JPH0589254A - モデルスペースを表わすデータの表現方法及び装置 - Google Patents
モデルスペースを表わすデータの表現方法及び装置Info
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- JPH0589254A JPH0589254A JP4048799A JP4879992A JPH0589254A JP H0589254 A JPH0589254 A JP H0589254A JP 4048799 A JP4048799 A JP 4048799A JP 4879992 A JP4879992 A JP 4879992A JP H0589254 A JPH0589254 A JP H0589254A
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- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T15/00—3D [Three Dimensional] image rendering
- G06T15/50—Lighting effects
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- G—PHYSICS
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- G06T15/00—3D [Three Dimensional] image rendering
- G06T15/08—Volume rendering
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Graphics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Image Generation (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 不規則グリッド上のサンプル点で特定される
体積データを表示するための方法及び装置の提供。 【構成】 データはモデルスペースを表わすものとす
る。第一ステップにおいてモデルスペース内の個々の点
を面で囲まれた不規則グリッドセルの個々の頂点（Ｖ）
と関連づける。これら点の夫々は関連光度値及び関連不
透明度を有する。第二ステップにおいてそれらグリッド
セルの面を順序づける。これら面はビュー面に対する深
さで順序づけるようにするとよい。第三ステップにおい
て、ビュー面上の画素から出て処理中の面に交わるすべ
てのビュー光線についてその画素に入る光の量を決定す
るように個々の面を処理する。その画素に入る光の量は
その面に隣接しそしてビュー光線が通る一つのグリッド
セルの光度と不透明度の関数である。
体積データを表示するための方法及び装置の提供。 【構成】 データはモデルスペースを表わすものとす
る。第一ステップにおいてモデルスペース内の個々の点
を面で囲まれた不規則グリッドセルの個々の頂点（Ｖ）
と関連づける。これら点の夫々は関連光度値及び関連不
透明度を有する。第二ステップにおいてそれらグリッド
セルの面を順序づける。これら面はビュー面に対する深
さで順序づけるようにするとよい。第三ステップにおい
て、ビュー面上の画素から出て処理中の面に交わるすべ
てのビュー光線についてその画素に入る光の量を決定す
るように個々の面を処理する。その画素に入る光の量は
その面に隣接しそしてビュー光線が通る一つのグリッド
セルの光度と不透明度の関数である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は一般に画像表示装置及び
方法に関し、より詳細には一つの不規則なグリッド内に
表される体積データのオブジェクト型表現方法及び装置
に関する。
方法に関し、より詳細には一つの不規則なグリッド内に
表される体積データのオブジェクト型表現方法及び装置
に関する。
【０００２】
【従来の技術】体積表現は３次元的な空間又は体積デー
タを可視化するための周知の技術である。一般に体積表
現はデータ体積内の各ポイントに不透明度と光度を割り
振る。不透明度と光度はそのポイントにおけるデータ値
のある関数として割り当てられる。次に、結果としての
仮想の固体半透明オブジェクトの像を発生する。色、不
透明度、ビュー方向を適当に選ぶことにより、データの
可視化とその理解が得られる。
タを可視化するための周知の技術である。一般に体積表
現はデータ体積内の各ポイントに不透明度と光度を割り
振る。不透明度と光度はそのポイントにおけるデータ値
のある関数として割り当てられる。次に、結果としての
仮想の固体半透明オブジェクトの像を発生する。色、不
透明度、ビュー方向を適当に選ぶことにより、データの
可視化とその理解が得られる。
【０００３】従来、殆んどのアプリケーションは医学的
なコンピュータ化されたトモグラフ像のような均一なあ
るいは規則的なグリッドにサンプリングされたデータで
オペレートされる。規則的グリッドの体積表現は一つの
画像を得るために体積エレメント又はボクセルの次々の
層を合成することで容易に行われる。しかしながら、多
くの科学上のシミュレーションは不規則グリッドで行わ
れており、注目する体積がセルのスペース充填メッシュ
に分割され、データ値がそれらセルが交わる頂点でのみ
計算される。一つのセル内のデータ値はそのセルの頂点
のデータ値から補間される。図９に示す例では、セル１
からなる不規則なグリッドが航空機の翼２の曲面に沿っ
た空気の流れをモデル化するために用いられている。こ
のグリッドは研究中の表面にグリッドを合せることで不
規則とされる。勿論、これは不規則グリッド構造の一例
にすぎない。
