JPH07271999A - ３次元地形出力方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 注目している領域と高い解像度で描画する領
域を一致させる。解像度の境界部での変化を滑らかに
し、かつギャップやディザの発生を押さえる。 【構成】 注視点から視点付近にかけて高解像度で描画
し、そこから離れるに従って解像度を下げるように解像
度毎の領域を定めるようにした（１０３）。また、解像
度の境界付近の地形を滑らかにつなぐためにポリゴンパ
ターン１０６を導入し、境界と最大の階層メッシュ以上
の単位メッシュとの交差の仕方に応じてこのポリゴンパ
ターンを適宜用いて描画するようにした（１０４）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、グリッドベースの地形
データ（標高データ）を３次元地形データに変換して表
示又は印刷出力する３次元地形出力方法に関し、例え
ば、実時間で３次元地形データを更新しながら表示出力
することが求められるフライトシミュレーション装置等
に適用し得るものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、フライトシミュレーション装置
は、３次元地形を表示させると共に、ユーザの操縦指令
に応じて、実時間で視点位置や視線方向が変更された３
次元地形に更新し、表示し直すことを繰返すものであ
る。

【０００３】このように３次元で地形図を表示させるた
めの１つの原データとしては、グリッドベースの地形デ
ータ（標高データ）が使用されている。これは、図２
（Ａ）に示すように、東西、南北を各辺とする長方形又
は正方形の表示可能領域を、東西及び南北方向について
一定のピッチで等分して、長方形又は正方形形状の複数
の領域（それぞれをメッシュと呼ぶ）３に分割し、各格
子点１上の標高（海抜）を、図２（Ｂ）に示すように数
値で表したデータ２である。

【０００４】このグリッドベースの地形データを基に３
次元地形表示する際には、メッシュが基本要素となり、
メッシュの４つの頂点に記録されているそれぞれの座標
値に基づいて、図３に示すように、メッシュを２個の三
角形（このような描画単位の平面をポリゴンと呼ぶ）
４、５に分けて表示する。これら２個のポリゴンは、そ
れぞれ標高差に応じた面の向きをもつため、メッシュの
表面に凹凸が生じ、これらのメッシュを個々に全て表示
することによって、土地の傾きや山の尾根などの形状を
再現することができる。

【０００５】３次元地形図は、これらポリゴンを張り合
わせることによって描画されるが、地形をある地点から
見た場合には、見える領域と見えない領域とが存在し、
その地点からは実際に見えない領域を描画対象として選
択すると、無駄な計算を行なうことになる。ある地点か
ら見える領域（可視領域と呼ぶ）６は、図４に示すよう
に、その地形を見ている人が居る場所である視点位置
７、見ている方向である視線方向８、視線方向の広がり
である視野角９によって定まるものである。この視点位
置７、視線方向８及び視野角９から定まる四角錐形状の
ビューコーン１０を、視点位置から視線方向へ延長し、
グリッドベースの地形データ平面と交わる面が可視領域
６である。

【０００６】３次元で地形図を表示する際には、現実感
を出すために遠いところは小さく、近いところは大きく
といういわゆる遠近法が用いられる。仮に、１つの地形
図全てを同じ大きさのメッシュに分割して表示した場合
には、遠いところはほとんど面積を持たない三角形
（点）になる。このような無駄を省き、なおかつ現実感
を出して地形を表現するために、図５の概念図に示すよ
うに、メッシュの大きさが異なる地形データを階層的に
作成し、必要に応じて適当な階層の地形データ（適宜、
階層地形データと呼ぶ）を用いている。図６に示すよう
に、可視領域内において、視点位置１３から近い領域１
１は細かく、遠い領域１２は粗く表示することが考えら
れ、この表示の精度（解像度と呼ぶ）に応じて適宜階層
地形データが選択される。すなわち、解像度を高くする
ときには細かいメッシュの階層地形データを用い、逆に
解像度を下げるときには粗いメッシュの階層地形データ
を用いる。このようにすることにより、視点位置から遠
い領域も適当なポリゴンで描画でき、不必要なポリゴン
を描画する必要もなくなる。

【０００７】以上の処理を施すことにより、描画するポ
リゴンの数が削減され、現実感のある３次元地形図をユ
ーザの視点、視線移動命令に対して実時間で描画するこ
とができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
３次元地形表示方法では、視点位置からの距離に応じて
描画解像度を変えている。しかしながら、当該地形を見
ている者は、視線方向とグリッドベースの地形データ平
面と交わる点（注視点と呼ぶ）の近傍領域を注目してお
り、従って、注目している領域と高い解像度で描画する
領域とは必ずしも一致しない。例えば、視線方向が水平
に近い場合には、注視点が遠くなって注目している領域
の解像度が低くなり、逆に、視点位置に近い注目してい
ない領域の解像度が高くなることがある。注目領域での
解像度が低いと、粗さが目について表示地形図の現実感
が失われる。特に、視点、視線移動時にも実時間で３次
元地形図を描画するような装置では、視線方向の画像か
ら得る情報は多く（例えば動視力のことを参照）、注目
領域と高解像度との不一致の問題は大きい。

