JPH0546780A - 映像生成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】被写体の光学的な属性データを正確に反映した
リアルな映像を高速に生成可能とする。 【構成】スクリーン上の隠面処理はｚバッファ隠面処理
装置５を用い、投影された被写体の形状内部に存在する
画素の色を決定する際、被写体の光学的な属性に従い、
反射，屈折などの属性が存在すれば、光線追跡装置７を
用いて色を決定することにより、上記目的は達成され
る。 【効果】スクリーン上の隠面処理はｚバッファ法を用い
るので、スクリーン上に投影された被写体内で同一の処
理を避けることができる。また、被写体の光学的な属性
に従い、反射，屈折が存在する場合、光線追跡法を用い
て色を決定するので、被写体の光学的な属性を正確に反
映した映像を生成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、全体としてコンピュー
タグラフィックスの技術に関し、特に仮想的な３次元空
間を構成する被写体に関するデータベースからリアルな
映像を高速に生成する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】コンピュータグラフィックスにおける映
像生成処理は、仮想的な３次元空間を構成する被写体の
形状データとその光学的な属性データから、仮想的なカ
メラで撮影したような映像を作成する処理を行なう。こ
の処理は隠面処理と陰影処理に分けることができる。隠
面処理はカメラから見える形状のみを描く処理である。
陰影処理は被写体の光学的な属性データからカメラに到
達する光の強度を計算する処理である。一般に映像生成
処理で最も時間を要する処理は隠面処理である。従来の
映像生成処理は、隠面処理として太田，竹内，大口：
「応用グラフィックス」，アスキー出版（１９８６）に
示すように、光線追跡法のような仮想的な光線と被写体
を構成する形状との交点を計算する処理方法と、ｚバッ
ファ法やスキャンライン法のような被写体を構成する形
状をスクリーン上で処理する方法を用いて映像を生成し
ていた。

【０００３】光線追跡法は視点から各画素へ光線をのば
し、最初にぶつかる被写体をその画素に描くべき被写体
とする手法である。被写体の光学的な属性である反射，
屈折なども同様にぶつかった被写体から反射光線や屈折
光線をのばし、ぶつかる被写体の色を決定することで表
現できる。このように、この方法は反射や屈折による周
りの被写体の映り込みを正確に表現することができる。

【０００４】ｚバッファ法は被写体を仮想的なカメラス
クリーンに投影し、投影された被写体の内部に存在する
画素の色を決定する処理である。よって、投影された被
写体内部において同一処理を避けることが可能である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の映像生成処
理のなかで光線追跡法は、光線ごとに計算を行なうの
で、画素毎に独立に計算する。そのため、スクリーンに
投影される被写体内部で同一の計算を必要とするので、
この方法は前記従来の映像生成処理であるｚバッファ法
に比べ遅い生成法である。

【０００６】逆にｚバッファ法は、被写体の光学的な属
性である反射，屈折などを表現するには、塩野，河野，
「環境マッピングの一手法」，情報処理学会第４２回全
国大会，２−２８７（１９９０）に述べているように、
環境マッピングなどのマッピング手法を用いなければな
らない。この環境マッピングで表現される反射，屈折は
疑似的な表現であり、正確なものではない。

【０００７】本発明の目的は、仮想的な３次元空間を構
成する被写体に関するデータベースから映像を生成する
際に、被写体の光学的な属性データを正確に反映したリ
アルな映像を高速に生成することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的は、スクリーン
上の隠面処理はｚバッファ法を用い、投影された被写体
の形状内部に存在する画素の色を決定する際、被写体の
光学的な属性に従い、反射，屈折などの属性が存在すれ
ば、光線追跡法を用いて色を決定することによって実現
する。

【０００９】

【作用】スクリーン上の隠面処理はｚバッファ法を用い
ているので、スクリーン上に投影された被写体内で同一
の処理を避けることができる。また、被写体の光学的な
属性に従い、反射，屈折が存在する場合、光線追跡法を
用いて色を決定するので、被写体の光学的な属性を正確
に反映した映像を生成することができる。