なコンピュータ化されたトモグラフ像のような均一なあ
るいは規則的なグリッドにサンプリングされたデータで
オペレートされる。規則的グリッドの体積表現は一つの
画像を得るために体積エレメント又はボクセルの次々の
層を合成することで容易に行われる。しかしながら、多
くの科学上のシミュレーションは不規則グリッドで行わ
れており、注目する体積がセルのスペース充填メッシュ
に分割され、データ値がそれらセルが交わる頂点でのみ
計算される。一つのセル内のデータ値はそのセルの頂点
のデータ値から補間される。図９に示す例では、セル１
からなる不規則なグリッドが航空機の翼２の曲面に沿っ
た空気の流れをモデル化するために用いられている。こ
のグリッドは研究中の表面にグリッドを合せることで不
規則とされる。勿論、これは不規則グリッド構造の一例
にすぎない。
【０００４】この比較的に簡単な合成方法は、画像面に
おける各画素から見て各セルの厚さが画像の形成に考慮
されねばならないから、そのような不規則グリッドデー
タの表現には適合しない。そのような不規則グリッド体
積データの表現には現在規則的グリッドにそのデータを
再サンプリングするかあるいは光線追跡技術を用いるか
しなければならない。
おける各画素から見て各セルの厚さが画像の形成に考慮
されねばならないから、そのような不規則グリッドデー
タの表現には適合しない。そのような不規則グリッド体
積データの表現には現在規則的グリッドにそのデータを
再サンプリングするかあるいは光線追跡技術を用いるか
しなければならない。
【０００５】これら従来の方法のいずれも最適表現法を
与えるものではない。データを規則的グリッドに再サン
プリングして表現するには一般に処理されるべきデータ
ポイントの数を大幅に増加しなければならない。光追跡
も計算的には高価な技術であり、仮想ビュー光を画像面
から投射しなければならない。光度と不透明度はセルの
厚さを考慮して各セルで計算されて各光線に沿って集積
される。
与えるものではない。データを規則的グリッドに再サン
プリングして表現するには一般に処理されるべきデータ
ポイントの数を大幅に増加しなければならない。光追跡
も計算的には高価な技術であり、仮想ビュー光を画像面
から投射しなければならない。光度と不透明度はセルの
厚さを考慮して各セルで計算されて各光線に沿って集積
される。
【０００６】次にあげる米国特許明細書は夫々従来の規
則的なグリッドでの体積表現システムを示すものであ
る。
則的なグリッドでの体積表現システムを示すものであ
る。
【０００７】米国特許第４８６６６１２号明細書は規則
的体積グリッドからの表面の表現に関する。
的体積グリッドからの表面の表現に関する。
【０００８】米国特許第４８２７４１３号明細書は規則
的体積グリッドで特定される不透明な実線を表現する方
法を示す。
的体積グリッドで特定される不透明な実線を表現する方
法を示す。
【０００９】米国特許第４７１９５８５号明細書は規則
的体積（平行四辺形）グリッド上にしきい値で特定され
る表面を表現するものである。
的体積（平行四辺形）グリッド上にしきい値で特定され
る表面を表現するものである。
【００１０】米国特許第４８３５６８８号明細書は規則
的体積グリッドにしきい値で特定される表面を表現す
る。
的体積グリッドにしきい値で特定される表面を表現す
る。
【００１１】米国特許第４８２１２１０号明細書は体積
エレメントから一群の三角形の形の表面を直接に抽出す
る。
エレメントから一群の三角形の形の表面を直接に抽出す
る。
【００１２】立方体から多角形表面を抽出することにつ
いては次のものがある。
いては次のものがある。
【００１３】米国特許第４７２９０９８号明細書は体積
エレメントから一群の三角形の形の表面を直接に抽出す
る。この特許は規則的グリッドのみを考慮し多角形表面
の抽出を主題としている。
エレメントから一群の三角形の形の表面を直接に抽出す
る。この特許は規則的グリッドのみを考慮し多角形表面
の抽出を主題としている。
【００１４】J. Mol. Graphics, 1990, Vol.8, March p
p. 34-38のＪ．Ｗ．Lauherによる文献“Chem-Ray：A Mo
lecular Graphics Program Featuring an Umbra andPen
umbra shadowing Routine”は影となった分子図形モデ
ルを表現するために光追跡技術を用いている。
p. 34-38のＪ．Ｗ．Lauherによる文献“Chem-Ray：A Mo
lecular Graphics Program Featuring an Umbra andPen
umbra shadowing Routine”は影となった分子図形モデ
ルを表現するために光追跡技術を用いている。
【００１５】これに関連して米国特許第４８３５７１２
号明細書は体積データ内の境界を可視化するために体積
エレメントに材料の不透明度を割り当てる方法を示して
いる。この方法は規則的グリッドを伴ったボクセルアレ
イにデータを記憶する。また、体積データ内の各ポイン
トにおける不透明度と光度を計算する方法を示している
が結果としての不透明度と光度をどのようにして表現す
るかを特定していない。
号明細書は体積データ内の境界を可視化するために体積
エレメントに材料の不透明度を割り当てる方法を示して
いる。この方法は規則的グリッドを伴ったボクセルアレ
イにデータを記憶する。また、体積データ内の各ポイン
トにおける不透明度と光度を計算する方法を示している
が結果としての不透明度と光度をどのようにして表現す
るかを特定していない。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】以上のいずれにも例え
ば、四面体、変形矩形又は他の非矩形体積エレメントの