【０００９】また、描画解像度を切り替える境界付近で
は、各階層データ間のメッシュの大きさが異なるため
に、描画単位であるポリゴンの頂点の位置が隣合うメッ
シュのポリゴンの頂点の位置と異なってしまい、本来滑
らかにつながっている地形に、図７に示すように、描画
されないギャップ１４等が生じることもあった。これを
解消しようとすると、隣合うメッシュで解像度が異なっ
て共通の格子点が存在しない場所に、図８に示すよう
に、解像度の低い方（大きい方）のメッシュにサンプル
ポイント１５を作成して連続性を保つようにすることが
考えられる。しかし、解像度の境界がディザ状（階段
状）に現れることがある。すなわち、図８のようにサン
プルポイント１５を設けても、解像度の変更は予め定め
た大きさのメッシュ単位で行なわれるため、そのメッシ
ュの辺に沿った筋が現れる。従って、解像度の異なる境
界付近でもギャップやディザが生じない、滑らかな３次
元地形表示を行なうことが望まれている。なお、このよ
うな課題は、描画処理を、階層によって異なるメッシュ
毎に行なっているために生じていると考えられる。

【００１０】以上のような課題は、３次元地形図の出力
方法が表示の場合だけでなく、印刷出力の場合にも同様
に生じている。また、標高データ（地形データ）だけで
なく、２次元上の位置に対応した値を有するデータ（例
えば気圧データや、２個のパラメータの組合せ毎に求め
られた計測データ）を３次元地形図的に出力しようとす
る場合にも同様に生じている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め、第１の本発明においては、グリッドベースの地形デ
ータを、視点位置、視線方向に応じた３次元地形データ
に変換して表示又は印刷出力する３次元地形出力方法
を、以下のようにした。

【００１２】すなわち、グリッドベースの地形データと
して、メッシュの大きさが所定の整数倍の関係にある複
数の階層のものを用意しておくと共に、視線方向の延長
線上にある注視点から視点位置付近にかけての領域を、
メッシュが最も小さい階層の地形データに従って高解像
度で描画し、この領域から離れるに従って、描画する解
像度を下げるようにした。

【００１３】また、第２の本発明においては、グリッド
ベースの地形データを、視点位置、視線方向に応じた３
次元地形データに変換して表示又は印刷出力する方法で
あって、上記グリッドベースの地形データとして、メッ
シュの大きさが所定の整数倍の関係にある複数の階層の
ものを備え、領域によって描画解像度を変更できる３次
元地形出力方法を、以下のようにした。

【００１４】すなわち、解像度が異なる領域の境界付近
の描画用に、メッシュの形状を組み合わせては構成され
ない１又は２以上のポリゴンパターンを用意しておき、
境界線と、描画用単位メッシュとの交差の仕方に応じ
て、ポリゴンパターンを適用して描画するようにした。

【００１５】

【作用】第１の本発明の３次元地形出力方法において
は、視線方向の延長線上にある注視点から視点位置付近
にかけての領域を、メッシュが最も小さい階層の地形デ
ータに従って高解像度で描画するようにしたので、注目
領域ほど解像度が高く出力され、利用者にとって満足い
く３次元地形図が出力される。

【００１６】第２の本発明の３次元地形出力方法におい
ては、解像度が異なる領域の境界付近の描画用に、メッ
シュの形状を組み合わせては構成されない１又は２以上
のポリゴンパターンを用意しておき、境界線と、描画用
単位メッシュとの交差の仕方に応じて、ポリゴンパター
ンを適用して描画するようにした。すなわち、描画の処
理単位を階層で定まるメッシュに制限されることを排除
し、ポリゴンパターンをも含むことができる大きさの単
位メッシュを描画単位とし、境界部では単位メッシュ内
にポリゴンパターンをも含むことができるようにした。
その結果、階層毎のメッシュ単位で描画していた場合に
生じていた境界部でのギャップやディザも解消すること
ができる。

