JPH087124A

JPH087124A - 映像模擬方式

Info

Publication number: JPH087124A
Application number: JP13565594A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Iino; 隆之飯野; Kunizo Sakai; 邦造酒井
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-06-17
Filing date: 1994-06-17
Publication date: 1996-01-12

Abstract

(57)【要約】【目的】３次元コンピュータグラフィックにおいて、
海中など半透明な媒質の中で発生するぼんやりした映像
を簡便な方法で模擬する。【構成】媒質色テーブル１６により背景色を求め、透
明度定義テーブル１４をもとに透明度計算部１３にて物
体色の透明度，背景色の不透明度を演算し、色演算部１
９２，１９３，１９４にて、透明度に応じた物体色と不
透明度に応じた背景色の合成を行う。これにより、背景
色に浮かび出る、或いは、背景色に埋もれていくぼんや
りした模擬映像の生成が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はコンピュータグラフィッ
クによる映像模擬方式に係わるものでり、特に、無色透
明ではなく、光の散乱により色を感じさせる半透明の媒
体、或いは、それ自体に淡い色を有する、例えば微粒浮
遊物の含まれる様な媒体を通して、物体の映像がどう見
えるかを表現するリアルタイムの映像模擬方式に係わる
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、３次元コンピュータグラフィック
では、遠方の見えにくい物体に対しては、物体を表現す
るポリゴン数を減らしたり、或いは２次元で表現するモ
デルとしての方法が有る。これらは、処理の高速性を追
求する方法として存在する。一方、近距離の場合でも見
えにくいケースもあり、実世界では霞或いは霧といった
現象がこれに類する。これらのケースでは、物体及び背
景全体の色調を淡くするレンダリングとしての方法が採
られている。

【０００３】これらの方法によれば、主に大気中の物体
を模擬するには適しているが、無色透明という大気の視
覚上の特性を外れる、有色半透明の媒質中での模擬につ
いては適していない。

【０００４】例えば、海中においては、微粒な浮遊物の
存在により半透明であり、この量の大小により視認距離
が変化する。視認距離が短い場合、物体が徐々に見え始
める時には物体はかなり大きくなっているが、この時、
前述のポリゴン数を減少させる方法や或いは２次元で表
現すると、見え始めといえども映像模擬としてはリアリ
ティを確保できるとは言い難く、また、霞や霧の効果で
は、白くマスキングするに滞まり、やはり、リアリティ
を欠如させてしまう。

【０００５】この現象は、単に透明度の低い海中のみな
らず、大気中でもスモッグ発生或いは黄砂現象といっ
た、背景色を雰囲気として有している場合にも当てはま
る現象である。

【０００６】更に、大気が透明度を保っている場合で
も、曇天の場合などは、遠方程明度が低くなる現象が発
生し、霞や霧の効果では逆に遠方程白く模擬表示する結
果となり、不自然な映像模擬を生成することになる可能
性を残す。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、前記
の従来の技術に鑑み、従来の技術ではリアリティの確保
が難しかった下記の点を簡単な方法で解決しようとする
ものである。

【０００８】即ち、（１）完全には透明でなく、かつ、散乱等自然現象によ
り或いはそれ自体に色を有する半透明の媒質中における
物体の映像を、物体のモデルとしての３次元を生かしつ
つ、視認距離前後での微妙な表現を可能とすること。

【０００９】（２）特に海中においては、深度が深くな
るにつれ、自然光の不到達が生じる。上記（１）は２次
元での課題であるが、これを３次元に拡張し、海中での
映像模擬を可能とすること。

【００１０】（３）上記（１）の視認距離の概念を拡張
し、視認距離と透明度を自由に設定することにより、大
気中のスモッグの存在による映像等透明−不透明の媒質
での映像模擬を可能とすること。

【００１１】（４）更に（２）項に加え、海中のプラン
クトン等を模擬し、模擬視点が移動する時に臨場感のあ
る映像を生成すること。

【００１２】等である。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、模擬映像
の対象物体色及び模擬視点と前記対象物体との間の媒質
色を記憶する機構と、前記模擬視点から対象物体までの
距離に応じて媒質色の濃淡及び前記対象物体色の濃淡を
定義する機構とを設け、前記対象物体及び媒質の色と濃
淡を組合せることにより媒質中の模擬視点から対象物体
までの距離に応じた対象物体の色を演算し合成すること
によって達成される。