メッシュのような不規則なグリッドに、サンプルポイン
トで特定される体積データを表現する方法及び装置は示
されていない。
ば、四面体、変形矩形又は他の非矩形体積エレメントの
メッシュのような不規則なグリッドに、サンプルポイン
トで特定される体積データを表現する方法及び装置は示
されていない。
【００１７】従って本発明の目的はそのような方法及び
装置を提供することである。
装置を提供することである。
【００１８】本発明の他の目的は不規則グリッド上のサ
ンプルポイントで特定される体積データを表現するため
の、光線型ではなくオブジェクト型の方法及び装置を提
供することである。
ンプルポイントで特定される体積データを表現するため
の、光線型ではなくオブジェクト型の方法及び装置を提
供することである。
【００１９】本発明の他の目的は、体積データからとり
出される表面の表現あるいは体積データをあたかも不透
明固体のように表現することではなく、体積データを各
ポイントでの特定の不透明度と光度を有する空間内の固
体として表現されるように表現する効率のよい方法及び
装置を提供することである。
出される表面の表現あるいは体積データをあたかも不透
明固体のように表現することではなく、体積データを各
ポイントでの特定の不透明度と光度を有する空間内の固
体として表現されるように表現する効率のよい方法及び
装置を提供することである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】上記目的は例えば科学的
又は技術的なシミュレーションの結果のような不規則グ
リッド上に特定される３次元データを体積表現するため
の、オブジェクト型の方法及び装置により達成される。
本発明によれば、各面又はグリッドセル間の境界を順番
に考慮する表現技術が与えられる。注目する面の前又は
後にある一つのセルの可視的効果が画像に加えられる。
この技術は再サンプリングと光線追跡を用いる従来の技
術に対しその速度において著しい利点を有する。
又は技術的なシミュレーションの結果のような不規則グ
リッド上に特定される３次元データを体積表現するため
の、オブジェクト型の方法及び装置により達成される。
本発明によれば、各面又はグリッドセル間の境界を順番
に考慮する表現技術が与えられる。注目する面の前又は
後にある一つのセルの可視的効果が画像に加えられる。
この技術は再サンプリングと光線追跡を用いる従来の技
術に対しその速度において著しい利点を有する。
【００２１】本発明の方法及びそれを実施するための装
置によれば、モデルスペースを表わすデータを表現させ
る方法が開示される。この方法は次のステップを含む。
第１ステップはモデルスペース内の個々のポイントと面
により囲まれる不規則グリッドセルの個々の頂点とを関
連づけることである。これらポイントの夫々は光度値と
不透明度値を有する。次のステップはこれらグリッドセ
ルの面を順序づけることである。これら面は好適にはビ
ュー面に対する深さにより順序づけられる。次のステッ
プはこのビュー面上の画素から出て処理中の面に交わる
ビュー光線のすべてについてその画素に入る光の量を決
定するために個々の面を処理することである。画素に入
る光の量はその面に隣接しておりそしてビュー光線の通
る一つのグリッドセルの光度と不透明度の関数である。
置によれば、モデルスペースを表わすデータを表現させ
る方法が開示される。この方法は次のステップを含む。
第１ステップはモデルスペース内の個々のポイントと面
により囲まれる不規則グリッドセルの個々の頂点とを関
連づけることである。これらポイントの夫々は光度値と
不透明度値を有する。次のステップはこれらグリッドセ
ルの面を順序づけることである。これら面は好適にはビ
ュー面に対する深さにより順序づけられる。次のステッ
プはこのビュー面上の画素から出て処理中の面に交わる
ビュー光線のすべてについてその画素に入る光の量を決
定するために個々の面を処理することである。画素に入
る光の量はその面に隣接しておりそしてビュー光線の通
る一つのグリッドセルの光度と不透明度の関数である。
【００２２】上記関連づけのステップはビュー面に対す
るポイントのｘ，ｙ，ｚ座標を決定するステップと光度
を複数の色で表わすステップを含む。
るポイントのｘ，ｙ，ｚ座標を決定するステップと光度
を複数の色で表わすステップを含む。
【００２３】上記処理するステップはビュー面からの深
さが増加又は減少する順に上記順序づけられた面を処理
することにより行うことができる。
さが増加又は減少する順に上記順序づけられた面を処理
することにより行うことができる。
【００２４】
【実施例】図１は本発明によるディスプレイシステム１
０を示す。システム１０はディジタルバス１２、データ
プロセッサ１４、メモリ１６、ディスプレイ２０に接続
されるフレームバッファ１８及びキーボード２４のよう
なユーザ入力装置を有するディスプレイコントローラ２
２を含む。好適にはディスプレイ２０は高解像度カラー
グラフィックディスプレイである。プロセッサ１４は与
えられた体積データを処理して画像バッファ（ＩＢ）に
表現可能な画像をつくる。ＩＢの内容はバス１２を介し
てフレームバッファ１８に送られて表現を行う。本発明
によれば、プロセッサ１４に与えられる体積データは不
規則な非矩形グリッドセルアレイを基本とする。例え
ば、これらグリッドセルは注目する体積データを表現し
可視化するために選ばれた四面体、矩形又は任意の３次
元多面体の形をとりうる。このため、プロセッサ１４は
グリッドセルのポイント又は頂点の第１入力リスト（Ｌ
１）と、これらグリッドセルの頂点を特定するエレメン
トの第２入力リスト（Ｌ２）と、不規則グリッドセルの
順序づけられた面の、内部的に発生される第３リスト
（Ｌ３）を用いる。
０を示す。システム１０はディジタルバス１２、データ
