JPH06259573A

JPH06259573A - ３次元グラフィックスデータ生成装置

Info

Publication number: JPH06259573A
Application number: JP9724692A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Matsushita; 博松下
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 1992-03-23
Filing date: 1992-03-23
Publication date: 1994-09-16

Abstract

(57)【要約】【目的】従来の３次元グラフィックス画像より更に一層
立体感、現実感のある画像を作り出せること。【構成】３次元ワイヤフレームをマウス、キーボード１
等で入力し、その３次元ワイヤフレームを色付け手段２
で色付けして３次元グラフィックスデータを生成する。
他方、画像データ作成者が各画面について注視点を入力
する。手段６は３次元グラフィックスデータついて、注
視点からの距離に応じて、３次元的に全方向に、画像を
平滑化してぼかす。それによって、人間が見ている状態
により近い画像が生成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＣＡＤ、ＶＲ（仮想現
実）技術等に用いられる３次元グラフィックスデータを
生成する装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】コンピュータを利用して、３次元の画像
（グラフィックス）を画面に描くコンピュータグラフィ
ックスの技術は、ＣＡＤやアニメの世界、最近ではＶＲ
技術等の世界に用いられている。

【０００３】ところで、コンピュータグラフィックス技
術で描かれた３次元画像は、現実の人間が見ているよう
な３次元の視覚世界と出来るだけ似ていることが望まし
い。すなわち、いわゆる立体感、現実感を十分持った３
次元画像を実現することが重要である。

【０００４】そこで、従来そのための方法がいくつか考
えられている。

【０００５】例えば、３次元的な景観を表現するための
透視変換方法や、現実感を表わすため各種レンダリング
方法である（「最新３次元コンピュータグラフィック
ス」、白田耕作監訳、1991.4.1、アスキー出版局）。各
種レンダリング方法とは、例えば、陰影を付するシェー
ディング、実際の写真を一部にはめ込むテクスチャーマ
ッピング、重なり具合いを表現するＺバッファアルゴリ
ズム、光の反射経路も考慮するレイトレーシング等の方
法である。このシェーディング、テクスチャーマッピン
グ方法は、現実感を出すための方法、Ｚバッファアルゴ
リズム、レイトレーシング方法は、隠面を消去して現実
感を出す方法である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
各種の方法では、未だ十分立体感、現実感を表現出来て
いない。更に一層立体感、現実感を表現できる方法の開
発が期待されている。

【０００７】本発明は、このような従来の立体感、現実
感表現方法の課題を考慮し、従来の３次元グラフィック
ス画像より更に一層立体感、現実感のある画像を作り出
せる３次元グラフィックスデータ生成装置を提供するこ
とを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、３次元ワイヤ
フレームを入力するフレーム入力手段と、その３次元ワ
イヤフレームを色付けして３次元グラフィックスデータ
を生成する色付け手段と、注視点を入力する注視点入力
手段と、その注視点に基づき、所定の規則に従って、３
次元グラフィックスデータを、少なくとも注視点にはピ
ントを合わせ、他の部分に付いてはぼかすための現実感
付与手段とを備えた３次元グラフィックスデータ生成装
置である。

【０００９】また、本発明は、上記所定の規則が、注視
点からの距離に応じて、３次元的に全方向に、画像を平
滑化するものである３次元グラフィックスデータ生成装
置である。

【００１０】また、本発明は、上記注視点が、各画像毎
に画像データ作成者が指定する３次元グラフィックスデ
ータ生成装置である。

【００１１】また、本発明は、さらに、画像を見る人の
注視点を検出する注視点検出手段を備え、注視点はその
注視点検出手段によって指定される３次元グラフィック
スデータ生成装置である。

