JPH07200876A

JPH07200876A - 三次元画像生成方法

Info

Publication number: JPH07200876A
Application number: JP5337779A
Authority: JP
Inventors: Kazutaka Nishio; 一孝西尾; Toshiya Naka; 俊弥中
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-12-28
Filing date: 1993-12-28
Publication date: 1995-08-04

Abstract

(57)【要約】【目的】三次元コンピュータ・グラフィックスにおい
て、いくつかの参照視点から生成した画像を変形するこ
とで任意の視点から臨んだ画像を生成する。【構成】三次元物体の形状、表面模様を保存する三次
元物体形状保存部101と、参照視点または任意の視点に
関する視線ベクトルを算出する視点入力部106と、視線
ベクトルを基に幾何変換行列を生成し、三次元物体に変
換を施すことで投影面上の画像を生成する三次元画像生
成部102と、参照視点から臨んだ画像を分割する境界を
発生する分割境界発生部108と、分割境界に応じて参照
視点の画像を分割する画像分割部103と、分割画像を参
照視点の視線情報とともに保存する画像保存部104と、
任意の視線ベクトルに応じて、保存している参照視点の
画像の変形を行う画像変形部105と、変形画像を順次合
成する画像合成部107とを備えた構成である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、三次元コンピュータ・
グラフィックスの分野における三次元画像生成方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、三次元コンピュータ・グラフィッ
クスの分野では、画像生成を効率的に行う三次元画像生
成方法が必要となっている。以下、従来の三次元画像生
成方法の一例について図面を用いて説明する。

【０００３】図９において、三次元物体読込処理９０１
では、三次元物体の読み込みを行う。三次元物体は形状
モデラなどを用いて三次元座標の組などとして計算機上
で表される。これら情報は、計算機の記憶装置などに保
存される。視点入力処理９０２で表示方向もしくは視点
位置、注視点位置などの視点情報を視点入力として与え
る。そして、画像生成処理９０３で画像生成を行う。

【０００４】画像生成法は、レイトレーシング法や、Ｚ
バッファ法などを用いて行われる。画像生成の手順は、
視点情報をもとに三次元物体を投影面上に幾何変換する
変換行列の生成を行う。そして、三次元物体を頂点もし
くは各面を幾何変換し、さらに、表面の模様を添付する
ためテクスチャ・マッピング関数の生成と、テクスチャ
の添付をするマッピング処理を行い順次投影していく。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
上記のような手法では、視点入力の度に、三次元物体に
対して幾何変換とマッピング処理を行う必要があった。
得られる画像は、実世界に忠実でありながらも、物体数
の増加に伴い計算時間も増大するものであった。

【０００６】本発明はかかる点に鑑み、幾何変換や、テ
クスチャ・マッピングの処理を用いることなく、任意の
視点から臨んだ画像を容易に生成することができる三次
元画像生成方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達す
るため、三次元物体を参照視点から臨んで二次元平面上
に投影した画像を複数に分割して保存し、前記分割した
画像をそれぞれ独立に変形して得られる画像を合成し、
前記合成した画像を前記任意の視点位置から臨んだ投影
画像とするものである。

【０００８】

【作用】本発明では、参照視点から臨んだ画像を分割し
保存し、分割画像をそれぞれ独立に変形して、これら画
像を合成することで任意の視点位置から臨んだ画像とす
ることにより、幾何変換や、テクスチャ・マッピングの
処理を用いることなく、任意の視点から臨んだ画像を容
易に生成する。

【０００９】

【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。図１は本発明の一実施例における
三次元画像生成方法を実現する装置の構成を表す図、図
２は本発明の一実施例における三次元画像生成方法の手
順を表す図、図３は三次元物体の投影画像の分割位置を
表す図、図４は参照視点から臨んだだときの投影画像を
表す図、図５は参照視点から臨んだときの投影画像の大
きさを表す図、図６は三次元物体に対する視線を表す角
θ、φを表す図、図７は画像変形による三次元物体の生
成を表す図、図８は三次元物体の投影を表す図である。

【００１０】図１において、三次元物体形状保存部１０
１では、三次元物体の形状、表面の模様などを保存す
る。視点入力部１０６では、参照視点もしくは任意の視
点に関する視線ベクトルを算出する。三次元画像生成部
１０２では、視線ベクトルを基に幾何変換行列を生成
し、三次元物体に変換を施すことで投影面上の画像を生
成する。分割境界発生部１０８では、参照視点から臨ん
だ画像を分割する境界を発生し、画像分割部１０３で
は、この分割境界に応じて参照視点の画像を分割する。
画像保存部１０４では、分割した画像を参照視点の視線
情報とともに保存する。画像変形部１０５では、視点ベ
クトル入力部より得る任意の視線ベクトルに応じて、画
像保存部１０４で保存している参照視点の画像の変形を
行う。画像合成部１０７では、画像変形部１０５で変形
した画像を順次合成して出力する。