プロセッサ１４、メモリ１６、ディスプレイ２０に接続
されるフレームバッファ１８及びキーボード２４のよう
なユーザ入力装置を有するディスプレイコントローラ２
２を含む。好適にはディスプレイ２０は高解像度カラー
グラフィックディスプレイである。プロセッサ１４は与
えられた体積データを処理して画像バッファ（ＩＢ）に
表現可能な画像をつくる。ＩＢの内容はバス１２を介し
てフレームバッファ１８に送られて表現を行う。本発明
によれば、プロセッサ１４に与えられる体積データは不
規則な非矩形グリッドセルアレイを基本とする。例え
ば、これらグリッドセルは注目する体積データを表現し
可視化するために選ばれた四面体、矩形又は任意の３次
元多面体の形をとりうる。このため、プロセッサ１４は
グリッドセルのポイント又は頂点の第１入力リスト（Ｌ
１）と、これらグリッドセルの頂点を特定するエレメン
トの第２入力リスト（Ｌ２）と、不規則グリッドセルの
順序づけられた面の、内部的に発生される第３リスト
（Ｌ３）を用いる。
【００２５】ここでは、表現されるべき固体が各ポイン
トで単位材料当りに放出される光の量である光度及び単
位移動距離当りに吸収される光の割合で表わされる不透
明度（又は光密度）を特定するものとする。不透明度は
一般に体積データに何らかの形で関係する材料の固有の
特性である。光度は体積データからとり出される固有の
ものであるかあるいは外部的な照明又は内部的な陰又は
散乱による外的なものでありうる。
トで単位材料当りに放出される光の量である光度及び単
位移動距離当りに吸収される光の割合で表わされる不透
明度（又は光密度）を特定するものとする。不透明度は
一般に体積データに何らかの形で関係する材料の固有の
特性である。光度は体積データからとり出される固有の
ものであるかあるいは外部的な照明又は内部的な陰又は
散乱による外的なものでありうる。
【００２６】図１のシステムを更に説明する前に、体積
データの表現において、このシステムで行われる数学的
な関係をまず説明する。
データの表現において、このシステムで行われる数学的
な関係をまず説明する。
【００２７】図４において、ビュー面内の任意の一点に
入る光の量は近点ＺN と遠点ＺF の間のビュー光に沿っ
た各ポイントからの寄与を積分することで決定される。
Ｌ（ｚ）とＤ（ｚ）を光線に沿ったポイントＺにおける
光度と不透明度とすると、この光線上の各点ｚから出て
ビュー面に向う光は点ｚから点ＺN までの材料を通るこ
とで減衰の量は透明度Ｔで与えられる。
入る光の量は近点ＺN と遠点ＺF の間のビュー光に沿っ
た各ポイントからの寄与を積分することで決定される。
Ｌ（ｚ）とＤ（ｚ）を光線に沿ったポイントＺにおける
光度と不透明度とすると、この光線上の各点ｚから出て
ビュー面に向う光は点ｚから点ＺN までの材料を通るこ
とで減衰の量は透明度Ｔで与えられる。
【００２８】
【数１】 Ｄ（ｚ）は点ｚにおける移動距離当りの吸収される光の
比を示すが、Ｔ（ｚN ，ｚ）はｚからＺN に動く際に送
られる光の比を示す。この１次近似式は次の通りであ
る。
比を示すが、Ｔ（ｚN ，ｚ）はｚからＺN に動く際に送
られる光の比を示す。この１次近似式は次の通りであ
る。
【００２９】
【数２】 ビュー面に入る光の総量は各点ｚで放出され、そして透
明度Ｔ（ｚN ，ｚ）だけ減衰される光Ｌ（ｚ）ｄｚをｚ
からＺN まで積分することで与えられる。一般に、ＺN
からＺF までのビュー光線セグメントによりビュー面に
向けて放出される光の量あるいはそのセグメントの輝度
は次の積分式で与えられる。
明度Ｔ（ｚN ，ｚ）だけ減衰される光Ｌ（ｚ）ｄｚをｚ
からＺN まで積分することで与えられる。一般に、ＺN
からＺF までのビュー光線セグメントによりビュー面に
向けて放出される光の量あるいはそのセグメントの輝度
は次の積分式で与えられる。
【００３０】
【数３】 ＴとＢは簡単であるが有用な特性を表わす。第一の特性
は、２個の隣接するセグメントの総合透明度はそれらの
透明度の積であるということである。
は、２個の隣接するセグメントの総合透明度はそれらの
透明度の積であるということである。
【００３１】 Ｔ（ａ，ｃ）＝Ｔ（ａ，ｂ）Ｔ（ｂ，ｃ） 但しａ≦ｂ≦ｃ （４） 第二の特性は、一つのセグメントの輝度は次式に従って
２個の副セグメントの輝度から計算できるということで
ある。
２個の副セグメントの輝度から計算できるということで
ある。
【００３２】 Ｂ（ａ，ｃ）＝Ｂ（ａ，ｂ）＋Ｔ（ａ，ｂ）Ｂ（ａ，ｃ） 但しａ≦ｂ≦ｃ （５） 式（４）と（５）からのＴとＢの特性を適用することに
より輝度（Ｂ）はセグメント（ｚi ，ｚi+1 ）の夫々の
透明度と輝度により書き改めることができる。
より輝度（Ｂ）はセグメント（ｚi ，ｚi+1 ）の夫々の
透明度と輝度により書き改めることができる。
【００３３】 Ｂの計算は各ビュー面画素からのビュー光線と面との
間の交点を列挙し、各交点で光度と不透明度を得るため
に補間を行い、各セグメントについてＢi とＴi を近似
し、式（６）の和に従って各ビュー光についての光を累
積することで行われる。
間の交点を列挙し、各交点で光度と不透明度を得るため
に補間を行い、各セグメントについてＢi とＴi を近似
し、式（６）の和に従って各ビュー光についての光を累
積することで行われる。
【００３４】本発明の一つの観点によれば、Ｂのこの計
算は面を前から後又は後から前に順次列挙して各面につ
きその面のビュー光線との交点を列挙する、オブジェク
ト型技術を用いて最も効果的に行われる。
算は面を前から後又は後から前に順次列挙して各面につ
きその面のビュー光線との交点を列挙する、オブジェク
ト型技術を用いて最も効果的に行われる。
【００３５】λを与えられた画素についての累積された
光を示すものとする。前から後への順について、処理さ
