JPH08235383A

JPH08235383A - ３次元モデルによる動き生成装置

Info

Publication number: JPH08235383A
Application number: JP7042120A
Authority: JP
Inventors: Shin Karanshiyaa; シンカランシャー; Atsushi Otani; 淳大谷
Original assignee: ATR TSUSHIN SYST KENKYUSHO KK
Current assignee: ATR TSUSHIN SYST KENKYUSHO KK
Priority date: 1995-03-01
Filing date: 1995-03-01
Publication date: 1996-09-13
Anticipated expiration: 2013-04-15
Also published as: JP2739444B2

Abstract

(57)【要約】【目的】臨場感通信会議システムにおいて、よりリア
ルにかつ実時間で人物像を表示する。【構成】表示しようとする人物をワイヤーフレームモ
デル４６だけでなく陰関数要素４８を用いて表現する。
実空間における人物の動きに応じてワイヤーフレームモ
デル４６を変形するとともに陰関数要素４８も移動させ
る。人体パーツ同士が衝突した場合は、陰関数要素４８
によりその衝突を検出してからワイヤーフレームモデル
４６によりその衝突を検出する。陰関数要素４８には対
応する人体パーツの剛度を与え、人体パーツ同士が衝突
した場合には陰関数要素４８を変形してからそれに応じ
てワイヤーフレームモデル４６を変形する。これにより
筋肉の変形や衝突のようすをよりリアルに再現するよう
にした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は３次元モデルによる動
き生成装置に関し、さらに詳しくは、実空間における対
象物をワイヤーフレームモデルを用いて予めモデル化
し、その対象物の動きに応じてワイヤーフレームモデル
を変形するとともにその変形されたワイヤーフレームモ
デルに対象物のテクスチャをマッピングすることにより
仮想空間において対象物の像を再現する３次元モデルに
よる動き生成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、互いに異なる複数の場所にいる複
数の人々があたかも一堂に会している感覚で会議を行な
うことができる臨場感通信会議の実現に向けて、さまざ
まな提案がなされている。臨場感通信会議の目的は、生
成された仮想空間に、異なる場所にいる会議参加者の像
を配置し、参加者全員が同じ空間を共有する感覚で打合
せや協調作業を行なえる環境を提供することにある。

【０００３】このような臨場感通信会議を実現するため
に、送信側の人物をワイヤーフレームモデルを用いて予
めモデル化し、その人物像の動きに応じてワイヤーフレ
ームモデルを変形するとともにその変形されたワイヤー
フレームモデルにその人物のテクスチャをマッピングす
ることにより受信側でその人物像を立体的に表示するよ
うにしたシステムが、たとえば「大谷他，“臨場感通信
会議における３次元顔画像の実時間表示”，信学技報，
ＨＣ９２−６１（１９９３−１）」（以下「第１の先行
文献」という）の第２３頁〜第２８頁に開示されてい
る。

【０００４】図１９は、上記第１の先行文献に示された
システムの概念図である。図１９に示すように、このシ
ステムは、実空間にいる人物１０の動きを検出する動き
検出部１２と、人物１０の３次元モデルを生成するモデ
リング部１と、検出部１２で検出された動き情報に基づ
いてモデリング部１で生成された３次元モデルを変形す
ることにより仮想空間に人物像４４を再生する人物像再
生部２とを備える。

【０００５】検出部１２は、人物１０の顔の表情を検出
する表情検出部１４と、人物１０の頭部の回転や移動を
検出する回転移動検出部１６ａと、人物１０の指の動き
を検出する動き検出部１６ｂと、人物１０の体の回転や
移動を検出する回転移動検出部１６ｃとを備える。表情
検出部１４では、人物１０の顔に貼付されたマーカーを
追跡することによって人物の顔の表情が検出される。回
転移動検出部１６ａでは、人物１０の頭部に装着された
磁気センサによってその頭部の回転や移動が検出され
る。動き検出部１６ｂでは、人物１０の手に装着された
データグローブによって指の動きが検出される。回転移
動検出部１６ｃでは、体に装着された磁気センサによっ
て体の回転や移動が検出される。

【０００６】モデリング部１は、人物１０の各人体パー
ツ１８からその形状を獲得する形状入力部２２と、その
獲得された形状に基づいて３次元ワイヤーフレームモデ
ルを作成しかつ記憶するワイヤーフレームモデル作成部
２８と、各人体パーツ１８からその表面映像を獲得する
映像入力部２４と、その獲得された映像に基づいてカラ
ーテクスチャを作成しかつ記憶するカラーテクスチャ作
成部３０とを備える。したがって、このモデリング部１
では、会議が行なわれる前に、人物１０の３次元ワイヤ
ーフレームモデルおよびカラーテクスチャが予め作成さ
れている。

