JPH09128564A - 画像作成装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レンダリングにおいて、エリアシングを抑制
することができるようにする。 【解決手段】 モデルデータ３および座標変換データ６
はレンダリング部５に入力され、レンダリング部５にお
いて、モデルデータ３から、フィルタリング処理等によ
り、複数の分解能の距離画像などからなるテクスチャ画
素データより構成されるミップマップモデルデータが作
成される。このミップマップモデルデータに基づいて、
複数の距離画像が補間されることにより、所定の分解能
の距離画像が生成され、エリアシングの少ない画像デー
タ８が作成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像作成装置およ
び方法に関し、例えば、電子的な映像生成、コンピュー
タグラフィクス、またはＣＡＤなどにおいて、形状を表
現するための所定の構造のモデリングデータを作成し、
表示する場合に用いて好適な画像作成装置および方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、コンピュータグラフィクス、特に
レンダリングの分野においては、適正な分解能のデータ
を使うことが重要とされている。これは、レンダリング
において、分解能の高すぎる形状を表すデータをサンプ
リングして用いた場合、強いエリアシングが現れるため
である。その一方で、レンダリングにおいて低すぎる分
解能のデータを使用した場合、レンダリング結果として
の画像の分解能もまた低下する。

【０００３】このため、レンダリング時に常に適切な分
解能のデータを選ぶか、または適切な分解能のデータに
補間して使えるよう、モデルデータを多重分解能表現に
よって作成することが行われている。このような多重分
解能表現のモデルデータを作成するための方法として、
従来、例えばリンク構造が分解能によって変化する多角
形モデルが使われている。

【０００４】このようなモデルにおいては、多角形を構
成する辺の挿入や削除、およびそれに伴う頂点の移動な
どによって、モデル分解能を変化させるようにしてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、多角形
を構成する辺の挿入や削除によって分解能を変化させる
モデルは、３次元の形状に対応したリスト構造に加え、
分解能の変化を追跡するリスト構造をとるため、データ
構造が複雑であること、また、必要な分解能のモデルを
すべて探索するためには多大な探索コストを要すること
などの課題があった。

【０００６】これらの課題を解決するため、簡易なアル
ゴリズムで、簡単なデータ構造による多重分解能モデル
を作成することが可能な方法が望まれていた。さらに、
辺の挿入や削除によって分解能を変化させるモデルは、
分解能を変化させたときにモデルの形状変化に不連続性
が生じるため、モデルの場所によって連続的に分解能が
異なるようにするなどの処理が困難である課題があっ
た。

【０００７】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであり、分解能の変化に応じてデータの挿入や削除
の必要のない、簡単なデータ構造の多重分解能モデルデ
ータを簡易なアルゴリズムで作成することができるよう
にし、さらに、常に適切な分解能のモデルを補間によっ
て求めることにより、多重分解能モデルデータからモデ
ルエリアシングの少ない品質の良いレンダリング結果を
得ることができるようにするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の画像作
成装置は、距離画像に対応するスクリーン座標上の画素
からなる画像の分解能に対応して、複数の異なる分解能
の距離画像を選択する選択手段と、選択手段により選択
された複数の異なる分解能の距離画像を、パッチの所定
のものに対応付ける対応手段と、対応手段によりパッチ
の所定のものに対応付けられた複数の異なる分解能の距
離画像を補間し、所定の分解能の距離画像を生成する補
間手段とを備えることを特徴とする。

【０００９】請求項８に記載の画像作成方法は、距離画
像に対応するスクリーン座標上の画素からなる画像の分
解能に対応して、複数の異なる分解能の距離画像を選択
し、選択された複数の異なる分解能の距離画像をパッチ
の所定のものに対応付け、パッチの所定のものに対応付
けられた複数の異なる分解能の距離画像を補間し、所定
の分解能の距離画像を生成することを特徴とする。

【００１０】請求項１に記載の画像作成装置において
は、選択手段により、距離画像に対応するスクリーン座
標上の画素からなる画像の分解能に対応して、複数の異
なる分解能の距離画像が選択され、対応手段により、選
択手段によって選択された複数の異なる分解能の距離画
像が、パッチの所定のものに対応付けられ、補間手段に
より、パッチの所定のものに対応付けられた複数の異な
る分解能の距離画像が補間され、所定の分解能の距離画
像が生成される。従って、分解能の異なる距離画像を同
一のデータ構造にするとともに、モデルエリアシングを
抑制することができる。

【００１１】請求項８に記載の画像作成方法において
は、距離画像に対応するスクリーン座標上の画素からな
る画像の分解能に対応して、複数の異なる分解能の距離
画像が選択され、選択された複数の異なる分解能の距離
画像がパッチの所定のものに対応付けられ、パッチの所
定のものに対応付けられた複数の異なる分解能の距離画
像が補間され、所定の分解能の距離画像が生成される。
従って、分解能の異なる距離画像を同一のデータ構造に
するとともに、モデルエリアシングを抑制することがで
きる。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の画像作成装置に
おける、距離画像の組合せから成るモデルの多重分解能
モデルへの変換方法を示している。モデル変換の対象と
なる入力モデル３１は、概略パッチ群３０５と、概略パ
ッチ群３０５とオリジナルモデルの距離的な差分を表す
距離画像を含むテクスチャ画像３７から成る。本実施例
では、まず、距離画像に基づいて、入力モデル３１のテ
クスチャ画像３７に対して、フィルタリング処理が適用
されることにより、ミップマップテクスチャ画像３７ｍ
に変換される。