【００１１】以上のように構成された画像生成装置につ
いて、図１から図８を用いてその動作を説明する。本実
施例の手順を示す図２において、三次元物体読込処理２
０１では、三次元物体形状保存部１０１への三次元物体
の形状の保存を行う。参照視点作成処理２０２では、参
照画像を生成するための参照視点を発生させる。画像生
成処理２０３では、三次元画像生成部１０２により参照
視点に基づく画像生成を行う。領域分割処理２０４では
分割境界発生部１０８を用いて、参照画像の分割を図
る。

【００１２】画像保存処理２０５では、分割した参照画
像を画像保存部１０４に保存する。視点入力処理２０６
では、任意の視点を視点入力部１０６に入力する。参照
視点選択処理２０７では、視点位置に近い参照視点を選
び参照画像を選択する。画像変形処理２０８では、画像
変形部１０５により分割した参照画像の変形を図る。画
像合成処理２０９では、分割し、そして視点に応じて変
形した参照画像を画像合成部１０７で合成する。これに
より、任意の視点位置から臨んだ画像生成とする。視点
入力処理２０６から画像合成処理２０９までを繰り返す
ことで、所望の視点から臨んだ画像生成を行う。

【００１３】三次元物体形状保存部１０１では、三次元
形状モデラなどの利用により得られた物体の形状を保存
する。三次元物体は多角形の集合などで表され、多角形
の頂点の座標などを保存する。三次元物体の表面模様な
どは、その模様の様式を表すテクスチャとその多角形へ
の張り付け方法を表すマッピング・データの組であるテ
クスチャ・データとして保存される。

【００１４】視点入力部１０６では、三次元物体の画像
生成の際に臨む視線ベクトルを得る。視線ベクトルは視
点位置と注視点位置の間の方向ベクトルであり、これら
の値から算出するか、直接に視線ベクトルを得る。

【００１５】三次元画像生成部１０２では、参照視点か
ら臨んだ三次元物体の投影画像を生成する。参照視点に
関する視線ベクトルを基に、三次元物体を投影面上に変
換する幾何変換行列を生成し、この幾何変換行列を全て
の三次元物体に乗じることで三次元画像の生成を行う。
画像生成手法として、レイ・トレーシング法や、Ｚバッ
ファ法などが存在する。

【００１６】分割境界発生部１０８では、参照視点から
臨んだ画像を分割する境界を生成する。分割境界は、三
次元物体の境界箱に応じる手法、投影面上の軸に平行に
行う手法がある。図３に領域分割の例を示しており、波
線で境界を表している。（ａ）は境界箱の稜線の投影面
上の線での投影面上の軸に平行に行う組み合わせでの分
割を表し、（ｂ）は境界箱の稜線の投影面上の線での分
割を表し、（ｃ）投影面の軸に平行に行う様子を表す。

【００１７】境界箱の投影後の線は、境界箱を三次元物
体として生成しそのまま投影することにより行う手法
や、境界箱の頂点を透視変換して投影面上の頂点を算出
し、これら投影面上の頂点を結ぶ線分とする手法などが
ある。また、別の領域分割の手法として投影画面をディ
スプレイなどの表示装置で示しておき、その上をポイン
ティング・デバイスで直接もしくは間接的に直線、曲線
などを描画することにより、領域と定める手法がある。

【００１８】画像分割部１０３では、投影面上に投影さ
れた画像を分割境界発生部１０８で生成した境界で部分
画像に分割する。

【００１９】画像保存部１０５では、画像分割部１０３
で分割した部分画像を参照視点の情報とともに保存して
おく。参照視点の情報として視線ベクトルや、三次元物
体に対する視線の角度θ、φを表す。三次元物体に対す
る視線の角度を図６に示す。三次元物体の中心を基準と
した極座標形式で表し、水平方向の角度をθ、水平面と
なす垂直方向の角度をφとする。

【００２０】図４には、三次元物体の例である直方体を
いくつかの参照視点で臨んだ画像の例を示す。（ａ）で
は直方体４０１の外形を示しており、Ａは直方体の上底
を、Ｂ、Ｃは側面を示す。（ｂ）では図６に示す視線方
向θ、φの値を、０度、４５度、９０度と変更した時の
画像を横軸方向にθ、縦軸方向にφで表している。４０
２、４０３、４０４はφが９０度の時のθを０度、４５
度、９０度と変化させた図面である。４０２、４０３、
４０４は、上底Ａのみを表している画像であるため、い
ずれか一つを保存しておき、それをθの値に応じて回転
した画像を生成することも可能である。