【０００７】人物像再生部２は、検出された動き情報に
基づいて３次元ワイヤーフレームモデルを変形するワイ
ヤーフレームモデル変形部３と、その変形されたワイヤ
ーフレームモデルにカラーテクスチャをマッピングする
テクスチャマッピング部４０と、そのテクスチャがマッ
ピングされたワイヤーフレームモデルに基づいて人物像
４４を生成し、その生成した人物像４４を仮想空間中に
合成する人物像生成部４２とを備える。

【０００８】したがって、この人物像再生部２では、検
出部１２から逐次得られる動き情報に応じてワイヤーフ
レームモデルの変形およびカラーテクスチャのマッピン
グが行なわれ、これにより人物像４４の３次元的な動き
が再現される。このようにして生成された人物像４４は
３次元データから構成される仮想空間に配置され、他の
場所にいる会議参加者との臨場感通信会議が行なわれ
る。

【０００９】一方、上記のようなワイヤーフレームモデ
ルを用いないで人物像を立体的に表示する手法として、
人物モデルを骨格モデルと筋肉層により構成し、骨格モ
デルの動きに伴って生じる筋肉の変形を物理モデルに基
づいて計算するようにしたものが「John E. Chadwick
ら，“Layered Construction for Deformable Animated
Characters ”,Computer Graphics,vol.23,No.3（1989.
7）」（以下「第２の先行文献」という）の第２４３頁
〜第２５２頁に開示されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】前述した第１の先行文
献に示された方法によれば、人物の動きを高速で再現で
きるので実時間表示を必要とする臨場感通信会議に適し
ているが、人体パーツを剛体として扱っているため動き
に不自然さが見られる場合があった。

【００１１】一方、第２の先行文献に示された方法は陰
関数（Implicit Function ）を用いているため、人体の
ような柔軟物体の変形を表現するのに適しているが、表
示のためにはレイ・トレーシング（Ray tracing ）のよ
うな手法が必要なため、計算量が多く実時間表示には適
していない。

【００１２】それゆえにこの発明の目的は、自然な動き
が再現可能な３次元モデルによる動き生成装置を提供す
ることである。

【００１３】この発明の他の目的は、効率的な衝突検出
が可能な３次元モデルによる動き生成装置を提供するこ
とである。

【００１４】この発明のさらに他の目的は、効率的な反
力計算が可能な３次元モデルによる動き生成装置を提供
することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る３次元モ
デルによる動き生成装置は、実空間における対象物をワ
イヤーフレームモデルを用いて予めモデル化し、対象物
の動きに応じてワイヤーフレームモデルを変形するとと
もにその変形されたワイヤーフレームモデルに対象物の
テクスチャをマッピングすることにより仮想空間におい
て対象物を再生するものであって、対象物をワイヤーフ
レームモデルよりも概略的に表現する陰関数を予め作成
する陰関数作成手段と、対象物の動きに応じて陰関数の
パラメータを変化させる手段と、パラメータが変化させ
られた陰関数に応じてワイヤーフレームモデルを変形す
る手段とを備える。

【００１６】請求項２に係る３次元動き再生装置は、上
記請求項１の構成に加えて、対象物の衝突を陰関数を用
いて検出する衝突検出手段と、衝突検出手段によって検
出された衝突の状況に応じて陰関数のパラメータを変化
させる手段とをさらに備える。

【００１７】請求項３に係る３次元動き再生装置では、
上記請求項１または２の陰関数に対象物の剛度が与えら
れる。

【００１８】

【作用】請求項１に係る３次元モデルによる動き生成装
置においては、対象物の動きに応じて陰関数が変化させ
られ、その陰関数に応じてワイヤーフレームモデルが変
形される。このようにワイヤーフレームモデルだけでな
く陰関数も用いて対象物をモデル化しているため、対象
物の動きを実時間で再現できるとともに、動きの不自然
さが解消される。

【００１９】請求項２に係る３次元モデルによる動き生
成装置においては、上記請求項１の作用に加えて、検出
された衝突の状況に応じて陰関数が変化させられ、さら
にその陰関数に応じてワイヤーフレームモデルが変形さ
れる。そのため、効率的な衝突検出ができるとともに、
衝突による対象物の変形が実時間で再現される。

【００２０】請求項３に係る３次元モデルによる動き生
成装置においては、上記請求項１または２の作用に加え
て、対象物の剛度が陰関数に与えられているので、効率
的な反力計算が可能である。そのため、衝突による対象
物の変形がリアルに再現される。