【００１３】すなわち、フィルタリング処理により、テ
クスチャ画像３７より、分解能がその２分の１のテクス
チャ画像３７が生成され、さらに、分解能がその２分の
１のテクスチャ画像３７が生成される。その結果、この
場合、３つの分解能のテクスチャ画像３７と、概略パッ
チ群３０５からなるミップマップモデル３１ｍが生成さ
れる。

【００１４】図２は、本実施例において、多重分解能の
距離画像の組合せから成るモデルをレンダリングする方
法を示している。まず、図２に示したように、概略パッ
チ群３０５に対して、視点６３０、光源６３２、および
投影面６１９が決定される。レンダリングにおいては、
概略パッチ群３０５を構成する概略パッチ３５を視点６
３０から遠い順にスキャンし、パッチ３５上の点のテク
スチャ座標を求める。

【００１５】後述するレンダリング部５のテクスチャ画
素計算部５７では、テクスチャ座標に対応して、異なる
分解能のテクスチャ画像が読み出され、隣接４画素間補
間が行われた後、テクスチャ画素値が求められる。次
に、後述する画像描画部５９において、光源６３２と視
点６３０の座標から画素値６６が求められる。次に、距
離画像の視差分だけずらした投影面６１９上の対応する
スクリーン座標の点に、画素値６６で表される画素が描
画され、画像データ８が得られる。

【００１６】図３は、図２に示した処理が実行されると
きのデータの流れを示している。モデルデータ３および
座標変換データ６は、レンダリング部５に入力され、レ
ンダリング処理が施された後、画像データ８として出力
される。レンダリング部５は、後述する中央処理装置
（ＣＰＵ）１２において実行される所定のアプリケーシ
ョンプログラムによって構成される。

【００１７】図４は、本発明の画像作成装置の一実施例
の構成を示すブロック図である。この画像作成装置にお
いて、ディスク装置１１は、モデルデータ３、座標変換
データ６、およびアプリケーションプログラム等を記憶
する。ＣＰＵ１２は、ディスク装置１１から主記憶装置
１３にロードされたアプリケーションプログラムに従っ
て動作し、ディスク装置１１より供給されたデータに基
づいて、レンダリング処理等を行うようになされてい
る。

【００１８】ディスク装置１４は、ＣＰＵ１２より供給
されたレンダリング処理された結果を記録する。表示装
置１５は、ＣＰＵ１２より供給されたレンダリング処理
された結果に対応する画像を表示するようになされてい
る。

【００１９】モデルデータ３および座標変換データ６は
ＣＰＵ１２に入力される。ＣＰＵ１２に供給されたモデ
ルデータ３は、座標変換データ６を用いてレンダリング
部５によりレンダリング処理が行われる。レンダリング
部５において作成された画像データ８は、ディスク装置
１４に保存されるか、または表示装置１５に供給されて
表示される。レンダリング部５における処理の中間結果
や入出力データは、必要に応じて主記憶装置１３に一時
的に保存され、ＣＰＵ１２により適宜読み出される。

【００２０】次に、モデルデータ３について説明する。
上記実施例に入力されるデータは、例えば図５に示した
ような構成のモデルデータ３を、一枚の画像データをレ
ンダリングするために必要なモデル全体について組み合
わせたものである。モデルデータ３は、概略パッチデー
タ３４の並び３０４、および物体の形状と表面の状態を
表すテクスチャ画像データ３６の並び３０６から構成さ
れている。各概略パッチデータ３４は、テクスチャ画像
データ３６をそれぞれ参照している。

【００２１】概略パッチデータ３４の並び３０４は、図
１および図２に示した、モデルの概略の形状を表す複数
の概略パッチ群３０５を表すデータであり、テクスチャ
画像データ３６の並び３０６は、概略形状にマッピング
するための、物体の形状と表面の状態を表すテクスチャ
画像の集まりに対応するデータである。これらのデータ
はディスク装置１１に記憶される。

【００２２】テクスチャ画像データ３６は、後述するよ
うに、テクスチャ画像データ３６を構成するテクスチャ
画素データ３８を２次元状に並べたものであり、テクス
チャ画素データ３８は、オリジナルモデルの凹凸や表面
の状態を表すデータから成る。複数のパッチは、それに
マッピングされるテクスチャ画像の中の距離画像によっ
て、凹凸が付けられた部分が接触させられるか、または
重ねられることにより、所定のモデルの形状を表すモデ
ルデータ３を構成する。

【００２３】次に、概略パッチデータ３４について説明
する。図６は、上記実施例に入力される概略パッチデー
タ３４の構成例を示している。概略パッチデータ３４
は、モデル全体を取り囲む概略のポリゴンのひとつを表
している。