【００１４】また上記の目的は、前記の媒質色を記憶す
る機構に深度に対して明度変化を定義する機構を設け、
深度に対する媒質の色の変化を表現できるようにしたこ
とによって達成される。

【００１５】また上記の目的は、前記の媒質色の濃淡を
定義する機構に、透明度を定義する機構を設け、透明と
不透明の混在した不均一な媒質中における物体のぼかし
表現ができるようにしたことによって達成される。

【００１６】また上記の目的は、複数の白ポイントを生
成し、水中のマリンスノー或いは濁りを表現し得る機構
を設け、模擬視点の移動に際し、恰も水中を移動してい
るかの如き臨場感を与えるようにしたことによって達成
される。

【００１７】

【作用】上記手段によれば媒質および物体の固有の色に
対し、物体の距離に応じ透明度／不透明度を求め、これ
を色の濃淡情報として定義し、乗ずることにより、不透
明な媒質と物体の個々の色を求める。この両者を重ね合
わせることにより、物体の媒質中の色が表現される。こ
の物体の色と媒質の色は、遠ければ近似し、近ければ相
違するという関係が成立し、結果として、徐々に浮かび
上がってくる映像、或いは、徐々に周囲に融けこんで行
く映像が表現できる。

【００１８】また、色の近似により、遠ければぼんやり
と目にはうつり、近ければ明確になるということが同時
に表現できる。

【００１９】また、媒質の色、即ち、背景色が一定では
模擬映像としては単調である。実際、晴天においては、
天空は青く、地平線に近くなるに従い白くなる。曇天で
は、天空は白く、低くなるに従い濃い灰色になる。水中
では浅深度では青く、深深度では自然光が到達しないた
め黒くなる。上記の現象から、背景色に対し、明度を定
義する仕組みを設け、深度のパラメータにより明度を変
化させる。これにより白〜黒，水色〜群青〜黒といった
背景色への変化を与えることが可能である。

【００２０】また、物体の色と重ね合わせる背景色の濃
淡は、透明度定義テーブルに依存する。透明度定義テー
ブルは、グラフィックプロセッサの中に存在し、ディス
プレイ，キーボードから変更可能である。

【００２１】また、水中、海中を移動するとき、物体の
遠近よりも、まず、微粒浮遊物，プランクトン（マリン
スノーと呼ぶ）の動きに、人間の目は向く。従って白ポ
イントを移動に合わせて相対位置関係を変化させること
により、臨場感を大きく増すことができる。

【００２２】

【実施例】以下、本発明を一実施例をもとに詳細に説明
する。図２は海中における映像模擬の模式図である。模
擬視点２２から物体２３の映像を模擬する場面であり、
海水２１は一定の不透明さを有している。本実施例では
模擬視点２２からの視界は狭く、模擬映像での海水の
色、即ち背景色は一定としている。

【００２３】コンピュータグラフィックではモデリング
或いはレンダリング等、処理群が存在するが、本発明は
色に関わるものであり、以下、色の動きのみに着目して
説明する。

【００２４】図１は、処理ブロック図である。物体色テ
ーブル１５は物体２３の固有の色を記憶する。媒質色テ
ーブル１６は海水２１の色を記憶する。媒質色テーブル
１６に記憶される色は模擬映像における背景色に該当す
る。明度テーブル１７は深度対応に明暗を表現するため
の明度を記憶するものである。

【００２５】色の表現は、下記数１の色ベクトルで定義
される。

【００２６】〔数１〕Ｃ＝（Ｃ_R，Ｃ_G，Ｃ_B）ここで、Ｃ_R：赤色成分Ｃ_G：緑色成分Ｃ_B：青色成分物体色テーブル１５の、物体色は下記数２で表わされ
る。

【００２７】〔数２〕物体色＝Ｂ×Ｃ_t ここで、Ｂ：明度を示す係数Ｃ_t：物体色ベクトル物体色テーブル１５は、予め、映像に登場する物体の原
色を規定する物体色ベクトルＣ_tであり、図３に一例を
示す。媒質色テーブル１６の、媒質色は下記数３で表わ
される。