【００１７】第１及び第２の本発明を組合せると、より
現実感がある３次元地形図を表示又は印刷することがで
きる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の３次元地形出力方法を、グリ
ッドベースの地形データを実時間で３次元表示出力させ
る場合に適用した一実施例を図面を参照しながら詳述す
る。ここで、図１は、この実施例の３次元地形表示方法
の説明図である。

【００１９】実際上、実施例の３次元地形表示方法は、
ハードウェア的には、例えば図９に示すような複数の構
成要素を備えた、コンピュータグラフィックス用のワー
クステーションによって実現される。すなわち、中央処
理ユニット（ＣＰＵ：主メモリやワーキングメモリを含
んだものとする）２０及び表示用画像が描画される画像
メモリ２１とでなるワークステーション本体２２と、入
力装置としての３次元マウス２３、マウス２４及びキー
ボード２５と、出力装置としてのＣＲＴディスプレイ２
６と、後述する所定データを記憶している外部記憶装置
２７とでなるワークステーションによって実行される。
ここでは、ＣＰＵ２０によるソフトウェア処理によって
実行されることを想定しており、従って、上述した図１
は、処理手順を示したフローチャートと見ることもでき
る。また、図９では示していないが、所定の処理を専用
の画像処理ボードで実行させることもでき、この場合に
は、図１を機能ブロック図と見ることもできる。

【００２０】いずれにせよ、この実施例の３次元地形表
示方法は、図１に示すように、視点、視線移動の指示処
理（１００）、視点位置、視線方向、移動速度の決定処
理（１０１）、可視領域決定処理（１０２）、各解像度
で描画する領域の決定処理（１０３）及び描画処理（１
０４）でなる処理ループを繰返し実行することにより、
ユーザによって視点、視線移動が指示されたときにも、
滑らかに変化していく現実感がある３次元地形図表示を
実時間で実行できるようにしている。

【００２１】各処理を詳述する前に、この実施例方法を
実行するために予め用意されている固定データについて
説明する。固定データ（例えば外部記憶装置２７に格納
されている）としては、図１に示すように、階層地形デ
ータ１０５と、ポリゴンパターン１０６とがあり、これ
ら固定データは、主として描画処理（１０４）で用いら
れる。

【００２２】図１０は、この実施例における階層地形デ
ータ１０５の説明図である。この実施例の場合３階層が
ある。階層地形データ１０５は、ある基準の長さの辺を
持つ最小メッシュ５０の標高データを基に、辺の長さが
そのメッシュ５０の辺の２倍、４倍という大きさのメッ
シュ５１、５２を単位とする、図１０のような階層構造
をなす地形データであり、あらかじめ作成されて格納さ
れている。また、各階層の地形データはメッシュ単位で
管理されており、４頂点の各座標、色、法線ベクトルな
どが登録されている。

【００２３】図１１は描画処理で利用されるポリゴンパ
ターン１０６の説明図であり、図１２はポリゴンパター
ン１０６（５３、５４）の適用例を示す説明図である。

【００２４】図１１（Ａ）及び（Ｂ）に示すような２種
類のポリゴンパターン５３、５４が定義されて格納され
ている。ここで、点対称のものは同一種類のポリゴンパ
ターンとして、２種類のポリゴンパターン５３、５４が
定義されている。各ポリゴンパターン５３、５４は、図
１２に示すように、解像度が異なるメッシュ間を滑らか
に表現するため、異なる解像度の境界付近で適用される
ものである。

【００２５】図１１（Ａ）に示すポリゴンパターン５３
は、ある解像度の２個のメッシュ５５、５６と、そのメ
ッシュの大きさを２分した大きさの２個の三角形ポリゴ
ン５７、５９と、その大きさの３角形ポリゴンを２個つ
なげた大きさを有する１個の３角形ポリゴン５８とから
なっており、全体のパターンの大きさ及び形状はメッシ
ュ５５、５６より１段階大きいメッシュの大きさ及び形
状に選定されている。一方、図１１（Ｂ）に示すポリゴ
ンパターン５４は、ある解像度の１個のメッシュ６０
と、そのメッシュの大きさを２分した大きさの２個の三
角形ポリゴン６１、６２と、その大きさの３角形ポリゴ
ンを２個つなげた大きさを有する２個の３角形ポリゴン
６３、６４とからなっており、全体のパターンの大きさ
及び形状はメッシュ６０より１段階大きいメッシュの大
きさ及び形状に選定されている。

【００２６】ポリゴンパターン５３は、その外周３辺が
接する領域の解像度が高く、１辺が接する領域の解像度
が低いところに適用されるものであり、最も大きい３角
形ポリゴン５８の１辺５８ａで解像度が低いメッシュと
接する。一方、ポリゴンパターン５４は、その外周の連
続する２辺が接する領域の解像度が高く、他の２辺が接
する領域の解像度が低いところに適用されるものであ
り、最も大きい３角形ポリゴン６３、６４の１辺６３
ａ、６４ａで解像度が低いメッシュと接する。