【００２１】例えば４０２を４５度回転した図面が４０
３であり、４０２を９０度回転した図面が４０４である
ため、４０２を保存しθと同じ値で回転させることで生
成可能である。４０５、４０６、４０７はφが４５度の
時、θをそれぞれ０度、４５度、９０度としたものであ
る。４０８、４０９、４１０はφが０度の時、θを０
度、４５度、９０度としたものである。これら画像を分
割境界を境界箱の稜線としたときの部分画像は、４０２
〜４１０の各画像の上底Ａ、側面Ｂ、側面Ｃの各部分の
みからなる画像である。

【００２２】画像変形部１０５では、画像保存部１０４
で保存した部分画像を変形する。部分画像の変形方式は
単純に画像を拡大、縮小のみで行う方法や、アフィン変
換を伴う方法がある。変形方式を次に示す。

【００２３】図８では直方体４０１を臨んだ様子を表し
ている。（ａ）は直方体４０１を上底から見た図、
（ｂ）は直方体４０１を側面方向から見た図である。図
中θ、φは視線方向の角度を表す。図６に示すように、
直方体４０１の辺の長さは、上底Ａと側面Ｂによりなす
辺をａ、上底Ａと側面Ｂによりなす辺をｂ、側面Ｂと側
面Ｃによりなす辺をｃとする。

【００２４】図８（ａ）のように、投影面に側面が投影
されたとき側面の幅は、側面Ｂがａ・ｃｏｓθ側面Ｃが
ｂ・ｓｉｎθとなる。また、図８（ｂ）のように、側面
Ｂもしくは側面Ｃが投影された時の高さはｃ・ｃｏｓ
φ、上底Ａが投影されたときの高さは（ａ・ｓｉｎθ＋
ｂ・ｃｏｓθ）・ｓｉｎφと表される。

【００２５】図７にいくつかの視点位置から臨んだ図面
を示す。（ａ）はθ＝０、０＜φ＜９０の時を、（ｂ）
はφ＝０、０＜θ＜９０の時を、（ｃ）は０＜θ＜９
０、０＜φ＜９０の時を示す。図７に示すＷA’、Ｗ
B’、ＷC’、ＨA’、ＨB’、ＨC’は上底Ａ、側面Ｂ、
側面Ｃの投影後の幅、高さを表す。またＨB1’、ＨC1’
は、頂点Ｂlb、Ｃrbの二つの水平軸からの高さを表す。
ＷA’、ＷB’、ＷC’、ＨA’、ＨB’、ＨC’、ＨB1’、
ＨC1’は前述の関係より、それぞれ（数１）の様に表さ
れる。

【００２６】

【数１】

【００２７】図５に参照視点から投影した図のうち、図
４（ｂ）で示した４０５、４０９、４０６を示す。Ｗ
A、ＷB、ＷC、ＨA、ＨB、ＨCは上底Ａ、側面Ｂ、側面Ｃ
の投影後の幅、高さを表す。参照視点の角度をθ＝α、
φ＝βとすれば、ＷA、ＷB、ＷC、ＨA、ＨB、ＨCは、そ
れぞれ（数２）の様に表される。複数の参照画像を保存
しているときには、視点と参照視点が近いものを用いる
が、θ、φのいずれかが一致しておれば、それらを優先
させる。さらに、θ、φが一致していれば、参照画像を
そのまま何も変形せずに用いる。

【００２８】

【数２】

【００２９】図７（ａ）の様に、θ＝０となる視点状態
の時には、図５（ａ）の参照画像を用いる。そして、図
５（ａ）の上底Ａと、側面Ｂの部分画像の幅はそのまま
で高さを変更する。

【００３０】（数３）に示す通りに拡大・縮小を図り、
投影後の幅ＷA’、高さＨA’、ＨB’を得る。また、上
底Ａ、側面Ｂと二つの部分画像とせずに一つの部分画像
として扱い、この高さが（数４）に示す関係となるよう
に変形することも一つの手法である。

【００３１】

【数３】

【００３２】

【数４】

【００３３】また、図７（ｂ）の様にφ＝０となる視点
状態の時には、図５（ｂ）の参照画像を用いる。そし
て、図５（ｂ）の側面Ｂと、側面Ｃの部分画像の高さは
そのままで横幅を変更する。（数５）に示す通りに拡大
・縮小を図る。また、側面Ｂ、側面Ｃと二つの部分画像
とせずに一つの部分画像として、これらの幅の合計が
（数６）に示す関係となるように変形することも一つの
手法である。