【００２４】概略パッチデータ３４を構成するＭＣ頂点
座標３４０は、モデルを記述するモデリング座標系（Ｍ
Ｃ：Model Coordinate）におけるパッチの形状や大きさ
を表すデータである。ここでは、上記実施例におけるパ
ッチは、オリジナルモデルを包囲する直方体の各面に対
応しており、ＭＣ頂点座標３４０は、その形状および大
きさを表すものとされている。ＴＣ頂点座標３４２は、
テクスチャ画像データの格子に対応したテクスチャ座標
系（ＴＣ：Texture Coordinate）において、パッチ３５
の各頂点に対応付けるテクスチャデータの位置や倍率を
決定する。

【００２５】また、モデリング座標系からテクスチャ座
標系への変換を行うための変換行列３４４は、モデリン
グ座標系におけるパッチ３５の頂点のモデリング座標
と、このパッチ３５上にマッピングするテクスチャの分
解能に基づく画素数から求められるテクスチャ座標系に
おけるパッチ３５の頂点に対応するテクスチャ座標との
間の変換行列である。この行列は、パッチ３５の４頂点
のモデリング座標系およびテクスチャ座標系のそれぞれ
の座標から求められる。また、テクスチャ画像データへ
の参照３４６は、概略パッチ３５にマッピングするテク
スチャ画像データ３６を参照するためのポインタなどか
らなる。

【００２６】次に、テクスチャ画像データ３６について
説明する。図７は、上記実施例に入力されるテクスチャ
画像データ３６の例を示しており、図８は、テクスチャ
画像データ３６を構成するテクスチャ画素データ３８の
例を示している。テクスチャ画像データ３６は、テクス
チャ座標をテクスチャ画素アドレスに変換するためのテ
クスチャ画素アドレス変換係数３６２と、テクスチャ画
素データ３８の２次元配列との組である。テクスチャ画
素データ３８は、２次元配列テクスチャ画素アドレスｓ
およびテクスチャ画素アドレスｔを要素番号としてアク
セスすることができる。

【００２７】テクスチャ画素データ３８は、テクスチャ
画像を構成する画素データであり、以下の内容を含んで
いる。すなわち、テクスチャ画素距離データ３８１は、
パッチ３５から垂直に（パッチ３５の法線方向に）サン
プリングした、パッチ３５からオリジナルモデルまでの
距離を表している。テクスチャ画素色データ３８３は、
パッチ３５上のテクスチャ画素（テクスチャ座標上の画
素）に投影したオリジナルモデル上の色を表している。
また、テクスチャ画素法線データ３８５は、パッチ３５
上のテクスチャ画素に投影したオリジナルモデル上の法
線ベクトルを表している。テクスチャ画素アルファデー
タ３８７は、オリジナルモデルからパッチ３５上のテク
スチャ画素に投影されたオリジナルモデルの有無を表し
ている。

【００２８】次に、座標変換データ６について説明す
る。図９は、レンダリング部５に入力される座標変換デ
ータ６の例を示している。座標変換データ６は、例えば
モデリング座標系（ＭＣ）から視点座標系（ＶＣ）への
変換行列、およびその逆行列などの変換行列データ６
１、並びにライティングに関連するライティングデータ
６３からなる。

【００２９】変換行列データ６１は、例えばモデリング
座標系から視点座標系への変換行列６１１、視点座標系
からモデリング座標系への変換行列６１３、およびモデ
リング座標系からスクリーン同次座標系（ＨＳＣ）への
変換行列６１５から成る。さらに、ライティングデータ
６３は、図２に示した視点６３０の位置を表す視点座標
データ６３１、および光源６３２の位置を表す光源座標
データ６３３から成る。

【００３０】上記実施例によりレンダリング処理された
結果としての画像データ８は、画像を構成するＲ
（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の各画素値の２次元配列よ
りなる。

【００３１】図１０は、図１に示したミップマップモデ
ル３１ｍをデータとして表現したミップマップモデルデ
ータ３ｍの例を示している。ミップマップモデルデータ
３ｍは、レンダリング部５における処理の中間生成物と
して現れる多重分解能データであり、概略パッチデータ
３４の並び３０４と、物体の形状と表面の状態を表すミ
ップマップテクスチャ画像データ３６ｍの並び３０６ｍ
から成る。

【００３２】各概略パッチデータ３４は、ミップマップ
テクスチャ画像データ３６ｍ（対応手段）をそれぞれ参
照している。

【００３３】概略パッチデータ３４の並び３０４は、図
５に示した場合と同様に、モデルの概略形状を表すパッ
チ３５のひとつを表す。ミップマップモデルデータ３ｍ
に含まれる概略パッチデータ３４は、それを構成するテ
クスチャ画像データへの参照３４６がミップマップテク
スチャ画像データ３６ｍを参照していることを除き、図
６を参照して上述した概略パッチデータ３４の場合と同
一の構成である。ミップマップテクスチャ画像データ３
６ｍの並び３０６ｍは、図１における物体の形状と表面
の状態を表すミップマップテクスチャ画像３７ｍの並び
３０７ｍをディスク装置１１などの記憶装置上で表すデ
ータである。

【００３４】図１１は、ミップマップテクスチャ画像デ
ータ３６ｍを示している。ミップマップテクスチャ画像
データ３６ｍは、分解能が異なる複数のテクスチャ画像
データ３６を並べ、多重分解能モデルを実現したもので
ある。本実施例においては、複数のテクスチャ画像デー
タ３６の分解能は、例えば２の累乗倍に変化させてい
る。各テクスチャ画像データ３６の構成は、図７に示し
たものと同様である。