【００１２】また、本発明は、画像を仮想現実（ＶＲ）
化して表示できる３次元グラフィックスデータ生成装置
である。

【００１３】

【作用】本発明では、フレーム入力手段により３次元ワ
イヤフレームを入力し、色付け手段が、その３次元ワイ
ヤフレームに色付けして３次元グラフィックスデータを
生成する。他方、注視点入力手段から人間の画像に対す
る注視点を入力する。そして、現実感付与手段が、その
注視点に基づき、所定の規則に従って、３次元グラフィ
ックスデータを、少なくとも注視点についてはピントを
合わせ、他の部分はぼかす。

【００１４】また、本発明では、上記現実感付与手段
が、注視点からの距離に応じて、３次元的に全方向に、
画像を平滑化する。

【００１５】また、本発明では、各画像毎に画像データ
作成者が上記注視点を指定する。

【００１６】また、本発明では、注視点検出手段が、画
像を見る人の注視点を検出する。

【００１７】また、本発明は、仮想現実（ＶＲ）技術に
より表示された画像について行われる。

【００１８】

【実施例】以下本発明の一実施例について図面を参照し
ながら説明する。

【００１９】図１は本発明にかかる３次元グラフィック
スデータ生成装置の一実施例を示すブロック図である。

【００２０】フレーム入力手段１は、３次元ワイヤフレ
ームデータを入力するための手段である。例えば、キー
ボード、マウス、ＣＲＴ表示器等を利用して、描こうと
する３次元画像のワイヤフレームを入力できるものであ
る。

【００２１】記憶手段２は、そのようなフレーム入力手
段１によって入力された３次元ワイヤフレームデータを
記憶するためのＲＡＭ，ディスク等の機器である。

【００２２】色付け手段３は、その記憶手段２に記憶さ
れている３次元ワイヤフレームに対して、カラー、陰
影、材質感等の各種色付けして３次元グラフィックスデ
ータを生成する手段である。

【００２３】記憶手段４は、そのようにして生成された
３次元グラフィックスデータを記憶するＲＡＭ，ディス
ク等の機器である。記憶手段２の機器を兼ねることも可
能である。

【００２４】注視点入力手段５は、注視点を入力するた
めのキーボード、マウス、ＣＲＴ表示器等である。フレ
ーム入力手段１の機器を兼ねることも可能である。ここ
に、注視点とは、人間が画面を見たとき、その注視する
位置を意味する。この注視点は、後に述べるように、色
々な決定の仕方がある。

【００２５】現実感付与手段６は、注視点入力手段５か
ら入力された注視点からの距離に応じて、３次元グラフ
ィックスデータを、少なくとも注視点についてはピント
を合わせ、その他の部分に付いては３次元的に全方向
に、画像を平滑化することによって、ぼかしを入れ、現
実感を迫真のものとする手段である。

【００２６】表示手段７は、その現実感付与手段６によ
って生成された現実感のある画像を生成できる３次元グ
ラフィックスデータに従って、現実感のある３次元画像
を表示するＣＲＴ、液晶、プロジェクター等の表示装置
である。

【００２７】次に、本発明の上記実施例の動作を説明す
る。

【００２８】フレーム入力手段１から３次元ワイヤフレ
ームデータを記憶手段２に入力して記憶させる。色付け
手段３がその３次元ワイヤフレームに色付けして３次元
グラフィックスデータを生成し、記憶手段４に記憶させ
る。

【００２９】他方、注視点入力手段５から、各画面毎人
間が注視するであろうと思われる点を入力する。そし
て、現実感付与手段６が、その注視点に基づき、上記３
次元グラフィックスデータを次に様にしてぼかす。

【００３０】（１）人間の視覚特性を考慮して、観察者
の注視点付近の対象領域（円形）を決定する。

【００３１】（２）コンピュータグラフィックス画像に
おける上記領域内では、各画素が有する奥行き値（Ｚ
値）をもとに、注視点からの相対Ｚ値を求める。

【００３２】（３）平滑化関数として、２次元ガウス関
数を考え、平滑化度合いを意味するパラメータσに
（２）で求めた相対Ｚ値を反映させ、フィルタリングを
行う（円形領域内）。