れたセグメントの総合透明度τを累積することも必要で
ある。これら変数は次のように初期化される。
光を示すものとする。前から後への順について、処理さ
れたセグメントの総合透明度τを累積することも必要で
ある。これら変数は次のように初期化される。
【００３６】λ←０ τ←１ カラー表現の場合には材料が主ディスプレイカラーであ
る赤、緑、青（ＲＧＢ）の夫々について選択的に色を吸
収する場合には別のλと別のτが与えられる。
る赤、緑、青（ＲＧＢ）の夫々について選択的に色を吸
収する場合には別のλと別のτが与えられる。
【００３７】
【００３８】△ｚi ←ｚi ＋１−ｚi Ｄi ←頂点間の直線補間（Ｄi はｚi のＤ） Ｌi ←頂点間の直線補間（Ｌi はｚi のＬ）
【００３９】
【数４】 つの面が与える不透明度と光度と最後に処理される面が
与える不透明度と光度を平均することにより計算され
る。また、 △ｄi ←（Ｄi+1 −Ｄi ）×△ｚi △ｌi ←（Ｌi+1 −Ｌi ）×△ｚi である。
与える不透明度と光度を平均することにより計算され
る。また、 △ｄi ←（Ｄi+1 −Ｄi ）×△ｚi △ｌi ←（Ｌi+1 −Ｌi ）×△ｚi である。
【００４０】一つのセルの総合透明度は次式で与えられ
る。
る。
【００４１】
【数５】 この後者の近似は斜切頭のテイラー級数から得られる。
【００４２】不透明度を考慮した総合輝度は次のように
与えられる。
与えられる。
【００４３】
【数６】 後者の近似も斜切頭テイラー級数から得られる。
【００４４】上述のように、輝度の計算は前から後へと
進めることができ、その場合には各セグメントについて
λとτが次のように更新され、 あるいは後から前へと進む場合にはλのみが必要とな
る。
進めることができ、その場合には各セグメントについて
λとτが次のように更新され、 あるいは後から前へと進む場合にはλのみが必要とな
る。
【００４５】 前から後への計算は処理時間が長くなりうるが、累積さ
れた透明度が他の寄与が重要でなくなる程小さい値にな
ったときに処理を停止しうるという利点を有する。
れた透明度が他の寄与が重要でなくなる程小さい値にな
ったときに処理を停止しうるという利点を有する。
【００４６】従来の規則的なグリッドの合成法に関して
図６、７に示すように、体積表現計算には各画素に対応
するビュー光線に沿って、発光部分とビューワーとの間
の体積を通ることにより減衰される。その体積の各部分
から散乱する光を累積する必要がある。規則的なグリッ
ド体積表現はその体積の次々の層を合成することで容易
に行うことができる。
図６、７に示すように、体積表現計算には各画素に対応
するビュー光線に沿って、発光部分とビューワーとの間
の体積を通ることにより減衰される。その体積の各部分
から散乱する光を累積する必要がある。規則的なグリッ
ド体積表現はその体積の次々の層を合成することで容易
に行うことができる。
【００４７】例えば、Ｌr を画素ｒに関連したビュー光
線に沿ってその画素に入る光の量とし、ｌr,i とｏr,i
を夫々光線ｒがスライスｉと交わるビクセルの光度と不
透明度とする。
線に沿ってその画素に入る光の量とし、ｌr,i とｏr,i
を夫々光線ｒがスライスｉと交わるビクセルの光度と不
透明度とする。
【００４８】規則グリッド体積表現間の周知の合成アル
ゴリズムは次のようにして、Ｌr のすべてを計算するこ
とで要約しうる。
ゴリズムは次のようにして、Ｌr のすべてを計算するこ
とで要約しうる。
【００４９】for each viewing ray r Ｌr ←０ for each slice i of volume for each voxel v in the slice compute viewing ray r that intersects v compute ｌr,i and ｏr,i Ｌr ←Ｌr ×（１−ｏr,i ）＋ｌr,i しかしながら、図８に示すように不規則グリッド体積デ
ータは一般にスペース充填多面体又はセルの３次元メッ
シュとして表わされる。データ値は各セルの頂点で既知
であり、それら頂点の値から補間されてそのセルの全体
積についてのデータ値を与える。光線追跡法での体積表
現はセルからセルへと夫々の光線に沿って歩進させ、光
がセルを通過したときその体積により放出される光を累
積してすでに累積されている光を減衰することで行われ
る。
ータは一般にスペース充填多面体又はセルの３次元メッ
シュとして表わされる。データ値は各セルの頂点で既知
であり、それら頂点の値から補間されてそのセルの全体
積についてのデータ値を与える。光線追跡法での体積表
現はセルからセルへと夫々の光線に沿って歩進させ、光
がセルを通過したときその体積により放出される光を累
積してすでに累積されている光を減衰することで行われ
る。
【００５０】例えばＬr を画素ｒに関連したビュー光に
沿ってその画素に入る光の量とし、ｌr,i とｏr,i を夫
々光ｒが交わるメッシュのｉ番目のセルの光度と不透明
度とする。
沿ってその画素に入る光の量とし、ｌr,i とｏr,i を夫
々光ｒが交わるメッシュのｉ番目のセルの光度と不透明
度とする。
【００５１】不規則グリッド体積表現用の既知の光追跡
アルゴリズムは各光線を順に考慮してその光についての
Ｌr を次のように計算する。
アルゴリズムは各光線を順に考慮してその光についての
Ｌr を次のように計算する。
【００５２】For each viewing ray r Ｌr ←０ sort cells that ray r intersects for each cell i that ray r intersects compute ｏr,i and Ｌr,i of cell i Ｌr ←Ｌr ×（１−ｏr,i ）＋ｌr,i 反対に、本発明の特徴であるオブジェクト型の方法は、