【００２１】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図面を参照して
詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当
部分を示す。

【００２２】図１は、この発明の一実施例による３次元
モデルによる動き生成装置を備えた臨場感通信会議シス
テムの全体構成を示す概念図である。図１に示すよう
に、このシステムは、実空間における人物１０の動きを
実時間で検出する動き検出部１２と、人物１０を予め３
次元的にモデリングするモデリング部２０と、動き検出
部１２で検出された動き情報に基づいてモデリング部２
０で作成された３次元モデルを変形することにより人物
像４４を実時間で再生する人物像再生部３４とを備え
る。モデリング部２０と人物像再生部４２とにより、３
次元モデルによる動き生成装置が構成される。

【００２３】動き検出部１２は図１９の動き検出部１２
と同一で、人物像１０の顔の表情を検出する表情検出部
１４と、人物像１０の姿勢を検出する姿勢検出部１６と
を備える。この姿勢検出部１６は、図１９に示された頭
部の回転移動検出部１６ａ、指の動き検出部１６ｂおよ
び体の回転移動検出部１６ｃに相当する。

【００２４】モデリング部２０は、図１９に示されたモ
デリング部１の構成に加えて陰関数作成部３２を備え
る。すなわち、このモデリング部２０は、人物１０の
頭、上半身、腕などの人体パーツ１８からその形状を得
る形状入力部２２と、人体パーツ１８からその表面映像
を得る映像入力部２４と、その得られた形状や映像の色
の調整などを行なう前処理部２６と、その前処理された
形状に基づいてワイヤーフレームモデルを作成するワイ
ヤーフレームモデル作成部２８と、その前処理された映
像に基づいてカラーテクスチャを作成するカラーテクス
チャ作成部３０と、その作成されたワイヤーフレームモ
デルに基づいて陰関数（Implicit Functon）を作成する
陰関数作成部３２とを備える。

【００２５】このモデリング部２０では、会議が行なわ
れる前に、仮想空間にその像４４を表示しようとする人
物１０の３次元モデリングが予め行なわれる。このモデ
リングは、人物１０の頭、上半身、腕、手、足などの各
人体パーツごとに行なわれる。

【００２６】頭、上半身、腕などの人体パーツ１８は、
サイバーウェア・カラー３次元デジタイザなどを用いて
モデリングされる。形状入力部２２では、このデジタイ
ザが人物１０の周囲を回転しながらレーザ光線を照射
し、人物１０の各人体パーツの形状を入力する。映像入
力部２４では、このデジタイザが上記のように形状を入
力するとともに、人物１０のカラーテクスチャ作成用の
映像も併せて入力する。すなわち、このデジタイザは各
視線方向の距離情報および色彩情報の双方が入力可能で
ある。

【００２７】なお、手および指の３次元モデリングは、
上記デジタイザを使用するのが困難なため、テレビカメ
ラを用いて行なわれる。これは、デジタイザが主に回転
体に近い形状（中心軸を持つ）の入力に適しているもの
の、逆に言うと、手のような回転体とはいえない人体パ
ーツの入力には適さないためである。したがって、手お
よび指のカラーテクスチャ作成用の映像入力もテレビカ
メラによって行なわれる。

【００２８】ワイヤーフレームモデル作成部２８では、
上記デジタイザから入力された円筒座標系の距離情報が
図２に示すようなワイヤーフレームモデル４６に変換さ
れる。このワイヤーフレームモデル４６は三角パッチの
集合体である。したがって、この三角パッチの頂点を移
動させることによってワイヤーフレームモデル４６を変
形させることができる。

【００２９】陰関数作成部３２では、人物１０をワイヤ
ーフレームモデル４６よりも概略的に表わす陰関数が作
成される。この陰関数は、図２に示すように複数の陰関
数要素（Implicit Function Primitive ）４８により構
成される。頭部や関節部では球面状の陰関数要素４８が
形成される。腕部や脚部では円筒状の陰関数要素４８が
形成される。たとえば頭部を表現する陰関数要素４８
は、頭部を表現するワイヤーフレームモデルを概ね包括
するように形成される。

