ物体の形状を第２の段階の画像上への投影方法と同じ
   投影方法を用いて投影した各画素に限定して上記第３の
   段階の処理を行なう請求項３記載の画像生成方法。
7. 【請求項７】 上記第２の段階の各物体形状毎に画像上
   に投影する処理において、発見した反射特性を持つ物体
   形状を画像上に投影した画像領域を含むクリッピング画
   像領域と前記クリッピング画像領域に対応するクリッピ
   ング空間領域をあらかじめ求めておき、前記クリッピン
   グ空間領域内の物体形状だけを画像上に投影する請求項
   ３記載の画像生成方法。
8. 【請求項８】 上記第２の段階において上記クリッピン
   グ画像領域内の第２の画像記憶部の奥行だけを無限大に
   設定する請求項７記載の画像生成方法。
9. 【請求項９】 上記第２の画像記憶部の奥行記憶を用い
   ず、上記第２の段階において第１の画像記憶部のすべて
   の画素の奥行を無限大に設定し、発見した反射特性を持
   つ物体の反射面をクリッピング空間領域の視点に対して
   前面のクリッピング平面として、前記クリッピング空間
   領域内の物体形状だけを画像上に投影し、投影された各
   画素毎に第１の画像記憶部に記憶された奥行よりも視点
   に近く第１の画像記憶部に記憶された反射特性の識別子
   が発見した反射特性を持つ物体の識別子と等しい場合
   は、第２の画像記憶部の対応する画素に物体表面上の輝
   度を記憶させ、第１の画像記憶部の対応する画素に物体
   表面上の奥行を記憶させる請求項３記載の画像生成方
   法。
10. 【請求項１０】 上記第２の画像記憶領域をあらかじめ
    確保せずに、上記第２の段階において第２の画像記憶領
    域が未確保であるか、発見した反射特性を持つ物体の形
    状を画像上に投影して得られる領域を含む大きさの領域
    が既に確保された第２の画像記憶領域より大きい場合、
    前記発見した反射特性を持つ物体の形状を画像上に投影
    して得られる領域を含む大きさの領域を第２の画像記憶
    領域として確保する請求項３記載の画像生成方法。
11. 【請求項１１】 上記第１の段階において、第１の画像
    記憶部に記憶された反射特性の識別子を探索する際の探
    索開始画素位置を初期化し、 上記第２の段階において、前記探索開始画素位置から順
    に第１の画像記憶部に記憶された反射特性の識別子を探
    索し、最初に反射特性を持つ物体を発見した画素位置で
    探索を停止し、発見した画素位置を次回の探索開始画素
    位置として記憶しておき、 全画素を１通り探索完了した時に上記第２と第３の段階
    の繰り返し実行を完了する請求項３記載の画像生成方
    法。
12. 【請求項１２】 上記第２の段階において、第１の画像
    記憶部に記憶された反射特性の識別子を探索せずに、す
    べての反射特性を持つ物体または反射経路のリストから
    １つずつ順に反射特性を持つ物体または反射経路を取り
    出して発見した反射特性を持つ物体または反射経路と
    し、 上記第２と第３の段階をすべての反射特性を持つ物体ま
    たは反射経路に対して繰り返し実行する請求項３記載の
    画像生成方法。