最も外側のループが次のようにして各オブジェクトを順
に（従ってオブジェクト型で）考慮するように上記の計
算を再構成することによるＬr の計算で進行する。
最も外側のループが次のようにして各オブジェクトを順
に（従ってオブジェクト型で）考慮するように上記の計
算を再構成することによるＬr の計算で進行する。
【００５３】sort cell faces for each viewing ray r Ｌr ←０ for each cell face i for each viewing ray r that intersects face i compute ｏr,i and ｌr,i of the cell behind face i Ｌr ←Ｌr ×（１−ｏr,i ）＋ｌr,i 光追跡技術と比較してオブジェクト型技術の一つの重要
な利点は光線とセル面との交点の計算が高速で行われる
ことである。その理由は各セル面が順に検査され、その
面と交わるすべての光線を一緒に計算してセットアップ
部分のような交点計算の或る部分について同一のセルに
交わる光線間で共用しうるようにするからである。第二
の利点は、一般的なオブジェクト型方法は或る意味で従
来の表面型モデルを描くための現代の高性能図形システ
ムで用いられる方法と同様であり、その体積表現方法を
より容易に且つ完全にそのようなシステムと組み合わせ
うるようにすることである。例えば、光線−セルの交点
計算は従来の表面表現で用いられたと同じように行うこ
とができる。アルゴリズムの面型オリエンテーションは
不透明な表面と半透明な表面及び体積をすべて同一画像
に表現しうるようにするものである。
な利点は光線とセル面との交点の計算が高速で行われる
ことである。その理由は各セル面が順に検査され、その
面と交わるすべての光線を一緒に計算してセットアップ
部分のような交点計算の或る部分について同一のセルに
交わる光線間で共用しうるようにするからである。第二
の利点は、一般的なオブジェクト型方法は或る意味で従
来の表面型モデルを描くための現代の高性能図形システ
ムで用いられる方法と同様であり、その体積表現方法を
より容易に且つ完全にそのようなシステムと組み合わせ
うるようにすることである。例えば、光線−セルの交点
計算は従来の表面表現で用いられたと同じように行うこ
とができる。アルゴリズムの面型オリエンテーションは
不透明な表面と半透明な表面及び体積をすべて同一画像
に表現しうるようにするものである。
【００５４】図５は頂点Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３を有する四面
体セルの一つの面（Ｆ）を示す。各頂点には、ビュー面
からの深さ（ｚ）、光度に対応するＲＧＢカラー情報及
び不透明度（Ｏp ）に対応する値を含む多数のパラメー
タが関連づけられる。頂点間のデータ値は直線補間技術
により決定される。
体セルの一つの面（Ｆ）を示す。各頂点には、ビュー面
からの深さ（ｚ）、光度に対応するＲＧＢカラー情報及
び不透明度（Ｏp ）に対応する値を含む多数のパラメー
タが関連づけられる。頂点間のデータ値は直線補間技術
により決定される。
【００５５】図２、３はデータ構造すなわちリスト
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の組織を詳細に示す。図２において、
リストＬ１はグリッドセルの面の頂点に対応する複数
（１〜ｎ）の点を記憶する。各入力はビュー面に対する
ｘ，ｙ，ｚの位置データ、ＲＧＢカラー情報（光度）及
び関連する各透明度（Ｏp ）を含む。Ｌ２は各四面体セ
ル（１〜ｍ）についての４個の頂点（Ｖ１〜Ｖ４）を特
定するエレメントのリストである。他のセル形状では頂
点の数は４より大となりうる。一つの与えられたセルに
ついての４個の頂点入力の夫々は頂点識別子とＬ１ｋ入
力の内の１個に対するポインタを記録する。これらポイ
ンタは図２では矢印Ｐで示してある。図示のように、Ｌ
１内の点の内のいくつかはＬ２内の２個以上の頂点で示
される。すなわち、それら頂点の内の或るものは同一の
位置、光度及び不透明度をもつことができる。この技術
により、各セル頂点の位置、光度（ＲＧＢ）及び不透明
度が特定されて表現される。すべてのセル軸が互いに直
交する従来の規則グリッド型システムではリストＬ２は
頂点の特定が明白であるため不要となる。
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の組織を詳細に示す。図２において、
リストＬ１はグリッドセルの面の頂点に対応する複数
（１〜ｎ）の点を記憶する。各入力はビュー面に対する
ｘ，ｙ，ｚの位置データ、ＲＧＢカラー情報（光度）及
び関連する各透明度（Ｏp ）を含む。Ｌ２は各四面体セ
ル（１〜ｍ）についての４個の頂点（Ｖ１〜Ｖ４）を特
定するエレメントのリストである。他のセル形状では頂
点の数は４より大となりうる。一つの与えられたセルに
ついての４個の頂点入力の夫々は頂点識別子とＬ１ｋ入
力の内の１個に対するポインタを記録する。これらポイ
ンタは図２では矢印Ｐで示してある。図示のように、Ｌ
１内の点の内のいくつかはＬ２内の２個以上の頂点で示
される。すなわち、それら頂点の内の或るものは同一の
位置、光度及び不透明度をもつことができる。この技術
により、各セル頂点の位置、光度（ＲＧＢ）及び不透明
度が特定されて表現される。すべてのセル軸が互いに直
交する従来の規則グリッド型システムではリストＬ２は
頂点の特定が明白であるため不要となる。
【００５６】図３は表現プロセス中にアルゴリズムによ
り構成されるリストＬ３の一部を示す。例えば、頂点
（５，８，１３，２２）を有する四面体グリッドセルに
ついては面は頂点識別子トリプレット（５，８，１