【００２７】各ポリゴンパターン５３、５４はそれぞ
れ、９０°ずつ回転して４種類の対称形を生成し得、メ
ッシュの辺と、描画解像度を分ける境界線とがどのよう
に交差しても全ての場合に対してポリゴンパターン５
３、５４が適用可能なようになされている（図１２参
照）。

【００２８】以下、図１に示した各処理１００、…、１
０４について詳細に説明する。

【００２９】（Ａ）視点、視線移動の指示処理１００ 視点、視線移動の指示処理１００は、従来と同様であっ
て良いが、一例を挙げると以下の通りである。

【００３０】キーボード２５、マウス２４又は３次元マ
ウス（３次元空間内を移動できるマウス）２３等の入力
装置によって現在の視点位置と視線方向を３次元的に移
動させる。

【００３１】例えば、マウス２４による視点、視線移動
の指示では、図１３に示すように、入力画面８０の中心
８１をｘ−ｙ平面の原点とし、マウスがクリックされた
位置８２のｘ成分８３とｙ成分８４とを取得する。これ
らの値８３、８４を、視点位置等を規定させるための指
示値として、次の視点位置、視線方向、移動速度の決定
処理１０１に渡して視点位置、視線方向、移動速度を決
定してもらう。

【００３２】また、このようなマウス２４による視点、
視線移動操作を基本に、キーボード２５の任意のキーを
組み合わせることで（シフトキーやコントロールキーや
アルトキー等を押しながらマウス２４をクリックす
る）、視点位置の上昇下降や、視線方向の上下、視線方
向移動等を指示することも可能である。

【００３３】例えば、シフトキーが押下されながら入力
画面８０内でマウス２４がクリックされると、そのｙ成
分８４に対応する量の視点位置の上昇又は下降が指示さ
れたこととし、コントロールキーが押下されながら入力
画面８０内でマウス２４がクリックされると、ｙ成分８
４に対応する量の視線方向の上下が指示されたこととす
る。さらに、アルトキーが押下されながらマウス２４が
クリックされたときには、通常の水平移動ではなく、視
線方向への移動が指示されたとすることもできる。

【００３４】このようにシフトキーやコントロールキー
アルトキー等による補助操作が行なわれたときには、こ
れら特定のキーが押されたことを示すフラグを、マウス
２４がクリックされた位置のｘ成分８３とｙ成分８４と
共に、次の視点位置、視線方向、移動速度の決定処理１
０１に渡す。

【００３５】（Ｂ）視点位置、視線方向、移動速度の決
定処理１０１ 視点位置、視線方向、移動速度の決定処理１０１も、従
来と同様であって良いが、一例を挙げると以下の通りで
ある。

【００３６】処理１００から受取ったマウス２４がクリ
ックされた位置のｘ成分８３、ｙ成分８４、補助操作の
フラグと、今までの視点位置及び視線方向とから、次の
状態の視点位置及び視線方向と、その状態への移動速度
を決定する。

【００３７】例えば、受取ったｘ成分８３を定数倍して
旋回量θ（正値で右旋回、負値で左旋回を意味する）と
いう値に変換する。また、受取ったｙ成分８４を定数倍
して移動量Ｍ（移動速度に相当し、正値で前進、負値で
後退を意味する）という値に変換する。

【００３８】そして、求められた旋回量θを、(1) 式に
示すように、現在の水平面（ｘｙ平面）の視線方向（水
平視線方向）を示す角θ0 に付加し、次の状態の水平視
線方向θ1 を決定する（図１４（Ａ）参照）。

【００３９】 θ1 ＝θ0 ＋θ …(1) 次に、視点位置の移動先の決定を行なう。図１４（Ａ）
において、現在の視点位置９０から水平移動を行なう場
合（例えば、キーボード２５による補助操作がなにも行
われていない場合）は、新しい水平視線方向θ１で示す
方向に移動量Ｍだけ水平移動して次の視点位置９１を得
る。

【００４０】視線方向を指示されたように移動して新し
い視点位置を決定する場合（例えばアルトキーが押され
ていた場合）には、新しい水平視線方向θ1 と現在の視
点位置９２の垂直視線方向α0 を合成した視線方向に、
移動量Ｍだけ３次元的に移動して新しい視点位置９３を
得る（図１４（Ｂ）参照）。