【００３０】人物像再生部３４は、ワイヤーフレームモ
デル／陰関数移動変形部３６と、ワイヤーフレームモデ
ル／陰関数衝突変形部３８と、テクスチャマッピング部
４０と、人物像生成部４２とを備える。ワイヤーフレー
ムモデル／陰関数移動変形部３６および衝突変形部３８
は、図１９に示された３次元ワイヤーフレームモデル変
形部３の代わりに設けられる。ワイヤーフレームモデル
／陰関数移動変形部３６は、動き検出部１２からの動き
情報に応じてワイヤーフレームモデル４６の各要素を回
転または移動させることによりワイヤーフレームモデル
４６を変形するとともに、陰関数要素４８を移動させる
ことにより陰関数も変形する。ワイヤーフレームモデル
／陰関数衝突変形部３８は、上記移動させられた陰関数
要素４８が互いに衝突したときその衝突の程度に応じて
それらの陰関数要素４８を変形するとともに、その変形
させられた陰関数要素４８に応じてワイヤーフレームモ
デル４８を変形する。テクスチャマッピング部４０は、
上記変形させられたワイヤーフレームモデル４６にカラ
ーテクスチャ作成部３０で得られたカラーテクスチャを
マッピングする。人物像生成部４２は、テクスチャがマ
ッピングされたワイヤーフレームモデル４６を視覚可能
な人物像４４として仮想空間に生成する。

【００３１】次に、この臨場感通信会議システムの動作
について説明する。まず会議が行なわれる前に、モデリ
ング部２０において仮想空間に表示しようとする人物１
０のモデリングが予め行なわれる。すなわち、形状入力
部２２において人物１０の各人体パーツ１８からその形
状が獲得されるとともに、映像入力部２４においてその
各人体パーツ１８からその表面映像が獲得される。

【００３２】次いで前処理部２６においてその得られた
形状の調整が行なわれ、さらにワイヤーフレームモデル
作成部２８においてその調整された形状に応じて図２に
示すようなワイヤーフレームモデル４６が生成される。
他方、上記入力された映像は前処理部２６において色の
調整が行なわれ、さらにカラーテクスチャ作成部３０に
おいてその色調整が行なわれた映像に応じてカラーテク
スチャが生成される。

【００３３】次いで、陰関数作成部３２では、作成され
たワイヤーフレームモデル４６に応じて図２に示される
ような陰関数要素４８が生成される。ここで、この陰関
数について図３を参照して説明する。

【００３４】この図３では、陰関数要素４８はワイヤー
フレームモデル４６の平均的な位置に存在する。この陰
関数要素４８は次式で定義される。

【００３５】ｆ（ｔ）−Ｔ＝０ここで、ｆ（ｔ）は図４に示されるようなブレンド（密
度）関数である。ブレンド関数のパラメータｔは次式で
定義される。

【００３６】ｔ＝｜ｐ−ｃ｜／ｒここで、ｐは陰関数要素４８の表面上の点を示す位置ベ
クトルである。ｃはワイヤーフレームモデル４６および
陰関数要素４８の中心を示す位置ベクトルである。ｒは
ワイヤーフレームモデル４６を包含する最大の陰関数要
素４９の半径を示す位置ベクトルである。

【００３７】したがって、パラメータｔは陰関数要素４
８の半径｜ｐ−ｃ｜と最大の陰関数要素４９の半径ｒと
の比で、０から１までの値を取り得る。ブレンド関数ｆ
（ｔ）はパラメータｔが０のとき最大の値１を取り、パ
ラメータｔが１のとき最小の値０を取る。ブレンド関数
ｆ（ｔ）は、たとえば正弦関数などに基づいて作成され
る。また、Ｔは外部から与えられる任意の定数で、０か
ら１までの値を取り得る。

【００３８】したがって、このように定義された陰関数
の定数Ｔに所望の値を与えると、位置ベクトルｐが決定
され、これにより陰関数要素４８が決定される。定数Ｔ
として０に近い値を用いるとワイヤーフレームモデル４
６を完全に包含するような大きい陰関数要素が生成さ
れ、定数Ｔとして１に近い値を用いるとワイヤーフレー
ムモデル４６の内側に陰関数要素が生成される。通常
は、ワイヤーフレームモデル４６の頂点５０がその外側
と内側とに平均的に存在するようにか、あるいはワイヤ
ーフレームモデル４６をほぼ包括するように陰関数要素
が形成される。

【００３９】なお、モデリング部２０で作成されたワイ
ヤーフレームモデル、カラーテクスチャおよび陰関数の
データは半導体メモリなどに蓄積される。以上で会議前
の準備がすべて整ったことになる。

【００４０】次に会議中においては、実空間に存在する
人物１０の動きが動き検出部１２によって検出される。
人物１０の顔の表情は表情検出部１４によって検出され
るとともに、人物１０の頭、指、体などの姿勢は姿勢検
出部１６によって検出される。このように実時間で検出
された人物１０の動き情報は通信ケーブルなどを通して
人物像再生部３４に伝送される。