３）、（５，１３，２２）等で特定される。これら面は
ビュー面からの深さ（ｚ）でリストＬ３内に順序づけら
れる。これら面を処理するための、前から後への方法で
はこれら面はビュー面に最も近いものから最も遠いもの
へとＬ３内で順序づけられる。後から前への方法ではビ
ュー面から最も遠いものから最も近いものへとＬ３内で
順序づけられる。
り構成されるリストＬ３の一部を示す。例えば、頂点
（５，８，１３，２２）を有する四面体グリッドセルに
ついては面は頂点識別子トリプレット（５，８，１
３）、（５，１３，２２）等で特定される。これら面は
ビュー面からの深さ（ｚ）でリストＬ３内に順序づけら
れる。これら面を処理するための、前から後への方法で
はこれら面はビュー面に最も近いものから最も遠いもの
へとＬ３内で順序づけられる。後から前への方法ではビ
ュー面から最も遠いものから最も近いものへとＬ３内で
順序づけられる。
【００５７】動作を述べると、プロセッサ１４はＬ３内
の面にアクセスし、その面に交わるすべての光線を処理
するべく上述の方法でそれらを順次処理する。これら面
の処理中に、プロセッサ１４は画像バッファＩＢ内に表
現可能な像を構成し、この表現可能な像が最終的にディ
スプレイ２０での表現のためにフレームバッファ１８に
送られる。
の面にアクセスし、その面に交わるすべての光線を処理
するべく上述の方法でそれらを順次処理する。これら面
の処理中に、プロセッサ１４は画像バッファＩＢ内に表
現可能な像を構成し、この表現可能な像が最終的にディ
スプレイ２０での表現のためにフレームバッファ１８に
送られる。
【００５８】カラー表現システムについて述べたが、本
発明は白黒表現システムにも関している。また選択的に
減衰される光の効果をシュミレートするために各カラー
を別々の不透明度と結びつけることもできる。更に、図
１の実施例は本発明の実施に適した一つの実施例にすぎ
ない。
発明は白黒表現システムにも関している。また選択的に
減衰される光の効果をシュミレートするために各カラー
を別々の不透明度と結びつけることもできる。更に、図
１の実施例は本発明の実施に適した一つの実施例にすぎ
ない。
【００５９】
【発明の効果】本発明によれば、不規則グリッドに、サ
ンプルポイントで特定される体積データを表現する方法
及び装置を提供することができる。
ンプルポイントで特定される体積データを表現する方法
及び装置を提供することができる。
【図１】本発明による図形表現システムのブロック図。
【図２】図１のシステムのメモリに維持される点リスト
と頂点リストの関係の詳細を示す図。
と頂点リストの関係の詳細を示す図。
【図３】図１のシステムのメモリに維持される面リスト
の構成を詳細に示す図。
の構成を詳細に示す図。
【図４】ビュー光線、ビュー面及び表現されるべき体積
データに対するそれらの関係を示す図。
データに対するそれらの関係を示す図。
【図５】頂点Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３を有する四面体グリッド
セルの一つの面を示す図。
セルの一つの面を示す図。
【図６】従来の光線追跡技術を示す図。
【図７】従来の光線追跡技術を示す図。
【図８】複数の不規則で非矩形のグリッドセルを通るビ
ュー光線（ｒ）を示す図である。
ュー光線（ｒ）を示す図である。
【図９】本発明により処理される形式の不規則グリッド
を空気流のパターンのモデル化のために翼の表面に適用
したものを示す図。
を空気流のパターンのモデル化のために翼の表面に適用
したものを示す図。
１０ ディスプレイシステム １２ ディジタルバス １４ データプロセッサ １６ メモリ １８ フレームバッファ ２０ ディスプレイ ２２ ディスプレイコントローラ
Claims (10)
- 【請求項１】コンピュータシステムにより実行されるべ
き、モデルスペースを表わすデータを表現するためのデ
ータ表現方法であって、 モデルスペース内の、夫々関連する光度値及び関連不透
明度値を有する個々のポイントを面により囲まれる不規
則なグリッドセルの個々の頂点に関連づけるステップ、 上記グリッドセルの面を順序づけるステップ、及びビュ
ー面上の画素から出て処理中の面に交わるすべてのビュ
ー光線について、上記画素に入る、上記面に隣接して上
記ビュー光線の通る一つのグリッドセルの光度及び不透
明度の関数である光量を決定するように個々の面を処理
するステップ、 を有する、モデルスペースを表わすデータの表現方法。 - 【請求項２】前記関連づけるステップは前記ビュー面に
対する前記ポイントのｘ，ｙ，ｚ座標を決定するステッ
プを含む、請求項１の方法。 - 【請求項３】前記関連づけるステップは光度を複数の色
で表現するステップを含む、請求項１の方法。 - 【請求項４】モデルスペースを表わすデータを表現する
ためのデータ表現装置であって、 モデルスペース内の、夫々関連する光度値及び関連する
不透明度値を有する個々のポイントを、面により囲まれ
る不規則なグリッドセルの個々の頂点に関連づけるため
の手段、 上記グリッドセルの面を順序づける手段、及びビュー面
上の画素から出て処理中の面と交わるすべてのビュー光
線について、上記画素に入る、上記面に隣接して上記ビ
ュー光線の通る一つのグリッドセルの光度及び不透明度
の関数である光量を決定するように個々の面を処理する
手段、 を備えた、モデルスペースを表わすデータの表現装置。 - 【請求項５】前記関連づけ手段は前記ビュー面に対する
前記ポイントのｘ，ｙ，ｚ座標を決定する手段を含む、
請求項４の装置。 - 【請求項６】前記関連づけ手段は光度を複数の色で表現
する手段を含む、請求項４の装置。 - 【請求項７】前記順序づけ手段は前記面を前記ビュー面
からの深度で順序づけるものである、請求項４の装置。 - 【請求項８】コンピュータシステムにより実行されるべ