【００３５】図１２は、レンダリング部５の動作の概略
を示している。図１２に示したように、概略パッチ群３
０５を構成するパッチ３５ａのうちの所定のものが、視
点６３０から遠い順にスキャンされ、パッチ３５上の点
のテクスチャ座標が求められる。次に、求められたテク
スチャ座標の隣接４画素が読み出され、隣接４画素間の
補間が隣接４画素間補間部５７３ａおよび５７３ｂで行
われる。さらに、複数の分解能のテクスチャ画素の補間
がレベル間補間部５７５（補間手段）において行われ
る。

【００３６】さらにまた、求められたテクスチャ画素に
対して、ライティング計算などによって描画する画素値
６６が計算される。最後に、画素値６６に対応する画素
が、画像データ８として描画されることにより、レンダ
リングが行われる。この画素が描画されるスクリーン座
標６８は、画素のテクスチャ座標６４にテクスチャ画素
に対応する凹凸が加えられて概略パッチ３５に対して垂
直（法線方向）に移動させられた座標をスクリーン（投
影面）６１９に投影する変換を行うことによって求めら
れる。以上の動作を行うレンダリング部５の構成および
データの流れを図１３に示す。

【００３７】図１３は、ＣＰＵ１２が所定のアプリケー
ションプログラムを実行することにより構成されるレン
ダリング部５の構成およびデータの流れを示している。
レンダリング部５を構成するテクスチャ画素フィルタ部
５０は、モデルデータ３をミップマップモデルデータ３
ｍに変換する。モデルデータソーティング部５１は、ミ
ップマップモデルデータ３ｍを構成する概略パッチデー
タ３４の並び３０４全体に対してソーティングを行い、
視点からパッチ３５の重心までの視線方向に計った距離
に基づいて、視点から遠い順に、概略パッチデータ３４
ｐをひとつずつ取り出すようになされている。

【００３８】座標変換部５３は、モデルデータソーティ
ング部５１より供給された概略パッチデータ３４ｐに含
まれる変換行列と、座標変換データ６に含まれる変換行
列を乗じることにより、視点や視線に依存した変換行列
群６５を作成し、視点座標や光源座標のテクスチャ座標
系への座標変換を行うようになされている。

【００３９】テクスチャ座標計算部５５は、概略パッチ
データ３４ｐの各頂点座標をテクスチャ座標系に変換
し、テクスチャ座標系における概略パッチ３５上のテク
スチャ座標を２次元的にスキャンすることにより、パッ
チ３５上でのテクスチャ座標データ６４を一定の間隔で
求め、出力する。テクスチャ画素計算部５７は、概略パ
ッチデータ３４ｐとテクスチャ座標データ６４から、後
述するテクスチャ画素データ３８の読み出しと補間を行
い、補間済みテクスチャ画素データ３９ｐを作成し、出
力するようになされている。

【００４０】画像描画部５９は、補間済みテクスチャ画
素データ３９ｐ、およびテクスチャ座標データ６４、お
よび変換行列群６５から、画素値データ６６とスクリー
ン座標データ６８を計算し、出力するようになされてい
る。

【００４１】次に、その動作について説明する。レンダ
リング部５を構成するテクスチャ画素フィルタ部５０に
おいては、入力されたモデルデータ３がミップマップモ
デルデータ３ｍに変換される。テクスチャ画像のフィル
タリングは、テクスチャ画像データ３６の並び３０６に
含まれるテクスチャ画像データ３６のそれぞれに対して
フィルタ演算を適用し、ミップマップテクスチャ画像デ
ータ３６ｍの並び３０６ｍに変換することによって行わ
れる。

【００４２】図１４は、テクスチャ画素フィルタ部５０
によるフィルタリングの動作を示している。図１４に示
したように、隣接画素平均部４０１において隣接４画素
の平均が計算されることにより、入力したテクスチャ画
像データ３６から画素数が１／４のテクスチャ画像デー
タ３６が順次作成される。法線データのフィルタリング
においては、平均を取った後、正規化を行うか、または
単位球面上の大円補間による平均の演算が行われる。

【００４３】同様に、平均の演算が繰り返し行われ、ミ
ップマップに必要な分解能のテクスチャ画像データ３６
がすべて作成されると、処理を終了し、フィルタリング
によって作成された複数のテクスチャ画像データ３６を
まとめてミップマップテクスチャ画像データ３６ｍとさ
れる。また、図１４において、テクスチャ画素アルファ
データが０．７５となっているのは、モデルと背景がそ
れぞれ７５対２５の割合で描画されることを表してい
る。

【００４４】フィルタリングの方法として、ここでは例
えば連結画素の平均をとる方法を挙げたが、画像処理の
分野で使用される任意のローパスフィルタを用いること
ができる。

【００４５】テクスチャ画像フィルタ部５０におけるテ
クスチャ画像フィルタ処理の結果として得られたミップ
マップモデルデータ３ｍは、ミップマップテクスチャ画
像データ３６ｍの並び３０６ｍおよびモデルデータ３か
らそのままコピーしてきた概略パッチデータ３４の並び
３０４から成る。