【００３３】（４）（１）における円形領域外では、各
画素に対して、注視点からのスクリーン平面方向の相対
距離を求める。

【００３４】（５）円形領域は、外に行くにしたがっ
て、視力が低下する部分であるので、（３）におけるパ
ラメータσに（４）で求めた相対距離を反映させ、フィ
ルタリングをおこなう。

【００３５】次に、この様なステップを更に具体的に説
明する。

【００３６】すなわち、注視点と２つのコンピュータグ
ラフィックスオブジェクトＡ，Ｂの位置関係が、図２に
示すような場合を考える。図において、注視点Ｐが投影
面上になくＡ上の点となっているのは、両眼視差による
立体視システムを考慮しているからである。いま、Ａ，
Ｂ間のｚ方向（奥行き方向）の距離をＤｚとする。ま
た、それぞれのオブジェクト上の点Ｐ，Ｑの投影面への
像をＰ’，Ｑ’とし、これら２点間のｙ方向の距離をＤ
ｙ（ｘ方向はＤｘ）とする。

【００３７】効果的な奥行き感等の現実感を出すため
に、注視点からの奥行き方向への相対的距離Ｄｚに応じ
て、投影面に透視投影されたコンピュータグラフィック
ス画像の輝度値を平滑化することを考える。投影画像の
各画素は、それぞれに対応するコンピュータグラフィッ
クスオブジェクト上の点として奥行き値をもっている。
したがって、注視点Ｐが決定されると、この点からの相
対的な距離画像Ｄｚ（ｘ，ｙ）が得られる。

【００３８】また、投影面方向（ｘ−ｙ面）に関して
も、人間の視覚特性から、網膜上の中心窩からずれるに
したがって視力が低下することを利用し、相対距離Ｄｐ
(Ｄｘ²＋Ｄｙ²）^1/2に応じて平滑化する。

【００３９】ここで、平滑化関数として、（１）式に示
すｘ，ｙに関する２次元ガウス関数ｇ（ｘ，ｙ）を用い
る。

【００４０】ｇ(ｘ，ｙ)＝１／２πσ²ｅｘｐ［−(ｘ²＋ｙ²)／２σ²］（１）平滑化フィルタリングは、次の２つのステップからな
る。

【００４１】（ａ）中心窩相当部分（円領域）を決定
し、それより外部は平面方向相対距離Ｄｐに基づき平滑
化する。

【００４２】（ｂ）中心窩相当部分では、奥行き方向相
対距離画像Ｄｚ（ｘ，ｙ）に基づき平滑化する。

【００４３】平滑化は、上記（ａ），（ｂ）における距
離値Ｄ（ＤｐおよびＤｚ）を（１）式における平滑化パ
ラメータσに反映させる。すなわち、次式（２）のよう
になる。

【００４４】 σ（ｘ，ｙ）＝ｋ・Ｄ（ｘ，ｙ）（ｋは定数）（２）（２）式において、ｋは比例定数であり、この値によ
り、’ぼかし度’を制御できる。

【００４５】このような演算をすることによって、３次
元グラフィックスデータが現実感を持つようにぼかされ
る。以下に示す写真図面で、ぼかしの一例を示す。

【００４６】図３は、色付け後の３次元グラフィックス
データのオリジナルな画像である。矢印（赤いカーソ
ル）を注視点とする。図４は、その注視点を基準として
ｘｙ方向への距離画像図である。図５は、図３につい
て、その注視点を基準としてｚ方向への距離画像図であ
る。図６は、図３のオリジナル画像を図４の距離画像図
でぼかした画像を示す図である。図７は、図３のオリジ
ナル画像を図５の距離画像図でぼかした画像を示す図で
ある。図８は、図６、図７のぼかし画像を統合して、
ｘ，ｙ，ｚ方向へ３次元的にぼかした、現実性を持つ３
次元画像である。