【００４１】視線方向を指示されたように上昇、下降さ
せて新しい視点位置を決定する場合（例えばシフトキー
が押されていた場合）には、現在の視点位置９４をｚ軸
方向に移動量Ｍだけ移し、新しい視点位置９５を得る
（図１４（Ｃ）参照）。

【００４２】但し、垂直面（ｘｙ平面に垂直な面）の視
線方向（垂直視線方向）を示す角の変更が指示されてい
る（例えばコントロールキーが押されながらマウス２４
がクリックされた）場合には、現在の視点位置９６の移
動は行なわずに、垂直視線方向だけを変更する。例え
ば、移動量Ｍをさらに定数倍して角度の単位に変換した
後（αと表す）、(2) 式に示すように、現在の垂直視線
方向α0 に付加して、新たな垂直視線方向α1 を決定す
る（図１４（Ｄ）参照）。

【００４３】 α１＝α0 ＋α …(2) ここで、α１は、垂直視線方向として意味を持つように
（地形を鳥瞰しているように表示できるように）鉛直下
向きを０として０以上π／２未満を保つように制御す
る。

【００４４】以上のようにして、オペレータの操作に応
じた視点位置、視線方向、移動速度の更新、決定処理を
行なうと、次の可視領域の決定処理１０２に進む。

【００４５】（Ｃ）可視領域決定処理１０２ この可視領域の決定処理１０２も従来と同様であって良
いが、一例を挙げると以下の通りである。

【００４６】図１５は、視線方向を平面上に含む垂直面
（ｘｙ平面に垂直な面）への投影方向から見た説明図で
ある。この図１５に示すように、視線方向（太線矢印で
示している）の垂直成分４００（角度α）と、予め与え
られている垂直視野角４０１（β）とから、(3) 式に示
す角度４０２（γ）を求め、視点位置４０４から角度４
０２（γ）の方向に延長した直線とｘｙ平面との交点４
０３を幾何計算により求める。

【００４７】 γ＝α＋β／２ …(3) この点４０３は可視領域の視点位置４０４から遠い側の
境界の基準点として用いる。但し、角度４０２（γ）が
π／２以上になるときには、この角度としてπ／２より
小さい固定角度γ0 ＝π／２×Ａ（Ａ＜１を満たす正の
値）を適用して、可視領域の視点位置４０４から遠い側
の基準点４０３が必ず存在するように制御する。

【００４８】また、視点位置４０４からｘｙ平面に垂線
を下ろし、その交点４０５を求める。このときの角度δ
の値は０である。この点４０５は可視領域の近い側の境
界の基準点として用いる。

【００４９】そして、図１６に示すように、視点位置４
０４の座標と、視点位置４０４から遠い側及び近い側の
基準点４０３及び４０５の座標と、予め与えられている
水平視野角５００と、角度４０２（γ）とを用いた幾何
計算を実行することにより、可視領域の４頂点５０１、
５０２、５０３、５０４の座標を求めて、可視領域５０
５を決定する。すなわち、表示に利用する標高データの
領域を決定する。

【００５０】以上のようにして可視領域５０５の決定が
行なわれると、どの領域をどの解像度で描画するかを決
定する処理１０３に進む。

【００５１】（Ｄ）各解像度で描画する領域の決定処理
１０３ この各解像度で描画する領域の決定処理１０３は、この
実施例の特徴をなす処理の１個であり、従来とは異なる
方法が採用されている。

【００５２】以下、既述した図面に加えて、図１７及び
図１８も参照しながらかかる処理を詳述する。なお、各
解像度で描画する領域を決定することは、結局、異なる
解像度を適用する領域の境界線を求めることである。

【００５３】まず、視点位置４０４から視線方向に延ば
した直線がｘｙ平面と交差する点（注視点）４０６を求
める（ステップ６５０：図１６参照）。

【００５４】次に、注視点４０６を中心とする２種類の
半径の値Ｒ1 、Ｒ2 を(4) 式、(5)式に従って求める
（ステップ６５１）。これらの式から明らかなように、
半径Ｒ1 、Ｒ2 は、上述のようにして決定された移動量
（移動速度）Ｍに反比例しているものである。

【００５５】 Ｒ1 ＝Ａ1 ／Ｍ＋Ｃ1 …(4) Ｒ2 ＝Ａ2 ／Ｍ＋Ｃ2 …(5) ここで、Ａ1 、Ａ2 は比例定数であり、Ｃ1 、Ｃ2 はオ
フセット値である。なお、次の描画処理１０４で用いる
単位メッシュ（例えば最大のメッシュ）の対角線の長さ
をＬ（後述する図１９参照）とすると、Ｒ2 ＞Ｒ1 ＋Ｌ
を満たすようになされている。