【００２８】〔数３〕媒質色＝Ｂ×Ｃ_m ここで、Ｂ：明度を示す係数Ｃ_m：媒質色ベクトル媒質色テーブル１６は、予め、映像に登場する媒質の原
色を規定する媒質色ベクトルＣ_mであり、図４に一例を
示す。物体色、媒質色を示すには、上記で説明した通り
物体色テーブル１５及び媒質色テーブル１６に明度を乗
算する必要がある。

【００２９】明度とは、水中であれば、深度に対応した
太陽光が届く自由関数として定義される。また、空気中
であれば、昼、夜、薄暮等に対応する。

【００３０】明度テーブル１７のうち、水中の明度テー
ブルの内容を図５に、またそのグラフ図を図６に示す。
また空気中の明度テーブルは、時刻により係数変化し、
図７にその内容を示し、そのグラフ図を図８に示す。な
お、これはものの考え方であり、データの中味及びサン
プル数は、任意に設定可能であり、図８のカーブはＳｉ
ｎカーブでも可能である。

【００３１】背景色は色演算１９１にて、まず基準とな
る媒質色テーブル１６を読み出し、これに、視点運動計
算１１にて得られた視線の深度に対する明度を明度テー
ブル１７より読み出し、媒質色に明度を乗じることによ
り背景色が定まる。例えば、媒質色テーブル水＝（０．
０，０．１４，０．１４）に深度１００ｍの明度係数
０．００乗算すれば、媒質色＝（０．０，０．０，０．
０）となり、背景色は「黒色」となり、深度１０ｍの明
度数０．５を乗算すれば、媒質色＝（０．０，０．０
７，０．０７）となり、背景色は「濃紺色」となる。
尚、媒質色テーブル１６に複数の色を深度毎に記憶させ
ても同じ効果が得られる。

【００３２】次に、物体の色を定める。物体の固有の色
は物体色テーブル１５に格納されている。この固有色
に、背景色を重ね合わせる度合いで透明／不透明を表現
し、更に、不透明から徐々に物体がぼんやり見えて来る
自然さを得ることができる。

【００３３】視点運動計算１１及び距離計算１２にて、
視点と物体の間の距離を求める。次に、この求められた
距離に応じ、透明度計算１３にて物体色に与える濃淡情
報及び背景色の濃淡を求める。この情報として、透明度
定義テーブル１４が存在する。図９は透明度定義テーブ
ル１４の論理を表わしたものである。距離に対し、どの
程度の透明度を有するかを自由に設定できるものであ
る。海水の場合、視点と物体との距離が近い時は透明度
が大きく（１．０に近く）遠ざかるに従い、指数関数的
に透明度は低下する（０．０に近づく）。

【００３４】色演算１９２では、透明度計算１３にて求
められた透明度を、不透明度（１−透明度）に変換し、
これを濃淡情報として先に色演算１９１で求まった背景
色に乗じる。例えば、距離大で、透明度＝０（不透明度
＝１．０）の時には、濃淡情報は１となり、背景色その
ままとなる。一方、色演算１９３では、透明度を濃淡情
報として、物体色テーブル１５から読み出した物体色に
乗じる。例えば、至近距離で透明度１であれば、物体色
そのままが出力される。

【００３５】更に、色演算１９４では、色演算１９２と
色演算１９３の出力結果を合成する。即ち、特定の距離
における、不透明さゆえに減衰した物体の色と、不透明
さゆえに増大した背景色とを合成する。これにより、遠
方であれば、背景色に殆んど等しい物体の色が作り出
せ、また、逆に至近距離であれば殆んど物体固有の色に
近い物体の色が生成される。

【００３６】以上のプロセスで生成された、背景色と物
体色をグラフィック演算１９５にて実際に表示される３
次元データに変換される。

【００３７】本実施例では、海中の特殊性ということを
踏まえ、白ポイント生成部１８を有している。白ポイン
ト生成部１８は、３次元データとして、数１０〜数１０
００のポイントを管理し、更に、微速で深度方向に運動
させる。更に、視点運動計算１１からの位置変化を把握
し、白ポイントを移動させている。この白ポイントをグ
ラフィック演算１９５に加えることにより、プランクト
ン等によるマリンスノーの現象を生成することができ、
特に、視点が前進、後進等を行う時の臨場感を高めるこ
とができる。