【００４１】次いで、人物像再生部３４では動き検出部
１２から伝送された動き情報に基づいて仮想空間に人物
像４４を再生する。まずワイヤーフレームモデル／陰関
数移動変形部３６では、予め作成されたワイヤーフレー
ムモデル２８がその動き情報に基づいて変形される。た
とえば人物１０の左腕が上がると、ワイヤーフレームモ
デル４６の左腕も上がる。人物１０の右腕が９０°に曲
がると、ワイヤーフレームモデル４６の右腕も９０°に
曲がる。このようにワイヤーフレームモデル４６を変形
すると同時に、陰関数要素４８も移動する。たとえば人
物１０の左腕が上がると、ワイヤーフレームモデル４６
の左腕を包括する陰関数要素４８もその左腕とともに上
方へ移動する。人物１０の右腕が９０°に曲がると、ワ
イヤーフレームモデル４６の右腕を包括する陰関数要素
４８もその右腕に伴って互いに９０°をなすように移動
する。

【００４２】次いで、ワイヤーフレームモデル／陰関数
衝突変形部３８では、人物１０のある１つの人体パーツ
が他の１つの人体パーツと衝突すると、まずそれに伴っ
て互いに衝突した陰関数要素４８が合成され、さらにそ
の合成された陰関数要素に応じてワイヤーフレームモデ
ル４６が変形される。

【００４３】図５は、一般に２つの陰関数要素４８１，
４８２が衝突したとき、それに伴ってワイヤーフレーム
モデル４６が変形されるようすを示す。

【００４４】陰関数要素４８１の中心の位置ベクトルを
ｃ１とし、その表面の位置ベクトルをｐ１とし、さらに
その陰関数要素４８１を包含する最大の陰関数要素４９
１の半径をｒ１とすると、陰関数要素４８１の陰関数は
次式で表わされる。

【００４５】ｆ１（｜ｐ１−ｃ１｜／ｒ１）−Ｔ＝０なお、ｆ１は陰関数要素４８１に対応するブレンド関数
である。

【００４６】また、陰関数要素４８２の中心の位置ベク
トルをｃ２とし、その表面の位置ベクトルをｐ２とし、
さらにその陰関数要素４８２を包含する最大の陰関数要
素４９２の半径をｒ２とすると、陰関数要素４８２の陰
関数は次式で表わされる。

【００４７】ｆ２（｜ｐ２−ｃ２｜／ｒ２）−Ｔ＝０なお、ｆ２は陰関数要素４８２に対応するブレンド関数
である。

【００４８】このように陰関数要素４８１，４８２が互
いに衝突すると、その最大の陰関数要素４９１および４
９２の双方に包含される変形伝播領域５０内において陰
関数４８１および４８２の合成が行なわれる。このよう
な合成が行なわれると、陰関数要素４８１および４８２
は合成面５２によって滑らかに結合される。この合成面
５２は次式で表わされるような単純な関数同士の演算に
よって求められる。

【００４９】ｆ１＋ｆ２−Ｔ＝０このように陰関数要素４８１および４８２が滑らかな合
成面５２によって結合されると、ワイヤーフレームモデ
ル４６の頂点Ｑがこの合成面５２上に移動される。たと
えば∠（ｃ２−Ｑ−ｃ１）を２等分する直線上において
頂点Ｑは合成面５２の方向へ少しずつ移動され、繰返し
演算により上記の合成された陰関数を満たすまで頂点Ｑ
は移動され続ける。

【００５０】図６は、仮想空間に表示しようとする２つ
の一般的な対象物が互いに衝突する場合にそれらの陰関
数要素が変形されるようすを示す。図６（ａ）に示すよ
うに、対象物ＳｉおよびＳｊが互いに衝突すると、それ
らの陰関数要素ｆｉおよびｆｊが互いに干渉し、これに
より干渉ゾーン５４が形成される。この図６（ａ）のよ
うに対象物ＳｉおよびＳｊが重複して存在することは実
空間ではあり得ない状態である。そこで、図６（ｂ）に
示すように、変形伝播領域５０内の陰関数要素ｆｉおよ
びｆｊが変形される。図６（ｂ）では、変形伝播領域５
０内の陰関数要素ｆｉおよびｆｊが変形され、共通の接
触面５６で互いに接触している。この接触面５６では次
式が成立する。

【００５１】ｆｉ＝ｆｊ図７は、複数の陰関数要素の衝突を一般的に説明するた
めの図である。図７ではｍ個の陰関数要素Ｐ₁〜Ｐ_mが
示されている。陰関数Ｐ₁内にはｎ₁個のワイヤーフレ
ームモデルの頂点が含まれる。陰関数要素Ｐ₂内にはｎ
₂個のワイヤーフレームモデルの頂点が含まれる。陰関
数要素Ｐ_m内にはｎ_m個のワイヤーフレームモデルの頂
点が含まれる。この場合、ワイヤーフレームモデル４６
全体の頂点の数Ｎは次の数１で表わされる。