【００５６】次に、注視点４０６を中心とし、このよう
にして求められた半径Ｒ1 、Ｒ2 を有する、視点位置４
０４から遠い方に突出した２個の半円６０２、６０１を
作成する（ステップ６５２）。

【００５７】そして、半径Ｒ1 の半円６０２の両端６０
５、６０６と、ｘｙ平面上の可視領域５０５の視点位置
に近い側の線分の両端点５０３、５０４とをそれぞれ結
んで、その結んだ線分６１２、６１３、半円６０２、及
び、両端点５０３、５０４を結んだ線で囲まれた、最も
高い解像度で描画する領域（最も細かいメッシュで描画
する領域）６０７を決定する（ステップ６５３ａ、６５
４ａ）。

【００５８】また、ｘｙ平面上の可視領域５０５の視点
位置に近い側の線分の両端５０３、５０４を延長し、図
１７に示すように、線分６１２、６１３に対してそれぞ
れ単位メッシュの対角線の長さＬだけ離れた点６１０、
６１１を定め（ステップ６５３ｂ）、これらの点６１
０、６１１と半径Ｒ2 の半円６０１の両端６０３、６０
４とをそれぞれ結び、その結んだ２個の線分、半円６０
１、及び、両点６１０、６１１を結んだ線で囲まれた、
次の解像度で描画する領域６０８を決定する（ステップ
６５４ｂ）。そして、残った領域が、最も低い解像度で
描画される領域６０９として決定する（ステップ６５
５）。

【００５９】以上のように、この実施例の場合、視点位
置からの距離によって解像度を定めているのではなく、
注視点から視点位置にかけて解像度が高くなるように解
像度を定めている。視点位置や視線方向が頻繁に変り、
そのようなときでも実時間で表示を更新するような場
合、表示を視認する者は視線方向に注意を払い、それ以
外のところはほとんど認識しない。従って、遠近法に従
って解像度を変更するよりは、上述のように、注視点及
び視点位置を結ぶ領域の解像度を高めるようにすること
は好ましい。

【００６０】また、この実施例では、視点視線移動の速
度が速くなる（Ｍの値が大きくなる）に従って、半径Ｒ
1 、Ｒ2 を反比例で小さくし、高い解像度で描く領域６
０７、６０８を狭くする（注視点から視点位置にかけて
の領域を細くする）ようにしている。つまり、移動速度
に応じてそれぞれの解像度で描く領域が動的に変更でき
るようにしている。すなわち、移動速度が速い場合に
は、動視力等との関係から、解像度は高い領域は狭くて
良く、むしろ狭くすることで全体のメッシュ数を減少で
きて描画を高速に実行し易くなる。

【００６１】以上のようにして、各解像度で描画する領
域を決定すると、描画処理１０４に進む。

【００６２】（Ｅ）描画処理１０４ この描画処理１０４も、この実施例の特徴をなす処理の
１個であり、従来とは異なる方法が採用されている。以
下、既述した図面に加えて、図１９〜図２３も参照しな
がらかかる処理を詳述する。

【００６３】上述のようにして決定された可視領域５０
５を、決定された解像度に応じた階層地形データ１０５
及びポリゴンパターン１０６を用いて描画する。

【００６４】描画は、同一解像度の領域毎に行なわれ、
同一解像度（例えば解像度Ａ）の領域は、図１９に示す
ような予め定義された大きさの単位メッシュ７０１毎に
繰り返し実行される。

【００６５】異なる解像度との境界線７０２が、この単
位メッシュ７０１を横切ることがなければ、単位メッシ
ュ７０１内を、全て当該解像度Ａに対応した階層地形デ
ータ７００（１０５）で描画する。これに対して、異な
る解像度との境界線７０２が、単位メッシュ７０１を横
切るときには（なお、処理１０３によって、１個の単位
メッシュを２本の境界線７０２が交差することがないよ
うに各解像度領域は決定されている）には、図２０に定
義するような交差パターンに応じて、ポリゴンパターン
５３、５４を適宜適用する。すなわち、単位メッシュを
４分割した部分のうち、１箇所又は２箇所にポリゴンパ
ターン５３又は５４を適宜あてはめ、隣接した大きさの
異なるポリゴンを滑らかに結合して、単位メッシュ全体
を滑らかに描画する。

【００６６】図２１は、このような単位メッシュの描画
態様の決定処理を示すものである。ある単位メッシュが
描画対象となると、まず、解像度の境界線がこの単位メ
ッシュを横切っているか否かを判別する（ステップ７５
０）。