【００４６】モデルデータソーティング部５１において
は、まず、ミップマップモデルデータ３ｍの中の概略パ
ッチデータ３４の並び３０４全体に対してソーティング
が行われ、視点６３０からパッチ３５の重心までの視線
方向に計った距離に基づいて、視点６３０から遠い順
に、概略パッチデータ３４ｐがひとつずつ取り出され
る。

【００４７】次に、座標変換部５３において、モデルデ
ータソーティング部５１より供給された概略パッチデー
タ３４ｐに含まれる変換行列と、座標変換データ６に含
まれる変換行列が乗じられることにより、視点や視線に
依存した変換行列群６５が作成され、視点座標や光源座
標のテクスチャ座標系への座標変換が行われる。

【００４８】テクスチャ座標計算部５５においては、概
略パッチデータ３４ｐの各頂点座標がテクスチャ座標系
に変換され、テクスチャ座標系における概略パッチ上の
テクスチャ座標を２次元的にスキャンすることにより、
パッチ３５上でのテクスチャ座標データ６４が一定の間
隔で求められ、出力される。このときのスキャンの間隔
は、ｓ方向およびｔ方向について、それぞれ１テクスチ
ャ画素のスクリーン画素上における大きさの例えば０．
５画素分とされる。また、スキャンの方向は、パッチ３
５上の頂点が、視点から遠い方から順にスキャンされる
方向とされる。

【００４９】テクスチャ画素計算部５７においては、概
略パッチデータ３４ｐとテクスチャ座標データ６４か
ら、テクスチャ画素データ３８の読み出しと補間が行わ
れ、補間済みテクスチャ画素データ３９ｐが作成され
る。図１５は、テクスチャ画素計算部５７の構成と、テ
クスチャ画素計算部５７における画素の読み出しと補間
の動作を示している。

【００５０】図１５に示したテクスチャ画素計算部５７
に、概略パッチ３５のテクスチャ座標６４が入力される
と、レベル決定部５７０（選択手段）において、概略パ
ッチ３５上のテクスチャ画素（テクスチャ座標上の画
素）が画面に投影される大きさに基づいて求められたミ
ップマップレベルに従って、テクスチャ画像の分解能と
内分比（例えば線形補間のための係数）が決定される。

【００５１】分解能と内分比の決定は、コンピュータグ
ラフィクスの分野で一般に用いられるミップマップのレ
ベル決定およびレベル間補間比の決定方法を使うことが
できる。決定された分解能は２種類のテクスチャ画像を
選ぶために用いられ、内分比はレベル間補間部５７５に
入力される。

【００５２】次に、概略パッチ３５をスキャンすること
により求められたテクスチャ座標６４のテクスチャ画素
に対応するテクスチャ画素アドレスが、テクスチャ画素
アドレス変換部５７１ａおよび５７１ｂによって、テク
スチャ画素アドレス変換係数３６２ａ，３６２ｂ、およ
びテクスチャ座標６４から求められる。

【００５３】次に、テクスチャ画像データ３６ａおよび
３６ｂから、テクスチャ画素のアドレスの整数部で指示
されるテクスチャ画素データ８とその４連結のテクスチ
ャ画素データ３８が読み出され、隣接４画素間補間部５
７３ａおよび５７３ｂにそれぞれ入力される。テクスチ
ャ画素補間部５７３ａおよび５７３ｂにおいては、入力
された上記テクスチャ画素データ３８に基づいて、テク
スチャ画素アドレスの端数に基づいた距離画素値のバイ
リニア補間、色画素値のバイリニア補間、並びに法線値
のバイリニア補間および長さ１への正規化が行われる。

【００５４】最後に、レベル間補間部５７５において、
隣接４画素間補間部５７３ａおよび５７３ｂの結果に対
してレベル間補間が行われる。すなわち、レベル決定部
５７０で求められた内分比に基づいて内分（線形補間）
される。その結果として、補間済み距離データ３９１
ｐ、補間済み色データ３９３ｐ、および補間・正規化済
み法線データ３９５ｐなどからなる補間済みテクスチャ
画素データ３９ｐを得る。

【００５５】補間済みテクスチャ画素データ３９ｐは、
画像描画部５９に入力される。図１６は、画像描画部５
９の構成および動作を示している。画像描画部５９にお
いては、補間済みテクスチャ画素データ３９ｐ、テクス
チャ座標６４、および変換行列群６５から、画素値６６
とスクリーン座標６８が計算される。次に、画像データ
８上のスクリーン座標６８に対応する画素に画素値６６
が書き込まれることにより１画素の描画が行われる。以
上の操作を全入力に対して行うことにより画像データ８
の全体が生成される。

【００５６】画素値６６は、ライティング計算部５９１
において、テクスチャ座標に変換された光源座標および
視点座標に基づいて、補間済みテクスチャ画素データ３
９ｐに含まれる色データや法線データに対して、テクス
チャ座標系におけるライティング計算が行われることに
より求められる。ライティング計算においては、コンピ
ュータグラフィクスで通常用いられる拡散反射、鏡面反
射、またはこれらの組合せなどの任意のライティング計
算アルゴリズムを使用することができる。