【００１０】

【実施例】本発明の一実施例を図１に示す。

【００１１】図１は本発明の映像生成装置の構成を示
す。映像生成装置は、３次元空間データベース１に格納
されている仮想的な被写体とカメラの形状データと光学
的な属性データをデータベース入力装置２によって読み
込む。映像生成環境設定装置３は、読み込まれた被写体
の形状データと光学的な属性データからｚバッファ隠面
処理装置５と陰影処理装置６と光線追跡装置７で必要と
するデータをオブジェクトメモリ４上に設定する。ｚバ
ッファ隠面処理装置５は陰影処理装置６と光線追跡装置
７とｚバッファ９とフレームバッファ１０を用いて隠面
処理し映像を生成する。生成された映像は、映像出力装
置８によって画像データベース１１に出力される。フレ
ームバッファ１０はＣＲＴ１２に接続し、映像を表示す
る。

【００１２】図２は３次元空間データベースに格納され
ている被写体に関する形状データの例を示している。２
１は座標原点を示している。仮想的なカメラは、座標原
点に存在している。２２は仮想的なカメラスクリーンで
ある。２３と２４は被写体の形状である。２３′と２
４′は被写体２３と２４を仮想的なカメラスクリーンに
投影した像を表現している。３次元空間データベースに
格納されている被写体の形状データは、図２に示すよう
に、３頂点の座標データＰ０(Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０)，Ｐ１
（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１），Ｐ２（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）であ
る。

【００１３】図３は３次元空間データベースに格納され
ている被写体に関する光学的な属性データの例を示す。
３１は被写体の色のデータである。３２は被写体の反射
率のデータである。３３は被写体の屈折率のデータであ
る。これらのデータは、被写体の形状毎に設定されてい
る。

【００１４】図４は、映像生成環境設定装置３によって
構成されたオブジェクトメモリ４の例を示している。形
状データ２３は、データベース入力装置２によって読み
込み、オブジェクトメモリ４上に格納された形状であ
る。ｚバッファ隠面処理装置５用ルートポインタ４１と
光線追跡装置７用ルートポインタ４５は予め用意された
データである。ボクセル集合４４は、光線追跡装置７の
ためのデータである。このデータは、３次元空間に構成
された全ての被写体が存在する空間を等分に分割し、各
分割された空間（以降ボクセルと呼ぶ）に存在する被写
体を格納するためのデータである。このデータは、交点
計算を効率よく処理するためのものである。リスト４２
は、ｚバッファ隠面処理装置５が使用するためのリスト
である。リスト４３は、光線追跡装置７が使用するリス
トである。各々のリストはｚバッファ隠面処理装置５用
のルートポインタ４１と光線追跡装置７用のルートポイ
ンタ４５に独立に管理される。ここでリストは、複数の
三角形データを連結するためのデータであり、入力され
た三角形のデータのアドレス（図４では、→で示してい
る）と次に入力された三角形データのためのリストのア
ドレスを格納するデータである。図４では、１つの被写
体の形状が入力されているので、各処理装置用のリスト
がオブジェクトメモリ内に構成される。このように、被
写体の形状に対するアドレスをｚバッファ隠面処理装置
５用のリストと光線追跡装置７用のリストによって独立
に管理することによって、ｚバッファ隠面処理と光線追
跡処理を同時に処理することを実現している。

【００１５】図５は、ｚバッファ隠面処理装置５のフロ
ーを示している。処理５１は、オブジェクトメモリ４上
に構成されたｚバッファ隠面処理装置５用のルートポイ
ンタから始まり、そのルートポインタに連結されている
リストが終るまで実行される。処理５２は、リストが示
しているアドレスの三角形の頂点データを仮想的なカメ
ラスクリーンに投影する処理である。処理５３は、投影
された三角形内に存在するｚバッファ９とフレームバッ
ファ１０の各画素に対して行なわれる。処理５４は、現
在注目しているｚバッファ９の画素に格納されている奥
行きの値と投影した三角形の奥行きの比較を行ない、投
影した三角形が手前に存在する場合、処理５５を行な
う。処理５５は、現在注目しているフレームバッファ１
０の画素の色を陰影処理装置６によってもとまった色に
書き換える。同時にこの処理は、被写体の光学属性と現
在注目している画素の３次元空間上の位置を陰影処理装
置６に送る。