き、モデルスペースを表わすデータを表現するためのデ
ータ表現方法であって、 モデルスペース内の、夫々関連する光度値及び関連する
不透明度値を有する個々のポイントを、面により囲まれ
る不規則なグリッドセルの個々の頂点に関連づけるステ
ップ、 上記グリッドセルの面を順序づけるステップ、及びビュ
ー面上の画素から出て処理中の面に交わるすべてのビュ
ー光線について、上記画素に入る、上記面に隣接して上
記ビュー光線の通る一つのグリッドセルの光度（ｌ）及
び不透明度（Ｏ）の関数である光量（Ｌ）を Ｌ←Ｌ×（ｌ−Ｏ）＋１ として決定するように個々の面を処理するステップ、 を有する、モデルスペースを表わすデータの表現方法。 - 【請求項９】 請求項８の方法。
- 【請求項１０】前記関連づけステップは、 グリッドセルの頂点に対応するポイントの３次元位置、
光度及び不透明度を含む入力を有する第１リストを維持
するステップ、 各グリッドセルの各頂点についての識別子を含む入力を
有する第２リストを維持するステップ、及び各頂点の位
置、光度及び不透明度を特定するために上記第２リスト
の夫々の入力と上記第１リストの一つの入力との間にポ
インタをつくるステップ、を含む、請求項８の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US69003491A | 1991-04-23 | 1991-04-23 | |
| US690034 | 1991-04-23 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0589254A true JPH0589254A (ja) | 1993-04-09 |
Family
ID=24770822
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4048799A Pending JPH0589254A (ja) | 1991-04-23 | 1992-03-05 | モデルスペースを表わすデータの表現方法及び装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0511537A3 (ja) |
| JP (1) | JPH0589254A (ja) |
| CA (1) | CA2061054C (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2021039455A (ja) * | 2019-08-30 | 2021-03-11 | 学校法人早稲田大学 | 画像レンダリング方法、画像レンダリングシステム及びプログラム |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06223201A (ja) * | 1993-01-22 | 1994-08-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 並列画像生成装置 |
| US7133043B1 (en) | 1999-11-29 | 2006-11-07 | Microsoft Corporation | Computer graphics methods and apparatus for ray intersection |
| CN115731331A (zh) * | 2021-08-30 | 2023-03-03 | 华为云计算技术有限公司 | 一种对应用进行渲染的方法及相关装置 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4924414A (en) * | 1986-09-24 | 1990-05-08 | Daikin Industries, Ltd. | Apparatus and method for obtaining priority numbers for drawing figures forming a display figure |
| US4821210A (en) * | 1987-04-02 | 1989-04-11 | General Electric Co. | Fast display of three-dimensional images |
-
1992
- 1992-02-12 CA CA002061054A patent/CA2061054C/en not_active Expired - Fee Related
- 1992-03-05 JP JP4048799A patent/JPH0589254A/ja active Pending
- 1992-04-13 EP EP19920106354 patent/EP0511537A3/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2021039455A (ja) * | 2019-08-30 | 2021-03-11 | 学校法人早稲田大学 | 画像レンダリング方法、画像レンダリングシステム及びプログラム |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0511537A3 (en) | 1993-11-18 |
| CA2061054A1 (en) | 1992-10-24 |
| CA2061054C (en) | 1998-09-22 |
| EP0511537A2 (en) | 1992-11-04 |
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Legal Events
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