【００３８】次に他の実施例を説明する。本実施例は、
大気中の映像模擬に関する実施例である。演算処理の構
成は、先の実施例から白ポイント生成部を除いた構成で
あるが、透明度定義テーブル１４に図１０に示すデータ
が定義され、かつ、媒質色テーブル１６には大気にも拘
らず「茶色」が登録されている。図１０における、Ｉ及
びIIIの部分は通常の空気の部分を表わし、IIの部分は
スモッグを表わしたものである。模擬する状況として
は、都市の周辺部より都市部を経て、その先の周辺部も
視界に入ることを模擬したものであり、透明度定義テー
ブル１４の設定データ如何によって種々のケースが模擬
できる。

【００３９】

【発明の効果】以上の本発明の効果として以下のものが
得られる。

【００４０】１．簡単な色調の合成により、色彩を有す
る半透明な物質の中でのぼんやりとした物体の映像が可
能である。

【００４１】２．媒質色テーブルに定義付けられる色に
対し、明度情報を加味できることから、水深の深度方向
の変化や、天空から地平線に至る空の変化等、一様な背
景色だけでなく、変化に富む表現が可能である。

【００４２】３．透明度定義テーブルのデータを変更す
ることにより、一様な半透明の媒質のみならず、不均一
な媒質中における映像模擬も可能である。

【００４３】また、さらに４．水中の模擬において白ポイントの導入により、マリ
ンスノーを模擬し、視点が動く水中ビークル等の見た映
像としての臨場感を付加することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例処理構成を表わしたブロック
構成図である。

【図２】海中における映像模擬の模式図である。

【図３】物体色テーブルの一実施例である。

【図４】媒質色テーブルの一実施例である。

【図５】明度テーブルの一実施例である。

【図６】図５のグラフ図である。

【図７】明度テーブルの他の実施例である。

【図８】図７のグラフ図である。

【図９】透明度定義テーブルの一実施例グラフ図であ
る。

【図１０】透明度定義テーブルの他の実施例グラフ図で
ある。

【符号の説明】

１１…視点運動計算部、１２…距離計算部、１３…透明
度計算部、１４…透明度定義テーブル、１５…物体色テ
ーブル、１６…媒質色テーブル、１７…明度テーブル、
１８…白色ポイント生成部、１９１〜１９４…色演算
部、１９５…グラフィック演算部、２１…海水、２２…
模擬視点、２３…物体。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】グラフィックプロセッサとその処理結果
を表示するディスプレイ装置から成るコンピュータグラ
フィック映像生成装置における映像模擬方式において、
模擬映像の対象物体色及び模擬視点と前記対象物体との
間の媒質色を記憶する機構と、前記模擬視点から対象物
体までの距離に応じて媒質色の濃淡及び前記対象物体色
の濃淡を定義する機構とを設け、前記対象物体及び媒質
の色と濃淡を組合せることにより、媒質中の模擬視点か
ら対象物体までの距離に応じた対象物体の色を演算し合
成することを特徴とした映像模擬方式。
【請求項２】請求項１記載の、媒質色を記憶する機構
に明度変化を定義する機構を設け、深度に対する媒質の
色の変化を表現できるようにしたことを特徴とした映像
模擬方式。
【請求項３】請求項１記載の、媒質色の濃淡を定義す
る機構に透明度を定義できる機構を設け、透明と半透明
の混在した不均一な媒質中における物体のぼかし表現が
できるようにしたことを特徴とした映像模擬方式。
【請求項４】グラフィックプロセッサとその処理結果
を表示するディスプレイ装置から成るコンピュータグラ
フィック映像生成装置における映像模擬方式において、
複数の白ポイントを生成し、水中のマリンスノー或いは
濁りを表現し得る機構を設け、模擬視点の移動に際し、
恰も水中を移動しているかの如き臨場感を与えるように
したことを特徴とした水中映像模擬方式。