【００５７】スクリーン座標６８は、補間済み距離デー
タ３９１ｐによって表される差分をテクスチャ座標６４
に加え、凹凸を考慮してずらしたテクスチャ座標６４ｓ
を求め、これをスクリーン同次座標を経てスクリーン座
標に変換し、さらに適切な丸めを行うことによって求め
ることができる。

【００５８】図１７および図１８は、ミップマップモデ
ルデータ３ｍを、通常のコンピュータグラフィクスで用
いられるポリゴンモデルから、多重分解能サンプリング
によって作成する例をそれぞれ示している。図１７にお
けるポリゴン２３ａは、レンダリングしようとするモデ
ルを構成するポリゴンのひとつである。これを概略パッ
チ３５ａに対して平行投影し、一定の分解能で概略パッ
チ３５ａからポリゴン２３ａまでの距離などをサンプリ
ングすることにより、補間済み距離画像データ３９１
ａ，３９１ｂなどを作成することができる。

【００５９】このとき、パッチ表面の色、およびパッチ
表面の法線なども同時にサンプリングすることにより、
補間済み色データ３９３ａ，３９３ｂ、補間済み法線デ
ータ３９５ａ，３９５ｂ、および補間済みアルファデー
タ３９７ａ，３９７ｂなどを作成し、テクスチャ画像デ
ータ３６全体をサンプリングすることができる。

【００６０】上述したようなサンプリングを、例えばＺ
バッファ法による隠面消去によってポリゴンモデルを構
成する全てのポリゴンに対して行うことにより、概略パ
ッチ３５にもっとも近いポリゴンの表面をサンプリング
することができる。次に、図１７に示した場合と同様の
サンプリングを、サンプリング分解能を変えて繰り返し
行う。例えば、図１８に示したように、図１７よりも低
い分解能（この場合１／２の分解能）でのサンプリング
を行う。

【００６１】このように、異なる分解能のサンプリング
の繰り返しによって作成された多重分解能の距離画像デ
ータなどを、同一のパッチ３５ａに対応させることによ
り、ミップマップモデルデータ３ｍを作成することがで
きる。

【００６２】多重分解能距離画像モデル（例えば複数の
分解能のテクスチャ画像によって構成されたミップマッ
プモデル）の用途によっては、レンダリングの方向の概
略が決まっている場合がある。例えば、ゲームなどで用
いるモデルにおいて、建物を下から見上げる方向から見
るものと決まっているような場合である。このような場
合に本発明の画像作成装置および方法を適用する場合に
おいては、所定のパッチ３５ｂを複数の部分に分け、各
部分ごとに必要な分解能の距離画像だけを対応付ければ
良い。

【００６３】図１９は、パッチ３５ｂの部分ごとに分解
能の範囲が異なる距離画像を対応付けた場合の例を示し
ている。例えば図１９において、概略パッチ３５ｂは、
パッチ３５ｂの上方が視点に近く、下方が視点から遠い
場所で常にレンダリングされるものと仮定する。この場
合、もっとも細かい距離画像３７ｐ１を概略パッチ３５
ｂの上半分を覆う大きさで作成し、中くらいの細かさの
距離画像３７ｐ２を概略パッチ３５ｂの中央を覆う大き
さで作成し、さらに、粗い距離画像３７ｐ３を概略パッ
チ３５ｂの下端を覆う大きさで作成している。

【００６４】このように、パッチ３５ｂの各部分に対応
付けるデータを異ならせるような構成とすることによ
り、パッチ３５ｂをレンダリングする場合において、パ
ッチ３５ｂの各部分毎に必要な分解能の距離画像だけで
パッチ３５ｂを覆うようにすることができる。これによ
り、データ量の削減が可能となる。

【００６５】なお、図１９においては、距離画像の例に
ついてのみ示したが、法線データ、色データ、およびア
ルファデータなどを加えたより一般的なテクスチャ画像
データについても同様な構成とすることが可能である。

【００６６】以上のディスプレースメントマッピングに
よるパッチのレンダリングアルゴリズムは、スクリーン
座標をスキャンし、これを順次テクスチャ座標に変換し
ていくことによっても求めることができる。この方法は
図１３に示したテクスチャ座標計算部５５を、以下の動
作を行うように変更することで実現することができる。

【００６７】すなわち、テクスチャ座標計算部５５は、
概略パッチデータ３４の各頂点座標をスクリーン座標系
に変換し、概略パッチ３５に対応するスクリーン座標を
２次元的にスキャンし、スキャンしたスクリーン座標を
パッチ３５に逆投影し、逆投影したパッチ３５上のスキ
ャン位置に対応するテクスチャ座標を求める。スキャン
の間隔は、例えばスクリーン座標上における画素の大き
さの０．５画素分とすることができる。

【００６８】以上のように、モデルの詳細な形状を表す
分解能の異なる複数の距離画像を並べて、多重解像度を
実現することにより、２次元配列データのシーケンシャ
ルな入力によってレンダリングを行うことができる。ま
た、分解能の異なるデータが相似なデータ構造をとるこ
とにより、データのアドレス計算を容易にし、アドレス
出力を行うハードウエアのコストダウン、およびレンダ
リングにおけるデータフローの単純化などを実現するこ
とができる。