【００６７】横切っていない場合は、さらに、この単位
メッシュの４頂点全てが高解像度領域に属しているか低
解像度領域に属しているかを判別し（ステップ７５
１）、前者の場合には、この単位メッシュ全域を高解像
度の階層地形データを用いて描画し（ステップ７５
２）、後者の場合には、この単位メッシュ全域を低解像
度の階層地形データを用いて描画する（ステップ７５
３）。

【００６８】一方、解像度の境界線がこの単位メッシュ
を横切っていると、高解像度領域に位置するこの単位メ
ッシュの頂点の数を判別する（ステップ７５４）。そし
て、頂点の数が１個であれば、図２０（Ａ）に示す交差
パターンＰ１によってこの単位メッシュを描画し（ステ
ップ７５５）、頂点の数が２個であれば、図２０（Ｂ）
に示す交差パターンＰ２によってこの単位メッシュを描
画し（ステップ７５６）、頂点の数が３個であれば、図
２０（Ｃ）に示す交差パターンＰ３によってこの単位メ
ッシュを描画する（ステップ７５７）。

【００６９】なお、ここでの交差パターンＰ１、Ｐ２、
Ｐ３とは、図２０に示した向きのものだけでなく、図２
０に示すものをそれぞれ９０°ずつ回転したものを含む
ものである。図２２は、図２０（Ａ）に示す交差パター
ンＰ１の向きを変えたものを全て示している。

【００７０】以上は、図１９に示す階層関係にある解像
度Ａの領域の描画を示したが、他の解像度Ｓについても
同様に処理する（処理自体は必ずしも図２１には従わな
い）。すなわち、解像度Ａより精細な解像度Ｓの領域が
処理対象のときにも、その解像度Ｓ用に単位メッシュの
大きさを有するポリゴンパターン５３、５４を適宜用い
ている交差パターン（図２３に一例を示す）予め決定し
ておくことにより、同様に処理する。従って、解像度の
異なるあらゆる境界部分を滑らかに描画することが可能
となる。

【００７１】なお、この実施例は、解像度と描画との関
係に特徴を有するものであり、描画処理には隠面処理や
シェーディング処理等も含まれているが、これらについ
ては従来からの方法をそのまま適用でき、その説明は省
略する。

【００７２】上記実施例によれば、注視点から視点付近
にかけて高解像度で描画し、そこから離れるに従って解
像度を下げるようにしたので、注目領域の解像度が高
く、効率的に表示内容をユーザに提供できる。

【００７３】また、上記実施例によれば、視点視線移動
の速度が速くなればなるほど高解像度領域を小さくして
いるのでより高速描画に対応できる。従って、実時間表
示が求められる装置であっても、これに応じることがで
きる。

【００７４】さらに、上記実施例によれば、解像度が異
なる境界付近の地形を滑らかにつなぐためにポリゴンパ
ターンを導入して描画させるようにしたので、メッシュ
単位で描画していた場合に生じていた境界部でのギャッ
プやディザも解消することができる。

【００７５】その結果、上記実施例は、表示されている
３次元地形図が実時間で変更することが求められる、し
かも、表示画像品質に対する要求が高い装置（例えばフ
ライトシミュレーション装置）に適用して好適なものと
なっている。

【００７６】上記実施例においては、視点、視線移動を
行なう操作方法としてマウスを中心に用いたものを説明
したが、キーボードや３次元マウスを中心に用いて指示
するようにしても良い。

【００７７】また、上記実施例においては、高解像度側
の描画領域の形を、半円と台形を結合した形としたが、
本発明はこれに限定されず、注視点から視点位置付近を
結ぶ領域であれば良く、長方形や楕円形などでも適用可
能である。

【００７８】さらに、上記実施例においては、階層地形
データが３種類のもの（解像度が３段階）のものを示し
たが、この種類数はこれに限定されるものではない。そ
のメッシュの辺の長さが、基準のメッシュの辺の長さに
対して、２倍、４倍、…というように２ⁿ 倍であればい
くつ作成して利用しても良い（なお、ポリゴンパターン
を導入する特徴を除けば２倍、３倍、…でも良い）。そ
して、階層データの層の数に応じて、可視領域をさらに
細かく分割することも可能である。例えば、上述した処
理１０３に基づき、 Ｒ3 ＝Ａ3 ／Ｍ＋Ｃ3 （但しＲ3 ＞Ｒ2 ＋Ｌ） …(6) となる半径Ｒ3 の半円を作成し、視点に近い側の点６１
０、６１１に相当する点として、点５０３、５０４から
それぞれ２Ｌだけ離れた点を定めて、領域を作成するよ
うにしても良い。