【００５２】

【数１】人物の３次元ワイヤーフレームモデルの場合、ワイヤー
フレームモデル４６全体の頂点の数Ｎは１０⁴程度であ
り、陰関数要素の数ｍは２０程度である。したがって、
ワイヤーフレームモデル全体の頂点の数Ｎは陰関数要素
の数ｍよりも十分に多い。

【００５３】図８は、図１に示されたワイヤーフレーム
モデル／陰関数衝突変形部３８での処理プロセスを示す
フローチャートである。ステップＳ１では、１つの陰関
数要素が他の陰関数要素と干渉しているか否かがチェッ
クされる。陰関数要素Ｐ₁〜Ｐ_mの数はｍであるから干
渉チェックの回数はｍ²のオーダとなる。

【００５４】いずれかの陰関数要素が互いに干渉してい
る場合は、ステップＳ２においてそれら陰関数要素に含
まれるワイヤーフレームモデルの頂点が互いに衝突して
いるか否かがチェックされる。たとえば図７のように陰
関数Ｐ₁およびＰ₂が互いに干渉している場合は、それ
ら陰関数要素Ｐ₁およびＰ₂内に含まれる頂点の衝突が
チェックされる。すなわち、陰関数要素Ｐ₁内のすべて
の頂点が陰関数要素Ｐ ₂内に含まれるか否かがチェック
され、さらに陰関数要素Ｐ₂内のすべての頂点が陰関数
要素Ｐ₁内に含まれるか否かがチェックされる。陰関数
要素Ｐ₁内の頂点の数はｎ₁であり、陰関数要素Ｐ₂内
の頂点の数はｎ₂であるから、頂点の衝突チェックの回
数は（ｎ₁＋ｎ₂）回となる。

【００５５】このように、まず陰関数要素同士の干渉チ
ェックを行ない、次にその干渉している陰関数要素中の
頂点の衝突チェックを行なうようにすれば、陰関数要素
同士が干渉していないものについてはその陰関数要素中
に含まれる頂点の衝突チェックを行なう必要がない。そ
のため、人物１０の人体パーツが他の人体パーツと衝突
しているか否かを速やかにチェックすることができる。

【００５６】もしもワイヤーフレームモデル４６内のす
べての頂点について衝突しているか否かをチェックした
とすると、１０⁸（＝１０⁴×１０⁴）回のチェックが
必要となる。これに対し上記の手法によれば、陰関数要
素の干渉チェックおよび頂点の衝突チェックの回数は
（ｍＮ＋ｍ²）回のオーダとなる。人物の３次元ワイヤ
ーフレームモデル４６の場合、陰関数要素の数ｍはワイ
ヤーフレームモデル４６全体の頂点の数Ｎよりも非常に
少ないため、上記チェック回数はおおむねｍＮ回とな
る。このチェック回数ｍＮはさらにＮ回と近似できる。
したがって、ワイヤーフレームモデル４６内のすべての
頂点の衝突を総当たり的にチェックすると１０⁸回のチ
ェックを行なう必要があるのに対し、この手法によれば
１０⁴回のチェックを行なうだけでよい。

【００５７】次いでステップＳ３において、互いに衝突
している陰関数要素を図５に示したように合成し、さら
にステップＳ４において他の陰関数要素と衝突している
頂点をその合成された陰関数要素とマッチングさせる。

【００５８】ここで、物体が互いに衝突する場合には、
それぞれの物体がどの程度の剛度（こわさ；Stiffness
）を有しているかによってその変形の程度が異なる。
たとえばゴムボールが腕に衝突した場合はゴムボールの
ほうが深くへこみ、腕のほうはわずかにへこむ程度であ
る。これは、腕の剛度がゴムボールの剛度よりも大きい
ためである。一般に、大きな剛度を有する物体のほう
が、衝突したときに大きな反力を発生する。したがっ
て、仮想空間に表示しようとする対象物の剛度を陰関数
に与えておけば、衝突したときの対象物の変形をより忠
実に再現することができる。

【００５９】再び図３および図４を参照して、陰関数要
素４８上の点ｐにおける剛度ｋ（ｐ）は次式で与えられ
る。

【００６０】ｋ（ｐ）＝−ｆ′（｜ｐ−ｃ｜／ｒ）この点ｐが外力によりｐ₀からｐ_dまで移動した場合の
反力Ｒ（ｐ）は次の数２で表わされる。

【００６１】

【数２】この積分計算は、実際には剛度ｋ（ｐ）を図４から求め
る。すなわち、ｔの微小区間における傾きｆ′（ｔ）か
ら剛度ｋ（ｐ）を決定し、ｐ₀からｐ_dまでの区間で剛
度ｋ（ｐ）の総和を算出する。