【００１６】本実施例では、ｚバッファ隠面処理装置を
使用しているが、スキャンライン隠面処理装置を使用す
ることもできる。

【００１７】図６は、陰影処理装置６のフローを示して
いる。処理６１は、まず色を送られた被写体の色に設定
する処理である。処理６２は、被写体の光学的な属性で
ある反射率を判定する処理である。この処理は、反射率
が０なら周りの被写体は映り込むことはないので、光線
追跡装置７を呼び出さないように制限する処理である。
処理６３は、反射光線を算出し、光線追跡装置７を呼び
出す処理である。処理６４は、まとまった反射による映
り込みの色を加算する処理である。この加算処理は、反
射率と求まった色を乗算し、加算する処理である。処理
６５は、被写体の光学的な属性である屈折率を判定する
処理である。この処理は、屈折率が０なら屈折による周
りの被写体が映り込むことはないので、光線追跡装置７
をよびださないように制限している処理である。処理６
６は、屈折光線を算出し、光線追跡装置７を呼び出す処
理である。処理６７は、求まった屈折による映り込みの
色を加算する処理である。

【００１８】図７は、光線追跡装置７のフローを示して
いる。処理７１は、光線追跡用のルートポインタが示し
ているボクセル集合を貫く光線が通るボクセルに対する
処理である。処理７２は、ボクセルに登録された全ての
リストに対する処理である。処理７３は、リストが示す
三角形と光線との交点を求める処理である。この処理
は、交点が存在すれば、処理７４を呼ぶ。処理７４は、
交点が存在する被写体の色を求めるため、陰影処理装置
６を呼び出す処理である。

【００１９】

【発明の効果】本発明により、スクリーン上の隠面処理
はｚバッファ法を用いているので、スクリーン上に投影
された被写体内で同一の処理を避けることができ、高速
に映像を生成することができる。また本発明により、被
写体の光学的な属性に従い、反射，屈折が存在する場
合、光線追跡法を用いて色を決定するので、被写体の光
学的な属性を正確に反映した映像を生成することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す映像生成装置の構成図
である。

【図２】３次元空間データベース１に格納されている被
写体に関する形状データの例を表す図である。

【図３】３次元空間データベース１に格納されている被
写体に関する光学的な属性データの例を表す図である。

【図４】映像生成環境設定装置３によって構成されたオ
ブジェクトメモリ４の例を表す図である。

【図５】ｚバッファ隠面処理装置５のフローを表す図で
ある。

【図６】陰影処理装置６のフローを表す図である。

【図７】光線追跡装置７のフローを表す図である。

【符号の説明】

１…３次元空間データベース、２…データベース入力装
置、３…映像生成環境設定装置、４…オブジェクトメモ
リ、５…ｚバッファ隠面処理装置、６…陰影処理装置、
７…光線追跡装置、８…映像出力装置、９…ｚバッフ
ァ、１０…フレームバッファ、１１…画像データベー
ス、１２…ＣＲＴ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】仮想的な３次元空間を構成する被写体に関
   する各種パラメータを指定するデータベースと、 該データベースに格納されている被写体の形状に関する
   データから、カメラスクリーンに対する奥行きを判定す
   る隠面処理手段と、 該データベースに格納されている被写体の光学的なデー
   タから被写体の色を決定する陰影処理手段と、 光を模擬する直線と上記データベースに格納されている
   形状に関するデータとの交点を決定する光線追跡手段と
   を備え、 前記カメラスクリーン上の隠面処理は前記隠面処理手段
   によって行ない、隠面処理によって可視である被写体の
   色を決定する際、前記陰影処理手段によって被写体の光
   学的なデータにより前記光線追跡手段を用いて色を算出
   することを特徴とする映像生成装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載の映像生成装置において、
   前記隠面処理手段は、前記データベースに格納されてい
   る被写体の形状データをカメラスクリーンに投影し、投
   影された仮想形状内部に存在する画素の奥行きを判定す
   る手段を備えることを特徴とする映像生成装置。
3. 【請求項３】請求項１に記載の映像生成装置において、
   前記隠面処理手段は、カメラスクリーンに対して前記デ
   ータベースに格納されている被写体の形状データを手前
   から順に並ぶように並び変え、最も手前に存在する被写
   体を可視とする手段を備えることを特徴とする映像生成
   装置。