【００７９】さらにまた、本発明は、出力方法が表示の
場合だけでなく印刷出力の場合にも同様に適用でき、ま
た、地形データだけでなく、２次元上の位置に対応した
値を有するデータ（例えば気圧データや、２個のパラメ
ータの組合せ毎に求められた計測データ）を３次元地形
図的に出力しようとする場合にも同様に適用できる。特
許請求の範囲における「地形データ」の語は、これらの
地形データ以外のデータを含む概念とする。

【００８０】

【発明の効果】以上のように、第１の本発明によれば、
注視点から視点付近にかけて高解像度で描画し、そこか
ら離れるに従って解像度を下げるようにしたので、注目
している領域と高い解像度で描画する領域とが一致し、
良好な３次元地形図形を出力することができ、また、高
解像度で描画される領域を比較的少なくできて、高速描
画にも容易に応じられる。

【００８１】また、第２の本発明によれば、その境界付
近の地形を滑らかにつなぐためにポリゴンパターンを導
入し、境界と最大の階層メッシュ以上の単位メッシュと
の交差の仕方に応じてこのポリゴンパターンを適宜用い
て描画するようにしたので、境界部での解像度変化を滑
らかにできると共に、階層メッシュを単位に描画してい
たときに生じていたギャップやディザを解消することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例方法の処理を示すフローチャートであ
る。

【図２】 グリッドベースの地形データの説明図であ
る。

【図３】 描画単位の説明図である。

【図４】 可視領域の説明図である。

【図５】 階層地形データの説明図である。

【図６】 遠近法に従う解像度変化の説明図である。

【図７】 従来方法の欠点の説明図（その１）である。

【図８】 従来方法の欠点の説明図（その２）である。

【図９】 実施例方法を実行するハードウェアの構成例
を示すブロック図である。

【図１０】 実施例方法の階層地形データの説明図であ
る。

【図１１】 実施例方法のポリゴンパターンの説明図で
ある。

【図１２】 ポリゴンパターンの適用の様子を示す説明
図である。

【図１３】 実施例方法の視点、視線移動処理の説明図
である。

【図１４】 実施例方法の視点位置、視線方向、移動速
度決定処理の説明図である。

【図１５】 実施例方法の可視領域決定処理の説明図
（その１）である。

【図１６】 実施例方法の可視領域決定処理の説明図
（その２）である。

【図１７】 実施例方法の各解像度で描画する領域の決
定処理の説明図（その１）である。

【図１８】 実施例方法の各解像度で描画する領域の決
定処理の説明図（その２）である。

【図１９】 実施例方法の描画処理の説明図（その１）
である。

【図２０】 実施例方法の描画処理の説明図（その２）
である。

【図２１】 実施例方法の描画処理の説明図（その３）
である。

【図２２】 実施例方法の描画処理の説明図（その４）
である。

【図２３】 実施例方法の描画処理の説明図（その５）
である。

【符号の説明】

５３、５４、１０６…ポリゴンパターン、 １００…視点、視線移動処理、 １０１…視点位置、視線方向、移動速度決定処理、 １０２…可視領域決定処理、 １０３…各解像度で描画する領域の決定処理、 １０４…描画処理、 １０５…階層地形データ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 グリッドベースの地形データを、視点位
   置、視線方向に応じた３次元地形データに変換して表示
   又は印刷出力する３次元地形出力方法において、 グリッドベースの地形データとして、メッシュの大きさ
   が所定の整数倍の関係にある複数の階層のものを用意し
   ておくと共に、 視線方向の延長線上にある注視点から視点位置付近にか
   けての領域を、メッシュが最も小さい階層の地形データ
   を用いて高解像度で描画し、この領域から離れるに従っ
   て、描画する解像度を下げることを特徴とする３次元地
   形出力方法。
2. 【請求項２】 視点位置、視線方向の移動速度に応じ
   て、各解像度で描画する領域を変化させることを特徴と
   した請求項１に記載の３次元地形出力方法。
3. 【請求項３】 グリッドベースの地形データを、視点位
   置、視線方向に応じた３次元地形データに変換して表示
   又は印刷出力する方法であって、上記グリッドベースの
   地形データとして、メッシュの大きさが所定の整数倍の
   関係にある複数の階層のものを備え、領域によって描画
   解像度を変更できる３次元地形出力方法において、 解像度が異なる領域の境界付近の描画用に、階層毎のメ
   ッシュの形状を組み合わせては構成されない１又は２以
   上のポリゴンパターンを用意しておき、 境界線と、描画用単位メッシュとの交差の仕方に応じ
   て、上記ポリゴンパターンを適用して描画することを特
   徴とする３次元地形出力方法。