【００６２】次に、テクスチャマッピング部４０では、
上記のようにして変形されたワイヤーフレームモデル４
６に予め作成されたカラーテクスチャがマッピングされ
る。それぞれのカラーテクスチャは、ワイヤーフレーム
モデル４６の対応する場所の三角パッチに貼り付けら
れ、その三角パッチの変形に応じて色彩の補間や間引き
が行なわれる。

【００６３】そして、人物像生成部４２では、そのテク
スチャがマッピングされたワイヤーフレームモデル４６
が仮想空間に表示され、これにより実空間における人物
１０が仮想空間に人物像４４として再現される。

【００６４】図９は、ゴムボールが腕に衝突した場合の
ワイヤーフレームモデルを示す。図９に示されるよう
に、ゴムボール５８のワイヤーフレームモデルが腕６０
のワイヤーフレームモデルと重なることはなく、ゴムボ
ール５８の接触面を構成するワイヤーフレームが腕の表
面形状に沿ってへこんでいる。

【００６５】図１０は、図９のワイヤーフレームモデル
にテクスチャをマッピングしたものである。また、図１
１は図１０のゴムボール５８および腕６０を別の角度か
ら見たものである。図１０および図１１に示されるよう
に、ゴムボール５８が腕６０に食い込むことなく腕６０
の表面に沿って変形している。このように、ゴムボール
５８が腕６０に衝突した場合のようすがリアルに再現さ
れている。

【００６６】図１２は、腕同士が衝突した場合に仮想空
間に表示される像を示す。図１２に示されるように、腕
６０を表わす陰関数には同一の剛度が与えられるため、
いずれの腕６０も同じ程度に変形している。

【００６７】図１３および１４は、ゴムボールが頭に衝
突した場合の仮想空間に表示される像を示す。頭６２を
表わす陰関数にはゴムボール５８の剛度よりも大きい剛
度が与えられているため、図１３に示されるようにゴム
ボール５８が頭６２に衝突した場合はゴムボール５８の
ほうが大きくくぼみ、頭６２のほうはほとんど変形して
いない。そして図１４に示されるように、ゴムボール５
８が跳ね返り、頭６２から離れると、ゴムボール５８は
速やかに元の形状に戻っている。これは、ゴムボール５
８を表わす陰関数に与えられた剛度に基づいて衝突時の
反力が計算され、その反力に基づいてゴムボール５８の
ワイヤーフレームモデルが速やかに元の形状に戻されて
いるためである。

【００６８】図１５ないし図１８は、硬いボールが頭に
衝突した場合に仮想空間に表示される像を示す。図１５
および図１６に示されるように、硬いボール６４が頭６
２に衝突すると、この硬いボール６４を表わす陰関数に
は頭６２の剛度よりも大きい剛度が与えられているた
め、頭６２のほうがくぼむことになる。そして図１７お
よび図１８に示されるように、硬いボール６４が跳ね返
り頭６２から離れても、頭６２を表わす陰関数にはゴム
ボールよりも大きい剛度が与えられているため、ゴムボ
ールのようにその形状が速やかに元に戻ることはない。

【００６９】以上のようにこの実施例によれば、ワイヤ
ーフレームモデル４６だけでなく陰関数要素４８を用い
ているため、筋肉の変形等をよりリアルに表現すること
ができる。また、ワイヤーフレームモデル４６の一部が
他の一部と衝突した場合は、まず陰関数要素４８を用い
て衝突が検出され、陰関数要素４８が衝突しない部分に
ついてはワイヤーフレームモデル４６の頂点の衝突を検
出していないため、衝突の検出を速やかに行なうことが
できる。そのため、衝突した状況を実時間で仮想空間に
表示することができる。また、衝突した場合にはまず陰
関数要素４８を変形させそれに応じてワイヤーフレーム
モデル４６を変形しているため、衝突した部分が重なっ
て表示されることはなく、よりリアルな人物像４４が仮
想空間に表示される。また、陰関数要素４８に人体パー
ツの剛度が与えられているため、衝突時の変形がよりリ
アルに再現される。また、陰関数要素４８に与えられた
剛度に基づいて反力を計算し、それによりワイヤーフレ
ームモデル４６を元の形状に復帰するようにしているた
め、跳ね返りのようすをよりリアルに表現することがで
きる。