【００６９】また、距離画像のフィルタリングにより、
多重分解能のモデルを作成することによって、ポリゴン
モデルを表すリスト構造のデータを用いて多重分解能モ
デルを作成する場合のように、リストの切断や接続を行
う必要をなくすことができる。このため、モデルデータ
間の参照が極めて少なく、効率良く多重分解能モデルを
作成することが可能となる。

【００７０】また、サンプリングによる多重分解能のモ
デルの作成においては、Ｚバッファ法による従来のレン
ダリングシステムを、レンダリング分解能を変えて繰り
返し利用することにより多重分解能モデルを作成するこ
とができる。これにより、Ｚバッファ法によるレンダリ
ングに適した装置を備えたグラフィクスシステムに容易
に適用でき、安価にモデル作成が可能になり、多重分解
能モデルによる画像を容易に作成することができる。

【００７１】また、ポリゴンによって表される多重分解
能のモデルにおいては、分解能の異なるモデル間を補間
してレンダリングすることは困難であった。しかしなが
ら、上記方法による多重分解能のモデルにおいては、異
なる分解能の距離画像を多重分解能のモデルとして用い
ることにより、分解能の異なるモデル間をレンダリング
するときに、単純な線形補間などの簡易な演算により補
間することができる。

【００７２】また、単一のパッチが画面に現れる場所に
よって、その適切な分解能がそれぞれ異なる場合に、補
間の割合を場所毎に変化させることにより、各場所毎に
より適切な分解能のモデルによるレンダリングを行うこ
とが可能となり、モデルエリアシングの少ない品質の良
いレンダリング結果を得ることができる。

【００７３】また、パッチ上の場所によって、対応付け
られる距離画像の分解能の範囲が異なるようにすること
により、パッチをレンダリングする場合の視点の範囲が
限られる場合にデータ量を削減することができる。

【００７４】さらに、上述したデータ構造において、距
離画像に、さらに色データ、法線データ、およびアルフ
ァデータなどを付加し、テクスチャ画像データ３６を作
成することにより、すべてのテクスチャ画像データ３６
が同じ２次元配列のデータ構造により表現されるように
することができる。これにより、データ構造が異なる場
合に比べてデータのアドレス計算の回数を減らし、簡易
なデータフローによるレンダリングを実現することがで
きる。

【００７５】なお、上記実施例においては、モデルを近
似する概略パッチ群を立方体で構成するようにしたが、
他の任意の多面体により構成することが可能である。

【００７６】

【発明の効果】請求項１に記載の画像作成装置、および
請求項８に記載の画像作成方法によれば、距離画像に対
応するスクリーン座標上の画素からなる画像の分解能に
対応して選択された複数の異なる分解能の距離画像が、
パッチの所定のものに対応付けられ、補間されることに
より、所定の分解能の距離画像が生成されるようにした
ので、分解能の異なる距離画像を同一のデータ構造にし
た効率のよい多重分解能モデルを作成することができ、
モデルエリアシングの少ない品質のレンダリングを行う
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】複数の分解能のテクスチャ画像からなるミップ
マップモデルを示す図である。