【００３４】

【数５】

【００３５】

【数６】

【００３６】さらに、図７（ｃ）の様な視点状態の時に
は、図５（ｃ）の参照画像を用いる。そして、上底Ａ、
側面Ｂと、側面Ｃの部分画像の幅、高さと、頂点Ｂlb、
Ｃrbの水平軸からの高さＨB1’、ＨC1’、頂点Ａltと頂
点Ａlbとの投影面上の垂直方向の差ＨA1’、頂点Ａlbと
頂点Ａrtとの投影面上の垂直方向の差ＨA2’、頂点Ａrt
と頂点Ａrbとの投影面上の垂直方向の差ＨA3’を（数
７）に示す通りとなるように変形を図る。

【００３７】

【数７】

【００３８】上記のように変形後の画像の形状が判断で
きるので、参照画像にアフィン変換を施して変形させる
ことで任意の視点から臨んだ画像を生成する。

【００３９】画像合成部１０７では、各分割画像を変形
した画像を全て合成することで、三次元物体を視点入力
部１０６で入力した視点から臨んだ画像とする。

【００４０】

【発明の効果】以上のように本発明では、三次元物体に
対して参照視点から臨み、二次元平面上に投影した画像
を複数に分割して保存し、前記分割した画像をそれぞれ
独立に変形して得られる画像を合成し、前記合成した画
像を任意の参照視点位置から臨んだ投影画像とする幾何
変換や、テクスチャ・マッピングの処理を用いることな
く、任意の視点から臨んだ画像を容易に生成することが
できる。

【００４１】また、三次元物体の境界箱により、参照視
点から投影された画像の大きさがわかり、任意の視点を
与えたときに、その視点により生成される画像の大きさ
もわかるため、参照画像を変形させ、画像の形状を一致
させることで、任意の視点から臨んだ画像とすることに
より、三次元画像生成を行わずに、いくつかの画像変形
のみで画像生成を図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における三次元画像生成方法
の構成を表す図

【図２】本発明の一実施例における三次元画像生成方法
の手順を表す図

【図３】（ａ）は投影面の軸と平行の線と境界箱の稜線
での投影画像の分割を表す図（ｂ）は境界箱の稜線での
投影画像の分割を表す図（ｃ）は投影面の軸と平行の線
での投影画像の分割を表す図

【図４】（ａ）は三次元物体の例を表す図（ｂ）は三次
元物体を参照視点から臨んだだときの投影画像を表す図

【図５】（ａ）は参照画像の一つを表す図（ｂ）は参照
画像の一つを表す図（ｃ）は参照画像の一つを表す図

【図６】三次元物体に対する視線を表す角θ、φを表す
図

【図７】（ａ）は画像変形による三次元物体の生成にお
ける任意の視点での投影画像の一つを表す図（ｂ）は任
意の視点での投影画像の一つを表す図（ｃ）は任意の視
点での投影画像の一つを表す図

【図８】（ａ）は直方体を上底から見た投影状態を示す
図（ｂ）は直方体を側面方向から投影状態を示す図

【図９】従来の三次元画像生成装置の構成を表す図

【符号の説明】

１０１三次元物体形状保存部１０２三次元画像生成部１０３画像分割部１０４画像保存部１０５画像変形部１０６視点入力部１０７画像合成部１０８分割境界発生部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】三次元物体を平面上に投影した画像を変形
することで任意の視点位置から前記三次元物体を臨んだ
画像を生成する画像生成方法であって、前記三次元物体を参照視点から臨んで二次元平面上に投
影した画像を複数に分割して保存し、前記分割した画像
をそれぞれ独立に変形して得られる画像を合成し、前記
合成した画像を前記任意の視点位置から臨んだ投影画像
とすることを特徴とする画像生成方法。
【請求項２】参照視点から臨んだ画像の分割の際に、投
影面の直交軸に平行となるように分割することを特徴と
する請求項１記載の画像生成方法。
【請求項３】参照視点から臨んだ画像の分割の際に、三
次元物体の境界箱の稜線を投影した線で分割することを
特徴とする請求項１記載の画像生成方法。
【請求項４】参照視点から臨んだ画像の分割の際に、三
次元物体の境界箱の頂点を通る平行線で分割することを
特徴とする請求項２記載の画像生成方法。
【請求項５】参照視点から臨んだ画像の分割の際に、任
意の領域で分割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６】三次元物体を複数の部分物体に分割し、前
記部分物体の境界箱を用いて分割することを特徴とする
請求項３記載の画像生成方法。
【請求項７】三次元物体を複数の部分物体に分割し、前
記部分物体の境界箱を用いて分割することを特徴とする
請求項４記載の画像生成方法。
【請求項８】画像を拡大もしくは縮小することにより変
形させ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９】画像を任意に変形させ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１０】参照視点を複数とし前記各参照視点から
臨んで投影した画像を分割し保存し、生成しようとする
視点に近い参照視点から臨んで投影した画像を用いるこ
とで、画像生成することを特徴とする請求項１記載の画
像生成方法。