【００７０】

【発明の効果】請求項１に係る３次元モデルによる動き
生成装置によれば、ワイヤーフレームモデルに加えて陰
関数を用いているため、実空間における対象物の動きを
実時間で再現できるだけでなく、対象物の変形も実時間
で再現することができる。したがって、対象物のよりリ
アルな像を仮想空間に再現することが可能となる。

【００７１】請求項２に係る３次元モデルによる動き生
成装置によれば、上記請求項１の効果に加えて、陰関数
を用いて対象物の衝突を検出しているため、衝突の検出
速度が速く、衝突の要素を実時間で表示することができ
る。しかも衝突の状況に応じて陰関数を変形しているた
め、対象物が重なり合うことなく、よりリアルな像を再
現することができる。

【００７２】請求項３に係る３次元モデルによる動き生
成装置によれば、上記請求項１または２の効果に加え
て、陰関数に対象物の剛度が与えられているため、衝突
時の変形をよりリアルに再現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例による３次元モデルによる動
き生成装置を用いた臨場感通信会議システムの全体構成
を示す概念図である。

【図２】図１の動き生成装置で予め作成されたワイヤー
フレームモデルおよび陰関数要素を視覚的に示す図であ
る。

【図３】図２の陰関数を説明するための図である。

【図４】図２の陰関数を定義するために必要なブレンド
関数を示す図である。

【図５】陰関数要素が互いに衝突したようすを示す図で
ある。

【図６】陰関数要素が互いに衝突した場合の変形のよう
すを示す図である。

【図７】複数の陰関数要素の衝突を説明するための図で
ある。

【図８】図１のワイヤーフレームモデル／陰関数衝突変
形部での処理内容を示すタイミングチャートである。

【図９】図１に示されたシステムによってゴムボールが
腕に衝突した場合のワイヤーフレームモデルを示す図で
ある。

【図１０】図９のワイヤーフレームモデルにテクスチャ
をマッピングすることにより仮想空間に表示される像を
示す図である。

【図１１】図１０の像を異なる角度から見た図である。

【図１２】図１に示されたシステムにおいて腕同士が衝
突した場合に仮想空間に表示される像を示す図である。

【図１３】図１に示されたシステムにおいてゴムボール
が頭に衝突した場合に仮想空間に表示される像を示す図
である。

【図１４】図１３に続いてゴムボールが頭から跳ね返っ
たときに仮想空間に表示される像を示す図である。

【図１５】図１に示されたシステムにおいて硬いボール
が頭に衝突する直前に仮想空間に表示される図を示す図
である。

【図１６】図１５に続いて硬いボールが頭に衝突してい
るときに仮想空間に表示される像を示す図である。

【図１７】図１６に続いて硬いボールが頭で跳ね返った
直後に仮想空間に表示される像を示す図である。

【図１８】図１７に続いて硬いボールが頭から完全に離
れた場合に仮想空間に表示される像を示す図である。

【図１９】従来の臨場感通信会議システムの一例を示す
概念図である。

【符号の説明】

１０人物１２動き検出部２０モデリング部２８ワイヤーフレームモデル作成部３０カラーテクスチャ作成部３２陰関数作成部３４人物像再生部３６ワイヤーフレームモデル／陰関数移動変形部３８ワイヤーフレームモデル／陰関数衝突変形部４０テクスチャマッピング部４２人物像生成部４４人物像４６ワイヤーフレームモデル４８，４９陰関数要素

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】実空間における対象物をワイヤーフレー
ムモデルを用いて予めモデル化し、前記対象物の動きに
応じて前記ワイヤーフレームモデルを変形するとともに
その変形されたワイヤーフレームモデルに前記対象物の
テクスチャををマッピングすることにより仮想空間にお
いて前記対象物の像を再現する３次元モデルによる動き
生成装置であって、前記対象物を前記ワイヤーフレームモデルよりも概略的
に表現する陰関数を予め作成する陰関数作成手段と、前記対象物の動きに応じて前記陰関数のパラメータを変
化させる手段と、前記パラメータが変化させられた陰関数に応じて前記ワ
イヤーフレームモデルを変形する手段とを備えた３次元
モデルによる動き生成装置。
【請求項２】前記対象物の衝突を前記陰関数を用いて
検出する衝突検出手段と、前記衝突検出手段によって検出された衝突の状況に応じ
て前記陰関数のパラメータを変化させる手段とをさらに
備えたことを特徴とする請求項１に記載の３次元モデル
による動き生成装置。
【請求項３】前記陰関数に前記対象物の剛度が与えら
れることを特徴とする請求項１または２に記載の３次元
モデルによる動き生成装置。