【図２】多重分解能の距離画像の組み合わせからなるモ
デルのレンダリングを説明するための図である。

【図３】本発明の画像作成装置におけるデータの流れを
示す図である。

【図４】本発明の画像作成装置の一実施例の構成を示す
ブロック図である。

【図５】モデルデータの構成例を示す図である。

【図６】概略パッチデータの構成を示す図である。

【図７】テクスチャ画像データの構成例を示す図であ
る。

【図８】テクスチャ画素データの構成例を示す図であ
る。

【図９】座標変換データの構成例を示す図である。

【図１０】ミップマップモデルデータの構成例を示す図
である。

【図１１】ミップマップテクスチャ画像データの構成例
を示す図である。

【図１２】レンダリング部の動作の概略を説明するため
の図である。

【図１３】レンダリング部の詳細な構成および動作を示
す図である。

【図１４】図１３のテクスチャ画素フィルタ部５０の動
作を示す図である。

【図１５】図１３のテクスチャ画素計算部５７の動作を
説明するための図である。

【図１６】図１３の画像描画部５９の動作を説明するた
めの図である。

【図１７】ミップマップモデルデータを多重分解能サン
プリングで作成する方法を説明するための図である。

【図１８】ミップマップモデルデータを多重分解能サン
プリングで作成する他の方法を説明するための図であ
る。

【図１９】概略パッチに複数の分解能の距離画像を対応
付ける方法を説明するための図である。

【符号の説明】

３ モデルデータ ３ｍ ミップマップモデルデータ ５ レンダリング部 ６ 座標変換データ ８ 画像データ １１，１４ ディスク装置 １２ ＣＰＵ １３ 主記憶装置 １５ 表示装置 ２３ａ ポリゴン ２５ａ，２５ｂ，２５ｃ 法線ベクトル ３１ｍ ミップマップモデル ３４，３４ｐ 概略パッチデータ ３５，３５ａ，３５ｂ 概略パッチ ３６，３６ａ，３６ｂ テクスチャ画像データ ３６ｍ ミップマップテクスチャ画像データ（対応手
段） ３７ テクスチャ画像 ３７ｍ ミップマップテクスチャ画像 ３７ｐ１，３７ｐ２，３７ｐ３ 距離画像 ３８ テクスチャ画素データ ３９ａ，３９ｂ，３９ｐ 補間済みテクスチャ画素デー
タ ５０ テクスチャ画素フィルタ部 ５１ モデルデータソーティング部 ５３ 座標変換部 ５５ テクスチャ座標計算部 ５７ テクスチャ画素計算部 ５９ 画像描画部 ６１ 変換行列データ ６３ ライティングデータ ６４ テクスチャ座標データ ６４ｓ ずらしたテクスチャ座標 ６５ 変換行列群 ６６ 画素値データ ６８，６８ｓ スクリーン座標 ６９ｍ モデリング座標系 ６９ｔ テクスチャ座標系 ３０４ 概略パッチデータの並び ３０５ 概略パッチ群 ３０６ テクスチャ画像データの並び ３０６ｍ ミップマップテクスチャ画像データの並び ３４０ ＭＣ頂点座標 ３４２ ＴＣ頂点座標 ３４４ ＭＣからＴＣへの変換行列 ３４６ テクスチャ画像データへの参照 ３６２ テクスチャ画素アドレス変換係数 ３８１ テクスチャ画素距離データ ３８３ テクスチャ画素色データ ３８５ テクスチャ画素法線データ ３８７ テクスチャ画素アルファデータ ３９１ａ，３９１ｂ，３９１ｃ，３９１ｄ，３９１ｐ
補間済み距離データ ３９３ａ，３９３ｂ，３９３ｃ，３９３ｄ，３９３ｐ
補間済み色データ ３９５ａ，３９５ｂ，３９５ｃ，３９５ｄ，３９５ｐ
補間・正規化済み法線データ ３９７ａ，３９７ｂ，３９７ｃ，３９７ｄ，３９７ｐ
補間済みアルファデータ ４０１ 隣接画素平均部 ５７０ レベル決定部（選択手段） ５７１ テクスチャ画素アドレス変換部 ５７３ 隣接４画素間補間部 ５７５ レベル間補間部（補間手段） ５９１ ライティング計算部 ６１１ ＭＣからＶＣへの変換行列 ６１３ ＶＣからＭＣへの変換行列 ６１５ ＭＣからＨＳＣへの変換行列 ６１９ 投影面 ６３０ 視点 ６３１ 視点座標データ ６３２ 光源 ６３３ 光源座標データ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 パッチからモデルの表面までの距離を所
   定の分解能でサンプリングして得られた距離データから
   なる距離画像を、前記パッチに対応させ、前記距離デー
   タに基づいて、前記モデルに対応するスクリーン座標上
   の画素を移動させることによりレンダリングを行う画像
   作成装置において、 前記距離画像に対応する前記スクリーン座標上の前記画
   素からなる画像の分解能に対応して、複数の異なる分解
   能の前記距離画像を選択する選択手段と、 前記選択手段により選択された複数の異なる分解能の前
   記距離画像を、前記パッチの所定のものに対応付ける対
   応手段と、 前記対応手段により前記パッチの所定のものに対応付け
   られた複数の異なる分解能の前記距離画像を補間し、所
   定の分解能の距離画像を生成する補間手段とを備えるこ
   とを特徴とする画像作成装置。
2. 【請求項２】 複数の分解能の前記距離画像は、所定の
   分解能の前記距離画像をフィルタリング処理することに
   より作成されることを特徴とする請求項１に記載の画像
   作成装置。
3. 【請求項３】 複数の異なる分解能の前記距離画像は、
   前記モデルに対応するモデルデータに対して、前記モデ
   ルを近似するパッチからの距離を異なる分解能でサンプ
   リングすることにより作成されることを特徴とする請求
   項１に記載の画像作成装置。
4. 【請求項４】 前記距離画像は、前記モデルの全ての表
   面を異なる分解能でサンプリングすることにより作成さ
   れることを特徴とする請求項１に記載の画像作成装置。
5. 【請求項５】 前記パッチ上の位置によって、画素分解
   能の範囲が異なる前記距離画像により前記モデルの表面
   が覆われることを特徴とする請求項１に記載の画像作成
   装置。
6. 【請求項６】 前記距離画像は、前記距離データと、前
   記モデル表面の状態を所定の分解能、または多重分解能
   で表す情報から構成されることを特徴とする請求項１に
   記載の画像作成装置。
7. 【請求項７】 前記情報は、少なくとも前記モデルの表
   面の色を表すデータと、前記モデルの表面の法線を表す
   データと、前記モデルの有無を表すデータを含むことを
   特徴とする請求項６に記載の画像作成装置。
8. 【請求項８】 パッチからモデルの表面までの距離を所
   定の分解能でサンプリングして得られた距離データから
   なる距離画像を、前記パッチに対応させ、前記距離デー
   タに基づいて、前記モデルに対応するスクリーン座標上
   の画素を移動させることによりレンダリングを行う画像
   作成方法において、 前記距離画像に対応する前記スクリーン座標上の前記画
   素からなる画像の分解能に対応して、複数の異なる分解
   能の前記距離画像を選択し、 選択された複数の異なる分解能の前記距離画像を、前記
   パッチの所定のものに対応付け、 前記パッチの所定のものに対応付けられた複数の異なる
   分解能の前記距離画像を補間し、所定の分解能の距離画
   像を生成することを特徴とする画像作成方法。