【００４７】表示手段７は、この３次元グラフィックス
データを入力し、画面に表示する。

【００４８】そして、人間はその画面を観賞する。

【００４９】さらに、その人間の頭部には、公知の３次
元上の注視点を検出できる注視点検出手段８が付けられ
ており、常時その人間の注視点が検出される。注視点検
出手段８としては、例えば、「両眼赤外線オプトメータ
ー、奥山、所（1991）,ヒューマン・インタフェース・
シンポジウム」資料に開示されたものなどである。

【００５０】そのような注視点検出手段８によって検出
された注視点は、注視点入力手段５に入力される。そし
て、順次上述のようにして現実感付与手段６によって利
用される。

【００５１】なお、本発明の注視点入力手段としては、
上述のようなものの他に、予め各画面に付いて、画像デ
ータ作成者が指定する方法、あるいは、３次元グラフィ
ック画像を見た人が、指定する方法、あるいは画面の中
央と決めておく方法等他の注視点入力手段であってもか
まわない。

【００５２】また、本発明の現実感付与手段の所定の規
則は、上述のような距離を基準にするものに限らず、画
像内の物体情報をも加味して、ぼかすところを決定する
規則であっても良く、更にその他のぼかし規則でも良
く、要するに、注視点を利用して、より現実感、立体感
のあるぼかし規則でありさえすれば良い。

【００５３】また、本発明は、いわゆる仮想現実（Ｖ
Ｒ）３次元グラフィック技術にも適用可能なことはいう
までもない。なお、本発明は、広視野表示に場合により
一層その効果を顕著に発揮する。

【００５４】また、本発明の各手段は、コンピュータを
用いてソフトウェア的に実現しても、それら機能を有す
る専用のハード回路を用いて実現してもかまわない。

【００５５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は、注視点に基づき、所定の規則に従って、３次元グラ
フィックスデータを、少なくとも注視点に付いてはピン
トを合わせ、その他の部分に付いてはぼかすことができ
るので、従来の３次元グラフィックスデータに比べて格
段の現実感、立体感を表現することの出来る３次元グラ
フィックスデータの生成装置を提供することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の３次元グラフィックスデータ生成装置
にかかる一実施例を示すブロック図である。

【図２】同実施例における平滑化方法を説明するための
図である。

【図３】本発明の一実施例を説明するためのぼかしの無
い３次元画像図である。

【図４】ｘ，ｙ方向へのぼかしのための距離画像図であ
る。

【図５】ｚ方向へのぼかしのための距離画像図である。

【図６】ｘ，ｙ方向へのぼかしを入れた画像図である。

【図７】ｚ方向へのぼかしを入れた画像図である。

【図８】ｘ，ｙ、ｚ方向へのぼかしを入れた画像図であ
る。

【符号の説明】

１フレーム入力手段２記憶手段３色付け手段４記憶手段５注視点入力手段６現実感付与手段７表示手段８注視点検出手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】３次元ワイヤフレームを入力するフレー
ム入力手段と、その３次元ワイヤフレームを色付けして
３次元グラフィックスデータを生成する色付け手段と、
注視点を入力する注視点入力手段と、その注視点に基づ
き、所定の規則に従って、前記３次元グラフィックスデ
ータを、少なくとも前記注視点にはピントを合わせ、他
の部分に付いてはぼかすための現実感付与手段とを備え
たことを特徴とする３次元グラフィックスデータ生成装
置。
【請求項２】前記所定の規則とは、前記注視点からの
距離に応じて、３次元的に全方向に、前記３次元グラフ
ィックスデータの画像を平滑化するものであることを特
徴とする請求項１の３次元グラフィックスデータ生成装
置。
【請求項３】前記注視点は、各画像毎に画像データ作
成者が指定するものであることを特徴とする請求項１、
又は２の３次元グラフィックスデータ生成装置。
【請求項４】さらに、画像を見る人の注視点を検出す
る注視点検出手段を備え、前記注視点はその注視点検出
手段によって指定されることを特徴とする請求項１又は
２の３次元グラフィックスデータ生成装置。
【請求項５】画像は、仮想現実（ＶＲ）化手法により
表示されることを特徴とする請求項１の３次元グラフィ
ックスデータ生成装置。